第17章 碳硅硼 Chapter 17Carborn,Silicon and Boron
第17章 碳 硅 硼 Chapter 17 Carborn Silicon and Boron
本章教学要求 1.掌握碳、硅、硼的单质、氢化物、卤化物和含氧化 合物的制备和性质； 2. 通过硼及其化合物的结构和性质，了解硼的缺电子 特性； 3。了解硅酸及其硅酸盐的结构与特性； 4. 认识碳、硅、硼之间的相似形与差异
本章教学要求 1．掌握碳、硅、硼的单质、氢化物、卤化物和含氧化 合物的制备和性质； 2．通过硼及其化合物的结构和性质，了解硼的缺电子 特性； 3．了解硅酸及其硅酸盐的结构与特性； 4．认识碳、硅、硼之间的相似形与差异
17.1通性 本章内容 17.2碳 17.3 硅 17.4 硼 17.5碳化物、硅化物和硼化物
17.1 通性 17.2 碳 17.3 硅 17.4 硼 17.5 碳化物、硅化物和硼化物
17.1 通性 He B g K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr B Ne Rb Sr Y Zr Nb Mo Te Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Hr Ta W Re Pb Lu o At Rn Si block D biock La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Th Dy Ho Er Tm Yb面 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Ble Cr Es Fm Md No Lr Ga Ge As Se Br 碳、硅、硼 Pb B Po At Rn 在元素周期 118 表中的位置 p block
碳、硅、硼 在元素周期 表中的位置 17.1 通性
17.1. 云素的基李姓质 硼族碳族和氮族元素的基本性质中可以看出如下一些特性： P区元素的化学以其多样性为特点： 唯一同时包括金属和非金属元素的一个☒ 包括“不活泼的单原子气体一稀有气体” ●无机非金属材料库：C一C复合材料，人造金刚石，半导体硅，分 子筛（铝硅酸盐），高能燃料(NH)(见下页图) ●有毒的小元素群 。多有同素异形体 ● 成键的多样性：如乙硼烷的3c-2e键等 周期表中的规律性：惰性电子对效应，对角线规则等 Ga Ge 有益微量元素 In Sb Te 可能是有益微量元素 Ti Pb Bi Po
● 唯一同时包括金属和非金属元素的一个区 ● 包括 “不活泼的单原子气体—稀有气体” ● 无机非金属材料库：C—C复合材料，人造金刚石，半导体硅，分 子筛（铝硅酸盐），高能燃料（N2H4）(见下页图) ● 有毒的小元素群 ● 多有同素异形体 ● 成键的多样性：如乙硼烷的 3c-2e 键等 ● 周期表中的规律性：惰性电子对效应，对角线规则等 Ga In Tl Ge Sn Pb As Sb Bi Se Te Po 有益微量元素 可能是有益微量元素 P区元素的化学以其多样性为特点： 17. 元素的基本性质 从硼族、碳族和氮族元素的基本性质中可以看出如下一些特性：
碳一碳复合材料 人造金刚石 Supercage Cubic cage Sodalite cage 分子筛 高能燃料 光子带隙材料 硅单晶材料太阳电池材料纳米半导体材料
光子带隙材料 硅单晶材料 太阳电池材料 纳米半导体材料 分子筛 碳-碳复合材料 高能燃料 人造金刚石
17.1.2电子构型和成键性质 形成多重键或多中心键或结合成链： 根据Lw心结构式中价电子数与形成的化学键数之间的关系，分子型二 元氢化物可分三类： 缺电子A族) 足电子(IVA族) 富电子(V-VIIA族) (electron-deficient) (electron-precise) (electron-rich) 氢化物 氢化物 氢化物 B2H CH, NHg
