M¹ng l­íi tinh thÓ (cÊu tróc tinh thÓ) lµ m¹ng l­íi kh«ng gian ba chiÒu trong ®ã c¸c nót m¹ng lµ c¸c ®¬n vÞ cÊu tróc (nguyªn tö , ion, ph©n tö ...).

* Tinh thÓ kim lo¹i * Tinh thÓ ion * Tinh thÓ nguyªn tö (tinh thÓ céng ho¸ trÞ) * Tinh thÓ ph©n tö C¸c lo¹i cÊu tróc tinh thÓ

« ®¬n vÞ (tÕ bµo c¬ b¶n) * Lµ phÇn tinh thÓ mµ b»ng c¸ch tÞnh tiÕn nã theo h­íng cña ba trôc tinh thÓ ta cã thÓ thu ®­îc toµn bé tinh thÓ * Mçi « ®¬n vÞ cho biÕt: H»ng sè m¹ng: a, b, c, , ,  Sè ®¬n vÞ cÊu tróc : n Sè phèi trÝ §é ®Æc khÝt

Hèc b¸t diÖn Hèc tø diÖn 1.1. Sù s¾p xÕp c¸c nguyªn tö kim lo¹i

H×nh phèi trÝ cña c¸c m¹ng tinh thÓ kim lo¹i

Hèc tø diÖn vµ hèc b¸t diÖn

X¸c ®Þnh c¸c hèc tø diÖn vµ b¸t diÖn trong m¹ng lËp ph­¬ng t©m mÆt (lptm) Sè hèc tø diÖn : 8 hèc Sè hèc b¸t diÖn : 1 + 12.1/4 = 4 hèc

X¸c ®Þnh c¸c hèc tø diÖn vµ b¸t diÖn trong m¹ng lôc ph­¬ng chÆt khÝt (lpck) Sè hèc tø diÖn : 4 Sè hèc b¸t diÖn : 2

TÝnh ®é ®Æc khÝt cña tinh thÓ lËp ph­¬ng t©m khèi Sè qu¶ cÇu trong mét « ®¬n vÞ: 1+8.1/8 = 2

TÝnh ®é ®Æc khÝt cña m¹ng lËp ph­¬ng t©m mÆt Sè qu¶ cÇu trong mét « ®¬n vÞ: 6.1/2 + 8.1/8 = 4

Sè qu¶ cÇu trong mét « ®¬n vÞ: 4.1/6 + 4.1/12 + 1 = 2 TÝnh ®é ®Æc khÝt cña m¹ng lôc ph­¬ng chÆt khÝt

B¶ng tæng qu¸t c¸c ®Æc ®iÓm cña c¸c m¹ng tinh thÓ kim lo¹i

1.2.Liªn kÕt kim lo¹i ThuyÕt khÝ electron ThuyÕt vïng

1.M¹ng tinh thÓ kim lo¹i: M¹ng lËp ph­¬ng t©m diÖn (lptd) M¹ng lôc ph­¬ng chÆt khÝt (lpck) M¹ng lËp ph­¬ng t©m khèi (lptk) Kim lo¹i kÕt tinh chñ yÕu theo ba kiÓu m¹ng tinh thÓ: * Nguyªn tö kim lo¹i ®­îc coi nh­ nh÷ng qu¶ cÇu cøng, cã kÝch th­íc nh­ nhau, ®­îc xÕp chÆt khÝt vµo nhau thµnh tõng líp.

