การทดลองที่ 4 โครงสร้างผลึก

การทดลองที่ 4 โครงสร้างผลึก

ทฤษฎี • การนับจำนวนอะตอมในยูนิตเซลล์ • การคำนวณความหนาแน่น 3.การหาปริมาตรของยูนิตเซลล์

1/8 1/2 1. การนับจำนวนอะตอมในยูนิตเซลล์ (1) อะตอมซึ่งอยู่ที่มุม ให้นับ 1/8 เพราะว่ามีการใช้ร่วมกันแปดยูนิตเซลล์ (2) อะตอมซึ่งอยู่พื้นผิว ให้นับ 1/2 เพราะมีการใช้ร่วมกันสองยูนิตเซลล์

1 1. การนับจำนวนอะตอมในยูนิตเซลล์ (3) อะตอมซึ่งอยู่ตามขอบ ให้นับ 1/4 เพราะมีการใช้ร่วมกันสี่ยูนิตเซลล์ (4) อะตอมซึ่งอยู่ตรงกลาง ให้นับเต็มคือ 1 เพราะไม่มีการใช้ร่วมกันกับยูนิตเซลล์อื่น 1/4

m = nM NA 2. การคำนวณความหนาแน่น ความหนาแน่นของสารr = m = มวลของยูนิตเซลล์ V ปริมาตรของยูนิตเซลล์ (มวลของยูนิตเซลล์)

n เป็นจำนวนหน่วย ( unit) ในหนึ่งยูนิตเซลล์ M เป็นน้ำหนักตามสูตร (formula weight) ของธาตุหรือสารประกอบ NAเป็นเลขอาโวกาโดร (Avogadro’s number)

3.การหาปริมาตรของยูนิตเซลล์ Body-Centred Cubic l d a l a d เส้นทแยงมุมที่ผิวหน้าของยูนิตเซลล์ (l) l2 = a2 + a2 เส้นทแยงมุมของรูปลูกบาศก์ (d) เท่ากับ 4r

l a d 4 3 4 3 3 a = r = r ปริมาตรของยูนิตเซลล์ d มีความสัมพันธ์กับ l และ a ดังนี้ d2 = l2 + a2 (4r)2 = 3a2

a = 2 2r (2 2r)3 ปริมาตรของหน่วยเซลล์ = หน่วยเซลล์แบบ face-centred Cubic จากรูป l = 4r l2 = a2 + a2 (4r)2 = 2a2 8r2 = a2

วิธีทดลอง -ในการทดลองนี้จะใช้ลูกปิงปองแทนอนุภาคในโครงผลึกซึ่งอาจเป็นอะตอมหรือไอออนอย่างใดอย่างหนึ่ง

แบบ ก แบบ ข ตอนที่ 1 การจัดเรียงอะตอมในโครงสร้างผลึก ก. เปรียบเทียบการจัดเรียงอนุภาค 1. จัดเรียงลูกปิงปองชั้นเดียวแบบ ก และ ข ดังรูป

แบบ ก แบบ ข 2. นับจำนวนลูกปิงปองที่ล้อมรอบลูกสีเหลือง ตรงกลาง บันทึกผลในตาราง • หา packing efficiency และเปอร์เซ็นต์ช่องว่าง • ของการจัดเรียงแบบ ก และ ข

การหา packing efficiency ของ • การจัดเรียงอนุภาคชั้นเดียว • คำนวณปริมาตรบริเวณแท่ง • สี่เหลี่ยม ABCD (Y) • 2. คำนวณปริมาตรปิงปอง • ทรงกลม 1 ลูก(X)

Packing efficiency = X 100 Y เปอร์เซ็นต์ช่องว่าง= 100- packing efficiency กำหนดให้ รัศมีของลูกปิงปองทรงกลม = r

= 2R x 3R x 2R = 4 3 R3 E แบบ ก แบบ ก ปริมาตรของบริเวณ ABCD = CD x DE x f f = เส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาค

แบบ ข แบบ ข ปริมาตรของบริเวณ ABCD = AB x BC x 2R = 8R3

ช่องเททระ ฮีดรัล ช่องเททระ ฮีดรัล 4. วางลูกปิงปองในชั้นที่ 2 ของการจัดเรียงแบบ ก บนช่องว่างสามเหลี่ยมหัวตั้งดังรูป พิจารณาช่องเททระฮีดรัลและช่องออกตะฮีดรัล ช่องออกตะฮีดรัล ภาพด้านข้าง ภาพด้านบน

ช่องลูกบาศก์ ด้านข้าง ด้านบน 5. เรียงลูกปิงปองในชั้นที่ 2 ของการจัดเรียงแบบ ข ==> พิจารณาช่องลูกบาศก์

Hexagonal closest packing B A A ABC... แบบที่ 2 C B Cubic closest packing (Face-centred cubic) A ข. เปรียบเทียบโครงสร้างผลึก 1. เรียงแพปิงปองในชั้นที่ 3 ดังรูป ABA... แบบที่ 1

2. นับจำนวนช่องเททระฮีดรัลและช่องออกตะฮีดรัลต่อหนึ่งอะตอมโดย 2.1. จัดเรียงอนุภาคแบบ closest packing แบบที่ 1 ABAB ชั้นที่ 3 ชั้นที่ 2 ชั้นที่1

