第一性原理计算
第一性原理计算方法在材料科学中的应用
第一性原理计算方法在材料科学中的应用引言：材料科学作为一门跨学科的科学领域，旨在研究材料的性质、结构和性能，以及如何利用这些知识来设计和开发新材料。
而第一性原理计算方法作为一种基于量子力学原理的计算方法，广泛应用于材料科学领域。
本文将介绍第一性原理计算方法在材料科学中的应用，并展示其在材料设计、材料性质预测和材料性能优化等方面的重要性。
一、第一性原理计算方法的基本原理和流程第一性原理计算方法是一种从基本原理出发，仅通过定解问题的边界条件和基本的数学和物理方法，而独立地、直接地得到材料性质的计算方法。
其基本原理是基于薛定谔方程和密度泛函理论，通过求解电子结构和物理性质的基态，来推导和预测材料的性质。
第一性原理计算方法的流程一般包括以下几个步骤：首先，选择适当的计算模型和晶格结构；其次，通过数值方法求解薛定谔方程，得到材料的基态电子密度和能带结构等信息；然后，使用密度泛函理论来计算其他性质，如结构、力学性质、磁性和光学性质等；最后，通过与实验结果对比来验证计算结果的准确性。
二、第一性原理计算方法在材料设计中的应用1. 材料发现和材料库筛选：传统的材料设计通常依赖于试错和实验结果验证的循环迭代，耗费时间和资源。
而第一性原理计算方法能够预测新材料的物理性质，从而加速材料发现过程。
通过计算不同元素和组分的合金化合物，材料科学家可以预测材料的强度、硬度、导电性等重要性能，并筛选出具有潜在应用前景的材料。
2. 材料结构和缺陷研究：材料的结构与其性质密切相关。
通过第一性原理计算方法，可以精确地预测材料的晶体结构、晶格常数、晶粒大小等参数，并探索材料可能存在的结构缺陷和缺陷效应对性能的影响。
这有助于优化材料的结构设计，提高其性能和稳定性。
3. 电子结构和能带计算：材料的电子结构和能带结构对于理解材料的导电性、磁性、光学性质等具有重要意义。
通过第一性原理计算方法，可以准确地计算材料的能带结构、电子态密度分布和费米能级等参数，从而预测材料的导电性、磁性和光学性能。
第一性原理计算在化学反应中的应用
第一性原理计算在化学反应中的应用随着人类对物质和能量认识的加深，化学反应也成为了人们关心的话题之一。
化学反应的本质是原子之间电子的转移和重组，因此研究电子结构和动态过程对于解决化学反应机理和设计新的催化剂等方面具有重要意义。
而第一性原理计算正是一种适合用来研究电子结构和动态过程的理论工具。
在本文中，我们将探讨第一性原理计算在化学反应中的应用。
一、第一性原理计算的基础第一性原理计算是一种基于量子力学的计算方法，可以计算分子的电子性质和反应机理等物理化学性质。
第一性原理计算的基础是薛定谔方程，即描述原子核和电子之间相互作用的方程。
但是，薛定谔方程无法解析求解，因此需要使用近似方法，如密度泛函理论（DFT）、哈特里–福克方程以及分子动力学模拟等。
通过这些方法，我们可以得到分子的电子结构、分子轨道、反键能、分子中心势和电子云分布等信息，从而为研究反应机理提供基础。
二、第一性原理计算在反应机理研究中的应用1.键成长的机理在反应机理的研究中，键成长是一个非常关键的步骤。
理论计算可以帮助我们理解键成长的机理和速率。
以氨基对苯二酚的合成为例，理论计算可以研究它的反应机理，进一步揭示化学反应中的动态过程。
2.反键键裂解的机理反键键裂解是构成分子反应的一个重要环节。
理论计算可以研究反键键裂解的机理，以推断出反应的活化能、反应速率和主要反应路径。
以苯乙烯选择性氢气化为例，理论计算可以揭示反应产物及中间体的生成机制和键裂解能的计算方法。
3.电荷转移过程的机理电荷转移是化学反应中另一个重要的机理，通过理论计算可以研究电荷转移过程的动态情况。
以共轭双烯和碳硼酸的反应为例，理论计算可以揭示反应产物的生成机制和反应物分子之间的电荷转移路径。
三、结语第一性原理计算在化学反应中扮演着重要的角色，它帮助我们理解分子反应的本质和动态过程，揭示了反应物和产物之间的微观相互作用，从而加深我们对化学反应的认识。
尽管这种计算方法还存在着许多的局限性，但我们有理由相信，随着科学理论和技术的不断发展，第一性原理计算将越来越为人们所重视和应用。
第一性原理计算流程与原理公式
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第一性原理的计算流程
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9
• 除非i等于j，否则Lagrange乘法因子为0 .
