26 Saturday Apr 2014
Posted in tổng hơp ≈ 5 Comments
Đáng ra hôm nay lên lab là để thực hiện một vài phản ứng thăm dò chất mới, nhưng nghĩ đi nghĩ lại thì từ năm 2008 đến giờ, số phản ứng tổng hợp đã thực hiện cũng lên đến con số vài trăm phản ứng. Thôi thì hôm nay tạm hoãn mấy cái phản ứng đó một ngày, để viết về vấn đề tổng hợp hóa chất rắn hôm nay. Khi nói tới tổng hợp hóa học, ta nghĩ ngay đến việc bỏ hai ba chất hóa học vào nhau và nếu chúng phản ứng với nhau, chúng sẽ tạo thành kết tủa, hay chất khí bay ra, hay màu sắc của chúng thay đổi. Nếu như các bạn đã từng học hóa học trung học, có mấy bài toán hóa học định tính rất thú vị như xác định dung dịch nào có chứa ion đồng (Cu2+), Ba2+, Al3+…Mục đích của câu hỏi là để xác định bạn có nắm vững tính chất hóa học, vật lý của các ion đó không, ví dụ dung dịch ion Cu2+ có màu xanh, tạo kết tủa xanh lợt khi tác dụng với dung dịch kiềm trong khi Ba2+ thì không, còn Al3+ thì kết tủa sẽ tan nếu cho quá nhiều kiềm. Lên cấp 4 (nói như cách thầy Nguyễn Đức Nghĩa), khi bạn học thực tập hóa vô cơ 2 của khoa hóa, Đại học khoa học tự nhiên Tp. HCM, bạn sẽ thực tập bài tổng hợp KMnO4. Đây là một bài thực tập rất hay về mặt thực hành lẫn lý thuyết. Nếu được phép tham gia thiết kế chương trình thực tập hóa tổng hợp vô cơ, mình sẽ chọn bài thực tập này là bài thực tập chính, chỉ cần 1 hoặc 2 bài như vậy là đủ để dạy sinh viên khái niệm tổng hợp hóa vô cơ, không cần dạy nhiều. Theo tác giả, học cấp 4 là phải đi sâu, đi sát và đi cho hết cái bản chất của vấn đề, không cần số lượng, mà quan trọng là chất lượng. Vậy bài thực tập điều chế KMnO4 được tiến hành như thế nào. Sau đây là quy trình thực tập:
Nhận xét và bàn luận Thứ nhất là tại sao phải dùng MnO2 dưới dạng bột mịn. Khác với phản ứng trong dung dịch, nơi mà ion có thể tự do di chuyển, tiếp xúc trực tiếp để phản ứng, phản ứng pha rắn hoàn toàn khác về mặt kỹ thuật nhưng hoàn toàn tương đồng về mặt nguyên lý. Muốn có phản ứng thì trước tiên hai chất phải tiếp xúc với nhau đã, mà mức độ tiếp xúc phải là ở cấp độ nguyên tử như các ion trong dung dịch gặp nhau thì mới được, còn không thì có gia nhiệt (trừ phi chất rắn đó chảy lỏng ra), có bỏ them nhiều lượng chất hơn nữa thì cũng vô ích. Vì vậy trong phản ứng pha rắn, nguyên lý đầu tiên là tăng cường tối đa diện tích tiếp xúc, đây chính là lý do dùng MnO2 dưới dạng bột mịn, phải nói là càng mịn thì càng tốt. Thứ hai là tại sao phải đun KOH đến nóng chảy, theo trên thì nguyên nhân một phần là tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất. MnO2 thì không thể đun chảy trên bếp điện rồi, vì vậy cách duy nhất là đun KOH chảy ra rồi trộn MnO2 trong KOH nóng chảy. Vì vậy đũa sắt mới được dùng trong giai đoạn này (tại sao không dùng đũa thủy