Классификация материалов по признакам состава и структуры. Периодическая система. Задача: предсказание свойств новых материалов по известным справочным. - презентация

1 Классификация материалов по признакам состава и структуры. Периодическая система. Задача: предсказание свойств новых материалов по известным справочным характеристикам образующих их атомов «Химический дизайн» материалов Неэмпирические предсказания – расчет из электронной структуры Вещества методами квантовой химии Эмпирические и полуэмпирические – по химической аналогии (периодический закон), параметрам ионной, В-д-В и металлической связи, кристаллохимическим радиусам,…

2 Электронная структура и некоторые свойства атомов по группе: IIA подгруппа эл. конф.ат. ра- диус (нм) I 1, ВT пл, о С Be[He]2s , Mg[Ne]3s , Ca[Ar]4s , Sr[Kr]5s , Ba[Xe]6s ,212718

3 по (части) периода 3d элементы эл. конф.ат. ра- диус (нм) I 1, ВT пл, о С Sc[Ar]3d 1 4s Ti[Ar]3d 2 4s V[Ar]3d 3 4s Cr[Ar]3d 5 4s Mn[Ar]3d 5 4s Fe[Ar]3d 6 4s Co[Ar]3d 7 4s Ni[Ar]3d 8 4s Cu[Ar]3d 10 4s Zn[Ar]3d 10 4s

4 эл. конф.ат. рад.I 1, ВT пл, о Сст.окисл., цвет R 3+ aq Y[Kr]4d 1 5s б/ц La[Xe]5d 1 6s б/ц Ce[Xe]4f 2 6s ,+4 б/ц Pr[Xe]4f 3 6s ,(+4) жел-з. Nd[Xe]4f 4 6s фиол. Pm[Xe]4f 5 6s роз. Sm[Xe]4f 6 6s ,(+2) жел. Eu[Xe]4f 7 6s ,+2 б/ц Gd[Xe]4f 7 5d 1 6s б/ц Tb[Xe]4f 9 6s ,+4 б/ц Dy[Xe]4f 10 6s ,(+4) жел-з. Ho[Xe]4f 11 6s кор.-жел. Er[Xe]4f 12 6s роз. Tm[Xe]4f 13 6s ,(+2) бл.-зел Yb[Xe]4f 14 6s ,+2 б/ц Lu[Xe]4f 14 5d 1 6s б/ц РЗЭ (4f эл. + Y)

5 Лантаноидное сжатие, пары 4d – 5d элементов ат. радиус (нм) Y0.181Ru0.133 La0.187Os0.135 Zr0.160Rh0.134 Hf0.159Ir0.136 Nb0.145Pd0.137 Ta0.146Pt0.138 Mo0.139Ag0.144 W0.140Au0.144 Tc0.136Cd0.156 Re0.137Hg0.160

6 Эмпирические атомные характеристики Радиусы, модель жестких шаров r AB >r 0 => E AB = f(r AB ) возрастающая, r 0 => E AB = r AB = r A + r B Для ненаправленной связи (ионная, металлическая, В-д-В) r A и r B – ~константы для частиц A и B

7 Системы ионных радиусов R A (табл) + R B (табл) R AB (эксп.) 1. Критерий Ланде 2. Система Гольдшмидта (из рефрактометрических данных Вазашерны R O2- =0.132 нм R F- =0.133 нм) Уточнение Беловым и Бокием: R O2- =0.136 нм 3. Система Полинга R[X]+ и R[X]- обратно проп. зарядам ядер с учетом экранирования R F- =0.136 нм 4. Система Шеннона и Прюитта контакт ионов - min электронной плотности между атомами R F- =0.115 нм

8

9 Кристаллические структуры как кладки шарообразных атомов два шаровых слоя ГПУ ГЦК Дефекты упаковки в ПШУ Кристалл AX сфалерит(ZnS) NaCl CsCl увеличение R A /R X

10 Оценка энергии образования кристаллов Ковалентная связь – квантовохимический расчет Ионная связь ф-ла Борна – Майера ф-ла Капустинского Ван-дер-Ваальсова связь E отт = b/r 12 (Леннард-Джонс) или b exp(-r/ ) Металлическая связь