เนื้อหา
Download
1 / 62

??????? Inorganic Solid 1. Classification of Bonds and Crystals - PowerPoint PPT Presentation


  • 206 Views
  • Uploaded on

เนื้อหา Inorganic Solid 1. Classification of Bonds and Crystals 2. The effect of radius ratio and change in structure 3. Lattice energy 4. Defect structures 5. Structure of Silicates 6. Metallic bonding 7. Alloys Symmetry and Group theory

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '??????? Inorganic Solid 1. Classification of Bonds and Crystals' - hedia


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

เนื้อหา

Inorganic Solid

1. Classification of Bonds and Crystals

2. The effect of radius ratio and change in structure

3. Lattice energy

4. Defect structures

5. Structure of Silicates

6. Metallic bonding

7. Alloys

Symmetry and Group theory

1. Symmetry elements and operations

2. Point group

3. Properties and representations of groups

4. Examples and applications of symmetry


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

เนื้อหา

Acid-base Chemistry

1. Acid-Base concepts

2. Measures of Acid-Base Strength

3. Hard and Soft Acid and Bases



Ionic bond
Ionic bond

An atom of sodium (Na) donates one of its electrons to an atom of chlorine (Cl) in a chemical reaction. The resulting positive ion (Na+) and negative ion (Cl−) form a stable molecule (sodium chloride, or common table salt) based on this ionic bond.



Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

Metallic bond

  • Metallic bonds fall into two categories.

  • พวกสารที่เกิดจาก simple metal เป็นสารที่เกิดที่ valence electron อยู่ที่ชั้น sp-shell จะพบว่าพันธะจะไม่แข็งแรง electron สามารถเคลื่อนที่อิสระไปที่ crystal ได้ จึงเกิดเป็นสารประเภท conduction electron ทำให้เกิดความไม่สมดุลของประจุในโครงสร้าง crystal นอกจากนี้

  • 2. the case in which the valence electrons are from the sp-

  • shells of the metal ions; this bonding is quite weak.

  • the valence electrons are from partially filled d-shells, and this bonding is quite strong. The d-bonds dominate when both types of bonding are present.


Type of crystals
Type of crystals (ชนิดของคริสตัล)

  • Solid (ของแข็ง) ประกอบ ด้วยอะตอม (atom) โมเลกุล (molecule)และไอออน (ion) ที่เรียงตัวกันเป็น rigid และมีรูปแบบจีโอเมทรีของอนุภาคที่ซ้ำกัน เรียกว่า crystal lattice

  • ชนิดของคริสตัล สามารถจำแนกได้จาก อันตรกิริยา (interaction) ที่เกิดขึ้นท่ามกลางอะตอม โมเลกุล หรือไอออนของสาร ซึ่งประกอบด้วยพันธะไอโอนิก (ionic bond) พันธะโลหะ (metallic bond) และพันธะโควาเลนส์ (covalent bond) และยังมีแรงกระทำระหว่างโมเลกุล อาทิเช่น พันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond) แรงไดโพล-ไดโพล (dipole-dipole forces) และ แรงแวนเดอร์วาวล์ (van der Waals forces)


Ionic crystals
Ionic crystals (ไอออนิกคริสตัล)

รูปแสดงการเกิดสารประกอบ NaCl

ที่เกิดจากไอออนของโซเดียมและคลอไรด์


Metallic crystals
Metallic crystals (โลหะคริสตัล)

  • metallic crystal คือ จุดของแคทไอออน (lattice of cation) ที่ยึดติดกันด้วยอีเลคตรอนอิสระ

รูปแสดง electrical conductivity ในโมเลกุล metallic lattice โดยแคทไอออนจะ

ยึดจับกันได้ด้วยทะเลอีเลคตรอน โดยอีเลคตรอนจะเคลื่อนที่จากทางซ้ายและถูกปั๊มไปทางซ้าย

การไหลของอีเลคตรอนจะทำให้เกิด electrical conductivityซึ่งเป็นสมบัติเด่นของโลหะ


Covalent crystals
Covalent crystals (โควาเลนท์คริสตัล)