Fi i ij j
•每一个电子都被假设在包括原子核和其他电子的固定区域中运动 •每一个电子方程得到的解都会影响系统中其他电子的解 自洽场假设
解的思路 •得到一个H-F本征方程的试探解，用来计算库仑和交还能。 •解H-F方，给出第二套解。 •一次类推。 •SCF方法逐渐得到对应越来越低能量的单电子的解。直到一点，在这一 点所有的电子的方程不再改变
ij Sij 0
ij
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• Lagrange乘法因子被写为－ij
E
ij Sij 0
ij
• 多电子系统和单电子系统的最大区别在于存在电子之间的
作用，包括库仑和交换积分
• 找到多电子系统最好的波函数，保留轨道图像
• 找到一个解，当一个电子的轨道变化时由于电子耦合作用 会影响其他自旋轨道上的电子的运动，在上述情况下，这
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12
• 完整的轨道，我们要用角度部分乘以径向函数部分
1s (r) 3 / exp(r)
2s (r) 5 / 3 rexp(r)
2 pz (r) 5 / exp(r)cos
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• Slater给出了一系列的轨道指数的确定原则
Z
n*
Z为原子数，为屏蔽常数，n*为有效的主量子数
n* :
n=1,2,3时取与n相同的值；n＝4，5，6s时，取3.7,4.0,4.2
屏蔽常数按下列规则确定 :
把轨道划分如下组： （1s）;(2s,2p);(3s,3p);(3d);(4s,4p);(4f);(5s,5p);(5d)
第一性原理计算在材料科学中的应用
第一性原理计算在材料科学中的应用材料科学作为一门重要的学科，研究各种材料的结构和性质，为新材料的设计和开发提供理论支持。
在材料科学的研究中，第一性原理计算成为一种强有力的工具，能够帮助科学家们深入理解材料的微观结构和性质，并为材料的合成和改进提供指导。
第一性原理计算是一种基于量子力学原理的计算方法，通过求解薛定谔方程来描述材料的电子结构以及其他相关性质。
相较于传统的经验模型和半经验方法，第一性原理计算具有更高的精度和可靠性。
它不依赖于任何经验参数，完全基于物理原理，能够从头计算出材料的各种性质，如晶体结构、能带结构、电子密度分布等。
首先，第一性原理计算在材料结构预测和优化方面具有重要应用。
通过第一性原理计算，科学家们可以预测材料的晶体结构，包括晶格常数、原子位置和晶格畸变等。
这对于材料设计和合成来说具有重要意义。
例如，当科学家们希望开发新型材料或改进已有材料的性能时，他们可以通过计算不同晶体结构的能量和稳定性，找到最稳定的晶体结构，并进一步优化其性能。
其次，第一性原理计算在材料的电子结构和能带结构研究中也发挥着重要作用。
材料的电子结构决定了其物理和化学性质，如导电性、光吸收性等。
通过计算材料的能带结构和态密度，科学家们可以了解材料的电子行为和能带特征。
在探索新型半导体材料、光电材料、催化剂等领域时，第一性原理计算可提供宝贵的电子结构信息，为材料设计和性能预测提供依据。
第三，第一性原理计算还可以用于材料的物理性质预测。
材料的物理性质包括热学性质、磁学性质、光学性质等。
通过第一性原理计算，科学家们可以计算材料的声子谱、磁学性质、光学吸收谱等，进而预测材料的热传导性能、磁性和光学性能等。
这对于材料科学家来说是非常有价值的，因为他们可以通过计算预测材料的热稳定性、磁性和光学行为，并为材料的制备和应用提供方向。
