Giáo trình Hóa lý silicat (Ngành: Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Hóa lý silicat (Ngành: Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng - Cao đẳng)" được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên nắm được các kiến thức về: Các hiện tượng hóa lý xảy ra khi nung vật liệu silicat; các giản đồ pha các hệ cấu tử. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hóa lý silicat (Ngành: Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: HÓA LÝ SILICAT NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT VẬT LIỆU XÂY DỰNG TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 389/QĐ- CĐXD1 ngày 30 tháng 9 năm 2021 của Hiệu trưởng trường CĐXD số 1 Hà Nội, năm 2021
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình Hóa lý silicat được biên soạn nhằm phục vụ cho giảng dạy và học tập cho trình độ cao đẳng ngành Công nghệ kĩ thuật Vật liệu Xây dựng ở trường Cao đẳng Xây dựng số 1. Hóa lý Silicat là môn học chuyên ngành nhằm cung cấp các kiến thức về các hiện tượng hóa lý xảy ra khi nung vật liệu silicat và các giản đồ pha các hệ cấu tử. Giáo trình Hóa lý silicat do TS.Nguyễn Gia Ngọc làm chủ biên. Giáo trình này được viết theo đề cương môn học Hóa lý silicat đã được Nhà trường phê duyệt. Nội dung gồm 04 Phần sau: Phần 1: Hóa học silic. Phần 2: Trạng thái tập hợp của silicat. Phần 3: Phản ứng vật chất trạng thái rắn. Phần 4: Cân bằng pha trong hệ silicat Trong quá trình biên soạn, tác giả đã được sự động viên, quan tâm và góp ý của các đồng chí lãnh đạo, các đồng nghiệp trong và ngoài trường. Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng trong quá trình biên soạn, biên tập và in ấn khótránh khỏi những thiếu sót. Tác giả xin được tiếp thu những ý kiến đóng góp. Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày……tháng……năm……… Tham gia biên soạn 1. TS. Nguyễn Gia Ngọc - Chủ biên 2
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ - CĐXD1 ngày tháng năm của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Xây dựng số 1) Tên môn học: HÓA LÝ SILICAT Mã môn học: MH16 Thời gian thực hiện môn học: 60 giờ (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 26 giờ; Kiểm tra: 4 giờ). I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔN HỌC - Vị trí của môn học: Môn học được bố trí học kì II của năm thứ 2, sau môn học Hóa lý - Hóa keo. - Tính chất môn học: Là môn học chuyên ngành. II. MỤC TIÊU MÔN HỌC - Về kiến thức: + Trình bày được các hiện tượng hóa lý xảy ra khi nung vật liệu silicat. + Trình bày được các giản đồ pha các hệ cấu tử. - Về kỹ năng + Giải thích các hiện tượng hoá lý xảy ra khi nung vật liệu silicat. + Phân tích và vẽ được các biểu đồ hệ 1, 2, 3 cấu tử. - Về thái độ: Hình thành thái độ nghiêm túc trong học tập. 3
