XÁC ĐỊNH hàm LƯỢNG SILIC TRONG vỏ TRẤU và TRO TRẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ

A-PDF OFFICE Luận
TO PDF
Purchase from www.A-PDF.com to remove
watermark
văn DEMO:
tốt nghiệp
Khoa the
Khoa
Học Tự Nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NGUYỄN THỊ MAI CHI

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SILIC
TRONG VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên Ngành: Hóa Học
Mã Số: 2064800

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

1


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

CẦN THƠ – 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

NGUYỄN THỊ MAI CHI

XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SILIC
TRONG VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên Ngành: Hóa Học
Mã Số: 2064800
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. PHẠM PHƯỚC NHẪN

CẦN THƠ - 2010
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

2


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1

Chương 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

3

1.1. GIỚI THIỆU VỀ SILIC VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SILIC ....................3
1.1.1. Lịch sử phát hiện .............................................................................3
1.1.2. Tính chất lí, hóa học ........................................................................4
1.1.3. Những công dụng của silic dựa vào tính bán dẫn ............................6
1.1.3.1. Chất bán dẫn kiểu n ..................................................................6
1.1.3.2. Chất bán dẫn kiểu p ..................................................................7
1.1.3.3. Pin Mặt Trời .............................................................................7
1.1.3.4. Bộ chỉnh lưu .............................................................................8
1.1.3.5. Tranzito ....................................................................................9
1.1.3.6. Mạch tổ hợp..............................................................................9
1.1.4. Trạng thái thiên nhiên và phương pháp ñiều chế[1] ...........................9
1.1.5. Các hợp chất của silic ....................................................................11
1.1.5.1. Silan .......................................................................................11
1.1.5.2. Silic mono-oxyt ......................................................................13
1.1.5.3. Silic di-oxyt ............................................................................13
1.1.5.4. Axit silixic ..............................................................................20
1.1.5.5. Silicat .....................................................................................21
1.1.5.6. Thủy tinh ................................................................................28
1.1.5.7. Đồ gốm...................................................................................31
1.1.5.8. Những vật liệu gốm khác ........................................................33
1.1.5.9. Xi măng ..................................................................................34
1.1.5.10. Silic tetrahalogenua...............................................................35

1.1.5.11. Silic cacbua...........................................................................37
1.2. Tầm quan trọng của silic ñối với con người và thực vật..........................38
1.2.1. Đối với con người .........................................................................38
1.2.2. Đối với thực vật.............................................................................39
1.2.2.1. Sự hấp thu và tích lũy của silic trong thực vật ........................39
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

3


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

1.2.2.2. Chức năng của silic ñối với cây trồng ....................................39
1.2.2.3. Việc sử dụng silic ñể tăng năng suất cây trồng ........................41
Chương 2: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 43
2.1. ĐỊA ĐIỂM THỰC HIỆN .......................................................................43
2.2. THỜI GIAN ...........................................................................................43
2.3. PHƯƠNG TIỆN.....................................................................................43
2.3.1. Dụng cụ.........................................................................................43
2.3.2. Hóa chất ........................................................................................45
2.3.3. Nguyên vật liệu .............................................................................45
2.4. PHƯƠNG PHÁP....................................................................................47
2.4.1. Tiến hành thí nghiệm:....................................................................47
2.4.2. Tính toán kết quả:..........................................................................49
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

51

3.1. XÂY DỰNG QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SILIC TRONG
VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU..........................................................................51
3.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN ..........................................................51
3.3. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SILIC TRONG VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU
......................................................................................................................53
3.4. KIỂM TRA HÀM LƯỢNG SILIC TRONG 2 SẢN PHẨM SILYSOL
VÀ ORYMAX ..............................................................................................56
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

58

4.1. KẾT LUẬN............................................................................................58
4.2. KIẾN NGHỊ ...........................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

59

4


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang
Bảng 1

Nhiệt ñộ nóng chảy và nhiệt ñộ sôi của bốn silan ñầu

11

Bảng 2

Thành phần % của thủy tinh Iena và thủy tinh Pyrex

29

Bảng 3

Nhiệt ñộ nóng chảy (Nñnc.) và nhiệt ñộ sôi (Nñs.) của các
Silic tetrahalogenua

Bảng 4

Hiệu quả của việc cung cấp lượng Si ở những mức ñộ
khác nhau lên sự sinh trưởng của cây lúa ở vùng ñất thấp

36

41

Bảng 5

Trình tự pha dãy chuẩn

48

Bảng 6

Số lần vi sóng và thời gian ngâm mẫu

49

Bảng 7

Kết quả hàm lượng silic trong tro trấu và vỏ trấu

53

Bảng 8

Kết quả hàm lượng silic trong sản phẩm Silysol và
Orymax

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

56

5


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang
Hình 1

Trấu ñổ tràn sông

2

Hình 2

Cấu tạo nguyên tử silic

4

Hình 3

Cấu trúc của pin mặt trời silicon và cơ chế tạo ra dòng ñiện

8

Hình 4

Sơ ñồ biến ñổi dạng tinh thể của silic di-oxyt

14

Hình 5

Kiến trúc tinh thể của thạch anh β (a), triñimit β (b), và
cristobalit (c)

