tinh thể học tính đa hình và đồng hình

TRƯỜNG ĐẠI SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

Nội dung

TÍNH ĐA HÌNH VÀ ĐỒNG HÌNH
GVHD : PGS.TS. TRƯƠNG MINH ĐỨC
HVTH : NHÓM 7
NGUYỄN HUY CƯỜNG
HÀ THỊ KIM ANH
NGUYỄN VĂN ĐIỂN
ĐẶNG THANH HUY
NGUYỄN THỊ ÁI DUYÊN LÊ THANH BÌNH
HUỲNH THỊ HIẾU
PHẠM MINH HẢI
Lớp : LL&PPDH BỘ MÔN VẬT LÝ K24


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

CHƯƠNG 3

TÍNH ĐA HÌNH VÀ
ĐỒNG HÌNH
3.1. TÍNH ĐA HÌNH
.

3.2. ĐỒNG HÌNH VÀ DUNG DỊCH RẮN

NỘI DUNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình
Đa hình là hiện tượng trong đó các chất có cùng thành
phần hóa học lại kết tinh theo những cấu trúc khác nhau.
Đa hình là hiện tượng rất phổ
biến. Hầu như tất cả các chất đều
có thể tồn tại ở những biến thể
đa hình khác nhau. Mỗi dạng thù
hình có 1 phạm vi tồn tại trên
biểu đồ trạng thái.
Ví dụ: sắt


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình
Các thù hình của cacbon khác nhau về cấu trúc mạng
nguyên tử mà các nguyên tử tinh khiết có thể tạo ra. Ba
dạng được biết nhiều nhất là cacbon vô định hình,

graphit và kim cương. Một số thù hình kỳ dị khác cũng
đã được tạo ra hay phát hiện ra, bao gồm các fullerene,
cacbon ống nano và lonsdaleit. Muội đèn bao gồm các
bề mặt dạng graphit nhỏ. Các bề mặt này phân bổ ngẫu
nhiên, vì thế cấu trúc tổng thể là đẳng hướng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình
Ở dạng vô định hình, cacbon chủ yếu có cấu trúc tinh thể của
graphit nhưng không liên kết lại trong dạng tinh thể lớn. Trái lại,
chúng chủ yếu nằm ở dạng bột và là thành phần chính của than,
muội, bồ hóng, nhọ nồi và than hoạt tính.
Ở áp suất bình thường cacbon có dạng của graphit, trong đó mỗi
nguyên tử liên kết với 3 nguyên tử khác trong mặt phẳng tạo ra các
vòng lục giác, giống như các vòng trong các hiđrôcacbon thơm.
Có hai dạng của graphit đã biết, là alpha (lục giác) và beta
(rhombohedral), cả hai có các thuộc tính vật lý giống nhau, ngoại
trừ về cấu trúc tinh thể. Các loại graphit có nguồn gốc tự nhiên có
thể chứa tới 30% dạng beta, trong khi graphit tổng hợp chỉ có dạng
alpha. Dạng alpha có thể chuyển thành dạng beta thông qua xử lý
cơ học và dạng beta chuyển ngược thành dạng alpha khi bị nung
nóng trên 1000 °C.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình
Ở áp suất cực kỳ cao các nguyên tử cacbon tạo thành
thù hình gọi là kim cương, trong đó mỗi nguyên tử được
liên kết với 4 nguyên tử khác. Kim cương có cấu trúc
lập phương như silic và gecmani và vì độ bền của các
liên kết cacbon-cacbon, cùng với chất đẳng điện nitrua
bo (BN) là những chất cứng nhất trong việc chống lại sự
mài mòn. Sự chuyển hóa thành graphit ở nhiệt độ phòng
là rất chậm và không thể nhận thấy. Dưới các điều kiện
khác, cacbon kết tinh như là Lonsdaleit, một dạng giống
như kim cương nhưng có cấu trúc lục giác.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình


So sánh 3 dạng thù hình của cacbon
Kim cương

Kim cương thuộc hệ lập phương. Kim cương là 1 khoáng
vật cứng nhất trong tất cả các khoáng vật. Tinh thể của nó
trong suốt và không dẫn điện, tỷ trọng 3,51.


So sánh 3 dạng thù hình của cacbon

Kim cương

Cấu trúc: trong tinh thể kim
cương, mỗi nguyên tử cacbon
liên kết với 4 nguyên tử cacbon
lân cận nằm trên đỉnh của tứ
diện đều bằng 4 liên kết cộng
hóa trị bền. Mỗi nguyên tử nằm
ở đỉnh lại liên kết với 4 nguyên
tử cacbon khác, nên kim cương
rất cứng.


So sánh 3 dạng thù hình của cacbon
Tinh thể có cấu trúc lập phương
nên có tính đối xứng cao và
chứa những nguyên tử cacbon
bậc 4. Vì có một nguyên tử
cacbon liên kết với 4 nguyên tử
cacbon gần nhất nên kim cương
có rất nhiều tính chất riêng.
Kim cương


So sánh 3 dạng thù hình của cacbon
Ứng dụng: được dùng làm đồ trang sức, chế tạo mũi
khoan, dao cắt thủy tinh, làm bột mài.