PHẦN I: HÓA HỌC SILIC Mục tiêu: - Trình bày được khái quát chung về nguyên tố Silic. - Trình bày được đặc điểm, tính chất của các hợp chất Silic. CHƯƠNG I. NGUYÊN TỐ SILIC VÀ HỢP CHẤT CỦA SILIC Bài 1: Giới thiệu về Silic và các tính chất của nó I. Giới thiệu chung về nguyên tố Silic 1. Giới thiệu - Silic có trong tự nhiên là do phản ứng nhiệt hạch: 24Mg + 4He → Si28 + γ - Silic có STT 14; thuộc phân nhóm chính nhóm IV; phân tử lượng PTL = 28,086; + Silic có 3 đồng vị bền: Si28 Si29 Si30 92,18% 4,7% 3,12% +Silic có 5 đồng vị phóng xạ: Si25 Si26 Si27 Si31 Si32 - Trong tự nhiên, Silic không có ở trạng thái tự do mà nó nằm trong các hợp chất như SiO2 và chủ yếu trong Silicat. - Ở trạng thái không hoạt động: 1s22 s22p63 s23p2 - Ở trạng thái hoạt động: + SiO2: 1s22 s22p63 s13p3 + H2SiF6: 1s22 s22p63 s13p33d2 - Đặc điểm của hóa học silic Độ dài liên kết Năng lượng liên kết Si-Si: kémbền 2,34Ǻ 53 Kcal/mol Si-O-Si: bền hơn 1,64Ǻ 106Kcal/mol (Siloxan) (Ǻ = 10 m) -10 - Nguyên tố silic giống Nitơ là nguyên tố tuần hoàn (ở trạng thái tự nhiên ) phong hóa VD: Al2O3.2SiO2.2H2O SiO2Tảo, thực vật Chết → Đất (Cao lanh) 4
2. Điều chế - Phòng thí nghiệm (1811): SiF4 + 4K= 4KF + Si (1823): K2SiF6 + 4K = 6KF + Si - Silic kỹ thuật: SiO2 (Thạch anh) + 2C lò hồ quang Si + 2CO Si: Tinh thể ở dạng bột, tạp chất lớn, hàm lượng < 99 % Than cốc Sự bay hơi Si + O2 = 2SiO + khói (1900  2000) 0 C Hơi, ngưng tụ Hạt nhỏ (0,1 µm) – SiO2 (Silicafume) Chú ý: Có thể thay C bằng Al, Mg, Zn Để sản xuất silic tinh khiết (dùng trong điện tử bán dẫn) → phản ứng nhiệt phân : SiF4780°c Si + 2H2 II. Các tính chất của silic 1. Tính chất vật lý - Khối lượng riêng: phụ thuộc vào trạng thái + Tinh thể:  a = 2,42 g/cm3 + Vô định hình:  a = 2,35 g/cm3 - Độ cứng: 7 (Theo thang Morh) - Nhiệt độ nóng chảy: tºnc = (1480 ÷ 1500) ºC - Nhiệt độ sôi: t˚ s = 2600˚C 2. Tính chất hóa học. Có nhiều tính chất giống C, tác dụng với 79% (104 nguyên tố)→ 160 hợp chất kép Silic tinh thể trơ về mặt hóa học, Silic vô định hình có hoạt tính. a. Tác dụng với F ở điều kiện thường; Cl 2 , O 2 ở t˚ cao N 2 ; C ở t˚ rất cao Si + 4F → SiF 4 5
 cao , 400 600 c Si + O 2 t    SiO 2 Si + C tratcao SiC  b. Tác dụng với kim loại (nóng chảy)→ hợp chất Silicua (hợp chất cơ kim). Si + 2Mg → SiMg 2 c. Tác dụng với dung dịch kiềm → Silicat + H 2  Si + 2NaOH nc + H 2 O tthuong  Na 2 SiO 3 + 2H 2    d. Tác dụng với hỗn hợp axit (HNO 3 + HF) ở nhiệt độ thường.  