最后，第一性原理计算还可以用于材料的界面和缺陷研究。
材料的界面和缺陷对其性能和功能起着重要影响。
第一性原理计算方法的应用
第一性原理计算方法的应用1. 简介第一性原理计算方法是一种基于量子力学原理的计算方法，用于模拟材料的性质和相互作用。
该方法基于物理学的基本原理，通过求解薛定谔方程来计算材料的电子结构和材料的相互作用。
2. 第一性原理计算方法的原理第一性原理计算方法的关键是通过求解薛定谔方程来模拟材料的电子结构。
薛定谔方程描述了系统的整体波函数和能量。
通过求解薛定谔方程可以得到材料的电子布居和能带结构，从而了解其性质和相互作用。
常用的第一性原理计算方法包括密度泛函理论 (Density Functional Theory, DFT)、平面波赝势方法 (Plane Wave Pseudopotential Method, PWPP) 等。
3. 第一性原理计算方法的应用领域第一性原理计算方法在材料科学、物理化学和生物化学等领域有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用领域：•材料设计：通过第一性原理计算方法可以预测材料的性质，并设计出具有特定性能的材料。
例如，可以通过计算得到材料的晶格常数、弹性常数、能带结构等，从而实现对材料性质的精确控制。
•催化剂研究：第一性原理计算方法可以用于研究催化剂的活性和选择性。
通过计算能够揭示催化剂的电子结构和表面吸附特性，进而提供理论指导和预测。
•表面和界面科学：表面和界面对材料的性能和反应具有重要影响。
第一性原理计算方法可以揭示材料表面和界面的结构、能量和化学反应动力学，有助于理解材料表面的吸附、扩散和反应机理。
•电池材料：第一性原理计算方法可以用于研究电池材料的离子扩散、电荷转移和储能机理。
通过计算，可以揭示材料的析出机制、电化学性能和循环稳定性，为电池材料设计提供理论指导。
•生物分子模拟：第一性原理计算方法可以用于模拟生物分子的结构和相互作用。
通过计算能够揭示生物分子的构象和能量，从而理解生物分子的功能和生物过程。
4. 第一性原理计算方法的优势和挑战第一性原理计算方法具有以下优势：•精确性：第一性原理计算方法基于基本物理原理，能够提供精确的计算结果，有助于深入理解材料的性质和行为。
第一性原理计算软件
第一性原理计算软件
第一性原理计算软件是一类通过基本的物理和数学原理进行材料模拟和计算的工具。
它们利用原子尺度的基本原理，如量子力学、统计力学和热力学，以及分子动力学、密度泛函理论等方法来模拟和计算材料的性质和行为。
这些计算软件可以预测材料的电子结构、力学性质、热力学性质以及与其他物质之间的相互作用等信息。
这些计算结果对于材料设计、催化剂开发、电子器件优化等领域都具有重要的应用意义。
第一性原理计算软件的基本原理是通过求解薛定谔方程来描述材料的电子结构。
由于薛定谔方程的求解过程非常复杂，需要进行大量的计算和近似。
常见的第一性原理计算软件包括VASP、Quantum ESPRESSO、Gaussian等。
这些软件通常采用平面波基组和赝势方法进行计算。
平面波基组是一种常用的基组，它可以将波函数展开为平面波的线性组合。
赝势方法则是用一个有效的势能来代替真实的库仑势能，从而简化计算过程。
除了以上的方法，一些第一性原理计算软件还使用了模型哈密顿量、分子动力学等技术来模拟和计算材料的性质。
这些软件通常具有较高的计算效率和准确性，但对于计算资源的要求也较高。
总之，第一性原理计算软件是一种强大而广泛应用的工具，它
可以帮助科学家和工程师更好地理解材料的性质和行为，进而指导材料设计和优化。