tinh), để khuấy trộn và phân bố MnO2 trong KOH nóng chảy. Thực ra phản ứng (a) xảy ra rất khiêm tốn, có nghĩa là phản ứng chỉ xảy ra trên bề mặt hạt MnO2 thôi, nêu hạt MnO2 mà càng lớn thì phản ứng xảy ra càng khiêm tốn hơn nữa, còn phía bên trong vẫn là MnO2, chỉ có một lớp rất mỏng bên ngoài là K2MnO4. Điều này giống y chang bột chiên vậy, chỉ có lớp vỏ ngoài bột chiên là vàng rộm, dày khoảng 1-2 mm, còn bên trong y nguyên. Phản ứng KOH nóng chảy với MnO2 cũng vậy, sau khi tạo thành một lớp áo K2MnO4 bên ngoài hạt MnO2, phản ứng sẽ dừng lại. Đây chính là giai đoạn mà các bạn sinh viên thực tập cực lắm, dùng đũa sắt ra sức nghiền, nén và tán hỗn hợp rắn ra. Nói thật, các bạn cố gắng lắm thì hiệu quả cũng chỉ cải thiện cũng chỉ là chút đỉnh (không quá 5%). Mấy cái nghiền trộn này chỉ có máy móc làm mới tốt, chỉ với đũa sắt và sức người, cực lắm mà hiệu quả chẳng bao nhiêu, có chăng là bạn hiểu được bạn đang cố gắng thay đổi cái gì, điều đó là quý lắm rồi. Gặp trường hợp đảo hoài mà hỗn hợp vẫn không khô, các bạn nên mừng chớ không nên buồn. Vì sao? Như đã nói trên, phản ứng có xảy ra được là do tiếp xúc giữa KOH nóng chảy và MnO2. Nếu hỗn hợp còn sệt có nghĩa là sự khuếch tán vẫn xảy ra, nếu bạn cố gắng nghiền, nén, và trộn thì bạn có nhiều cơ hội để bóc tách lớp áo K2MnO4 ra khỏi hạt MnO2, tạo điều kiện có KOH nóng chảy tiếp xúc với bề mặt mới của hạt MnO2. Tất nhiên là O2 thì luôn luôn hiện diện, phản ứng vẫn tiếp tục xảy ra. Bạn thấy, so với các bạn khác có hỗn hợp rắn đã đóng rắn, nghĩa là phản ứng đã chấm dứt, phản ứng của bạn còn xảy ra, nghĩa là bạn tạo ra K2MnO4 nhiều hơn trên cùng một lượng MnO2, hiệu suất phản ứng sẽ cao hơn, kết quả là bạn tổng hợp được KMnO4 nhiều hơn. Tuy nhiên trường hợp này xảy ra khi bạn dùng nhiều KOH so với lượng cho phép. Hay nói cách khác, bạn chơi ăn gian so với những người thực tập khác. Gặp trường hợp mới bỏ MnO2 vào KOH nóng chảy, chưa kịp đảo mà hỗn hợp đóng rắn mất tiêu. Đi thi mà gặp trường hợp này chỉ có khóc, tại vì hiệu suất rất thấp. Có hai cách: (1) xin làm lại, (2) ráng tán cho hỗn hợp nhuyễn ra (dùng búa đập cho hỗn hợp nát mịn ra rồi cho lên bếp đun tiếp. Còn không thì hẹn năm sau gặp lại. Có hai điều rất quan trọng về tổng hợp chất rắn vô cơ rút ra từ bài thực tập điều chế KMnO4:
Vậy thì nhiệt độ để làm cái gì mà không đề cập trong phản ứng pha rắn. Tác giả chưa để cập tới nhiệt độ chứ không phải không đề cập. Hai điều kiện rút ra ở trên chỉ là điều kiện cần thôi, chứ chưa đủ. Nhiệt độ là vế còn lại, cực kỳ quan trọng. Có rất nhiều phản ứng, nhiệt độ thấp quá thì không xảy ra, còn nhiệt độ cao quá thì xảy ra theo kiểu khác. Tổng hợp pha rắn nghệ thuật một phần nằm ở tìm ra nhiệt độ tổng hợp, phần còn lại là phương pháp và cách thức chọn hóa chất. Bài viết này không đi sâu vào vế phương pháp và kỹ thuật phản ứng, cái này không nói được, dạy được mà cần phải thực hành, học hỏi trực tiếp. Còn về nhiệt độ, nguyên tắc là nhiệt độ phản ứng cần thấp hơn nhiệt độ nóng chảy thấp nhấn của một trong các tác chất. