CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU

PHÁƯN 1 : CÅ SÅÍ VÁÛT LIÃÛU HC

CHỈÅNG 1 : CÁÚU TRỤC TINH THÃØ CA VÁÛT LIÃÛU

1.1.CÁÚU TẢO NGUN TỈÍ V CẠC LOẢI LIÃN KÃÚT ÂIÃØN HÇNH TRONG
CHÁÚT RÀÕN :
1.1.1.Mä hçnh cáúu tảo ngun tỉí :
Ngun tỉí l mäüt hãû thäúng bao gäưm hảt nhán mang âiãûn dỉång v cạc âiãûn tỉí
mang âiãûn ám chuøn âäüng xung quanh. Hảt nhán ngun tỉí cáúu tảo båíi cạc präton v
nåtron. Präton mang âiãûn dỉång cọ âiãûn têch bàòng âiãûn têch ca âiãûn tỉí, nåtron khäng
mang âiãûn. Trong trảng thại bçnh thỉåìng ngun tỉí trung ha âiãûn vç säú lỉåüng präton bàòng
säú lỉåüng âiãûn tỉí. Säú ny âỉåüc âàûc trỉng bàòng säú thỉï tỉû (Z) trong bng tưn hon
Menâãlãẹp. Khäúi lỉåüng ngun tỉí bàòng khäúi lỉåüng hảt nhán ca nọ vç khäúi lỉåüng ca
präton v nåtron låïn hån ráút nhiãưu so våïi khäúi lỉåüng âiãûn tỉí. Våïi cng khäúi lỉåüng âiãûn tỉí
v präton, hảt nhán cọ thãø chỉïa säú lỉåüng nåtron khạc nhau v tảo nãn cạc âäưng vë ca cng
mäüt ngun täú họa hc.
Xạc sút tçm tháúy âiãûn tỉí trãn mäüt qu âảo nạo âọ xung quanh hảt nhán âỉåüc xạc
âënh bàòng bäún tham säú gi l säú lỉåüng tỉí. Cọ nghéa l trảng thại nàng lỉåüng ca mäùi âiãûn
tỉí trong ngun tỉí âỉåüc xạc âënh båíi bäún säú lỉåüng tỉí. Cạc säú lỉåüng tỉí gäưm cọ :
a-Säú lỉåüng tỉí chênh n : cọ cạc giạ trë bàòng 1, 2, 3, 4... xạc âënh nàng lỉåüng cho
phẹp ca âiãûn tỉí. Cạc âiãûn tỉí cọ cng säú
lỉåüng tỉí chênh n håüp thnh mäüt låïp âiãûn tỉí. Cạc
låïp âiãûn tỉí láưn lỉåüt l : K, L, M, N... tỉång ỉïng våïi n = 1, 2, 3, 4 ...
b-Säú lỉåüng tỉí phỉång vë l : xạc âënh cạc giạ trë cho phẹp ca mämen xung lỉåüng
qu âảo, cọ trë säú bàòng 0, 1, 2, 3... (n - 1). Cạc âiãûn tỉí våïi l khạc nhau ca cng låïp tảo
thnh nhỉỵng phán låïp tỉång ỉïng, k hiãûu láưn lỉåüt l s, p, d, f...ỉïng våïi l = 0, 1, 2, 3...
c-Säú lỉåüng tỉí tỉì m
l
: xạc âënh kh nàng âënh hỉåïng cho phẹp ca vẹc tå mämen
xung lỉåüng qu âảo âäúi våïi chiãưu ca tỉì trỉåìng bãn ngoi, cọ trë säú bàòng 0, .
1, 2, 3... l±±± ±

d-Säú lỉåüng tỉí spin m
s
: xạc âënh kh nàng âënh hỉåïng ngỉåüc chiãưu nhau ca vẹc tå
mämen xung lỉåüng spin ca âiãûn tỉí, m
s
=
1/2.±