第一性原理计算方法在材料科学中的应用
第一性原理计算方法在材料科学中的应用1.引言第一性原理计算方法（First Principles Calculation）是近年来发展的新型计算方法，用于准确计算分子和固体物质的能量、结构和物理性质。
它的优势在于不依赖于实验数据，可以直接从基本原理推导出体系的特性。
在材料科学领域，第一性原理计算方法已经成为研究材料的重要工具，可以为合成新材料和设计功能材料提供理论依据，并指导实验研究。
2.第一性原理计算方法的基本原理第一性原理计算方法的基本原理是量子力学中的密度泛函理论，它的基本假设是所有粒子的运动都可以描述为波函数的运动。
根据波函数理论，一个由N个电子和原子核组成的体系的波函数可以用N个单电子波函数表示。
通过求解薛定谔方程，可以确定体系的基态能量和电子的密度，从而得到体系的性质。
3.第一性原理计算方法在材料科学中的应用（1）材料合成第一性原理计算方法可以模拟材料的结构、动力学和化学反应，为材料合成提供理论指导。
例如，使用第一性原理计算方法可以预测材料的稳定性、生长机制和晶体缺陷，从而为材料的设计和制备提供指导。
（2）材料性能第一性原理计算方法可以计算材料的电子结构、热力学性质、光电性质和磁学性质等，从而为材料的性能研究提供理论基础。
例如，通过计算材料的电子结构，可以预测材料的导电性、热导率和热电性能等，为相关应用提供指导。
（3）材料改性第一性原理计算方法可以模拟材料的界面和表面结构，研究材料的改性效果。
例如，可以通过计算材料与其他材料的界面能量来评估材料的附着性和界面稳定性，从而指导材料的改性设计。
（4）功能材料设计借助第一性原理计算方法，可以针对具体的应用需求，设计出具有特定功能的材料。
例如，通过计算材料的光电性质、催化活性和磁学性质等，可以指导材料的功能设计，为实现特定的应用提供理论指导。
4.发展趋势随着材料科学和计算科学的发展，第一性原理计算方法的应用前景越来越广阔。
未来，第一性原理计算方法将会与机器学习和高通量计算等技术结合，为材料科学的研究提供更多的可能性。
第一性原理计算ppt课件
N /2
2
H
c ii
ore
i 1
2
• 电子与电子的作用项
• i和j中存在4个电子。
• 在一个轨道上的2个电子以库仑作用的方式与另一个轨道 上的两个电子发生作用。记为4Jij。
• 但是在这些组合中，包含了成对电子的两种作用方式，给 出了总的交换能－Kij。
• 最后，在同一轨道上的一对电子库仑作用也要考虑在内， 但是这些电子具有成对的自旋因此不存在交换能。
i1
i1i1
N/2
Fi(1)H co(r1)e 2Jj(1)Kj(1)
j1
引入了轨道i的原子轨道展开形式，把相应的i轨道带入H-1)i cv1v(1)
v1
v1
20
每一侧都乘以u（1），（也是一基函数），积分
K
K
c vid1(1 )F i(1 )v(1 )i c vid1(1 )v(1 )
屏蔽常数按下列规则确定 :
把轨道划分如下组： （1s）;(2s,2p);(3s,3p);(3d);(4s,4p);(4f);(5s,5p);(5d)
14
对给定的轨道，屏蔽常数有下列贡献之和确定 • 如果到原子核的距离比到上述各组远，取0； • 同一组的其他电子贡献为0.35；但若其他轨道为1s，则贡献为0.3。 • 电子的主量子数比现有轨道小2或更多,则贡献为1。 • 如果每一个电子具有的主量子数比现有轨道小1：现有轨道为d或f,取
5
• 这一条件作用于能量表达式 ，得到Hartree-Fock方程
• 正交归一化条件可以写为交叠矩阵Sij
Sijijdij
• 能量最小的限制条件可以通过Lagrange因子解决 • 最小化的函数的微分加上限制条件乘以Lagrange乘法因子
