Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

WYKŁAD III A. Najwyższe stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych. Najlepsze dostępne utleniacze i reduktory. Metalizacja niemetali. B. Projektowanie.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "WYKŁAD III A. Najwyższe stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych. Najlepsze dostępne utleniacze i reduktory. Metalizacja niemetali. B. Projektowanie."— Zapis prezentacji:

1 WYKŁAD III A. Najwyższe stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych. Najlepsze dostępne utleniacze i reduktory. Metalizacja niemetali. B. Projektowanie nowych funkcjonalnych materiałów – reguły gry. Wybór kluczowego parametru opisującego złożoną własciwość lub proces, i sterowanie nim. C. Sterowanie parametrami mikroskopowymi molekuł. Pomost między parametrami atomów i prostych molekuł, a parametrami ciał stałych. Sterowanie parametrami makroskopowymi ciał stałych. D. Przykłady korelacji parametrów atomów i ciał stałych, oraz parametrów molekuł i ciał stałych. Licz ligandy! Licz elektrony!

2 Najwyższe stopnie utlenienia pierwiastków.

3 NHE Chemia (Ar 2+ ), Kr, Xe, (Hg 4+ ), Ni 4+, Ag 3+

4 Frontier orbitals Highest Occupied Molecular Orbital & Lowest Unoccupied Molecular Orbital W 2+ d 4, W W (2002) *

5 Podział na metale i niemetale; ukośna linia podziału. Metalizacja niemetali pod wysokim ciśnieniem.

6 Projektowanie nowych funkcjonalnych materiałów – ALGORYTM SUKCESU. 1.Ustal jaką makroskopową cechą materiału, C, chcesz sterować w danym materiale. 2.Zbuduj możliwie najprostszy model atomowy lub molekularny rozsądnie symulujący zadany materiał. 3.Wybierz kluczowy mikroskopowy parametr atomowy lub molekularny, p, symulujący własność C. 4.Ustal zakres zmienności p w istniejących układach, włączając dotychczasowe rekordowe wartości. 5.Zastanów sie jak wykorzystując dostępne pierwiastki chemiczne sterować monotonicznie parametrem p. 6.Wykorzystaj pierwiastek/-tki E 1, E 2 … (gwarantujący/-e nową rekordową wartość p w modelowym układzie) do konstrukcji układu makroskopowego. 7.Sprawdź wartość cechy C. Być może otrzymałeś nowy rekord świata…!

7 Jak chemicznie sterować parametrami mikroskopowymi molekuł? - podstawienie izoelektronowe/izolobalne - wędrówka wdłuż danego okresu i grupy układu okresowego - zaburzenie elektroujemności - kowalencyjność / jonowość - podstawniki i elektrodonorowe i elektroakceptorowe, - podstawniki miękkie i twarde, polaryzujące i utwardzające, neutralne i naładowane - podstawniki (bulky) = osłaniające (efekty steryczne) - podstawniki wymuszające organizację 1D, 2D, 3D - wiązania wodorowe i inne … - skomplikowane struktury makromolekularne wyższego rzędu

8 Przykłady - podstawienie izoelektronowe - podstawienie izolobalne - wędrówka wdłuż danego okresu i grupy układu okresowego - zaburzenie elektroujemności - kowalencyjność vs jonowość - podstawniki i elektro-donorowe i akceptorowe d 8, planar tetragonal: Ru(PMe 2 Ph) 3 (4-arene) 0, Rh(porphyrin) 1+, Pd(CN) 4 2–, AuCl 4 –, (HgF 4 ); (NH 4 + )[N(CN) 2 – ] transforms into (H 2 N) 2 C=N–CN, isolobal to (NH 4 + )(OCN – ), which transforms to (H 2 N) 2 C=O (Wöhler) porfirynowe uklady 2+/3+ dla Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, (Ni) i Cu; Ni(CN) 4 2–, Pd(CN) 4 2–, Pt(CN) 4 2–, 110 Uun(CN) 4 2– ; cyclo-(CH 2 ) 6 vs cyclo-[(NH 2 )(GaH 2 )] 3 ; HC CH vs HC TiH ???, EN C =2.5, EN Ti =1.5; Pd(CH 2 Ph) 4 2–, Pd(CN) 4 2–, PdCl 4 2–, PdF 4 2– ; PH 3, CH 3 –, CH 2 Ph –, C CH – ;