Ngoi ra sỉû phán bäú âiãûn tỉí theo cạc mỉïc khạc nhucon phi tn theo ngun l
loải trỉì Pauly : mäùi trảng thại våïi ba säú lỉåüng tỉí n, l, m
l
xạc âënh chè cọ thãø chỉïa hai âiãûn tỉí
våïi spin ngỉåüc chiãưu nhau. Dỉûa vo ngun l ny ta cọ thãø dỉû âoạn säú âiãûn tỉí cho phẹp
trãn cạc báûc nàng lỉåüng.
Vê dủ : ngun tỉí âäưng Cu cọ säú thỉï tỉû Z = 29, phán bäú âiãûn tỉí nhỉ sau :
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
2

(Cn gi l cáúu hçnh âiãûn tỉí)
K L M N
Trong mäüt säú âiãưu kiãûn xạc âënh, âiãûn tỉí cọ thãø chuøn tỉì trảng thại ny sang
trảng thại khạc, khi âọ s phạt ra hay háúp thủ nàng lỉåüng dỉåïi dảng ∆E dỉåïi dảng cạc
lỉåüng tỉí ạnh sạng cọ táưn säú
ν
:
∆E = E
l
-E
l+1
= h
ν
våïi h = 6,627.10
-27
ec.s (hàòng säú Planck)

2
1.1.2.Cạc loải liãn kãút ngun tỉí thỉåìng gàûp :
Trong cháút ràõn thỉåìng gàûp bäún loải liãn kãút sau âáy : liãn kãút âäưng họa tri, liãn kãút
ion, liãn kãút kim loải, liãn kãút häùn håüp v liãn kãút Vanderval.
1-Liãn kãút âäng họa trë :
Liãn kãút ny tảo ra khi hai hồûc nhiãưu ngun tỉí gọp chung nhau mäüt säú âiãûn tỉí ãø
cọ â tạm âiãûn tỉí åí låïp ngoi cng (âiãûn tỉí họa trë). Vê dủ liãn kãút âäưng họa trë giỉỵa hai
ngun tỉí clo trong phán tỉí Cl
2
. Hai ngun tỉí ny cọ säú âiãûn tỉí låïp ngoi cng l 7. Do
váûy chụng phi gọp chung hai âiãûn tỉí låïp ngoi cng âãø â tạm âiãûn tỉí.
Âàûc âiãøm ca liãn kãút âäưng họa trë :
1-Liãn kãút cọ tênh âënh hỉåïng, nghéa l xạc sút täưn tải cạc âiãûn tỉí liãn kãút låïn

nháút theo phỉång näúi tám cạc nguyn tỉí.
2-Cỉåìng âäü liãn kãút phủ thüc ráút mảnh vo âàûc tênh liãn kãút giỉỵa cạc âiãûn tỉí họa
trë våïi hảt nhán. Vê dủ cạc bon åí dảng âa hçnh kim cỉång cọ liãn kãút âäưng họa trë ráút mảnh
vç bäún âiãûn tỉí họa trë (trong säú sạu âiãûn tỉí) liãn kãút háưu nhỉ trỉûc tiãúp våïi hảt nhán. Do váûy
nhiãût âäü nọ
ng chy ca nọ cao hån 3550
o
C. Trong khi âọ thiãúc (Sn) cọ liãn kãút âäưng họa trë
ráút úu vç bäún âiãûn tỉí họa trë (trong säú 50 âiãûn tỉí) nàòm xa hảt nhán nãn lỉûc liãn kãút úu âäúi
våïi hảt nhán do âọ nhiãût âäü nọng chy tháúp 270
o
C.
3-Liãn kãút âäưng họa trë cọ thãø xy ra giỉỵa cạc ngun tỉí cng loải (ca mäüt
ngun täú họa hc trong cạc nhọm tỉì IVA âãún VIIA), gi l liãn kãút âäưng họa trë âäưng cỉûc.
Vê dủ trong phán tỉí Cl
2
hay cạc tinh thãø kim cỉång, si lêc, gẹcmani ...Liãn kãút âäưng họa trë
giỉỵa cạc ngun tỉí khạc loải (cạc ngun täú họa hc nhọm IIIA våïi nhọm VIA) gi l liãn
kãút âäưng họa trë dë cỉûc.
2-Liãn kãút ion :
Âáy l loải liãn kãút mảnh, cạc ngun tỉí cho båït âiãûn tỉí låïp ngoi cng v rtråí
thn ion dỉång hay nháûn thãm âiãûn tỉí âãø bo ha låïp ngoi cng v tråí thnh ion ám. Vê
dủ : trong liãn kãút LiF, Li cho båït mäüt âiãûn tỉí låïp ngoi cng tråí thnh Li
+
, cn F nháûn
thãm mäüt âiãûn tỉí v tråí thnh F
-
.
Liãn kãút ion thỉåìng tảo nãn giỉỵa cạc ngun täú cọ nhiãưu âiãûn tỉí họa trë (nhọm
VIB, VIIB) våïi cạc nhọm ngun täú cọ êt âiãûn tỉí họa trë (nhọm IB, IIB). Cạc ä xyt kim loải

