Xem mẫu
- VẬT LIỆU HỌC
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 1
- Chương 3
Cấu trúc của vật liệu vô cơ
3.1.Bản chất & Phân loại
3.2.Liên kết nguyên tử
3.3. Cấu trúc của vật liệu
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 2
- 3.1.Bản chất & Phân loại
Gốm (đất nung) : vật liệu chế tạo từ đất
sét
(cao lanh :Al2O3.2SiO2.2H2O)
Thuỷ tinh : SiO2-CaO-Na2O
Ximăng : CaO-SiO2-Al2O3
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 3
- 3.1.Bản chất & Phân loại
Bản chất:
Ceramic (Vật liệu vô cơ) được tạo thành từ các
hợp chất hóa học giữa kim loại (Me) với á kim (B,
C, N, O) Hoặc các á kim với nhau
Phân loại: theo đặc điểm kết hợp
Gốm và Vật liệu chịu lửa
Thuỷ tinh và Gốm thủy tinh
Ximăng và Bêtông
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 4
- 3.2.Liên kết nguyên tử
V.vô cơ = Ngtố KL + Ngtố á kim=>
∑Ng.tử : ≠ kích thước; ≠ vỏ điện tử ; ≠ lực liên
kết
Độ âm điện: χkl ≠ χakim
Điện tử hóa trị “e” của k.loại dịch chuyển về
phía Á kim =>Liên kết ion
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 5
- Ví dụ : Vật liệu silicat : SiO2
O: Z=8
1S2 2S2 2P4
Si: Z = 14
1S2 2S2 2P6 3S1 3p3
Si có 4 e tham gia liên kết :
Điện tử “e” của Si dich chuyển về 4 ngtử Oxy
Si4+, O2- => Liên kết ion
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 6
- • Mỗi ion Si4+ bao quanh bởi 4 ion O2- =>
Tứ diện tam giác đều (SiO4)4- ( Đa diện phối trí
(SiO4)4- )
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 7
- • Mỗi ion Si4+ bao quanh bởi 4 ion O2- =>
Tứ diện tam giác đều (SiO4)4- ( Đa diện phối trí
(SiO4)4- )
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 8
- • Để đảm bảo trung hòa về điện : Mỗi ion O2- là
đỉnh chung của 2 khối tứ dịên
=> Liên kết cộng hóa trị →Mạng tinh thể
Mạng kh.gian 3 Mạng kh.gian 2 chiều
chiều
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 9
- Liên kết ion: chủ yếu
Liên kết cộng hóa trị : ít
Hợp chất LK ion, % Hợp chất LK ion, %
K-O 90 Al-O 60
Mg-O 80 B-O 45
Zr-O 67 Si-O 40
Ti-O 63 C-O 22
Năng lượng liên kết : E = 100 – 500 kj/mol
(đối với kim loại E =60 – 250 kj/mol)
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 10
- 3.3.Cấu trúc của vật liệu
3.3.1.Cấu trúc tinh thể
3.3.2.Cấu trúc vô định hình
3.3.3.Vật liệu đa pha và đa tinh thể
3.3.4.Khuyết tật trong mạng tinh thể
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 11
- 3.3.1.Cấu trúc tinh thể
Cấu trúc = f (Liên kết ion, Liên kết cộng hóa
trị)
Ion(−)
= const
Liên kết hóa học Tỷ số Ion(+ )
Vì Σ (e-cho của cation) =Σ (e-nhận của anion) =>
Trung hoà điện tích: => F-
Ca2+
CaF2 : + Anion
Cation
F-
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 12
- Liên kết ion: Sắp xếp các ion ???
Các ion hút nhau theo mọi hướng
Đạt độ xếp chặt & tính đối xứng cao =>
Cấu trúc bền vững:
Không bền Bền vững Bền vững
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 13
- Bán kính ion : Rc < Ra
Cation Rc, nm Cation Rc, nm Anion Ra,nm
Al3+ 0.053 Mg2+ 0.072 Br- 0.196
Ba2+ 0.136 Mn2+ 0.067 Cl- 0.181
Ca2+ 0.100 Na+ 0.102 F- 0.133
Cs2+ 0.170 Ni2+ 0.069 I- 0.220
Fe2+ 0.077 Si4+ 0.040 O2- 0.140
Fe3+ 0.069 Ti4+ 0.061 S2- 0.184
K+ 0.138 Zn2+ 0.074
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 14
- Cấu trúc : Mạng tinh thể của anion
Nút mạng : Ion (-) Lỗ hổng : Ion (+)
Số phối trí n: số aniom xếp bao quanh
cation
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 15
- Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí =
f(r+/r-)
n = 2
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 16
- Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r+/r-)
n = 3
AP 3 r− 3
= cos 30 =
0
− +
=
AO 2 r +r 2
3 − 3 r r+ +
2
−
r = +
(r + r ) 1 = (1 + − ) − = − 1 = 0.115
2 2 r r 3
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 17
- Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí =
n = /r
f(r+4 -)
Tam giác EFH
2 2 2
( 2r )
− 2 a a a
= + = 2 B C
2 2 2 A D
a
2r =−
2 (1) F G
2 E H
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 18
- B C
A D
2 2 2 2
a a a a
( BH ) 2
= ( BF ) + ( FH )
2 2
= + + = 3
2 2 2 2
F G
E H
BH =
a
2
3 = 2 r− +r+ ( ) a=
4
3
(r −
+r+ ) (2)
Thay (2) vào (1) : 2r − ≤
4
(r −
+r+ ) 2
2
/:2
3
−
r ≤
2
(r −
+r+ ) 2 r+
3 /:r - 1≤ 1 + −
3 r
r+
≥
3
−1
r+
−
2 −
> 0.225
r r
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 19
- Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí =
n = 6 /r )
f(r+: -Xét tam giác AEC :
( AC ) 2 ≤ ( AE ) 2 + ( EC ) 2
2 2 2
( 2r ) − 2 a a a
≤ + = 2
2 2 2
−a (1)
2r ≤ 2
2
Khi 2 ion trái dấu tiếp xúc D
( )=a
A E B
− +
2 r +r (2) C
Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng 20
nguon tai.lieu . vn