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng áp dụng, bởi vậy người ta mới nói là phải thực hành mới nắm được hết các ngóc ngách của vấn đề. Ngồi không một chỗ, đọc và suy nghĩ là rất nguy hiểm. Ngay cả nhà khoa học lý thuyết còn phải liên kết với nhà khoa học thực nghiệm để kiểm chứng lại những gì mình nghiên cứu. Nguy hiểm nhất mà không làm nghiên cứu trên vấn đề mình giảng dạy mà vẫn đi giảng dạy những vấn đề mình không nghiên cứu. Bài viết này kết thúc ở đây. 24 Thursday Apr 2014
Posted in nhiểu xạ, tia X, tinh the ≈ Leave a comment
Như đã đề cập trong bài 1, tia X là sóng điện từ có bước sóng cỡ khoảng cách liên kết giữa các nguyên tử nên khi tia X đi qua bất kỳ một tập hợp nguyên (phân) tử nào (khí, lỏng hay rắn), nó sẽ bị tán xạ. Các tia X tán xạ nếu gặp điều kiện phù hợp sẽ giao thoa và tạo thành hiện tượng gọi là nhiễu xạ tia X. Bản chất của quá trình tán xạ tia X (và do đó là nhiễu xạ) là sự tương tác giữa thành phần dao động điện của tia X với điện tử của nguyên tử. Tương tác này dẫn đến phát sinh một điểm phát sóng điện từ tia X mới lan tỏa mọi phương trong không gian. Nếu nguyên tử có nhiều điện tử thì các tia X mới này sẽ giao thoa với nhau và làm cường độ tia X tán xạ trong không gian phụ thuộc vào góc tán xạ. Khả năng tán xạ tia X của nguyên tử được gọi là thừa số tán xạ nguyên tử (X-ray atomic scattering factor), và đại lượng này là một hàm phụ thuộc vào góc tán xạ.  Nếu tia X đi qua một tập hợp nguyên tử (khí, lỏng hay rắn), sự tán xạ tia X trên từng nguyên tử trong tập hợp đó sẽ giao thoa với nhau và tạo thành hiện tượng nhiễu xạ tia X. Hiện tượng nhiễu xạ tia X được ứng dụng để nghiên cứu trạng thái tập hợp của khí, lỏng và rắn. Thông thường, khi nói tới nhiễu xạ tia X, mọi người nghĩ ngay đến sự nhiễu xạ chỉ xảy ra cho chất rắn. Điều này không đúng, người ta ứng dụng nhiễu xạ để nghiên cứu cấu trúc của nước lỏng và cả khí nữa. Tuy nhiên trong bài viết này, tác giả chỉ bàn về quá trình nhiễu xạ trên chất rắn, mà chất rắn phải là chất rắn tinh thể. Phương trình quan trọng nhất trong nhiễu xạ tia X của chất rắn tinh thể là định luật Braggs l = 2dhklsinq Có rất nhiều tài liệu giải thích định luật Braggs, tác giả sẽ không muốn copy và dán (hay dịch từ tài liệu tiếng Anh) ở đây. Điều cần nói ở đây là sự vận dụng định luật Braggs để hiểu và thu thập các thông tin cơ bản về cấu trúc tinh thể của chất rắn. Sau đây là một số chi tiết cần lưu ý về định luật Braggs trong thực tế.
