第13章碳族元素 Group IVA: C, si, Ge, Sn, Pb §13-1碳族元素通性 元 价电子 EA 单质 构型 氧化态氧化态和1 物性 化学性质 非金氢最高价 熔密 金属化氧化物 SI 稳定性增大 稳定性减 逐目沸度 属性冒物对应 渐点增 G 减儿降大 性增稳水化物 小 低 减强定酸 Sn (n 弱性性 26) 减减 弱弱
1 第13章 碳族元素 Group IVA: C, Si, Ge, Sn, Pb §13-1 碳族元素通性 元素 价电子 构型 +2 氧化态 EA1 和I 1 单质 物性 C ns2np2 (n = 2-6) 稳 定 性 增 大 稳 定 性 减 小 逐 渐 减 小 熔密 沸度 点增 降大 低 Si Ge Sn Pb 化学性质 非金 氢 最高价 金属 化 氧化物 属性 物 对应 性增 稳 水化物 减强 定 酸 弱 性 性 减 减 弱 弱 +4 氧化态
碳族元素相似性 ■1、最外层都有4个电子,主要氧化态0,+2和+4, 易形成共价化合物; 2、气态氢化物的通式:RH4; ■3、最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或 R(OH)A
2 碳族元素相似性 ◼ 1、最外层都有4个电子，主要氧化态0，+2和+4， 易形成共价化合物； ◼ 2、气态氢化物的通式：RH4； ◼ 3、最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或 R(OH)4
△C/F(V) iH,(2.92) PbO2(2.658) CH3(2.9 GeH,(1.2) CO(1.O2) CO.(O.78) n(O.02) O.28)Pb2(-O.252) CH(-O.52) HCOO C-1. 04) bO.(-0.592) H25i(-3.O6);S1O2(-3.44) 4 HGeO.(-4. o) 碳族元素△GOFZ图
3 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 -6 -5 -4 -3 -2 -101234 碳族元素的△G /F(V)—Z图 Ф PbO2 (-0.592) Z △ G /F(V) Ф H2 SiO3 (-3.06) SiO2 (-3.44) Sn(OH)6 2 -(-3.51) HGeO3- (-4.0) SiF4 2 -(-4.8) SiO3 2 -(-6.81) CO3 2 -(-3.06) HSnO2- (-1.59) HPbO2- (-1.152) HCOO- (-1.04) GeO2 (-0.22) Pb2 + Sn (-0.252) 2 +(-0.28) Sn4 +(0.02) Ge2 +(0.46) CO2 (0.78) HCOOH(1.18) H2C2O4 (1.27) CO(1.02) PbO2 (2.658) GeH4 (4.4) SiH4 (2.92) CH4 (2.9) GeH4 (1.2) SiH4 (-0.408) CH4 (-0.52) e 碳族元素△ GØ /FZ 图
§13-2单质 石墨 碳 石 4种同素异形体 富勒烯C60,Cm0C140 碳纳米管 碳纳米管 石墨 金刚石 C
4 §13-2 单质 一、碳 4种同素异形体 石墨 碳纳米管 金刚石 富勒烯C60, C70, C140… 碳纳米管 石墨 金刚石 C60
1.石墨 过渡型晶体,层内Csp2杂化,CC共价键;层-层之间范德 力;层上、下有Ⅰ离域键。层内:142pm,层间:335pm 离域π键→导电、导热;层内C-C共价键→耐高温、化学惰 性;层状结构→解理性。 插入型或层间化合物 Weak 例如:CK nd Donding between 无定型C:石墨的一种 ayers 活性C作脱色剂、还原 剂 Graphite 5
