州 学 901 第十七章碳硼族元素 医药化工学院：梁华定
第十七章 碳硼族元素 医药化工学院：梁华定
第十七章碳硼族元素 ·本章共用5课时 ·碳硼族元素单质的物理化学性质 ·碳硼族元素氢化物的物理化学性质 ·碳硼族元素含氧酸或氢氧化物的物理化 学性质 ·碳硼族元素含氧酸盐和其它盐的物理化 学性质
第十七章 碳硼族元素 • 本章共用5课时 • 碳硼族元素单质的物理化学性质 • 碳硼族元素氢化物的物理化学性质 • 碳硼族元素含氧酸或氢氧化物的物理化 学性质 • 碳硼族元素含氧酸盐和其它盐的物理化 学性质
第一节通性 。 碳族包括元素：C,Si,Ge,Sn,Pb 价层电子（价轨道）：ns2np2(ns np nd共9个，对C价轨道 为2s2p共4个). 硼族包括元素：B,Al,Ga,In,Tl He 价层电子（价轨道）：ns2npl(nsnp B 0 Ne nd共9个，对B价轨道为2s2p共4 个) Al Ar H He Li Be B C N O F Ne Ga Ge As Se Br Kr Na Mg AI SI P S CI Ar In Sn Sb Te Xe K Ca Sc TI V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Te Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Ca Ba Ta W Re os ir Pt如e刀P四副P网 TI Pb Bi Po At Rn sblock dblock p block 114 116 11a La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Th Dy Ho Er Tm Yb Lu p block
第一节 通 性 • 碳族包括元素：C,Si,Ge,Sn,Pb • 价层电子(价轨道): ns 2np 2 (ns np nd共9个, 对C价轨道 为2s 2p共4个)。 •硼族包括元素：B, Al, Ga, In, Tl •价层电子(价轨道): ns 2np 1 (ns np nd共9个, 对B价轨道为2s 2p共4 个)
特点 ·1、电负性大，以共价为特征。 ·电负性：C-2.55Si--1.90B--2.04 ·电负性规律：自上到下变小，得电子能 力下降，失电子能力增强。 ·氧化数：碳族主要氧化态：-4,2,4硼族 主要氧化态：1,3
特点 • 1、电负性大，以共价为特征。 • 电负性：C---2.55 Si---1.90 B---2.04 • 电负性规律：自上到下变小，得电子能 力下降，失电子能力增强。 • 氧化数：碳族主要氧化态：-4, 2,4 硼族 主要氧化态：1, 3
特点 2.能自相结合成链，形成一系列烷烃、硅烷、硼烷 能力：C> Si B 通式：CnlH2n+2SinH2n+2(7≥n≥1)BnHn+4 BnHn+6 ·3.硅、硼都是亲氧元素。 ·自然界主要存在形式：Si02 B203Al203 ·C是组成生物界的主要元素 ·Si是构成矿物界的主要元素 4.都有同素异形体
特点 • 3．硅、硼都是亲氧元素。 • 自然界主要存在形式：SiO2 B2O3 Al2O3 • C是组成生物界的主要元素 • Si是构成矿物界的主要元素 2．能自相结合成链，形成一系列烷烃、硅烷、硼烷 能力： C ＞ Si ＞ B 通式：CnH2n+2 SinH2n+2(7≥n≥1) BnHn+4 BnHn+6 •4．都有同素异形体
第二节碳 成键方式 1.集团得到电子氧化态多变， 形成离子化合物（极难） CaC2(类似NaC1型) 2.共用电子对形成共 价化合物，氧化态-4 CH4 3.与电负性大的 元素共用电子对， 氧化态为正4
第二节 碳 1．集团得到电子氧化态多变, 形成离子化合物 (极难） 成键方式 3．与电负性大的 元素共用电子对， 氧化态为正4 2．共用电子对形成共 价化合物，氧化态-4 CaC2（类似NaCl型） CX4 CH4
4.成链能力极强，可形成 网状结构，且自我成链能力 极强，还可以与其它元素化 合形成网状结构 5.+4氧化态时可形成四个 共价键，且不存在孤电子对 间的斥力，故具有很强π成 键能力(C) CO 6.大π键πm(m<2n):有第 二周期元素参与而形成的多 。。问对 :0。ca0: 中心多电子的大π键。 CO
