Trả lời nhanh
Để lắp mô hình tinh thể NaCl, em chọn hai loại quả cầu khác màu: loại nhỏ biểu diễn ion Na+, loại lớn biểu diễn ion Cl-. Xếp thành từng lớp lưới vuông, trong đó các ion trái dấu nằm xen kẽ, rồi chồng các lớp lệch nhau để mỗi ion được 6 ion trái dấu bao quanh. Đó là mạng tinh thể lập phương tâm mặt.
Chuẩn bị
Bài thực hành này thường gặp trong phần liên kết ion của Hoá học 10. Em cần chuẩn bị:
- Bộ mô hình tinh thể NaCl (quả cầu có lỗ, que nối hoặc lò xo) hoặc thay bằng bi nhựa/xốp, tăm tre, keo dán.
- Hai màu quả cầu khác nhau. Nếu tự làm, nên làm quả cầu Cl- to hơn quả cầu Na+.
- Tờ giấy kẻ ô vuông để đặt từng lớp cho thẳng hàng.
Vì sao Cl- phải lớn hơn? Ion Na+ mất 1 electron nên chỉ còn 2 lớp electron, bán kính khoảng 0,10 nm. Ion Cl- nhận thêm 1 electron nên có 3 lớp electron, bán kính khoảng 0,18 nm. Chọn kích thước đúng giúp mô hình phản ánh thực tế.
Tiến hành: chọn quả cầu và xếp từng lớp
- Chọn quả cầu. Quy ước ví dụ: quả cầu nhỏ màu vàng là Na+, quả cầu lớn màu xanh là Cl-. Màu sắc do em chọn, miễn là hai ion khác màu rõ ràng.
- Lớp thứ nhất (3 × 3). Đặt 4 góc và vị trí giữa là Na+, 4 vị trí giữa các cạnh là Cl-. Lớp này có 5 Na+ và 4 Cl-.
- Lớp thứ hai (3 × 3). Đổi ngược lại: 4 góc và vị trí giữa là Cl-, 4 vị trí giữa các cạnh là Na+. Lớp này có 5 Cl- và 4 Na+. Đặt lớp này lên lớp thứ nhất sao cho ion nào cũng nằm ngay trên ion trái dấu.
- Lớp thứ ba. Xếp giống lớp thứ nhất và đặt lên trên lớp thứ hai.
- Cố định. Nối các quả cầu bằng que hoặc dán lại. Que chỉ thể hiện lực hút tĩnh điện giữa ion trái dấu, không phải liên kết cộng hoá trị.
Hình dưới đây là một lớp ion nhìn từ trên xuống, em dùng để đối chiếu khi xếp.
Kiểm tra mô hình sau khi lắp
Mô hình 3 × 3 × 3 có tổng 27 ion, gồm 14 Na+ và 13 Cl-. Ion ở chính giữa khối là Cl-. Em kiểm tra các điểm sau:
- Ion Cl- ở chính giữa có 6 ion Na+ gần nhất: 4 ion cùng lớp, 1 ion ở lớp trên, 1 ion ở lớp dưới.
- Theo hàng ngang, hàng dọc và hàng đứng, các quả cầu luôn xen kẽ màu.
- Không có hai quả cầu cùng màu nào chạm nhau theo chiều ngang, dọc hay đứng.
Rút ra kết luận từ mô hình
| Nội dung | Kết quả |
|---|---|
| Số ion trái dấu quanh mỗi ion | 6 (Na+ có 6 Cl-, Cl- có 6 Na+) |
| Kiểu mạng tinh thể | Lập phương tâm mặt |
| Số ion trong một ô mạng cơ sở | 4 Na+ và 4 Cl- |
| Tỉ lệ số ion Na+ : Cl- | 1 : 1, ứng với công thức NaCl |
Em có thể tự kiểm chứng số ion trong ô mạng cơ sở. Với Cl-: 8 đỉnh × 1/8 + 6 mặt × 1/2 = 1 + 3 = 4. Với Na+: 12 cạnh × 1/4 + 1 tâm = 3 + 1 = 4.
Mô hình giúp giải thích tính chất nào?
- Nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 801 °C): mỗi ion bị 6 ion trái dấu hút, nên phải cấp nhiều năng lượng mới phá được mạng.
- Cứng nhưng giòn: khi tác dụng lực làm trượt một lớp ion, các ion cùng dấu đối diện nhau và đẩy nhau, tinh thể vỡ.
- Dẫn điện khi nóng chảy hoặc tan trong nước, không dẫn điện ở trạng thái rắn: khi rắn các ion bị giữ ở nút mạng, còn khi nóng chảy hoặc tan thì các ion di chuyển tự do.
Lỗi sai thường gặp
- Dùng hai quả cầu cùng cỡ rồi kết luận ion Na+ và Cl- bằng nhau. Cỡ quả cầu cần phản ánh Cl- lớn hơn Na+.
- Xếp cùng màu nằm cạnh nhau khiến mô hình không còn đúng bản chất tinh thể ion.
- Gọi NaCl rắn là “phân tử NaCl”. Thực tế, NaCl rắn là mạng tinh thể ion, không có phân tử riêng lẻ.
- Nhầm que nối với liên kết cộng hoá trị. Que chỉ biểu diễn lực hút tĩnh điện.
Bài luyện tập
Câu 1. Nếu xếp một lớp 3 × 3 như bước 2 thì có bao nhiêu Na+ và Cl-?
Đáp án: 5 Na+ và 4 Cl-.
Câu 2. Trong mô hình 3 × 3 × 3 ở trên, ion Na+ ở một đỉnh của khối có mấy ion Cl- gần nhất?
Đáp án: 3. Ion ở đỉnh chỉ có 3 láng giềng gần nhất vì nằm ở rìa mô hình. Trong tinh thể thật rất lớn thì mỗi ion đều có 6 láng giềng.
Câu 3. Vì sao tinh thể NaCl trung hoà về điện dù được tạo từ các ion?
Đáp án: Số ion Na+ (mang +1) bằng số ion Cl- (mang −1) theo tỉ lệ 1 : 1, nên tổng điện tích bằng 0.
Câu hỏi thường gặp
Mô hình tinh thể NaCl dùng mấy loại quả cầu?
Dùng hai loại quả cầu khác màu: một loại cho ion Na+ và một loại cho ion Cl-. Nên làm quả cầu Cl- lớn hơn vì bán kính ion Cl- lớn hơn Na+.
Trong tinh thể NaCl, mỗi ion được bao quanh bởi bao nhiêu ion trái dấu?
Mỗi ion Na+ có 6 ion Cl- gần nhất bao quanh và ngược lại, mỗi ion Cl- có 6 ion Na+ gần nhất bao quanh.
Một ô mạng cơ sở của NaCl chứa bao nhiêu ion?
Chứa 4 ion Na+ và 4 ion Cl-, tức 4 đơn vị NaCl, tính được bằng cách chia phần đóng góp của các ion ở đỉnh, mặt, cạnh và tâm.
Vì sao tinh thể NaCl giòn và có nhiệt độ nóng chảy cao?
Lực hút tĩnh điện giữa các ion trái dấu rất mạnh nên cần nhiều năng lượng để phá mạng. Khi lớp ion trượt, ion cùng dấu đối nhau sẽ đẩy nhau làm tinh thể vỡ.