ThuyÕt khÝ electron

ThuyÕt vïng (thuyÕt MO ¸p dông cho hÖ nhiÒu nguyªn tö) * N AO cã møc n¨ng l­îng gÇn nhau tæ hîp thµnh N MO cã møc n¨ng l­îng kh¸c nhau. N cµng lín th× c¸c møc n¨ng l­îng cµng gÇn nhau vµ t¹o thµnh vïng n¨ng l­îng * C¸c AO ho¸ trÞ s, p, d cña kim lo¹i cã n¨ng l­îng kh¸c nhau sÏ t¹o ra nh÷ng vïng n¨ng l­îng kh¸c nhau. C¸c vïng nµy cã thÓ xen phñ hoÆc c¸ch nhau mét vïng kh«ng cã MO gäi lµ vïng cÊm. * C¸c e chiÕm c¸c MO cã n¨ng l­îng tõ thÊp ®Õn cao, mçi MO cã tèi ®a hai e. Vïng gåm c¸c MO ®· b·o hoµ e gäi lµ vïng ho¸ trÞ. Vïng MO kh«ng bÞ chiÕm hoµn toµn trong ®ã e cã kh¶ n¨ng chuyÓn ®éng tù do lµ vïng dÉn * C¸c e trong vïng ho¸ trÞ kh«ng cã kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn. * C¸c e trong vïng dÉn cã thÓ dÉn ®iÖn khi cã n¨ng l­îng ®ñ lín th¾ng ®­îc lùc hót cña c¸c cation kim lo¹i

Sù h×nh thµnh c¸c vïng n¨ng l­îng trong tinh thÓ kim lo¹i Li vµ Mg

2.Tinh thÓ ion * Tinh thÓ hîp chÊt ion ®­îc t¹o thµnh bëi nh÷ng cation vµ anion h×nh cÇu cã b¸n kÝnh x¸c ®Þnh * Lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ion lµ lùc hót tÜnh ®iÖn kh«ng ®Þnh h­íng * Hîp chÊt ion ®­îc h×nh thµnh tõ nh÷ng nguyªn tö cã hiÖu ®é ©m ®iÖn lín. Nh÷ng e ho¸ trÞ cña nh÷ng nguyªn tö cã ®é ©m ®iÖn nhá ®­îc coi nh­ chuyÓn hoµn toµn sang c¸c obitan cña nguyªn tö cã ®é ©m ®iÖn lín t¹o ra c¸c ion tr¸i dÊu hót nhau. * C¸c anion th­êng cã b¸n kÝnh lín h¬n cation nªn trong tinh thÓ ng­êi ta coi anion nh­ nh÷ng qu¶ cÇu xÕp khÝt nhau theo kiÓu lptm, lpck, hoÆc lËp ph­¬ng ®¬n gi¶n. C¸c cation cã kÝch th­íc nhá h¬n n»m ë c¸c hèc tø diÖn hoÆc b¸t diÖn.

Tinh thÓ hîp chÊt ion d¹ng MX §iÒu kiÖn bÒn cña cÊu tróc:

Tinh thÓ NaCl * C¸c ion Cl - xÕp theo kiÓu lËp ph­¬ng t©m mÆt, c¸c cation Na+ nhá h¬n chiÕm hÕt sè hèc b¸t diÖn. Tinh thÓ NaCl gåm hai m¹ng lËp ph­¬ng t©m mÆt lång vµo nhau. Sè phèi trÝ cña Na+ vµ Cl- ®Òu b»ng 6 * Sè ion Cl- trong mét « ®¬n vÞ: 8.1/8 + 6.1/2 = 4 * Sè ion Na+ trong mét « ®¬n vÞ: 12.1/4 + 1.1 = 4 * Sè ph©n tö NaCl trong mét « ®¬n vÞ lµ 4

M¹ng tinh thÓ NiAs C¸c ion As3- s¾p xÕp theo kiÓu lôc ph­¬ng chÆt khÝt. C¸c ion Ni3+ chiÕm hÕt sè hèc b¸t diÖn Sè phèi trÝ cña Ni vµ As ®Òu b»ng 6

Tinh thÓ CsCl Tinh thÓ CsCl gåm hai m¹ng lËp ph­¬ng ®¬n gi¶n lång vµo nhau. Sè phèi trÝ cña Cs vµ Cl ®Òu b»ng 8

C¸c ion S2- s¾p xÕp theo kiÓu lôc ph­¬ng, c¸c ion Zn2+ chiÕm mét nöa sè hèc tø diÖn. M¹ng vuarit bao gåm hai m¹ng lôc ph­¬ng chÆt khÝt lång vµo nhau Tinh thÓ vuarit Cïng kiÓu m¹ng vuarit cã c¸c chÊt AlN, ZnO, BeO, GaN, InN SiC, HgS, CdS

