CHUYÊN ĐỀ TINH THỂ

Crystals
and the
Spatially Periodic Structure of Solids
Solids and Crystal Structure
Solids are a state of matter that are usually highly ordered. The chemical and physical properties of the solid depend on the detail of this ordering. Elemental carbon can have two different solid phases with differing spatial (position) ordering and vastly different solid properties. Two such allotropes of Carbon are Diamond and Graphite (sp3 and sp2)

In carbon, the bonding in the solid forms is highly directional and dictates the long ranges order. In metals, the bonding is non-directional and often the solid structure is determined by atomic 'packing'. Remember the 'electron gas' model of a metal?

________________________________________
Basic Crystallography
The description of the ordering of atoms in a solid comes from simple concepts of how identical objects stack in an array. If atoms are round and they pack as close as possible, they should look like this:

The close packing of spheres in a plane leads to a repeat unit (parallelpiped) that has each edge equal in length to the diameter (twice the radius) of the spheres. The angles, edge length, and atomic positions of the repeat unit are sufficient for the visualization of the entire infinite array in the solid.
In three dimensions the repeat unit is a 3D shape called the Unit Cell. The unit cell has three uniques crystallographic axies and, in general, three edge lengths. The angles of the edges of the unit cell need not be 90 or 120 degrees. (The figure below shows a possible crystal structure and its unit cell, but it is not a closest-packed structure, like the 2D structure above)

Close packed spheres of the same size in 3D is a little complicated. This packing leads to possibility of two unique structures, depending on how planes of 2D closest packed spheres are layered. If every other layer is exactly the same then we has a so called ABABA... structure. If not, then the structure is ABCABCABC...The figure below shows the difference between these two structures:

The ABABAB structure (panel (b) in the figures above) is called the Hexagonal Closest Packed (hcp) structure. In this structure, each atom has 12 nearest neighbors and the volume of the spheres fills the maximum posssible space: 74.04%.

The ABCABC structure is called Face Centered Cubic (fcc). It also has each atom with 12 nearest neighbors and the atoms fill 74.04% of the available space. The difference in the structure is in the different long ranged order and the unit cell

The (fcc) structure is just one of the structures that is derived from a cubic unit cell (right angles, equal length edges). (If we allow the edge lengths to be different, but keep the right angles, we create the orthorhombic cells) The Cubic cells are shown below:

The number of atoms in the unit cell is not the same as the coordination number (number of nearest neighbors). In the Body Centered Cubic (bcc) structure above the number of atoms in the unit cell is 2 but the number of nearest neightbors is 8. (The number of gray atoms in the above gives the number of atoms in the unit cell) The (bcc) structure is not as tightly packed as the (hcp) or (fcc) structures, with the atoms occupying only 68.02% of the available space.
________________________________________
Binary Salts
Until now, we have 'packed' only one kind of atom, which is only relevant for the solids states of the elements. If we wish to describe more complicated solids, i.e. solids that contain more than one atom, we must 'locate' each atom in the solid. Salts are fairly easy to describe, but some molecular solids are quite complex because of all of the different kinds of unique atoms.
The NaCl crystal is face centered cubic (fcc) unit cell with the counter ion filling the octahedral holes in the structure. It does not matter which ion is taken to be at the verticies of the cell and which in the holes, the same pattern is obtained, as can be seen in the figure below:

In the face centered cubic (fcc) cell there is more than one type of 'hole'. If the octahedral holes are filled, the structure above results, with a one:one count for the two types of ions in the salt. If the terahedral holes are filled, a diffrerent structure exits, that with twice as many of one type of ion as the other. In the figure below, The left shows the structure of NaCl and the right that of CaF2.

Some salts want to use the tetrahedral holes because of the relative sizes of the positive and negative ions, but don't fill all of them to maintain stoichiometry, This is the case for ZnSe, the middle panel below. Other relative ion sizes, like CsCl, left below, are filled simple cubic cells (not fcc).

________________________________________
Crystal structures are determined experimentally by X-Ray Diffraction:

The position of the spots observed in X-ray diffraction are determined by Braggs Law:


________________________________________
Summary of Crystal Types

See some multiple choice problems relating to the states of matter.
________________________________________
HOME || Email || Operations || TOP
PJ Brucat // University of Florida

Tinh thể
và
Cơ cấu không gian định kỳ chất rắn
Chất rắn và cấu trúc tinh thể
Chất rắn là một trạng thái của vật chất mà thường có trật tự cao. Các tính chất hóa học và vật lý của chất rắn phụ thuộc vào các chi tiết của lệnh này. Nguyên tố carbon có thể có hai giai đoạn khác nhau rắn với không gian khác nhau (vị trí) đặt hàng và tính chất rất khác nhau rắn. Hai dạng thù hình như của Carbon là Diamond và Graphite (sp3 và sp2)

Trong carbon, các liên kết trong các thể rắn là tính định hướng cao và mệnh lệnh thứ tự dãy dài. Trong kim loại, liên kết là không có hướng và thường cấu trúc rắn được xác định bởi nguyên tử 'đóng gói'. Hãy nhớ rằng mô hình của khí điện tử 'của kim loại?

