Luận văn tốt nghiệp thực hiện và giải thích 10 thí nghiệm hóa học lý thú, dễ làm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



DƯƠNG THỊ TIẾM

THỰC HIỆN VÀ GIẢI THÍCH
10 THÍ NGHIỆM HĨA HỌC
LÝ THÚ, DỄ LÀM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: HÓA HỌC

Cần Thơ, 05/2011


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN



DƯƠNG THỊ TIẾM

THỰC HIỆN VÀ GIẢI THÍCH
10 THÍ NGHIỆM HĨA HỌC
LÝ THÚ, DỄ LÀM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: HÓA HỌC

Giáo viên hướng dẫn

ThS. VÕ HỒNG THÁI

Cần Thơ, 05/2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Năm học 2010-2011

THỰC HIỆN VÀ GIẢI THÍCH 10 THÍ NGHIỆM HĨA HỌC
LÝ THÚ, DỄ LÀM
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2011

Luận văn tốt nghiệp ngành Hóa Học
Chuyên ngành: Cử nhân Hóa Học
Mã số:…………………………..
Đã bảo vệ và được duyệt
Hiệu trưởng:……………………………

Trưởng Khoa:……………………………

Trưởng Chuyên ngành

Cán bộ hướng dẫn hoặc phản biện

………………………

…………………………………...

………………………

…………………………………...
Trang i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MƠN HĨA

…………

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1. Cán bộ hướng dẫn: ThS. VÕ HỒNG THÁI
2. Đề tài: Thực Hiện Và Giải Thích 10 Thí Nghiệm Hóa Học Lý Thú, Dễ Làm.
3. Sinh viên thực hiện: DƯƠNG THỊ TIẾM


MSSV: 2072109



Lớp: Cử nhân Hóa Học – KH0769A1

4. Nội dung nhận xét:
Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

a.

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp:

b.


Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................


Những vấn đề còn hạn chế:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................


Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội
dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Trang ii




Kết luận, đề nghị và điểm:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2011

Cán bộ hướng dẫn

Võ Hồng Thái

Trang iii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ MƠN HĨA

…………

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ hướng dẫn: ThS. VÕ HỒNG THÁI
2. Đề tài: Thực Hiện Và Giải Thích 10 Thí Nghiệm Hóa Học Lý Thú, Dễ Làm.
3. Sinh viên thực hiện: DƯƠNG THỊ TIẾM


MSSV: 2072109



Lớp: Cử nhân Hóa Học – KH0769A1

4. Nội dung nhận xét:
Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:

a.

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp:

b.


Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................


Những vấn đề còn hạn chế:

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................


Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội
dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Trang iv




Kết luận, đề nghị và điểm:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày tháng năm 2011
Cán bộ phản biện

Trang v

LỜI CẢM ƠN
…………

Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô của Trường, đặc biệt là thầy cô Bộ Mơn
Hóa – Khoa Khoa Học Tự Nhiên, đã tận tình dạy bảo trong suốt thời gian em học ở
Trường. Thầy cô đã truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm sống quý báu, làm
hành trang cho chúng em bước vào tương lai.
Quyển luận văn này là những kiến thức được đúc kết trong những năm học tập tại
Trường và cũng là cơ hội để em ôn lại kiến thức đã học.
Để hoàn thành quyển luận văn này em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận
tình của Thầy Võ Hồng Thái. Thầy đã hỗ trợ em về mặt lý thuyết, giúp đỡ em vượt qua
những khó khăn trong quá trình thực nghiệm và viết bài.
Xin chân thành cảm ơn Cô Lê Thị Bạch – cố vấn học tập của lớp, cô đã quan tâm
giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập.
Cuối cùng, xin gởi lời cảm ơn đến gia đình và tất cả bạn bè của tơi đã giúp đỡ,
động viên tơi vượt qua mọi khó khăn trong suốt thời gian học tại trường.
Tuy có nhiều cố gắng để hoàn thành luận văn này nhưng do kiến thức và thời gian
có hạn nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp
của quý thầy cơ và các bạn để luận văn này hồn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Dương Thị Tiếm