Lưu ý: Trong thực tế, ngoài nhiễu xạ tia X còn có nhiễu xạ neutron, electron. Ngay cả nhiễu xạ tia X còn có nhiều sự khác nhau về góc nhiễu xạ của cùng một chất rắn. Nguyên nhân là bước sóng nhiễu xạ tia X, từ định luật Braggs, ta thấy rằng với một chất rắn chỉ có dhkl là không đổi, nếu như ta thay đổi l, thì góc nhiễu xạ sẽ thay đổi theo. Nếu l càng nhỏ, thì góc nhiễu xạ 2q càng nhỏ. Vì vậy nếu nghiên cứu cấu trúc của một chất rắn bằng nhiều phương pháp nhiễu xạ khác nhau (neutron, synchrotron X-ray, lab X-ray), thay vì dùng góc nhiễu xạ 2q, người ta hay dùng giản đồ I(cường độ) – dhkl hay I(cường độ) – Q để so sánh các phổ nhiễu xạ từ các nguồn nhiễu xạ khác nhau. Ở đây Q = 4psinq/l. Phần sau đây sẽ bàn về một vài kiến thức cơ bản của phổ nhiễu xạ. Phổ nhiễu xạ chẳng có gì ghê gớm cả, về cơ bản phổ nhiễu xạ giống như phổ NMR, hay phổ IR lộn ngược lại và đọc phổ nhiễu xạ còn dễ hơn đọc phổ hồng ngoại hay NMR. Về cơ bản, phổ nhiễu xạ gồm có hai trục: Trục hoành biễu diễn góc nhiễu xạ, thông thường là 2q (sau này nếu các bạn có cơ hội làm nghiên cứu với synchrotron X-ray hay neutron, bạn có thể thấy trục hoành có thể được biểu diễn bằng d (khoảng cách ô mạng), Q (=4psinq/l) hay tof (time of flight, thời gian bay của neutron từ nguồn phát, đi qua tinh thể và tới cảm biến). Trục tung biểu diễn cường độ nhiễu xạ, thông thường, người ta dùng máy đếm photon (lượng tử ánh sang) để đếm số photon đập vào cảm ứng vì vậy đơn vị của cường độ nhiễu xạ là cps (count per second). Những gì chúng ta thấy trên phổ nhiễu xạ là một đường nền chạy cong cong góc đo nhiễu xạ bắt đầu và tới kết thúc. Đường nền này giống như một hàm logarit và trên đường cong đó, bạn sẽ thấy các mũi tên dài ngắn khác nhau nằm rải rải hay xen phủ lẫn nhau ở các vị trí khác nhau (theo một quy luật chứ không phải ngẫu nhiên). Đó là các mũi nhiễu xạ mà thuật ngữ khoa học của nó là mũi nhiễu xạ Bragg (Bragg reflection peak). Đường nền cong cong đó gọi là background, về nguyên tắc mà nói thì đường nền phải là một đường thẳng, không mang bất kỳ thông tin về cấu trúc tinh thể. Tuy nhiên thực tế thì đường nền là một đường cong cong như đã nói, tại vì nhiều nguyên nhân khác nhau, cơ bản là từ máy tia X, bản chất của sự nhiễu xạ tia X, và ngay cả bởi tia X nữa. Trong bài viết về phương pháp Rietveld, đặc biệt là phương pháp nhiễu xạ khuếch tán (pair distribution function) ta sẽ bàn kỹ hơn về đường nền. Ở đây ta nói là mũi nhiễu xạ Bragg. Có hai thông tin mà mũi nhiễu xạ Bragg mang lại: Vị trí mũi nhiễu xạ và cường độ mũi nhiều xạ. Vị trí mũi nhiễu xạ mang thông tin về mặt mạng nhiễu xạ và do đó là thông tin về ô mạng cơ sở. Từ vị trí các mũi nhiễu xạ trong phổ nhiễu xạ, quá trình indexing sẽ cho phép ta tìm và xác định ô mạng cơ sở, loại tinh thể, và ngay cả nhóm đối xứng không gian (nếu may mắn). Cường độ mũi nhiễu xạ mang thông tin về mật độ nguyên tử trong mặt mạng đó. Trong phần trên, vì sự tán xạ tia X xảy ra trên