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第一性原理根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法，习惯上称为第一原理第一性原理通常是跟计算联系在一起的，是指在进行计算的时候除了告诉程序你所使用的原子和他们的位置外，没有其他的实验的，经验的或者半经验的参量，且具有很好的移植性。
作为评价事物的依据，第一性原理和经验参数是两个极端。
第一性原理是某些硬性规定或推演得出的结论，而经验参数则是通过大量实例得出的规律性的数据，这些数据可以来自第一性原理(称为理论统计数据)，也可以来自实验(称为实验统计数据)。
但是就某个特定的问题，第一性原理和经验参数没有明显的界限，必须特别界定。
如果某些原理或数据来源于第一性原理，但推演过程中加入了一些假设(这些假设当然是很有说服力的)，那么这些原理或数据就称为“半经验的”。
第一性原理，英文First Principle，是一个计算物理或计算化学专业名词，广义的第一性原理计算指的是一切基于量子力学原理的计算。
我们知道物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成。
量子力学计算就是根据原子核和电子的相互作用原理去计算分子结构和分子能量（或离子），然后就能计算物质的各种性质。
从头算（ab initio）是狭义的第一性原理计算，它是指不使用经验参数，只用电子质量，光速，质子中子质量等少数实验数据去做量子计算。
但是这个计算很慢，所以就加入一些经验参数，可以大大加快计算速度，当然也会不可避免的牺牲计算结果精度。
那为什么使用“第一性原理”这个字眼呢？据说这是来源于“第一推动力”这个宗教词汇。
第一推动力是牛顿创立的，因为牛顿第一定律说明了物质在不受外力的作用下保持静止或匀速直线运动。
如果宇宙诞生之初万事万物应该是静止的，后来却都在运动，是怎么动起来的呢？牛顿相信这是由于上帝推了一把，并且牛顿晚年致力于神学研究。
现代科学认为宇宙起源于大爆炸，那么大爆炸也是有原因的吧。
所有这些说不清的东西，都归结为宇宙“第一推动力”问题。
科学不相信上帝，我们不清楚“第一推动力”问题只是因为我们科学知识不完善。
第一推动一定由某种原理决定。
这个可以成为“第一原理”。
爱因斯坦晚年致力于“大统一场理论”研究，也是希望找到统概一切物理定律的“第一原理”，可惜，这是当时科学水平所不能及的。
现在也远没有答案。
但是为什么称量子力学计算为第一性原理计算？大概是因为这种计算能够从根本上计算出来分子结构和物质的性质，这样的理论很接近于反映宇宙本质的原理，就称为第一原理了。
广义的第一原理包括两大类，以Hartree-Fork自洽场计算为基础的ab initio从头算，和密度泛函理论（DFT）计算。
也有人主张，ab initio专指从头算，而第一性原理和所谓量子化学计算特指密度泛函理论计算。
补充解释第一性原理就是从头计算，不需要任何参数，只需要一些基本的物理常量，就可以得到体系基态的基本性质的原理。
声子是晶体中晶格集体激发的准粒子，化学势为零，属于玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。
声子本身并不具有物理动量，但是携带有准动量，并具有能量。
声子就是“晶格振动的简正模能量量子。
”对此，我们可以更详细地予以解释。
在固体物理学的概念中，结晶态固体中的原子或分子是按一定的规律排列在晶格上的。
在晶体中，原子并非是静止的，它们总是围绕着其平衡位置在作不断的振动。
