《工程科技过滤净化水用铜锌合金的价键电子结构研究硕士论文答辩.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程科技过滤净化水用铜锌合金的价键电子结构研究硕士论文答辩.pptx（103页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1工程科技过滤净化水用铜锌合金的价键电工程科技过滤净化水用铜锌合金的价键电子结构研究硕士论文答辩子结构研究硕士论文答辩内容摘要容摘要一一二二三三四四 序言金属间化合物简介EET理论简介净化水用铜锌合金的价键电子结构计算五五六六净水后产物的价键电子结构计算结果分析及讨论七七结论第1页/共102页第一章第一章 序言序言1、铜锌合金滤料净水技术的原理、铜锌合金滤料净水技术的原理及研究现状及研究现状2、未来发展趋势、未来发展趋势3、本文研究的内容、目的及意义、本文研究的内容、目的及意义1.11.11.21.21.31.3第2页/共102页2007年2008年2009年1.1铜锌合金滤料净水技术的
2、原理及研究现状背景全国废水排放总量年际变化556.8亿吨572亿吨589.2亿吨第3页/共102页铜锌合金滤料净化水处理工艺不产生二次污染使用寿命长高温下仍有效经反冲洗后可循环使用 处理水的费用低廉第4页/共102页市面上的市面上的KDF颗粒大小：0.1452.00mm堆积密度：2.42.9g/cm3 除余氯、可溶性重金属颗粒大小：0.1492.00mm堆积密度：2.22.7g/cm3除铁和硫化氢 第5页/共102页KDF净水原理净水原理铜锌原电池（丹尼尔电池）铜锌原电池（丹尼尔电池）平衡平衡标准电位（伏）标准电位（伏）+0.3370.000-0.126-0.440-0.763-2.370第6
3、页/共102页第7页/共102页KDF净水时的微观结构净水时的微观结构第8页/共102页去除杂质时发生的化学反应去除杂质时发生的化学反应（1 1）除余氯）除余氯第9页/共102页（2 2）除重金属）除重金属去除杂质时发生的化学去除杂质时发生的化学反应反应（3）除硫化氢第10页/共102页第一章第一章 序言序言1、铜锌合金滤料净水技术的原理、铜锌合金滤料净水技术的原理及研究现状及研究现状2、未来发展趋势、未来发展趋势3、本文研究的内容、目的及意义、本文研究的内容、目的及意义1.11.11.21.21.31.3第11页/共102页1.2 未来发展趋势未来发展趋势基于反冲洗技术的改进多元合金滤料开发
4、（Cu-Zn-Si等）超细型合金粉末材料的制备及应用 321321第12页/共102页第一章第一章 序言序言1、铜锌合金滤料净水技术的原理、铜锌合金滤料净水技术的原理及研究现状及研究现状2、未来发展趋势、未来发展趋势3、本文研究的内容、目的及意义、本文研究的内容、目的及意义1.11.11.21.21.31.3第13页/共102页1.3 本文研究的内容、目的及意义本文研究的内容、目的及意义 KDF KDF滤料得到广泛的应用，有以下几个原因：滤料得到广泛的应用，有以下几个原因：（1 1）是好的还原剂，（）是好的还原剂，（2 2）除水中的余氯，）除水中的余氯，（3 3）除去多种重金属离子，（）除去多
5、种重金属离子，（4 4）减少藻类和细）减少藻类和细菌的繁殖。但是，不管它有多少种优点，也不可菌的繁殖。但是，不管它有多少种优点，也不可能是没有缺点的，其净水效率很多情况下也是依能是没有缺点的，其净水效率很多情况下也是依赖于条件，而且这种滤料在使用多年后，仍然只赖于条件，而且这种滤料在使用多年后，仍然只是依赖于感觉和经验，对它的结构和性能的研究是依赖于感觉和经验，对它的结构和性能的研究还太少，所以，还太少，所以，在不了解一种材料的微观结构的在不了解一种材料的微观结构的在不了解一种材料的微观结构的在不了解一种材料的微观结构的背景下，期望能让它发挥出最好的净水效果也是背景下，期望能让它发挥出最好的净
6、水效果也是背景下，期望能让它发挥出最好的净水效果也是背景下，期望能让它发挥出最好的净水效果也是非常困难的事情。非常困难的事情。非常困难的事情。非常困难的事情。第14页/共102页n n在电子结构方面，采用余瑞璜的固体与分子经验电子理论的方法，计算铜锌合金滤料及其净化水后产物的晶体电子结构，为为铜锌合金滤料净化水的技术及对合金滤料铜锌合金滤料净化水的技术及对合金滤料的研究提供理论依据，并在此理论和前人的研究提供理论依据，并在此理论和前人实验总结的基础上提出提高其净水效率的实验总结的基础上提出提高其净水效率的措施。措施。所以，理论的研究与实际使用的结合也必能给KDF未来的应用提供全新的形式。第15