9 Przykłady, c.d. - podstawniki miękkie i twarde, polaryzujące i utwardzające, - podstawniki neutralne i naładowane, - podstawniki (bulky) = osłaniające, efekty ster., - podstawniki wymuszające organizację 1D, 2D, 3D, - wiązania wodorowe i inne, - skomplikowane struktury wyższego rzędu. AuI 4 –, AuBr 4 –, AuCl 4 –, AuF 4 – ; PdH 4 2–, PdCl 4 2–, PdF 4 2– ; N 2, CO, BF, CN –, BO –, NO +, PH 3, PMe 3, PEt 3, PPh 3, P(t-Bu) 3 ; Pt 5 - molecular stick; HfCl 4, HfNCl vs HfO 2 ; UF 6 (0D), UOF 4 (1D), UO 2 F 2 (2D), UO 3 (3D) (Me,SH,H)C-COOH…HOOC-C(Me,SH,H) chiral recognition Organic–inorganic hybrids …DNA…

10 Parametry mikroskopowe atomów i molekuł a własności makroskopowe ciał stałych. - Si&Ge - C - Sn - NaCl - C 6 H 6 - C 2 H 2 … - ? - semiconducting Si&Ge in the diamond structure - insulating diamond, fullerene and high-temperature [–C C], conducting graphite; amorphous & glassy C - metallic Sn and semiconducting gray tin - ionic NaCl crystal (octahedral coordination of each atom) - 3D structure of crystalline benzene, …H interactions - polymeric acetylene (poly-C 2 H 2 ), sp sp2 … - Na Cl (colour centres vel color centers) - La 2–x Ba x CuO 4 (superconductor) - various surfaces of InN single crystal - La 2 MnO 4 (giant magnetoresistance) - LiTl = (Li + )(Tl –1 ) (diamond net, Zintl phases)

11 Stałe sieciowe kryształów jonowych vs długości wiązań w molekułach. R(cryst) = x R(mol) R 2 =

12 Stałe sieciowe kryształów jonowych vs suma promieni atomowych. R(cryst) = R(at) R 2 =

13 Przerwa energetyczna w półprzewodnikach, cd. UV VIS NIR

14 Mapy strukturalne.

15 Przewidywanie struktury /odmiany polimorficzne/.

16 Przewidywanie wymiarowości i parowanie rodników w ciele stałym. (a) UF 6 (0D), UOF 4 (1D), UO 2 F 2 (2D), UO 3 (3D); (b) ReF 6 (0D), ReF 5 (1D), ReF 4 (2D), ReF 3 (3D); (c) Li 4 Sr 2 Cr 2 N 6 Li I 4 Sr II 2 [Cr V 2 N –III 6 ] Cr V = 3d 1 3D (d) Zintl-Klemm phases: NaSb, Li 2 Sb and LiBaSb Sb –I s 2 p 4 = Te, Sb –II s 2 p 5 = I, Sb –III s 2 p 6 = Xe Liczyć elektrony! Liczyć ligandy!