15

Hình 6

Pha lê thiên nhiên

17

Hình 7

Thạch anh

17

Hình 8

Tinh thể thạch anh quay phải và tinh thể thạch anh quay trái

18

Hình 9

Công thức dung dịch keo của axit silicic

20

Hình 10

Tứ diện ñều SiO4

22

Hình 11

Anion ( SiO32− ) n

23

Hình 12

Anion Si 2 O76 −

24

Hình 13

Anion ( Si 4 O116 − ) n

24

Hình 14

Anion Si3O96− và anion Si6 O1812 −

25

Hình 15

Anion ( Si2 O52− ) n

26

Hình 16

Cấu trúc một số loại zeolite

28

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

6


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Hình 17

Sản phẩm làm từ thủy tinh

30

Hình 18

Cấu tạo tứ diện ñều của Silic tetrahalogenua

36

Hình 19

Máy quang phổ

44

Hình 20

Pipetman

44

Hình 21

Dung dịch Silic chuẩn

46

Hình 22

Nguyên liệu vỏ trấu trước và sau khi xay

46

Hình 22

Nguyên liệu tro trấu trước và sau khi xay

46

Hình 24

Ly trích silic từ vỏ trấu

50

Hình 25

Ly trích silic từ tro trấu

50

Hình 26

Dãy chuẩn

51

Hình 27

Đồ thị thể hiện sự thay ñổi ñộ hấp thu theo nồng ñộ silic

52

Hình 28

Sản phẩm Silysol và Orymax

56

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

7


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

MỞ ĐẦU
--------

-

--------

Việt Nam là nước có nền văn minh lúa nước rất lâu ñời, từ lâu cây lúa ñã gắn
liền với ñời sống của nhân dân. Không chỉ hạt lúa ñược sử dụng làm thực phẩm chính,
mà các phần còn lại sau khi ñã thu hoạch lúa cũng ñược người dân tận dụng trở thành
những vật liệu có ích trong ñời sống hàng ngày. Ví dụ: rơm ñược sử dụng lợp nhà, cho
gia súc ăn, làm chất ñốt hoặc ủ làm phân; trấu dùng làm chất ñốt, trộn với ñất sét làm
vật liệu xây dựng hay ñược dùng như là một nguồn nguyên liệu thay thế cung cấp
nhiệt trong sản xuất với giá rất rẻ.
Từ lâu, vỏ trấu ñã là một loại chất ñốt rất quen thuộc với bà con nông dân, ñặc
biệt là bà con nông dân ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL). Nó ñược sử
dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch,
sấy lúa) nhờ những ưu ñiểm sau:[16]
•

Có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ.

•

Nguyên liệu trấu có các ưu ñiểm nổi bật khi sử dụng làm chất ñốt: vỏ

trấu sau khi xay xát ở luôn ở dạng khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ,
vận chuyển dễ dàng. Thành phần là chất xơ cao phân tử rất khó cho vi sinh vật
sử dụng nên việc bảo quản, tồn trữ rất ñơn giản, chi phí ñầu tư ít.
•

Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và lại rẻ tiền: ông Nguyễn Duy

Cần, Phó Giám ñốc Viện Nghiên cứu Phát triển ĐBSCL, cho rằng: “Hiện
ĐBSCL có sản lượng lúa hơn 20 triệu tấn. Nếu lấy tỷ lệ trung bình là 100 kg
lúa cho 20 kg trấu thì mỗi năm trong vùng có trên 4 triệu tấn trấu. Trong ñó, có
50% lượng trấu ñược bán cho các mục ñích sử dụng như: làm chất ñốt cho lò
sấy, nung gạch, nấu nướng... Còn lại khoảng 50% là lượng trấu dư thừa, ñược
ñốt hoặc bỏ xuống sông gây ô nhiễm môi trường (hình 1).

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

8


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Hình 1: Trấu ñổ tràn sông
(Nguồn: />

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và ñược tách ra trong quá trình xay xát.
Trong trấu và tro trấu có chứa nhiều silic oxyt, ñây là thành phần ñược sử dụng trong
rất nhiều lĩnh vực như xây dựng, luyện thủy tinh...Vấn ñề tận dụng oxyt silic trong vỏ
trấu hiện ñang rất ñược quan tâm.
Mặt khác, silic có lợi cho cây trồng trong nhiều mặt: nó giúp nâng cao tỷ lệ hấp
thu nhiều dưỡng chất quan trọng cho thực vật; giúp làm giảm sự nhiễm bệnh do vi
nấm và giảm sự phá hại của côn trùng do kích thích cây tăng cường hệ thống tự bảo
vệ, làm cho thành tế bào dầy, cứng, giúp cho cây lúa trồng ñược trên vùng ñất nhiễm
mặn, vùng bị tạp nhiễm bởi kim loại nặng; giúp cho cây trồng chống lại tổn hại do tia
cực tím gây ra[10].
Silic là nguyên tố rất giàu trong lớp vỏ trái ñất, ít ai nghĩ rằng ñất trồng thiếu
silic. Tuy nhiên, silic trong ñất hầu hết nằm ở dạng không hòa tan gồm cát, khoáng
thạch anh và di-oxyt silic. Vì hầu hết các hợp chất chứa silic nằm ở dạng trơ nên silic
hữu hiệu trong ñất rất thấp. Do vậy, bổ sung nguồn silic dễ hấp thu cho cây trồng là vô
cùng cần thiết.
Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn nêu trên, ñề tài “xác ñịnh hàm lượng silic
trong vỏ trấu và tro trấu bằng phương pháp quang phổ” ñược thực hiện nhằm góp phần
tìm hiểu thêm về nguồn nguyên liệu có chứa silic, tạo tiền ñề cho các nghiên cứu về
sau.
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

9


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Chương 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
--------