S2- s¾p xÕp theo kiÓu lËp ph­¬ng t©m m¨t, c¸c ion Zn2+ chiÕm mét nöa sè hèc tø diÖn M¹ng sphalerit Sè phèi trÝ cña S vµ Zn ®Òu b»ng 4

M¹ng tinh thÓ hîp chÊt d¹ng M2X C¸c ion Ca2+ s¾p xÕp theo kiÓu lËp ph­¬ng t©m mÆt, c¸c ion F- chiÕm c¸c hèc tø diÖn. Cïng kiÓu m¹ng nµy cã tinh thÓ cña Na2O

M¹ng rutin C¸c ion O2- s¾p xÕp theo kiÓu lôc ph­¬ng, c¸c ion Ti4+ chiÕm mét nöa sè hèc b¸t diÖn Sè phèi trÝ cña Ti lµ 6, cña O lµ 3 Trong mét « ®¬n vÞ cã 4 ion O vµ 2 ion Ti4+, 2 ph©n tö TiO2

B¶ng c¸c m¹ng tinh thÓ tiªu biÓu

TÝnh chÊt c¸c hîp chÊt ion * Lùc t­¬ng t¸c tÜnh ®iÖn gi÷a c¸c ion t­¬ng ®çi lín nªn c¸c hîp chÊt ion cã ®é r¾n, nhiÖt ®é nãng ch¶y; nhiÖt ®é s«i cao nh­ng ®é gi·n në còng nh­ ®é chÞu nÐn nhá. * V× lùc liªn kÕt m¹nh, c¸c ion ®Òu tÝch ®iÖn nªn c¸c hîp chÊt ion chØ tan trong dung m«i ph©n cùc. * V× trong ion, c¸c e chuyÓn ®éng trªn c¸c obitan ®Þnh chç trªn c¸c ion nªn ë tr¹ng th¸i tinh thÓ c¸c hîp chÊt ion kh«ng dÉn ®iÖn. Nh­ng ë tr¹ng th¸i nãng ch¶y vµ dung dÞch th× chóng dÉn ®­îc diÖn. * C¸c hîp chÊt ion kh«ng cã tÝnh dÎo, do khi c¸c líp ion tr­ît lªn nhau ph¸t sinh c¸c lùc ®Èy bæ sung, lµm cho tinh thÓ bÞ ph¸ vì.

3.Tinh thÓ nguyªn tö * Trong tinh thÓ nguyªn tö, c¸c ®¬n vÞ cÊu tróc chiÕm c¸c ®iÓm nót m¹ng lµ c¸c nguyªn tö, liªn kÕt víi nhau b»ng liªn kÕt céng ho¸ trÞ nªn cßn gäi lµ tinh thÓ céng ho¸ trÞ. * V× liªn kÕt céng ho¸ trÞ lµ liªn kÕt m¹nh nªn c¸c tinh thÓ nguyªn tö cã ®é cøng ®Æc biÖt lín, nhiÖt ®é nãng ch¶y vµ nhiÖt ®é s«i cao, kh«ng tan trong c¸c dung m«i. Chóng lµ chÊt c¸ch ®iÖn hay b¸n dÉn * Do liªn kÕt céng ho¸ trÞ cã tÝnh ®Þnh h­íng nªn cÊu tróc tinh thÓ vµ sè phèi trÝ ®­îc quyÕt ®Þnh bëi ®Æc ®iÓm liªn kÕt céng ho¸ trÞ, kh«ng phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn s¾p xÕp kh«ng gian cña nguyªn tö.

