Chuyên đề cơ sở hóa học vô cơ (tiếp)

*Chuyờn đề CƠ SỞ HểA HỌC Vễ CƠBộ mụn Hoỏ vụ cơ - Khoa Hoỏ học - Trường ĐHSP Hà Nội*2.Tinh thể ion* Tinh thể hợp chất ion được tạo thành bởi những cation và anion hỡnhcầu có bán kính xác định* Lực liên kết giữa các ion là lực hút tĩnh điện không định hướng* Hợp chất ion được hinh thành từ những nguyên tử có hiệu độ âmđiện lớn. Những e hoá trị của những nguyên tử có độ âm điện nhỏđược coi như chuyển hoàn toàn sang các obitan của nguyên tử có độâm điện lớn tạo ra các ion trái dấu hút nhau.* Các anion thường có bán kính lớn hơn cation nên trong tinh thểngười ta coi anion như những quả cầu xếp khít nhau theo kiểu lptm,lpck, hoặc lập phương đơn giản. Các cation có kích thước nhỏ hơn nằmở các hốc tứ diện hoặc bát diện.*Tinh thể hợp chất ion dạng MXĐiều kiện bền của cấu trỳc:*Tinh thể NaCl* Các ion Cl - xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các cation Na+ nhỏhơn chiếm hết số hốc bát diện. Tinh thể NaCl gồm hai mạng lậpphương tâm mặt lồng vào nhau. Số phối trí của Na+ và Cl- đều bằng 6* Số ion Cl- trong một ô cơ sở: 8.1/8 + 6.1/2 = 4* Số ion Na+ trong một ô cơ sở: 12.1/4 + 1.1 = 4* Số phân tử NaCl trong một ô cơ sở là 4Rock Salt (NaCl) StructureNaCl has 1:1 stoichiometry!Atom Counting (NaCl Stoichiometry)Mạng tinh thể NiAs*Tinh thể CsClTinh thể CsCl gồm hai mạng lập phương đơn giản lồng vào nhau. Số phối trí của Cs và Cl đều bằng 8CsCl Unit Cell(8,8)-coordinationTinh thể CsBrTỉ lệ: rCs /rBr = 1,69/1,95=0,87 nên là mạng lập phương đơn giản:Tinh thể CsBr gồm hai mạng lập phương đơn giản lồng vào nhau.Số phối trí của Cs: 8Số phối trí của Br: 8Trong 1 tế bào có 1 nguyên tử Cs và 8.1/8 =1 nguyên tử Br nên tồn tại 1 phân tử CsBrCác tinh thể cùng loại: CsCl, CsI, TlCl, NH4Cl, Tinh thể KBrrK/ rBr = 1,33/1,95=0,69Tinh thể là mạng lập phương tâm diện: Các ion Br- xếp theo kiểu lptm, các ion K+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện. Tinh thể KBr gồm hai mạng lập phương tâm mặt lồng vào nhauSố phối trí của mỗi ion là: 6Trong 1 tế bào có: nBr-: 8.1/8 + 6.1/2 = 4nK+ : 12.1/4 + 1.1 = 4Số phân tử KBrtrong một ô cơ sở là 4BrTinh thể MgOrMg/ rO = 0,65/1,4=0,46 nên là mạng lập phương tâm diệnSố phối trí của các ion là 6Một tế bào có 4 phân tử MgOCông thức Capustinski: Năng lượng mạng lưới : Uo =rcraKJ.mol-1KJ.mol-1KJ.mol-1(oC)(oC)(oC)(oC)(oC)(oC)ca(Å)(n là tổng số ion trong công thức phân tử muối)Zc.Za.nrc + ra- 256,1 Kcal.mol-1Bảng so sánh*Các ion S2- sắp xếp theo kiểulục phương, các ion Zn2+ chiếmmột nửa số hốc tứ diện. Mạngvuarit bao gồm hai mạng lụcphương chặt khít lồng vào nhauTinh thể vuaritCùng kiểu mạng vuarit có cácchất AlN, ZnO, BeO, GaN, InNSiC, HgS, CdSWurtzite StructureTinh thể vuaritTetrahedral holes.Packing of layers is in an ABABAB fashion.