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PPT课件

1、内内容摘要 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净水后产物的价键电子结构计算结果分析及讨论结论第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

2、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）+0.3370.000-0.126-0.440-0.763-2.3702+CuCu2e+2H2H2e2+Pb2Pbe2+Fe2Fee2+Zn2Zne2+Mg2Mge第6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

3、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222ZnClZnCl22H OClHClOHCl222ZnHClOZnClH O第9页/共102页（2 2）除重金属）除重金属3 23 2Cu/Zn+Pb(NO )Zn/Cu/Pb+Zn(NO )22Cu/Zn+HgClZn/Cu/Hg+ZnCl去除杂质时发生的化学反应去除杂质时发生的化学反应（3）除硫化氢22CuH SCuSH 22222HOH O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

4、文研究的内容、目的及意义第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（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、目的及意义第13页/共102页1.3 本文研究的内容、目的及意本文研究的内容、目的及意义义 KDF滤料得到广泛的应用，有以下几个原因：（1）是好的还原剂，（2）除水中的余氯，（3）除去多种重金属离子，（4）减少藻类和细菌的繁殖

5、。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还太少，所以，在不了解一种材料的微观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结构的背景下，期望能让它发挥出最好的净水效果也是非常困难的事情。效果也是非常困难的事情。 第14页/共102页 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，并在此理论和前人实验为铜锌合金滤料净化水的技术及对合金滤料的研究提

6、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措施。总结的基础上提出提高其净水效率的措施。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、合金相结构第16页/共102页2.1 晶体学基础晶体学基础 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。 32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

7、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第18页/共102页2.2 合金相结构合金相结构第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)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

8、子假设。EET理论的提出第21页/共102页 EET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。 若晶体结构的点阵参数已知 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 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念理论中涉及的相关概念 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。 哑对电子：用nd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

9、，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。 mn第23页/共102页 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。 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 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-B）的键长的一半取为定值，成为原子A或者B的单键半距。 总价电子数：用“nT”表示。共价电子数和

10、晶格电子数的加和即总价电子数。 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 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。 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、键距差分析法第27页/共102页关于晶体中

11、原子状态的假设关于晶体中原子状态的假设 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)。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 Difference）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 在某种特定情况下，状态杂化是不连续的。在EET中引入参数，若用Ch和Ct分

12、别表示在h态和t态杂化过程中的成分，对于大部分结构来说： 在h态，Ct=0，k=；在t态，Ct=1，k=0 thCC1211kCtnmlnmlnmlnmlnmlnmlk 5353第29页/共102页 式中l，m，n；l，m，n表示h态和t态中的s，p，d轨道上的电子数；的取值由s电子而定，s电子为nc， =1，s电子为nl， =0。如果h态上所有的价电子都由nl组成，由于l+m+n=0，上述公式不适用。此时，可用如下公式计算：nmlnmllnmlk53第30页/共102页关于键距的假设关于键距的假设 EET理论中将组成共价键的两个原子间的距离称为键距。 nRRDvuvunlg11750. 02

13、50. 02 . 2710. 0700. 0300. 0600. 0750. 0250. 0710. 0MMMMMnnnnn或或第31页/共102页关于等效电子的假定关于等效电子的假定 对于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、

14、键距差分析法键距差分析法第33页/共102页2122222221AB222zxCzyByxAczbyaxrrD AtsvutsnvunnnRRRRDDAlg1111 / 1111lgtsvutsnvunARRRRDDnnA第34页/共102页KSMIIII InnjjcA,等同键数计算第35页/共102页nm005. 0nDnDnDuvuvuv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

15、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（空间群No.225）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 2、Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 3、CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 4、CuZn3（空间群（空间群No.174）的价键电子结构计）的价键电子结构计 算算 第37页/共102页4.1 Cu（空间群（空间群No.225）的价键电子结构）的价键电子结构计算计算 Cu的晶体结构资料： Cu的空间群

16、为Fm3m（No.225），为面心立方结构。Cu是处于4a位置的原子，晶体学坐标为（0,0,0），金属Cu的实验晶格常数为0.36170nm。 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Cu的晶胞结构图的晶胞结构图第39页/共102页4.1 Cu（空间群（空间群No.225）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 0.44299242122222221AB222zxCzyByxAczbyaxrrD第40页/共1

17、02页4.1 Cu（空间群（空间群No.225）的价键电子结构）的价键电子结构计算计算第41页/共102页4.1 Cu（空间群（空间群No.225）的价键电子结构）的价键电子结构计算计算键能的计算 在双原子分子中，键能是指将分子离解成为单个的原子时所需要的离解能。通常来自2个成键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。 计算同种原子的共价键的键能，余氏给出了计算公式 ：/()Eb f nD n第42页/共102页35fg()/tTlllCn ()/tTmmm Cn()/tTnnn CnAtomlmnlmngb/KJ.nm.mol-1Cu1051060118.625Cu的乙种原