7、页/共102页第二章第二章 金属间化合物简介金属间化合物简介 1、晶体学基础、晶体学基础 2、合金相结构、合金相结构2.12.12.22.2第16页/共102页2.1 晶体学基础晶体学基础n n晶胞晶胞：7大晶系，14种布拉菲点阵 本文中所涉及到的晶系和布拉菲点阵结构有：面心立方、体心立方、密排六方等。n n32种点群和空间群种点群和空间群 点群是晶体中所有点对称元素的一个集合。在宏观上点群表现为晶体外形的对称。第17页/共102页第二章第二章 金属间化合物简介金属间化合物简介 1、晶体学基础、晶体学基础 2、合金相结构合金相结构2.12.12.22.2第18页/共102页2.2 合金相结构合
8、金相结构固溶体固溶体中间相中间相置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体正常价化合物正常价化合物电子化合物电子化合物与原子尺寸因素有关与原子尺寸因素有关 的化合物的化合物合金第19页/共102页第三章第三章 EET理论简介理论简介 1、理论中涉及的相关概念、理论中涉及的相关概念 2、理论的四个基本假设、理论的四个基本假设 3、键距差分析法、键距差分析法3.13.13.23.23.33.3第20页/共102页 1978 年，余瑞璜在能带理论、价键理论、电子浓度理论的基础上，针对现代固体物理，尤其是金属电子理论中的一些矛盾，提出“固体与分子经验电子理论”(EET)和计算电子结构的“键距差(BLD)
9、法”。主要内容包括原子状态假设、不连续状态杂化假设、键距假设、等效价电子假设。EET理论的提出第21页/共102页n nEET是以确定晶体内各原子的状态为基础，描述晶体价电子结构的理论。n n若晶体结构的点阵参数已知n n余氏理论能给出晶体中键络上的电子分布和原子所处的状态n n用来计算晶体的结合能、熔点、高压相变和转变压强、合金相图等，都与实际符合得很好。EET理论简介第22页/共102页3.1 理论中涉及的相关概理论中涉及的相关概念念n n磁电子：用nm来表示，记为“”。是一种非组成共价键的原子，在价层中占据单轨道，如果原子间发生结合，它负责保持在原始原子内不被公有化。n n哑对电子：用n
10、d表示，记为“”或“”。也是一种非组成键原子，只不过它在价层中时占据满轨道。不参与原子间的结合，在原始原子内也不被公有化，但对其他原子的结合行为具有影响作用。第23页/共102页n n共价电子:用nc表示，记为“”。是参与成键的原子的提供的价电子，可以邻近单占据轨道上自旋方向相反的电子组合成对，它们配对后共同占据公有的原子轨道。n n晶格电子：用nl表示，记为“”，表示满轨道占据，或“”表示轨道单占据。不处于两原子组成的共价键上，也不在它们归属的原子内，而是存在于3个或者3个以上的原子所围成的空间里。第24页/共102页n n单键半距：用R(1)表示。将两个相同的原子组成的共价单键（A-A或B
11、-B）的键长的一半取为定值，成为原子A或者B的单键半距。n n总价电子数：用“nT”表示。共价电子数和晶格电子数的加和即总价电子数。n n杂阶：在某种杂化状态下所能具有的各种不同的稳定杂化的原子杂化态 第25页/共102页n n等效电子：用“”表示。指原子轨道上的部分电子，脱离轨道，以至于其对共价键键距的影响作用与更外层的s或p轨道上的电子影响作用相当，称这种对共价键键距的贡献等效于s、p电子的d电子为等效电子。n n等同键：用I表示。指在计算晶胞内由同一等效位置同一种元素的原子形成的等键距的共价键。第26页/共102页第三章第三章 EET理论简介理论简介 1、理论中涉及的相关概念、理论中涉及
12、的相关概念 2、理论的四个基本假设理论的四个基本假设 3、键距差分析法、键距差分析法3.13.13.23.23.33.3第27页/共102页关于晶体中原子状态的假设关于晶体中原子状态的假设 l l晶体中的某个原子通常是由h和t态杂化而成，其中至少有一个在基态或靠近基态的激发态，h态和t态各拥有不同的nT、nc、nl和R(1)。l lEET理论中，由于h态和t态中s、p、d轨道上的成分是已知的，只要知道参与杂化的h态和t态的成分，对于确定杂化过程中的s、p、d轨道的成分就知道了。h态和t态的所有成分可根据所讨论的晶体的空间群资料，用键距差方法（即BLD，Bond length Differenc
13、e）计算获得。第28页/共102页关于不连续状态杂化的假设关于不连续状态杂化的假设 n n在某种特定情况下，状态杂化是不连续的。在在某种特定情况下，状态杂化是不连续的。在EETEET中引入参数，若用中引入参数，若用C Ch h和和C Ct t分别表示在分别表示在h h态和态和t t态杂化过程中的成分，对于大部分结构来说：态杂化过程中的成分，对于大部分结构来说：n n在在h h态，态，C Ct t=0=0，k=k=；在；在t t态，态，C Ct t=1=1，k=0 k=0 第29页/共102页n n式中式中l l，mm，n n；l l，mm，n n表示表示h h态和态和t t态中的态中的s s，
