Электронная структура и химическая связь в карбонатах щелочных металлов

• Автор: Фёдоров, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 104 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава I. Метод расчета электронной структуры кристаллов.

1.1. Основы теории функционала локальной электронной плотности

1.2. Метод псевдопотенциала и использование базиса численных атомных псевдоорбиталсй.

1.3. Вычислительная процедура

1.4. Интегральные характеристики зонного спектра.

1.5. Применение метода подрешеток для анализа химической связи

1.6. Метод вычисления зарядов атомов в кристалле.

Глава 2. Кристаллическое строение и физикохимичсскис свойства карбонатов щелочных металлов

2.1. Физикохимические свойства карбонатов щелочных металлов

2.2. Кристаллическое строение карбонатов щелочных металлов.
Глава 3 Электронная структура карбонатов щелочных металлов
3.1. Энергетический спектр электронов в ионе СО3
3.2. Зонный спектр и природа квантовых состояний 1л2СОз
3.3. Зонный спектр и природа квантовых состояний 2СОз.
3.4. Зонный спектр и природа квантовых состояний К2СОз, ЯЬ2СОз, СбзСОз
3.5. Зонный спектр и природа квантовых состояний ЬЖСОз.
3.6. Оптические функции
3.7. Общие закономерности электронного строения карбонатов щелочных металлов.
Глава 4. Химическая связь в карбонатах щелочных металлов
4.1. Химическая связь в 1л2СОз
4.2. Химическая связь в Ыа2СОз.
4.3. Химическая связь в К2СОз, ИЫСОз и Сб2СОз.
4.4. Химическая связь в твердом растворе ЛКСОз
Глава 5. Зарядовые состояния кислорода в кристаллах
5. . Расчет зарядов атомов в кристалле.
5.2. Заряды атома кислорода в типично ионных кристаллах
5.3. Заряд атома кислорода в карбонатах щелочноземельных металлов.
5.4. Заряд атома кислорода в карбонатах щелочных металлов
Заключение.
Основные результаты и выводы.
Литература


Научная значимость работы состоит в том, что впервые определены такие фундаментальные характеристики кристаллических карбонатов щелочных металлов, как энергетическое и пространственное распределение электронов, на основе которых установлены закономерности их электронной структуры и механизмы образования химической связи. Практическая значимость работы состоит в том, что на основе имеющегося и вновь созданного программного обеспечения вычислены количественные характеристики энергетического спектра, оптических функций, величин зарядов и зарядового переноса, необходимые для интерпретации физикохимических свойств класса соединений карбонатов щелочных металлов. Полученные результаты находятся в удовлетворительном качественном и количественном согласии с имеющимися экспериментальными и теоретическими данными. Зарядовые состояния атомов, полученные для ионных и ионномолекулярных соединений, сравнивались с результатами других авторов и имеют хорошее согласие с ними. Сформулированные выводы являются взаимно согласованными и не содержат внутренних противоречий. Личный вклад автора состоит в практической реализации метода Бейдера и вычислении зарядовых состояний кислорода, а также выполнении расчетов зонной структуры, плотности состояний, кристаллической и разностной плотности всех изучаемых соединений. Идея исследования, постановка задач, анализ результатов обсуждались совместно с научным руководителем. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских научных конференциях студентовфизиков и молодых ученых Красноярск, Москва, Новосибирск, Ростов на Дону, Таганрог , Всероссийской научной конференции молодых ученых Наука. Технологии. Инновации Новосибирск, , конференции молодых ученых Кемеровского государственного университета, посвященный летию КсмГУ Кемерово, , Международной конференции Физикохимические процессы в неорганических материалах Кемерово, , , третьей Всероссийской научной конференции Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий Томск, , Всероссийской школеконференции Молодые ученые новой России. Фундаментальные исследования в области химии и инновационная деятельность Иваново, , на семинаре Термодинамика и материаловедение. СО РАНУрО РАН Новосибирск, , Молодежном семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества Екатеринбург, , Международной научной конференции Фундаментальное и прикладное материаловедение Барнаул, . Публикации по теме диссертации опубликованы работы, в том числе 3 статьи в. ВАК, 7 статей в сборниках научных трудов и тезисов докладов на научных конференциях. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 6 наименования. Общий объем диссертации составляет 4 страниц, работа содержит таблиц и рисунков. Первая глава посвящена описанию метода исследования. Излагаются основы теории функционала плотности в локальном приближении. Приводится информация об неэмпирических Жпсевдопотенциалах, базисе численных 3 псевдоорбиталей и плотности состояний. Подробно изложены основные положения метода Бейдера, который позволяет выделять атомы в молекулах или кристаллах и вычислять их зарядовые состояния. Вторая глава посвящена описанию физикохимических свойств карбонатов щелочных металлов. Для каждого кристалла приводятся данные о его структуре, межатомных расстояниях и количестве подрешеток, а также координаты атомов в элементарной ячейке. В третьей главе содержатся результаты расчетов энергетического спектра, плотности состояний и оптических функций. Приведены зонные спектры i2, 2, К2С, i, плотности состояний и фотоэлектронный спектр карбоната лития. Также приведен совмещенный по
энергетической шкале спектр иона СО3 , расчет которого проведен с помощью стандартного программного пакета . Установлены вклады атомов, в формирование состояний отдельных энергетических зон, используя парциальные электронные плотности. Проводится сопоставление теоретических спектров 2 с экспериментальными . В четвертой главе методом подрешеток исследуются механизмы образования химической связи.