Chú ý : Silic không tác dụng với 1 axit riêng rẽ ở t 0 thường. III. Ứng dụng 1. Silic kĩ thuật : có tạp chất > 1/5) - Làm thanh điện trở của các lò nung → SiC (Silit) - Bột Si + glyrêrin → ép thành thanh → nung ở t˚ = 1300 ÷ 1400˚C trong CO 2 2. Silic tinh khiết: có độ tinh khiết (10 10 ÷ 10 4 ) nguyên tử tạp chất / nguyên tử Si - Dùng trong vật liệu bán dẫn (điện tử ,thiết bị quang điện). - Dùng để sản xuất hợp kim → dễ đúc, cứng. + PeroSilic (Fe – Si trong đó Si thay đổi từ (20 ÷ 80)% + Silumin (Al – Si trong đó Si chiếm lượng nhỏ) Bài 2: Các hợp chất của Silic I. Các hợp chất của Silic với kim loại (Silicua) 1. Tính chất vật lí - Ở nhiệt độ cao, Silic có thể tan trong nhiều kim loại nóng chảy→ MexSiy (Silicua) (trừ Au, Al, Ag) có dạng tinh thể kim loại, giòn. - Có độ cứng lớn và bền nhiệt cao. 2. Tính chất hóa học - Không bị nước phân hủy - Bị kiềm nóng chảy phân hủy tạo ra các silicat - Tác dụng với axit (trừ HF) 6
3. Điều chế: Có nhiều phương pháp để điều chế Silicua. a. Nung nóng chảy các cấu tử Me + Si → MeSi b. Tương tác các oxit kim loại với Si, SiC, SiO2 hay các silicat trong hỗn hợp với C 2MeO + 3Si → SiO2 + 2MeSi MeO + SiC = MeSi + CO MeO + SiO2 + 3C = MeSi + 3CO c. Phương pháp nhiệt nhôm hay nhiệt Manhêzi Me + Al(Mg) + SiO2 + S → MeSi + 4HCl d. Từ pha khí Me + SiCl 4 + 2H 2 = MeSi + 4 HCl 4. Ứng dụng của Silicua - Dùng trong kỹ nghệ luyện kim để khử oxi, để sản xuất vật liệu chịu lửa tạo ra các hợp kim. - Dùng làm nguyên liệu để sản xuất các Silan như: + Mg2Si: chế tạo Duyra Alumin( có độ rắn cao, nhẹ ) dùng để chế tạo máy bay. + MoSi2: dùng làm vật liệu chịu lửa, có điện trở lớn; không bị oxi hóa, làm thành nung trong lò điện có nhiệt độ xấp xỉ 2000 II. Cacbon silic (SiC): 1. Tính chất vật lý - Có độ cứng cao 9,2  9,5 (thang Morh) - SiC bắt đầu bốc hơi chậm ở 1730°C và mạnh ở 2500°C - SiC không dẫn điện khi tinh khiết, dẫn điện khi có tạp chất (F) 2. Tính chất hóa học a. Tác dụng với O2, F2, Cl2 2SiC + 3O2 = 2SiO2 +2CO (ở 800 - 1000°C) SiC + 4Cl2 = SiCl4 +CCl4 (ở 1100 - 1200°C) 7
SiC + 2Cl = SiCl4 + C (ở 100°C) b. Tác dụng với hơi H2O (ở 1380°C) SiC + 4H2O = SiO2 + CO2 + 4H2 c. Tác dụng với kiềm → silicat SiC + 2KOH + O2 = K2SiO3 + CO2 + H2O d. Không tác dụng với axít (trừ hỗn hợp HF + HNO3) 3. Điều chế: SiO2 + C → SiC + CO↑ 4. Ứng dụng của SiC - Làm vật liệu chịu mài, vật liệu cách lửa; - Làm nồi nấu chảy kim loại. III. Hydro silic (Silan): Công thức tổng quát SinH2n+2(n≤8) 1. Tính chất vật lý - Độc , t o = (-94) →(-185)°C, t 0 = (-112) → 90°C tùy thuộc vào từng chất nc s Tên gọi Công thức T0 nc t0 s a Silan (Silico Metan) SiH4 -185 -112 0,5 (-185°C) Đi silan (Silico Etan) 0,686(- Si2H6 -132 -14 25°C) Tri silan (Silico protan) Si3H8 -117 +54 -- Tetra silan (Silico Butan) Si4H10 --94 +90 0,79 (0°C) - Là chất không màu 2. Tính chất hóa học a. Cháy trong không khí SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O b. Không tác dụng với axit, tác dụng với kiềm SiH 4 + 2NaOH + H 2 O = NaSiO 3 + 2H 2 c .Tác dụng với H 2 O trong môi trường kiềm SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4H 2  3. Điều chế 8