  • โควาเลนท์คริสตัลประกอบด้วยอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่จัดเรียงกันเป็น crystal lattice ซึ่งจะยึดติดกันด้วยพันธะโควาเลนท์

ตัวอย่างเช่นโครงสร้างของ diamond

ซึ่งมีการฟอร์มโควาเลนท์คริสตัลที่มีทิศทางที่แน่นอนของพันธะโควาเลนท์

ในรูปคือบางส่วนของ lattice ที่แสดงแต่ละตัวของอะตอมคาร์บอนที่ถูกล้อมรอบด้วยคาร์บอนอื่นๆที่มีรูปร่างเป็นเตตระฮีดรัล


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • พันธะโควาเลนต์ เกิดจากการใช้อีเลคตรอนร่วมกันอยู่ที่ออบิทัลที่ทับกันระหว่างสองหรือมากกว่าสองอะตอม ซึ่งเป็นอันตรกิริยาที่มีทิศทางที่แน่นอนซึ่งต่างจากพันธะไอออนและพันธะโลหะซึ่งไม่มีทิศทางที่แน่นอน นอกจาก diamond แล้วยังมี ซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) กราไฟด์ ธาตุซิลิกอน (Si) และโบรอนไนไทรด์ (BN) ซึ่งมีโครงสร้างการฟอร์มตัวเป็นโควาเลนต์คริสตัล

รูปแสดงคาร์บอนแต่ละตัวที่เป็น

sp3 hybridization โดยการทับกัน

ของออบิทัลนั้นจะยังคงรักษา

มุมระหว่างพันธะCCC เป็น 109.5o


Atomic molecular crystals
Atomic-molecular crystals เกิดจากการใช้อีเลคตรอนร่วมกันอยู่ที่ออบิทัลที่ทับกันระหว่างสองหรือมากกว่าสองอะตอม ซึ่งเป็นอันตรกิริยาที่มีทิศทางที่แน่นอนซึ่งต่างจากพันธะไอออนและพันธะโลหะซึ่งไม่มีทิศทางที่แน่นอน นอกจาก

  • อะตอมหรือโมเลกุลของคริสตัลที่ยึดติดกันด้วยแรงระหว่างโมเลกุลที่อ่อนไม่แข็งแรง เช่น แรงกระจายตัวชนิดลอนดอน (Londondispersion forces) แรงไดโพ-ไดโพ (dipole-dipole forces) หรือ พันธะไฮโดรเจน ซึ่งทำให้เกิด อะตอมหรือโมเลกุลของคริสตัล (Atomic-molecular crystals) แรงระหว่างโมเลกุลมี 2 แบบ คือ ที่มีทิศทาง (directional) เช่น น้ำแข็ง และไม่มีทิศทาง (nondirectional) เช่น คริสตัลของอาร์กอน และสารประกอบตัวอื่นที่ฟอร์มเป็น Atomic-molecular crystals เช่น dry ice (CO2) และ มีเทน (CH4) ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) และ ฟอสฟอรัส (P4) ที่เป็นของแข็ง


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

โมเลกุลน้ำยึดจับกันด้วยพันธะไฮโดรเจนอย่างมีทิศทาง เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะ H-O---H เท่ากับ109.5°

รูปแสดงอาร์กอนอะตอมที่ยึดจับกัน

ด้วยแรง London dispersion

intermolecular forces แบบ

ไม่มีทิศทาง


A type crystal lattices
A-type crystal lattices เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะ

  • Space lattice and unit cells

    Space latticeคือ รูปแบบของจุดที่อธิบายการจัดเรียงตัวของไอออนหรือโมเลกุลในคริสตัลแลททิส

    Unit cellคือ ส่วนที่เล็กที่สุดของ space lattice ที่เกิดจาก

    (1) การเคลื่อนที่ด้วยระยะทางที่เท่ากันในทิศทางต่างๆ ทำให้เกิด space lattice

    (2) จะเกิดการสะท้อนกลับของรูปร่างและสมมาตรของคริสตัล


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

ส่วนของ เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะ haxagonal space lattice ที่เป็น 2 dimension ได้แสดงความเป็นไปได้ของยูนิตเซลล์ ทั้งหมด 4 แบบ โดย a) เป็นรูปสามเหลี่ยมที่ไม่ได้สร้าง Lattice ทั้งหมด b) รูปรอมบิก (rhombic) c) rectangle ที่สร้าง lattice แต่ไม่มีการสะท้อนสมมาตรทั้งหมดของคริสตัล d) เป็น hexagon ที่เป็น unit cell