Trang vi


MỤC LỤC
…………

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ...........................................................................................1
1.1 Giới thiệu .........................................................................................................1
1.2 Mục đích nghiên cứu........................................................................................1
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ....................................................................................2
2.1 Tinh thể............................................................................................................2
2.1.1 Cấu trúc tinh thể ............................................................................................2
2.1.1.1 Khái niệm...............................................................................................2
2.1.1.2 Ô đơn vị .................................................................................................2
2.1.2 Mạng lưới tinh thể.........................................................................................2
2.1.2.1 Khái niệm...............................................................................................2
2.1.2.2 Hệ tọa độ định hướng tinh thể.................................................................3
2.1.3 Dạng thường tinh thể.....................................................................................4
2.1.4 Đường Kikuchi..............................................................................................5
2.1.4.1 Khái niệm...............................................................................................5
2.1.4.2 Nguyên lý tạo ra đường Kikuchi.............................................................5
2.1.4.3 Ứng dụng trong tinh thể học ...................................................................7
2.1.5 Liên kết hóa học trong tinh thể ......................................................................7
2.1.5.1 Mạng lưới tinh thể liên kết ion................................................................7
2.1.5.2 Mạng lưới tinh thể liên kết cộng hóa trị hay mạng lưới nguyên tử ..........7
2.1.5.3 Mạng lưới tinh thể phân tử......................................................................8
2.1.5.4 Mạng lưới tinh thể kim loại ....................................................................8
2.1.6 Tính đa hình và đồng hình .............................................................................9
2.1.6.1 Tính đa hình ...........................................................................................9
2.1.6.2 Hiện tượng đồng hình .............................................................................9
2.1.6.3 Dung dịch rắn .......................................................................................10
2.1.7 Tính chất của tinh thể ..................................................................................11
2.1.7.1 Tính chất đặc trưng của tinh thể............................................................11
2.1.7.2 Những tính chất vật lý thơng thường của tinh thể..................................12
2.2 Kết tinh và thăng hoa .....................................................................................14
2.2.1 Kết tinh .......................................................................................................14

Trang vii


2.2.1.1 Khái niệm sự kết tinh............................................................................14
2.2.1.2 Quá trình kết tinh..................................................................................14
2.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh .........................................15
2.2.1.4 Kết tinh tự nhiên, kết tinh nhân tạo .......................................................15
2.2.1.5 Ứng dụng..............................................................................................15
2.2.2 Thăng hoa ...................................................................................................16
2.2.2.1 Khái niệm.............................................................................................16
2.2.2.2 Quá trình thăng hoa ..............................................................................16
2.2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thăng hoa......................................17
2.2.2.4 Ứng dụng..............................................................................................17
2.3 Dung dịch.......................................................................................................18
2.3.1 Khái niệm....................................................................................................18
2.3.2 Các hệ phân tán ...........................................................................................18
2.3.2.1 Hệ phân tán thô.....................................................................................19
2.3.2.2 Hệ keo ..................................................................................................19
2.3.2.3 Dung dịch thực .....................................................................................19
2.3.3 Thành phần dung dịch .................................................................................19
2.3.4 Quá trình hịa tan .........................................................................................20
2.3.4.1 Bản chất thuận nghịch của q trình hịa tan .........................................20
2.3.4.2 Nhiệt hịa tan ........................................................................................21
2.3.5 Độ tan .........................................................................................................21
2.3.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng ...........................................................................22
2.3.5.2 Dung dịch bão hòa, dung dịch quá bão hòa...........................................23
2.3.6 Áp suất hơi của dung dịch ...........................................................................23
2.3.6.1 Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng nguyên chất.....................................23
2.3.6.2 Áp suất hơi bão hòa của dung dịch chứa chất tan không bay hơi...........24
2.3.7 Nhiệt độ sôi và q trình sơi của dung dịch .................................................24

2.3.7.1 Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ................................................25
2.3.7.2 Nhiệt độ sôi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi.......................25
2.3.7.3 Độ tăng nhiệt độ sôi – Định luật Raoult ................................................25
2.3.7.4 Quá trình sơi của dung dịch ..................................................................26
2.3.8 Nhiệt độ kết tinh (đông đặc) của dung dịch..................................................26
Trang viii


2.3.8.1 Nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất.......................................26
2.3.8.2 Nhiệt độ đông đặc của dung dịch ..........................................................26
2.3.8.3 Độ hạ điểm đơng đặc – Định luật Raoult ..............................................27
2.3.8.4 Q trình đông đặc của dung dịch.........................................................27
2.3.9 Áp suất thẩm thấu........................................................................................27
2.4 Phản ứng hóa học ...........................................................................................29
2.4.1 Khái niệm....................................................................................................29
2.4.2 Phân loại phản ứng hóa học.........................................................................29
2.4.2.1 Phản ứng hóa hợp .................................................................................29
2.4.2.2 Phản ứng trao đổi..................................................................................29
2.4.2.3 Phản ứng thế.........................................................................................29
2.4.2.4 Phản ứng phân hủy ...............................................................................30
2.4.3 Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học..........................................................30
2.4.4 Vận tốc phản ứng ........................................................................................31
2.4.5 Xúc tác........................................................................................................31
2.4.5.1 Khái niệm.............................................................................................31
2.4.5.2 Tính chất của chất xúc tác.....................................................................32
2.4.5.3 Tác động của chất xúc tác.....................................................................32
2.4.5.4 Xúc tác men..........................................................................................34
2.4.6 Cân bằng hóa học ........................................................................................34
2.4.6.1 Phản ứng thuận nghịch .........................................................................34
2.4.6.2 Hằng số cân bằng..................................................................................35