Mg 2 Si + 4HCl = 2MgCl 2 + SiH 4 Mg 3 Si + 6HCl = 3MgCl 2 + Si 2 H 6 4 .Ứng dụng Làm chất khử để tổng hợp các chất hữu cơ có Silic IV. Hợp chất Silic với Halogen - Là dẫn xuất của halogen khi thay thế H trong Silan - VD: HSiCl 3 : TriCloSilan SiCl 3 : OctoClo TriSilan 1. Tính chất vật lý của halogen silan Dạng hợp chất t۫˚ nc (ở 760mmHg) t˚ s SiF 4 - - 95 SiCl 4 - 69,9 57 SiBr 4 5,2 152 SiI 4 120 288 2. Tính chất hóa học a. Tác dụng với H 2 O SiH 4 + 2H 2 O = SiO 2 + 4HF b .Tác dụng với vài oxit kim loại 3SiCl 4 + 2Al 2 O 3 = 3SiO 2 + 4AlCl 3 3. Điều chế * SiHAl 4 : Si + 2HAl 2 = SiHAl 4  SiF 4 : BaSiF 6 = SiF 4 + BaF 2 SiO 2 + 2 H 2 SO 4 + 2 CaF 2 = 2CaSO 4 + 2H 2 O + SiF 4 9
CaF2 + 3SiO2 = SiF4 + 2CaSiO3 SiCl4 : Cl2 + Fe3Si = 3FeCl3 + SiCl4 SiO2 + 2C + 2Cl2 = 2CO + SiCl4 4. Ứng dụng SiF4 và SiCl4 dùng để tạo hợp chất hữu cơ nhẹ và tạo màng Silicua phủ bề mặt kim loại chống ăn mòn và phá kim loại. V. Axit siclicofluohidric và muối của nó F F HF ……..Si………HF F F Là axit mạnh, tồn tại ở trạng thái dung dịch và bị phân hủy ở trạng thái hơi: H2SiF6 SìF4 + HF 1. Điều chế SiF6 + 2HF + H2O H2SiF6 + H2O SiF6 + 2H2O 2H2SiF6 + SiO2 H2SiO4 + CaF2 = CaSO4 + 2HF HF + SiO2 = 2H2O + SiH4 3SiF4 + 3H2O = 2H2SiF6 + H2SiO3 2. Ứng dụng - BaSiF6 : không tan trong cồn, trong H2O kết tinh ở dạng tinh thể bé, dùng để phân tích định lượng các chất. - Na2Si6 : làm nguyên liệu trong quá trình xản xuất XM chịu axit, xi măng hàn gắn (matit). - MgSiF6.H2O; ZnSiF6.6H2O; Al2(SiF6)3: để tạo màng bảo vệ, không hòa tan, chống xâm thực của thiên nhiên trong các công trình xây dựng. 10
+ Nếu công trình xây dựng có CaCO3 thì khi tác dụng với muối này sẽ cho các lớp bảo vệ vững chắc: CaCO3 + MgSiF6 = SiO2 + 2CaF2 + MgF2 + 2CO2 + Nếu trong công trình không có CaCO3, có thể quét lên bề mặt các dunh dịch có thể tác dụng với muối để tạo màng bảo vệ như Ca(OH)2, Na2 SiO3 (thủy tinh lỏng) MgSiF6 + Ca(OH)2 = SiO2 + MgF2 + CaF2 + 2H2O MgSiF6 + 2Na2SiO3 = 3SiO2 + MgF2 + 4NaF VI. Hợp chất của silic với ôxi (SiO2): quan trong trong vật liệu Silicat 1. Tính chất hóa học a. Tác dụng với HF SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O SiO2 + 6HF H2SiF6 + 2H2O b. Tác dụng với kiềm SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O c. Tác dụng với Na2CO3 SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 d. Tác dụng với CaCO3 và CaO SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2 SiO2 + CaO = CaSiO3 e. Tác dụng với kim loại SiO2 + 2C = 2CO + Si SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si 2. Điều chế a. Nung trực tiếp Si với O2: Si + O2 = SiO2 + 218Kcal b. Từ H4SiO4 hay từ Na2SiO3 H4SiO4 H2SiO3 SiO2 11