14、p p，d d轨道上的电子数；轨道上的电子数；的取值由的取值由s s电子而定，电子而定，s s电子为电子为n nc c，=1=1，s s电子为电子为n nl l，=0=0。如果。如果h h态态上所有的价电子都由上所有的价电子都由n nl l组成，由于组成，由于l+m+n=0l+m+n=0，上，上述公式不适用。此时，可用如下公式计算：述公式不适用。此时，可用如下公式计算：第30页/共102页关于键距的假设关于键距的假设 n nEETEET理论中将组成共价键的两个原子间的距离称理论中将组成共价键的两个原子间的距离称为键距。为键距。第31页/共102页关于等效电子的假定关于等效电子的假定 n n对于
15、B族过渡金属元素即In、Ga、Tl来说，这些原子外层d电子有一部分会远离原子，导致它们对原子间的共价键影响减小，几乎等效于最外层s或p电子对共价键的影响作用。但这些等效的d原子对晶体结合能及其相角分布仍保留原来特性，只不过它们对共价键键能的作用有所不同。第32页/共102页第三章第三章 EET理论简介理论简介 1、理论中涉及的相关概念、理论中涉及的相关概念 2、理论的四个基本假设、理论的四个基本假设 3、键距差分析法键距差分析法3.13.13.23.23.33.3第33页/共102页先据晶体结构资料求出实验键距先据晶体结构资料求出实验键距再求理论键距再求理论键距第34页/共102页等同键数计算
16、求出各条键上的共价电子数求出各条键上的共价电子数n nB B，n nC C，将代入理论键距公式计算出理论键距值将代入理论键距公式计算出理论键距值n nA A方程方程第35页/共102页键距差判据键距差方法给出的计算结果中，满足键判据的结果往往不止一个，即出现多重解问题，因此还需通过一些经验的方法来进一步确定选取何种原子状态。张瑞林给出了一些经验方法作参考，但本文所讨论的晶体价电子结构中，选取键距差最小的杂阶组合，即值最小的原子状态，因为这是理论键距和实验键距符合最好的。第36页/共102页第四章第四章 净化水用铜锌合金净化水用铜锌合金的价键电子结构计算的价键电子结构计算 1、Cu（空间群（空间
17、群No.225）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 2、Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 3、CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电）的价键电子结构计算子结构计算 4、CuZn3（空间群（空间群No.174）的价键）的价键电子结构计电子结构计 算算 4.14.14.24.24.34.34.44.4第37页/共102页4.1 Cu4.1 Cu（空间群（空间群（空间群（空间群No.225No.225）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 Cu的晶体结构资料：Cu Cu的空间群为的空间群为Fm3mFm3m（
18、No.225No.225），为面心立方），为面心立方结构。结构。CuCu是处于是处于4a4a位置的原子，晶体学坐标为位置的原子，晶体学坐标为（0,0,00,0,0），金 属），金 属C uC u的 实 验 晶 格 常 数 为的 实 验 晶 格 常 数 为0.36170nm0.36170nm。晶胞内原子等效位置及坐标参数如下表所示。晶胞内原子等效位置及坐标参数如下表所示。AtomSiteX YZCu4a000第38页/共102页CuCu的晶胞结构图的晶胞结构图的晶胞结构图的晶胞结构图第39页/共102页4.1 Cu4.1 Cu（空间群（空间群（空间群（空间群No.225No.225）的价键电子结
19、构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算aBondDna/nmIaA4a-Cu4a-Cu 0.2557612B4a-Cu4a-Cu 0.361706C4a-Cu4a-Cu 0.4429924CuCu晶胞的键络分布晶胞的键络分布第40页/共102页4.1 Cu4.1 Cu（空间群（空间群（空间群（空间群No.225No.225）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算CuCu的价键电子结构计算结果的价键电子结构计算结果第41页/共102页4.1 Cu4.1 Cu（空间群（空间群（空间群（空间群No.225No.225）的价键电子结构
