NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÝ THÔNG THƯỜNG CỦA TINH THỂ VÀ MỐI LIÊN QUAN GIỮA CHÚNG VỚI TÍNH CHẤT ĐỐI XỨNG HOẶC CẤU TRÚC CỦA TINH THỂ

VẬT LÍ TINH THỂ
CHƯƠNG 4
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
HỌC VIÊN THỰC HIỆN:
PGS.TS. TRƯƠNG MINH ĐỨC
TRẦN THỊ THANH BÌNH
NGUYỄN CAO TRÚC GIANG
HOÀNG THỊ HUYỀN
LÊ THỊ DIỄM MY
CHÂU THỊ BÍCH NGỌC
NGUYỄN THỊ NỤ
NGUYỄN THỊ MINH TRÂM


VẬT LÍ TINH THỂ
Chương 4

Những tính chất vật lý thông
thường của tinh thể và mối liên
quan giữa chúng với tính chất
đối xứng hoặc cấu trúc của tinh
thể.


NỘI DUNG
4.1. Tính cát khai hay tính dễ tách của tinh thể

NỘI
DUNG

4.2. Ðộ cứng

4.3. Tính dẫn nhiệt
4.4. Tính áp điện, hỏa điện, sắt điện
4.5. Quang tính


4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ
Định nghĩa: Tính cát khai của tinh thể là khả năng vỡ ra hay
tách ra theo các mặt của nó dưới tác dụng của 1 lực cơ học .
Phân loại: Tùy theo mức độ dễ tách người ta phân ra làm 5
loại:
- Cát khai rất hoàn toàn: ví dụ như mica, clorite.
- Cát khai hoàn toàn: ví dụ như galen, canxit.
- Cát khai trung bình: ví dụ như pyroxen, amphibon.
- Cát khai không hoàn toàn: ví dụ như Ôlivin.
- Không cát khai: ví dụ như thạch anh, granat.


4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ

Ôlivin: [Mg,Fe]2SiO4 là nhóm nesosilicat phổ biến, nhất là
trong đá magma nhiệt độ cao. Nguyên tử oxy trong
nesosilicat xếp chặt theo luật sáu phương …ABABAB…
theo hướng [100]; khiến cho olivin có tỉ trọng và độ cứng
tương đối cao, và có cát khai (010) và (100).

Hình ảnh thực tế

Cấu trúc tinh thể ôlivin

Mica
Mica là  tên  gọi  chung  cho  các  khoáng  vật  dạng  tấm  thuộc nhóm 
silicat lớp bao gồm các loại vật liệu có mối liên kết chặt chẽ, có tính cát 
khai cơ bản hoàn toàn. Tất cả chúng đều có cấu trúc tinh thể thuộc hệ 
một phương có xu hướng tinh thể giả hệ sáu phương và có thành phần 
hóa  học  tương  tự.  Tính  cát  khai  cao  là  tính  chất  đặc  trưng  nhất  của 
mica, điều này được giải thích là do sự sắp xếp của các nguyên tử dạng 
tấm lục giác chồng lên nhau.


4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ

Pyrôxen: là nhóm khoáng vật quan trọng nhất . Nó là
thành phần chính của nhiều loại đá được tạo thành ở nhiệt độ
cao. Ðó là các silicat có thành phần khác nhau đáng kể như
điôpsit, enstatit .


4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ

Canxit CaCO3
Cát khai hoàn hảo theo 3 hướng với góc 74° 55'


4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ

Đặc điểm:
1. Tinh thể 1 chất có thể chỉ bị tách ra theo 1 mặt
như mica , thạch cao; theo 2 mặt như amfibol, pyrôxen;
theo 3 mặt như halit, canxit.

Mức độ cát khai theo những mặt khác nhau có thể
khác nhau.


