固體發(fā)光材料是一種能將激發(fā)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獾墓腆w物質(zhì)。在基質(zhì)中摻入雜質(zhì),含量可達(dá)千分之幾或百分之幾,可調(diào)整發(fā)光效率、余輝及發(fā)光光譜。如在剛玉Al2O3基質(zhì)中摻入0.05~1.0%的Cr3+及在Y2O3基質(zhì)中摻入Eu3+等均可制成固體發(fā)光材料。
⑴推測(cè)Al2O3基質(zhì)中摻入Cr3+的發(fā)光原理。
⑵Y2O3屬立方晶系,將Y2O3的立方晶胞分為8個(gè)小立方體,Y在小立方體的面心和頂點(diǎn),O位于小立方體內(nèi)的四面體空隙,畫出這樣四個(gè)小立方體,指出Y和O的配位數(shù)。
⑴Al3+和O2-是滿殼層電子結(jié)構(gòu),能隙大,電子不易激發(fā),故無色;(2分)
摻入的Cr3+是過渡金屬,具有3d電子,在晶體中置換部分Al3+形成較低的激發(fā)態(tài)能級(jí),兩個(gè)強(qiáng)吸收帶分別吸收黃綠色及藍(lán)色的光,只有紅光透過,因而摻Cr3+的剛玉呈絢麗的紅色,稱為紅寶石。(3分)
⑵(4分)
Y的O的配位數(shù)為6,O的Y配位數(shù)為4。(1分)
⑴本題考察學(xué)生對(duì)主族元素、過渡金屬離子構(gòu)型的掌握情況。Al3+和O2-是是主族元素的陽離子和陰離子,都屬于8電子結(jié)構(gòu),價(jià)電子不易被激發(fā),因此為無色。當(dāng)部分Cr3+置換出Al3+后,由于Cr3+為d3結(jié)構(gòu),電子易被激發(fā),只能讓紅光通過(紅寶石的顏色),因此能發(fā)紅光。
⑵ 由于O位于小立方體的四面體空隙,即O的配位數(shù)為4,根據(jù)化學(xué)式可知,Y的配位數(shù)為6(配位數(shù)之比與原子數(shù)成反比)。根據(jù)題意,Y為面心立方最密堆積,因此Y原子與四面體空隙數(shù)的比例為1∶2,因此O原子在四面體空隙中的占有率為3/4,根據(jù)晶胞的對(duì)稱性原理,可以把晶胞劃分成八個(gè)小的立方體,其中共棱的立方體是相同的,共面的立方體不同:一種小立方體中Y位于頂點(diǎn)和面心,O位于六個(gè)四面體的空隙;另一個(gè)共面的立方體,O也位于六個(gè)四面體空隙中,但是未占四面體空隙呈對(duì)稱關(guān)系。其中四個(gè)四面體的示意圖如下所示:
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
(10分)固體發(fā)光材料是一種能將激發(fā)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獾墓腆w物質(zhì)。在基質(zhì)中摻入雜質(zhì),含量可達(dá)千分之幾或百分之幾,可調(diào)整發(fā)光效率、余輝及發(fā)光光譜。如在剛玉Al2O3基質(zhì)中摻入0.05~1.0%的Cr3+及在Y2O3基質(zhì)中摻入Eu3+等均可制成固體發(fā)光材料。
7-1 推測(cè)Al2O3基質(zhì)中摻入Cr3+的發(fā)光原理。
7-2 Y2O3屬立方晶系,將Y2O3的立方晶胞分為8個(gè)小立方體,Y在小立方體的面心和頂點(diǎn), O位于小立方體內(nèi)的四面體空隙,畫出這樣四個(gè)小立方體,指出Y和O的配位數(shù)。
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