A type lattices
A-type lattices เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะ

  • A-type lattices คือ อะตอม ไอออนหรือ โมเลกุล ของคริสตัลที่มีขนาดและชนิดเดียวกัน ซึ่งชนิดนี้จะเป็นชนิดของแลททิสที่ง่ายที่สุด เช่น simple cubic lattice

รูปแสดง A-type lattice ของ cubic lattice โดยเริ่มจาก hard

sphere


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

รูปแสดง เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะsimple cubic lattice (a) unit cell ของ lattice คือ

ที่เป็นเส้นสีดำและมีทรงกลมที่แรเงาจะมีเลขโคดิเนชันเป็น 6

(b)แสดงทรงกลมแรเงาที่คิดเป็น 1/8 ในยูนิตเซล (c) space lattice ที่แสดงว่าที่จุด highlight เป็น unit cell ที่ต่างกัน 8 อัน(ดูจากจำนวนที่อยู่บนด้านบนสุด)


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • จากรูป เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะb เมื่อพิจารณาทรงกลมที่อยู่ติดกัน และให้ l คือขอบเซลล์ (cell edge) และ d เป็นเส้นผ่านศูนย์กลาง (diameter of sphere) จะได้ว่า l = d จึงสามารถคำนวณบางส่วนของยูนิตเซลล์ของทรงกลมได้ เนื่องจากยูนิตเซลล์จะสะท้อนแลททิสทั้งหมด จะสามารถบอกถึงเปอร์เซ็นต์ของแลททิสทั้งหมดจากทรงกลมและวัดประสิทธิภาพของการแพ็คกันของทรงกลม เนื่องจาก 1 ทรงกลมต่อยูนิตเซลล์ และปริมาตรของ cubic unit cell จะเท่ากับ l3(จะได้ d3)

    ตามสูตร

    [(4/3)(d/2)3] x 1

Fraction of space

occupied by sphere

= 0.52

=

d3


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

ตารางแสดง เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะA-type lattice


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

Unit cell (a) simple (b) body-centered (c) face-centered เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะ

cubic lettices


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • การคำนวณความหนาแน่น เนื่องจากโครงสร้างของโมเลกุลน้ำมีมุมระหว่าง พันธะ(density) โดยให้แต่ละทรงกลมแทนอะตอม ไอออน หรือ โมเลกุล ถ้าสมมติว่าทรงกลมเป็นเป็นอะตอมจะได้ออกมาในรูปของ mass โดยทั่วไปแล้วจะคำนวณจาก น้ำหนักอะตอมหารด้วยเลขอาโวกาโด (Avogadro’s number) ตามสูตร

    ความหนาแน่น (g/cm3) = 1 atom (AW/6.02 x 1023)(g/atom)

d3 cm3

ซึ่งค่าต่างๆ ของsimple cubic lattice ได้แสดงไว้แล้วในตาราง


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

ตัวอย่าง ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง

มีการแพ็คตัวเป็นแบบ ccp และมี รัศมีโลหะเป็น 1.28 อามสตรอง

จะได้

ความหนาแน่น =4 atom(63.54 g/mol/6.02 x1023 atom/mol)

[2(1.28 x 10-8)2]3

= 8.90 g/cm3


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • Body-centered cubic (bcc) ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง

    ต่างจาก simple cubic lattice ที่ วางทรงกลมชั้นที่สองที่จุดกึ่งกลางของ cubic cell ซึ่งยูนิตเซลล์แสดงดังรูป b) ซึ่งทรงกลม 8 ทรงกลมที่อยู่ที่มุมของ cubic จะมีเพียง 1/8 ในหนึ่งยูนิตเซลล์ ศูนย์กลางของทรงกลมจะเข้าไปอยู่ในเซลล์ จึงทำให้มีเลขโคออดิเนชั่นเท่ากับ 8 ดังนั้นจำนวนทรงกลมต่อยูนิตเซลล์เท่ากับ 2[=1+8(1/8)] เนื่องจากมุมของทรงกลมมีความยาวไม่มากพอที่จะสัมผัสแต่ละทรงกลมดังนั้น l  d จึงต้องสร้างความสัมพันธ์ระหว่าง cell edge และ sphere diameter จะได้ความสัมพันธ์ดังรูปที่