* C¸c nguyªn tö C chiÕm vÞ trÝ c¸c ®Ønh, c¸c t©m mÆt vµ mét nöa sè hèc tø diÖn. Sè phèi trÝ cña C b»ng 4. * Mçi tÕ bµo gåm 8.1/8 + 6.1/2 + 4 = 8 nguyªn tö

Liªn kÕt trong kim c­¬ng: * C¸c nguyªn tö C ë tr¹ng th¸i lai ho¸ sp3 t¹o ra 4 AO lai ho¸ h­íng vÒ 4 ®Ønh h×nh tø diÖn. C¸c nguyªn tö C sö dông c¸c AO lai ho¸ nµy tæ hîp víi nhau t¹o ra c¸c MO -. * Vïng cÊm réng do e trong liªn kÕt céng ho¸ trÞ cã tÝnh ®Þnh vÞ cao. DÉn ®Õn kim c­¬ng lµ chÊt c¸ch ®iÖn. * Cã N nguyªn tö  t¹o ra 4N MO trong ®ã cã 2N MO liªn kÕt t¹o thµnh vïng ho¸ trÞ vµ 2N MO ph¶n liªn kÕt t¹o thµnh vïng dÉn. Vïng ho¸ trÞ ®· ®­îc ®iÒn ®Çy, vïng dÉn hoµn toµn cßn trèng, hai vïng c¸ch nhau mét vïng cÊm cã E = 6 eV.

* Cïng kiÓu m¹ng tinh thÓ víi kim c­¬ng cã tinh thÓ cña c¸c nguyªn tè Si, Ge vµ Sn() vµ mét sè hîp chÊt céng ho¸ trÞ nh­: SiC, GaAs, BN, ZnS CdTe. Tuy nhiªn liªn kÕt céng ho¸ trÞ trong c¸c tinh thÓ nµy lµ liªn kÕt céng ho¸ trÞ ph©n cùc. * Do cÊu tróc kh«ng gian ba chiÒu ®Òu ®Æn vµ liªn kÕt céng ho¸ trÞ bÒn v÷ng nªn Kim c­¬ng cã khèi l­îng riªng lín (3,51), ®é cøng lín nhÊt, hÖ sè khóc x¹ lín, nhiÖt ®é s«i, nhiÖt ®é nãng ch¶y cao, gißn, kh«ng tan trong c¸c dung m«i, kh«ng dÉn ®iÖn. TÝnh chÊt cña kim c­¬ng

Tinh thÓ bo nitrua m¹ng kim c­¬ng (Borazon) * Borazon cøng, c¸ch ®iÖn nh­ kim c­¬ng. Tuy nhiªn borazon cã tÝnh bÒn vÒ mÆt c¬ vµ nhiÖt h¬n kim c­¬ng ( khi nung nãng trong ch©n kh«ng ®Õn 2700oC borazon hoµn toµn kh«ng ®æi, chÞu nãng ngoµi kh«ng khÝ ®Õn 2000oC vµ chØ bÞ oxi ho¸ nhÑ bÒ mÆt, trong lóc ®ã kim c­¬ng bÞ ch¸y ë 900oC).

* C¸c nguyªn tö C lai ho¸ sp2 liªn kÕt víi nhau b»ng liªn kÕt céng ho¸ trÞ , ®é dµi liªn kÕt C-C: 1,42 Å n»m trung gian gi÷a liªn kÕt ®¬n (1,54 Å) vµ liªn kÕt ®«i (1,39 Å-benzen) * HÖ liªn kÕt  gi¶i to¶ trong toµn bé cña líp, do vËy so víi kim c­¬ng, than ch× cã ®é hÊp thô ¸nh s¸ng ®Æc biÖt m¹nh vµ cã kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn gièng kim lo¹i. tÝnh chÊt vËt lý cña than ch× phô thuéc vµo ph­¬ng tinh thÓ * Liªn kÕt gi÷a c¸c líp lµ liªn kÕt yÕu Van der Waals, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c líp lµ 3,35Å, c¸c líp dÔ dµng tr­ît lªn nhau, do vËy than ch× rÊt mÒm Than ch×

Tinh thÓ Bonitrua d¹ng m¹ng than ch× * CÊu t¹o cña BN gièng nh­ than ch×, c¸c nguyªn tö B vµ N cïng lai ho¸ sp2. * Gièng than ch× BN mÒm, chÞu löa (tnc 3000oC) * Do nguyªn tö N cã ®é ©m ®iÖn lín nªn c¸c MO  ®Þnh vÞ chñ yÕu ë N, dÉn ®Õn c¸c e  kh«ng ®­îc gi¶i to¶ nh­ ë than ch× vµ BN kh«ng dÉn ®iÖn (E = 4,6 - 3,6 eV) *Tinh thÓ BN cã mµu tr¾ng.