Al
2
O
3
, MgO, CaO, Fe
3
O
4
cọ liãn kãút ch úu l liãn kãút ion.
Liãn kãút ion cng bãưn vỉỵng (cng mảnh) khi cạc ngun tỉí chỉïa cng êt âiãûn tỉí,
nghéa l cạc âiãûn tỉí cho v nháûn nàòm gáưn hảt nhán. Liãn kãút ion l loải liãn kãút khäng âënh
hỉåïng. Vê dủ : hydrä tảo våïi F, Cl, Br, I cạc håüp cháút HF, HCl, HBr, HI cọ nàng lỉåüng liãn
kãút láưn lỉåüt l 5,81; 4,44; 3,75 v 3,06 eV/mol.
3-Liãn kãút kim loải :
Cạc ion dỉång kim loải tảo thnh mảng xạc âënh, âàût trong khäng gian âiãûn tỉí tỉû
do chung. Nàng lỉåüng liãn kãút l täøng håüp lỉûc âáøy v hụt ténh âiãûn giỉỵa cạc ion dỉång v
máy âiãûn tỉí tỉû do . Liãn kãút kim loải thỉåìng âỉåüc tảo nãn tỉì nhỉỵng ngun tỉí cọ êt âiãûn tỉí
họa trë. Vê dủ : cạc ngun tỉí
åí nhọm IA trong bng tưn hon Menâãlãep våïi mäüt âiãûn tỉí
họa trë cọ tênh kim loải âiãøn hçnh. Cng âi vãư bãn phi ca bng tưn hon tênh cháút âäưng
họa trë trong liãn kãút cng cao. Cạc cháút ràõn cọ liãn kãút kim loải trong cáúu trục tinh thãø ca
nọ cọ tênh âäúi xỉïng cao.

3

+
+
+
+
+

- -
+
- -
+
- -
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
++











Hçnh 1.1- Liãn kãút kim loải.