(Ex. CuBr, ZnS, NiAs, CdI and CdS)Tinh thể vuarit ZnSZinc Blende (ZnS) Structure(4,4)-coordinationMạng tinh thể NiAs*Mạng tinh thể NiAsCác ion As3- sắp xếp theo kiểulục phương chặt khít. Các ionNi3+ chiếm hết số hốc bát diện Số phối trí của Ni và As đềubằng 6Nickel ArsenideMạng sphalerit ZnS*S2- sắp xếp theo kiểu lập phươngtâm mặt, các ion Zn2+ chiếm mộtnửa số hốc tứ diệnMạng sphaleritSố phối trí của S và Zn đều bằng 4Zinc blende (Cubic ZnS)Sphalerite („zincblende“)*Mạng tinh thể hợp chất dạng M2XCác ion Ca2+ sắp xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các ion F- chiếm các hốc tứ diện. Số phối trí của F- là 4, Ca2+ được phối trí kiểu bát diện Cùng kiểu mạng này có tinh thể của Na2O.Elemente, anorganische Verbindungen und Materialien, MineraleTinh thể CaF2Fluorite (CaF2) Structure(8,4)-coordination*Tinh thể BeF2Tinh thể corundum M2O3:nhụm oxit α-Al2O3 (khoỏng vật corundum) nhận một cấu trỳc mà người ta cú thể mụ tả như là sự sắp xếp lục phương chặt khớt của cỏc ion O2- với cỏc cation nằm trong 2/3 số hốc bỏt diện. Cỏc oxit của titan, vanađi, crom, sắt và gali ở trạng thỏi oxi húa +3 cũng cú cấu trỳc corundum. Tinh thể Ferit: oxit sắt từa) cấu trỳc của oxit sắt từ, Fe3O4, b) ụ mạng con của Fe3O4.Mạng rutin*Mạng rutinCác ion O2- sắp xếp theo kiểu lục phương, các ion Ti4+ chiếm một nửasố hốc bát diệnSố phối trí của Ti là 6, của O là 3Trong một tế bào cơ sở có 4 ion O2- và 2 ion Ti4+, 2 phân tử TiO2The rutile structure: TiO2Số phối trí của Ti là 6, của O là 3Rutile: ceramic pigment (white color)Hỡnh . Cấu trỳc lập phương của CaTiO3 The perovskite structure CaTiO3The perovskite structure CaTiO3- TiO6 – octahedra- CaO12 – cuboctahedra(Ca2+ and O2- form a cubic close packing) preferred basis structure of piezoelectric, ferroelectric and superconducting materialsThe spinell structure: MgAl2O4Hỡnh . Cấu trỳc spinel của MgAl2O4The spinell structure: MgAl2O4Hỡnh a. Sự sắp xếp cỏc ion trong cấu trỳc spinelfcc array of O2- ions, Mg2+ occupies 1/8 of the tetrahedral and Al3+ 1/2 of the octahedral holes normal spinell:	AB2O4 inverse spinell: B[AB]O4 (Fe3O4): 	Fe3+[Fe2+Fe3+]O4  basis structure for several  magnetic materialsThe spinell structure: MgAl2O4Bảng các mạng tinh thể tiêu biểu*Tính chất các hợp chất ion* Lực tương tác tĩnh điện giữa các ion tương đỗi lớn nên các hợp chất ion có độ rắn, nhiệt độ nóng chảy; nhiệt độ sôi cao nhưng độgiãn nở cũng như độ chịu nén nhỏ.* Vi lực liên kết mạnh, các ion đều tích điện nên các hợp chất ionchỉ tan trong dung môi phân cực.* Vi trong ion, các e chuyển động trên các obitan định chỗ trên cácion nên ở trạng thái tinh thể các hợp chất ion không dẫn điện. Nhưngở trạng thái nóng chảy và dung dịch thi chúng dẫn được diện.* Các hợp chất ion không có tính dẻo, do khi các lớp ion trượt lênnhau phát sinh các lực đẩy bổ sung, làm cho tinh thể bị phá vỡ.