Vì sao thủy tinh là chất rắn vô định hình

Ở bài viết này, bạn sẽ được cung cấp các kiến thức quan trọng về chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình. Cụ thể cấu trúc, đặc điểm, tính chất và ứng dụng trong đời sống. Từ đó, biết cách phân biệt giữa hai loại cấu trúc đặc trưng này. Hãy cập nhật ngay nhé! 

Những điều cần biết về chất rắn kết tinh

Chất rắn kết tinh có nhiều điều đặc biệt thu hút sự tò mò của bao người. Hãy đi sâu tìm hiểu điều này trong phần này nhé! 

Cấu trúc tinh thể chất rắn kết tinh

NaCl là điển hình của chất rắn kết tinh

Muối ăn (NaCl) là điển hình của chất rắn kết tinh. Khi quan sát qua kính hiển vi ta thấy chúng được cấu tạo từ nhiều hạt nhỏ. Chúng có dạng khối lập phương xếp chồng khít lên nhau. Đặc biệt đối xứng theo quy luật. Đây là một ví dụ điển hình của cấu trúc tinh thể.

Mỗi chất rắn có cấu trúc tinh thể không giống nhau và đặc trưng, chẳng hạn:

• Tinh thể thạch anh, công thức hóa học SiO2 dạng khối lăng trụ 6 mặt.
• Tinh hể canxit – canxi cacbônat có dạng đặc trưng của khối trụ xiên

Trong đó, kích thước tinh thể phụ thuộc nhiều vào điều kiện hình thành.

Cấu trúc tinh thể kim cương – Đặc trưng chất rắn kết tinh

Ứng dụng tia X vào nghiên cứu dã giúp phát hiện được nhiều điều mới lạ về tinh thể. Theo đó, chúng được được cấu tạo từ các vi hạt (nguyên tử, phân tử, ion). Các hạt này liên kết bền chặt với nhau. Đặc biệt được sắp xếp theo một trật tự nhất định trong không gian. Các hạt sẽ xoay quanh một vị trí cân bằng nhất định.

Phân tích về cấu trúc tinh thể muối ăn, nhận thấy:

• Hình dạng lập phương gồm 2 loại ion.
• Khoảng cách ion 0,563nm.

Theo đó, chất rắn có cấu trúc tinh thể gọi là chất rắn kết tinh.

Kích thước tinh thể tỷ lệ thuận với quá trình hình thành tinh thể đó. Chẳng hạn tốc độ kết tinh càng chậm thì kích thước càng nhỏ.

Các đặc tính quan trọng của chất rắn kết tinh

• Các chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại hạt cụ thể. Nhưng cấu trúc tinh thể không giống nhau sẽ quyết định đến tính chất vật lí của chúng.
• Chất rắn kết tinh ứng với mỗi cấu trúc tinh thể nhất định có một nhiệt độ nóng chảy xác định. Đặc biệt, không đổi ở mỗi áp suất cho trước. Ví dụ: Ở áp suất khí quyển, nước đá có nhiệt độ nóng chảy ở 0o C. Trong đó, Thiếc nóng chảy ở 232oC còn sắt nóng chảy ở mức nhiệt là 152 độ C,…
• Vật rắn đơn tinh thể hiện được cấu tạo từ một tinh thể hoặc nhiều tinh thể nhỏ. Chúng được liên kết theo một trật tự xác định. Ví dụ như hạt muối, miếng thạch anh, viên kim cương,… là vật rắn đơn tinh thể.
• Vật rắn đa tinh thể sẽ được cấu tạo từ nhiều tinh thể nhỏ. Chúng liên kết hỗn độn không theo trật tự. Hiện nay, hầu hết các kim loại (sắt, nhôm, đồng,…) là vật rắn đa tinh thể.
• Vật rắn đơn tinh thể được đặc trưng bởi tính dị hướng. Điển hình là các tính chất vật lí của chúng (độ bền, độ nở dài, độ dẫn nhiệt,…) phụ thuộc theo các hướng khác nhau. Ngược lại các vật rắn đa tinh thể có tính đẳng hướng. Tính chất vật lý ở các hướng khác nhau là như nhau. 
• Tính chất tinh thể có thể sai lệch ít nhiều phụ thuộc vào độ dị tật của chúng. Túc là độ sai hỏng so với một cấu trúc vật lý lý tưởng. 

*Ví dụ điển hình về độ bền của kim loại giảm hàng nghìn lần khi mạng tinh thể có những sai hỏng. Đối với Ge hoặc Si, độ dẫn điện có thể sai lệch khi cho thêm một chút tạp chất ngoại lai. 

Chất rắn kết tinh có ứng dụng như thế nào?