2.4.6.3 Sự chuyển dịch cân bằng phản ứng. Định luật dời đổi mức cân bằng Le
Châtelier...............................................................................................35
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM..............................................................................38
3.1 Làm pha lê từ đồng (II) sulfat pentahydrat......................................................38
3.1.1 Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................38
3.1.2 Hóa chất ......................................................................................................38
3.1.3 Cách tiến hành.............................................................................................38
3.1.4 Giải thích.....................................................................................................39
3.2 "Nước đá" nóng..............................................................................................42
3.2.1 Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................42
Trang ix


3.2.2 Hóa chất ......................................................................................................42
3.2.3 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................42
3.2.4 Giải thích.....................................................................................................45
3.3 Cây phủ tuyết .................................................................................................45
3.3.1 Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................45
3.3.2 Hóa chất ......................................................................................................46
3.3.3 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................46
3.3.4 Giải thích.....................................................................................................47
3.4 Viên đường bốc cháy......................................................................................48
3.4.1 Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................48
3.4.2 Hóa chất ......................................................................................................48
3.4.3 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................49
3.4.4 Giải thích.....................................................................................................50
3.5 Trứng khơng vỏ..............................................................................................50
3.5.1 Dụng cụ.......................................................................................................50
3.5.2 Hóa chất ......................................................................................................51
3.5.3 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................51

3.5.4 Giải thích.....................................................................................................53
3.6 Nổi chìm những viên long não .......................................................................55
3.6.1 Dụng cụ.......................................................................................................55
3.6.2 Hóa chất ......................................................................................................55
3.6.3 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................55
3.6.4 Giải thích.....................................................................................................56
3.7 Cột than đen ...................................................................................................58
3.7.1 Dụng cụ.......................................................................................................58
3.7.2 Hóa chất ......................................................................................................58
3.7.3 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................58
3.7.4 Giải thích.....................................................................................................59
3.8 Mực bí mật.....................................................................................................60
3.8.1 Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................60
3.8.2 Hóa chất ......................................................................................................61
3.8.3 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................61
Trang x


3.8.3.1 Chữ bí ẩn ..............................................................................................61
3.8.3.2 Nước cốt chanh – mực vơ hình .............................................................62
3.8.3.3 Làm mực vơ hình từ natri carbonat (soda) ............................................63
3.9 Núi lửa hóa học ..............................................................................................64
3.9.1 Dụng cụ.......................................................................................................65
3.9.2 Hóa chất ......................................................................................................65
3.9.3 Tiến hành thí nghiệm...................................................................................65
3.9.3.1 Dung nham hóa học..............................................................................65
3.9.3.2 Lửa và khói hóa học .............................................................................67
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................70
4.1 Kết quả...........................................................................................................70
4.2 Kiến nghị .......................................................................................................70

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................71

Trang xi


DANH MỤC HÌNH
…………
Hình 2.1: Cơ chế hình thành các đường Kikuchi khi một chùm điện tử song song ....
chiếu qua mẫu tinh thể. ............................................................................................5
Hình 2.2: Phổ Kikuchi của mẫu Si đơn tinh thể khi mẫu được nghiêng sao cho chùm
tia điện tử đi đúng theo trục vùng của tinh thể. .........................................................6
Hình 2.3: Thí nghiệm xác định áp suất thẩm thấu...................................................28
Hình 3.1: Tinh thể đồng (II) sulfat pentahydrat lớn dần trong dung dịch. ..............39
Hình 3.2: Tinh thể đồng (II) sulfat pentahydrat ......................................................39
Hình 3.3: Tinh thể đồng (II) sulfat pentahydrat bám vào cây kim ...........................39
Hình 3.4: Cấu trúc tinh thể đồng (II) sulfat pentahydrat. ........................................40
Hình 3.5: Tinh thể đồng (II) sulfat pentahydrat bán trên thị trường. .......................41
Hình 3.6: Tinh thể lớn bị các tinh thể nhỏ bám vào. ...............................................42
Hình 3.7: Dung dịch natri acetat q bão hịa. ........................................................43
Hình 3.8: Dung dịch natri acetat đang kết tinh........................................................43
Hình 3.9: Q trình kết tinh hồn tất ......................................................................43
Hình 3.10: Nhiệt độ của dung dịch khi được làm lạnh............................................44
Hình 3.11: Nhiệt độ tỏa ra khi dung dịch kết tinh ...................................................44
Hình 3.12: Dung dịch kết tinh ngay khi gặp tinh thể...............................................44
Hình 3.13: Tinh thể natri acetat hình dạng giống như con vật.................................44
Hình 3.14: Becher chứa acid benzoic và cành cây. .................................................46
Hình 3.15: Cành cây đã được phủ đầy “tuyết”........................................................47
Hình 3.16: Viên đường chưa phủ tàn thuốc lá. .......................................................49
Hình 3.17: Viên đường đã được phủ tàn thuốc lá ...................................................49
Hình 3.18: Viên đường được phủ tàn thuốc lá bốc cháy khi đốt trên ngọn lửa đèn

cồn. ........................................................................................................................49
Hình 3.19: Quả trứng đặt trong một cái hũ có nắp đậy. ..........................................51
Hình 3.20: Quả trứng được ngâm trong dung dịch acid acetic lỗng.......................52
Hình 3.21: Sau hai ngày quả trứng mất lớp vỏ bên ngồi. ......................................52
Hình 3.22: Một quả trứng khơng vỏ. ......................................................................53
Hình 3.23: Các viên long não chìm xuống đáy chậu thủy tinh. ...............................55
Trang xii