Na2SO3 H2SiO3 SiO2 c. Từ dạng hơi: SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HCl d. Tác dụng với H2O: SiH4 + 2H2O = SiO2 + 4H2 VI. Hợp chất hữu cơ có Silic 1. Là dẫn xuất của Halogen 2. Dạng ete của axit Octo Silicic H2SiO4 Khi thay H bằng gốc alkyl và Aryl của hữu cơ hay bằng (-OH) 3. Tính chất: nhẹ, mềm, chịu nước, chịu nhiệt, trị số điện môi cao, độ nhớt không đổi. VD: (CH3)2SiH2: ĐiMetyl Silan ; C2H5SiCl4: Etyl Tri Clo Silan….. 12
PHẦN II : TRẠNG THÁI TẬP HỢP CỦA SILICAT Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm về tinh thể học, về trạng thái lỏng và keo của Silicat. - Trình bày được các trạng thái tinh thể, trạng thái lỏng và trạng thái keo của Silicat. - Giải thích được các tính chất điện, trao đổi ion và tính dẻo của đất sét. Chương II : TRẠNG THÁI TINH THỂ Bài 1 : Khái niệm về tinh thể học I. Đặc điểm chính của vật chất ở trạng thái tinh thể 1. Các chất được sắp xếp có quy luật, tạo thành bề mặt hình học rõ ràng. 2. Có tính dị hướng (tính chất thay đổi khác nhau theo các hướng ). Ví dụ : Tinh thể NaCl - Khoan lấy mẫu hình trụ; - Xác định cường độ chịu nén. 3 1 2 + Mẫu 1 : 570g/ (khoan mẫu theo mặt trên của hình lập phương); + Mẫu 2 : 1150g/ (khoan mẫu theo mặt phía trước của hình lập phương); + Mẫu 3 : 2150g/ (khoan mẫu chéo góc của 1 mặt hình lập phương). 3. Có tính đối xứng (qua mặt đối xứng hoặc trục đối xứng ). * Chú ý : So sánh với đặc điểm ở trạng thái vô định hình. - Các chất điểm không chuyển động, sắp xếp ngẫu nhiên giống như chất lỏng. - Có tính đẳng hướng (tính chất giống nhau theo mọi hướng ). - Nội năng của chất ở trạng thái vô định hình lớn hơn ở trạng thái tinh thể. 13
VD : - tinh thể + Quazt + Cristôbalit + Triđimit - vô định hình có hoạt tính lớn hơn. II. Mạng lưới không gian và ô mạng cơ sở. 1. Mạng lưới không gian của tinh thể (Mạng tinh thể) - Là mô hình để mô tả quy luật hình học của sự sắp xếp các chất điểm trong tinh thể. - Nghiên cứu quy luật sắp xếp của mỗi hình hộp tinh thể có các đặc trưng: + Kích thước các cạnh a, b, c z + Góc giữa các cạnh c   x b y a * Chú ý : phân biệt các mặt tinh thể, dùng chỉ số Miler. Ký hiệu (x, y, z) 2. Ô mạng cơ bản (cơ sở) - Đặt chất điểm vào đỉnh của hình lập thương y - Khối hộp có đơn vị nhỏ nhất có thể tách khỏi tinh thể mà vẫn mang đặc tính của tinh thể ô mạng cơ bản. y Ô mạng cơ sở (cơ bản) 3. Ô mạng tinh thể - Trong tinh thể, tùy vào sự tương quan giữa các cạnh và góc sẽ có các ô mạng tinh thể khác nhau. Các ô mạng đó tương ứng với 7 hệ tinh thể. - Các chất điểm có thể phân bố ở đỉnh, ở tâm hoạc các mặt của ô mạng cơ bản. 14