4-Liãn kãút häùn håüp :
Liãn kãút âäưng họa trë thưn tụy chè cọ âỉåüc trong trỉåìng håüp kiãn kãút âäưng cỉûc
(giỉỵa cạc ngun tỉí ca cng mäüt ngun täú họa hc). Trong trỉåìng håüp liãn kãút dë cỉûc
(giỉỵa cạc ngun tỉí ca cạc ngun täú khạc nhau) âiãûn tỉí họa trë tham gia liãn kãút chëu hai
nh hỉåíng trại ngỉåüc :
-Bë hụt båíi hảt nhán ca nọ
-Bë hụt båíi hảt nhán ca ngun tỉí thỉï hai âãø tảo âiãûn tỉí chung.
Kh nàng ca hảt nhán hụt âiãûn tỉí họa trë âỉåüc gi l tênh ám âiãûn ca ngun tỉí.
Sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn giỉỵa cạc ngun tỉí trong liãn kãút âäưng họa trë lm âạm máy
âiãûn tỉí
"chung" bë biãún dảng v tảo thnh ngáùu cỉûc âiãûn, âọ l tiãưn täú ca liãn kãút ion. Tênh
ion ca liãn kãút s cng låïn nãúu sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn ca cạc ngun tỉí cng låïn.
Vê dủ : Na cọ tênh ám âiãûn bàòng 0,9 cn Cl cọ tênh ám âiãûn bàòng 3,0. Do váûy trong liãn kãút
NaCl gäưm khong 58% liãn kãút ion v 48% liãn kãút âäưng họa trë. Táút c nhỉỵng liãn kãút dë
cỉûc âãưu mang tênh cháút häùn håüp giỉỵa liãn kãút ion v âäưng họa trë
5-Liãn kãút úu (liãn kãút Val der Val) :
Liãn kãút âäưng họa trë cho phẹp gii thêch sỉû tảo thnh cạc phán tỉí nhỉ nỉåïc (H
2
O)
hay poltylen (C
2
H
4
)
n
nhỉng khäng thãø gii thêch sỉû tảo thnh mäüt säú váût ràõn tỉì nhỉỵng
phán tỉí trung ha nhỉ nỉåïc âạ, polyme...
Trong nhiãưu phán tỉí cọ liãn kãút âäưng họa trë, do sỉû khạc nhau vãư tênh ám âiãûn ca
cạc nguøn tỉí, trng tám âiãûn têch dỉång v âiãûn têch ám khäng trng nhau s tảo thnh
ngáùu cỉûc âiãûn v phán tỉí bë phán cỉûc. Liãn kãút Val der Val l liãn kãút do hiãûn tỉåüng hụt

nhau giỉỵa cạc ngun tỉí hồûc phán tỉí bë phán cỉûc åí trảng thại ràõn . Âáy l loải liãn kãút úu,
ráút dãù bë phạ hy do ba âäüng nhiãût. Do váûy cạc cháút ràõn trãn cå såí liãn kãút Val der Val cọ
nhiãût âäü nọng chy tháúp.
1.2.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ L TỈÅÍNG :
1.2.1.Cạc khại niãû
m cå bn :

4
1-Màût tinh thãø : trong kim loải cạc ngun tỉí sàõp xãúp cọ tráût tỉû , tỉïc l chụng âãưu nàòm
trãn nhỉỵng màût phàóng song song v cạch âãưu nhau gi l màût tinh thãø .Táûp håüp vä säú cạc
màût nhỉ váûy tảo nãn mảng tinh thãø .
2-Khäúi cå såí (cn gi l ä cå bn) :l pháưn nh nháút âàûc trỉng cho mäüt loải mảng tinh
thãø .Cọ thãø xem nhỉ mảng tinh thãø l do vä säú cạc khäúi cå såí xãúp liãn tiãúp nhau tảo nãn.
3-Thäng säú mảng (cn gi l hàòng säú mảng) : l khong cạch giỉỵa hai ngun tỉí trãn
mäüt cảnh ca khäúi cå såí .Thäng säú mảng l kêch thỉåïc cå bn ca mảng tinh thãø, tỉì âọ cọ
thãø
suy ra cạc khong cạch báút k trong mảng .Âån vë âo thäng säú mảng l kx (nano mẹt)
hay àngsträng , våïi 1kx = 1,00202A
o
= 1,00202.10
-8
cm. Theo thäng säú mảng ta cọ thãø tênh
âỉåüc âỉåìng kênh ngun tỉí kim loải . Thäng säú mảng thỉåìng k hiãûu l a .
1.2.2.Cạc kiãøu mảng tinh thãø thỉåìng gàûp :
Trong cạc kim loải thäng dủng thỉåìng gàûp ba kiãøu mảng tinh thãø sau âáy :
1-Láûp phỉång tám khäúi A2 (thãø tám) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v åí trung tám
ca khäúi láûp phỉång . Nãúu coi cạc ngun tỉí l hçnh cáưu v biãøu diãùn gáưn nhỉ tháût thç cạc
ngun tỉí nàòm åí cạc âènh chẹo nhau thç tiãúp xục våïi nhau qua ngun tỉí åí trung tám .Cạc
ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục våïi nhau . Kiãøu mảng ny cọ trong cạc kim loải Fe
α