-

--------

1.1. GIỚI THIỆU VỀ SILIC VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA SILIC
Chúng ta ñang sống trong thế giới của Si, nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ
Trái Đất, sau oxy. Hợp chất với oxy của nguyên tố ñứng thứ 14 trong Bảng Hệ Thống
Tuần Hoàn này (ở nhiều dạng khác nhau của silica, silicat và aluminosilicat) cấu tạo
nên ¾ thạch quyển. Ở dạng dung dịch hoặc huyền phù, các dẫn xuất oxy của Si hiện
diện trong tất cả nguồn nước trên hành tinh. Trong khí quyển Trái Đất luôn hiện diện
silica và bụi silicat, gồm cả những phần có nguồn gốc vũ trụ. Hơn nữa, các hợp chất Si
có trong thành phần cấu tạo của sinh vật và ñóng vai trò xác ñịnh, thường là rất quan
trọng: tham gia vào hoạt ñộng sống. Chúng thật sự cần thiết cho sự hiện diện của sự
sống tự nhiên trên Trái Đất. Mặt khác, bao quanh chúng ta là vật liệu nhân tạo có
thành phần là các hợp chất Si vô cơ. Chúng bao gồm các sản phẩm trọng tải lớn của
ngành công nghiệp như: xi măng, bê tông, gạch, ñá xây dựng, gốm kỹ thuật, v.v. Các
hợp chất Si cũng tạo nên những vật liệu tuyệt hảo như: thủy tinh, sứ, sành, gốm thủy
tinh, carborundum (dùng ñể mài), silicagel, bột silic, zeolite (cơ sở cho nhiều chất xúc
tác và vật liệu khác), ñá trân châu, thủy tinh lỏng và nhiều loại ñá quý. Trong nửa thế
kỷ qua, các polime silic hữu cơ nhân tạo polysiloxane hầu như ñã thâm nhập vào trong
tất cả các ngành công nghiệp, nông nghiệp và y học[12].
1.1.1. Lịch sử phát hiện
Silic (tên Latinh là Silicium) là nguyên tố hóa học nhóm IV trong Bảng hệ
thống tuần hoàn, số thứ tự nguyên tử 14, khối lượng nguyên tử là 28,086 (hình 2),
cứng, có màu xám sẫm - ánh xanh kim loại, là á kim có hóa trị +4.

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

10

Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Hình 2: Cấu tạo nguyên tử silic
(Nguồn: />
Năm 1825, nhà hóa học kiêm khoáng vật học Thụy Điển J.J. Berzelius ñã tìm ra
silic dưới dạng nguyên tố hóa học ñộc lập. Khi ñun nóng kali flosilicat với kali, ông ñã
tách ñược silic ra khỏi hợp chất ñó:
K2SiF6 + 4K = 6KF + Si
Berzelius gọi nguyên tố mới ñó là “silici” (từ chữ Latinh “silex” nghĩa là “ñá
lửa”[2].
Silic là một trong những nguyên tố quan trọng của thế giới vô sinh: chiếm 28%
khối lượng vỏ Trái Đất và là nguyên tố phổ biến thứ hai sau oxy (47%)[15].
1.1.2. Tính chất lí, hóa học[1]
Silic tinh khiết ở dạng tinh thể lập phương có kiến trúc tương tự kim cương.
Trong mạng lưới tinh thể ñó, mỗi nguyên tử Si liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử
Si bao quanh kiểu hình tứ diện ñều. Độ dài của liên kết Si − Si là 2,34 Å. Giống với
kim cương, silic tinh thể cũng cứng (ñộ cứng bằng 7), rất khó nóng chảy, khó sôi
(nñnc. là 1428oC và nñs. là 3280oC) và có tỉ khối là 2,33. Trong tinh thể có một phần
nào ñó sự không ñịnh chỗ của liên kết nên silic tinh thể có màu xám, có ánh kim và là

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

11


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

chất bán dẫn (∆E = 1,12eV). Silic bán dẫn chịu ñược nhiệt ñộ cao (250oC) hơn
gecmani bán dẫn (75oC).
Silic không có dạng tinh thể giống với than chì. Silic "vô ñịnh hình" là chất bột
màu hung thực tế cũng gồm những vi tinh thể silic lập phương. Ngày nay bằng áp suất
rất cao, người ta ñiều chế ñược một dạng tinh thể lập phương khác của silic có tỉ khối
(là 2,55) lớn hơn và trong mạng lưới gồm những tứ diện lệch, với liên kết Si − Si có ñộ
dài 2,3 và 2,39 Å.
Silic không tan trong các dung môi mà chỉ tan trong một số kim loại nóng chảy
như nhôm, bạc, kẽm, thiếc, chì (không có tương tác hóa học). Khi ñể nguội những
dung dịch ñó, silic sẽ kết tinh và tính chất này ñược sử dụng ñể ñiều chế silic tinh thể.
Nói chung, ở ñiều kiện thường, silic khá trơ về mặt hóa học vì có mạng lưới
tinh thể rất bền. Silic "vô ñịnh hình" hoạt ñộng hơn silic tinh thể. Ở nhiệt ñộ thường,
silic chỉ tương tác với flo tạo nên tetraflorua SiF4 và phát ra nhiều nhiệt :
Si + 2F2 = SiF4, ∆Ho = -1563,3 kJ
Với clo và brom, nó tương tác ở 500oC tạo thành silic tetrahalogenua tương
ứng. Ở 600oC, nó cháy trong oxy và phản ứng cháy phát ra nhiều nhiệt :
Si + O2 = SiO2 (thạch anh α), ∆Ho = -715,5 kJ
Cũng tại nhiệt ñộ ñó, Silic tương tác với lưu huỳnh tạo thành silic ñisunfua
(SiS2). Silic tương tác với nitơ ở 1000oC tạo thành silic nitrua (Si3N4) với carbon và bo
ở 2000oC tạo thành silic cacbua (SiC) và bo xilixua (B3Si, B6Si).
Ở khoảng 800-900oC, silic tác dụng với một số kim loại như magie, canxi, sắt,
platin, ñồng tạo thành silixua.
Ví dụ :
2Mg + Si = Mg2Si
Giống với cacbua, silixua của kim loại chuyển tiếp thường là hợp chất kiểu xâm
nhập, thành phần của chúng không ứng với hóa trị bình thường của các nguyên tố.
Ở ñiều kiện thường, silic không tác dụng với nước, nhưng ở 800oC cho phản

