碳的国素异性休 碳的同素异性体 二、石题 金刚石的燃烧 磊器稀龈臀 ,岁0 石墨的品体结构。。 碳的同豪异性体 碳的同素异性体 球 和表层营W 68 5到 级(1m=10m 碳的同素异性体 等电子体原理 1999年中因十 管技之 不后经有许多碳管健宝的业是 __ 到 O 化都有一襄门镜。 边。a 边。 氧化物 等电子体原理 O○ S02P0上，0.等离子属AX型.总价电子敦为 见的是剂和 3，中心原子取p来化道。中心原子上所有能 1、 的价电子都参与杂化了，或者说所有的轨道都已用 ⑩⑨ 于形成0能，因此，分子凰已经不可能有中心原子参 两青的分 D 的ppΠ键。这些等电子体32)都是正四面体的，分子 里的置能是p能 C三0C 2  合成金刚石的新方法。 20世纪50年代高温高压石墨转化为金刚石。 一、金刚石 金刚石的外观是无色透明的固体，为原子晶体，每 个碳原了都以sp 3杂化轨道和其它四个原子形成共价键， 形成一种网状的巨形分于,再由于C一C键的键能相当高,  使得金刚石的硬度非常大,分子中没有自由电子,不导电; 在工业上可用于刀具来切割金属及制造高档装饰品。 碳的同素异性体 碳有金刚石和石墨C 60等同素异性体。无定形炭(如 木炭)本质上都是纯度不等的石墨微晶。 20世纪80年代微波炉中烃分解为金刚石。 20世纪90年代CCl 4+Na得到金刚石微晶。 碳的同素异性体 二、石墨 石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳 六元环所形成的平面，其中的碳原子取sp2杂化，与 苯的结构类似，每个碳原子尚余一个未参与杂化的p 轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个p轨 道共n个电子在一起形成了弥散在整个层的n个碳原 子上下形成了一个p­p大P键。 电子在这个大P键中可以自由移动，即石墨能 导电。在层与层之间是分子间作用力，因此层与层 之间就能滑动，石墨粉可以做润滑剂，再加上它的 颜色是黑色的，它又可做颜料和铅笔芯。 C 80球碳 C 60球碳可与氢发生加成反应。 碳的同素异性体 三、碳的新单质 1、C 60球碳： 1985年9月初美国Rice大学Smalley、Koroto 和Curl在氦气流里用激光气化石墨，发现了像足球 一样的碳分子—C 60，后来发现，它只是一个碳的一 大类新同素异形体——球碳C 60大家族里一员。 2、其它球碳 C 20球碳 C 24球碳 C 36球碳 C 80  管碳(碳纳米管)： 1991年日本Sumio Iijima用电弧放电法制备C 60 得到的碳炱中发现管状的碳管碳的壁为类石墨二维 结构，基本上由六元并环构成，按管壁上的碳碳键 与管轴的几何关系可分为“扶手椅管”、“锯齿状管”  和“螺管”三大类，按管口是否封闭可分为“封口管”  和“开口管”，按管壁层数可分为单层管（SWNT） 和多层管（MWNT）。管碳的长度通常只达到纳米 级（1nm=10 ­9m）。 碳的同素异性体 1999年中国十大科技新闻之一 ——碳管储氢 1997年后曾经有许多碳管储氢的报道，但总是 令人不敢信。 直到1999年，我国沈阳金属研究所材料科学家 Hui­Ming Cheng等在权威性的杂志《Science》286  期第1127页上发表了一篇引起轰动的文章，称：在 室温、100个大气压下，他们在纳米碳管里储存了达 4.2%(质量)的氢气，碳氢原子比为2:1，在室温下将 压力降低到常压，80%的氢便释放出来，再稍微加 热，其余的氢也放了出来。该文的数据具体而翔实。 碳的同素异性体 等电子体原理 具有相同通式AXm，总价电子数又相等的分子或 离子往往具有相同的结构,这个原理称为“等电子体原 理”。 如：SCN ­ ,NO 2+ ,N 3 ­ 具有相同的通式:AX 2，它们的 价电子总数都是16，因此它们的结构是相同的.即都具 有与CO 2相同的结构:直线型,中心原子取sp杂化轨道,  分子里有两套p­p∏3 4键。 S  C N ­ CO 3 2­ ,ClO 3 ­ ,NO 3 ­ ,SO3等分子或离子具有相同的通 式:AX 3 ,它们的总价电子数都等于24，因此它们有相同 的结构,即,它们是平面三角形分子,中心原子都取sp 2杂 化,都有一套∏4 6键。 O  N  O  +  ­ ON  C  N  N O 为什么不形成是一 套p­p∏3 3键和一套 p­p∏3 5键。而是两 套p­p∏3 4键。 ¸ 等电子体原理 SO4 2­ ,PO 4 3­ ,ClO 4 ­ 等离子属AX 4型,总价电子数为 32，中心原子取sp 3杂化轨道。中心原子上所有p能级 的价电子都参与杂化了，或者说,所有的p轨道都已用 于形成σ键,因此,分子里已经不可能有中心原子参与 的p­p∏键。这些等电子体(32e)都是正四面体的,分子 里的重键是d­pπ键。 氧化物 碳有许多氧化物，已见报导的 有CO、CO 2、C 3O 2、C 4O 3、C 5O 2 和C 12O 9，其中常见的是CO和CO 2。 一、一氧化碳 1、结构 CO分子和N 2分子各有10个价 电子，它们是等电子体，两者的分 子轨道的能级次序形式相同： CO[KK(s2s ) 2(s2s *) 2(py2p ) 2(pz2p ) 2 (s2p ) 2],由一个s键,一个双电子p键和 一个电子来于O原子的p配键组成。 C O p s2s s2s* s2p  2*p  s2p  * 2p  s* 2p  * p2p  CO分子电子构造示意图 C O