当前课程知识点:材料学概论 > 第2讲 材料就在元素周期表中(一) > 2.2 元素周期表反映元素的规律性 > 2.2.3 核外电子排布的应用(3)——电子授受及元素氧化数变化
好 我们这一小节
讲原子的核外电子排布
第三个问题
就是电子授受
及元素氧化数的变化
就是元素在化合过程当中
它的氧化数会发生变化
那么这一小节
分四部分内容来讲
那么这张图
是原子核外电子排布的模式
实际上我们以前都讲到了
那么核外电子
它首先分壳层
是K壳层 L壳层 M壳层
N壳层等等往后排列
那么在同一壳层当中
又分不同的轨道
当然元素在元素周期表当中
次序是按照原子系数来排列的
但是它排列的过程当中
必须按照周期和族
形成一定的周期
这就是说按照我们
上一节讲的
电子排布的三个准则
三个规则
它是有一定的规律性来排布的
比方第一周期有2个原子
第二周期有8个原子
第三周期有18个原子
第四周期有32个原子
那么第一周期
就是有s轨道
第二周期
s和p轨道
第三周期有spd轨道
第四周期有spdf轨道
它是只能是按照
次序来排列的
你比如说第二周期
它只有s和p轨道
那么第三周期
就是sp轨道
那么它是从低到高
按照次序排列
从低到高按照次序排列
那么你看下边图
第一周期就两个原子
第三周期
锂 氢氦锂铍硼
碳氮氧氟氖
这样排
那么第三周期
就从钠开始等等
一直往后排
左边这张图
表示可放出接受电子的个数
右边这张图
表示氧化数的确定方法
什么叫做氧化数
就是元素在形成化合物之后
它被氧化程度的
一种定量的表示
也就是说它放出电子
或者接受电子的能力
把它叫做氧化数
那么首先从元素周期表当中
哪些元素容易放出电子
那就被氧化
哪些原子被接受电子
它就被还原
用一个氧化数
如果氧化数是正的
那就被氧化了
如果氧化数是负的
他就被还原了
是这个意思
那么你从元素周期表中
可以看出来
那么如果它最外层是s电子
它肯定它容易被氧化
如果最外层电子是p电子
或者是d电子
它就很容易
被还原
它会不会得到电子
就表示它的氧化数
那么氧化数是怎么确定
图当中
给了这么几个原则
比如氢原子它的氧化数是零
但是氢分子H2它也是零
氧原子的氧化数是零
氧分子也是零
水由于它是中性的
因此氧化数是零
那么氢离子它的氧化数是1
氧离子的氧化数是2
你比如说再说氧化亚铁
是Fe{\fs10}2{\r}O{\fs10}3{\r}
那么它是中性的
因此 做整体来讲
它的氧化数是零
在这里边
氧离子共有三个
因此它氧化数是6
那么铁有两个
因此一个铁离子的
它的氧化数是6:2=3
那么我们还可以利用氧化数
研究化学反应
你比方说二氧化锰加上盐酸
形成氯化锰的这种反应
我们就看谁被氧化了
谁被还原了
怎么看这个事
你们看左边是二氧化锰
锰是几价的
是四价的
那么右边
变成二氯化锰
锰变成正二价的了
因此来说
锰怎么样
它被还原了
那谁被氧化了
你就看氯在左边
负一价的
到了右边
变成什么
零价的了
它氧化数是零了
因此 它就被氧化了
锰被还原了
可以确定它的氧化数
在元素周期表当中
有一大群原子
属于过渡族元素
那么就是那些副族元素
从第一族一直到ⅧB族
ⅠB到ⅧB族
都是过渡族原子
一大群
那么什么叫过渡族元素
如果按广义的定义来讲
就是凡是d电子或f电子
从1一直排满
这一大批元素都叫做过渡元素
用通俗来讲
凡是d电子或者是f电子
没有填满的
叫做过渡族原子
其中d电子没有填满的
叫做外过渡原子
f电子没有填满的
叫做内过渡原子
加在一块几十种元素
就是过渡族元素
由于过渡族元素
它没有填满
它是d电子或者f电子
没有填满
它发生
轨道交错的现象
由于它发生轨道交错的现象
因此过渡族元素
有一系列特征
后面我们还要讲
那么实际上
我们按照元素周期表当中
它到底处在是s区
还是p区
还是d区还是ds区
还是f区
那么我们就可以判断
这个元素到底容易得到电子
还是容易失去电子
容易放出电子
还是接受电子
对我们分析一个元素
将来分析某些化合物
它形成的难易程度
甚至化合物的一些特点
都是很有帮助的
可以看到s电子
它是容易放出的
那么p轨道的电子
它是容易接受电子的
就是说p轨道当不满的时候
特别是到后期
排到比方说8 9
差一两个的时候
这种元素
很容易接受电子
那么研究容易放出电子
还是容易接受电子