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

รูปที่ ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่งx ความสัมพันธ์ระหว่าง sphere diameter และ cell edge

ใน body-centered unit (a) ทรงกลมสัมผัสผ่าน body diagonal

ไม่ได้ผ่าน face diagonal หรือ cell edge (b) ถ้า cell edge

มีความยาว lแล้ว face diagonal เท่ากับ l2 ดังนั้น

Body diagonal = 2d = l3 ; ดังนั้น l = 2d/3

from (b)

from (a)


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

( ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่งa)

  • รูปที่7.10cubic and hexagonal

  • Close-packed structures

  • Layer A of both structures

  • Layer A and B of both structures showing two types of depression

  • (c) ABCABC layer of cpp structure

  • (d) ABABAB layer of hcc structures


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

รูปที่ 7.11 แสดง ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่งcpp structure ที่มี fcc unit cell ABCABC layer

(b) ภาพแสดง fcc unit cell โดยแสดงในทิศทางของ ABCABC layer

(c) แสดง space lattice ของ fcc unit cell กับ ABCABC layer


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

cpp structure ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่งมี fcc unit cell

ดังนั้น cpp = ABCABC = fcc

รูปที่ 7.12 fcc unit cell ที่แสดงทรงกลมของ ABCABC layer และยังมีทรงกลม (center of hexagon) จะได้เลขโคออดิเนชันเท่ากับ 12

ทรงกลมทั้งหมดต่อ fcc unit cell

= 8(1/8) + 6(1/2) = 4

Face diagonal = l2 = 2d

ดังนั้น l = 2d = d2

มุม

2

หน้า


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • Hexagonal ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง

  • closed packed unit cell

  • ที่แสดง ABABAB layer

(b) แสดงเลขโคออดิเนชันของ

ทรงกลม เท่ากับ 12


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

This point is ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง

In both unit

Cell 1 and 4

รูป 7.14c แสดงจำนวนทรงกลมต่อหนึ่งยูนิตเซลล์

Total points per = 2(1/2) + 3 + 12(1/6) = 6

hcp unit cell

at corners of

hexagons

in hexagonal

faces

Wholly within

cell


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

รูป ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง 7.15 แสดง 14 Bravais lattices

ที่ประกอบด้วย 7 unit cell ที่สำคัญ

เช่น cubic, tetragonal, orthorhombic,

rhobohedral, hexagonal, monoclinic และ triclinicโดยมี P = primitive หรือ simple I = body-centered, F = face-centered และ C = base-centered


Ab n type crystal lattices
AB ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่งn-type crystal lattices

  • ABn-type lattices คือ การที่ทรงกลมที่แทนอะตอม ไอออน หรือ โมเลกุลที่มีขนาดต่างกัน ตัวอย่างที่เห็นเป็นประจำคือ คริสตัลของไอออน (ionic crystral) ซึ่งแอนไอออนมีขนาดใหญ่กว่าแคทไอออนโดยให้แอนไอออนฟอร์มเป็น A-type lattice และแคทไออออนจะเข้าไปอยู่ในช่องว่าง (hole) ได้พอดี

  • เพื่อจะให้ได้ว่าคริสตัลนั้นจะเป็นไอออนที่บริสุทธิ์ การแพ็คตัวสมมติว่าเป็นแอนไอออนควรจะใหญ่พอที่จะคำนวณหาขนาดที่สัมพันธ์กันของสองสปีชีส์ ดังนั้นช่องว่างใน anionic lattices ควรจะมีขนาดเพียงพอที่จะให้แคทไอออนเข้าไปอยู่ จึงได้มีการศึกษาถึงจำนวนและชนิดของช่องว่าง (hole) ใน A-type lattices