电子构型和成键性质 根据 Lewis 结构式中价电子数与形成的化学键数之间的关系，分子型二 元氢化物可分三类： 缺电子(IIIA族) (electron-deficient) 氢化物 B2H6 足电子(IVA族) (electron-precise) 氢化物 CH4 富电子(V-VIIA族) (electron-rich) 氢化物 NH3
半导体性质：周期表中7种半导体元素B,Si,Ge,As,Sb,Se 和T©全在p区.特别需要提醒的是：不能以导电能力判断一种物 质是否属于半导体，用作判据的只能是禁带的宽度， 第14/V族元素和某些第Ⅲ一V族化合物的禁带(25℃) 材料 E/eV 材料 E/eV C(金刚石) 5.47 BN 7.5(近似值) Sic 3.00 BP 2.0 Si 1.12 GaN 3.36 Ge 0.66 GaP 2.26 Sn 0 GaAs 1.42 InAs 0.36 成簇能力： 三族中不少元素具有较强的 成簇能力，例如由B原子构 成簇骨架的硼烷和由B,C 原子构成簇骨架的硼碳烷
半导体性质 周期表中 7 种半导体元素 B，Si，Ge，As，Sb，Se 和 Te全在 p 区. 特别需要提醒的是:不能以导电能力判断一种物 质是否属于半导体，用作判据的只能是禁带的宽度. 第 14/Ⅳ 族元素和某些第 Ⅲ—Ⅴ 族化合物的禁带（25℃） 材料 E/eV 材料 E/eV C(金刚石) 5.47 BN 7.5(近似值) SiC 3.00 BP 2.0 Si 1.12 GaN 3.36 Ge 0.66 GaP 2.26 Sn 0 GaAs 1.42 InAs 0.36 ：三族中不少元素具有较强的 成簇能力，例如由B原子构 成簇骨架的硼烷和由 B，C 原子构成簇骨架的硼碳烷
等电子物种的相关性：本章所讨论的元素会形成一些很有趣的等 电子物种，有代表意义的是： ●同样有着12个电子的BN单元可以 起到CC单元类似的作用。 立方氮化硼与金刚石之间具有类似 CH(有机苯) BN,H(无机苯 的替代关系，类似的结构导致了类 似的性质.它硬度接近金刚石，也 是一种有效的磨料，特别是用于不 适宜用金刚石磨料的场合， 金刚石 立方氮化硼 ●石墨和六方氮化硼均为层状结构， 两种物质均具有油腻感并用作润滑 剂，但石墨是电的良导体而后者是 绝缘体.你能从结构上的差别作解 释吗？ 石 六行氮化硼
等电子物种的相关性 本章所讨论的元素会形成一些很有趣的等 电子物种, 有代表意义的是： 石 墨 六方氮化硼 C6H6 (有机苯) B3N3H6 (无机苯) ● 同样有着 12 个电子的 BN 单元可以 起到 CC 单元类似的作用。 ● 石墨和六方氮化硼均为层状结构， 两种物质均具有油腻感并用作润滑 剂，但石墨是电的良导体而后者是 绝缘体. 你能从结构上的差别作解 释吗？ 金刚石 立方氮化硼 ● 立方氮化硼与金刚石之间具有类似 的替代关系，类似的结构导致了类 似的性质. 它硬度接近金刚石，也 是一种有效的磨料，特别是用于不 适宜用金刚石磨料的场合
17.1.3自然存在和丰度 C,N,P是生物体的重要元素，C与O、H形成的化合物构成生物圈 的主体Si、0形成的化合物构成地壳岩石圈的主体.C以单质存在 其余大多以矿物形式存在，甚或是“稀散元素”· 第ILA,第IVA,第VA族一些元素的重要矿物 元系 重要矿物 课文中未提到的制备方法 硼砂Na,B,O,10H,O 热解法制备碳 碳 煤、烃类化合物、石墨 硅 石英砂SiO2
C, N, P是生物体的重要元素，C 与 O、H 形成的化合物构成生物圈 的主体 Si、O 形成的化合物构成地壳岩石圈的主体. C 以单质存在 ，其余大多以矿物形式存在，甚或是 “稀散元素”. 第IIIA ，第IVA，第VA族一些元素的重要矿物 元素 重要矿物 课文中未提到的制备方法 硼砂 Na2B4O7·10H2O 煤、烃类化合物、石墨 石英砂 SiO2 热解法制备碳 硼 碳 硅 17.1.3 自然存在和丰度