Ô đơn vị là một cách sắp xếp của các nguyên tử trong không gian ba chiều, nếu ta lặp lại nó thì nó sẽ chiếm đầy không gian và sẽ tạo nên tinh thể. Vị trí của các nguyên tử trong ô đơn vị được mô tả bằng một hệ đơn vị hay còn gọi là một hệ cơ sở bao gồm ba thông số tương ứng với ba chiều của không gian {\displaystyle [x_{i},y_{i},z_{i}]}.
Đối với mỗi cấu trúc tinh thể, tồn tại một ô đơn vị quy ước, thường được chọn để mạng tinh thể có tính đối xứng cao nhất. Tuy vậy, ô đơn vị quy ước không phải luôn luôn là lựa chọn nhỏ nhất. Ô mạng cơ sở mới là một lựa chọn nhỏ nhất mà từ đó ta có thể tạo nên tinh thể bằng cách lặp lại ô nguyên tố. Ô Wigner-Seitz là một loại ô nguyên tố mà có tính đối xứng giống như của mạng tinh thể.
Số phối trí của một nguyên tử trong phân tử hoặc ion đa nguyên tử được tìm thấy bằng cách đếm số lượng nguyên tử liên kết với nó [lưu ý, không phải bằng cách đếm số lượng liên kết hóa học].Việc xác định liên kết hóa học trong tinh thể ở trạng thái rắn khó khăn hơn, do đó, số phối trí trong tinh thể được tìm thấy bằng cách đếm số lượng nguyên tử lân cận. Thông thường nhất, số phối trí nhìn vào một nguyên tử trong phần bên trong của một mạng tinh thể, với các hàng xóm kéo dài theo mọi hướng. Tuy nhiên, trong một số bối cảnh, các bề mặt tinh thể rất quan trọng [ví dụ, xúc tác không đồng nhất và khoa học vật liệu], trong đó số phối trí cho một nguyên tử bên trong là số phối trí khối và giá trị của nguyên tử bề mặt là số phối trí bề mặt .
còn số đơn vị cấu trúc bạn tự tìm hiểu nhá
bạn có thể tham khảo về tinh thể qua cuốn các chuyên đề bdhsg hóa 10 của PGS,TS Nguyễn Xuân Trường , 3 cuốn hóa học vô cơ hoặc hóa học vô cơ nâng cao của Hoàng Nhâm , Wikipedia và một số giáo trình đại học liên quan đến hóa đại cương chứ những kiến thức phổ thông ko đủ để bạn hình dung về tinh thể
Chương 2 MẠNG TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TINH THỂ. 2.1.1 Vật rắn vô định hình, vật rắn tinh thể, mạng tinh thể, mặt tinh thể, khối cơbản.Thành phần nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử. Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạpbao gồm hạt nhân mang điện dương và các điện tử [electron] mang điện âm chuyển động baoquanh. Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi những prôton và nơtron. Prôton mang điện dươngcó điện tích đúng bằng điện tích của điện tử còn hạt nơtron lại không mang điện.Ở trạng thái bình thường, nguyên tử trung hòa điện vì số lượng prôton bằng số lượngđiện tử đặc trưng bằng số thứ tự nguyên tử [Z] ở trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđêlêev. Trong những điều kiện nhất định một số nguyên tử có thể nhận thêm điện tử để trở thànhion âm và cũng có thể mất đi điện tử để trở thành ion dương.Tùy theo sự sắp xếp của các nguyên tử, ion hay phân tử [gọi tắt là chất điểm] trongkhông gian người ta chia các vật rắn ra làm hai nhóm lớn: Vật vô định hình và vật tinh thể. Trong vật rắn vô định hình các nguyên tử không sắp xếp theo một qui luật trật tự nhấtđịnh mà chúng sắp xếp hỗn loạn. Khi bị nung nóng, chúng bị mềm ra từ từ trong một khoảngrộng nhiệt độ, nhão và sau đó chuyển thành trạng thái lỏng, nghĩa là ta không thấy có một ranhgiới phân biệt rõ ràng giữa hai trạng thái lỏng và rắn bởi vì ở cả hai trạng thái lỏng và rắn nàycác nguyên tử của chúng đều sắp xếp hỗn loạn vô trật tự. Ðại diện cho nhóm này là thủy tinhvà một số nhựa.Vật rắn vô định hình giống chất lỏng ở chỗ nó có tính đẳng hướng nhưng khác với ở chấtlỏng ở chỗ các hạt trong các chất vô định hình có độ linh động thấp. Trạng thái vô định hình cóthể đạt được trong nhiều chất hữu cơ và vô cơ bằng cách làm nguội nhanh từ trạng thái lỏng. Tuy nhiên, khi nung nóng