稀土化學(xué)與稀土材料

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1、稀土材料化學(xué)緒論關(guān)于本課程:1)學(xué)習(xí)本課程的意義。2)本課程與其他專業(yè)基礎(chǔ)課的相同和不同點(diǎn)a)理論知識(shí)不多,應(yīng)用部分較多。b)相應(yīng)的教學(xué)模式不同。c)對(duì)學(xué)生的要求不同。d)考核方式有區(qū)別??疾靽鴥?nèi)一流大學(xué)化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的的課程設(shè)置;考慮我校應(yīng)化專業(yè)的具體要求;根據(jù)我校的具體現(xiàn)狀,總結(jié)幾輪的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),建構(gòu)一個(gè)有利于人才培養(yǎng)過程的教學(xué)框架。具體形式為:教師課堂講授(14學(xué)時(shí))-全班學(xué)生查資料準(zhǔn)備好ppt-學(xué)生分別講授(18學(xué)時(shí))-教師總結(jié)-試卷考核加平時(shí)成績-完成教學(xué)。關(guān)于本課學(xué)習(xí)方式1)教師課堂講授稀土基本知

2、識(shí)。(老師講)2)學(xué)生查閱資料,課堂討論。(學(xué)生參與)3)學(xué)生課堂講相關(guān)的知識(shí)。(學(xué)生講)3)習(xí)題、復(fù)習(xí)思考題。4)課堂考試(結(jié)束時(shí))5)交文字資料和講課的ppt。作為平時(shí)成績。本課程為考試課,成績按100分計(jì)。其中期末考試占60%,上課考察20%,平時(shí)成績占20%。課程教學(xué)目標(biāo)《稀土化學(xué)》是應(yīng)用化學(xué)及材料類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。它是該專業(yè)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)中的重要一課,學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí),將了解我國稀土資源的分布,熟悉和掌握各種稀土元素的化學(xué)和物理性質(zhì),了解稀土的一般提取方法。更重要的是要了解稀土在材料各學(xué)科中的應(yīng)用,使其

3、開闊思路,為以后的工作打下專業(yè)基礎(chǔ)。同時(shí)通過學(xué)習(xí),也可以使學(xué)生得到一般科學(xué)方法的訓(xùn)練和邏輯思維能力的培養(yǎng)。第一章稀土元素及稀土礦物1)稀土元素的重要性:能源,信息和材料三大重要支柱.稀土元素由于其結(jié)構(gòu)的特殊性而具備了其他元素所不具備的光、電、磁等特性,從而可以制備出許多應(yīng)用于高新技術(shù)的新材料。故被人們稱為新材料的寶庫。是當(dāng)今世界科學(xué)的重要研究方向之一。第一節(jié)稀土元素及命名一般來說,我們把位于元素周期表的第三副族,包括鈧(Sc,)、釔(Y,)和鑭系元素[包括鑭(La,))、鈰(Ce,)、鐠(Pr,)、釹(Nd)、钷(P

4、m)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)]的十七種元素總稱為稀土元素。特別提示1)由于鈧的性質(zhì)與其他元素有很大的差別,所以一般來說我們所常指的稀土元素都是指除鈧以外的16個(gè)元素。2)稀土元素最初是從瑞典產(chǎn)的比較稀少的礦物中發(fā)現(xiàn)的,“土”是按當(dāng)時(shí)的習(xí)慣,稱不溶于水的物質(zhì),故稱稀土。稀土元素的命名稀土元素最早由芬蘭著名化學(xué)家加多林(J,Gadolin)于1794年發(fā)現(xiàn)的。他在硅鈹釔礦中發(fā)現(xiàn)了“釔土”即氧化釔。由于分離困難,直到1947年才

5、全部完成了15個(gè)稀土元素的分離。前后研究工作由多位科學(xué)家持續(xù)了近一個(gè)半世紀(jì)才完成。第二節(jié)結(jié)構(gòu)和分類一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要從4個(gè)方面來進(jìn)行描述,即它所處的電子層(K、L、M,主量子數(shù))、電子亞層(s、p、d、f,角量子數(shù))、電子云的伸展方向(s電子云是球形對(duì)稱的,在空間各個(gè)方向上伸展的程度相同。P電子云在空間有三個(gè)伸展方向。d電子云可以有五種伸展方向,f電子云可以有七種伸展方向,磁量子數(shù))電子的自旋方向(+?,-?,自旋量子數(shù))原子核外電子排布的原理處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子,核外電子將盡可能地按能量最低原理排布。另外,由于電子

6、不可能都擠在一起,它們還要遵守保里不相容原理和洪特規(guī)則。一般而言,在這三條規(guī)則的指導(dǎo)下,可以推導(dǎo)出元素原子的核外電子排布情況。但是對(duì)于多電子元素,還要考慮鉆穿效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)。最低能量原理電子在原子核外排布時(shí),要盡可能使電子的能量最低。電子本身就是一種物質(zhì),它在一般情況下總想處于一種較為安全(或穩(wěn)定)的一種狀態(tài)(基態(tài)),也就是能量最低時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)有外加作用時(shí),電子也是可以吸收能量到能量較高的狀態(tài)(激發(fā)態(tài)),但是它總有時(shí)時(shí)刻刻想回到基態(tài)的趨勢(shì)。一般來說,離核較近的電子具有較低的能量,隨著電子層數(shù)的增加,電子的能量越來越大

7、;同一層中,各亞層的能量是按s、p、d、f(我們稱為軌道)的次序增高的。這兩種作用的總結(jié)果可以得出電子在原子核外排布時(shí)遵守下列次序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……保里不相容原理在同一個(gè)原子中沒有也不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子存在,即每一個(gè)軌道中只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。這就是保里不相容原理。根據(jù)保里不相容原理:s亞層只有1個(gè)軌道,可以容納兩個(gè)自旋相反的電子;p亞層有3個(gè)軌道,總共可以容納6個(gè)電子;f亞層有5個(gè)軌道,總共可以容納10個(gè)電子。我們還得知:第一電子層(K層)中只有1s亞層,最

8、多容納兩個(gè)電子;第二電子層(L層)中包括2s和2p兩個(gè)亞層,總共可以容納8個(gè)電子;第3電子層(M層)中包括3s、3p、3d三個(gè)亞層,總共可以容納18個(gè)電子……第n層總共可以容納2n2個(gè)電子。洪特規(guī)則洪特規(guī)則有兩方面的含義:一、電子在原子核外排布時(shí),將盡可能分占不同的軌道,且自旋平行;二、對(duì)于同一個(gè)電子亞層,當(dāng)電子排布處于全滿(s2、p6、d10

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