Transcript โครงสร้างผลึก (Crystal Structure)

ปฏิบตั ิ การเคมีทวไป
ั่ I
การทดลองที่ 6
โครงสรางผลึ
ก
้
( Crystal Structure )
F
Ca2+
http://www.allposters.com/-sp/Fluorite-Crystal-Caf2-Posters_i6010801_.htm
ของแข็ง
สถานะหนึ่งของสสารทีม
่ ก
ี ารจัดเรียง
อนุ ภาคอยูใกล
ชิ
ู รางที
่
่
้ ดกัน ทาให้มีรป
่
แน่นอน
ตานทานต
อการเสี
ยรูปทรง
้
่
ประเภทของของแข็ง
1. ของแข็งทีม
่ โี ครงสรางผลึ
ก
้
(crystalline solids) มีการจัดเรียงอนุ ภาค
ทีเ่ ป็ นระเบียบ มีรป
ู ทรงเรขาคณิตที่
แน่นอน เช่น NaCl, MgCl2
2. ของแข็งทีไ่ มมี
ก
่ โครงสรางผลึ
้
Crystalline
solids แบ
งเป็
และ ยาง
isomorph
่ น polymorphism
(amorphous
solids)
เช่น แกว
้
โครงสร้างผลึก (Crystal Structure)
การอธิบายเกีย
่ วกับผลึกใช้แนวคิดทีเ่ รียกวา่ “แ
อาจเป็ น อะตอม
โมเลกุล ไอออน หรือ
กลุมของไอออน
่
โครงสรางแบบจุ
ดเล็กๆ อยูติ
้
่ ดตอกั
่ น
แบบซา้ ๆกัน ซึง่ จุดเล็กๆนี้คอ
ื “จุด
แลตติช”(lattice point) แตละจุ
ดแลตติช
่
จะมีส่ิ งแวดลอมเหมื
อนกับจุดอืน
่ ๆในทุก
้
หน่วยยอยที
เ่ ล็กทีส
่ ุด
่
ทิศทาง)
โครงสรางผลึ
ก
้
ระบบผลึกมี 7 ระบบ
Crystal System
Edge Length
Angles
Examples
Cubic
a=b=c
 =   = 90o
Tetragonal
a=bc
 =   = 90o
TiO,(rutile),sn (white tin)
Orthorhombic
a  b c
 =   = 90o
CaCO3(aragonite),BaSO
Monoclinic
abc
 =  = 90o   90o
NaCl,Cu
4
PbCrO4
Hexagonal
a=bc
 =  = 90o  =
120o
Rhombohedral
a=b=c
 =    90o
CaCO3,(calcite),HgS
(cinnabar)
Triclinic
abc
      90o
K2Cr2O7,CuSO4.5H2O
C(graphite),ZnO
ชนิดของยูนิตเซลลแบบลู
กบาศก ์
์
Simpl
e
cubic
Bodycentred
cubic
Facecentred
cubic
การจัดเรียงในผลึกแบบใกล้ชิดที่สดุ
(Closest packing)
อะตอมเป็ นทรงกลามจัดเรียงติดตอกั
่ นและทับ
กันเป็ นชัน
้ ๆ โดยให้มีลก
ั ษณะทีผ
่ วิ ทรงกลม
สั มผัสกันมากทีส
่ ุด เรียกวา“โครงสร
างการ
่
้
บรรจุแบบชิดทีส
่ ุด” (closest-packed patterns)
แบงเป็
Hexagonal closest
่ น 2 โครงสราง
้
packing (hcp) & Face-centered cubic closed
packing (fcc)
วัตถุประสงค์การทดลอง
1. จัดเรียงอนุ ภาคลงในแบบจาลอง
โครงสรางผลึ
กอยางง
้
่ าย
่
2. ระบุเลขโคออรดิ
%Packing
์ เนชัน
efficiency,
จานวนช่องวาง
จานวน
่
นิตเซลล ์
อนุ ภาค และสูตรอยางง
่
่ ายในยู
การจัดเรียงอะตอมหรือไอออนในผลึก
3. คานวณความหนาแน่นของผลึกไอออ
นิก
อุปกรณ์
นิสิต
การทดลอง
2 คนทาการทดลองดวยก
้
ตอนที่ 1 การจัดเรียงอะตอมในโครงสร้าง
ผลึก
 ตอนที่ 2 โครงสร้างผลึกของโลหะที่ มียน
ู ิต
เซลล์แบบ
face-centred cubic (fcc) และ body-centred

cubic (bcc)