trở lại, giữ lâu ở nhiệt độ 20 ÷ 250C, và trong trường hợp biếndạng, tính không ổn định của vật thể vô định hình thể hiện ở chỗ nó chuyển dần một phần haytoàn bộ thành trạng thái tinh thể. Trạng thái tinh thể của chất rắn ổn định hơn trạng thái vô địnhhình.Trong vật rắn tinh thể, các chất điểm được sắp xếp theo một qui luật trật tự hình học xácđịnh. Khi bị nung nóng chúng có sự chuyển biến rõ rệt từ trạng thái nguyên tử sắp xếp trật tự[thể rắn] sang trạng thái nguyên tử sắp xếp không trật tự [thể lỏng] và ngược lại. Nói khác đichúng có nhiệt độ nóng chảy [khi nung nóng] và nhiệt độ kết tinh [khi đông đặc] xác định. Các kim loại và hầu hết các hợp kim của chúng ở thể rắn đều là vật tinh thể tức chúng cócấu tạo tinh thể. Ðể nghiên cứu các qui luật sắp xếp các chất điểm trong vật có cấu taọ tinh thể 19người ta đưa ra khái niệm về mạng tinh thể, mặt tinh thể và các khối cơ bản [còn được gọi làcác ô cơ bản] như được mô tả trên hình 2.1.[Hình 2.1 Sơ đồ sắp xếp các chất điểm của tinh thể.Mạng tinh thể [hình 2.1a] được hiểu là một mô hình không gian mô tả qui luật hình họcsắp xếp các chất điểm ở thể rắn trong vật tinh thể. Hiểu theo cách khác, trong một đơn vị tinhthể xét ở trạng thái rắn, các nguyên tử [chất điểm] của vật chất phân bố theo một qui luật hìnhhọc nhất định. Tùy thuộc vào loại vật liệu và các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, mỗi đơn vịtinh thể đặc trưng cho vật liệu đó có các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự riêng dưới dạnghình học xác định.Mạng tinh thể như bao gồm các mặt phẳng song song cách đều nhau đi qua các nguyêntử [chất điểm]. Các mặt phẳng này được gọi là các mặt tinh thể [hình 2.1b].Mỗi mạng tinh thể có đặc trưng riêng. Ðể dễ nghiên cứu, người ta lấy ra phần không giannhỏ nhất, đặc trưng cho sự sắp xếp của các nguyên tử [chất điểm] của mạng tinh thể. Phầnkhông gian này nếu được xếp liên tiếp theo ba chiều đo trong không gian ta sẽ có được mạngtinh thể và nó được gọi là khối cơ bản hay ô cơ sở [hình 2.1c]. 2.1.2Mười bốn kiểu mạng khác nhau của BravaisBiểu diễn mạng tinh thể rất phức tạp và phiền phức vì chúng có quá nhiều nguyên tử[chất điểm] nên để đơn giản chỉ cần mô phỏng bằng khối cơ bản là đủ. Khối cơ bản được xâydựng trên ba véc tơ đơn vị a, b và c tương ứng với ba trục toạ độ Ox, Oy, Oz. Tâm cácnguyên tử [ion hay phân tử] ở đỉnh ô cơ bản là các nút mạng.Mô đun của ba véc tơ a=//a, b=//bvà c=// c là kích thước của khối cơ bản vàcòn được gọi là hằng số mạng hay thông sốmạng [hình 2.2].Tùy theo loại ô cơ bản người ta xác địnhthông số mạng – kích thước cơ bản của mạngtinh thể.Trên khối lập phương chỉ có một thông sốmạng a là giá trị đo theo chiều cạnh của khối,còn trong khối lục giác có hai thông số mạng làa và c.Hình 2.2 Các chỉ số của ô cơ sở zcbyxaαβγγβ20a. b. c. Ðơn vị của thông số mạng thường dùng là Ăngstrong ký hiệu là A0. Ðơn vị này đượctính là 1A0 = 10-8cm. Các góc tạo bởi ba véc tơ cba,, khi hợp lại từng đôi một được ký hiệulà α, β, γ. Trong đó α là góc giữa b và c; β là góc giữa a và c; còn γ là góc giữa a và b[hình 2.2].Phụ thuộc vào tương quan giữa ba véc tơ a, b và c cùng với ba góc α, β, γ người taphân ra bảy hệ tinh thể với mười bốn [14] kiểu mạng tinh thể khác nhau. Ðó là mười bốn kiểumạng Bravais. Tất cả các mạng tinh thể của chất rắn đều biểu diễn bằng một trong mười bốnkiểu mạng Braivais như trong bảng 2.1. Bảng 2.1 Bảy hệ tinh thể và mười bốn kiểu mạng của Bravais.HệtinhthểQuan hệ giữa cáctrụcQuan hệ giữa cácgócCác kiểu mạng tinh thể của BravaisÐơn giản Tâm đáy Tâm khối Tâm mặtBanghiênga ≠ b ≠ c α ≠ β ≠ γ ≠ 900Mộtnghiênga ≠ b ≠ cα = γ = 900≠ β Trựcthoia ≠ b ≠ cα = β = γ= 900Baphương[thoi]a = b = cα = β = γ≠ 