Chương 1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU
Mục tiêu:
Để thấy được bản chất dẫn điện và cách điện của vật liệu, chúng ta cần nắm vững khái niệm về cấu tạo vật chất cũng như sự hình thành các phần tử mang điện trong vật liệu.
I. CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU
1. Cấu tạo nguyên tử
Nguyên tử là một hệ thống gồm hạt nhân mang điện dương và các điện tửmang điện âm chuyển động xung quanh.
Hạt nhân được cấu tạo từ những hạt proton, nơtron. Như vậy, nguyên tử gồm các hạt cơ bản: điện tử, prôton, nơtron.
Nếu lấy khối lượng tĩnh của điện tử là 9,107.10-28g, với điện tích là 1,6.10-19culông làm đơn vị để so sánh, thì khối lượng và điện tích của các hạt cơ bản trong nguyên tử theo bảng 1 – 1:
Kích thước của hạt nhân khoảng 10-8 µm, của nguyên tử khoảng 10-4410-3µm.
Nếu hình dung nguyên tử được phóng đại thành quả cầu lớn như trái đất thì hạt nhân được xem như quả cầu có đường kính 60m.
Ở trạng thái bình thường, nguyên tử trung hoà điện, vì vậy số lượng próton và éléctron bằng nhau. Đó cũng chính là số thứ tự nguyên tử Z trong bảng tuần hoàn Menđêlčep.
Với cùng số lượng prôton và điện tử như nhau, hạt nhân có thể chứa số lượng nơtron khác nhau và tạo thành chất đồng vị của cùng một nguyên tố hoá học. Hầu hết các nguyên tố có trên trái đất, thực chất là hỗn hợp của những đồng vị khác nhau. Ví dụ: Clo với nguyên từ lượng 35,457 là hỗn hợp của hai loại đồng vị với nguyên tử lượng 35 và 37.
Khi nguyên từ mất điện tử thì trở thành ion dương, ngược lại khi nhận thêm điện tử thì trở thành ion âm.
2. Các dạng liên kết
Vật chất được cấu tạo từ nguyên tử, phân tử hoặc ion theo các dạng liên kết sau đây:
2.1. Liên kết Vandec Vanx
Liên kết Vandec – Vanx sinh ra do tương tác giữa những điện tử ngoài cùng của các nguyên tử trên những khoảng cách lớn, khi các “đám mây” điện tử chưa tiếp xúc lẫn nhau. Lực liên kết Vandec – Vanx có trị số rất nhỏ (tỷ lệ nghịch với r7, r là khoảng cách giữa các nguyên tử). Dạng liên kết này thể hiện rõ nhất giữa các nguyên tử thuộc nhóm khí trơ. Phân tử có dạng liên kết này có nhiệt độ nóng chảy và độ bến cơ thấp như parafin.
2.2. Liên kết đồng hoá trị
Liên kết đồng hoá trị được đặc trưng bởi sự góp chung những điện tử của các nguyên tử trong phân tử. Khi đó mật độ đám mây điện tử giữa các hạt nhân trở thành bão hòa, liên kết phân tử bền vững.
Lấy cấu trúc của phân tử cho làm ví dụ. Phân tử clo (Cl2) gồm 2 nguyên tửclo, mỗi nguyên tử clo có 17 điện tử, trong đó 7 điện tử hoá trị ở lớp ngoài cùng.