对我们实际应用
对高新技术应用当中
是非常有用的
比如说我们现在讲的
二次电池
比如说锂离子电池
不管锂离子电池
还是什么钠硫电池
什么铁硫电池等等这些东西
那么作为电池
肯定是一边容易得到电子
容易放出电子
得到电子
它在某种情况下会放出
那么放出电子
在某种情况下
还得到电子
就是因为电子的授受
电子的授受作为二次电池
那我们常用的锂离子电池来讲
它的正极是氧化钴锂
层状的化合物
它的负极是石墨
石墨也是层状的
那么在充放电过程当中
就是在两种锂离子
就是在这两种层状化合物当中
一会儿潜入 一会儿插入
它是这么个过程
比方说在放电的过程当中
那么就是在层状化合物
正极里边那些锂离子要放出来
它要放出来
因为插入的是锂原子
那么它一放出来
作为离子放出来了
这里边
它必然会放出一个电子出来
所以在电路里边
放出一个电子
在这边
放出了锂离子
这种过程
这就是什么
这就是放电过程
它放出来以后
就充在哪去了
就充在石墨里面去了
在充电的过程当中
正好的过程相反
怎么相反
在负极当中
锂离子要充到
层状化合物当中去
那么它充到这里边当中去
因为它作为离子进去的
它要变成原子 锂原子
那必然得向外电路当中
要一个电子
正好是充电的
所以无论放电还是充电
层状化合物都是作为负极
那么我在讲
问题当中
并没有讲阴极和阳极
我讲的是负极
它在充电和放电过程当中
层状化合物永远都是什么
都是负极
但是充放电过程当中
一会儿做阳极 一会儿做阴极
凡是被氧化的就是阳极
凡是被还原的就是阴极
一定要弄清楚
我讲意思是什么
就是我们讲元素周期表
认识元素
充放电的难易程度
对我们一些高新技术
是密切相关的
你比方说
现在我们刚才讲了一个
二次电池的例子
你现在还有燃料电池
所以发生的反应
都是一个充放电
是一个可逆的过程
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准--作业
-1.2 材料的作用
--1.2.7 “制造材料者制造技术”,材料可以“以不变应万变”
-1.2 材料的作用--作业
-1.3 材料科学与工程四面体
-1.3 材料科学与工程四面体--作业
-1.4 材料与创新
--1.4.2 “9.11事件”世贸大厦垮塌和“3.11大地震”福岛核事故都涉 及材料
-1.4 材料与创新--作业
-本讲作业--作业
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布
--2.1.3 原子的核外电子排布(1)——量子数和电子轨道
--2.1.4 原子的核外电子排布(2)——电子排布的三个准则
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布--作业
-2.2 元素周期表反映元素的规律性
--2.2.1 核外电子排布的应用(1)——碳的sp3、sp2、sp杂化
--2.2.2 核外电子排布的应用(2)——四面体键的奇妙之处
--2.2.3 核外电子排布的应用(3)——电子授受及元素氧化数变化
--2.2.4 核外电子排布的应用(4)——过渡族元素和难熔金属
-2.2 元素周期表反映元素的规律性--作业
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素--作业
-本讲作业--作业
-3.1 材料性能与组织结构的关系
-3.1 材料性能与组织结构的关系--作业
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体--作业
-本讲作业--作业
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢--作业
-4.2 金属材料的组织结构
-4.2 金属材料的组织结构--作业
-4.3 铸锭及其组织
-4.3 铸锭及其组织--作业
-本讲作业--作业
-5.1 金属材料的加工
-5.1 金属材料的加工--作业
-5.2 钢材的热处理
--5.2.4 钢的淬火(quenching)(1)——加热和急冷的选择
--5.2.5 钢的淬火(quenching)(2)——增加淬透性和防止淬火开裂
-5.2 钢材的热处理--作业
-5.3 钢的强化机制