18、子状态参数第43页/共102页对于由两个不同的原子u和v形成的共价键键能计算，徐万东等推到出了其计算公式 ：/()EB F nD nuvBbbuvFff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）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 2、Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 3、CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 4、CuZn3（空间群（空间群No.174）的价键电子结构计）的价键电子结构计 算算 第45页/共102页

19、4.2 Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计）的价键电子结构计算算 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（空间群（空间群No.194）的价键电子结构）的价键电子结构计算计算aBondDna/nmIaAZnZn0.266476BZnZn0.291296CZnZn0.4946922122222221AB2

20、22zxCzyByxAczbyaxrrD第48页/共102页Zn（空间群No.194）的价电子结构 Zn原子还原后的状态参数 Atomlmnlmngb/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）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 2、Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 3、CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 4、CuZn3（空间群（空间群

21、No.174）的价键电子结构计）的价键电子结构计 算算 第50页/共102页4.3 CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电子）的价键电子结构计算结构计算 晶体结构资料： CuZn的空间群为Pm3m（No.221），为体心立方结构，电子浓度e/a=3/2。Cu是处于1a位置的原子，晶体学坐标为（0,0,0），Zn是处于1b位置的原子，晶体学坐标为（1/2,1/2,1/2），金属间化合物CuZn的实验晶格常数为0.2959nm。 单胞内原子等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5

22、2页/共102页CuZn的键络分布aBondDna/nmIaA1a-Cu1b-Zn0.2562616B1b-Zn1b-Zn0.29596C1a-Cu1a-Cu0.29596D1a-Cu1a-Cu0.4184712E1a-Cu1b-Zn0.4906948CuZn的原子状态参数Atomlmnlmngb/KJ.nm.mol-1Cu1050106018.62500Zn2220121014.10931第53页/共102页CuZn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）的价键电子结构计

23、算）的价键电子结构计算 2、Zn（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 3、CuZn（空间群（空间群No.221）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 4、CuZn3（空间群（空间群No.174）的价键电子结构计）的价键电子结构计 算算 第55页/共102页4.4 CuZn3（空间群（空间群No.174）的价键电子结构）的价键电子结构计算计算 晶体结构资料： CuZn3的空间群为P6（No.174），为密排六方结构，电子浓度e/a=7/4。其实验晶格常数a=b=0.4275nm，c=0.2590nm。其中，位于1d的Cu原子占满率为0.7，尚有30%的空缺。 单

24、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CuZn3的键络分布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-Zn0.2590.2592 2E E1

25、d-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-Cu1d-Cu0.4274

26、90.427494 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-Cu0.499830.499838 8第58页/共

27、102页CuZn3还原后的原子状态参数还原后的原子状态参数Atomlmnlmngb/KJ.nm.mol-1Cu1040007018.62500Zn2220121014.10931第59页/共102页CuZn3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）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 2、CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 3、ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算

28、4、晶体结合能计算、晶体结合能计算 第61页/共102页5.1 Cl2（空间群（空间群No.64）的价键电子结构计）的价键电子结构计算算 AtomSiteX YZCl8f00.130.1 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

29、-Cl0.314516E8f-Cl8f-Cl0.333616F8f-Cl8f-Cl0.3708616G8f-Cl8f-Cl0.3708624H8f-Cl8f-Cl0.371288I8f-Cl8f-Cl0.3735816J8f-Cl8f-Cl0.379388K8f-Cl8f-Cl0.386732L8f-Cl8f-Cl0.3994716第64页/共102页 Cl原子还原后的状态参数 Atomlmnl m ngb/KJ.nm.mol-1Cl0.267510.732580101010.653.7500Cl的原子状态参数第65页/共102页关于计算晶体键能时关于计算晶体键能时Cl的的g和和b参数值的假参

30、数值的假定定 Cl在元素周期表中的位置：第三周期，第VIIA族 g的假定：根据价键理论规定，对于4、5、6周期的元素，g的取值分别为1、1.35、1.70，但是S元素位于周期表的第3周期，我们根据经验理论，假定g的取值是递增规律，所以对于第三周期元素的参数g取值为0.65，即在计算Cl的键能和结合能时，参数g取值为0.65.第66页/共102页模型参数模型参数b的假定的假定 在经验电子理论中，除VIIA族及部分元素之外模型参数b值都有相应的规定，但是Cl属于VIIA族，所以下面根据已知的数据来猜测VII族元素Cl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

31、,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Cl2（空间群No.64）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、C

32、l2（空间群（空间群No.64）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 2、CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 3、ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 4、晶体结合能计算、晶体结合能计算 第70页/共102页5.2 CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子结构）的价键电子结构计算计算 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=1.6342(3)nm2、a2=b2=0.37938(5)nm,c2=1.