ứng:
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

12


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên
Si + 2H2O = SiO2 + 2H2

Ở ñiều kiện thường, silic bền ñối với các axit và cường thủy, chỉ tan trong hỗn
hợp hai axit HF và HNO3 :
8Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SIF6 + 4NO + 8H2O
Bột mịn silic tác dụng với hơi HF nóng theo phản ứng :
Si + 4HF = SIF4 + 2H2
tác dụng với HCl ở trên 300oC và HBr ở trên 500oC tạo nên SiX4 và silan halogenua
(SiHX3, SiH2X2, SiH3X), ở ñây X là halogen.
Tuy nhiên silic tương tác mãnh liệt với dung dịch kiềm giải phóng H2 :
Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2
Phản ứng này cũng xảy ra với dung dịch có nồng ñộ của ion OH- rất bé. Vì
muối silicat kim loại kiềm do phản ứng sinh ra bị thủy phân gần như hoàn toàn ở trong
dung dịch loãng cho nên nồng ñộ của ion OH- trong quá trình phản ứng không giảm
xuống. Như thế dẫn ñến sự phân hủy nước bởi silic mà ion OH- là chất xúc tác. Lợi
dụng phản ứng của silic với dung dịch kiềm, trước ñây người ta dùng hợp kim ferosilic
ñể ñiều chế nhanh khí hidro ở mặt trận.
1.1.3. Những công dụng của silic dựa vào tính bán dẫn [1]
Sau khi phát hiện ra rằng ñộ dẫn ñiện của chất bán dẫn biến ñổi ñột ngột nhưng
ñiều khiển ñược nếu chứa một lượng tạp chất rất nhỏ, silic trở nên có nhiều công dụng
quan trọng trong công nghiệp.

1.1.3.1. Chất bán dẫn kiểu n
Khi cho thêm một lượng rất nhỏ photpho hay asen vào tinh thể silic, những
nguyên tử ñược thêm ñó xâm nhập vào mạng lưới tinh thể của silic. Vì mỗi nguyên tử
chỉ cần 4 electron hóa trị ñể tạo nên liên kết với 4 nguyên tử Si bao quanh nên ở
nguyên tử P hay As có dư một electron. Electron ñó chiếm một mức năng lượng ở
trong vùng dẫn của tinh thể silic. Nếu ñặt một thế hiệu lên tinh thể silic, electron ñó di
chuyển xuyên suốt tinh thể và tinh thể dẫn ñiện. Trong trường hợp này sự dẫn ñiện gây

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

13


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

ra bởi sự di chuyển của electron âm ñiện nên silic là chất bán dẫn kiểu n (n là chữ viết
tắt của từ negative tiếng Anh có nghĩa là âm).
1.1.3.2. Chất bán dẫn kiểu p
Khi cho thêm một lượng rất nhỏ bo hay nhôm vào tinh thể silic, những nguyên
tử ñược thêm này cũng xâm nhập vào mạng lưới tinh thể của silic. Vì cần 4 electron ñể
tạo 4 liên kết với silic nên nguyên tử B hay Al phải lấy thêm một electron của nguyên
tử Si bao quanh làm cho nguyên tử Si này mang ñiện tích dương.
Lỗ khuyết trong vỏ electron hóa trị của silic ñược gọi là lỗ khuyết dương. Một
electron từ nguyên tử Si khác ở bên cạnh di chuyển ñến lỗ khuyết dương ñó làm xuất
hiện lỗ khuyết dương mới ở nguyên tử Si ñó và cứ như vậy hiện tượng xuất hiện lỗ
khuyết dương tiếp tục xảy ra. Nếu ñặt một thế hiệu lên tinh thể silic, những lỗ khuyết
dương di chuyển xuyên suốt tinh thể và tinh thể dẫn ñiện. Trong trường hợp này sự
dẫn ñiện gây ra bởi sự di chuyển của các lỗ khuyết dương nên silic là chất bán dẫn

kiểu p (p là chữ viết tắt từ positive tiếng Anh có nghĩa là dương).
1.1.3.3. Pin Mặt Trời
Khi xếp một màng mỏng chất bán dẫn kiểu n lên trên một màng mỏng kiểu p,
nếu chiếu ánh sáng Mặt Trời lên các lớp màng ñó (Hình 3), những electron tự do ở lớp
trên theo dây dẫn của mạch ngoài ñược hút ñến các lỗ khuyết dương ở lớp dưới. Vì
electron rời khỏi lớp kiểu n ñến tích lũy ở lớp kiểu p nên lớp trên trở nên dương và lớp
dưới trở nên âm hơn. Electron ở lớp dưới ñược hút kéo lên lớp trên và mạch ñiện trở
nên kín. Đó là sơ ñồ hoạt ñộng của pin quang ñiện hay thường gọi là pin Mặt Trời. Pin
này chuyển hóa ñược 25% năng lượng Mặt Trời chiếu tới thành ñiện năng. Hàng vạn
pin Mặt Trời ghép lại thành tấm có thể thay cho trạm ñiện.
Pin Mặt Trời lần ñầu tiên ñược sáng chế vào những năm 50 của thế kỉ này
nhưng bị lãng quên. Mãi ñến những năm 70, trên thế giới xảy ra cuộc khủng hoảng về
năng lượng người ta mới trở lại quan tâm ñến pin Mặt Trời. Đến những năm 80 ñã
mọc lên một số nhà máy lớn và trạm ñiện sử dụng pin Mặt Trời ñể cung cấp ñiện cho
dân cư. Bấy lâu nay pin Mặt Trời ñã ñược dùng ñề cung cấp ñiện cho máy móc ở trong
vệ tinh nhân tạo và tàu du hành vu trụ và ngày càng ñược dùng phổ biến hơn ví dụ như
trong ñồng hồ và máy tính.
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

14


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Hình 3: Cấu trúc của pin mặt trời silicon và cơ chế tạo ra dòng ñiện.
Chấm ñen là ñiện tử e-; chấm trắng là lỗ trống h+.
(Nguồn: />
1.1.3.4. Bộ chỉnh lưu