4.M¹ng tinh thÓ ph©n tö * Trong tinh thÓ ph©n tö, m¹ng l­íi kh«ng gian ®­îc t¹o thµnh bëi c¸c ph©n tö hoÆc nguyªn tö khÝ tr¬. * Trong tr­êng hîp chung, lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö trong tinh thÓ lµ, lùc Van der Waals. * V× lùc liªn kÕt yÕu nªn c¸c ph©n tö trong m¹ng tinh thÓ dÔ t¸ch khái nhau, nhiÖt ®é nãng ch¶y vµ nhiÖt ®é s«i thÊp, tan tèt trong c¸c dung m«i t¹o ra dung dÞch.

Tinh thÓ Ne, Ar, Xe, Kr. Tinh thÓ He KhÝ tr¬

Tinh thÓ ph©n tö iod * M¹ng l­íi cña tinh thÓ I2 cã ®èi xøng d¹ng trùc thoi víi c¸c th«ng sè a = 7,25 Å, b = 9,77 Å, c = 4,78 Å. T©m c¸c ph©n tö I2 n»m ë ®Ønh, t©m cña « m¹ng m¨t thoi * Kho¶ng c¸ch ng¾n nhÊt I-I trong tinh thÓ lµ 2,70 Å xÊp xØ ®é dµi liªn kÕt trong ph©n tö khÝ I2 2,68 Å. liªn kÕt céng ho¸ trÞ I-I thùc tÕ kh«ng thay ®æi khi th¨ng hoa

* Kho¶ng c¸ch ng¾n nhÊt cña hai nguyªn tö I thuéc hai ph©n tö I2 lµ 3,53 Å . C¸c ph©n tö ®Þnh h­íng song song theo hai h­íng ®èi xøng nhau qua mÆt ph¼ng xOz mét gãc 32o. * Lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö lµ lùc Van der Waals yÕu nªn I2 dÔ th¨ng hoa khi nhiÖt ®é 60o.

Tinh thÓ ph©n tö xenonflorua * XeF2 lµ chÊt r¾n , kh«ng mµu tnc = 140oC, khèi l­îng riªng 4,32 g/cm3, ph©n tö cã d¹ng ®­êng th¼ng, dXe-F = 2,00 Å * tinh thÓ XeF2 ®­îc t¹o bëi c¸c ph©n tö th¼ng XeF2. T©m cña c¸c nguyªn tö Xe n»m ë ®Ønh vµ t©m cña khèi h×nh ch÷ nhËt.

Tinh thÓ ph©n tö XeF4 * XeF4 lµ chÊt r¾n, dÔ bay h¬i, kh¸ bÒn ë nhiÖt ®é th­êng. D = 4,04 g/cm3; tnc = 114oC. * Ph©n tö XeF4 cÊu t¹o vu«ng ph¼ng, Xe lai ho¸ sp3d2

Tinh thÓ ph©n tö CO2 (n­íc ®¸ kh«) * N­íc ®¸ kh« t¹o bëi c¸c ph©n tö th¼ng CO2, t©m cña nguyªn tö C n»m ë ®Ønh, t©m c¸c mÆt cña h×nh lËp ph­¬ng t¹o thµnh m¹ng lËp ph­¬ng t©m mÆt víi h»ng sè m¹ng b»ng 5,58 Å. * Kho¶ng c¸ch C-O trong cïng ph©n tö trong tinh thÓ lµ 1,06 Å, ng¾n h¬n trong ph©n tö ë tr¹ng th¸i khÝ 1,162 Å. Kho¶ng c¸ch ng¾n nhÊt gi÷a hai nguyªn tö O cña hai ph©n tö CO2 lµ 3,19 Å