điện tử và cường độ tán xạ phụ thuộc vào sô điện tử của nguyên tử. Nếu nguyên tử càng có nhiều điện tử, cường độ tán xạ tia X sẽ mạnh hơn nguyên tử có ít điện tử. Vì vậy, nếu mật độ nguyên tử trong mặt mạng tinh thể đó càng lớn, thì cường độ mũi nhiễu xạ Bragg của mặt mạng tinh thể đó trong phổ nhiễu xạ càng lớn. Từ cường độ của các mũi nhiễu xạ và cộng them thông tin về ô mạng cơ sở, ta có thể xác định vị trí các nguyên tử trong ô mạng theo phương pháp Patterson, phương pháp Direct, hay charge flipping method. Một lần nữa, ta sẽ bàn về những phương pháp này trong các bài viết sau này. Các bạn thấy đó, phổ nhiễu xạ tia X chỉ có chừng đó, không hơn không kém. Việc các bạn cần làm khi đọc phổ nhiễu xạ là xác định vị trí các mũi nhiễu xạ bằng quá trình indexing. Với một chất rắn đã biết cấu trúc, điều này không có gì dễ hơn là lấy tờ giấy nháp ra, ngồi xuống. Vì bạn đã biết cấu trúc chất rắn đó nên bạn biết tất tần tật các thông số ô mạng tinh thể cơ sở (ví dụ như tinh thể muối ăn NaCl trong bài 3: tinh thể lập phương tâm mặt, a = b = c = 5.62 Å, a = b = g = 90° và vị trí các ion Na và Cl trong ô mạng). Trong ví dụ dưới đây, ta chưa cần dùng đến vị trí các ion Na và Cl trong ô mạng mà chỉ cần thông số ô mạng NaCl để indexing các mũi nhiễu xạ trong phổ nhiễu xạ của NaCl. Hình dưới đây là phổ nhiễu xạ của NaCl với tia X là Cu Ka có bước sóng l = 1.5406Å. Từ phổ nhiễu xạ NaCl, ta lập được bảng sau đây về thông tin các mũi nhiễu xạ;
Một nhận xét từ bảng mũi nhiễu xạ trên là cường độ các mũi nhiễu xạ có xu hướng giảm dần khi góc nhiễu xạ tăng tại vì thừa số tán xạ nguyên tử giảm dần theo góc nhiễu xạ như đã nói trên. Vì ta đã biết tinh thể NaCl có cấu trúc lập phương nên từ kiến thức về tinh thể học ta có phương trình sau dhkl = sqrt[a2/(h2+k2+l2)] (Note sqrt là square root hay căn bậc hai. h, k, l là chỉ số Miller của mặt mạng tinh thể). Từ định luật Braggs, l = 2dhklsinq, ta có l = 1.5406Å, ta có theta (q), a = 5.62Å, và dhkl = sqrt[a2/(h2+k2+l2)] ta sẽ tính được bảng sau:
Sau khi xác định được chỉ số Miller, ta đưa các chỉ số này vào phổ nhiễu xạ và kết thúc quá trình indexing. Nếu các bạn để ý rằng chỉ số Miller của các mũi nhiễu xạ trong phổ nhiễu xạ NaCl tuân theo quy luật là cùng chẳn hết hay cùng lẻ hết. Đây là quy luật nhiễu xạ của ô mạng lập phương tâm mặt. Dựa vào quy luật phân phối của các chỉ số Miller của các mũi nhiễu xạ trong phổ nhiễu xạ, và them một chút may mắn + kiên trì ta có thể xác định được nhóm đối xứng không gian và tiến tới tác định cấu trúc tinh thể của một chất rắn chưa biết. Note: Chú ý đến các mũi nhiễu xạ ở góc nhiễu xạ lớn hơn 40°, các bạn thấy rằng cạnh mũi lớn có mũi nhỏ liền kề với cường độ bằng một nửa mũi lớn. Đó là do bản chất gì của tia X phát sinh từ đồng (Cu)? Bài viết số 4 kết thúc ở đây. 20 Sunday Apr 2014
Posted in Biểu diễn cấu trúc, tinh the ≈ Leave a comment