Các ví dụ điển hình nhất về ứng dụng của chất rắn kết tinh gồm có:

• Kim cương có nhiều ứng dụng như dùng làm mũi khoan, dao cắt kính hoặc làm đồ trang sức. Đặc biệt có giá trị kinh tế rất lớn. Chúng ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau từ thời trang đến sản xuất.
• Các đơn tinh thể silic (Si) và gemani (Ge) được ứng dụng làm các linh kiện bán dẫn. Hoặc các mạch vi điện tử, các bộ nhớ của máy tính . . . 
• Các kim loại và hợp kim được dùng phổ biến trong ngành công nghệ luyện kim và chế tạo máy. Chúng cúng được ứng dụng trong kĩ thuật xây dựng, cầu đường và sản xuất vật dụng gia đình. 

Những điều cần biết về chất rắn vô định hình

Ngược lại với chất rắn kết tinh là chất rắn vô định hình. Chúng có cấu trúc tinh thể không có hình dạng xác định. Ví dụ, thủy tinh, các chất dẻo và nhựa đường là những điển hình cụ thể của chất rắn vô định hình. 

Bảng phân biệt chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình

Đặc điểm của chất rắn vô định hình

• Tính đẳng hướng: Tính chất không quyết định theo phương hướng.
• Không có nhiệt độ nóng chảy xác định, phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

Lưu ý: Một số vật rắn như S, thạch anh hoặc đường, chúng có 2 dạng. Bao gồm cả tinh thể và cả chất rắn vô định hình. Chẳng hạn như, lưu huỳnh khi nóng chảy được đổ vào nước lạnh sẽ nguội lại. Từ đó, chuyển sang dạng dẻo vô định hình. Tức là chuyển từ chất rắn kết tinh sang cấu trúc vô định hình.

Ứng dụng của chất rắn vô định hình là gì?

Chất rắn vô định hình có nhiều ứng dụng quan trọng. Chẳng hạn thủy tinh có thể dùng làm gương, thấu kính hoặc lăng kinh. Được ứng dụng trong đời sống và nghiên cứu khoa học. Ngoài ra, chất polime hoặc các loại nhựa, thủy tinh… được làm vật liệu gia đình: chậu, bàn chải, rổ, rá… Từ đó được thay thế các nguyên liệu như sắt, nhôm. Không chỉ giảm giá thành mà còn tăng độ bền cho sản phẩm. 

Trên đây là những kiến thức quan trọng liên quan đến chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình. Thietbikythuat.com tin rằng bạn đã biết cách phân biệt giữa hai loại cấu trúc hóa học quan trọng này. Nếu có gì thắc mắc, hãy liên hệ đến chúng tôi để được giải đáp kỹ hơn nhé! 

Quan sát các hạt muối ăn (NaCl) qua kính hiển vi (Hình 34.1a), viên đá thạch anh (Hình 34.1b), … , ta thấy chúng đều được cấu tạo từ nhiều hạt nhỏ có dạng khối lập phương chồng khít lên nhau. Cấu trúc có hình dạng đối xứng xác định này gọi là cấu trúc tinh thể. Tinh thể của mỗi chất rắn có hình dạng riêng: tinh thể thạch anh (SIO2) có dạng khối lăng trụ sáu mặt, hai đầu là hai khối chóp; tinh hể canxit (canxi cacbônat) có dạng khối trụ xiên;… Kích thước tinh thể có thể lớn hay nhỏ phụ thuộc điều kiện hình thành nó.

Ảnh chụp tinh thể muối ăn (NaCl) qua kính hiển vi

Từ đầu thế kỉ XX, nhờ sử dụng tia Rơnghen (hay tia X) người ta đã nghiên cứu được cấu trúc tinh thể.

Tinh thể được cấu tạo từ các vi hạt (nguyên tử, phân tử, ion) liên kết chặt chẽ với nhau và sắp xếp theo một trật tự tuần hoàn trong không gian. Mỗi vi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng của nó.

Tính tuần hoàn trong không gian của tinh thể được biểu diễn bằng mạng tinh thể.

* Ví dụ: Mạng tinh thể muối ăn (Hình 34.2) có dạng hình lập phương gồm các iôn Cl- và Na+ , trong đó khoảng cách giữa hai ion Cl- hoặc hai iôn Na+ bằng a = 0,563nm (1nm =10-9 m). Mạng tinh thể kim cương(Hình 34.3) và mạng tinh thể than chì (Hình 34.4) chỉ gồm các nguyên tử cacbon C.

* Ví dụ: Xét dạng hình học của hạt muối ta thấy chúng có dạng hình học xác định (vì có cấu trúc tinh thể).

Chất rắn có cấu trúc tinh thể gọi là chất rắn kết tinh.

Kích thước tinh thể của một chất tuỳ thuộc quá trình hình thành tinh thể diễn biến nhanh hay chậm (tốc độ kết tinh càng nhỏ, tinh thể có kích thước càng lớn).

