Tinh thể nguyên tử là gì? Tinh thể phân tử là gì? Lấy ví dụ?

1. Tinh thể là gì?

Theo các nhà nghiên cứu, tinh thể là sự sắp xếp đặc biệt của các nguyên tử hoặc phân tử. Mức độ kết tinh của các nguyên tử hoặc phân tử có ảnh hưởng đến độ cứng, độ tinh khiết, sự phân tán của các chất. Trong các phân tử khí, vị trí của mỗi nguyên tử và phân tử là riêng biệt và ngẫu nhiên.

2. Các tính chất của tinh thể:

– Tính bất đẳng hướng của tinh thể:

Trong tinh thể, những nguyên tử và phân tử liên kết với nhau theo cấu trúc tuần hoàn lặp đi lặp lại trong không khí.

Tính chất bất đẳng hướng của tinh thể còn thể hiện ở khá nhiều tính chất vật lý: độ dẫn điện, khả năng khúc xạ, độ cứng tinh thể, khả năng phản chiếu ánh sáng, độ bền. .. Tuỳ thuộc vào cấu trúc tinh thể mà các tính chất vật lý của từng chất sẽ khác nhau.

– Lực tương tác của những ion trong tinh thể:

Tinh thể được cấu thành từ khá nhiều ion có điện tích âm (-), dương (+). Các ion có điện tích thuận dấu sẽ có tác dụng đẩy và hình thành nên cấu trúc bền vững cho tinh thể.

– Khả năng cân bằng trong môi trường tinh thể:

Ở nhiệt độ bình thường, cấu trúc phân tử dao động quanh vị trí cân bằng nhất định. Tuy nhiên, nếu thay đổi nhiệt độ, áp suất, thì phân tử sẽ di chuyển nhanh hơn. Khi đạt được một nhiệt độ nhất định, tinh thể sẽ nóng chảy và chuyển thành thể lỏng.

– Tính đồng chất:

Sự phân bố và sắp xếp của từng nguyên tử, phân tử trong cấu trúc tinh thể là tương tự nhau. Do đó, ở mỗi vị trí khác nhau trong tinh thể sẽ có tính chất vật lý và hoá học giống nhau.

– Tinh thể gây ra hiện tượng nhiễu xạ với tia X và chùm tia điện tử:

Cấu trúc tuần hoàn của tinh thể sẽ gây nên hiện tượng cực đại và cực tiểu nhiễu xạ tia X và chùm tia điện tử (hiện tượng nhiễu xạ). Kỹ thuật nhiễu xạ vi sóng được dùng trong nghiên cứu về vật liệu, cấu trúc tinh thể.

3. Tinh thể nguyên tử là gì?

Tinh thể nguyên tử cấu tạo bởi các nguyên tử được sắp xếp một cách đồng đều theo một trật tự nhất định trong môi trường tạo nên một mạng tinh thể. Ở những điểm nút của mạng tinh thể là các nguyên tử kết nối với nhau bởi những liên kết cộng hoá trị.

Ví dụ về tinh thể nguyên tử carbon: Nguyên tử cacbon có 4 electron ngoài cùng. Trong tinh thể kim cương, mỗi nguyên tử cacbon liên kết với 4 nguyên tử cacbon lân cận gần nhất bởi 4 cặp electron chung, đó là liên kết cộng hoá trị. Các nguyên tử cacbon đều nằm trên 4 đỉnh của một tứ diện đều.

3.1. Tính chất của tinh thể nguyên tử:

Lực liên kết trong tinh thể nguyên tử cực lớn vì vậy nó có các đặc tính chung tiêu biểu sau:

– Tính bền vững

– Rất cứng

– Nhiệt độ sôi cao

– Nhiệt độ sôi cao

Thực tế, kim cương có độ cứng cao nhất so với những tinh thể đã biết nên được quy ước có độ cứng là 10 đơn vị. Đó là đơn vị để đo độ cứng của các kim loại.

