Bài viết giúp bạn đọc hiểu rõ và phân biệt được chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình dựa trên cấu trúc vi mô và vĩ mô của chúng. Từ đó vận dụng làm bài tập và ứng dụng trong công nghệ sản xuất
1. Chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình:
1.1. Chất rắn kết tinh:
Cấu trúc tinh thể.
Tinh thể được cấu trúc bởi các hạt (nguyên tử, phân tử, ion) liên kết chặt với nhau bằng những lực tương tác và sắp xếp theo một trật tự hình học xác định, trong đó mỗi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng của nó.
Chất rắn có cấu trúc tinh thể được gọi là chất rắn kết tinh (hay chất rắn tinh thể).
Các đặc tính của chất rắn kết tinh.
– Mỗi chất rắn kết tinh nóng chảy (hoặc đông đặc) ở một nhiệt độ xác định.
Các chất rắn cấu tạo từ cùng nột loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể không giống nhau thì những tính chất của chúng rất khác nhau.
Ví dụ: nước đá là 00C, thiếc ở 2320C, sắt ở 15300C…
– Chất rắn kết tinh có thể là chất đơn tinh thể hoặc chất đa tinh thể.
Chất đơn tinh thể đươc cấu tạo từ một tinh thể lớn hoặc nhiều tinh thể nhỏ liên kết theo một trật tự xác định tuần hoàn trong không gian tạo thành mạng tinh thể. Chất rắn đơn tinh thể có tính dị hướng.
Chất đa tinh thể được cấu tạo từ vô số tinh thể rất nhỏ liên kết hỗ độn với nhau. Chất da tinh thể có tính đẳng hướng.
Tính chất tinh thể có thể sai lệch ít nhiều phụ thuộc vào độ dị tật của chúng. Tức là độ sai hỏng so với một cấu trúc vật lý lý tưởng.
Ứng dụng của chất rắn kết tinh
Các ví dụ điển hình nhất về 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
– 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 . . .
– Kim loại và hợp kim được dùng phổ biến trong các ngành công nghệ khác nhau (luyện kim, điện tử, đóng tàu, sản xuất đồ gia dụng…)
Các kim loại và hợp kim được dùng phổ biến trong ngành công nghệ luyện kim và chế tạo máy. Chúng cũng được ứng dụng trong kĩ thuật xây dựng, cầu đường và sản xuất vật dụng gia đình.
1.2. Chất rắn vô định hình:
Chất vô định hình không có cấu trúc tinh thể, do đó không có dạng hình học xác định, không có nhiệt độ nóng chảy (hoặc đông đặc) xác định và có tính đẳng hướng.
Ví dụ:
– Thủy tinh, nhựa đường, các chất dẻo…
– Các loại nhựa bao gồm nhựa PS, PC, nhựa ABS hay PVC là chất rắn vô định hình phổ biến trong đời sống. Điểm chung của chúng là không có chuỗi liên kết kết hợp liên tục và chỉ có trạng thái rắn.
Hiện nay, nhựa là vật liệu quá quen thuộc trong cuộc sống chúng ta. Nó được ứng dụng để sản xuất các vật dụng phục vụ cho ngành xây dựng, công nghiệp thực phẩm, may mặc,v.v. Các sản phẩm từ nhựa tiện dụng, giá thành rẻ nên được sử dụng nhiều.
– Ngoài các loại kể trên, có nhiều chất rắn vừa có thể là tinh thể, vừa là vô định hình. Điển hình là đường ăn – loại gia vị quen thuộc có mặt ở hầu hết mọi gia đình. Ở dạng nguyên thủy, đường ăn ở dạng tinh thể. Nhưng khi đun chảy và làm lạnh nhanh bằng cách đưa đường nóng chảy vào bề mặt của một vật lạnh. Cuối cùng, kết quả chúng ta thu được là một chất rắn thuộc nhóm vô định hình, mà không phải dạng tinh thể hạt như đường nguyên thủy ban đầu.
Đặc điểm của chất rắn vô định hình
Tính đẳng hướng: Tính chất không
Không có nhiệt độ nóng chảy xác định, phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
Lưu ý: Một số vật rắn như lưu huỳnh, 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
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.
