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

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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在线视频

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

下一节:2.2.4 核外电子排布的应用(4)——过渡族元素和难熔金属

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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课程教案、知识点、字幕

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

材料学概论课程列表:

第1讲 材料的支柱和先导作用

-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准

--1.1.1 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

--1.2.1 材料是人类社会进步的标志

--1.2.2 材料是当代文明的根基

--1.2.3 材料是各类产业的基础

--1.2.4 先进材料是高新技术的核心

--1.2.5 新材料是国家核心竞争力的体现

--1.2.6 材料可以“点石成金,化腐朽为神奇”

--1.2.7 “制造材料者制造技术”,材料可以“以不变应万变”

--1.2.8 复合材料和功能材料大大扩展了材料的应用领域

-1.2 材料的作用--作业

-1.3 材料科学与工程四面体

--1.3.1 材料科学与工程的定义和学科特点

--1.3.2 材料科学与工程四要素

--1.3.3 重视材料的加工和制造

--1.3.4 提高材料的性能永无止境

-1.3 材料科学与工程四面体--作业

-1.4 材料与创新

--1.4.1 关注材料的最新应用——强调发展,注重创新

--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

--1.4.3 新材料如何适应技术创新和产业创新

-1.4 材料与创新--作业

-本讲作业--作业

第2讲 材料就在元素周期表中(一)

-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布

--2.1 在元素周期表中发现材料

--2.1.2 元素周期表中120种元素综合分析

--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

--2.2.5 原子半径、离子半径和元素的电负性

--2.2.6 原子的电离能和可能的价态表现

-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

--2.3.1 稀土元素和锕系元素

--2.3.2 日常生活中须臾不可离开的元素

-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素--作业

-本讲作业--作业

第3讲 材料就在元素周期表中(二)

-3.1 材料性能与组织结构的关系

--3.1.1 材料性能和化学键类型之间的关系

--3.1.2 材料性能与微观结构的关系

--3.1.3 铁的晶体结构

--3.1.4 材料性能与组织的关系

-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

--3.2.1 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体

--3.2.2 化合物半导体和荧光体材料

-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

第4讲 金属及合金材料(一)

-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢

--4.1.1 从矿石到金属制品(1)——高炉炼铁

--4.1.2 从矿石到金属制品(2)——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

--4.2.1 晶态和非晶态、单晶体和多晶体

--4.2.2 相、相图、组织和结构

--4.2.3 凝固中的形核与长大

--4.2.4 钢的各种组织形态

-4.2 金属材料的组织结构--作业

-4.3 铸锭及其组织

--4.3.1 铸锭组织和连续铸造

-4.3 铸锭及其组织--作业

-本讲作业--作业

第5讲 金属及合金材料(二)

-5.1 金属材料的加工

--5.1.1 金属的热变形

--5.1.2 金属的冷变形

--5.1.3 由铜锭到铜箔的压延加工

-5.1 金属材料的加工--作业

-5.2 钢材的热处理

--5.2.1 热处理的目的和热处理温度的确定

--5.2.2 钢的退火(annealing)

--5.2.3 钢的正火(normalizing)

--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

--5.2.6 钢的回火(tempering)