Cr,
Mo, V. Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d =
2
3a
v r =
4
3a
. Kiãøu mảng
ny cọ mäüt thäng säú mảng l a. Kiãøu mảng ny cọ säú sàõp xãúp l K8, nghéa l báút k ngun
tỉí no cng cọ tạm ngun tỉí cạch âãưu nọ mäüt khong gáưn nháút.
2- Láûp phỉång tám màût A1 (diãûn tám) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v tám ca cạc
màût bãn . Nãúu coi cạc ngun tỉí l hçnh cáưu v biãøu diãùn gáưn nhỉ tháût thç ngun tỉí nàòm åí
âènh v tám ca cạc màût bãn thç tiãúp xục våïi nhau .Cạc ngun tỉí cn lải khäng tiãúp xục
våïi nhau . Khong cạch gáưn nháút giỉỵa hai ngun tỉí l d =
2
2a
v r =
4
2a
. Kiãøu mảng
ny chè cọ mäüt thäng säú mảng l a . Thỉåìng gàûp trong cạc kim loải Fe
γ
, Cu, Ni, Al, Pb...Säú
sàõp xãúp ca mảng A1 l K12.
3-Sạu phỉång xãúp chàût A3 (lủc giạc xãúp chàût) : Cạc ngun tỉí nàòm åí cạc âènh v åí
tám hai màût âạy ca hçnh làng trủ lủc giạc âãưu .Ba ngun tỉí nàòm åí trung tám ba làng trủ
tam giạc cạch nhau .Sạu phỉång xãúp chàût cọ hai thäng säúù mảng l a v c , tè säú c/a gi l hãû
säú xãúp chàût .Trong trỉåìng håüp l tỉåíng
3
8

=
a
c

≈
1,633 .Trong thỉûc tãú tè säú c/a khäng
âụng l 1,633 m dao âäüng trong trong khong 1,57
÷
1,64 v cng âỉåüc coi l xãúp chàût .
Cạc kim loải cọ kiãøu mảng ny l : Zn, Cd, Co
α
, Mg, Ti, Ru...
4-Chênh phỉång tám khäúi (thãø tám) : Trong täø chỉïc ca thẹp sau khi täi (mactexit) cn
cọ kiãøu mảng chênh phỉång tám khäúi . Cọ thãø coi kiãøu mảng ny l láûp phỉång tám khäúi
âỉåüc kẹo di theo mäüt chiãưu . Nọ cọ hai thäng säú mảng l a v c , tè säú c/a gi l âäü chênh
phỉång .
Trong thỉûc tãú sỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí trong kim loải theo xu hỉåïng dy âàûc
nháút . Do âọ khäng cọ kim loải no cọ kiãøu mảng âån gin chênh phỉång tám khäúi c .


5


Hçnh 1.2- Mä hçnh v cạc sàõp xãúp ngun tỉí trong khäúi cå såí.
a) Láûp phỉång tám màût
b) Lápû phỉång tám khäúi
c) Sau phỉång xãúp chàût

1.3.CÁÚU TẢO MẢNG TINH THÃØ THỈÛC TÃÚ :
1.3.1.Phán loải cạc sai lãûch trong mảng tinh thãø :

Cạc cáúu trục trçnh by åí trãn gi l cáúu trục ca tinh thãø l tỉåíng vç khi xem xẹt â
b qua dao âäüng nhiãût v cạc sai hng trong tráût tỉû sàõp xãúp ca cạc ngun tỉí (ion, phán
tỉí). Cạc sai hng âọ gi l sai lãûch mảng tinh thãø hay khuút táût mảng. Hnh vi ca tinh thãø
dỉåïi tạc dủng ca ngoải lỉûc (biãún cỉïng, biãún dảng do), âäü dáùn âiãûn, tênh cạch âiãûn v tênh
bạn dáùn ... s bë nh hỉåíng ráút låïn do sai lãûch mảng tinh thãø. Dỉûa vo kêch thỉåïc theo ba

6