6 ˆ7# (crystalline solid) - chem...

10
1 1 (Solid) 403117-2551 2 1. 2. 3. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 3 1. 2. 3. Polymorphism isomorphism 4. 5. unit cell 6. cubic 4 1. 2. 3. 4. 5. () 6. 5 1. (Crystalline solid) 2. (Amorphous solid) 6 (Crystalline solid) (crystalline) : - - - - - anisotropy NaCl C 12 H 22 O 11 S 8

Upload: others

Post on 16-Oct-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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

Page 2: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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�

Page 3: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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

Page 4: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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#

Page 5: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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

Page 6: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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

Page 7: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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#���"?

Page 8: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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

Page 9: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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

Page 10: 6 ˆ7# (Crystalline solid) - Chem ku-kpschem.flas.kps.ku.ac.th/SLIDE/SLIDE-01403117-ch05-Solid.pdfMicrosoft PowerPoint - 117ch05-Solid.ppt [Compatibility Mode] Author TOMMY Created

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��"��#