Khi ghép một cực làm bằng chất bán dẫn kiểu p với một cực làm bằng chất bán
dẫn kiểu n chúng ta ñược một mặt tiếp giáp p-n. Nếu ñặt một thế hiệu vào hai cực ñó
thì xảy ra hai trường hợp :
- Khi nối cực âm của dòng ñiện với cực chất bán dẫn kiểu n, electron di chuyển
trong cực chất bán dẫn ñó và xuyên qua mặt tiếp giáp. Đồng thời electron rời khỏi cực
chất bán dẫn kiểu p và sinh ra lỗ khuyết dương nhiều hơn, những lỗ khuyết dương này
di chuyển qua mặt tiếp giáp, tại ñây electron ñi vào lỗ khuyết dương, electron và lỗ
khuyết dương trung hòa nhau và tiếp tục có dòng ñiện chạy.
- Khi nối các cực theo chiều ngược lại, electron ñi từ cực chất bán dẫn kiểu n
theo dây dẫn của mạch ngoài vào cực chất bán dẫn kiểu p làm các lỗ khuyết dương di
chuyển khỏi mặt tiếp giáp. Do ñó ở vùng gần mặt tiếp giáp trong chất bán dẫn kiểu p
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

15


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

không có lỗ khuyết dương, trong chất bán dẫn kiểu n không có electron tự do và không
có dòng ñiện chạy. Vậy mặt tiếp giáp p-n chỉ dẫn ñiện theo một chiều nên có thể
chuyển dòng ñiện xoay chiều thành dòng ñiện một chiều. Thiết bị ñó ñược gọi là bộ
chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu bán dẫn thay cho ñiot ñiện tử trước ñây nên ñược gọi là ñiot
bán dẫn.
1.1.3.5. Tranzito
Tranzito ñược sáng chế từ năm 1948 và là áp dụng ñầu tiên của công nghệ bán
dẫn. Đây là một thiết bị bán dẫn bao gồm một lớp màng mỏng chất bán dẫn kiểu n
(hay kiểu p) kẹp giữa hai lớp màng mỏng chất bán dẫn kiểu p (hay kiểu n):

n

p

n

p

n

p

Tranzito kiểu pnp hoạt ñộng nhờ sự di chuyển lỗ khuyết dương còn tranzito
kiểu npn hoạt ñộng nhờ sự di chuyển electron. Tranzito có khả năng khuếch ñại dòng
và thế ñiện.
1.1.3.6. Mạch tổ hợp
Trước những năm 60, mỗi tranzito ñược gói riêng trong một vỏ bọc bằng kim
loại hay bằng chất dẻo. Vài chục năm nay người ta phát triển việc sản xuất các mạch tổ
hợp. Ngày nay một mạch tổ hợp bao gồm hàng ngàn ñiện trở, tranzito, chỉnh lưu và tụ
ñiện ñược cấu tạo nên từ chất bán dẫn kiểu n và chất bán dẫn kiểu p ở trên một mảnh
silic có kích thước vài milimet ñược cắt ra từ ñơn tinh thể silic. Có thể nói vi mạch
silic là trái tim của ñồng hồ ñeo tay hiện số, máy tính và máy vi tính. Việc thu nhỏ
mạch ñiện bằng tranzito và vi mạch tổ hợp là một cuộc cách mạng rất lớn trong ngành
công nghiệp ñiện tử và ngành công nghiệp máy tính.
1.1.4. Trạng thái thiên nhiên và phương pháp ñiều chế[1]
Nếu carbon là nguyên tố chủ chốt của thế giới hữu cơ thì silic cũng có vai trò
tương tự như vậy ñối với thế giới vô cơ: vỏ rắn của Trái Đất gồm chủ yếu các silicat là
hợp chất của silic với một số nguyên tố khác. Ngoài ra silic rất thường gặp ở dạng oxyt

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

16


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

SiO2, chủ yếu là cát. Silic lần ñầu tiên ñược J.J. Berzelius (1779 - 1848) ñiều chế vào
năm 1823.
Trong công nghiệp, silic kĩ thuật, với ñộ tinh khiết 95-98% ñược ñiều chế ở
dạng khối lớn khi dùng than cốc hoặc can xi cacbua khử thạch anh trong lò ñiện ở
nhiệt ñộ cao:
SiO2 + 2C = Si + 2CO
3SiO + 2CaC2 = 3Si + 2CaO + 4CO
Nếu cho thêm quặng sắt vào hỗn hợp phản ứng thì thu ñược hợp kim ferosilic.
Hợp kim này có thể chứa 40-90% Si, ñược dùng trong luyện kim ñể ñưa silic vào các
loại thép ñặc biệt khác nhau và gang silic. Gang silic chứa 12 - 17% Si, rất bền với axit
nên thường dùng ñể chế tạo các bộ phận máy móc chịu axit. Trong luyện kim, người ta
thường dùng silic kỹ thuật ñể làm chất khử oxy, chẳng hạn như khi cho thêm vào ñồng
nóng chảy, silic khử ñồng oxyt thành ñồng kim loại.
Trong phòng thí nghiệm, silic ñược ñiều chế bằng cách ñốt cháy một hỗn hợp
gồm có bột magie và cát nghiền mịn:
SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
Cho hỗn hợp sản phẩm thu ñược lần lượt tác dụng với dung dịch HCl và dung
dịch HF, MgO và SiO2 dư sẽ tan còn lại là silic ở dạng bột "vô ñịnh hình". Silic thu
ñược còn chứa nhiều tạp chất, cho kết tinh lại trong những kim loại nóng chảy sẽ ñược
silic tinh thể tinh khiết hơn.
Silic dùng trong kĩ thuật bán dẫn cần phải ñặc biệt tinh khiết với hàm lượng tạp
chất dưới 10 -9 % nguyên tử. Silic tinh khiết hóa học ñược ñiều chế bằng cách dùng hơi

kẽm khử silic tetraclorua ở 1000oC trong ống thạch anh:
SiCl4 + 2Zn = Si + 2ZnCl2
hoặc nhiệt phân monosilan ở trên 780oC:
SiH4 = Si + 2H2
Từ silic tinh khiết hóa học, bằng phương pháp nóng chảy vùng người ta thu
ñược silic tinh khiết ñặc biệt (ñến 99,9999 %), rồi từ silic tinh khiết ñặc biệt này, bằng
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