Ảnh chụp tinh thể thạch anh vàng

 2.Các đặc tính của chất rắn kết tinh

a) Các chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể không giống nhau thì những tính chất vật lí của chúng cũng rất khác nhau.

b) Mỗi chất rắn kết tinh ứng với mỗi cấu trúc tinh thể có một nhiệt độ nóng chảy xác định không đổi ở mỗi áp suất cho trước.

Ví dụ: ở áp suất khí quyển, nước đá nóng chảy ở 0o C, thiếc nóng chảy ở 232oC, sắt nóng chảy ở 1520o C,…

c) Vật rắn đơn tinh thể là vật được cấu tạo từ một tinh thể hoặc nhiều tinh thể nhỏ liên kết theo một trật tự xác định. Hạt muối, miếng thạch anh, viên kim cương,… là vật rắn đơn tinh thể.

Vật rắn đa tinh thể là vật được cấu tạo từ nhiều tinh thể nhỏ liên kết hỗn độn. Hầu hết các kim loại (sắt, nhôm, đồng,…) là vật rắn đa tinh thể.

Các vật rắn đơn tinh thể có tính dị hướng, tức là các tính chất vật lí của chúng (độ bền, độ nở dài, độ dẫn nhiệt,…) thay đổi theo các hướng khác nhau. Còn các vật rắn đa tinh thể có tính đẳng hướng, tức là các tính chất vật lí của chúng theo mọi hướng đều giống nhau.

d) Trong tinh thể thực thường có những khuyết tật (tức là các sai hỏng so với cấu trúc lí tưởng) nên tính chất của các vật rắn tinh thể bị thay đổi rất nhiều

*Ví dụ: Độ bền của kim loại giảm hàng nghìn lần khi mạng tinh thể có những sai hỏng. Độ dẫn diện của gecmani (Ge) hoặc silic (Si) thay đổi hàng nghìn lần khi cho thêm khoảng 0,1% tạp chất vào mạng tinh thể của chúng.

3. Ứng dụng của chất rắn kết tinh

Kim cương rất rắn nên được dùng làm mũi khoan địa chất, dao cắt kính,… Các đơn tinh thể silic (Si) và gemani (Ge) được dùng làm các linh kiện bán dẫn (điôt, transito), các mạch vi điện tử, các bộ nhớ của máy tính, . . . Kim cương tự nhiên làm đồ trang sức, kim cương nhân tạo thường được dùng làm mũi khoan, dao cát kính.

Các kim loại và hợp kim được dùng phổ biến trong các ngành công nghệ khác nhau như luyện kim và chế tạo máy, trong kĩ thuật xây dựng, cầu đường, đóng tàu, sản xuất đồ gia dụng, …

Chất rắn vô định hình

Chất rắn vô định hình là các chất không có cấu trúc tinh thể và do đó không có dạng hình học xác định.

Ví dụ: thuỷ tinh, nhựa dường, các chất dẻo,…. là các vật rắn vô định hình.

Các chất rắn vô định hình có tính đẳng hướng và không có nhiệt độ nóng chảy (hoặc đông đặc) xác định. Khi bị nung nóng, chúng mềm dần và chuyển sang thể lỏng.

Một số vật rắn như lưu huỳnh (S), thạch anh, đường (Hình 34.5),… có thể vừa là tinh thể, vừa là vô định hình. Ví dụ: khi đổ lưu huỳnh tinh thể đang nóng chảy (ở 350oC) vào nước lạnh thì do bị nguội nhanh nên lưu huỳnh không đông đặc ở dạng tinh thể mà chuyển thành lưu huỳnh dẻo vô định hình.

* Các vật rắn vô định hình được dùng phổ biến trong nhiều ngành công nghệ khác nhau. Thuỷ tinh dùng làm các dụng cụ quang học (gương, lăng kính, thấu kính….), các sản phẩm thuỷ tinh mĩ nghệ và gia dụng,… Hiện nay, nhiều vật rắn vô định hình có cấu tạo từ các chất polimehay cao phân tử (ví dụ: các loại nhựa, thuỷ tinh hữu cơ, cao su,…), do có nhiều đặc tính rất quý (dễ tạo hình, không bị gỉ hoặc bị án mòn, giá thành rẻ,…), nên chúng đã được dùng thay thế một số lượng lớn các kim loại (nhôm, sắt….) để làm các đồ gia dụng, tấm lợp nhà, ống dẫn nước, thùng chứa, các chi tiết máy, xuồng cứu hộ, nhà mái vòm,…

Trên đây là những kiến thức liên quan đến chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình do thegioidienco.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến các bạn. Hy vọng rằng những thông tin trên đây sẽ cung cấp cho các bạn những kiến thức cần thiết nhé!