•6．大π键πn m(m<2n)：有第 二周期元素参与而形成的多 中心多电子的大π键。 •4．成链能力极强，可形成 网状结构，且自我成链能力 极强，还可以与其它元素化 合形成网状结构 •5．+4氧化态时可形成四个 共价键，且不存在孤电子对 间的斥力，故具有很强π 成 键能力（C）
2一1、碳的同素异形体 金刚石、石墨、无定形碳 。一。 金刚石、石墨 1.结构 性质 金刚石 石墨 C60 C原子构型 四面体 三角形平面 近似球面 C-C-C键角/° 109.5 120 116(平均) 杂化轨道形式 Sp3 Sp2 p22 密度gcm习 3.514 2.266 1.678 C-C键长/pm 154.4 141.8 139.1(6/6);145.5(6/5)
性 质 C原子构型 C-C-C键角/° 杂化轨道形式 密度/(g·cm −3) C-C键长/pm 金刚石 四面体 109.5 sp 3 3.514 154.4 石 墨 三角形平面 120 sp 2 2.266 141.8 C60 近似球面 116(平均) sp 2.28 1.678 139.1(6/6); 145.5(6/5) 1.结构 2－1、碳的同素异形体 •一．金刚石、石墨 金刚石、石墨、无定形碳
富勒烯(fullerenes)巴基球(buckyballs) 美国科学家 美国科学家 英国科学家 柯尔 斯莫利 克罗托 (Curl R F) (Smalley R E) (Kroto HW) 1985年9月R.E.Smalley等在氢的脉冲气流里用激光气化石墨 生成碳簇合物C60、C70。获1996年诺贝尔奖。 富勒烯中以C6和最稳定，其笼状结构酷似足球，相当于 一个由二十面体截顶而得的三十二面体。32个面中包括12 个五边形面和20个六边形面，每个五边形均与5个六边形共 边，而六边形则将12个五边形彼此隔开。与石墨相似，C60 分子中每个C原子与周围三个C原子形成3个o键，剩余 的轨道和电子共同组成离域π键，可简单地将其表示为每 个C原子与周围3个C原子形成2个单键和1个双键
富勒烯中以C60 最稳定，其笼状结构酷似足球，相当于 一个由二十面体截顶而得的三十二面体。32个面中包括12 个五边形面和20个六边形面，每个五边形均与5个六边形共 边，而六边形则将12个五边形彼此隔开。与石墨相似，C60 分子中每个 C 原子与周围三个 C 原子形成 3 个σ键，剩余 的轨道和电子共同组成离域 π 键，可简单地将其表示为每 个C原子与周围3个C原子形成2个单键和1个双键。 富勒烯(fullerenes) 巴基球(buckyballs) 英国科学家 克罗托 (Kroto H W) 美国科学家 柯尔 (Curl R F) 美国科学家 斯莫利 (Smalley R E) •1985年9月R.E.Smalley等在氦的脉冲气流里用激光气化石墨 生成碳簇合物C60、C70。获1996年诺贝尔奖
2.性质 金刚石的化学性质极稳定， 石墨的化学性质总体看来比较稳定，都能形成类似K+C8这 类化合物。 ·石墨层层之间①作用力结合疏松；②距离大。能容许一些小 分子、原子或离子插入，形成插入化合物，其结果结构不变、 片层间距离增加，性质改变（石墨“膨胀”）。 1.导体（离子化合物)：导电性增强 --CgK、C24K、C36K、C48K、C60K K→K++e片层带负电荷，π电子体系不 破坏，导电性增加； Cl2+2e→2CI1-片层留下空穴，带正电 荷，导电性增加。 2.非导体（共价化合物)： C(石墨)+F,→（CF)n聚一氟化碳 结合时用到离域键电子，π电子体系破坏，不导电
2. 性质 金刚石的化学性质极稳定. 石墨的化学性质总体看来比较稳定，都能形成类似 K+C8- 这 类化合物。 •石墨层层之间①作用力结合疏松；②距离大。能容许一些小 分子、原子或离子插入，形成插入化合物，其结果结构不变、 片层间距离增加，性质改变（石墨“膨胀”）。 •1．导体（离子化合物）：导电性增强 ――C8K、C24K、C36K、C48K、C60K •K→K++e 片层带负电荷，π电子体系不 破坏，导电性增加； •Cl2＋2e→2Cl－ 片层留下空穴，带正电 荷，导电性增加。 2．非导体（共价化合物）: C（石墨）＋F2→（CF）n 聚一氟化碳 结合时用到离域键电子，π电子体系破坏，不导电