Cubic octahedral and tetrahedral holes
Cubic, Octahedral and Tetrahedral Holes ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง

รูปที่ 7.17

ช่องว่างที่อยู่ตรงกึ่งกลางของ simple cubic unit cell จะเรียกว่า

cubic holeดังรูป 7.17 แสดง space-filling model ซึ่งได้นำเอา

ทรงกลมออกหนึ่งอัน เพื่อจะได้เห็นแคทไอออนอยู่ที่ช่องว่าง จึงได้ว่ารัศมี (radius) ของช่องว่างประมาณ ¾ ของทรงกลม ดังนั้นจึงได้ว่า cubic hole ในหนึ่งยูนิตเซลล์จะมี หนึ่งช่องว่างในหนึ่งยูนิตเซลล์


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

รูปที่ ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง7.18 แสดง tetrahedral octahedral hole โดย a) tetrahedral ที่สังเกตุจากด้านนอก

(b) triangle ของทรงกลมโดยทรงกลมตำแหน่งที่สี่อยู่ข้างบน และ (c) ตำแหน่ง triangle ของ

ทรงกลมที่อยู่เหนือทรงกลมเดียว และ octahedral hole (d) จากสี่เหลี่ยมแบนราบ (square)

ของสี่ทรงกลมและมีทรงกลมที่ตำแหน่งที่ห้าและหก อยู่ด้านบนและด้านล่างของช่องว่าง

(e) ทรงกลมสามอันมาประกบกันทั้งทางด้านบนและด้านล่างโดยที่ triangle ของสามทรงกลม

สามารถหมุนได้ 60 องศาเมื่อทียบกับอีกชั้นหนึ่ง


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

รูปที่ ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง7.19 แสดง face-centered cubic unit cell ซึ่งจะมีตำแหน่งและจำนวน Octahedral และ

tetrahedral holes ต่อยูนิตเซลล์ มี octahedral hole อยู่ที่จุดกึ่งกลางและที่ตรงกลางของ 12

ขอบของยูนิตเซลล์ และมี tetrahedral hole จะเชื่อมต่อกับแต่ละมุมของยูนิตเซลล์และ

เนื่องจากมี 4 ทรงกลมต่อยูนิตเซลล์ จึงมีหนึ่ง octahedral hole และมี tetrahedral hole

ต่อหนึ่งทรงกลม (อ่านเพิ่มรายละอียดในหนังสือ)


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

center ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง

at cell edges

  • การคำนวณหาจำนวณช่องว่าง

    ช่องว่างออกตะฮีดรัล = [1+12(1/4)] octahedral holes/unit cell

    ต่อทรงกลม

4 spheres/unit cell

= 1 octahedral hole/ sphere

ช่องว่างเตตระฮีดรัล = 8 tetrahedral holes/unit cell

ต่อทรงกลม

4 spheres/unit cell

= 2 tetrahedral holes/sphere


Radius ratios
Radius ratios ถ้าต้องการหาความหนาแน่นของธาตุ เช่น คอปเปอร์ ซึ่ง

รูปที่ 7.20 (a) three dimension (b) cross-section ของแคทไอออน

ที่อยู่ในช่องว่างออกตะฮีดรัลใน A-type lattice ของแอนไอออน


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

จาก รูปที่ 7.20 สามารถคำนวณรัศมีของช่องว่างได้ดังแสดงในตาราง

ชนิดของช่องว่าง r +/r –

trigonal 0.155

tetrahedral 0.225

octahedral 0.414

cubic 0.732


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

ตารางที่ ขนาดของช่องว่างเตตระฮีดรัลจะมีขนาดเล็กกว่าขนาดของช่องว่างออก7.3 แสดงความเกี่ยวโยงระหว่างสัดส่วนรัศมี เลขโคออดิเนชันสูงสุดและ

ชนิดของช่องว่าง

r +/r - 0.155 to 0.225 to 0.414 to 0.732 to higher values

C.N. 3 4 6 8

สูงสุด

ชนิดของ trigonal tetrahedral octahedral cubic

ช่อว่าง


Ionic radii
Ionic radiiขนาดของช่องว่างเตตระฮีดรัลจะมีขนาดเล็กกว่าขนาดของช่องว่างออก