So sánh 3 dạng thù hình của cacbon

Than chì

Than chì hay graphit kết tinh trong hệ
lục phương. Graphit mềm hơn, tinh thể
màu đen và dẫn điện tốt, tỷ trọng 2,22.
Trong mạng tinh thể, một nguyên tử
cacbon (C) liên kết với 4 nguyên tử C
phụ cận. Trong cùng một mặt phẳng,
các nguyên tử C liên kết với nhau bằng
liên kết cộng hóa trị cacbon-cacbon rất
bền, trong khi đó liên kết giữa các mặt
phẳng là các liên kết yếu khiến cho nó
có thể trượt lên nhau và tách ra khi có
một lực tác động từ ngoài.


So sánh 3 dạng thù hình của cacbon
Than chì
Khoảng cách giữa một nguyên tử C với 3 nguyên tử C
trong cùng mặt phẳng là bằng nhau, bằng 0,142 nm, với
nguyên tử C còn lại bằng 0,335 nm, đây cũng chính là
khoảng cách giữa các lớp trong graphit. Mô hình cấu
trúc tinh thể graphit được thể hiện trong hình
Ô mạng

Hình chiếu bằng các lớp

Mô hình liên kết một lớp

Bề mặt nguyên tử than chì

So sánh 3 dạng thù hình của cacbon
* Ứng dụng: dùng làm điện cực làm nồi để nung các
hợp kim chịu nhiệt, chế tạo chất bôi chơn, làm bút chì
đen


So sánh 3 dạng thù hình của cacbon
Fuleren
Cấu trúc: gồm các phân tử C60,
C70...phân tử C60 có cấu trúc hình
cầu rỗng gồm 32 mặt, với 60 đỉnh
là 60 nguyên tử cacbon.
Giữa các phân tử C60 có lực
Van der Waals yếu.
Nó được phát hiện năm 1985.
Các thuộc tính của các fulleren vẫn chưa được phân tích đầy
đủ. Tất cả các tên gọi của các fulleren lấy theo tên gọi của
Buckminster Fuller, nhà phát triển của kiến trúc mái vòm, nó
bắt chước cấu trúc của các "buckyball".


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ

KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình
Khi biến thể này chuyển thành biến thể khác thì các tính chất của
nó cũng thay đổi theo. Sự chuyển biến giữa 2 biến thể đa hình có thể
chỉ xảy ra 1 chiều
Kim cương có thể biến thành grafit. Trong 1 thời gian dài, quá trình
này vẫn được coi là 1 chiều, nhưng rồi người ta đã biến được grafit
thành kim cương dưới áp suất và nhiệt độ đủ cao - kim cương nhân tạo.
Tuy nhiên, bên cạnh những chất có khả năng chuyển biến 1 chiều
lại có những chất có thể chuyển biến 2 chiều.
Ví dụ: Thạch anh ⇔ tridimit
⇔ cristoba
Sự chuyển biến 2 chiều không phải lúc nào cũng thực hiện được
dễ dàng. Thường vẫn có một sự ngưng trệ nào đó


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

3.1. Tính đa hình


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

* Các loại biến đổi đa hình:
1. Loại biến đổi đa hình có kèm theo sự thay đổi số phối trí
Ví dụ: ở điều kiện thường RbCl kết tinh theo kiểu NaCl sft = 6
nhưng khi ở nhiệt độ thấp và áp suất cao thì tinh thể RbCl có cấu

trúc kiểu CsCl với sft 8.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

Buerger đã đưa ra qui luật chung cho các biến đổi đa
hình chỉ liên quan đến số phối trí: “ Những cấu trúc với số
phối trí lớn thường bền vững ở nhiệt độ thấp, áp suất cao và
ngược lại. Số phối trí nhỏ thường đặc trưng cho các cấu trúc
bền vững ở nhiệt độ cao hơn và áp suất thường”.
Ví dụ: Al2SiO5 có 3 biến thể đa hình là silimanit,
andaluzit và disten. Ba biến thể này khác nhau ở chỗ:
silimanit: 1/2 số Al3+ có sft 6 và 1/2 số Al3+ có sft 4; tạo
thành ở nhiệt độ cao; andaluzit: 1/2 số Al3+ có sft 6 và 1/2 số
Al3+ có sft 5; tạo thành ở nhiệt độ thấp hơn; disten tất cả
Al3+ đều có sft 6; tạo thành ở nhiệt độ thấp nhất.


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ
KHOA VẬT LÝ

2. Khi chuyển đổi đa hình số phối trí luôn được bảo toàn nhưng
cách thức gắn kết các hình phối trí của các cation thay đổi.
Ví dụ: Trong 3 dạng thù hình của SiO2 là thạch anh, tridimit.
Cristobalit thì nguyên tử Si đều có số phối trí 4 nhưng ở mỗi dạng thù
hình hình phối trí tứ diện của Si gắn kết với nhau theo cách riêng.