20、计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算键能的计算n n在双原子分子中，在双原子分子中，键能是指将分子离解成为单键能是指将分子离解成为单个的原子时所需要的离解能。个的原子时所需要的离解能。通常来自通常来自2 2个成键个成键的原子在其强烈的相互作用区里所出现的已成的原子在其强烈的相互作用区里所出现的已成键的价电子的集中。键的价电子的集中。n n计算计算同种原子的共价键同种原子的共价键的键能，余氏给出了计的键能，余氏给出了计算公式算公式 ：第42页/共102页对原子进行等效还原后数值如下：对原子进行等效还原后数值如下：Atomlmnlmn gb/KJ.nm.mol-1Cu1
21、051060118.625Cu的乙种原子状态参数第43页/共102页对于由两个不同的原子对于由两个不同的原子u u和和v v形成的共价键键能计算，形成的共价键键能计算，徐万东等推到出了其计算公式徐万东等推到出了其计算公式：第44页/共102页第四章第四章 净化水用铜锌合金净化水用铜锌合金的价键电子结构计算的价键电子结构计算 1、Cu（空间群（空间群No.225）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 2、Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 3、CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电）的价键电子结构计算子结构计算 4、CuZn3（空间群（空间群No.
22、174）的价键）的价键电子结构计电子结构计 算算 4.14.14.24.24.34.34.44.4第45页/共102页4.2 Zn4.2 Zn（空间群（空间群（空间群（空间群No.194No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 AtomSiteX YZZn2c1/32/31/4 晶体结构资料Zn的空间群为（No.194），为密排六方结构，c/a=1.86。金属Zn的实验晶格常数为a=0.26647nm,c=0.49469nm。单胞内原子等效位置及坐标参数如表所示 第46页/共102页Zn的晶胞结构图的晶胞结构图第47页/共102页4.2 Zn
23、4.2 Zn（空间群（空间群（空间群（空间群No.194No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算aBondDna/nmIaAZnZn0.266476BZnZn0.291296CZnZn0.494692ZnZn晶胞的键络分布晶胞的键络分布第48页/共102页ZnZn（空间群（空间群No.194No.194）的价电子结构）的价电子结构 Zn Zn原子还原后的状态参数原子还原后的状态参数 Atomlmnlmn gb/KJ.nm.mol-1Zn2220121014.10931Zn的原子状态参数第49页/共102页第四章第四章 净化水用铜锌合金净化水用
24、铜锌合金的价键电子结构计算的价键电子结构计算 1、Cu（空间群（空间群No.225）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 2、Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 3、CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电）的价键电子结构计算子结构计算 4、CuZn3（空间群（空间群No.174）的价键）的价键电子结构计电子结构计 算算 4.14.14.24.24.34.34.44.4第50页/共102页4.3 CuZn4.3 CuZn（空间群（空间群（空间群（空间群No.221No.221）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结
25、构计算 n n晶体结构资料：n nCuZnCuZn的空间群为的空间群为Pm3mPm3m（No.221No.221），为体心立方结），为体心立方结构，电子浓度构，电子浓度e/a=3/2e/a=3/2。CuCu是处于是处于1a1a位置的原子，位置的原子，晶体学坐标为（晶体学坐标为（0,0,00,0,0），），ZnZn是处于是处于1b1b位置的原子，位置的原子，晶体学坐标为（晶体学坐标为（1/2,1/2,1/21/2,1/2,1/2），金属间化合物），金属间化合物CuZnCuZn的实验晶格常数为的实验晶格常数为0.2959nm0.2959nm。n n单胞内原子等效位置及坐标参数如下表所示单胞内原子等
