《晶体场理论》PPT课件

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1、1.元素的地球化学亲和性2.矿物晶体形成和变化过程的类质同像法则3.过渡元素地球化学行为的控制-晶体场理论第三章:自然界控制元素结合的主要规律讲课内容1.理解和掌握亲和性、类型及相关的概念、本质及机理2.理解和掌握类质同像的概念、条件、本质、机理及研究意义3.掌握晶体场理论的基本概念，了解其研究意义目标要求过渡族元素结合的基本规律常量元素结合的基本规律微量元素结合的基本规律本节要求掌握的内容掌握下列最关键的基本概念：a.晶体场分裂能；b.晶体场稳定能；c.八面体择位能。2.了解晶体场对过渡元素行为的控制及晶体场理论在地球化学中的应

2、用。§3晶体场理论－阐释过渡族元素的结合规律第三讲重点要讲述哪些内容？第三章　自然体系中元素的结合规律一.晶体场理论概要二.晶体场分裂能、稳定能和八面体择位能三.晶体场理论的研究意义四.自然体系中元素共生结合规律总结理论框架及基本概念影响过渡族元素行为的关键参数有哪些的应用价值？将理论知识系统化便于理解和掌握问题的提出：对于有些过渡族元素的共生结合，用类质同像、林伍得法则是无法解释的，例如：Ni2+(0.78Å)882KJ/molMg2+(0.78Å)735KJ/molNi的电负性比Mg大，按林氏法则Ni不利于早期代换Mg，但实际

3、上Ni在橄榄石结晶的早期就取代Mg。这就需要用新的理论来加以解释-----晶体场理论一.晶体场理论概要1.什么是晶体场理论？晶体场理论是研究过渡元素化学键的理论，它在静电理论的基础上，应用量子力学和对称性理论、群论的一些观点，重点研究配位体对中心离子d轨道或f轨道的影响，来解释过渡元素和镧系元素（d轨道<亚层>或f轨道<次亚层>电子没有全充满）的物理和化学性质。量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。晶

4、体场理论的几个要点：（1）过渡金属的离子是处于周围阴离子或偶极分子的晶体场中，前者称为中心离子，后者称为配位体。在物理学中，把大小相等符号相反彼此相距为d的两个电荷组成的体糸称之为偶极子，其电量与距离之积，就是偶极矩极性分子即偶极子。一.晶体场理论概要1.什么是晶体场理论？晶体场理论是研究过渡元素化学键的理论，它以静电理论为基础，应用量子力学和对称性理论、群论的一些观点，重点研究配位体对中心离子d轨道或f轨道的影响，来解释过渡元素和镧系元素（d轨道<亚层>或f轨道<次亚层>电子没有全充满）的物理和化学性质。量子力学是研究微观粒子的

5、运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。晶体场理论的几个要点：（1）过渡金属的离子是处于周围阴离子或偶极分子的晶体场中，前者称为中心离子，后者称为配位体。在物理学中，把大小相等符号相反彼此相距为d的两个电荷组成的体糸称之为偶极子，其电量与距离之积，就是偶极矩极性分子即偶极子。（2）中心离子与配位体之间的作用力是单纯的静电引力，并把配位质点当作点电荷来处理。不考虑配位体的轨道电子对中心离子的作用。（3）晶体场理论只能用于具有离子

6、键矿物，如硅酸盐、氧化物等,不适用于共价键矿物。（4）在负电荷的晶体场中，过渡金属中心阳离子d轨道的能级变化取决于：晶体场的强度（即周围配位体的类型）电场的对称性（即配位体的对称性）d电子云的空间展布??（2）中心离子与配位体之间的作用力是单纯的静电引力，并把配位质点当作点电荷来处理。不考虑配位体的轨道电子对中心离子的作用。（3）晶体场理论只能用于具有离子键矿物，如硅酸盐、氧化物等,不适用于共价键矿物。（4）在负电荷的晶体场中，过渡金属中心阳离子d轨道的能级变化取决于：晶体场的强度（即周围配位体的类型）电场的对称性（即配位体的对称

7、性）d电子云的空间展布??dxydxzdyzdx2-y2dz2XXYYZZXXXYYZYd电子电子云的空间展布八面体配位的质点处于直角坐标的三个垂直轴的方向，即d轨道电子云的瓣指向配位体，使两个d轨道电子的被排斥力比d轨道电子的被排斥力大，因此d轨道电子的能级要比d轨道电子的能级升高得要多。ZYXd轨道d轨道轨道空间关系五重简并二、晶体场分裂能、晶体场稳定能和八面体择位能1.五重简并——在一个孤立的过渡金属离子中，五个d轨道的能级相同，电子云呈球型对称，电子在五个d轨道上的分布概率相同，称为五重简并。八面体晶体场分裂

8、能Od能量状态d能量状态晶体场中未受干扰的离子的能量状态3/5O2/5O五个d轨道都受到配位体负电荷的排斥，轨道的总能级提高.无外场离子的能量状态在八面体晶体场中的离子的能量状态2.八面体配位时d轨道的分裂将一个孤立的过渡金属离子放到八面