17

18 Jak chemicznie sterować parametrami makroskopowymi ciał stałych? -podstawienie izoelektronowe z zachowaniem stosunku stechiometrycznego (elektroujemność), cienkie powłoki, ciśnienie zewn. -zmiana ilości elektronów (podstawienie w tym samym okresie, domieszkowanie), ciśnienie zewn. -umiarkowane podstawienie izolobalne bez krytycznego zaburzenia struktury; jednokładność (Li 2 C 2 =Rb 2 O 2 ), ciśnienie zewn. -podstawienie izolobalne, ciśnienie zewn. -(a) HfCl 4, HfNCl vs HfO 2 ; (b) UF 6 (0D), UOF 4 (1D), UO 2 F 2 (2D), UO 3 (3D); (c) zmiana stopnia utlenienia: ReF 6 (0D), ReF 5 (1D), ReF 4 (2D), ReF 3 (3D); (d) dodatki wymuszające wymiarowość (organic–inorganic hybrids np. UFO) (e) zmiana kwasowości Lewisa: inverse perovskite LiBaF 3 = [LiF 2 – ][BaF + ] -(a) domieszkowanie n i p (Si:B, Si:P), (b) zmiana ilości elektronów, (c) fotoprzewodnictwo, (d) ciśnienie zewn. -przerwa energetyczna -DOS F -stała sieciowa -jonowość -liczba koord. -wymiarowość -przewodnictwo elektr.

19 Jak chemicznie sterować …? (cd.) -gęstość energii -pojemność elektr. -pojemność cieplna -rozszerz. cieplna -moduł Younga -wytrzym. mechan., twardość, ściśliw. -adhezyjność /powłoki/ -t melt -t boil -t subl -t thermal decomp -materiały wybuchowe: (a) quasi–stable redox pairs, (b) M mol -charge capacitors; -thermal energy stores; M mol -thermocouple -stress–resistant materials (kevlar, diamond); -ultrahard (C diam, BN), ultrasoft and ultrabrittle materials -teflon/TiF 3 and FeF 3 ; ochrona przed korozją! -TaC & HfC (ca o C) [Hf 2233 o C, Ta 3017 o C, and C graph 3650 o C], compare to W (3422 o C); -Re (5596 o C); ZrC (5100 o C) & HfC ?, WC 6000 o C -C graph ca o C; M mol : UF 6 (projekt Manhattan) -energy barrier; decompos. pathway, quasi–stable redox pairs

20 Jak chemicznie sterować …? (cd.) - t Curie (ferroelektr) - t Curie, t Neel - t crit - gęstość nadprądu - H c (supercond.) - wsp. załam. i dysp. - zakres przepuszcz. - dwójłom., polaryz. - hiperpolaryzow. - skrecalność właśc., magnetochiralność - … - LiNbO 3 (1483 o C) - Curie point (FM): Co (1331 o C), Neél point (AFM): LaFeO 3 (738 o C), NiO (647 o C); twardość, miekkość i straty : HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x (–140 o C, –125 o C = 158 K pod wysokim ciśn.); MgB 2 (39 K), Cs 3 C 60 (33 K) - 3D >> 2D >> 1D - V 3 Ga (32 MA/m) at 0 K - diament vs. SrTiO 3 (żółć); BaF 2 (dysp. red/yell/blue) - filters for X-Ray, IR, UV-VIS, Raman & microwave spectroscopy; notch and interference filters - filtry polaryzacyjne, ćwierć- i półfalówki - SHG, optic materials, lasers, nonlinear crystals - (so far) properties without practical significance - …

21 Parametry p (a) Liczba elektronów (b) Liczba ligandów (c) Elektroujemność (d) Twardość (e) Jonowość (f) Ładunek elektryczny (g) Rozmiar (h) Masa molowa (i) Częstość drgań (j) Parametry termodynamiczne (k) Potencjał redox … + Ciśnienie zewnętrzne/objętość Temperatura Parametry C (a) Rozmiar (b) Jonowość (c) Wymiarowość (d) Temperatura specyficzna (e) Przerwa energetyczna (f) Gęstość stanów elektron. (g) Parametry mechaniczne (h) Parametry elektryczne (i) Parametry magnetyczne (j) Paramtery optyczne (k) Gęstość energii … Projekt Manhattan


Pobierz ppt "WYKŁAD III A. Najwyższe stopnie utlenienia pierwiastków chemicznych. Najlepsze dostępne utleniacze i reduktory. Metalizacja niemetali. B. Projektowanie."

Podobne prezentacje


Reklamy Google