17


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

phương pháp nuôi tinh thể, người ta chế ñược những ñơn tinh thể silic dài tới 24 cm và
có ñường kính 2 cm.
1.1.5. Các hợp chất của silic[1]
1.1.5.1. Silan
Trong thí nghiệm ñiều chế silic "vô ñịnh hình” nếu lấy thừa magie thì khi chế
hóa hỗn hợp sản phẩm của phản ứng với dung dịch HCl người ta sẽ nghe những tiếng
nổ lốp ñốp và thấy khói trắng bay lên. Hiện tượng ñó ñược giải thích như sau: magie
dư ñã tác dụng với silic tạo thành magie silixua rồi magie silixua tác dụng với axit giải
phóng một hỗn hợp các khí gọi silan. Hỗn hợp silan ñó tự bốc cháy trong không khí
tạo thành khói trắng và ñốt cháy khí hidro sinh ra bởi tương tác của magie với axít mà
gây ra tiếng nổ.
Silan là dãy hợp chất hidro silixua có cấu tạo phân tử tương tự những hidro
cacbua dãy metan. Chúng có công thức chung là SinH2n+2. Hiện nay người ta biết ñược
những silan sau ñây: monosilan (SiH4), ñisilan (Si2H6), trisilan (Si3H8), tetrasilan
(Si4H10), pentasilan (Si5H12), hexasilan (Si6H14) trong ñó biết kĩ hơn hết là bốn silan

ñầu.
Tất cả các silan ñều không có màu, có mùi ñặc trưng và rất ñộc. Chúng không
tan trong nước nhưng tan trong dung môi hữu cơ. Nhiệt ñộ nóng chảy và nhiệt ñộ sôi
của chúng tăng lên dần theo khối lượng phân tử. Dưới ñây là nhiệt ñộ nóng chảy và
nhiệt ñộ sôi của bốn silan ñầu (bảng 1):
Bảng 1: Nhiệt ñộ nóng chảy và nhiệt ñộ sôi của bốn silan ñầu

SiH4

SiH6

Si3H8

Si4H10

Nhiệt ñộ nóng chảy, oC

-185

-129

-117

91

Nhiệt ñộ sôi, oC

-112

- 14

53

107

(Nguồn: Hoàng Nhâm (2004), Hóa học vô cơ, tập 2)

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

18


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Do năng lượng của các liên kết Si − Si và Si − H bé hơn năng lượng của các
liên kết C − C và C − H, các silan kém bền với nhiệt và hoạt ñộng hơn nhiều về mặt
hóa học so với hidro cacbua no. Về những mặt này, silan giống với boran.
Khi ñun nóng trong ñiều kiện thiếu không khí, SiH4 phân hủy thành Si và H2 ở
o

400 C, Si2H6 phân hủy ở 300oC và các silan khác phân hủy còn dễ dàng hơn.
Các silan tự bốc cháy và gây nổ trong không khí, riêng SiH4 chỉ bốc cháy trong
oxy tinh khiết. Phản ứng cháy của silan tương tự phản ứng cháy của hidro cacbua,
nghĩa là tạo nên SiO2 , H2O và phát ra nhiều nhiệt.
Ví dụ :
SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O,

∆Ho = -1288 kJ

Silan không tương tác với nước và axit, nhưng trong nước có dấu vết của ion
OH−, silan bị thủy phân tạo thành SiO2 và H2 giống như boran.
Ví dụ :
Si2H6 + (4+2n)H2O = 2SiO2.nH2O + 7H2
Silan là chất khử mạnh. Những chất oxy hóa chuyển silan thành SiO2 và H2O.
Ở nhiệt ñộ thường, silan tương tác mãnh liệt với halogen và gây nổ. Halogen có thể thế
lần lượt hidro trong silan tạo thành những dẫn xuất thế của silan halogenua giống như
phản ứng thế hidro bằng halogen trong hidro cacbua no. Khi có mặt AlCl3 làm chất
xúc tác, HCl có thể tác dụng với silan tạo nên những dẫn xuất thế.
Ví dụ :
SiH4 + HCl = SiH3Cl + H2
Người ta ñã biết ñược nhiều dẫn xuất thế khác nhau của silan, trong ñó ñược
nghiên cứu nhiều nhất là dẫn xuất thế chứa nhóm SiH3-, ví dụ như SiH3HS, (SiH3)2S,
SiH3CN, SiH3NCS v.v...
Hỗn hợp silan ñược ñiều chế bằng cách cho magie silixua tác dụng với dung
dịch axit sunfuric loãng.
Ví dụ:
Mg2Si + 2H2SO4 = SiH4 + 2MgSO4
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

19


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Với hiệu suất của phản ứng là 25%, tương tác của Mg2Si và H2SO4 cho một hỗn
hợp có thành phần gần ñúng là 40% SiH4, 30% Si2H6, 15% Si3H8, 10% Si4H10, 5%