--5.2.7 恒温转变

-5.2 钢材的热处理--作业

-5.3 钢的强化机制

--5.3.1 钢的强化机制及合金钢

--5.3.2 应用最广的碳钢

--5.3.3 表面处理(1)——表面淬火及渗碳淬火

--5.3.4 表面处理(2)——表面渗碳、氮化及喷丸处理

--5.3.5 合金钢(1)——强韧钢、可焊高速钢和工具钢

--5.3.6 合金钢(2)——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢

--5.3.7 铸铁及轻金属的减振应用

-5.3 钢的强化机制--作业

-本讲作业--作业

第6讲 粉体及纳米材料

-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

--6.2.1 破碎和粉碎

--6.2.2 分级和集尘

--6.2.3 混料及造粒

--6.2.4 输送及供给

--6.2.5 非机械式粉体制作方式

-6.2 粉体的加工与处理--作业

-6.3 粉体的应用

--6.3.1 日常生活中的粉体

--6.3.2 工业应用的粉体材料

--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

--6.4.1 纳米材料和纳米技术的概念

--6.4.2 “纳米”就在我们身旁

--6.4.3 纳米材料制备和纳米加工

--6.4.4 纳米技术与纳米材料的发展前景

-6.4 纳米材料--作业

-本讲作业--作业

第7讲 陶瓷及陶瓷材料

-7.1 陶瓷材料的定义和分类

--7.1.1 陶瓷发展史——人类文明进步的标志

--7.1.2 日用陶瓷的进展

--7.1.3 陶瓷及陶瓷材料分类

-7.1 陶瓷材料的定义和分类--作业

-7.2 坯体成型

--7.2.1 普通粘土陶瓷的主要原料

--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

--7.3.1 普通陶瓷的烧结过程

--7.3.2 陶瓷的烧成和烧结工艺

-7.3 陶瓷烧结--作业

-7.4 陶瓷材料的结构

--7.4.1 普通陶瓷的组织和结构

--7.4.2 精细陶瓷的组成、组织结构和性能

-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

--7.5.3 结构陶瓷及应用(3)——SiC和Si3N4

--7.5.4 低温共烧陶瓷(LTCC)基板

-7.5 结构陶瓷--作业

-7.6 功能陶瓷

--7.6.1 单晶材料及制作

--7.6.2 功能陶瓷及应用(1)——陶瓷电子元器件

--7.6.3 功能陶瓷及应用(2)——生物陶瓷和换能器件

--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

第8讲 玻璃材料及玻璃的应用

-8.1 玻璃的发展简史

--8.1.1 玻璃的发现

--8.1.2 古代玻璃与现代玻璃的组成惊人地相似

-8.2 玻璃的定义和特征

--8.2.1 玻璃的传统定义和现代定义

-8.3 玻璃的加工

--8.3.1 玻璃的熔融和成型加工

--8.3.2 非传统方法制造玻璃

-8.1-8.3 小节练习--作业

-8.4 建筑及高铁用玻璃

--8.4.1 新型建筑玻璃(1)

--8.4.2 新型建筑玻璃(2)

--8.4.3 汽车、高铁用玻璃(1)

--8.4.4 汽车、高铁用玻璃(2)

--8.4 建筑及高铁用玻璃--作业

-8.5 高技术玻璃

--8.5.1 生物医学用玻璃材料

--8.5.2 特殊性能玻璃材料(1)

--8.5.3 特殊性能玻璃材料(2)

--8.5.4 图象显示、光通信用玻璃材料(1)

--8.5.5 图象显示、光通信用玻璃材料(2)

--8.5.6 图像显示、光通信用玻璃材料(3)

-8.5 高技术玻璃--作业

-本讲练习--作业

第9讲 高分子及聚合物材料(一)

-9.1 何谓高分子和聚合物

--9.1.1 何为高分子和聚合物

--9.1.2 常见聚合物的结构和用途——按结构和反应分类

-9.1 何谓高分子和聚合物--作业

-9.2 聚合物的合成

--9.2.1 加聚反应和聚合物实例(1)——均加聚

--9.2.2 加聚反应和聚合反应实例(2)——共加聚

--9.2.3 缩聚反应和聚合物实例——共缩聚

-9.2 聚合物的合成--作业

-9.3 从结构层次看聚合物

--9.3.1 聚丙烯中的不对称碳原子引起的立体异构

--9.3.2 高分子链的结构层次

--9.3.3 高分子链间的相互作用

--9.3.4 高分子的聚集态结构

-9.3 从结构层次看聚合物--作业

-本讲练习--作业

第10讲 高分子及聚合物材料(二)