* KhÝ CO2 nÆng h¬n kh«ng khÝ dÔ ho¸ r¾n, ho¸ láng. * Trªn gi¶n ®å tr¹ng th¸i cña CO2 ®iÓm ba n»m cao h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn do ®ã tuyÕt cacbonic kh«ng nãng ch¶y ë nhiÖt ®é th­êng mµ th¨ng hoa ë -78oC. * Khi n­íc ®¸ kh« bay h¬i lµm cho nhiÖt ®é xung quanh h¹ xuèng rÊt thÊp nªn nã cã øng dông : b¶o qu¶n nh÷ng ®å chãng háng; trén víi clorofom lµm hçn hîp lµm l¹nh; thö th¸ch c¸c ®å dïng tr­íc khi ®­a ®i sö dông t¹i B¾c Cùc, Nam Cùc; t¹o m­a nh©n t¹o.

Tinh thÓ ph©n tö n­íc ®¸: Mçi ph©n tö n­íc liªn kÕt víi 4 ph©n tö n­íc kh¸c b»ng c¸c liªn kÕt hi®ro t¹o lªn nh÷ng h×nh tø diÖn ®Òu.

* Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ph©n tö n­íc lín nªn tinh thÓ kh¸ rçng, do ®ã tinh thÓ n­íc ®¸ cã khèi l­îng riªng nhá. Khèi l­îng riªng cña n­íc ë ¸p suÊt khÝ quyÓn lín nhÊt ë 3,98 oC. * Liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö lµ liªn kÕt hi®ro yÕu nªn nhiÖt ®é nãng ch¶y vµ nhiÖt ®é s«i nhá. Tuy nhiªn, so víi c¸c ph©n tö kh«ng t¹o ra liªn kÕt hi®ro hoÆc t¹o ra liªn kÕt hi®ro yÕu nh­ H2S; H2Se; H2Te th× n­íc cã nhiÖt ®é nãng ch¶y vµ nhiÖt ®é s«i cao h¬n rÊt nhiÒu. TÝnh chÊt cña n­íc

* Do thÓ tÝch cña n­íc ®¸ h¬i lín h¬n cña n­íc láng nªn khi t¨ng ¸p suÊt n­íc ®¸ ch¶y thµnh n­íc láng, bëi vËy ë ¸p suÊt cao nhiÖt ®é nãng ch¶y cña n­íc ®¸ gi¶m. * N­íc cã nhiÖt dung riªng lín nhÊt so víi mäi chÊt láng vµ chÊt r¾n. N­íc cã vai trß quan träng trong viÖc ®iÒu tiÕt khÝ hËu tr¸i ®Êt. * Do ph©n tö n­íc ph©n cùc m¹nh vµ cßn t¹o ra ®­îc liªn kÕt H nªn n­íc cã kh¶ n¨ng hoµ tan tèt nhiÒu hîp chÊt ph©n cùc, chÊt ®iÖn ly. N­íc cã vai trß lín ®èi víi sù sèng trªn tr¸i ®Êt.

TÝnh khèi l­îng riªng cña kim lo¹i Khèi l­îng cña 1 nguyªn tö kim lo¹i: ThÓ tÝch mét qu¶ cÇu : Mét qu¶ cÇu chiÕm trong trong mét kh«ng gian : Víi P lµ ®é ®Æc khÝt cña m¹ng tinh thÓ: 68 hoÆc 74% Khèi l­îng riªng cña kim lo¹i lµ:

¸p dông tÝnh tû khèi cña tinh thÓ Ni B¸n kÝnh rNi = 1,24 Å = 1,24 .10-8 cm §é ®Æc khÝt cña m¹ng lptm: 74%

* Quy t¾c Engel vµ Brewer cho biÕt cÊu tróc tinh thÓ kim lo¹i hoÆc hîp kim phô thuéc vµo sè e s vµ p ®éc th©n trung b×nh trªn mét nguyªn tö kim lo¹i ë tr¹ng th¸i kÝch thÝch: a ¸p dông:

X¸c ®Þnh tû khèi cña Na, Mg, Al.

B¶ng c¸c tÝnh chÊt cña Na, Mg, Al

C«ng thøc Capustinski: N¨ng l­îng m¹ng l­íi : Uo = (n lµ tæng sè ion trong c«ng thøc ph©n tö muèi)