3.2. Cách tính thể tích nguyên tử:

Nguyên tử là những hạt vô cùng nhỏ và trung hòa về điện. Thành phần của nó bao gồm hạt nhân nguyên tử (proton và notron) và vỏ nguyên tử (electron).

Nguyên tử có dạng hình cầu có thể tích V = 4/3πr^3 (r là bán kính nguyên tử).

4. Tinh thể phân tử là gì?

Hẳn nhiều bạn đọc sẽ băn khoăn không hiểu tại sao nước lỏng lại linh hoạt, nặng nhưng nước đá lại cứng và nhẹ hơn nước lỏng. Bài học về tinh thể phân tử và các tính chất của chúng sẽ giúp bạn giải đáp được câu hỏi này.

Tinh thể phân tử được cấu tạo bởi các phân tử nhỏ xếp một cách ngẫu nhiên theo một trật tự nhất định trong không khí, tạo nên một mạng tinh thể. Ở những điểm nút của mạng tinh thể là các phân tử liên kết với nhau nhờ lực tương tác yếu giữa các phân tử.

Phần lớn các chất hữu cơ, các nguyên tố phi kim ở nhiệt độ thấp đều kết tinh theo mạng lưới tinh thể phân tử (phân tử có thể chứa một nguyên tử gồm các electron hoặc đa nguyên tử gồm các halogen, O2, N2, H2, H2O, H2S, CO2. ..).

Ví dụ: Tinh thể iot (I 2) là tinh thể phân tử.

Tính chất cơ bản của tinh thể phân tử:

Trong tinh thể phân tử, những phân tử vẫn tồn tại thành từng phân tử riêng rẽ cùng hút nhau bởi sự tác động yếu ớt giữa những phân tử.

Tinh thể phân tử dễ cháy, dễ nổ. Ngay ở nhiệt độ cao, một phần tinh thể phân tử naphtalen (băng phiến) và iot đã bị phá huỷ, những phân tử tách ra khỏi mạng tinh thể và phát tán vào khí quyển khiến cho ta dễ phát hiện thấy mùi vị của chúng.

– Những tinh thể phân tử không phân cực dễ hoà tan trong những dung môi không phân cực như benzen, toluen, cacbon tetraclorua. ..

Ví dụ 1: Tinh thể phân tử iot (I 2). Phân tử iot là phân tử hai nguyên tử, mỗi phân tử iot nằm trên các đỉnh và trung tâm mỗi mặt của hình nón, gọi là tinh thể lưỡng cực tâm điểm

– Tính chất: Tinh thể phân tử iot không bền, iot có thể chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể lỏng (sự kết tinh).

Ví dụ 2: Mạng tinh thể nước đá là loại tinh thể phân tử. Mỗi phân tử liên kết với bốn phân tử khác gần nhau nhất nằm trên bốn đỉnh của một hình tứ diện đều.

Trong nước lỏng mỗi phân tử nước chuyển động một một cách dễ dàng và gần nhau. Tuy nhiên, trong tinh thể phân tử nước đá, mỗi phân tử khác liên kết với 4 phân tử gần nhất nằm trên 4 đỉnh của một tứ diện đều.

Mỗi phân tử ở đỉnh đều liên kết với 4 phân tử khác nằm ở 4 đỉnh của hình tứ diện đều nhau và cứ liên tục lặp lại như thế. Cấu trúc tứ diện của tinh thể phân tử nước đá là cấu trúc rỗng cho nên nước đá có khối lượng riêng bé hơn khối lượng riêng của nước lỏng. Trong tinh thể nước đá có liên kết hidro giữa những phân tử nước đá. Do cấu trúc tứ diện đều nên tinh thể phân tử nước đá cứng.

– Tính chất: Tinh thể nước đá không bền dễ chuyển sang dạng lỏng.

