Электронный энергетический спектр неодима
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования Брестский государственный университет
имени А.С. Пушкина
Физический факультет
Кафедра общей физики
Электронный энергетический спектр неодима
Брест 2012
СОДЕРЖАНИЕ
неодим редкоземельный металл электрон
Введение
. Физические свойства редкоземельных элементов
.1 Электронное строение атомов переходных элементов
.2 Физические свойства редкоземельных металлов
.3 Применение редкоземельных элементов
. Теоретические основы расчета зонной структуры
.1 Решение уравнения Шредингера для кристалла
.2 Современные методы расчета зонной структуры
. Расчет электрона энергетического спектра неодима
.1 Abinitio-расчеты физических свойств кристалла
.2 Расчет зонной структуры неодима
Заключение
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
Изучение структуры и физических свойств редкоземельных металлов (РЗМ) уже позволило открыть у них свойства, необходимые для успешной работы различных физических приборов (лазеры, термоэлектрические преобразователи, переносные источники излучений и др.), ядерных реакторов, а также в медицине (изотопы при лечении опухолей)[1]. Большие успехи по применению РЗМ в производстве стекла (полировка и обесцвечивание) и особенно в металлургии чугуна, стали, медных, легких, а также тугоплавких металлов и сплавов, где добавка небольших количеств РЗМ существенным образом повышает качество чугуна, сталей и сплавов, а также увеличивает выход годной продукции
Один из РЗМ - неодим - считается одним из наиболее удивительных элементов в таблице Менделеева. Он относится к группе лантаноидов. Незаполненная 4f оболочка (из 14 заполнено только 4 электрона), во многом определяет физические свойства. Согласно правилу Хунда, они выстраиваются все параллельно и поэтому атом неодима имеет магнитный момент порядка 4 магнетона бора. Неодим легко поддается механической обработке в атмосфере аргоном. Он более стоек к окислению воздухом, чем лантан, цезий, но менее стоек, чем тяжелые РЗЭ. При нагревании на воздухе быстро окисляется. С минеральными кислотами бурно реагирует, взаимодействует с кипящей водой [7].
Целью настоящей дипломной работы является расчет электронного энергетического спектра неодима. Для достижения этой цели требуется решенияследующих задач:
изучить основ теории зонной структуры, в том числе метод функционала плотности;
изучить физические свойства РЗМ;
освоить программный комплекс Аdinit;
провести численные расчёты зонной структуры неодима, распределения электронной плотности;
провести анализ полученных результатов.
1. Физические свойства редкоземельных элементов
.1 Электронное строение атомов переходных элементов
В связи с положением редкоземельных элементов в периодической системе Менделеева возникает предположение, что они обладают совершенно необычными свойствами: химические свойства этих элементов очень мало или почти не похожи на свойства большинства других элементов. До известной степени это предположение правильно. Однако при наличии уникальности химических свойств существует также сходство редкоземельных металлов с обычными элементам, в частности со щелочноземельными металлами. Кажущаяся аномалия свойств редких земель в значительной степени обусловлена необычным типом электронной конфигурации их, которая, с одной стороны, придает им уникальные свойства, а с друтой - допускает существование ионных связей. От этих связей, влияющих на размеры и заряд иона, зависят обычные свойства.
Для скандия, иттрия, лантана и актиния типичными внешними электронными конфигурациями являются [2]:
ЭлементЗаряд ядраКонфигурация внешней оболочкиSc213d14s2Y394d15s2La575d16s2Ac896d17s2
Они указывают на то, что элементы этой группы являются первыми членами четырех переходных рядов. Для образования после скандия и иттрия элементов с возрастающими атомными номерами к уровням 3d и 4f соответственно прибавляются дополнительные электроны. Таким образом создаются первый и второй переходные ряды. Однако после лантана дополнительным электронам энергетически выгоднее заполнять внутренний, хорошо экранированный уровень 4f, чем 5d, и эта оболочка заполняется полностью раньше, чем появляются дополнительные электроны на уровне 5d. Поскольку имеется семь орбит 4f с двумя электронами на каждой, то в ряду редкоземельных металлов появляется всего 14 элементов. Аналогичное положение, конечно, существует и в случае орбиты 5f, с которой связано образование после актиния ряда трансурановых элементов, определенно похожего на редкоземельный.
Представляет интерес положение лантана (Z = 57) и лютеция (Z = 71). Если под редкоземельным металлом подразумевается такой металл, структура атома которого определяется частично заполненным уровнем 4f в сочетании с 5d16s2 или 6s2, то лантан (4f0) и лютеций (4f14) являются членами не этого ряда, а скорее третьего переходного ряда. Однако малые разности энергий между электронами 4f и 5d обычно не оказывают существенного влияния на различие в химических свойствах; вследствие этого свойства лантана и лютеция очень сходны с примыкающими к ним редкоземельными элементами. Поэтому для практичес?/p>