Phần mềm vi tính cần thiết nhất theo quan điểm cá nhân của tác giả là phần mềm vẽ và minh họa cấu trúc. Có rất nhiều phần mềm như vậy trong hóa học bao gồm phần mềm có phí và miễn phí. Phần mềm vẽ và minh họa cấu trúc có phí nổi bật như Diamond, Atoms, CrystalMaker… và miễn phí như Vesta, Mercury, Gdis. Ngoài các phần mềm trên còn có nhiều phần mềm vẽ và minh họa cấu trúc chuyên biệt khác, khó cài đặt và sử dụng hơn, và được sử dụng trong hóa tính toán và hóa học lượng tử như Xcrysden, Atomeye…Bài viết này tập trung giới thiệu về phần mềm Vesta, mà theo quan điểm cá nhân của tác giả là phần mềm vẽ và biểu diễn cấu trúc đa năng nhất hiện nay trong số các phần mềm miễn phí và cả có phí. Các bạn nhấp vào chữ Vesta hay vào trang http://jp-minerals.org/vesta/en/download.html để tải phần mềm về. Phần mềm có ba phiên bản: Windows, Linux và Mac và cả ba phiên bản có chức năng giống nhau. Sau khi tải về, các bạn giải nén file Vesta_xxx.zip và nhấn vào file Vesta.exe để chạy phần mềm trực tiếp trên máy mà không cần cài đặt. Giao diện của phần mềm vesta khi chạy như trong hình sau Muốn vẽ và biểu diễn một cấu trúc tinh thể của một chất nào đó, người vẽ cần phải biết thông tin về cấu trúc tinh thể của chất đó (nhóm đối xứng không gian, thông số mạng, vị trí các nguyên tử trong ô mạng). Thông tin đó có thể tìm thấy ở dữ liệu cấu trúc tinh thể (đề cập trong bài viết số 2). Bây giờ các bạn hãy vào trang http://www.crystallography.net/new.html và nhấn vào Search và gõ vào ô Search by COD ID số 1000041 là số file của tinh thể NaCl và Enter để truy xuất tới thông tin của cấu trúc NaCl. Các bạn nhấn vào chữ CIF file để tải file 1000041.cif về máy. Từ phần mềm vesta, nhấn vào File/Open để truy xuất tới vị trí của file 1000041.cif, chọn 1000041.cif và nhấn open, Vesta sẽ vẽ cấu trúc NaCl như hình sau. Các bạn thấy ô vuông chính là ô mạng của NaCl. NaCl có mạng tinh thể lập phương tâm mặt (Fm-3m). Thông tin về mạng tinh thể của NaCl có thể truy xuất bằng 2 cách: (1). Từ vesta, các bạn dùng con chuột kéo để trên thanh ngang phía dưới cấu trúc của NaCl để kéo rộng vùng Output và kéo thanh trượt lên xuống các bạn sẽ thấy thông tin về cấu trúc tinh thể của NaCl, bao gồm space group Fm-3m (nhóm đối xứng không gian), thông số mạng (lattice parameters). (2). Bạn có thể dùng Word để mở file 1000041.cif, (nhớ chon all file), bạn sẽ thấy mọi thông tin về cấu trúc tinh thể của NaCl. Về cách tạo file CIF và đọc thông tin trong đó, xin hẹn vào một bài viết khác. Quay lại với Vesta, các bạn nhấn vào phần Object nằm sát bên khung biểu diễn cấu trúc, các bạn sẽ thấy thông tin về các nguyên tử trong cấu trúc. Hình cầu màu vàng là nguyên tử Na, hình cầu màu xanh là Cl với bán kính hình cầu tương ứng, bạn có thể thay đổi màu sắc, bán kính của từng nguyên tử, của từng nhóm nguyên tử nếu muốn. Nên nhớ bán kính này chỉ là bán kính hình cầu trong hình vẽ, không phải là bán kính ion. Bây giờ bạn nhấn vào phần Style nằm bên cạnh phần Object. Phần này rất quan trong, bởi vì nó cho