รูปที่ 7.21 แสดงผลของ x-ray

diffection map ของ electron

density contour ใน NaCl ซึ่ง

ตัวเลขบ่งบอกถึงความหนาแน่น

อีเลคตรอน (electron/Å3ในแต่ละ contour Line โดยที่ boundary แต่ละไอออนจะเป็นค่าที่น้อยที่สุดของความหนาแน่นอีเลคตรอนระหว่างไอออน


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • 1.13

  • 1.16

  • 8 1.32


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • NaCl จากพื้นฐานของ ที่มี ABCABC layers ของคลอไรด์

  • แอนไอออน กับโซเดียมแคทไอออน ในช่องว่าง

  • ออกตะฮีดรัล (b) NaCl view as fcc Cl- with

  • Na+ in octahedral holes


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

(b) จากพื้นฐานของ CsCl โดย Cs+จะอยู่ใน cubic holes ของ Cl-


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

(d) จากพื้นฐานของ Zinc blend โดย Zn2+อยู่ใน tetrahedral holes ของ fcc S2-

เพียงครึ่งเดียว


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

Wurtzite unit cell จากพื้นฐานของ

(e) Wurtzite โดย Zn2+จะอยู่ใน tetrahedral holes ของ hcp S2- เพียงครึ่งเดียว


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • NaCl จากพื้นฐานของ มีคริสตัลแบบ rock salt ที่เป็น AB structure โดยที่ radius ratio จะประกอบไปด้วย sodium cation ที่อยู่ในช่องว่างออกตะฮีดรัลของ cubic closed-packed lattice ของ chloride anion จากรูปที่ 7.22a

    จะแสดง ABCABC layer structure ของคลอไรด์ ซึ่งเป็น fcc unit cell

    อ่านเพิ่มหน้า 172 173 และ 174 ในการอธิบาย Figure 7.22


Ab 2 structures
AB จากพื้นฐานของ 2 structures

  • จาก AB compound จะมีเลขโคออดิเนชันของแต่ละไอออนอย่างชัดเจน ซึ่งเป็นไปตามสมการที่ 7.6

    (C.N. of A) x (no. of A in formula) = (C.N. of B) x (no. of B in formula)

    เนื่องจาก จำนวนทรงกลม A เท่ากับจำนวนทรงกลม B ในสารประกอบ AB

    ดังนั้นจำนวนเลขโคออดิเนชันของทั้งสองไอออนจึงมีค่าเท่ากัน


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

Fluorite, CaF จากพื้นฐานของ 2, โดยที่ F-อยู่ในทุก

ช่องว่างเตตระฮีดรัลใน fcc Ca2+หรือ

Ca2+จะอยู่ใน cubic hole ของ simple cubic F- เพียงครึ่งเดียว


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

Rutile, TiO จากพื้นฐานของ 2

Rutile, TiO2 Ti4+อยู่ที่ช่องว่างออกตะฮีดรัล ใน non-close-packed array

ของออกไซด์ไอออน


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

Structures involving polyatomic molecular and ions จากพื้นฐานของ

(a)

(b)

(b) Potassium hexachloroplatinate (IV)

K2PtCl6ซึ่งมีโครงสร้างเป็น antifluorite

โดย K+จะอยู่ในทุกช่อง tetrahedral holes

ของ fcc PtCl62-

  • Dry ice, CO2 โดย โมเลกุล CO2

  • ใน fcc array


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

C) Calcium carbide, CaC จากพื้นฐานของ 2 โดย C22-

จะอยู่ที่ช่องว่างออกตะฮีดรัล ในแนว

ตามยาวของ fcc Ca2+

D) Calcium carbonate, CaCO3 โดยที่

Ca2+จะอยู่ในช่องว่างออกตะฮีดรัลที่

บิดเบือนของ face-centered rhombohe

dral CO32-


Defect structures
โครงสร้างที่ไม่สมบูรณ์ (Defect structures)

  • ความไม่สมบูรณ์ของโครงสร้างคริสตัลที่เกิดขึ้นได้มีดังนี้

  • Simple vacancies

  • Unexpected occupation of interstitial sites

  • incorporation of impurities, that is, atoms and ions other than those of parent crystal