1.3. Phân biệt chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình:
Chúng ta có bảng so sánh sau đây:
|
Chất rắn kết tinh |
Chất rắn vô định hình |
|
Có cấu trúc tinh thể Có dạng hình học xác định Có nhiệt độ nóng chảy xác định Chất rắn đơn tinh thể: Có tính dị hướng Chất rắn đa tinh thể: Có tính đẳng hướng |
Không có cấu trúc tinh thể Không có dạng hình học xác định Không có nhiệt độ nóng chảy xác định Có tính đẳng hướng |
2. Bài tập vận dụng:
Câu 1: Tại sao kim cương và than chì đều được cấu tạo từ các nguyên tử cacbon, nhưng chúng lại có các tính chất vật lí khác nhau?
Lời giải
Kim cương và than chì được cấu tạo bởi cùng một loại hạt từ cacbon nhưng vì chúng có cấu trúc tinh thể khác nhau nên tính chất của chúng rất khác nhau.
Ví dụ: than chì mềm và dẫn điện, còn kim cương rất rắn và cách điện.
Câu 2: Đặc điểm và tính chất nào dưới đây liên quan đến chất rắn vô định hình?
A. Có dạng hình học xác định.
B. Có cấu trúc tinh thể.
C. Có tính dị hướng.
D. Không có nhiệt độ nóng chảy xác định.
Lời giải
Chất rắn vô định hình không có nhiệt độ nóng chảy xác định.
⇒ Đáp án D đúng.
Câu 3: Tính chất chỉ có ở chất rắn đơn tinh thể là
A. có nhiệt độ nóng chảy không xác định.
B. có nhiệt độ nóng chảy xác định.
C. tính dị hướng.
D. có cấu trúc tinh thể.
Lời giải
Chọn C.
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.
Câu 4: Vật nào sau đây không có cấu trúc tinh thể?
A. Hạt muối.
B. Chiếc cốc làm bằng thủy tinh.
C. Viên kim cương.
D. Miếng thạch anh.
Lời giải
Chọn B
Thủy tinh là một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn. Trong vật lý học, các chất rắn vô định hình thông thường được sản xuất khi một chất lỏng đủ độ nhớt bị làm lạnh rất nhanh, vì thế không có đủ thời gian để các mắt lưới tinh thể thông thường có thể tạo thành. Thủy tinh cũng được sản xuất như vậy từ gốc silicát.
3. Bài tập tự luyện;
Câu 1: Chất kết tinh không có đặc tính nào sau đây?
A. Chất rắn đa tinh thể có tính đẳng hướng.
B. Ở mỗi áp suất, mỗi cấu trúc tinh thể có nhiệt độ nóng chảy xác định, không đổi.
C. Chất rắn đơn tinh thể có tính dị hướng.
D. Cấu trúc tinh thể được tạo thành từ cùng một loại hạt thì có tính chất vật lí giống hệt nhau.
Câu 2: Kim cương có tính chất vật lí khác nhau với than chì vì
A. cấu trúc tinh thể không giống nhau.
B. bản chất các hạt tạo thành tinh thể không giống nhau.
C. loại liên kết giữa các hạt trong tinh thể khác nhau.
D. kích thước tinh thể không giống nhau.
Câu 3: Tinh thể của một chất
A. được tạo thành từ cùng một lọa hạt thì có tính chất vật lí giống nhau.
B. được hình thành trong quá trình nóng chảy.
C. được tạo thành từ cùng một loạt hạt thì có dạng hình học giống nhau.
D. có kích thước càng lớn nếu tốc độ kết tinh càng nhỏ.
Câu 4: Nhờ việc sử dụng tia Rơn- ghen (hay tia X) người ta biết được
A. bản chất của các hạt trong tinh thể là nguyên tử, phân tử hay ion.
B. các hạt trong tinh thể chuyển động nhanh hay chậm.
C. trật tự sắp xếp của các hạt trong tinh thể.
D. các hạt trong tinh thể liên kết với nhau mạnh hay yếu.
Câu 5: Cấu trúc tạo bởi các hạt mà mỗi hạt đó dao động nhiệt xung quanh một vị trí cân bằng trùng với đỉnh của khối lập phương là
A. tinh thể thạch anh.
B. tinh thể muối ăn.
C. tinh thể kim cương.
D. tinh thể than chì
Câu 6: Kích thước của các tinh thể phụ thuộc vào điều kiện gì?
Câu 7: Chất rắn vô định hình là gì? Hãy nêu các tính chất của loại chất rắn này?
Câu 8: Phân biệt chất rắn đơn tinh thể và chất rắn đa tinh thể?
Câu 9: Chất rắn kết tinh là gì?
Câu 10: Hãy lập bảng phân loại và so sánh các đặc tính của các chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình?