ตอนที่ 3 โครงสร้างผลึกของสารประกอบ
ตอนที่ 1 ศึกษาการจัดเรียงอะตอมในโครงส
1.1 เปรียบเที ยบการจัดเรียงอะตอม
จัดเรียงแพลูกปิ งปองเป็ นเลเยอรชั
้ เดียว
์ น
แบบ Closet packing
แบบ simple cubic
ระบุเลขโคออร์ดิเนชัน, %Packing efficieny, %
ปริมาตรช่องว่าง (รัศมีของลูกปิ งปอง = r, ปริมาตรทรง
กลมรัศมี r = 4/3 r3 ) เปรียบเทียบ % ช่องว่าง
เรียงชัน
้ ทีส
่ องแบบ closet packing
เรียงชัน
้ ทีส
่ องแบบ simple
หาช่องเตตระฮี ดรัล
และช่องออกตะฮีหาช
ดรัล่ องลูกบาศก ์
1.1 การเปรียบเที ยบการจัดเรียงอะตอม
เลขโคออร์ดิเนชัน
จานวนอะตอมทีล
่ อมรอบและอยู
ใกล
อะตอมที
ส
่ นใ
้
่
้
CN = 4
CN = ?
การคานวณ
Vลูกปิงปองในแท่งสี่เหลี่ยม ABCD
X 100
%PE (Packing efficiency) V=
แท่งสี่เหลี่ยม ABCD
เช่น กรณี แบบ Closet packing
Vลูกปิงปองในแท่งสี่เหลี่ยม ABCD = 4/3 r3
Vแท่งสี่เหลี่ยม ABCD = 2r x r 3 x 2r = 4 3 r3
%ปริมาตรช่องว่าง = 100 - %PE
วิธส
ี ั งเกตช่องวางการจั
ดเรียงแบบจาลอง
่
ช่องเททระฮีดรัล
(tetrahedral hole)
เป็ นช่องว่างระหว่าง
อะตอมหรือทรงกลม
4 ลูก
ช่องออกตะฮีดรัล
(octahedral hole) เป็ น
ช่องว่างระหว่าง
อะตอมหรือทรงกลม
6 ลูก ซึ่งช่องออก
ตะฮีดรัลมีขนาดใหญ่
กว่าช่องเททระฮีดรัล
1.2 เปรียบเที ยบโครงสร้างผลึก closest packing
จัดเรียงลูกปิ งปองเป็ น
3 เลเยอร ์
นับจานวนช่องเททระฮีดรัลและออกตะฮีดรัลต่อห
นับเลขโคออร์ดิเนชัน
การจัดเรียงลูกปิงปอง Closet Packing จัดได
A
A
C
B
B
A
A
B
A
B
A
C
A
A
(ก) hcp
Hexagonal closet
packing (hcp)
[ABABABAB…]
(ข) fcc
face-centerd cubic
packing (fcc)
[ABCABCABCABC…]
1.2 การเปรียบเทียบโครงสร้างผลึกแบบ closest pa
ตอนที่ 2 โครงสร้างผลึกของโลหะที่มียนู ิ ตเซลล์
แบบ fcc และ bcc
นิตเซลลแบบ
นิตเซลลแบบ
สรางยู
fcc
สรางยู
bc
์
์
้
้
face-centered cubic
body-centered cubic
นับเลขโคออรดิ
์ เนชัน จานวนอนุ ภาค
คานวณหา%packing efficiency และ %ช่องวาง
่ ใน
หนึ่งยูนิตเซลล ์
ความสั มพันธระหว
างด
านของยู
นิตเซลล ์ (a) กับรศ
์
่
้
FCC
Closet Packing: Coordination Number
จานวนอะตอมที่ล้อมรอบอะตอมที่สนใจ
A
C
B
B
CN = 12
A
A
แบบ hcp
(ก) (ก)hcp
และ (ข)
(ข)แบบfccfcc
ทรงกลมที่แรเงาคืออะตอมที่สนใจ
การนับจานวนอนุภาคในยูนิตเซลล์
Simple
cubic
1/8 x 8 = 1
21
ตอนที่ 3 โครงสร้างผลึกของสารประกอบ
ศึ กษายูนิตเซลลของแบบจ
าลอง
์
F
Ca2+
CaF2
ตอนที่ 3 โครงสร้างผลึกของสารประกอบ
การนับจานวนอนุภาคในยูนิตเซลล์
simple cubic body-centered cubic facecentered cubic
No. of atoms in 1 unit cell:
1/8 x 8 = 1
½x6
1/8 x 8 + 1 = 2
1/8 x 8 +
= 1+3=4
25
โครงสร้างแบบ body-centered cubic (bcc)
Coordinatio
n
number = 8
การคานวณ