________________________________________
Tinh cơ bản
Các mô tả về đặt hàng của các nguyên tử trong chất rắn đến từ khái niệm đơn giản về cách giống các đối tượng ngăn xếp trong một mảng. Nếu các nguyên tử tròn và họ gói càng gần càng tốt, họ sẽ giống như thế này:

Việc đóng gói chặt chẽ của các lĩnh vực trong một máy bay dẫn đến một đơn vị lặp lại (parallelpiped) có mỗi cạnh dài bằng nhau với đường kính (hai lần bán kính) của mặt cầu. Các góc độ, chiều dài cạnh, và vị trí nguyên tử của đơn vị lại là đủ cho sự hình dung của toàn bộ mảng vô hạn trong rắn.
Trong ba chiều các đơn vị lại là một hình dạng 3D được gọi là Cell đơn vị. Các tế bào đơn vị có ba uniques tinh thể axies và, nói chung, độ dài ba cạnh. Các góc của các cạnh của các ô đơn vị không cần phải là 90 hoặc 120 độ. (Hình dưới đây cho thấy một cấu trúc có thể có tinh thể và tế bào đơn vị của nó, nhưng nó không phải là một cơ cấu đóng gói gần nhất, giống như cấu trúc 2D trên)

Đóng gói hình cầu có cùng kích thước trong 3D là một chút phức tạp. đóng gói này dẫn đến khả năng của hai cấu trúc độc đáo, tùy thuộc vào cách máy bay của 2D gần hình cầu đóng gói được xếp lớp. Nếu tất cả các lớp khác là chính xác như nhau thì chúng ta có một cái gọi là Ababa ... cấu trúc. Nếu không, sau đó cấu trúc được ABCABCABC ... Hình dưới đây cho thấy sự khác biệt giữa hai cấu trúc:

Cơ cấu ABABAB (bảng (b) trong các hình ở trên) được gọi là sáu phương gần nhất đóng gói (HCP) cơ cấu. Trong cấu trúc này, mỗi nguyên tử có 12 người hàng xóm gần nhất và khối lượng của các quả cầu lấp đầy không gian tối đa posssible: 74,04%.

Cơ cấu ABCABC được gọi là mặt trung tâm Cubic (FCC). Nó cũng đã từng nguyên tử với 12 người hàng xóm gần nhất và các nguyên tử 74,04% điền vào các không gian có sẵn. Sự khác biệt trong cấu trúc là theo thứ tự khác nhau dao động lâu dài và các tế bào đơn vị

Cơ cấu (FCC) là một trong những cấu trúc đó là xuất phát từ một tế bào đơn vị khối (bên phải góc, cạnh chiều dài bằng nhau). (Nếu chúng ta cho phép độ dài cạnh là khác nhau, nhưng giữ các góc phải, chúng tôi tạo ra các tế bào trực thoi) Các tế bào khối được thể hiện dưới đây:

Số lượng nguyên tử trong các ô đơn vị là không giống như số lượng phối hợp (số lượng các nước láng giềng gần nhất). Trong cơ cấu (BCC) Cơ quan trung tâm Cubic trên số lượng các nguyên tử trong các ô đơn vị là 2 nhưng số lượng gần nhất neightbors là 8. (Số lượng nguyên tử màu xám ở trên cho biết số nguyên tử trong các tế bào đơn vị) Cơ cấu (BCC) không phải là đóng gói chặt chẽ như là (HCP) hoặc (FCC) cấu trúc, với các nguyên tử chỉ chiếm 68,02% số có sẵn không gian.
________________________________________
Nhị phân muối
Cho đến nay, chúng tôi đã "đóng gói" chỉ có một loại nguyên tử, mà chỉ thích hợp cho các trạng thái chất rắn của các yếu tố. Nếu chúng ta muốn mô tả chất rắn phức tạp hơn, tức là chất rắn có chứa nhiều hơn một nguyên tử, chúng ta phải "định vị" trong mỗi nguyên tử trong chất rắn. Muối là khá dễ dàng để mô tả, nhưng một số chất rắn phân tử khá phức tạp vì tất cả các loại khác nhau của các nguyên tử duy nhất.
Các tinh thể NaCl là khuôn mặt trung tâm khối (FCC) đơn vị tế bào với các ion truy cập điền vào các lỗ trong cấu trúc bát diện. Nó không quan trọng mà ion được lấy được ở verticies của tế bào và có trong các lỗ, cùng một khuôn mẫu thu được, như có thể thấy trong hình dưới đây:

Trong khuôn mặt trung tâm khối (FCC) tế bào có nhiều hơn một loại "hố". Nếu các lỗ hổng bát diện được làm đầy, cơ cấu trên các kết quả, với một một: một số lượng cho hai loại ion trong muối. Nếu các lỗ terahedral được làm đầy, một lối cấu trúc diffrerent, rằng với hai lần như nhiều người trong một loại ion như là khác. Trong hình dưới đây, để lại cho thấy cấu trúc của NaCl và quyền của CaF2.

Một số muối muốn sử dụng các lỗ tứ diện vì các kích thước tương đối của các ion dương và âm, nhưng không làm tất cả để duy trì hóa học lượng pháp, Đây là trường hợp của ZnSe, bảng điều khiển trung dưới đây. Các ion kích thước tương đối, như CSCL, trái bên dưới, được làm đầy các tế bào khối đơn giản (không FCC).

________________________________________
cấu trúc tinh thể được xác định bằng thí nghiệm của X-Ray Nhiễu xạ:

Vị trí của các điểm quan sát thấy ở nhiễu xạ tia X được xác định bởi Luật Braggs:


________________________________________
Tóm tắt các loại Crystal

Xem nhiều vấn đề lựa chọn một số liên quan đến các tiểu bang của vật chất.
________________________________________
Trang chủ | | Email | | Hoạt động | | TOP
PJ Brucat / / Đại học Florida


Dịch cho mọi người đọc với chứ

DKM ai bảo mày dich hả: Sai lung tung
Ko có phần mềm nào dịch đc tài liệu hóa!!!!!!!!!!!1

Thế Anh nói bậy chửi tục vô tổ chức thế hả?

dkm nói đếch gì!!!!!!!11