4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ

Đặc điểm:
2. Khả năng cát khai có quan hệ chặt chẽ với đặc
điểm của cấu trúc tinh thể.
Bravais là người đầu tiên cắt nghĩa hiện tượng này.
Phát triển lý thuyết về mạng tinh thể, ông đã giả thiết
rằng mặt cát khai thường song song với các mặt mạng
có mật độ hạt lớn nhất, vì các mặt mạng này thường
cách nhau những khoảng lớn nhất.


Tuy nhiên cách giải thích giản đơn như vậy cho hiện tượng
cát khai chỉ đúng với những trường hợp không phức tạp, ví
dụ đối với graphit.

Tinh thể graphit cát khai theo mặt đáy (001)


Ví dụ: Các hằng số mạng sáu
phương của magnesi kim loại là:
a=3,20, c = 5,20Å, c/a =1,62. Nếu
các nguyên tử magnesi phân bố theo
các nút của mạng, thì theo như giả
thuyết của Bravais ta sẽ có cát khai
theo mặt đáy. Tuy nhiên, magnesi

kim loại không có cát khai.
Nguyên tử của nó xắp xếp theo cách
chồng khít các quả cầu kiểu sáu
phương với tỉ lệ rất gần với tỉ số lí
tưởng c/a bằng 1,633. Điều đó có
nghĩa là không có bất kì một dị
thường nào về khoảng cách giữa các
nguyên tử trong cấu trúc magnesi
kim loại và do đó không có khả
năng cát khai theo mặt đáy.


4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ

Đặc điểm:
3. Lực liên kết hóa học trong tinh thể ảnh hưởng
đến tính cát khai của tinh thể.
Vulf là người đầu tiên nhận thấy điều này . Ông
đã lấy Sfalerit và kim cương làm ví dụ.
Kim cương và sfalerit có cấu trúc mạng lập
phương tương tự nhưng chúng cát khai theo những
mặt khác nhau.



Sfalerit cát khai theo (110); kim cương theo (111).
Ở sfalerit họ mặt {111} chỉ chứa 1 loại ion hoặc Zn2+
hoặc S2- cho nên tuy những mặt mạng này cách xa nhau
nhưng chúng gắn với nhau bằng lực hút những điện tích trái
dấu. Trong khi đó theo {110} mỗi mặt mạng đều chứa đồng

thời cả 2 loại ion nên trung hòa điện tích. Các mặt của họ
mặt mạng này gắn kết với nhau bằng lực yếu hơn nên cát
khai tốt hơn.


Cát khai theo mặt {111} trong kim cương và 
mặt {110} trong sphalerit


4.1 TÍNH CÁT KHAI HAY TÍNH DỄ TÁCH CỦA TINH THỂ

Ý nghĩa:
Nhờ lý thuyết của Bravais và Vulf mà đôi khi chỉ
dựa vào tính cát khai - một hiện tượng cơ học đơn
thuần - người ta có thể rút ra những kết luận nhất
định về cấu trúc bên trong của một tinh thể.


Lập phương

α=β=γ=90°

Granat, halit

Hệ tinh thể bốn 
a=b≠c
phương

α=β=γ=90°

Rutil, zircon, 
andalusit

Hệ tinh thể trực 
a≠b≠c
thoi

α=β=γ=90°

Olivin, aragonit

Sáu phương/Ba 
a=b≠c
phương

Thạch anh, 
α=β=90°, γ=120°
canxit

Hệ tinh thể một 
a≠b≠c
nghiêng

α=γ=90°, β≠90° thạch cao

Hệ tinh thể ba 
nghiêng

a=b=c

a≠b≠c

α≠β≠γ≠90°

Anorthit, albit, 
kyanit


4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ
4.2.1. Đặc điểm của độ cứng

4.2. ĐỘ

4.2.2. Các phương pháp đo độ cứng

CỨNG

4.2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng
theo thang Mohs

CỦA TINH
THÊ

4.2.2.2. Một số phương pháp đo độ cứng chính xác
4.2.2.2.1. Nguyên tắc chung để đo độ cứng
4.2.2.2.2. Một số phương pháp đo độ cứng chính
xác hiện nay