--5.3.6 合金钢(2)——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢
-5.3 钢的强化机制--作业
-本讲作业--作业
-6.1 粉体材料的性能
--6.1.1 粉体及其特殊性能(1)——小粒径和高比表面积
--6.1.2 粉体及其特殊性能(2)——易流动性和高分散性
--6.1.3 粉体及其特殊性能(3)——低熔点和高化学活性
--6.1.4 粉体的特性及测定(1)——粒径和粒径分布的测定
--6.1.5 粉体的特性及测定(2)——密度及比表面积的测定
--6.1.6 粉体的特性及测定(3)——折射率和附着力的测定
-6.1 粉体材料的性能--作业
-6.2 粉体的加工与处理
-6.2 粉体的加工与处理--作业
-6.3 粉体的应用
--6.3.3 粉体精细化技术——粒度精细化及粒子形状的改善
-6.3 粉体的应用--作业
-6.4 纳米材料
-6.4 纳米材料--作业
-本讲作业--作业
-7.1 陶瓷材料的定义和分类
-7.1 陶瓷材料的定义和分类--作业
-7.2 坯体成型
--7.2.2 陶瓷成型工艺(1)——旋转制坯成型和注浆成型
--7.2.3 陶瓷成型工艺(2)——干压成型、热压注成型和等静压成型
--7.2.4 陶瓷成型工艺(3)——挤压成型、注射成型和流延成型
-7.2 坯体成型--作业
-7.3 陶瓷烧结
-7.3 陶瓷烧结--作业
-7.4 陶瓷材料的结构
-7.4 陶瓷材料的结构--作业
-7.5 结构陶瓷
--7.5.1 结构陶瓷及应用(1)——Al2O3和Zr02
--7.5.2 结构陶瓷及应用(2)——TiO2、BeO和AlN
-7.5 结构陶瓷--作业
-7.6 功能陶瓷
--7.6.4 功能陶瓷及应用(3)——微波器件、传感器和超声波马达
-7.6 功能陶瓷--作业
-本讲练习--作业
-8.1 玻璃的发展简史
-8.2 玻璃的定义和特征
-8.3 玻璃的加工
-8.1-8.3 小节练习--作业
-8.4 建筑及高铁用玻璃
--8.4 建筑及高铁用玻璃--作业
-8.5 高技术玻璃
-8.5 高技术玻璃--作业
-本讲练习--作业
-9.1 何谓高分子和聚合物
-9.1 何谓高分子和聚合物--作业
-9.2 聚合物的合成
-9.2 聚合物的合成--作业
-9.3 从结构层次看聚合物
-9.3 从结构层次看聚合物--作业
-本讲练习--作业
-10.1 高分子材料性能与加工
--10.1.8 聚合物的成形加工及设备(1)——压缩模塑和传递模塑
--10.1.9 聚合物的成形加工及设备(2)——挤出成型和射出成型
--10.1.10 聚合物的成形加工及设备(3)——塑料薄膜和纤维丝制造
-10.1 高分子材料性能与加工--作业
-10.2 胶粘剂和涂料
-10.2 胶粘剂和涂料--作业
-本讲练习--作业
-11.1 复合材料的定义和分类
-11.1 复合材料的定义和分类--作业
-11.2 增强材料和基体材料
-11.2 增强材料和基体材料--作业
-11.3 复合材料的应用
-11.4 天然复合材料
-11.5 生物材料
-11.3-11.5 节练习--作业
-本讲练习--作业
-12.1 磁性的来源
--12.1.2 过渡金属元素3d壳层的电子结构与其磁性的关系
-12.1 磁性的来源--作业
-12.2 磁性材料的分类
-12.2 磁性材料的分类--作业
-12.3 磁畴和磁滞回线
-12.3 磁畴和磁滞回线--作业
-12.4 软磁材料与硬磁材料
-12.4 软磁材料与硬磁材料--作业
-本讲练习--作业
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件--作业
-13.2 薄膜制备——PVD法
-13.2 薄膜制备——PVD法--作业
-13.3 薄膜制备——CVD法
-13.3 薄膜制备——CVD法--作业
-13.4 薄膜的加工
--13.4.2 反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)
-13.4 薄膜的加工--作业
-13.5 薄膜材料的应用
-13.5 薄膜材料的应用--作业
-本讲作业--作业