900Sáuphươnga = b ≠ cα =β = 900γ = 1200Bốnphươnga = b ≠ cα = β = γ = 900LậpPhươnga = b = cα = β = γ= 9002.2 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA KIM LOẠI. 212.2.1. Các kiểu mạng tinh thể kim loại thường gặp.Các nguyên tử của các kim loại khác nhau có sự sắp xếp theo một qui luật trật tự xácđịnh khác nhau tạo nên các kiểu mạng tinh thể khác nhau. Ở phần trên chúng ta đã thấy, theoBravais có tất cả 14 kiểu mạng tinh thể khác nhau thuộc 7 hệ. Trong các kim loại thường dùngchúng ta hay gặp ba kiểu mạng tinh thể của hai hệ đó là lập phương thể tâm [còn được gọi làlập phương tâm khối], lập phương diện tâm [còn được gọi là lập phương tâm mặt] và lục giácxếp chặt [còn được gọi la sáu phương xếp chặt]. Ngoài ra còn có kiểu mạng chính phương thểtâm, một kiểu mạng lập phương thể tâm biến dạng. Kiểu mạng lập phương diện tâm [A1].Trong khối cơ bản của mạng A1 có tám nguyên tử nằm ở các đỉnh còn có sáu nguyên tửnằm ở tâm của mặt bên của hình lập phương. Hình 2.3 trình bày cách sắp xếp các nguyên tử trong mạng A1. Hình 2.3 Cách sắp xếp các nguyên tử trong mạng A1.Các nguyên tử nằm ở các đỉnh của mỗi mặt bên không tiếp xúc nhau nhưng lại cùng tiếpxúc với nguyên tử nằm ở giữa mặt. Nói cách khác, theo các cạnh và theo đường chéo khối củahình lập phương các nguyên tử nằm cách rời nhau còn theo đường chéo mặt các nguyên tử lạinằm xít nhau.Các kim loại Feγ, Cu, Ni, Al, Pb ... có kiểu mạng này. Kiểu mạng lập phương thể tâm [A2].Trong khối cơ bản của mạng A2 ngoài tám nguyên tử nằm ở các đỉnh còn có một nguyêntử nằm ở tâm của khối hình lập phương [Hình 2.4] Hình 2.4 Cách sắp xếp của các nguyên tử trong mạng A2.Các nguyên tử nằm ở các đỉnh của hình lập phương không tiếp xúc trực tiếp với nhaunhưng lại cùng tiếp xúc với nguyên tử nằm ở giữa của khối. Nói cách khác, theo các cạnh và 22theo đường chéo của mặt của hình lập phương các nguyên tử nằm cách rời nhau còn theođường chéo khối lập phương các nguyên tử lại nằm xít nhau. Các kim loại Feα, Cr, Mo, W ... có kiểu mạng này. Kiểu mạng lục giác xếp chặt [A3].Hình vẽ 2.5 trình bày cách sắp xếp các nguyên tử của kiểu mạng A3. Hình 2.5 Cách sắp xếp của các nguyên tử trong mạng A3.Khối cơ bản của mạng này là khối lăng trụ lục giác với hằng số mạng là a và c. Cácnguyên tử nằm ở 12 đỉnh, nằm ở tâm của hai mặt đáy và nằm ở tâm của ba khối lăng trụ tamgiác đều cách nhau. Khối cơ bản này như gồm bởi ba lớp nguyên tử xếp sít nhau. Các nguyên tử nằm trên mặt của đáy dưới xếp sít nhau, rồi đến 3 nguyên tử ở giữa xếpvào các khe lõm của lớp đáy do đó chúng cũng xếp sít nhau. Các nguyên tử ở lớp đáy trên lạixếp vào khe lõm của lớp ở giữa như trùng với vị trí của lớp đáy dưới. Các kim loại Coα, Be, Mg, Tiα ... có kiểu mạng này. Kiểu mạng chính phương thể tâm.Khối cơ bản của kiều mạng này giống hệt kiểu mạng lập phương thể tâm kéo dài ra theomột chiều cạnh của khối. Ðây là kiểu mạng của máctenxít, một tổ chức của thép tôi sẽ được trình bày rõ hơn trongphần tổ chức máctenxít.2.2.2. Cách ký hiệu mặt và phương tinh thể.Như trên đã nêu, mặt phẳng tinh thể là mặt phẳng trong không gian mạng tinh thể đượctạo nên bởi những nút mạng sắp xếp theo một trật tự nhất định, còn phương tinh thể là đườngthẳng đi qua các nút mạng tinh thể, cách nhau những khoảng cách theo qui luật xác định. Ðểxác định vị trí mặt và phương trong mạng tinh thể, người ta dùng cách ký hiệu bằng các số theotừng bước sau đây: Xác định hệ tọa độ. Ðối với hệ lập phương dùng hệ tọa độ có ba trục vuông góc với nhau Ox, Oy, Oz hướngtheo ba cạnh của khối cơ bản. Trên mỗi trục chọn một đơn vị đo [thường lấy theo chiều dài củacạnh khối cơ bản theo trục đã cho như trình bày trên hình 2.6]. Xác định ký hiệu mặt. 23