Hình 3.24: Bọt khí bám lên các viên long não. .......................................................56
Hình 3.25: Các viên long não bắt đầu nổi lên .........................................................56
Hình 3.26: Các viên long não nổi chìm trong chậu thủy tinh có chứa màu thực
phẩm. .....................................................................................................................56
Hình 3.27: Becher chứa đường được đặt trong một becher khác.............................58
Hình 3.28: Cho từ từ acid vào becher chứa đường..................................................59
Hình 3.29: Đường bị hóa nâu. ................................................................................59
Hình 3.30: Đường bị than hóa tạo thành cột than đen. ............................................59
Hình 3.31: Chữ bị hóa đen khi hơ trên bếp điện. ....................................................61
Hình 3.32: Chữ có màu xám nhạt khi được hơ trên bếp điện. .................................62
Hình 3.33: Chữ hiện ra có màu nâu nhạt. ...............................................................63
Hình 3.34: Chữ chuyển sang màu hồng khi gặp phenoltalein. ................................64
Hình 3.35: Hỗn hợp tạo “dung nham” núi lửa. .......................................................66
Hình 3.36: Erlen được đặt trong chậu cát. ..............................................................66
Hình 3.37: Núi lửa hóa học đang phun trào “dung nham”. .....................................67
Hình 3.38: Mảnh gỗ được đặt trên đỉnh của đống amonium dicromat.....................68
Hình 3.39: Núi lửa hóa học đang phát ra các tia lửa và tro bụi .................................. 68
Hình 3.40: Núi lửa ngừng hoạt động (phản ứng kết thúc). ......................................68

Trang xiii

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Giới thiệu
Khi nói đến hóa học, chúng ta đều nghĩ rằng đó là mơn học phức tạp, khơ khan và
việc tiếp thu nó thì đầy khó khăn. Khơng hẳn là như vậy, ngồi tính chất phức tạp và
khơ khan thì hóa học cịn có cái đơn giản và sự mềm dẻo, đặc biệt là sự kỳ diệu trong
hóa học. Nếu chúng ta hiểu rõ vấn đề và vận dụng một cách khéo léo thì chúng ta có
thể làm nên những điều kỳ diệu. Núi lửa phun trào là hiện tượng tự nhiên nhưng chúng
ta có thể mơ phỏng bằng hóa học; nước đá có thể nóng lên hay khơng?…; hay làm một
viên pha lê cho riêng mình… đặc biệt hơn là chúng ta có thể trở thành một nhà ảo
thuật hóa học. Ngồi ra, hóa học cịn giúp chúng ta thư giản đầu óc khi học hành căng
thẳng, vừa giúp chúng ta giải trí, vừa giúp chúng ta tiếp thu bài tốt hơn và biết thêm
nhiều kiến thức mới. Do đó, việc chọn đề tài: “Thực Hiện và Giải Thích 10 Thí
Nghiệm Hóa Học Lý Thú, Dễ Làm” sẽ giúp các bạn thêm hiểu rõ và thêm yêu hóa
học hơn. Như người ta vẫn thường nhận xét: “Hóa học thật kỳ diệu, thật thú vị”.

1.2 Mục đích nghiên cứu
Thực hiện các thí nghiệm hóa học đơn giản và giải thích các q trình hóa học
xảy ra trong các thí nghiệm.

SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 1


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Tinh thể
2.1.1 Cấu trúc tinh thể[9,10,12,14]
2.1.1.1 Khái niệm
Trong khoáng vật học và tinh thể học, một cấu trúc tinh thể là một sự sắp xếp đặc
biệt của các nguyên tử trong tinh thể. Một cấu trúc tinh thể gồm có một ô đơn vị và rất
nhiều các nguyên tử sắp xếp theo một cách đặc biệt; vị trí của chúng được lặp lại một
cách tuần hồn trong khơng gian ba chiều theo một mạng Bravais. Kích thước của ơ
đơn vị theo các chiều khác nhau được gọi là các thông số mạng hay hằng số mạng.
Tùy thuộc vào tính chất đối xứng của ơ đơn vị mà tinh thể đó thuộc vào một trong các
nhóm khơng gian khác nhau.
2.1.1.2 Ơ đơn vị
Ô đơn vị là một cách sắp xếp của các nguyên tử trong không gian ba chiều, nếu ta
lặp lại nó thì nó sẽ chiếm đầy khơng gian và sẽ tạo nên tinh thể. Vị trí của các nguyên
tử trong ô đơn vị được mô tả bằng một hệ đơn vị hay còn gọi là một hệ cơ sở bao gồm
ba thông số tương ứng với ba chiều của không gian (xi,yi,zi).
Đối với mỗi cấu trúc tinh thể, tồn tại một ô đơn vị quy ước, thường được chọn để
mạng tinh thể có tính đối xứng cao nhất. Tuy vậy, ô đơn vị quy ước không phải luôn
luôn là lựa chọn nhỏ nhất. Ô nguyên tố mới là một lựa chọn nhỏ nhất mà từ đó ta có
thể tạo nên tinh thể bằng cách lặp lại ô nguyên tố. Ơ Wigner-Seitz là một loại ơ ngun
tố mà có tính đối xứng giống như của mạng tinh thể.