-10.1 高分子材料性能与加工

--10.1.1 天然橡胶和合成橡胶

--10.1.2 塑料的分类、特性及用途

--10.1.3 热固性树脂(热固性塑料)

--10.1.4 工程塑料

--10.1.5 新型电子产业用的塑料薄膜

--10.1.6 聚合物的结构模型及力学特性

--10.1.7 聚合物的形变机理及变形特性

--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

--10.2.1 胶粘剂的构成和粘接原理

--10.2.2 胶粘剂的制造和用途

--10.2.3 涂料的分类及构成

--10.2.4 涂料中的成分、成膜和固化

-10.2 胶粘剂和涂料--作业

-本讲练习--作业

第11讲 复合材料和生物材料

-11.1 复合材料的定义和分类

--11.1.1 复合材料的定义和分类

--11.1.2 复合材料的界面

--11.1.3 复合材料的特长及优势

-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

--11.2.1 复合材料中增强材料与基体材料的匹配

--11.2.2 增强纤维的制造

--11.2.3 碳纤维及C/C复合材料

--11.2.4 增强纤维的编制和铺展

--11.2.5 复合材料的成形制造

-11.2 增强材料和基体材料--作业

-11.3 复合材料的应用

--11.3.1 复合材料在航空航天领域的应用

-11.4 天然复合材料

--11.4.1 天然复合材料——木材的断面组织

--11.4.2 天然复合材料——木材的微观结构

-11.5 生物材料

--11.5.1 生物材料的定义和范畴

--11.5.2 骨骼、筋和韧带组织

--11.5.3 各种植入人体的材料

-11.3-11.5 节练习--作业

-本讲练习--作业

第12讲 磁性及磁性材料

-12.1 磁性的来源

--12.1.1 磁性源于电流

--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

--12.2.1 亚铁磁性和软磁铁氧体磁性材料

-12.2 磁性材料的分类--作业

-12.3 磁畴和磁滞回线

--12.3.1 磁畴和磁畴壁的运动

--12.3.2 决定磁畴结构的能量类型

--12.3.3 磁滞回线及其决定因素

-12.3 磁畴和磁滞回线--作业

-12.4 软磁材料与硬磁材料

--12.4.1 非晶态高导磁率材料

--12.4.2 永磁材料及其进展

--12.4.3 钕铁硼稀土永磁材料及制备工艺

--12.4.4 钕铁硼永磁材料性能的提高与改进

--12.4.5 粘结磁体

--12.4.6 永磁材料的应用和退磁曲线

--12.4.7 磁性材料的各种应用

-12.4 软磁材料与硬磁材料--作业

-本讲练习--作业

第13讲 薄膜技术及薄膜制备技术

-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件

--13.1.1 薄膜的定义和薄膜材料的特殊性能

--13.1.2 获得薄膜的三个必要条件

--13.1.3 真空获得

--13.1.4 薄膜是如何沉积的

--13.1.5 气体放电

--13.1.6 等离子体与薄膜沉积

-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

--13.2.1 真空蒸镀

--13.2.2 离子镀和激光熔射

--13.2.3 溅射镀膜

--13.2.4 磁控溅镀靶

--13.2.5 溅射镀膜的应用

-13.2 薄膜制备——PVD法--作业

-13.3 薄膜制备——CVD法

--13.3.1 CVD法原理及设备

--13.3.2 各类CVD的应用

-13.3 薄膜制备——CVD法--作业

-13.4 薄膜的加工

--13.4.1 薄膜图形化——湿法刻蚀和干法刻蚀

--13.4.2 反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)

--13.4.3 平坦化技术和大马士革工艺

-13.4 薄膜的加工--作业

-13.5 薄膜材料的应用

--13.5.1 超硬涂层

--13.5.2 金刚石及类金刚石图层

--13.5.3 电镀Cu膜用于集成电路芯片制作

-13.5 薄膜材料的应用--作业

-本讲作业--作业

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笔记与讨论

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