另一方面，这些原子又通过其间的相互作用力而连系在一起，即它们各自的振动不是彼此独立的。
原子之间的相互作用力一般可以很好地近似为弹性力。
形象地讲，若把原子比作小球的话，整个晶体犹如由许多规则排列的小球构成，而小球之间又彼此由弹簧连接起来一般，从而每个原子的振动都要牵动周围的原子，使振动以弹性波的形式在晶体中传播。
这种振动在理论上可以认为是一系列基本的振动（即简正振动）的叠加。
当原子振动的振幅与原子间距的比值很小时（这在一般情况下总是固体中在定量上高度正确的原子运动图象），如果我们在原子振动的势能展开式中只取到平方项的话（这即所谓的简谐近似），那么，这些组成晶体中弹性波的各个基本的简正振动就是彼此独立的。
换句话说，每一种简正振动模式实际上就是一种具有特定的频率ω、波长λ和一定传播方向的弹性波，整个系统也就相当于由一系列相互独立的谐振子构成。
在经典理论中，这些谐振子的能量将是连续的，但按照量子力学，它们的能量则必须是量子化的，只能取ω的整数倍，即En＝（n＋1/2）hω（其中1／2hω为零点能）。
这样，相应的能态En就可以认为是由n个能量为hω的“激发量子”相加而成。
而这种量子化了的弹性波的最小单位就叫声子。
反应焓：在等温等压下化学反应的焓变为生成物焓的总和减去反应物焓的总和之差。
生产焓：这个是人为的规定，在标准压力下（100KPa）下，在进行反应的温度时，有最稳定的单质合成标准压力P下单位量物质B的反应焓变，叫做物质B 的标准摩尔生成焓。
第IVB族第IVB族—钛副族包括钛、锆、铪三种元素。
它们在地壳中的丰度(质量分数)分别是：钛Ti 锆Zr 铪Hf质量分数%0.63 0.02 4.5×10-4虽然钛在地壳中的丰度居元素分布序列中的第十位，但由于它在自然界存在的分散性和金属钛提炼的困难，它一直被人们认为是一种稀有金属。
钛的主要矿物有钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2。
锆和铪是稀有金属，锆的主要矿物是锆英石ZrSiO4。
铪常与锆共生。
钛族元素原子的价电子层结构为(n-1)d2ns2，由于d轨道在全空d0的情况下，原子的结构比较稳定，所以除了最外层的两个s电子参加成键外，次外层的两个d电子也很容易参加成键，因此钛、锆、铪的最稳定氧化态是＋4，也是最高氧化态，与它们的族数相一致。
其次钛还有氧化态为＋3的化合物，锆和铪生成低氧化态的趋势很小，这一点和d区各族元素一样，在族中自上而下，高氧化态趋于稳定，低氧化态不稳定。
但与主族元素第ⅣA族中氧化态的变化规律相反。
我们从物理性质、化学性质两个方面介绍钛族元素。
1.物理性质钛族金属的外观似钢，纯金属具有良好的可塑性，但当有杂质存在时变得脆而硬。
钛的机械强度与钢相近，密度比钢小（钛的密度4.54 g·cm-3，钢的密度7.9g·cm-3），可以和多种金属形成合金，是一种新兴的结构材料。
锆和铪主要用于原子反应堆中。
2.化学性质从标准电极电势看，钛、锆、铪、是还原性强的金属，但因在金属表面容易形成致密的、钝性的氧化物保护膜，使得钛族金属在通常温度下具有优良的抗腐蚀性。
不同酸或碱作用。
不过，钛族金属都能溶解在氢氟酸中，生成六氟配合物：Ti＋6HF = H2[TiF6]＋2H2↑与常温下的表现相反，钛族金属在高温时能与许多非金属直接化合，例如可以生成氧化物MO2、卤化物MX4、间充氮化物MN和碳化物MC等。
与钪族元素一样，粉末状的钛族金属在高温时都能吸附氢气，生成间充化合物MH2。
例如TiH2和ZrH2在电真空工艺(制造电子管和显像管)中用作吸气剂，制造泡沫金属中用作氢源，也用于金属陶瓷封接和粉末冶金中。
