元素漫谈(五)铬

元素漫谈(五)铬

择要

铬,原子序数24,铬有二十多种同位素,最稀有的铬有28此中子。室温下的单质铬是坚固而有光晕的金属。Chromium来自于希腊文中“颜色”的意思。铬有很多带颜色的化合物,如今颜料的制备中还会用到铬。一些物质中掺杂了铬也会拥有颜色,比如,红宝石的赤色便与铬有关。

图一:不同颜色的含铬化合物

图片泉源:

Chromium来自于希腊文中“颜色”的意思。铬有很多带颜色的化合物(图一),如今颜料的制备中还会用到铬。一些物质中掺杂了铬也会拥有颜色,比如,红宝石的赤色便与铬有关。红宝石的主体是刚玉(三氧化二铝最安定的形态),刚玉本身是纯透的。原子中的电子约莫占据的能量并不是一连的,而是量子化的,一旦光的能量与电子两个量子态的能量差相称时,电子可以与光子有互相作用,刚玉在可见光范围与光子无明显互相作用,因此无色纯透。假如三价的铬代替了三价的铝,电子允许占据的能级会被改动,终极让铝的氧化物展现为赤色(强红光穿透,强紫光吸取,强黄绿光吸取)。不仅铬的化合物和掺杂铬的晶体容易展现颜色,含铬的离子在溶液中也有多种颜色,这些颜色的泉源很多与铬的价层d轨道有关。铬的英文Chromium照旧Google的一个项目名,欣赏器Chrome的名字就是劈头于此。

图二:铬掺杂对颜色的影响。刚玉(三氧化二铝)是无色纯透的,随着铬的掺杂,颜色渐渐由红变绿。 图片泉源:
http://pedagog.hubpages.com/hub/Ruby-sapphire#

电子在原子中的布局必要用量子力学表明。电子布局依照两个量子数被分类,这两个量子数分散是主量子数n和角量子数l,它们和别的两个量子数(角动量z分量量子数和自旋)形貌了电子的形态。主量子数n决定了电子的壳层,每个壳层可包容的电子数是2n2(2,8,18,32,……)。好比n=1时,依据量子力学,l只能有一个取值0,角动量z分量量子数也仅有一个取值。由于泡利不相容原理,原子中不克不及有两个量子数完全一样的电子,因此,再加上自旋这个自在度,n=1这个壳层最多只能添补两个电子,氢是只填一个电子的例子,氦是只填两个电子的例子。

每个壳层依据角动量不同而有不同支层。比如,n=2时,l有两个取值,分散是0和1,对应两个支壳层。l=0的支层,角动量z分量仅有一个取值,再加上自旋自在度,这个支层可以包容两个电子,对应锂和铍。l=1的支层,角动量z分量有三个取值(-1,0,1),再加上自旋的自在度,这个支层可以包容六个电子,对应从硼到氖。因此,整个n=2壳层可以包容8个电子,对应第二周期从锂到氖的八种元素。元素周期表并不是完全依照2n2的纪律排的,由于电子不一定填完一个主量子数n再填下一个,它恪守的是能量最低原理。比如,(n=3,l=2)与(n=4,l=0)这两个支壳层的能量就十分接近,添补时不必填满一个再填另一个。

习气上,人们用s、p、d、f来对应l=0、1、2、3的不同支壳层。铬有24个电子,此中18个电子与十分安定的氩一样,剩下5个电子填在价层d轨道上,1个电子填在最外层的s轨道上,这6个电子让铬与其他元素不同。铬的价层d轨道指的便是电子角动量l=2的轨道,它允许五种角动量z分量取值(-2,-1,0,1,2),再加上自旋,这个轨道最多可以添补10个电子。由于这个d轨道的存在,铬能与其他元素机动地组合,它在化合物中可以呈负二价到正六价,共九种约莫价态。多种价态让铬构成多种化合物,有些恰好带颜色。除了颜料,生存中我们还常碰到不锈钢中的铬,由于铬会被氧气钝化,构成一层保护层,因此质料外表会变得不活泼,不容易受情况影响,相似的例子有铝的外表构成三氧化二铝。兵马俑中兵器上的涂层发觉过铬的存在。

铬也经常显现于科研中,比如作为微加工武艺中的正中镀层。已往几十年里,铬用于科研中的一个出名例子是巨磁阻效应。巨磁阻效应于1988年被发觉,2007年取得诺贝尔物理学奖。所谓巨磁阻效应,简便来说指的是电阻随磁场大幅度厘革的征象,它显现于多层有布局的薄膜中。图三给出了巨磁阻征象的一个表现图,随着磁场显现,电阻值大幅度改动,这个征象可以用于硬盘的信息存储。磁阻征象150年前就被发觉了,比如,铁的电阻在磁场下可以厘革约莫5%,而巨磁阻征象中的电阻厘革可以高达100%,这个效应与电子自旋有关。巨磁阻征象于多层瓜代的铁和铬薄膜中被发觉,铁起图三中铁磁性层的作用,铬起图三中非铁磁性层的作用,这一局部系中磁场下的电阻厘革可达50%。铬本身的磁性也很特别,它是是室温下唯一的反铁磁元素。关于磁性的先容,我们将在漫谈其他元素时触及。

图三:巨磁阻征象。左上,无磁场时,两个铁磁性薄膜磁化反向,记为R↑↓;右上,加磁场时,两个铁磁性薄膜磁化同向,记为R↑↑;下图,随着磁场增长,电阻值渐渐变小,由R↑↓变为R↑↑。GMR值就是电阻在磁场中厘革的比例。

图片泉源:

铬,原子序数24,不为人熟知的稀有元素,它的化学实质来自量子力学。

内容底部广告位(手机)
标签:

管理员
草根站长管理员

专注网站优化+网络营销,只做有思想的高价值网站,只提供有担当的营销服务!

上一篇:肚脐眼(肚脐是养生要穴,怎么养?)
下一篇:返回列表