bài giảng Cấu trúc tinh thể

Cấu trúc tinh thể
Chủ yếu ở 3 dạng sau:
+ Tinh thể lục phương chặt khít
+ Tinh thể lập phương tâm diện
+ Tinh thể lập phương tâm khối
Sự hình thành 3 dạng cấu trúc đó?

1


Sự sắp xếp các nguyên tử kim loại
Trong tinh thể kim loại, các nguyên tử được
sắp xếp như thế nào?

 Các quả cầu kim loại sắp xếp chặt khít với nhau

theo từng lớp – một quả cầu được tiếp xúc với 6 quả
cầu khác


Sự sắp xếp các nguyên tử kim loại
Các quả cầu ở lớp thứ hai sẽ được đặt như
thế nào?

Hốc bát diện
Hốc tứ diện

Lớp thứ hai sẽ được xếp vào các hốc của lớp một


Sự sắp xếp các nguyên tử kim loại

→ Xảy ra hai trường hợp khi sắp xếp các quả cầu
lớp thứ 3:

+ Các quả cầu lớp 3 được xếp vào hốc tứ diện
+ Các quả cầu lớp 3 được xếp vào hốc bát diện


Khi đặt các quả cầu lớp 3 vào hốc tứ diện
→ các quả cầu lớp 3 sẽ ở đúng ngay trên vị trí của
các quả cầu lớp 1

Hốc tứ diện

→ Tạo nên cấu trúc lục phương chặt khít


Cấu trúc lục phương chặt khít

A

A

B
A

B

B
A

A

Lôc ph-¬ng chÆt khÝt

Mỗi quả cầu tiếp xúc với 12 quả cầu lân cận


Khi đặt các quả cầu lớp 3 vào hốc bát diện
→ các quả cầu lớp 3 không tương ứng với vị trí của
các quả cầu hai lớp trước
Nếu tiếp tục xếp lớp 4 lên thì lớp 4 sẽ trùng với lớp 1

Hốc bát diện

→ Tạo nên cấu trúc lập phương tâm diện (mặt)


Cấu trúc lập phương tâm mặt

A

B

A
C
B
A
LËp ph-¬ng t©m mÆt

C

A

B

Mỗi quả cầu tiếp xúc với 12 quả cầu lân cận


Sự sắp xếp các nguyên tử kim loại


Với cấu trúc thứ 3 (lập phương tâm khối), các
quả cầu lớp sau được đặt chồng lên đúng vị trí của
các quả cầu lớp đầu.

Mỗi quả cầu tiếp xúc với 8 quả cầu lân cận


Hinh phèi trÝ cña c¸c m¹ng tinh thÓ kim lo¹i

LËp ph-¬ng t©m khèi

LËp ph-¬ng t©m mÆt

C

A

B

B

A

A
Lôc ph-¬ng chÆt khÝt

11


Hèc tø diÖn vµ hèc b¸t diÖn

Tetrahedral T+

Octahedral O

Tetrahedral T-


Hèc tø diÖn vµ hèc b¸t diÖn

Hèc tø diÖn

Hèc b¸t diÖn
13


Xác định các hốc tứ diện và bát diện trong mạng lục
ph-ơng chặt khít (lpck)

T

T

O

T

Lục ph-ơng chặt khít

Số hốc tứ diện : 4
Số hốc bát diện : 2

14


Xác định các hốc tứ diện và bát diện trong mạng lập
ph-ơng tâm din (lptm)

O
T
O
Lập ph-ơng tâm mặt

Số hốc tứ diện : 8 hốc
Số hốc bát diện : 1 + 12.1/4 = 4 hốc
15


Số quả cầu và độ đặc khít trong mạng lục phương ck
a

b
2a 6
3
a

¤ c¬ së

a

a
a

a

a 6
3
a 3
2

a = 2.r

+ Số quả cầu trong một ơ mạng cơ
sở: 4.1/6 + 4.1/12 + 1 = 2
+ Số phối trí của mỗi ngun tử
kim loại là 12

Số quả cầu x Thể tích mỗi quả cầu
+ Độ đặc khít =
= 74%

Thể tích của ô mạng cơ sở
16


Số quả cầu và độ đặc khít trong mạng lập phương td

a
a
a 2 = 4.r

+ Số qc trong một ơ mạng cơ sở: 6.1/2 + 8.1/8 = 4
+ Số phối trí của mỗi ngun tử kim loại là 12

Số quả cầu x Thể tích mỗi quả cầu
+ Độ đặc khít =
= 74%
Thể tích của ô mạng cơ sở
17


Another look at the FCC Unit Cell


Số quả cầu và độ đặc khít trong mạng lập phương tk

a

a 2
a 3

= 4r

+ Số qc trong một ơ mạng cơ sở: 1 + 8.1/8 = 2
+ Số phối trí của mỗi ngun tử kim loại là 8
Số quả cầu x Thể tích mỗi quả cầu
+ Độ đặc khít =
= 68%
Thể tích của ô mạng cơ sở
19


Bảng tổng quát đặc điểm của các mạng tinh thể kloại
Cấu trúc

Hằng số
mạng

Số đơn vị cấu Số phối Số hốc Số hốc Độ đặc
trúc (n)
trí
T
O
khít

Lập phương tâm
khối (lptk)

===90o
a=b=c

Lập phương tâm
diện (lptd)

===90o
a=b=c

4

12

8

Lục phương chặt
khít (lpck)

==90o
=120o
a=bc

2

12

4

2

8

-

Kim loại

68

Kim loại
kiềm, Ba, Fe,
V, Cr...

4

74

Au, Ag, Cu,
Ni, Pb, Pd, Pt,
...

2

74

Be, Mg, Zn,
Tl, Ti, ...

-

20


Quy tắc Engel và Brewer cho biết cấu trúc TT KL hoặc

hợp kim phụ thuộc vào số e s và p độc thân TB trên
một ngtử kim loại ở trạng thái kích thích a:
a < 1,5
: lập phương tâm khối
1,7 < a < 2,1
: lục phương chặt khít
2,5 < a < 3,2
: lập phương tâm diện
a~4
: mạng tinh thể kim cương
Áp dụng:
Na : 1s22s22p63s1  a = 1  tinh thể mạng lptk

Mg : 1s22s22p63s2  1s22s22p63s13p1  a = 2  lpck
Al : 1s22s22p63s23p1  1s22s22p63s13p2  a = 3  lptd
21


Tinh thÓ natri
Na : 1s22s22p63s1

 a = 1  tinh thÓ
m¹ng lptk
Sè phèi trÝ 8

TØ khèi lý thuyÕt: 0,919
TØ khèi th-c ngiÖm: 0,97


Tinh thÓ magie

Mg : 1s22s22p63s2 
1s22s22p63s13p1
 a = 2  tinh thÓ
m¹ng lpck
• Sè phèi trÝ cña Mg lµ
12
• TØ khèi lý thuyÕt:
1,742
• TØ khèi thùc nghiÖm:
1,74


Tinh thÓ nh«m
Al : 1s22s22p63s23p1 
1s22s22p63s13p2
a=3
tinh thÓ m¹ng lptm

Sè phèi trÝ: 12
+ TØ khèi lý thuyÕt: 2,708
+ TØ khèi thùc nghiÖm:
2,7