%packing efficiency = ปริมาตรของอนุภาคใน unit cell  100
ปริมาตรของ unit cell
กำหนดให้ อนุภำคหรือลูกปิ งปองมีรัศมีเท่ ำกับ r
โดย 1 อนุภำค คิดเป็ นปริมำตรเท่ ำกับ 4/3r3
ปริมาตรของ unit cell

=กยส
เปอร์ เซ็นต์ ช่องว่ ำง = 100 – packing efficiency
การทดลอง
ตอนที่ 1 ศึกษาการจัดเรี ยงอะตอมในโครงสร้างผลึก
- จัดเรี ยงลูกปิ งปองในแบบแบบ closet packing และ simple cubic

- ระบุเลขโคออร์ดิเนชัน จานวนและชนิดของช่องว่าง %Packing efficieny %
ช่องว่าง
- เปรี ยบเทียบการจัดแบบ hcc กับ fcc
ตอนที่ 2 ศึกษาโครงสร้างผลึกของโลหะที่มียนู ิตเซลล์แบบ
fcc กับ bcc
- ระบุเลขโคออร์ดิเนชัน จานวนอะตอม %Packing efficieny %ช่องว่าง
 ตอนที่ 3 ศึกษาโครงสร้างผลึกของสารประกอบ
-ระบุการจัดไอออนบวก และไอออนลบในแบบจาลองตัวอย่าง เลขโคออร์ดิ
เนชัน จานวนอนุภาคและสู ตรอย่างง่ายในยูนิตเซลล์

วิเคราะห์ และอภิปรายผลการทดลอง
นาเสนอโดยกลุ่มที่เหลือ
Unit Cell
Any structure else ???
Closest Packing
Closest Packing is the most efficient arrangement of spheres, in this case,
there are 2 cases , which are hexagonal closest packing (hcp) and face-centred
cubic (fcc)
ABABAB…
ABCABC…
Coordination number
The coordination number is
defined as the number of atoms
(or ions) surrounding an atom in
a crystal lattice . Its value gives
us a measure of how tightly the
spheres are packed together.
Coordination number = 6+3+3 = 12
Coordination number = ??
Coordination number = 0+6+6 = 12
Ionic structure
Atom counting
Packing efficiency
Density
Experimental section
ชันที
้ ่1
จัดลูกปิ งปอง 15 ลูก โดยให้ จดั เรี ยงแถวแรก 5 ลูก
คานวณหาค่า peak efficientcy แล้ วบันทึกผล
ชันที
้ ่2
จัดลูกปิ งปอง ในชันที
้ ่ 2 โดยวางลูกปิ งปองปิ ดตรงช่อง
ของชันที
้ ่ 1 จะเกิดช่องว่างทังหมดกี
้
่แบบ และอยู่
ตรงไหนบ้ าง
ชันที
้ ่3
จัดลูกปิ งปอง ในชันที
้ ่3
จะจัดได้ ทงหมดกี
ั้
่แบบ
นับจานวนช่องเททระฮีดรัลและออกตะฮีดรัลว่ามีเท่าใด
Experimental section
 สร้ าง ยูนิตเซลล์ สองแบบนี ้ด้ วยลูกปิ งปอง
 หาเลขโคออดิเนชันและจานวนอนุภาค / ยูนิต
 หา packing efficiency
Face Centred Cubic (fcc)
Body Centred Cubic (bcc)
Experimental section
 ศึกษาโครงสร้ างแบบจาลองทัง้ 4 แบบ
 หาเลขโคออร์ ดิเนชันของไอออนบวกและไออนลบ
 นับจานวนไอออนบวกและลบ ในหนี่งยูนิตเซลล์
ระบุสตู รอย่างง่ายของสารประกอบ
 หาจานวนหน่วยสูตร (n) ในหนี่งยูนิตย์
F
Ca2+