phép thay đổi tất cả chọn lựa để biểu diễn cấu trúc. Các bạn chọn mục Properties, và một pop-up menu hiện ra, các bạn chọn vào mục Atoms. Ở đây các bạn có quyền thay đổi màu sắc, bán kính của từng nguyên tử. Tác giả thường dùng màu vàng cho ion kiềm và màu xanh lá cây cho ion halogen. Vì vậy ở đây, tác giả chỉ thay đổi bán kính Na từ 1.91 xuống 1.00 và Cl xuống 0.75. Sau khi thay đổi, bạn nhấn OK và thoát ra khỏi menu. Bước tiếp theo là biểu diễn sự phối trí của các nguyên tử Clo quanh Na và ngược lại. Các bạn chọn Edit/Bonds, một pop-up menu hiện ra như sau. Tiếp theo các bạn chọn New, và một mục liên kết sẽ xuất hiện. Vì NaCl có 2 nguyên tố nên sẽ chỉ có 1 loại liên kết, đó là liên kết giữa Na và Cl. Các bạn chọn A1 là Na, A2 là Cl, và khoảng cách liên kết tốt đa là 3.0 (xấp xỉ bằng tổng bán kính hai ion Na và Cl, trong hóa tinh thể, bán kính Shannon thường được dùng , các bạn nên nhớ trong đầu các bán kính ion thông thường vì điều này rất hữu ích. Các bạn có thể tham khảo bán kinh ion của các nguyên tố ở trang này: http://www.mrl.ucsb.edu/~seshadri/Periodic/). sau khi thay đổi xong khoảng cách liên kết, các bạn nhấn OK và khi các bạn quan sát cấu trúc NaCl, bạn nhận ra sự xuất hiện các nguyên tử Clo xung quanh các nguyên tử Na, và liên kết giữa chúng. Trong hóa học, khi nói tới phối trí, người ta hay nghĩ đến sự phối trị các ion âm quanh ion dương, có lẽ đây là lý do tại sao Vesta chỉ hoàn thành sự phối chỉ cho nguyên tử Na. Nếu hình biểu diễn vượt quá khung hình, bạn có thể nhấn vào nút + hay – để tinh chỉnh độ lớn của hình. Nếu bạn muốn thay đổi màu sắc liên kết… bạn vào Style/Properties/Bonds để thay đổi như trong phần thay đổi bán kính Atoms. Để minh họa sự phối trí của Clo quanh Na, bạn có thể dùng cách biểu diễn đa diện để làm nổi bật sự phối trí của Clo xung quanh Na. Trong phần Style, bạn chọn mục Polyhedra. Sau đó bạn có thể chọn chọn mục Style/Properties/Polyhedra để tinh chỉnh độ sáng tối, màu sắc, cách biểu diễn hình đa diện. Và bạn có thể dùng các mũi tên ở phía trên để xoay hình hay tiện hơn là dùng con chuột. Trên đây là một vài nét cơ bản khi dùng vesta để biểu diễn cấu trúc. Bằng cách biểu diễn bạn sẽ học rất nhiều về liên kết, đối xứng và cách phối trí của các nguyên tử. Các bạn tự khám phá thêm và đặt câu hỏi và sự giúp đỡ nếu cần thiết. 18 Friday Apr 2014
Posted in tinh the ≈ 2 Comments
Tinh thể là gì. Đối với các nhà khoáng học, đó là những chất rắn có các mặt và hình thù đối xứng. Ngày nay, tinh thể và chất rắn tinh thể được định nghĩa là chất rắn mà các thành phần cấu tạo (nguyên tử, phân tử, ion) sắp xếp theo một trật tự nhất định theo cả ba chiều trong không gian, ví dụ như tinh thể muối ăn. Ngành khoa học nghiên cứu cấu trúc tinh thể gọi là tinh thể học (crystallography). Phương pháp phổ biến ngày nay để nghiên cứu phân tích cấu trúc tinh thể là phương pháp nhiễu xạ (tia X, neutron). Để mô tả cấu trúc tinh thể, người ta cần biết: hệ tinh