  • Various lattice imperfection


Types of defect structure
ชนิดของโครงสร้างคริสตัลที่ไม่สมบูรณ์ (Types of defect structure)

  • Schottky defectคือ โครงสร้างที่มีอะตอมของโลหะหรือโควาเลนต์คริสตัลที่ขาดหายไปหรืออาจจะมีการหายไปของคู่ไอออนในไอออนิกคริสตัล


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

Frenkel defect คือ แคทไอออนถูกแทนที่ด้วยแคทไอออนจากตำแหน่งปกติในไอออนิกแลททิส (ionic lattice) และทำให้เกิดช่องว่าง หรือ interstitial sites


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

  • จาก defect ทั้งสองแบบพบว่ายังคงมี stiochiometry ของคริสตัลอยู่ โดยถ้ามีการหายไปของแคทไอออนที่ตำแหน่งหนึ่ง ประจุของคริสตัลสามารถทำให้สมดุลได้จากการสูญเสียของแคทไอออนหนึ่งตัวหรือสูญเสียแอนไอออนหนึ่งตัว ตัวอย่างเช่น iron(II)oxide, FeO

โดยถ้าไอออน Fe2+สูญเสียปะทำให้ Fe2+ถูกออกซิไดซ์เป็น Fe3+เพื่อจะทำให้

คริสตัลเป็นกลาง แต่พบว่าสัดส่วนของออกซิเจนต่อไอรอน (oxigen-iron ratio) จะ

มากกว่าหนึ่งเล็กน้อย จากเหตุผลนี้จึงได้ stoichiometry ประมาณ Fe0.95O


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

การที่ไอออน อะตอมหรือโมเลกุลถูกแทนที่ด้วยสปีชีส์ที่มีขนาดเท่ากันของธาตุหรือ

สารที่ต่างกัน เช่นสารไม่บริสุทธิ์ (impurity) ซึ่งสามารถพบได้ในพวก rubies หรือ

Emeralds และยังมี lattice defect อีกแบบหนึ่งคือ edge dislocation ในคริสตัล

โลหะ ดังแสดงในรูป


Spinel structure connecting crystal field effects with solid state structure
Spinel structure: Connecting crystal field effects with solid state structure

  • Spinel structure มีสูตรทั่วไปเป็น AIIB2IIIO4 โดยโมเลกุลที่เป็นตัวอย่างแบบนี้คือ MgAl2O4โดยที่ออกไซด์แอนไอออนจะ

    พบที่ cubic close-packed (face centered-cubic) เป็นของ normal spinel ซึ่ง A(II) จะอยู่ที่ 1/8 ของช่องว่างเตตะฮีดรัล และ แคทไอออน B(III) จะอยู่ที่ ½ ช่องว่างออกตะฮีดรัล ซึ่งถ้าได้ stoichiometry ที่ถูกต้อง คือ แคทไอออน A 1 ตัวจะมีออกไซด์ล้อมรอบ 4 ตัว และ แคทไอออน B 2 ตัวจะมีออกไซด์ 4 ตัว ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วจะพบแบบ normal spinel ประมาณ 100 สาร และมีเพียงเล็กน้อยที่เป็น inverse

    spinel คือการที่ จำนวนครึ่งหนึ่งของแคทไอออน B(III) จะแลกเปลี่ยนที่กับแคทไอออน A(II) ทุกตัว


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

รูปที่ solid state structure7.26 a portion of the space lattice of the spinel structure (AIIB2IIIO4)

showing the A(II) cations (occupying 2 of possible 16 tetrahedral sites

(or one-eighth of the tetrahedral holes) and the B(III) cations occupying

Four of possible eighth octahedral sites (or one-half of the octahedral

holes)


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals

รูปที่ solid state structure7.27 แสดงการคำนวณ

Crystal field stabilization

Energy (CFSE) ของ สาร

ประกอบ NiFe2O4 (a) Ni2+

(d8) และ (b) Fe3+ (d5) ใน

Weak-field tetrahedral และ

octahedral holes


Inorganic solid 1 classification of bonds and crystals
สรุป solid state structure