Si5H12 và Si6H14.
Để nâng cao hơn nữa hiệu suất của phản ứng, cho Mg2Si tương tác với NH4Cl ở
trong amoniac lỏng.
Ví dụ:
Mg2Si + 4NH4Cl = SiH4 + 2MgCl2 + 4NH3
Để tách riêng từng silan một, người ta hóa lỏng hỗn hợp silan thu ñược bằng
không khí lỏng rồi chưng cất phân ñoạn ở trong chân không, trong ñiều kiện không có
không khí và hơi nước hoặc dùng phương pháp sắc kí khí-lỏng.
1.1.5.2. Silic mono-oxyt
Ở trạng thái hơi, silic mono-oxyt tồn tại dưới dạng những phân tử SiO riêng rẽ.
Khi ñược làm lạnh nhanh, hơi ñó ngưng tụ thành bột mịn màu nâu có cấu tạo polime
(SiO)n. Sự polime hóa ñược thực hiện nhờ liên kết Si − Si. Đime (SiO)2 có cấu hình
ñường thẳng, trong ñó liên kết Si − Si có ñộ dài ngắn hơn (2,25 Å) so với liên kết
trong tinh thể silic (2,35 Å) và có lẽ là liên kết ñôi (trong CO có liên kết ba).
Silic mono-oxyt dạng rắn thăng hoa ở 1700oC. Ở trong không khí, nó bị oxy
hóa dần nhưng dạng bột mịn có thể tự cháy biến thành SiO2. Silic mono-oxyt tan dễ
trong kiềm và dung dịch nóng của carbonat kim loại kiềm tạo thành silicat và giải
phóng khí H2. Silic mono-oxyt cũng tan trong dung dịch HF.
Hơi SiO ñược tạo nên khi ñun nóng hỗn hợp SiO2 và Si ở 1000 - 1300oC trong
chân không:
SiO2 + Si = 2SiO
hoặc khi dùng khí H2 hay than khử SO2 ở nhiệt ñộ trên 1000oC.
1.1.5.3. Silic di-oxyt
Silic di-oxyt tuy có công thức phân tử giống với carbon di-oxyt nhưng không
tồn tại ở dạng từng phân tử riêng rẽ mà dưới dạng tinh thể, nghĩa là một phân tử khổng
lồ.
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

20

Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Ba dạng tinh thể của silic di-oxyt ở áp suất thường là thạch anh, tridimit và
cristobalit. Mỗi một dạng ña hình này lại có hai dạng : dạng α bền ở nhiệt ñộ thấp và
dạng β bền ở nhiệt ñộ cao. Dưới ñây là sơ ñồ biến ñổi dạng tinh thể của silic di-oxyt
(hình 4):

Thạch anh β

870°C

Triñimit β

573°C
Thạch anh α

1470°C

120-160°C
Triñimit α

Cristobalit β
200-275°C
Cristobalit α

Hình 4: Sơ ñồ biến ñổi dạng tinh thể của silic di-oxyt
(Nguồn: Hoàng Nhâm (2004), Hóa học vô cơ, tập 2)

Tất cả những dạng tinh thể này ñều bao gồm những nhóm tứ diện SiO4 nối với
nhau qua những nguyên tử O chung. Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si nằm ở tâm của
tứ diện liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử O nằm ở các ñỉnh của tứ diện. Như vậy
mỗi nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si ở hai tứ diện khác nhau và tính trung
bình cứ trên một nguyên tử Si có hai nguyên tử O và công thức kinh nghiệm của silic
di-oxyt là SiO2.
Ba dạng ña hình của silic di-oxyt có cách sắp xếp khác nhau của các nhóm tứ
diện SiO4 ở trong tinh thể. Trong thạch anh, những nhóm tứ diện ñược sắp xếp sao cho
các nguyên tử Si nằm trên một ñường xoắn ốc. Nếu chiếu kiến trúc tinh thể của thạch
anh β lên trên mặt phẳng ñáy của ñường xoắn ốc thì ñược hình 5-a. Tùy theo chiều của
ñường xoắn ốc ñó mà có thạch anh quay trái và thạch anh quay phải. Còn trong
triñimit, các nguyên tử Si chiếm vị trí của các nguyên tử S và Zn trong mạng lưới
vuazit (hình 5-b) và trong cristobalit, các nguyên tử Si chiếm vị trí của các nguyên tử S
và Zn trong mạng lưới sphalerit (hình 5-c) ; liên kết giữa các nguyên tử Si với nhau
ñều ñược thực hiện qua nguyên tử O.

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

21


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Hình 5: Kiến trúc tinh thể của thạch anh β (a), triñimit β (b), và cristobalit (c)
(Nguồn: Hoàng Nhâm (2004), Hóa học vô cơ, tập 2)

Tỉ khối của thạch anh là 2,56; của triñimit là 2,3 và của cristobalit là 2,2. Sự

khác nhau giữa dạng α và dạng β của mỗi dạng ña hình ñó là do sự quay một ít của các
tứ diện ñối với nhau nhưng cách sắp xếp chung của các tứ diện không biến ñổi. Do vậy
chúng ta có thể hiểu dễ dàng tại sao sự biến ñổi giữa các dạng α và β xảy ra nhanh
chóng và ở nhiệt ñộ thấp hơn so với sự biến ñổi từ dạng ña hình này sang dạng ña hình
kia: trường hợp thứ nhất không ñòi hỏi sự phá vỡ liên kết còn trường hợp thứ hai ñòi
hỏi sự phá vỡ và xây dựng lại tất cả các liên kết. Vì quá trình biến ñổi dạng ña hình
này sang dạng ña hình khác của silic di-oxyt xảy ra chậm và cần năng lượng hoạt hóa
cao cho nên thạch anh, triñimit và cristobalit ñều tồn tại ở trong thiên nhiên mặc dù
nhiệt ñộ thường chỉ có thạch anh α là bền nhất và các dạng tinh thể khác là bền giả.
Ngoài ba dạng tinh thể ña hình trên, ở trong thiên nhiên còn có một số dạng
khác nữa của silic di-oxyt có kiến trúc vi tinh thể. Một trong những dạng ñó ñã ñược
sử dụng trong thực tế là mã não. Mã não là chất rắn, trong suốt, gồm có những vùng
có màu sắc khác nhau và rất cứng. Mã não thường ñược dùng làm cối, chày ñể nghiền
những vật liệu cứng và ñể làm ñồ trang trí.
Opan là một loại ñá quý không có kiến trúc tinh thể. Nó gồm những hạt cầu
SiO2 liên kết với nhau tạo nên những lỗ trống chứa không khí, nước hay hơi nước. Do
chứa các tạp chất, opan có các màu khác nhau : vàng, nâu, ñỏ, lục và ñen. Dạng mờ
ñục có màu trắng sữa nên khoáng vật này có tên gọi là opan (opal tiếng Anh có nghĩa
là màu trắng ñục).
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