thể, nhóm đối xứng điểm (point group) nhóm đối xứng không gian (space group), và vị trị các nguyên tử trong tinh thể. Có 7 hệ tinh thể: tam tà (triclinic), đơn tà (monoclinic), trực thoi (orthorhombic), tứ phương (tetragonal), tam phương (trigonal), lục phương (hexagonal), và lập phương (cubic) Có 32 nhóm đối xứng điểm và 230 nhóm đối xứng không gian tương ứng cho 7 hệ tinh thể. Mỗi tinh thể khác nhau đều có cấu trúc tinh thể khác nhau. Mọi thông tin về cấu trúc tinh thể của một chất thu được bằng phương pháp nhiễu xạ được lưu giữ theo một định dạng thống nhất, đó là CIF (Crystallographic Information File). Một số trang web cần thiết cho thông tin về tinh thể học. 18 Friday Apr 2014
Posted in nhiểu xạ, tia X ≈ Leave a comment
Tia X được khám phá lần đầu bởi Wilhelm Röntgen vào năm 1895. Tia X là sóng điện từ có bước sóng từ 0.1 to 100 Angstrom (Å). Vì Röntgen chưa biết được nguồn gốc và bản chất của tia nên gọi đó là tia X Thí nghiệm nhiễu xạ tia X lần đầu thực hiện bởi Max von Laue và học trò vào năm 1912. Hai cha con nhà Bragg là người đầu tiên dùng tia X để nghiên cứu cấu trúc tinh thể. Cấu trúc tinh thể đầu tiên được xác định bởi tia X là tinh thể muối ăn, NaCl vào năm 1914. Nguồn gốc hình thành tia X Có hai cơ chế hình thành tia X. Cơ chế thứ nhất là sự phát sinh sóng điện từ năng lượng cao (tia X) khi một electron từ vân đạo ngoài dịch chuyển về vân đạo trống bên trong (lớp K hay L) được tạo ra khi bắn phá điện cực (bia) bằng dòng electron có năng lượng cao từ bên ngoài. Quá trình này gọi là huỳnh quang tia X, bước sóng tia X phát sinh cho mỗi nguyên tố là đặc trưng. Cơ chế thứ hai là sự phát sinh sóng điện từ khi electron có động năng rất lớn bị phanh hãm trong trường điện từ (của chính nguyên tự bị bắn phá hay của hệ bên ngoài). Khi bắn phá bia bằng dòng electron có năng lượng cao, tia X sẽ được tạo thành từ cả hai cơ chế. Cơ chế thứ nhất thường được dùng trong các máy phân tích nhiễu xạ trong phòng thí nghiệm. Cơ chế thứ hai thường được dùng để phát sinh tia X có bước sóng rất nhỏ, cường độ mạnh, tính hội tụ cao. Vì cơ chế này đòi hỏi phải phanh hãm electron nên tia X phát sinh bằng cơ chế này được gọi synchrotron X-ray bởi vì thiết bị để phanh hãm electron được gọi là synchrotron hay máy gia tốc. Ứng dụng của tia X Ứng dụng đầu tiên của tia X là chụp hình bởi tia X có tính xuyên thấu rất mạnh. Đây là cơ sở cho việc chụp X-quang y tế, kiểm tra hành lý. Ứng dụng trong khoa học đầu tiên của tia X là phân tích cấu trúc tinh thể. Tia X là sóng điện từ nên chúng sẽ nhiễu xạ khi đi qua các khe hẹp có độ hở khe xấp xỉ bước sóng tia X. Sự tán xạ mang theo thông tin về nguyên tố, vị trí của chúng. Đây là cơ sở cho phương pháp nhiễu xạ đơn tinh thể, đa tinh thể (bột), nhiễu xạ khuyếch tán. Tia X phát sinh từ cơ chế thứ nhất mang đặc trưng cho từng nguyên tố nên phương pháp phân tích huỳnh quang, hấp thụ tia X là cơ sở cho các phương pháp phân tích như EDS, XANES. |