2.1.2 Mạng lưới tinh thể[2,10,14]
2.1.2.1 Khái niệm
Hình dạng và tính đối xứng của tinh thể là hệ quả của cách sắp xếp đều đặn, có
quy luật các hạt (nguyên tử, phân tử, ion,…) ở bên trong tinh thể. Hệ thống điểm đặt
các hạt này (mỗi điểm trùng với trọng tâm của hạt) tạo thành mạng lưới không gian

của tinh thể. Mỗi điểm đặt được gọi là một nút lưới hay một điểm mạng. Những nút
nằm trên cùng một đường thẳng được gọi là một hàng mạng. Khoảng cách giữa hai nút
SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 2


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp

lưới kề nhau trên cùng một hàng được gọi là không số của hàng. Mặt phẳng lập bởi ba
nút mạng không cùng một hàng được gọi là một mặt mạng. Trên một mặt mạng hình
bình hành mà các cạnh là những hàng mạng song song kề nhau được gọi là mắt mạng.
Những hình hộp mà đỉnh là nút mạng được gọi là ơ mạng.
Ơ mạng có thể tích nhỏ nhất cịn giữ lại được đặc điểm đối xứng của toàn bộ
mạng lưới tinh thể được gọi là ô mạng cơ bản hay ô mạng đơn vị. Có thể coi mạng
lưới tinh thể là sự sắp xếp (hay tịnh tiến) một số lớn ô mạng cơ bản song song với nhau
theo cả ba chiều trong khơng gian. Ơ mạng cơ bản thường được chọn sao cho có tính
đối xứng cao nhất. Các đặc trưng hình học của ô mạng cơ bản (độ dài của cạnh, độ lớn
của các góc) được gọi là thơng số mạng lưới. Số các hạt (nguyên tử, ion, phân tử)
giống nhau nằm bao quanh và tiếp giáp với một hạt cho trước trong mạng lưới tinh thể
được gọi là số phối trí.
2.1.2.2 Hệ tọa độ định hướng tinh thể
Để mơ tả mạng lưới tinh thể (các nút lưới, hàng mạng, mặt mạng) cũng như mô tả
tinh thể, người ta sử dụng các hệ tọa độ. Hệ tọa độ có góc đặt ở nút lưới, ba trục trùng
với ba cạnh của ô mạng cơ bản. Ba trục được ký hiệu là x, y, z. Trục x hướng từ phía
sau ra phía trước, trục y hướng từ trái sang phải (khi ta nhìn vào), trục z hướng từ dưới
lên trên. Các góc giữa các trục là  (góc giữa trục y và trục z),  (góc giữa trục x và
trục z),  (góc giữa trục x và trục y). Đơn vị độ dài trên mỗi trục bằng độ dài của cạnh

ô mạng cơ bản trên trục đó và ký hiệu lần lượt là a, b, c trên ba trục x, y, z.
Vì đặc trưng đối xứng của tinh thể bắt nguồn từ tính đối xứng của mạng lưới tinh
thể nên dựa vào đặc trưng hình học của ơ mạng cơ bản thể hiện ở các thơng số mạng
lưới ta có thể phân loại thành bảy hệ tinh thể. Hệ tinh thể đơn giản nhất và đối xứng
cao nhất là hệ lập phương, các hệ tinh thể khác có tính đối xứng thấp hơn là: hệ sáu
phương, hệ bốn phương, hệ ba phương (còn gọi là hình mặt thoi), hệ trực thoi, hệ một
nghiêng, hệ ba nghiêng. Một số nhà tinh thể học coi hệ tinh thể ba phương là một phần
của hệ tinh thể sáu phương.

SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 3


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp

Bảng phân loại các hệ tinh thể
Hệ tinh

Thông số

thể

mạng lưới

Mạng lưới tinh thể
Đơn giản

Tâm đáy

Tâm khối

Tâm mặt

abc
Ba
nghiêng

 =  = 90

abc

Đơn
nghiêng

Ba
phương

 =  = 90
  90
a=b=c
 =  =  

(mặt thoi) 90
a=bc
Bốn
phương

 =  =  
90
a=bc

Sáu
phương

 =  = 90
 =120
a=b=c

Lập
phương

 =  =  =
90
abc

Trực thoi

 =  =  =
90

2.1.3 Dạng thường tinh thể[13]
Trong khống vật học, hình dạng và kích thước được sử dụng để mơ tả cho các
tinh thể thường gặp nhất, hay các tinh thể xuất hiện phổ biến.
SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp

Một số thuật ngữ được các nhà khoáng vật học sử dụng dùng để mô tả các dạng
thường tinh thể để rất hữu dụng để phân biệt các khoáng vật giống nhau. Việc phân
biệt một số dạng thơng thường giúp các nhà khống vật học xác định một lượng lớn
các khoáng vật. Một số dạng thường chỉ đặc trưng cho một số loại khoáng vật, mặc dù
hầu hết các khoáng vật tồn tại ở một số dạng thường khác nhau (sự hình thành các
dạng thường đặc biệt được xác định bởi các điều kiện chi tiết trong q trình khống
vật đó kết tinh). Dạng thường tinh thể thường bị nhầm lẫn khi cấu trúc bên trong tinh
thể không thể hiện rõ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến dạng thường tinh thể:
 Sự kết hợp của hai hay nhiều dạng tinh thể.
 Các tạp chất trong khi tinh thể phát triển.
 Điều kiện phát triển tinh thể (như nhiệt độ, áp suất, khơng gian).
Các khống vật thuộc cùng một hệ tinh thể không nhất thiết phải có cùng dạng
thường.

2.1.4 Đường Kikuchi[11]
2.1.4.1 Khái niệm
Đường Kikuchi (Kikuchi lines, Kikuchi pattern) là hình ảnh các đường thẳng trên
phổ nhiễu xạ điện tử khi một chùm điện tử hẹp nhiễu xạ trên mẫu đơn tinh thể vật rắn.
Phổ Kikuchi thường thu được trong kính hiển vi điện tử truyền qua với các mẫu đơn
tinh thể đủ dày để xảy ra hiện tượng nhiễu xạ nhiều lần trên tinh thể.
2.1.4.2 Nguyên lý tạo ra đường Kikuchi

Hình 2.1: Cơ chế hình thành các đường Kikuchi khi một chùm điện tử song song
chiếu qua mẫu tinh thể

SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 5


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp

Về bản chất, các đường Kikuchi là kết quả của sự giao thoa của các chùm điện tử
bị tán xạ nhiều lần trên các mặt tinh thể của chất rắn. Giả thiết một chùm điện tử song
song chiếu tới một mẫu chất rắn tinh thể, do tương tác với mạng tinh thể, điện tử có thể
bị tán xạ theo nhiều phương khác nhau (tán xạ đàn hồi và không đàn hồi), nhưng chủ
yếu là đi thẳng. Các chùm tia tán xạ không đàn hồi sẽ theo nhiều phương khác nhau và
cường độ sẽ kém đi.
Với các tia điện tử tán xạ không đàn hồi đó, sẽ có những tia đi tới các mặt tinh thể
dưới góc θB thỏa mãn điều kiện nhiễu xạ Bragg. Do chùm tia song song và tính chất
đối xứng khơng gian, mỗi mặt tinh thể sẽ có một chùm tia hội tụ (là các tia tán xạ
không đàn hồi từ các mặt tinh thể song song khác tán xạ đến) chiếu tới, tạo nên một
mặt nón của chùm tia tán xạ đàn hồi lần thứ hai, gọi là nón Kossel. Và hình ảnh các
đường Kikuchi chính là đường giao tuyến của nón Kossel và mặt phẳng nhiễu xạ.
Trên lý thuyết, giao tuyến này sẽ là các đường parabol, và phổ Kikuchi sẽ là các
cặp đường Kikuchi tương ứng với các mặt tinh thể. Do các vùng này rất gần với trục
quang học nên đường Kikuchi gần như là các đường thẳng, đi qua các chấm nhiễu xạ
do nhiễu xạ Bragg của các tia sơ cấp. Nếu chùm tia tới đi chính xác qua một trục vùng
(một hướng định hướng của tinh thể) thì khi đó mỗi cặp đường Kikuchi sẽ bị nhập làm
một và đi qua chấm nhiễu xạ trung tâm, tạo ra phổ Kikuchi là các đường thẳng đồng
quy qua chấm nhiễu xạ trung tâm.

Hình 2.2: Phổ Kikuchi của mẫu Si đơn tinh thể

khi mẫu được nghiêng sao cho chùm tia điện tử
đi đúng theo trục vùng của tinh thể

SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 6


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp

2.1.4.3 Ứng dụng trong tinh thể học
Mặc dù hình ảnh về các đường Kikuchi được giả thiết từ năm 1928 bởi S.
Kikuchi, nhưng mãi gần 40 năm sau (từ năm 1966) kỹ thuật này mới được phát triển
về mặt chi tiết các cách xây dựng bản đồ Kikuchi cũng như ứng dụng phổ Kikuchi.
Ngày nay, kỹ thuật phân tích phổ Kikuchi kết hợp với phân tích nhiễu xạ điện tử
và phép chiếu hình lập thể đã trở thành một kỹ thuật quen thuộc và hết sức quan trọng
cho việc phân tích tinh thể học chất rắn. Phổ Kikuchi cho phép xác định một cách
chính xác định hướng của tinh thể, đồng thời có thể chỉ ra góc giữa chùm tia điện tử
với các mặt tương ứng, có nghĩa là có thể xác định các vị trí của các mặt tinh thể.