+ Nếu chất điểm phâm bố ở đỉnh của ô mạng ô mạng nguyên thủ. Ký hiệu P (Primitif) + Nếu chất điểm phân bố ở đỉnh và ở tâm ô mạng ô mạng khối tâm. Ký hiệu I (Interieur) + Nếu chất điểm phân bố ở đỉnh và 2 đáy ô mạng tâm đáy. Ký hiệu C (Centre) + Nếu chất điểm ở đỉnh và các mặt ô mạng tâm mặt. Ký hiệu F (Face) (P) (I) (C) (F) (P) (I) (C) (F) - Theo Bravais chứng minh có 14 ô mạng cơ bản do sự phân bố các chất điểm trong không gian sao cho xung quanh mỗi chất điểm có các chất điểm phân bố giống nhau tạo thành 14 mạng tinh thể Bravais, 14 ô mạng chia thành 7 hệ tinh thể. Tương quan giữa Góc giữa Thứ tự Hệ tinh thể các cạnh của ô Các trục Hình vẽ mạng Ba nghiêng a#b#c # # 1 Một nghiêng a#b#c = = 90 0 # 2 Trực thoi a#b#c = = = 90 0 4 Ba phương a=b=c = = # 90 0 9 Sáu phương a=b=c = = 90 0 ; = 90 0 8 Bốn phương a=b#c = = = 90 0 10 Lập phương a =b = c = = = 90 0 12 15
Tổ hợp tâm, trục, mặt đối xứng với 7 hệ tinh thể Bravais thành 230 nhóm không gian (Fêđôrốp) 16
III. Tinh thể lí tưởng và tinh thể thực 1. Tinh thể lí tưởng. Là tinh thể mà mạng lưới không gian và các chất điểm được cấu tạo và sắp xếp theo đúng quy luật một cách chặt chẽ và chính xác. 2. Tinh thể thực Là các tinh thể cũng tuân theo quy luật, nhưng mang lưới của nó có những sai lệch do các khuyết tật gây nên (do có tạp chất, do không nằm đúng vị trí). 3. Các loại khuyết tật 3.1. Người ta phân loại các kiểu khuyết tật cấu trúc mạng tinh thể dựa theo các kiểu lệch lạc trong mạng so với tinh thể lý tưởng. Chia ra 4 loại khuyết tật. a. Khuyết tật điểm. - Có kích thước rất nhỏ, cỡ nguyên tử theo cả 3 chiều trong không gian. - Có 2 dạng: + Khuyết tật Shotky: hình thành khi một nguyên tử (ion) rời nút mạng  tạo nút trống để đi lên đến một nút mạng khác và cuối cùng đi ra khỏi nguyên tử. + - + - + - + - + - + - - o - + - + - o - + - + + - + - + - + - + - + - - + - + - + - + - + - + Shotky Frenkel + Khuyết tật Frenkel: hình thành khi một nguyên tử (ion) rời nút mạng đi vào khoảng trống giữa các ô mạng để lại nút trống. - Khuyết tật Shotky và Frenkel nằm ở trạng thái cân bằng nhiệt (tại một nhiệt độ nào đó thì nồng độ của các khuyết tật là không đổi). - Nồng độ cân bằng nút trống Shotky (1) và Frenkel (2). n = N.e-U/kT (1) n = N.e-U/2kT (2) Trong đó: N- Số nút trống; k- Hằng số Bolzoman;U- Năng lượng hình thành nút trống; T- Nhiệt độ tuyệt đối. b. Khuyết tật đường: có kích thước vi mô (cỡ nguyên tử) theo 2 chiều và vĩ mô theo 1 chiều. c. Khuyết tật mặt: có kích thước vi mô theo một chiều và có kich thước vĩ mô theo hai chiều. 17
