Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 3 Cấu trúc tinh thể, gồm các nội dung chính sau những giả thuyết về cấu trúc tinh thể; khái niệm mạng tinh thể; hóa học tinh thể; hóa lý tinh thể;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 3 - PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hà
CHƯƠNG 3
CẤU TRÚC TINH THỂ
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1
VIẾT TẮT
• MTT: Mạng tinh thể • NLTD: Năng lượng tự do
• LPTM: Lập phương tâm • SCBM: Sức căng bề mặt
mặt • KT: Kết tinh
• LPTK: Lập phương tâm • VL: Vật liệu
khối • NT: Nguyên tử
• LGXC: Lục giác xếp chặt • PT: Phân tử
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 2
1. NHỮNG GIẢ THUYẾT VỀ
CẤU TRÚC TINH THỂ
Các giả thuyết về cấu trúc tinh thể được xây dựng
nhằm:
• Làm rõ quy luật sắp xếp các phần tử cấu tạo trong
không gian cấu trúc
• Sự hình thành các kiểu cấu trúc đặc trưng
• Sự hình thành liên kết giữa chúng
Giải thích các tính chất của vật liệu
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3
Các giả thuyết chính
Các quy luật hình học: sự đối xứng và tuần
hoàn, mạng tinh thể, ô (mạng) cơ sở
Hóa học tinh thể: độ sít chặt, lỗ hổng trong
MTT, các kiểu cấu trúc đặc trưng, ảnh hưởng
của bán kính ion đến trật tự sắp xếp…
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4
2. KHÁI NIỆM MẠNG TINH THỂ
Xem: NT, ion, PT như chất điểm chúng tuân theo
quy luật đối xứng, tuần hoàn trong không gian cấu
trúc
Mỗi chất điểm trong không gian tinh thể: nút mạng
Từ 2 nút mạng: xác định một đường thẳng đặc
trưng cho sự liên kết giữa chúng
Nối các nút mạng bằng những đường thẳng: mạng
lưới không gian cấu trúc tinh thể
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5
Cấu trúc tinh thể của NaCl
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6
2.1. KHÁI NIỆM ĐỐI XỨNG
Đối xứng: sự lặp lại chính mình của các phần tử qua
các phép đối xứng
Tâm đối xứng (C): của 2 điểm là trung điểm đường
thẳng nối 2 điểm đó
Mặt đối xứng (P) (Mặt gương): của 2 điểm là mặt
phẳng vuông góc tại trung điểm đường thẳng nối 2
điểm đó
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7
2.1. KHÁI NIỆM ĐỐI XỨNG
Trục đối xứng bậc n (Ln): của 2 điểm là đường
thẳng mà khi quay điểm một góc 3600/n quanh
trục thì điểm này lặp lại vị trí của điểm kia. Bậc
n: 2, 3, 4 và 6
Trục đối xứng nghịch đảo (Lin): của 2 điểm là
đường thẳng khi quay điểm một góc 3600/n, rồi
lấy đối xứng qua mặt gương thì lặp vị trí của
điểm kia
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8
2.1. KHÁI NIỆM ĐỐI XỨNG
Hai hình được coi là đối xứng khi tất cả các
điểm hình học của chúng đối xứng qua một
phép nào đó
Để mô tả tính đối xứng trong tinh thể, cần liệt
kê hết các yếu tố đối xứng mà tinh thể có. Tập
hợp các yếu tố đối xứng của 1 khối đa diện:
lớp đối xứng của đa diện đó
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 9
Thí dụ về khối lập phương
Tâm đối xứng: tâm khối: C
9 mặt đối xứng: 9P
3 trục đối xứng bậc 4
4 trục đối xứng bậc 3
6 trục đối xứng bậc 2
Ký hiệu: 3L44L36L29PC
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 10
2.2.QUY ƯỚC KÍ HIỆU CÁC LỚP ĐỐI XỨNG
(Kí hiệu Herman – Maughin)
TT YẾU TỐ ĐỐI XỨNG KÍ HIỆU GHI CHÚ
1 Ln n n= 1, 2, 3, 4 và 6
2 Lin _ _ _ _ _ _
n 1, 2, 3, 4, 6 (Li1=C, Li3= L3C
…)
3 P m
4 Ln vuông góc P n/m
5 Ln và P chứa Ln nm
6 Ln vuông góc P và P chứa Ln n/mm
7 Ln vuông góc L2 n2
8 Ln vuông góc P và L2 thuộc P n/m2
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 11
2.3. MẠNG KHÔNG GIAN TINH THỂ VÀ
CÁC ĐẶC TRƯNG Ô CƠ SỞ
2.3.1. Mạng không gian tinh thể
Nối các nút mạng bằng những đường thẳng:
Mạng lưới không gian tinh thể
Các phần tử cấu trúc của tinh thể phải thỏa mãn
2 yếu tố: đối xứng và tuần hoàn trong không
gian mạng
12
2.3.2. Ô mạng cơ sở
Là phần thể tích nhỏ nhất khi
tịnh tiến theo hướng các chu
kz mạng a, b, c tạo thành
toàn bộ tinh thể
Mang toàn bộ các yếu tố đối
xứng đặc trưng của MTT
Tham số mạng: các cạnh a,
b, c; góc giữa các cạnh , ,
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ
Các dạng ô mạng cơ sở
Phụ thuộc vị trí các phần tử trong ô cơ sở, có thể
phân thành 4 loại ô cơ sở:
1) Ô mạng nguyên thủy (các phần tử chỉ chiếm vị trí nút
mạng, kí hiệu P)
2) Ô mạng tâm khối (ô nguyên thủy có thêm phần tử ở
giữa, kí hiệu I)
3) Ô mạng tâm mặt cơ sở (ô nguyên thủy có thêm phần tử
ở tâm 2 mặt đối diện, kí hiệu C)
4) Ô mạng tâm mặt (ô nguyên thủy có thêm phần tử ở
tâm tất cả các mặt, kí hiệu F)
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 14
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15
Số phần tử của một ô cơ sở
Đặc trưng cho mật Thí dụ:
độ vật chất Số phần tử thuộc về ô cơ
Lưu ý:
sở: (1/8 x 8) + (½ x 6) = 4
• Mỗi đỉnh là chung
cho nhiều ô cơ sở
• Phần tử ở tâm mặt:
thuộc về 2 mặt
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 16
2.4. Ô MẠNG BRAVAIS
Có 14 kiểu mạng thuộc 7 hệ theo tương quan:
- Giữa 3 kích thước: a, b, c
- Giữa 3 góc: , ,
Tất cả các CR tinh thể đều có ô mạng cơ sở
thuộc về 1 trong 14 kiểu mạng Bravais
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17
18
19
2.5. PHƯƠNG VÀ MẶT TINH THỂ
Để thuận lợi cho việc mô tả và tính toán tinh
thể, có thể dùng công cụ toán giải tích
PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
