Электронный энергетический спектр неодима
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?их целей следует отнести к последним все элементы с атомным номером от 57 до 71.
Такое поразительное сходство электронного строения должно обусловить также удивительное сходство химических свойств элементов и их соединений. И действительно, это сходство подтверждается экспериментальными данными [2]. Вместе с тем возможно, что такие характеристики, как различное состояние окисления, парамагнитные характеристики и поглощение света, зависят непосредственно от электронной конфигурации.
Ионы, в которых спины отдельных электронов компенсируются образованием полных пар, являются диамагнитными, в связи с этим они стремятся расположиться в направлении, противоположном приложенному магнитному полю. Такое поведение характерно для ионов Sc3+, Y3+, La3+, Lu3+, Ac3+. С другой стороны, ионы, в которых присутствие непарных электронов не создает такой компенсации, являются парамагнитными. Они обладают постоянным магнетизмом и их магнитные моменты располагаются параллельно приложенному магнитному полю. Такое поведение характерно для всех ионов редкоземельных металлов с зарядом 3+ от Се3+ до Yb3+ и всех ионов с зарядом, отличным от 3+ , за исключением церия (IV) и иттербия (II).
Правило Хунда предполагает, что количество неспаренных 4f-электронов, определяющих парамагнетизм, сначала должно равномерно увеличиваться от одного (для трехвалентного церия) до семи (для трехвалентного гадолиния), а затем равномерно понижаться до одного (для трехвалентного иттербия). Это наводит на мысль, что гадолиний (III) (конфигурация 4f7) должен обладать максимальным магнитным моментом. Однако в действительности максимальная величина магнитного момента соответствует диспрозию (III) и гольмию (III); таким образом, вместо одного максимума имеются два [2].
Парамагнитные моменты некоторых ионов редкоземельных металлов широко известны. Ими часто пользуются для решения вопросов, связанных с потенциальным и практическим применением этих металлов. Это свойство используется в некоторых аналитических методах для характеристики диамагнитных материалов высокой чистоты (например, соединений иттрия) и последующих процессов фракционного разделения [1,3].
.2 Физические свойства редкоземельных металлов
Обычной модификацией при комнатной температуре для большинства редкоземельных металлов является гексагональная плотноупакованная структура магниевого (A3) типа (рисунок 1, а). У скандия, иттрия и всех редкоземельных металлов от гадолиния до лютеция (кроме иттербия) подобная кристаллическая структура [2]. Порядок упаковки - АВ, АВ и т. д. Он является простейшим возможным типом заполнения.
Для лантана, празеодима и неодима характерен гексагональный лантановый (A3) тип структуры (рисунок 1, б). В этой структуре порядок заполнения представляется в форме ABAC, ABAC и т.д. Разрыв заполнения проявляется в каждом четвертом ряду, поэтому требуется удвоение оси с. Второй, третий и четвертый ряды соответствуют кубической плотной упаковке атомов.
Рисунок 1 - Гексагональные плотноупакованные структуры:
а) - магниевого типа (А3), б) - структура типа лантана (А3)
Кубическую плотную упаковку (рисунок 2, а) можно рассматривать как гексагональную с осью с, в полтора раза более длинной по сравнению с осью с нормальной плотноупакованной гексагональной структуры.
Для европия характерна структура объемноцентрированного куба типа вольфрамовой (А2) (рисунок 2, б). Эта кристаллическая структура более открыта, чем упомянутые выше четыре другие - плотноупакованные. Из этого следует, что структура европия, очевидно, не имеет отношения к плотноупакованным структурам других редкоземельных металлов.
Рисунок 2 - Кубические структуры:
а) - гранецентрированная (А1), б) - объёмноцентрированная (А2)
Даан [2] с сотрудниками и Еллингер [2] и Захариазен [2] независимо друг от друга нашли, что самарий кристаллизуется в новой, ромбоэдрической системе. Неосновная гексагональная ячейка отличается тем, что ось с в ней в 4,5 раза больше, чем в нормальной гексагональной структуре. Для нее характерен порядок заполнения типа АВАВСВСАС, АВАВСВСАС и т.д. Эту структурную форму можно рассматривать как состоящую из трех рядов плотноупаковаиных кубических слоев, причем каждый ряд сдвинут по отношению к предшествующему. Первый ряд образуют третий, четвертый и пятый слои (обозначенные ABC), второй - шестой, седьмой и восьмой слои (ВСА) и третий - девятый, десятый и второй слои, т. е. в нормальной решетке гранецентрированного куба вторым рядом слоев является ABC, идентичный первому ряду. Однако для структуры самариевого типа он располагается по схеме ВСА. В связи с этим следует указать на сообщение Спеддинга и Даана о том, что соединения LaY, GeY, PrY, NdY и LaGd кристаллизуются с образованием структуры типа Sm [2].
Редкоземельные металлы - чрезвычайно плохие проводники электричества. Их электросопротивление при комнатной температуре выше, чем у других металлов с плотной упаковкой. С ростом температуры электросопротивление возрастает, причем кривая роста его повышается равномерно вплоть до температур структурных превращений [2].
У легких редкоземельных металлов - лантана, церия, празеодима и неодима - при прохождении через температуру полиморфного превращения электросопротивление увеличивается на 10%. Что касается тяжелых лантанидов, то было установлено, что у металлов, претерпевающих такое превращение, электросопротивление снижается на 0,5%. У лантана превращение гексагональной структуры в гр