第十四章碳族元素chapter14thecarbonfamily.ppt
文本预览下载声明
第十四章 碳族元素Chapter 14 The carbon family elements §14-1Carbon and its compounds 一、General properties 1. 根据σ键的数目,碳可采取sp2、sp3杂化,其最大配 位数为4 2. 由于碳碳单键的键能特别大,所以C—C键非常稳定 ,具有形成均链的倾向 从碳到氮的单键键能的突减,是由于氮原子非键电 子对排斥的缘故。 二、Simple substance 1. 在第二周期中,氟、氧、和氮都以双原子分子存在 — F2、O2和N2;而碳存在多聚物,其理由为: O2和N2 的多重键要比σ单键(均键)强得多 2. Allotropes: diamond graphite fullerene carbin (carbon fibers) (1) 熵 Scarbin Sgraphite Sdiamond (2) dc-c (nm): diamond graphite carbin (3) Cgraphite Cdiamond ?H 0 ?S 0 根据平衡,需要高压6e9—1e10Pa,(because of the insignificant reduction of volume),升高温度 不利于平衡的移动,但为了达到该过程可以接受的速率 ,反应温度大约在2000℃,近来已发明一种低压生产 金刚石的方法:把金刚石晶种(seed)放在气态碳氢化合 物( 甲烷methane, ethane )中,温度升高到1000℃,可 以得到金刚石粉末或者crystal whiskers CVD technique for diamond growth (4) C60 由12个五边形和20个六边形组成,每个该原子以sp2 杂化轨道与相邻的三个碳原子相连,剩余的p轨道在 C60球壳的外围和内腔形成球面π键,从而具有芳香性 欧拉方程:面数(F) + 顶点数(V) = 棱数(E) + 2 a. structure:根据欧拉定理,通过12个五边形和数 个六边形的连接可以形成封闭的多面体结构 C60为第一个五边形间互不相邻的碳笼 不存在六边形的最小碳笼为C20 b. properties: 科学家认为C60将是21世纪的重要 材料 (i) C60分子具有球形的芳香性,可以合成C60F2 ,作 为超级润滑剂 (ii) C60笼内可以填入金属原子而形成超原子分子, 作为新型催化剂或催化剂载体,具有超导性 (iii) C60晶体有金属光泽,其微晶体粉末呈黄色, 易溶于苯,其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定,进 行化学反应时,C60始终是一个整体 Types of carbon nanotubes: Single-walled The (n,m) nanotube naming scheme can be thought of as a vector (Ch) in an infinite graphene sheet that describes how to roll up the graphene sheet to make the nanotube. T denotes the tube axis, and a1 and a2 are the unit vectors of graphene in real space. 三、Compounds 1. [ - 4 ] O.S. 水解性(或与水反应) Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4↑ CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + HCCH 2. [ + 4 ] O.S (1) CHal4 a. 制备 CS2 + 3Cl2 = CCl4 + S2Cl2 b. 性质 水解性 CHal4 + 2H2O = CO2 + 4HHal 从热力学上看是可行的,它们之所以不能水解是由 于在通常条件下缺乏动力学因素,碳的配位数已饱 和,不能与水分子结合 从CF4 CI4随着键长的增大,键的强度减弱,稳定 性减弱,活泼性增强 (2) COHal2(卤氧化碳或碳酰卤): 所有的COHal2比CHal4的化学性质活泼,特别是它 们易水解: COCl2 + H2O = CO2
显示全部