6 ˆ7# (crystalline solid) - chem...
TRANSCRIPT
1
1
������� (Solid)
������������
������������������� �������
�!���� ��" �#$�������� ��� ����#%��&���'
403117-2551
2
!"��0�
1. �"#$���"2�3�
2. �'�4����������
3. ��556�7#��������85������
3. �����9�#�94�����8���!':� ���6�7#
4. #��;"4��� �������55��4��2�<4
5. �:���:��='9�����0��5��;<��4��2�<4
6. 9�����0��6�7#���"?
7. �%�!'����6�7#
8. �6'6"��"AB��
3
������
1. ����������C��:���':'�'�&�����3�
2. ��������5:���D'#�2�'�4 ��3�50��
3. Polymorphism ��� isomorphism �:��#"'� :��3�
4. #�"�� :��6�7# �����"�L�' ='��������;%��"'
5. ������#�:����� unit cell �:���'�4
6. 6�7# cubic ���"#$��� :��3�
4
�"#$���"2�3�
1. �C��:���':'�' 3�:�7S'#"5B��'���25��;<
2. ��T2�UC##4�"4 �����������2 '�������#'0�
3. #���&�:�0���#��T2���� 5#"5����!������#V�
4. ���#�540� �����!�T�9���#<���2� C:='�%��!':���2
�':'�'�����4#"'��#
5. � � �"���T2��<�!BC���&�2����!4�"���T2��<�!BC���4 (���#'0� )
6. ���"S��'�4��2'%�3WWX�340���3�:'%�3WWX�
5
�'�4����������
1. �������6�7# (Crystalline solid)
2. ���������"�L�' (Amorphous solid)
6
�������6�7# (Crystalline solid)
���'<B����2;"4�"�� :����D'���5� 5 ��� #�:� 6�7# (crystalline)
�"#$�����6�7# :
- ���C������������ - 6��!'0���� 5
- �<���!�:��6���':'�'- ��;<4!����!����2�4:'�"4- ��#��'%�3WWX����4"�'�#��!"#�!�����#�:��#"'='������
��2�:��#"' ��� #�:��� ������ anisotropy
�"�� :�� NaCl C12H22O11 S8
2
7
�"�� :���"#$�����6�7#�:��`
Sulfur Pyrite Celestite
8
�����2���C��:��6�7#!�� �55 ��� #�:� aPolymorphismb
CaCO3 Rhombohedral (��2�<�!BC���2%�)
CaCO3 Orthorhombic (��2�<�!BC���C�)
����:���'�4��2��6�7#�!�T�'#"' ��� #�:� aIsomorphismb
9
Polymorphism ���6�7# CaCO3
Orthorhombic crystal
www.western.cc.ok.us/ www.tmm.utexas.edu/
Rhombohedral crystal
10
�'�4����������6�7#�'�4 ���47�4C4 ��5"�� �"�� :��
6�7#3���'�# ���47�4C4���3WWX�
���� ����� ;<4!����!���C� '%�3WWX���������0�'3�:4�
NaCl LiF MgO CaCO3
6�7#9�����'�� &"'i�9�����'�� ���� ;<4!����!���C� '%�3WWX���������0�'3�:4�
C(�&��) SiO2
6�7#9���#<� ��!�:���"S�
&"'i�3j94��;'
'�2� ;<4!����!���2%� '%�3WWX���������0�'3�:4�
Ar CO2 I2 H2O C11H22O11
6�7#9�!� &"'i�9�!� '�2�-���� ;<4!����!���C� '%�3WWX���������0�'3404�
Na Mg Fe Cu
11
6�7#9�����'��
carbonatoms
Diamond
Graphite
12
���������"�L�' (Amorphous solid)
�'<B����� ��"�3�:��D'���5� 5 3�:���C������������
;<4!����!��3�:�4:'�"4
���������"�L�' ��#��'%�3WWX����4"�'�#��!"#�!����!�T�'#"'�<#������ ��� #�:��� ������ isotropy
�"�� :�� �#0� &�����# ��S67S�
3
13
���������"�L�'
9�����0����"�L�'��� SiO2
- Si 4 bonds - O 2 bonds
www.research.ibm.com/ amorphous/
SiO
14
��556�7#��������85������
�����8 (Lattice) �'<B��='6�7#��#����� ��"��558S%�#"'
!':� �8��� (Unit cell) !':� ��2���#��2�<4��2=�05�#�C��:��!':� ��2���#��2�<4��2=�05�#�C��:�� ���6�7#���6�7##����T�#�8���!':� �����T�#=!0���������C��<4
!':� �8��� !':� �8��� ((UUnit cell)nit cell) ;<4;<4 lattice lattice ��� �8���!':� ��� �8���!':�
15
��559���6�7# (Bravais Lattices)
16
��556�7#�C��C#5��#� (Cubic)
�%��!':����;<4�����83�:340� C:�n&����2�<�����8���!':� 1. Simple cubic (sc)2. Face-centered cubic
(FCC, fcc)3. Body-centered cubic
(BCC, bcc) phycomp.technion.ac.il/ ~sshaharr/cubic.html
17
Simple cubic (sc)
www.seas.upenn.edu/.../ metallicsolids.htmlwww.kings.edu/~chemlab/ vrml/scubic.html