4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ

4.2.1. Đặc điểm của độ cứng

Ðộ cứng của tinh thể là mức độ đề kháng của nó
đối với các tác dụng cơ học. Ðộ cứng của một chất
liên quan với khả năng bề mặt của nó chống lại tác
động mài; chất bị mài mòn khi lực liên kết bị phá huỷ.
- Ðộ bền vững của lực liên kết trong mạng tinh thể
trước tác động cơ học bên ngoài lại liên quan đến đặc
điểm đối xứng của quỹ đạo electron tham gia tạo mối
liên kết.
- Độ cứng phụ thuộc vào khoảng giữa các mặt
mạng. Khoảng cách nhỏ thì độ cứng lớn.
Ví dụ: Tinh thể kim cương có độ cứng rất cao.


4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ
4.2.1. Đặc điểm của độ cứng

Trong cấu trúc tinh thể, sự sắp xếp nguyên tử theo
các hướng khác nhau thường không giống nhau; vì
thế độ cứng cũng thay đổi theo hướng (dị hướng),
nhưng thường không nhiều.
Ví dụ: khoáng vật disten Al2SiO5 có độ cứng trên
mặt (100) thay đổi từ 4 dến 7 tuỳ thuộc vào hướng.


4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ
4.2.1. Đặc điểm của độ cứng

- Độ cứng của tinh thể còn phụ thuộc vào độ chặt sít

nguyên tử trong tinh thể.
Ví dụ: CaCO3: Có độ chặt sít 2,72, độ cứng 3
Aragonit: Có độ chặt sít 2,94, độ cứng 4
- Độ cứng tăng cùng số hóa trị.

Ví dụ:


4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ
4.2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

- Là phương pháp dùng để xác định độ cứng của các vật
liệu dạng khoáng, trên cơ sở dựa vào bảng thang độ cứng
Morh bao gồm 10 khoáng vật mẫu được sắp xếp theo mức độ
cứng tăng dần.
Muốn tìm độ cứng của một loại vật liệu dạng khoáng nào
đó ta đem những khoáng vật chuẩn rạch lên vật liệu cần thử.
Độ cứng của vật liệu sẽ tương ứng với độ cứng của khoáng
vật mà khoáng vật đứng ngay trước nó không rạch được vật
liệu, còn khoáng vật đứng ngay sau nó lại dễ dàng rạch được
vật liệu.
Độ cứng của các khoáng vật xếp trong bảng chỉ nêu ra
chúng hơn kém nhau mà thôi, không có ý nghĩa định lượng
chính xác.


4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ
4.2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

 Khi xác định, người ta dùng vật này cào lên vật kia.

Nếu trên bề mặt mẫu nào có vết cào, chứng tỏ vật này mềm
hơn vật kia và ngược lại. Thang độ cứng Mohs không chỉ
rõ độ cứng tuyệt đối.
Ví dụ:
Không phải độ cứng 9 là cứng gấp 3 lần độ cứng 3. Nó
chỉ có nghĩa là 1 khoáng nào đó có thể vạch được tất cả các
khoáng vật xếp dưới nó trong thang độ cứng và ngược lại,
sẽ bị các khoáng vật xếp trên nó vạch được. Hai khoáng vật
có cùng độ cứng sẽ vạch được lẫn nhau.


4.2 ĐỘ CỨNG CỦA TINH THỂ
4.2.2.1. Phương pháp xác định gần đúng theo thang Mohs

 Ví dụ:
Thạch anh vạch được tinh thể X nhưng ortocla không
vạch nổi, thì tinh thể X có độ cứng nhỏ hơn 7 và lớn hơn 6
theo thang Mohs. Kết quả thu được không chính xác nhưng
đơn giản.
Ðể cho tiện, một số vật quen thuộc dùng giúp người ta
xác định độ cứng 1 cách nhanh chóng như sau :
Móng tay có độ cứng : 2,5
Ðồng xu bằng đồng : 3 ; Lưỡi dao hoặc kính : 5,5.
Dây thép : 6,5