26、效位置及坐标参数如下表所示 ：AtomSiteX YZCu1a000Zn1b1/21/21/2第51页/共102页CuZn的晶胞结构图的晶胞结构图第52页/共102页CuZnCuZn的键络分布的键络分布aBondDna/nmIaA1a-Cu1b-Zn0.2562616B1b-Zn1b-Zn0.29596C1a-Cu1a-Cu0.29596D1a-Cu1a-Cu0.4184712E1a-Cu1b-Zn0.4906948CuZnCuZn的原子状态参数的原子状态参数Atomlmnlmn gb/KJ.nm.mol-1Cu1050106018.62500Zn2220121014.10931第53页/共1
27、02页CuZnCuZn的价电子结构计算结果的价电子结构计算结果第54页/共102页第四章第四章 净化水用铜锌合金净化水用铜锌合金的价键电子结构计算的价键电子结构计算 1、Cu（空间群（空间群No.225）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 2、Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 3、CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电）的价键电子结构计算子结构计算 4、CuZn3（空间群（空间群No.174）的价键电）的价键电子结构计子结构计 算算 4.14.14.24.24.34.34.44.4第55页/共102页4.4 CuZn34.4 CuZn3（空间
28、群（空间群（空间群（空间群No.174No.174）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 n n晶体结构资料：n nCuZn3CuZn3的空间群为的空间群为P6P6（No.174No.174），为密排六方结），为密排六方结构，电子浓度构，电子浓度e/a=7/4e/a=7/4。其实验晶格常数。其实验晶格常数a=b=0.4275nma=b=0.4275nm，c=0.2590nmc=0.2590nm。其中，位于。其中，位于1d1d的的CuCu原子占满率为原子占满率为0.70.7，尚有，尚有30%30%的空缺。的空缺。n n单胞内原子等效位置及坐标参数如下表所
29、示单胞内原子等效位置及坐标参数如下表所示 ：AtomSiteX YZZn11a000Cu1d1/32/31/2Zn21f2/31/31/2第56页/共102页CuZn3的晶胞结构图的晶胞结构图第57页/共102页CuZnCuZn3 3的的键键络络分分布布a aBondBondD Dnana/nm/nmI Ia aA A1f-Zn1f-Zn1d-Cu1d-Cu0.246570.246573 3B B1f-Zn1f-Zn1d-Cu1d-Cu0.247310.247311 1C C1a-Zn1a-Zn1a-Zn1a-Zn0.2590.2592 2D D1f-Zn1f-Zn1f-Zn1f-Zn0.25
30、90.2592 2E E1d-Cu1d-Cu1d-Cu1d-Cu0.2590.2591 1F F1d-Cu1d-Cu1a-Zn1a-Zn0.278510.278518 8G G1a-Zn1a-Zn1f-Zn1f-Zn0.278510.278511212H H1f-Zn1f-Zn1d-Cu1d-Cu0.35760.35766 6I I1f-Zn1f-Zn1d-Cu1d-Cu0.358120.358123 3J J1a-Zn1a-Zn1a-Zn1a-Zn0.427490.427496 6K K1f-Zn1f-Zn1f-Zn1f-Zn0.427490.427496 6L L1d-Cu1d-Cu1d-
31、Cu1d-Cu0.427490.427494 4M M1a-Zn1a-Zn1f-Zn1f-Zn0.460140.460141212N N1d-Cu1d-Cu1a-Zn1a-Zn0.460140.460148 8O O1d-Cu1d-Cu1f-Zn1f-Zn0.493140.493141 1P P1f-Zn1f-Zn1d-Cu1d-Cu0.493890.493893 3Q Q1a-Zn1a-Zn1a-Zn1a-Zn0.499830.499831212R R1f-Zn1f-Zn1f-Zn1f-Zn0.499830.499831212S S1d-Cu1d-Cu1d-Cu1d-Cu0.499830.4