18
Body-centered cubic (bcc)
�www.seas.upenn.edu/.../ metallicsolids.html www2.latech.edu/.../ understanding_crystals.htm
4
19
Face-centered cubic (fcc)
cst-www.nrl.navy.mil/ lattice/ www2.latech.edu/.../ understanding_crystals.htm
20
���� 5��� 5��556�7#�"S� 3 �'�4Simple cubic Simple cubic Simple cubic Simple cubic Simple cubic Simple cubic Simple cubic Simple cubic (sc)(sc)(sc)(sc)(sc)(sc)(sc)(sc) BodyBodyBodyBodyBodyBodyBodyBody--------centered cubic (bcc)centered cubic (bcc)centered cubic (bcc)centered cubic (bcc)centered cubic (bcc)centered cubic (bcc)centered cubic (bcc)centered cubic (bcc) FaceFaceFaceFaceFaceFaceFaceFace--------centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)
21
Shared by 8unit cells
Shared by 2 unit cells
#��'"5;%�'�'�����='�8���!':� (n)
22
1 atom/unit cell
(8 x 1/8 = 1)
2 atoms/unit cell
(8 x 1/8 + 1 = 2)
4 atoms/unit cell
(8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4)
Simple cubic Simple cubic Simple cubic Simple cubic (sc)(sc)(sc)(sc) BodyBodyBodyBody----centered cubic (bcc)centered cubic (bcc)centered cubic (bcc)centered cubic (bcc) FaceFaceFaceFace----centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)centered cubic (fcc)#��'"5;%�'�'�����!�T�3���'���������#�5
23
#��'"5;%�'�'�����!�T�3���'���������#�5
n = nint + nf /2 +ne/4 + nc/8��T2� n �T� ;%�'�'�����!�T�3���'�"S�!�4='!':� �8���
nint �T� ;%�'�'�����!�T�3���'B� ='!':� �8���
nf �T� ;%�'�'�����!�T�3���'���6��!'0�
ne �T� ;%�'�'�����!�T�3���'��������5
nc �T� ;%�'�'�����!�T�3���'����<�
2411.4
�����"�&"'i���!�:���"��������������� �������5���6�7#
5
25
�"�� :��#���%�'��
1. �����������C���'� ����"�����:�#"5 125 pm U0����C���'� ��#6�7#='�C� fcc ;�!����� �������5 (a) ���6�7#'�S
fcc (4r)2 = a2 + a2
2 a2 = (4r)2
a = 81/2 r
= 81/2 × × × × 125 pm
= 353.6 pm 26
2. 9�!��"����'������!'��':'��:�#"5 19.35 g/cm3 �����'S%�!'"#����� 183.85 g/mol U0�9�!�'�S��!':� �8����55 bcc ;�!����� ����5�8������!':� �8���'�S
��i��%� bcc ��;%�'�'������"����' 2 �����
9�!��"����' 6.02 x 1023 ����� !'"# 183.85 g
b 2 b b 183.85 g x 2 �����
6.02 x 1023 �����
= 6.106 x 10-22 g
�"�� :��#���%�'��
27
����!'��':' = ���/��������������(V) = ���/ ����!'��':' = a3
a = V1/3
= (���/ ����!'��':' ) 1/3
��'�:� = 6.106 x 10-22 g 1/3
19.35 g/cm3
a = 0.316 nm
�"�� :��#���%�'��
28
3. ����8� ���!':� �8�����D'�55 fcc ��������� ����5�8��� ��:�#"5 0.556 nm ������!'��':'��:�#"5 1.54 g/cm3 'S%�!'"#����� 40.08 ;�!������9�#�94�
#���%�'�������9�#�94�����8���!':� ���6�7#
29
4. 9�!�'��#���#6�7#�55 fcc U0��"������'��#��3���'��:�#"5 0.124 nm ;��%�'��!�����!'��':'���9�!�'��#��
30
������������������� !"�#��$��%�&��� (Closest-packed pattern) � � � � 9�!�5���<�i�x�<#��������'�4��:�#"'
����;"4��� ����#��=!0�"�6"�#"'��#��2�<4;����� 5��� 5#��;"4��� ��'<B������C��:�3�'�S ;����� 5��� 5#��;"4��� ��'<B������C��:�3�'�S
�C�=4;"4��� �������55��4��2�<4�C�=4;"4��� �������55��4��2�<4
6
31
������������������� !"�#��$��%�&���
1. '�����(����������#��$��%�&����C��j#8�9#'��
(hexagonal closest-packed structure, hcp)
��#��5��;<�55 : ABABABAByyy.
BA
AB
32
2. '�����(����������#��$��%�&����)*!)���+�,
(cubic closest-packed structure, ccp)
#��5��;<�55 : ABCABCABCABCyyy.