2.1.5 Liên kết hóa học trong tinh thể[2]
2.1.5.1 Mạng lưới tinh thể liên kết ion
Nút lưới là do các ion dương và âm lần lượt chiếm giữ. Các ion này liên kết với
nhau bằng liên kết ion. Do liên kết ion khơng có tính định hướng và tính bão hịa nên
mỗi ion đều có khuynh hướng liên kết với một số tối đa khả dĩ các ion ngược dấu bao
quanh. Khi đó số phối trí của mạng lưới tinh thể (thường là 6 hoặc 8) phụ thuộc vào tỷ
số giữa bán kính cation so với bán kính anion và tỷ lệ hai loại ion trong hợp chất.
Trong mạng lưới ion, các ion ngược dấu nhau được phân bố đều đặc trong khắp mạng

lưới nên không thể tách riêng thành từng phân tử riêng rẽ và khái niệm phân tử khơng
cịn ý nghĩa.
Liên kết ion rất bền nên tinh thể ion bền, có nhiệt độ nóng chảy khá cao, độ cứng
tương đối lớn. Các ion mang điện tích được giữ chặt ở các vị trí xác định trong mạng
lưới, không thể di chuyển tự do nên tinh thể ion dẫn điện kém.
2.1.5.2 Mạng lưới tinh thể liên kết cộng hóa trị hay mạng lưới nguyên tử
Nút lưới do các nguyên tử chiếm giữ, các nguyên tử này liên kết cộng hóa trị với
nhau. Liên kết cộng hóa trị có tính chất định hướng và là liên kết mạnh nên trong mạng
lưới tinh thể cộng hóa trị các nguyên tử được sắp xếp chủ yếu theo phương liên kết,
khơng hồn tồn tn theo ngun lý sắp xếp đặc khít nhất. Liên kết cộng hóa trị là
liên kết bền nên tinh thể cộng hóa trị rất bền, có nhiệt độ nóng chảy cao. Các chất tinh
thể liên kết cộng hóa trị dẫn nhiệt và dẫn điện kém.

SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 7


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp

2.1.5.3 Mạng lưới tinh thể phân tử
Nút mạng do các phân tử chiếm giữ. Các phân tử này có cực hoặc khơng cực liên
kết với nhau bằng lực Van Der Waals, hoặc liên kết hydro. Các loại liên kết này yếu
hơn nhiều so với liên kết ion và liên kết cộng hóa trị vì vậy tinh thể phân tử có nhiệt độ
nóng chảy thấp.
Lực Van Der Waals giảm nhanh khi tăng khoảng cách giữa các phân tử nên lực
hút giữa các phân tử phụ thuộc mạnh vào hình dạng phân tử. Các phân tử càng “chặt
chẽ” thì lực Van Der Waals càng mạnh do đó tinh thể phân tử càng bền.

Khi phân tử có cực, lực Van Der Waals có thành phần định hướng nên lực hút
giữa các phân tử thường mạnh hơn so với trường hợp phân tử khơng cực do đó tinh thể
bền hơn và có nhiệt độ nóng chảy cao hơn.
Tuy nhiên trong một số trường hợp, phân tử không cực nhưng có nhiều electron 
khơng định chỗ nên phân tử dễ bị phân cực và lực khuếch tán mạnh nên tinh thể cũng
có nhiệt độ nóng chảy tương đối cao.
2.1.5.4 Mạng lưới tinh thể kim loại
Nút lưới là các cation kim loại chiếm giữ. Các electron hóa trị có thể di chuyển tự
do từ nguyên tử này sang nguyên tử khác trong khắp mạng lưới. Loại liên kết nhờ tập
hợp các electron hóa trị tự do như vậy được gọi là liên kết kim loại.
Kim loại có thể tồn tại ở ba dạng mạng lưới.


Dạng mạng lưới lập phương tâm khối: có số phối trí bằng 8, độ chặt khít là
68%.



Dạng mạng lưới lập phương tâm mặt (lập phương tâm diện): có số phối trí
bằng 12, độ chặt khít là 72%.



Dạng mạng lưới lục phương: có số phối trí bằng 12, độ chặt khít là 72%.