33、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)nmS12c0.33330.66670.25Cu12d0.66670.33330.25S24e000.06337(

34、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页第74页/共102页 CuS晶胞还原后的状态参数 Atomlmnlmngb/KJ.nm.mol-1Cu1330007018.62500S110102010.653.7500第75页/共102页CuS（空间群No.194）的价电子

35、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）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 2、CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 3、ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 4、晶体结合能计算、晶体结合能计算 第77页/共102页5.3 ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电子结构）的价键电子结构计算计算 晶体结构资料: ZnCl2的空间群为Pna21（No.33），为ZnCl2型结构

36、。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:AtomSiteX 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页第80页/共102页 ZnCl2晶胞还原后的状态参数 Atomlmnl m ngb/KJ.nm.mol-1Zn2220121014.1093Cl0.267510.

37、732580101010.653.7500第81页/共102页ZnCl2（空间群No.33）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）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 2、CuS（空间群（空间群No.194）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 3、ZnCl2（空间群（空间群No.33）的价键电子结构计算）的价键电子结构计算 4、晶体结合能计算晶体结合能计算 第83页/共102页5.4 晶体结合能的计算晶体结合能的计算 1mol原子结合为稳定的晶

38、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。 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）： /()/()cuvEIbfnD nNN11111()/()uuvvuuvvuvNbnfNbnfDNN33()()/()duudvvuuuvvvuvNba mCWNba mCWNN1()/()DID nI112/Tfnn3()/dhhdttWCnCnmz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

39、102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系、价电子结构与材料性能之间的关系 2、KDF55（CuZn）净化水中）净化水中Cl2的价电子结构分析的价电子结构分析 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变的关系、价键电子理论与化学反应生成焓变的关系 第87页/共102页

40、滤料净水前各相的最强键价电子数、键能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及晶体结合能等参数 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及晶体结合能等参数 第89页/共102页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 Zn比Cu要活泼，Zn特别容易与非金属发生反应，所以在自然界条件下，Zn多以化合物形式存在； 化合物的原子间结合力更强，键能更强，在自然界中更稳定 ； 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)合金的共价电子数（nA）更高，强度更大, (2)铜锌合金的

41、稳定性（N）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)去除去除Cl2的价电子结构分析的价电子结构分析 我们可以把CuZnCuZn去除去除ClCl2 2的过程看做是的过程看做是CuZnCuZn腐蚀腐蚀的过程的过程，这种腐蚀以脱Zn腐蚀为主，因为金属Cu的电位要比Zn的电位高，而且在水溶液中游离的Cl2的还原反应使得金属被钝化， 所以Cu做阴极，Zn做阳极，钝化后的Cu阴极不溶解，留在滤料表面。 CuZnCuZn在去除水中的在去除水中的Cl2Cl2后，得到产物后，得到产物ZnCl2ZnCl2，反应是把化合物中Cu-Zn共价键能的状态转化为Zn-Cl离子键能的状

42、态，Zn2+比单质Zn更加稳定，同样，Cl-也比Cl2更加稳定，这也说明了化学反化学反应都是朝向化学能更低的状态发生。应都是朝向化学能更低的状态发生。 ZnCl2遇水即溶，都是以离子的形式存在以离子的形式存在，在水中Cl2是以离子平衡的方式存在以离子平衡的方式存在，计算知，ZnCl2的键能更低。 第91页/共102页6.3KDF85(CuZn3)净化净化H2S的价电子结构的价电子结构分析分析 KDF85(主要成分CuZn3)去除水中H2S的化学方程式为：Cu+H2S=CuS+H2，可以发现此反应中主要是Cu反应，而Zn不参与反应，这是因为Cu与H2S反应生成的CuSCuS是一种既不溶于水又不是

43、一种既不溶于水又不溶于稀酸的沉淀溶于稀酸的沉淀，而如果Zn与H2S反应生成的ZnSZnS是一种不溶于是一种不溶于水，但溶于稀酸的沉淀水，但溶于稀酸的沉淀，因为含有H2S的水溶液是呈现弱酸性的，所以两种金属同时存在时，生成沉淀也就是更稳定的化合物的金属首先反应，即CuCu先反应，先反应，ZnZn暂时被钝化而不反应。暂时被钝化而不反应。 第92页/共102页6.4价键电子理论与化学反应生成焓变的关价键电子理论与化学反应生成焓变的关系系 焓变就是化学反应过程中反应物的化学键断裂以及生成物的化焓变就是化学反应过程中反应物的化学键断裂以及生成物的化学键形成之间的能量差值学键形成之间的能量差值 理论上用键

44、能估算生成焓切实可行，但实际上，在分子中除了有成键的原子之间存在相互作用力之外，有时非键合原子之间的作用力也不能忽略；另外，我们只是单纯依靠键能数据估算，也较难反映其同素异构体解体时的情况差别。但是，在一些情况下，尤其是仅仅涉及到由共价健所形成的物质的气相反应时，由键能数据估算，虽粗略，却简便可行。第93页/共102页 miedema理论理论 A+BAmBn H=m/(m+n)EA+ n/(m+n)EB-ECu 注意注意:我们所计算的我们所计算的Cl2是指固态是指固态Cl2的结合能，只是为了表中的比较，在计算的结合能，只是为了表中的比较，在计算ZnCl2的生成焓时，需要使用气体分子中的生成焓时，需要使用气体分子中Cl-Cl原子间的结