d. Khuyết tật khối: có kích thước vĩ mô theo ba chiều. 3.2. Các loại khuyết tật do các nguyên tử tạp chất. a. Khuyết tật dạng thay thế (dung dịch rắn thay thế) Các nguyên tử sắp xếp theo thứ tự còn tạp chất thì sắp xếp hỗn độn. Dạng thay thế một số vị trí trong mạng lưới được thay thế bằng nguyên tử tạp chất. b. Khuyết tật xâm nhập (dung dịch rắn xâm nhập) Trong mạng, nguyên tử tạp chất nằm ở vị trí khoảng trống giữa các nguyên tử gọi là mạng biến dạng. Nguyên tử tạp chất Nguyên tử tạp chất ở khoảng trống Bài 2: Mạng lưới tinh thể Silicat (ion) Nhận xét: - Có 3 loại mạng lưới tinh thể Silicat: Phân tử, nguyên tử, ion. - Mạng lưới tinh thể ion là mạng lưới bền vững nhất. I. Nguyên lý xếp cầu chặt chẽ trong mạng lưới tinh thể 1. Quy ước - Coi các ion là các quả cầu, sự sắp xếp chất điểm của các ion coi như là sự sắp xêp của các quả cầu. - Coi các quả cầu có kích thước như nhau, sắp xếp làm sao cho nó chặt nhất (mỗi 1 quả cầu tiếp xúc với nhiều quả cầu khác nhất). 2. Phát biểu nguyên lý “ Trong tinh thể, các bộ phận kết cấu (nguyên tử, phân tử, ion) sẽ sắp xếp như thế nào đó để đảm bảo trong 1 đơn vị mạng lưới có nhiều khối cầu nhất hay để cho năng lượng tự do của mạng lưới là bé nhất”. 3. Cách sắp xếp - Mỗi quả cầu tiếp xúc với 12 quả khác và trong một đơn vị thể tích có nhiều quả nhất → có 2 cách: + Cách 1: Sắp xếp theo kiểu lập phương: làm sao sau 3 lớp, các lớp lại lặp lại. Kí hiệu: Lớp cầu thứ nhất là A. Lớp cầu thứ hai là B. Lớp cầu thứ ba là C. 18
 ABC, ABC, ABC. + Cách 2: Sắp xếp theo kiểu lập phương: Cứ sau 2 lớp đầu, các lớp lại lặp lại. Kí hiệu: Lớp cầu thứ nhất là A. Lớp cầu thứ hai là B.  AB, AB, AB - Khoảng không gian do các quả cầu chiếm chỗ thì cả 2 cách đều bằng nhau (74,05%), giữa các quả cầu hình thành các lỗ hỗng. + Hỗng 4 mặt: tạo nên bởi 4 quả cầu; có r = 0,22; + Hỗng 8 mặt: tạo nên bởi 6 quả cầu; có r = 0,41. Hỗng 4 mặt Hỗng 8 mặt II. Nguyên lý xếp cầu trong mạng tinh thể ion. 1. Giả thiết - Các ion có dạng hình cầu, điện tích phân bố đều, mang tính đối xứng → coi như là một sự sắp xếp của các hình cầu. - Khi hình thành mạng lưới tinh thể ion, các chất điểm sẽ sắp xếp sao cho thế năng trong mạng là nhỏ nhất.  Các chất điểm tương tác với các ion khác nhất. Do đó sắp xếp theo nguyên lý xếp cầu chặt chẽ nhất. 2. Nguyên lý: Tinh thể có 2 dạng: - Cation: có kích thước nhỏ do mất điện tử - Anion: có kích thước lớn → Sắp xếp theo nguyên lý xếp cầu chặt chẽ, giữa các anion hình thành các lỗ hổng và các cation có kích thước nhỏ hơn len vào khoảng trống hình thành cấu trúc của mạng tinh thể ion. III. Các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc mạng tinh thể ion. Định luật Gonsmit 1. Bán kính ion 19