32、99838 8第58页/共102页CuZn3CuZn3CuZn3还原后的原子状态参数还原后的原子状态参数还原后的原子状态参数还原后的原子状态参数还原后的原子状态参数还原后的原子状态参数Atomlmnlmn gb/KJ.nm.mol-1Cu1040007018.62500Zn2220121014.10931 注意：在使用双原子分子键能计算公式时，注意：在使用双原子分子键能计算公式时，B B、F F要要 加入相应的权重加入相应的权重第59页/共102页CuZn3CuZn3的价电子结构计算结果的价电子结构计算结果第60页/共102页第五章第五章 过滤净化水用铜锌合金净水过滤净化水用铜锌合金净水后产物
33、的价键电子结构计算后产物的价键电子结构计算 1、Cl2（空间群（空间群No.64）的价键电子结）的价键电子结构计算构计算 2、CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 3、ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电）的价键电子结构计算子结构计算 4、晶体结合能计算、晶体结合能计算 5.15.15.25.25.35.35.45.4第61页/共102页5.1 Cl5.1 Cl2 2（空间群（空间群（空间群（空间群No.64No.64）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 AtomSiteX YZCl8f00.130.1
34、 晶体结构资料Cl2的空间群为Cmca（No.64），通常以分子形式存在。其的实验晶格常数为a=0.629nm,b=0.45nm，c=0.821nm。单胞内原子等效位置及坐标参数如表所示 第62页/共102页Cl2的晶胞结构图的晶胞结构图第63页/共102页aBondDna/nmIaA8f-Cl8f-Cl0.196538B8f-Cl8f-Cl0.201628C8f-Cl8f-Cl0.24638D8f-Cl8f-Cl0.314516E8f-Cl8f-Cl0.333616F8f-Cl8f-Cl0.3708616G8f-Cl8f-Cl0.3708624H8f-Cl8f-Cl0.371288I8f-C
35、l8f-Cl0.3735816J8f-Cl8f-Cl0.379388K8f-Cl8f-Cl0.386732L8f-Cl8f-Cl0.3994716ClCl2 2晶胞的键络分布晶胞的键络分布第64页/共102页 Cl Cl原子还原后的状态参数原子还原后的状态参数 Atomlmn lmn gb/KJ.nm.mol-1Cl0.267510.732580101010.653.7500Cl的原子状态参数其中，参数其中，参数g g、b b的假定方法如下的假定方法如下第65页/共102页关于计算晶体键能时关于计算晶体键能时关于计算晶体键能时关于计算晶体键能时ClCl的的的的g g和和和和b b参数值的假定参
36、数值的假定参数值的假定参数值的假定n nClCl在元素周期表中的位置：在元素周期表中的位置：第三周期，第第三周期，第VIIAVIIA族族 g g的假定：的假定：根据价键理论规定，对于根据价键理论规定，对于4 4、5 5、6 6周期周期的元素，的元素，g g的取值分别为的取值分别为1 1、1.351.35、1.701.70，但是，但是S S元素位于周期表的第元素位于周期表的第3 3周期，我们根据经验理论，周期，我们根据经验理论，假定假定g g的取值是递增规律，所以对于第三周期元的取值是递增规律，所以对于第三周期元素的参数素的参数g g取值为取值为0.650.65，即在计算，即在计算ClCl的键能
37、和结的键能和结合能时，参数合能时，参数g g取值为取值为0.65.0.65.第66页/共102页模型参数模型参数b的假定的假定n n在经验电子理论中，除在经验电子理论中，除VIIAVIIA族及部分元素之外模型参数族及部分元素之外模型参数b b值都有相值都有相应的规定，但是应的规定，但是ClCl属于属于VIIAVIIA族，所以下面族，所以下面根据已知的数据来猜测根据已知的数据来猜测VIIVII族元素族元素ClCl的值的值。第67页/共102页根据EET理论，模型参数b的计算公式：其中，n=1,2,3,4,5,7或13；=2,1,0代入表中发现只有IIIA族及IVA族的元素符合公式，所以，假设VA
38、族、VIA族和VIIA族的元素晶体的结合能公式中的值，计算公式取为 发现除元素误差在0.09%外，其余误差均控制在0.01%范围内，所以假定是合理的。观察表发现，每一族中的最大值都不大于上一族中的最大值，而且第一个元素都不是该族中的最大值，所以更证明了假定氯Cl的模型参数=3.75，=2，=0合理.第68页/共102页ClCl22（空间群（空间群No.64No.64）的价电子结构）的价电子结构 第69页/共102页第五章第五章 过滤净化水用铜锌合金净水过滤净化水用铜锌合金净水后产物的价键电子结构计算后产物的价键电子结构计算 1、Cl2（空间群（空间群No.64）的价键电子）的价键电子结构计算结