钛族金属的氢化物在空气中是稳定的，并不同水反应，这与钪族元素和s区元素的离子型氢化物是显著不同的。
第VB族第VB族──钒副族包括钒、铌、钽三种元素。
它们在地壳中的丰度(质量分数)分别是：钒族元素在自然界中分散而不集中，提取和分离都比较困难，因此被列为稀有金属。
钒主要以+3和+5两种氧化态存在于矿石中，比较重要的钒矿有钒酸钾)VO4·3/2H2O和钒铅矿Pb5(VO4)3Cl。
由于铌和钽的五价离子半径极铀矿K(UO2为相近，在自然界中总是共生的。
主要矿物是共生的铌铁矿或钽铁矿Fe[(Nb,Ta)O3]2。
钒族元素的价电子层结构为(n－1)dns，5个价电子都可以参加成键，因此它们的最高氧化态为＋5，与它们的族数相一致。
＋5是钒族元素最稳定的一种氧化态。
在族中自上而下，按钒、铌、钽的顺序，高氧化态的稳定性依次增强，低氧化态的稳定性依次减弱。
例如钒还能有稳定的＋4，＋3氧化态存在，而铌和钽只有＋5氧化态稳定。
这一情况与d区其它元素相似，而与主族元素第VA族相反。
我们从物理性质、化学性质两个方面介绍钒族元素。
1.物理性质钒是一种银灰色金属，铌的外形似铂，它们都具有延展性。
由于钒族金属比同周期的钛族金属有较强的金属键，因此，钒族金属的熔、沸点都比相应的钛族金属为高。
钽是最难熔的金属之一。
2.化学性质从标准电极电势看，钒族金属都是较强的还原剂，但由于容易呈钝态，因此在室温下化学活泼性较低。
例如钒在常温下能抗空气、海水、酸、碱的腐蚀，但能溶于氢氟酸、浓硫酸、硝酸和王水中。
铌和钽的化学稳定性特别高，尤其是钽，它们不仅不与空气和水作用，并且能抵抗除了氢氟酸以外的所有的无机酸，甚至王水的腐蚀。
由此看出，钒族金属自上而下，金属的活泼性逐渐降低。
钒、铌、钽都容易溶解在硝酸和氢氟酸的混合物中，并且可以和熔融的苛性碱发生反应。
钒和钽因原子半径和离子半径十分相似，使得它们化学性质也极为相近，给分离它们带来困难。
第VIB族第VIB族──铬副族包括铬、钼、钨三种元素。
它们在地壳中的丰度(质量分数)分别是：在地壳中丰度较低的钼和钨，在我国的蕴藏量极为丰富。
)2，钼矿是辉钼矿MoS2，钨矿主要有在我国最重要的铬矿是铬铁矿Fe(CrO2黑钨矿(钨锰铁矿)(Fe II、Mn II)WO4和白钨矿CaWO4。
铬族元素的价电子层结构为(n－1)d5ns1，其中钨为5d46s2。
铬族元素原子中的6个价电子都可以参加成键，因此它们的最高氧化态都是＋6，与它们的族数相一致。
和所有d区元素一样，它们的d电子也可以部分参加成键，因此铬族元素表现出具有多种氧化态的特性。
在族中自上而下，从铬到钨，高氧化态趋于稳定，而低氧化态的稳定性恰好相反。
例如Cr易表现出低氧化态(如Cr(Ⅲ)的化合物)，而Mo和W以高氧化态(Mo(Ⅵ)和W(Ⅵ)的化合物)最稳定。
我们从物理性质和化学性质两个方面来介绍铬族元素。
1.物理性质铬是银白色有光泽金属，粉末状的钼和钨是深灰色的，致密块状的钼和钨也是银白色有金属光泽的。
由于铬族元素的原子可以提供6个价电子形成较强的金属键，因此它们的熔点、沸点是同一周期中最高的一族。
钨的熔、沸点是所有金属中最高的。
铬族元素的硬度也都很大。
2.化学性质铬族元素的金属活泼性在族中自上而下逐渐降低。
这可以从以下几个方面看出。
①从铬族元素的标准电极电势看，铬比较活泼，还原性比较强，钼和钨则比较稳定。
②铬能溶于稀酸，但不溶于浓硝酸，是因为表面生成了一层致密的氧化物薄膜而呈钝态；钼只能溶于浓硝酸和王水；钨则只能溶于王水。
③铬在加热时能与氯、溴和碘反应；钼在同样条件下只与氯和溴反应；钨则只能与氯化合，不能与溴和碘反应。