5. Bài tập vận dụng và đáp án:

Bài tập 1 (SGK Hóa học 10 trang 70)

Tìm câu sai trong các câu sau:

A. Kim cương là một dạng thù hình của cacbon, thuộc loại tinh thể nguyên tử.

B. Trong mạng tinh thể nguyên tử, các nguyên tử được phân bố luân phiên đều đặn theo một trật tự nhất định.

C. Lực liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể nguyên tử là liên kết yếu.

D. Tinh thể nguyên tử bền vững, rất cứng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao.

Gợi ý đáp án:

Đáp án sai là C (Lực liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể nguyên tử là liên kết yếu) vì thực tế lực liên kết giữa các nguyên tử trong tinh thể nguyên tử là rất lớn.

Bài tập 2 (SGK Hóa học 10 trang 70)

Tìm câu sai trong các câu sau đây:

A. Nước đá thuộc loại tinh thể phân tử.

B. Trong tinh thể phân tử, lực liên kết yếu giữa các phân tử là liên kết cộng hóa trị.

C. Trong tinh thể phân tử, lực liên kết giữa các phân tử là liên kết yếu.

D. Tinh thể iot là tinh thể phân tử.

Gợi ý đáp án:

Câu sai là câu B (Trong tinh thể phân tử, lực liên kết yếu giữa các phân tử là liên kết cộng hóa trị) vì thực tế trong tinh thể phân tử, các phân tử hút nhau bằng lực tương tác yếu giữa các phân tử.

Bài tập 3 (SGK Hóa học 10 trang 71)

Hãy kể tên các loại tinh thể đã học và tính chất chung của từng loại.

Gợi ý đáp án:

Có 3 loại tinh thể được học là tinh thể nguyên tử, tinh thể phân tử và tinh thể ion.

Tính chất chung của từng loại tinh thể như sau:

– Tinh thể nguyên tử: Bền vững, rất cứng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi cao.

– Tinh thể phân tử: Dễ nóng chảy và dễ bay hơi.

– Tinh thể ion: Bền vững, khó bay hơi, khó nóng chảy.

Bài tập 4 (SGK Hóa học 10 trang 71)

a) Hãy đưa ra một số thí dụ chất có mạng tinh thể nguyên tử, chất có mạng tinh thể phân tử.

b) So sánh nhiệt độ nóng chảy của hai loại tinh thể nói trên. Giải thích?

Gợi ý đáp án:

a) Ví dụ chất có mạng tinh thể nguyên tử là kim cương. Ví dụ chất có mạng tinh thể phân tử ở nhiệt độ thấp thì có khí hiếm, O2, N2, … kết tinh thành tinh thể phân tử.

b) Nhiệt độ nóng chảy của tinh thể nguyên tử và tinh thể phân tử có tính chất trái ngược nhau. Tinh thể nguyên tử khó nóng chảy, khó bay hơi trong khi đó tinh thể phân tử lại dễ nóng chảy và dễ bay hơi.

Bài tập 5 (SGK Hóa học 10 trang 71)

Vì sao các hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy cao?

Gợi ý đáp án:

Các hợp chất ion có nhiệt độ nóng chảy cao là bởi lực hút tĩnh điện giữa các ion ngược dấu trong tinh thể rất lớn. Các hợp chất ion đều khá rắn, khó bay hơi và khó nóng chảy.

Bài tập 6 (SGK Hóa 10 trang 71)

Bài 6 (trang 71 SGK Hóa 10): Hãy nêu liên kết hóa học chủ yếu trong 3 loại mạng tinh thể đã biết.

Lời giải:

Liên kết hóa học chủ yếu trong 3 loại mạng tinh thể đã biết:

– Trong mạng tinh thể nguyên tử: liên kết cộng hóa trị.

– Trong mạng tinh thể phân tử: lực tương tác yếu giữa các phân tử.

– Trong mạng tinh thể ion: lực hút tĩnh điện giữa các ion ngược dấu.