5 过渡型晶体，层内C sp2杂化，C-C共价键；层-层之间范德 华力；层上、下有Πn n离域键 。层内：142 pm, 层间：335 pm. 离域π键 → 导电、导热；层内C-C共价键→耐高温、化学惰 性；层状结构→解理性。 1. 石墨 无定型C：石墨的一种。 活性C作脱色剂 、还原 剂。 插入型或层间化合物 例如：C8K
2.金刚石 原子晶体,Cs3杂化,高熔点,高沸点,高硬度。 用于制造钻头和磨削工具 金刚石 Diamond
6 原子晶体，C sp3杂化，高熔点，高沸点，高硬度。 2. 金刚石 用于制造钻头和磨削工具
3.富勒烯C60,C70,…C140 巴基球 C60结构图
7 3. 富勒烯C60，C70，…C140 巴基球
60 的发现 Kroto, Curl, Smalley 1985年,英国科学家 H WKroto等用质 谱仪,得到C6为主的质谱图。 受建筑学家( Buckminster Fuller)设 计的球形薄壳建筑结构的启发,将 C6分子命名为布克米尼斯特·富勒 (Buckminster Fuller 3位主要发现者获“诺贝尔化学奖”。 主要贡献: 在理论方面,对现有“化学键理论” 形成强大冲击:球面也可形成离域兀 键 Rbco导电超导体;富勒烯化合物作 E. Smalley教授 “催化剂
8 C60 的发现者之一 R.E.Smalley教授 Kroto, Curl, Smalley 3位主要发现者获“诺贝尔化学奖”。 主要贡献： 在理论方面，对现有“化学键理论” 形成强大冲击：球面也可形成离域π 键。 Rb-C60导电超导体；富勒烯化合物作 “催化剂”。 1985年，英国科学家H.W.Kroto等用质 谱仪,得到C60为主的质谱图。 受建筑学家（BuckminsterFuller）设 计的球形薄壳建筑结构的启发，将 C60分子命名为布克米尼斯特•富勒 (Buckminster Fuller ) C60的发现
C结构图 C60的结构 ①空心球体,60个碳原子构成的球形32面体,由12个五边形 和20个六边形构成。五边形彼此不相连,只与六边形相连; ②1个C参加2个六元环1个五元环,3个o键,键角之和为348°, 2.28 杂化 ③剩下的p轨道形成离域键,C0有二种C一C键长:60个单键 146pm)和30个双键(139pm)
9 ③ 剩下的p轨道形成离域键, C60有二种C－C键长: 60个单键 (146 pm)和30个双键(139 pm)。 C60的结构 ①空心球体， 60个碳原子构成的球形32面体，由12个五边形 和20个六边形构成。五边形彼此不相连，只与六边形相连； ②1个C参加2个六元环1个五元环，3个σ键，键角之和为348 º， sp2.28杂化
富勒烯的应用前景 (O 26532445096097080590° 1991年,赫巴德( Hebard)等首先提出掺钾C6具有超导性, 超导起始温度为18K。 有机超导体(Et)2CuN(CN2Cl超导起始温度为128K Rb3C6的超导体,超导起始温度为29K 北京大学和中国科学院物理所合作,合成了K3C60和Rb3C60 的超导体,超导起始温度分别为8K和28K。 有科学工作者预言,如果掺杂C240和掺杂C540,有可能合成 出具有更高超导起始温度的超导体。 光、电、磁等材料方面具有良好的应用前景 C60F60:超级耐高温材料 LiC6o:高效锂电池 LnC60:发光材料
10 富勒烯的应用前景 （C26,C32,C44,C50, C60, C70,C80,C90…) 1991年，赫巴德(Hebard)等首先提出掺钾C60具有超导性， 超导起始温度为18 K。 有机超导体(Et)2Cu[N(CN)2 ]Cl超导起始温度为12.8 K。 Rb3C60的超导体，超导起始温度为29 K。 北京大学和中国科学院物理所合作，合成了K3C60和Rb3C60 的超导体，超导起始温度分别为8 K和28 K。 有科学工作者预言，如果掺杂C240和掺杂C540，有可能合成 出具有更高超导起始温度的超导体。 光、电、磁等材料方面具有良好的应用前景。 C60F60：超级耐高温材料 Li-C60：高效锂电池 Ln-C60：发光材料