Liên kết kim loại khá bền nhưng yếu hơn liên kết cộng hóa trị. Liên kết kim loại
khơng có tính định hướng, các electron liên kết khơng định chỗ làm cho kim loại có
tính dẻo, tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, có ánh kim,…
Ngồi ra trong tinh thể, có thể tồn tại nhiều loại liên kết hóa học như vừa có liên
kết cộng hóa trị vừa có liên kết kim loại, hay vừa có liên kết ion vừa có liên kết cộng

hóa trị,…
SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 8


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Luận văn tốt nghiệp
[2,10,14]

2.1.6 Tính đa hình và đồng hình
2.1.6.1 Tính đa hình

Đa hình là hiện tượng trong đó các chất có cùng thành phần hóa học lại liên kết
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 (dạng thù hình) khác nhau. Mỗi dạng
thù hình có một phạm vi tồn tại (tùy điều kiện) trên biểu đồ trạng thái. Khi biến thể
này chuyển thành biến thể khác thì các tính chất của nó cũng thay đổi theo (phụ thuộc
vào sự phân bố lại của các nguyên tử trong cấu trúc).
Trên quan điểm hóa học tinh thể, phân biệt ra bốn loại biến đổi đa hình.


Biến đổi đa hình có kèm theo sự thay đổi số phối trí.



Khi chuyển đổi đa hình số phối trí ln được bảo tồn nhưng cách thức gắn
kết các hình phối trí của các cation thay đổi.



Biến đổi đa hình kèm theo sự thay đổi trật tự của các hạt cấu trúc.



Loại biến đổi đa hình liên quan đến sự quay các phân tử trong tinh thể.

2.1.6.2 Hiện tượng đồng hình
Các chất đồng hình là những chất rắn có cơng thức hóa học cùng dạng, có cùng
dạng cấu trúc mạng lưới tinh thể và có thể thay thế nhau trong các mạng lưới tinh thể
để tạo thành những tinh thể hỗn hợp.
Dựa vào tính chất của các hạt thay thế đồng hình, chia làm hai loại đồng hình:
đồng hình đồng hóa trị và đồng hình dị hóa trị.
Dựa vào tỷ lệ khối lượng thay thế nhau của các hạt thay thế đồng hình, lại phân
làm hai loại đồng hình: đồng hình hồn tồn và đồng hình bộ phận.


Đồng hình hồn tồn: xảy ra nếu như các hạt thay thế đồng hình có thể thay
thế cho nhau trong mọi phạm vi của tỷ lệ, từ 0-100%.



Đồng hình bộ phận: xảy ra khi các hạt thay thế đồng hình chỉ có thể thay thế
cho nhau trong một phạm vi của tỷ lệ.

 Điều kiện để có sự thay thế đồng hình


Kích thước của các hạt thay thế đồng hình khơng được chênh lệch nhau

quá 15%.

SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 9


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN



Luận văn tốt nghiệp

Điều kiện bên ngoài, đặc biệt là nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến khả năng
đồng hình của các chất.



Ảnh hưởng của thành phần ion.



Ảnh hưởng của kích thước ơ mạng cơ sở.



Dạng lực liên kết của các chất.

2.1.6.3 Dung dịch rắn
Dung dịch rắn là những pha tinh thể có thành phần bao gồm thêm các nguyên tử

của nguyên tố chất hòa tan, phân bố ở trong mạng tinh thể dung môi. Các nguyên tử
của chất hòa tan thay thế các nguyên tử ở các nút mạng hay xen kẽ vào chỗ trống giữa
các nút mạng. Trong trường hợp đầu tiên người ta gọi các tinh thể là các dung dịch rắn
thay thế còn trong trường hợp thứ hai là dung dịch rắn xen kẽ. Nói một cách khác,
dung dịch rắn là một thể rắn đồng nhất hình thành từ các pha rắn của dung dịch.
 Đặc tính của dung dịch rắn
Về mặt cấu trúc dung dịch rắn của hợp kim có kiểu mạng tinh thể vẫn là kiểu
mạng của kim loại dung môi. Đặc tính cơ bản này quyết định các đặc trưng cơ lý hóa
tính của dung dịch rắn, về cơ bản vẫn giữ được các tinh chất của kim loại chủ hay nền.
Như vậy dung dịch rắn trong hợp kim có các đặc tính cụ thể như sau:


Liên kết vẫn là liên kết kim loại, do vậy dung dịch vẫn giữ được tính dẻo
giống như kim loại ngun chất.



Thành phần hóa học thay đổi theo phạm vi nhất định mà không làm thay đổi
kiểu mạng.



Tính chất biến đổi nhiều: độ dẻo, độ dai, hệ số nhiệt độ điện trở giảm, điện trở
độ bền, độ cứng tăng lên.
Do các đặc tính trên nên dung dịch rắn là cơ sở của hợp kim kết cấu dùng trong

cơ khí. Trong hợp kim này pha cơ bản là dung dịch rắn, nó chiếm xấp xỉ đến 90% có
trường hợp đến 100%.
 Dung dịch rắn thay thế
Ở các dung dịch rắn thay thế, các nguyên tử của chất tan thông thường được phân

bố thống kê trong mạng dung môi. Mạng không gian xung quanh nguyên tử chất tan
xuất hiện những sai lệch cục bộ. Những sai lệch này dẫn tới sự thay đổi tính chất và sự
SVTH: Dương Thị Tiếm

Trang 10