9�����0���55 fcc C
ABB
������������������� !"�#��$��%�&���
33
������������������� !"�#��$��%�&���
34
������������������� !"�#��$��%�&���
35
�:���:��='9�����0��#��5��;<��4��2�<4
1. �:�������j�4�"� (Tetrahedral hole)
www.chem.ubc.ca/36
2. �:����#��j�4�"� (Octahedral hole)
www.chem.queensu.ca/.../ Molecular/Solids
�www.facstaff.bucknell.edu/ kastner/univ281/Cry...
�:���:��='9�����0��#��5��;<��4��2�<4
7
37
��'�����(����������$��%�&���
;%�'�'�:�������j�4�"� = �����:����;%�'�'���#��
;%�'�'�:����#��j�4�"� = ;%�'�'���#��
����A �%�=!0�#�49�����0��#��5��;<��4��2�<4���
�:�������j�4�"��<#�:��5��;<40� X �C��9���#<��T� AX2����A �%�=!0�#�49�����0��#��5��;<��4��2�<4���
�:����#��j�4�"��<#�:��5��;<40� X �C��9���#<��T� AX
38
9�����0��6�7#���"?
1. 9�����0��98�4� ����3�4� (rock - salt structure)- ����'3���'��D'9��� ���3���'� C:����:��
octahedral ���� - ���C����D' AX- coordination number = 6 : 6
- ������#�5 ��:' �"���3��j3�4� ⇒⇒⇒⇒ KCl , KBr, LiI- ��#384� + 8"�3W4���� Mg, Ca
- �T2'` ��:' AgCl, NH4I, MnS, NiO
39
9�����0��98�4� ����3�4�
9�����0��6�7#���"?
40
9�����0��98�4� ����3�4�
41
�"�� :�� �%�'�� Na+ ��� Cl- ='9�����0�����
NaCl 1 !':� �8���
42
2. Cesium chloride structure (CsCl)
- �'�4��� Cs+ ��� Cl- 3�:��#�:��#"'��#
!':� �8�����D'�55 bcc
- Coordination Number = 8 : 8
- ������#�5 ��:' CsBr, RbCl, NH4Cl
9�����0��6�7#���"?
8
43
9�����0�� CsCl
9�����0��6�7#���"?
44
9�����0�� CsCl
45
�"�� :�� ;��%�'�� Cs+ ��� Cl- ='9�����0�����
CsCl 1 !':� �8���
46
3. Fluorite structure- �����3���'��D'9��� ��'3���'5��;<� C:='�:��
tetrahedral ����- �C�� AX2- coordination number = 8 : 4 ��:' CaF2 - 9�����0���55 ccp- F - 5��;<=' tetrahedral �"S� 8 �!:���5 Ca2+
- Ca2+�"�6"� F - 8 3���' F- �"�6"� Ca2+ �&� � 4 3���' - �"�� :������T2'` ��:' BaF2 , BaCl2 , CdF2, PbF2
9�����0��6�7#���"?
47
Fluorite structure
9�����0��6�7#���"?
48
Fluorite structure
9
49
��4;%�#"4�"����:�'�"������9�����0��
���9�����4��'�"' 9�����0�� r+ / r-
2 linear ≤≤≤≤ 0.154
3 triangular 0.154 } 0.255
6 NaCl 0.414 } 0.732
8 CsCl > 0.732
50
�%�!'���������8
#�����
1. Frenkel defect 3���'��T2�'3�� C:='�:���:�� �#�4#"5������#�5��2��3���'�5�'�4=!?: ��:3���'5�#�'�4���# �����9�����0���555��;<3�:��4
51
2. Schottky defect
3���'5�#���3���'�5!� 3� �#�4��2�:����D'�C: �#�4#"59���6�7#�55��2 cation � C:����:���:����� anion 94 �:�'=!?:&5='6�7# alkaline halide ��:' NaCl
�%�!'���������8
52
#����(�-�.����#�/#!�%�0
1. Edge dislocation���� ����:���"S'3�:��:�#"'�%�=!06�7#�5�S �
�%�!'���������8
53
Edge dislocation
jamaica.u.arizona.edu/.../ disclocation.html
�%�!'���������8
54
2. Screw dislocation
�'���'�5��������3�:� C:='�'��4� �#"'
www.hpcc.ecs.soton.ac.uk/. ../materials/MgO.html www.semiconfareast.com/ crystaldefects.htm
�%�!'���������8
10
55
�6'6"��"AB�� (Phase diagram) �6'6"���2��4������"�&"'i���!�:���U�'���������2����4"'����<�!BC���:��`
;<4�:����� (Tripple point);<4��4<�����"S�����U�'�;<4��#��� (Critical point);<4��S'�<4�����0'��4<���!�:������!������#V�
56
Phase diagram of water
57
Phase diagram of Carbon dioxide
58
��0'�5:��"AB���������-����!�� (solid-liquid line)���'S%���'3����80� ��:�������T2'�:�'=!?:��'3������� ��4��:� ��T2�����4"'�&�2� �<�!BC����2'S%������ C:='�B�����4<�#"5'S%��4�� �T� ;<4!����!�����'S%������4�� �&���'S%�����������!'��':''0� #�:�'S%� 872���D'��5"�����'S%���2���##�:�����T2' (����T2'�������������!'��':'��##�:�����!��)
�0��"��#