39、构计算 2、CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 3、ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电）的价键电子结构计算子结构计算 4、晶体结合能计算、晶体结合能计算 5.15.15.25.25.35.35.45.4第70页/共102页5.2 CuS5.2 CuS（空间群（空间群（空间群（空间群No.194No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 晶体结构资料:CuS的空间群为P63/mmc（No.194），为CuS型结构。其的实验晶格常数有3种：1、a1=b1=0.37917(8)nm,c1=1.634
40、2(3)nm2、a2=b2=0.37938(5)nm,c2=1.63410(10)nm3、a3=b3=0.378813(1)nm,c3=1.633307(8)nmCuS晶体单胞内原子等效位置及坐标参数如表所示:第71页/共102页AtomSiteX YZa1=b1=0.37917(8)nm,c1=1.6342(3)nmS12c0.33330.66670.25Cu12d0.33330.66670.75S24e000.0611(8)Cu24f0.33330.66670.1072(2)a2=b2=0.37938(5)nm,c2=1.63410(10)nmS12c0.33330.66670.25Cu1
41、2d0.66670.33330.25S24e000.06337(15)Cu24f0.33330.66670.10733(9)a3=b3=0.378813(1)nm,c3=1.633307(8)nmS12c000.06329(12)Cu12d0.66670.33330.25S24e0.33330.66670.25Cu24f0.33330.66670.10737(4)第72页/共102页CuS的晶胞结构图的晶胞结构图第73页/共102页以第一种结构为例，列出以第一种结构为例，列出CuSCuS晶胞的键络分布晶胞的键络分布第74页/共102页 CuS CuS晶胞还原后的状态参数晶胞还原后的状态参数 A
42、tomlmnlmn gb/KJ.nm.mol-1Cu1330007018.62500S110102010.653.7500关于第三周期元素关于第三周期元素S S的参数的参数g g的假定方法见的假定方法见5.15.1节节第75页/共102页CuSCuS（空间群（空间群No.194No.194）的价电子结构）的价电子结构 第76页/共102页第五章第五章 过滤净化水用铜锌合金净水过滤净化水用铜锌合金净水后产物的价键电子结构计算后产物的价键电子结构计算 1、Cl2（空间群（空间群No.64）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 2、CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子）的价键电子结构计算
43、结构计算 3、ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电）的价键电子结构计算子结构计算 4、晶体结合能计算、晶体结合能计算 5.15.15.25.25.35.35.45.4第77页/共102页5.3 ZnCl5.3 ZnCl2 2（空间群（空间群（空间群（空间群No.33No.33）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 晶体结构资料:ZnCl2的空间群为Pna21（No.33），为ZnCl2型结构。其实验晶格常数a=0.6443(2),b=0.7693(4)nm,c=0.6125(4)nm.ZnCl2晶体单胞内原子等效位置及坐标参数如表所示:Ato
44、mSiteX YZZn14a0.0818(3)0.1251(2)0.375Cl14a0.0702(6)0.1223(11)0.0041(5)Cl14a0.0841(6)006332(11)-0.0062(6)第78页/共102页ZnCl2的晶胞结构图的晶胞结构图第79页/共102页ZnClZnCl2 2晶胞的键络分布晶胞的键络分布第80页/共102页 ZnCl ZnCl22晶胞还原后的状态参数晶胞还原后的状态参数 Atomlmn lmn gb/KJ.nm.mol-1Zn2220121014.1093Cl0.267510.732580101010.653.7500第81页/共102页ZnClZn