2.2. พิจารณาปิงปองลูกกึ่งกลางแพปิงปองหกเหลี่ยมใน ชั้นที่ 2 เป็นตัวแทนอะตอมในโครงสร้างผลึก 2.3. ปั้นดินน้ำมันเป็นก้อนกลมบรรจุในช่องเททระฮี ดรัลทุกช่องที่ล้อมรอบลูกปิงปองกลางของชั้นที่ 2 2.4 ใส่เม็ดพลาสติกในช่องออกตะฮีดรัลทุกช่อง ที่ล้อมรอบลูกปิงปองกลางของชั้นที่ 2

จำนวนช่องเททระฮีดรัลต่อหนึ่งอะตอมจำนวนช่องเททระฮีดรัลต่อหนึ่งอะตอม = จำนวนก้อนดินน้ำมันทั้งหมดที่ล้อมรอบอะตอม 4 จำนวนช่องออกทะฮีดรัลต่อหนึ่งอะตอม = จำนวนเม็ดพลาสติกสีทั้งหมดที่ล้อมรอบอะตอม 6

การนับจำนวนช่องเททระฮีดรัลและออกตะฮีดรัลการนับจำนวนช่องเททระฮีดรัลและออกตะฮีดรัล ในการจัดเรียงแบบที่ 2 ABCABC ดำเนินการทดลองเช่นเดียวกับแบบที่ 1 แต่จัดเรียงแพปิงปองสามเหลี่ยม 3 ลูกในชั้นที่สาม ให้หันมุมยอดไปด้านตรงกันข้าม ดังรูป ชั้นที่ 3 ชั้นที่ 2 ชั้นที่1

3. นับเลขโคออร์ดิเนชันและพิจารณายูนิตเซลล์ ที่เกิดจากการจัดเรียงอะตอมในโครงสร้าง ผลึกแบบ ABAB…และ ABCABC… • เลขโคออร์ดิเนชัน นับจำนวนลูกปิงปองทั้งหมดที่ • ล้อมรอบลูกปิงปองกลางของชั้นที่ 2 (ชั้น B) • ยูนิตเซลล์ที่เกิดขึ้นจากการจัดเรียงลูกปิงปอง • มี 2 แบบ คือ hcpและ fcc

ชั้นที่ 3 ชั้นที่ 2 ชั้นที่ 1 Hexagonal(hcp)

ชั้นที่ 4 ชั้นที่ 3 ชั้นที่ 2 ชั้นที่ 1 Face-centred cubic (fcc)

1. สร้างยูนิตเซลล์แบบ fccและ bcc • นับเลขโคออร์ดิเนชันและจำนวนอนุภาค • ในหนึ่งยูนิตเซลล์ 3. คำนวณ packing efficiency และ เปอร์เซ็นต์ช่องว่างของยูนิตเซลล์ แบบ fcc และ bcc

การคำนวณ packing efficiency • กำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกปิงปอง = 2r • 2.นับจำนวนอนุภาคในหนึ่งยูนิตเซลล์แบบ fcc และ bcc(n) • 3. คำนวณปริมาตรของอนุภาคในหนึ่งยูนิตเซลล์ (n x (r3)) • 4. คำนวณปริมาตรของยูนิตเซลล์ (V = a3)

packing efficiency = n x 4/3( pr3) x 100 (a3) % ช่องว่าง =100 -packing efficiency

C Cl- Na+ B A ตอนที่ 3 โครงสร้างผลึกของสารประกอบ ก. แบบ Rock salt - NaCl • ปั้นดินน้ำมันทรงกลมแทน Na+บรรจุในช่องออกตะฮีดรัลทั้งหมด

2. เปรียบเทียบกับแบบจำลองโครงสร้างประจำกลุ่ม 3. หาเลขโคออร์ดิเนชันของ NaCl โดยนับจำนวน Cl- ที่ล้อมรอบ Na+ และจำนวน Na+ ที่ล้อมรอบ Cl- 4. นับจำนวน Cl- และ Na+ ในหนึ่งยูนิตเซลล์ 5. หาจำนวนหน่วยสูตรและระบุสูตรอย่างง่ายของสาร

C S2- B Zn2+ A ข. แบบ Zinc Blende - ZnS ทำการทดลองเช่นเดียวกับโครงสร้างแบบ Rock salt แต่ปั้นดินน้ำมันทรงกลมหรือใช้เม็ดพลาสติกแทน Zn2+ บรรจุในช่องเททระฮีดรัลช่องเว้นช่อง

C B F- A ค. แบบ Fluorite - CaF2 Ca2+ ทำการทดลองเช่นเดียวกับโครงสร้างแบบ Rock salt แต่ปั้นดินน้ำมันทรงกลมหรือใช้เม็ดพลาสติกแทน F-บรรจุในช่องเททระฮีดรัลทุกช่อง

Cl- Cs+ ง. แบบ Cesium Chloride ด้านบน ด้านข้าง สร้างยูนิตเซลล์คล้ายแบบ bcc โดยใช้ลูกปิงปองสีขาวแทน Cl- และลูกปิงปองสีแทน Cs+

บท รศ. วลัยพรรณ เหลืองดิลก ผศ. วิไลวรรณ ถิรวณิชย์ อ.ดร. โสมวดี ไชยอนันต์สุจริต อ.ดร. ธรรมรัตน์ อารีย์

การทดลองที่ 4 โครงสร้างผลึก