22


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Gần ñây người ta chế tạo ñược hai dạng tinh thể mới của silic di-oxyt nặng hơn
thạch anh là coesit (ñược tạo nên ở áp suất 35000 atm và nhiệt ñộ 250oC) và stishovit

(ñược tạo nên ở áp suất 120.000 atm và nhiệt ñộ 1300oC). Hai dạng này về sau mới
ñược phát hiện ở các thiên thạch. Khi ñun nóng ở 1200oC (coesit) và 400oC (stishovit),
chúng biến thành silic di-oxyt dạng bình thường.
Khi ñể nguội chậm silic di-oxyt ñã nóng chảy hoặc khi ñun nóng bất kì dạng
nào của silic di-oxyt ñến nhiệt ñộ hóa mềm, thu ñược một vật liệu vô ñịnh hình giống
như thủy tinh. Những vật liệu dạng thủy tinh như vậy, về một số mặt giống với chất
rắn và về một số mặt khác giống với chất lỏng. Ở nhiệt ñộ khá thấp, chẳng hạn như ở
nhiệt ñộ thường, vật liệu dạng thủy tinh tạo nên khối rắn có hình dạng xác ñịnh, ñôi
khi có ñộ bền cơ học cao, ñộ cứng lớn v.v. . . Nhưng ở nhiệt ñộ cao hơn, vật liệu dạng
thủy tinh có tính chất giống như một chất lỏng chậm ñông có ñộ nhớt rất lớn . Khác
với dạng tinh thể, chất dạng thủy tinh có tính ñẳng hướng và không nóng chảy ở nhiệt
ñộ không ñổi mà hóa mềm ở nhiệt ñộ thấp hơn nhiều so với khi chảy lỏng ra. Bằng
phương pháp Rơnghen, người ta xác ñịnh ñược rằng trong trạng thái thủy tinh, mỗi
nguyên tử vẫn ñược bao quanh bởi những nguyên tử khác giống như trong trạng thái
tinh thể nhưng những nguyên tử ñó sắp xếp một cách hỗn loạn hơn. Một ví dụ cụ thể
ñã gặp trước ñây là trường hợp của B2O3. Một số chất khác cũng cho trạng thái thủy
tinh là: selen, lưu huỳnh dẻo, berili florua, silic di-oxyt, gecmani di-oxyt, ñiasen
triOxyt, canxi silicat (CaSiO3), chì silicat (PbSiO3), liti metaborat (Li2B2O4), natri
tetraborat (Na2B4O7) và catmi ñiophotphat (Cd2P2O7).
Thạch anh nóng chảy ở 1600 - 1670oC. Nhiệt ñộ nóng chảy của nó không thể
xác ñịnh chính xác ñược vì có sự biến hóa một phần sang những dạng ña hình khác với
tỉ lệ khác nhau tùy theo ñiều kiện bên ngoài. Cristobalit nóng chảy Ở 1710oC. Nhiệt ñộ
sôi của silic di-oxyt là 2230oC.
Thạch anh tinh khiết nhất gặp trong thiên nhiên gồm những tinh thể trong suốt
và không màu ñược gọi là pha lê thiên nhiên (hình 6).

Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

23

Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Hình 6: Pha lê thiên nhiên
(Nguồn: />
Khi có lẫn tạp chất, thạch anh có các màu khác nhau: hồng, tím, nâu, lục.
Những dạng này ñược coi là ñá quý (hình 7).

Hình 7: Thạch anh
(Nguồn: /> />
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

24


Luận văn tốt nghiệp

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Khi chiếu ánh sáng phân cực theo trục chính của tinh thể, thạch anh có khả
năng làm quay mặt phẳng của ánh sáng theo hai hướng khác nhau: bên phải hay bên
trái. Như vậy thạch anh là chất có hoạt tính quang học. Dựa vào hoạt tính này người ta
chia thạch anh làm hai dạng: thạch anh quay phải và thạch anh quay trái. Nhìn bề
ngoài, hai dạng tinh thể ñó chỉ khác với nhau giống như vật khác với ảnh của vật ở
trong gương (Hình 8). Những dạng tinh thể thuộc kiểu như vậy ñược gọi là dạng ñối
quang.

Hình 8: Tinh thể thạch anh quay phải và tinh thể thạch anh quay trái

(Nguồn: Hoàng Nhâm (2004), Hóa học vô cơ, tập 2)

Ngoài hoạt tính quang học, tinh thể thạch anh còn có tính áp ñiện: khi nén lại
hay kéo ra hai bề mặt ngược nhau của một tinh thể sinh ra những ñiện tích ngược dấu
nhau và ngược lại, khi cho một ñiện trường tác dụng lên tinh thể, kích thước của tinh
thể biến ñổi.
Lợi dụng tính áp ñiện ñó, người ta dùng những tinh thể lớn của thạch anh vào
trong các máy phát siêu âm. Khi cho một ñiện trường biến ñổi nhanh tác dụng lên bản
thạch anh, bản ñó co lại và dãn ra theo chu kì có tần số bằng tần số của ñiện trường,
nhờ ñó từ bản thạch anh phát ra môi trường xung quanh những sóng giống với sóng
của âm thanh bình thường nhưng có tần số cao hơn nhiều, gọi là sóng siêu âm. Sóng
siêu âm ñược dùng ñể kiểm tra tính ñồng nhất của những tấm kim loại dày, chế luyện
những vật liệu rất cứng, hàn những kim loại khó hàn, ño ñộ sâu của biển, phát hiện các
ñàn cá biển v.v... Gần ñây sóng siêu âm còn ñược dùng ñể soi chiếu các bộ phận trong
cơ thể người giống như tia Rơnghen nhưng an toàn hơn nhiều.
Những tinh thể nhỏ của thạch anh ñược dùng trong các ñầu ñọc của máy thu
thanh và máy quay ñĩa. Khi kim lướt trên ñĩa hát, kim sẽ truyền dao ñộng cơ học (gây
Nguyễn Thị Mai Chi – MSSV: 2064800

25