45、Cl22（空间群（空间群No.33No.33）的价电子结构）的价电子结构 第82页/共102页第五章第五章 过滤净化水用铜锌合金净水过滤净化水用铜锌合金净水后产物的价键电子结构计算后产物的价键电子结构计算 1、Cl2（空间群（空间群No.64）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 2、CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 3、ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电）的价键电子结构计算子结构计算 4、晶体结合能计算晶体结合能计算 5.15.15.25.25.35.35.45.4第83页/共102页5.4 晶体结合能的计算晶体结合能的计算n n1mo
46、l1mol原子结合为稳定的晶体时所释放的能量就是晶体的结合能，原子结合为稳定的晶体时所释放的能量就是晶体的结合能，它是表征原子相互之间作用力强弱的物理量。它是表征原子相互之间作用力强弱的物理量。n n 普遍的计算元素晶体结合能的公式（单质）如下：普遍的计算元素晶体结合能的公式（单质）如下：等效键距：晶格电子的成键能力：第84页/共102页徐万东和陈舜林的结合能修正公式（化合物）：徐万东和陈舜林的结合能修正公式（化合物）：徐万东和陈舜林的结合能修正公式（化合物）：徐万东和陈舜林的结合能修正公式（化合物）：其中，由公式计算出来本文中所有涉及的晶体的理论结合能值，及与实验值的偏差如下表第85页/共1
47、02页l目前所研究的理论计算结合能的方法主要应用于碱金属和碱土金属结合能的计算，而对过渡族金属的结合能计算还有待研究。l目前对实验结合能的测定主要集中在金属单质上，而对化合物的结合能实验测定较少。第86页/共102页第六章第六章 结果分析及讨论结果分析及讨论 1、价电子结构与材料性能之间的关、价电子结构与材料性能之间的关系系 2、KDF55（CuZn）净化水中）净化水中Cl2的的价电子结构分析价电子结构分析 3、KDF85（CuZn3）净化水中）净化水中H2S的价电子结构分析的价电子结构分析 4、价键电子理论与化学反应生成焓、价键电子理论与化学反应生成焓变的关系变的关系 6.16.16.26.
48、26.36.36.46.4第87页/共102页滤料净水前各相的最强键价电子数、键能及滤料净水前各相的最强键价电子数、键能及滤料净水前各相的最强键价电子数、键能及滤料净水前各相的最强键价电子数、键能及晶体结合能等参数晶体结合能等参数晶体结合能等参数晶体结合能等参数 第88页/共102页滤料净水后各相的最强键价电子数、键能及滤料净水后各相的最强键价电子数、键能及滤料净水后各相的最强键价电子数、键能及滤料净水后各相的最强键价电子数、键能及晶体结合能等参数晶体结合能等参数晶体结合能等参数晶体结合能等参数 第89页/共102页6.1 6.1 价电子结构与材料性能之间的关系价电子结构与材料性能之间的关系价
49、电子结构与材料性能之间的关系价电子结构与材料性能之间的关系n nZnZn比比CuCu要活泼，要活泼，ZnZn特别容易与非金属发生反应，所以在自然界条特别容易与非金属发生反应，所以在自然界条件下，件下，ZnZn多以化合物形式存在；多以化合物形式存在；n n化合物的原子间结合力更强，键能更强，在自然界中更稳定化合物的原子间结合力更强，键能更强，在自然界中更稳定 ；n n我们使用铜锌合金而不用金属单质铜或锌来净化水的原因：我们使用铜锌合金而不用金属单质铜或锌来净化水的原因：(1)(1)合金的共价电子数（合金的共价电子数（n nA A）更高，强度更大）更高，强度更大,(2)(2)铜锌合金的稳定性（铜锌
50、合金的稳定性（N N）要远远大于它的金属单质的稳定性）要远远大于它的金属单质的稳定性第90页/共102页6.2 KDF55(CuZn)6.2 KDF55(CuZn)去除去除去除去除ClCl2 2的价电子结构分析的价电子结构分析的价电子结构分析的价电子结构分析 n n我们可以把我们可以把CuZnCuZnCuZnCuZn去除去除去除去除ClClClCl2 2 2 2的过程看做是的过程看做是的过程看做是的过程看做是CuZnCuZnCuZnCuZn腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀的过程的过程的过程的过程，这种腐蚀以脱这种腐蚀以脱ZnZn腐蚀为主，因为金属腐蚀为主，因为金属CuCu的电位要比的电位要比ZnZn的电位高，