第十四章碳族元素

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1、第十四章　碳族元素Chapter14　TheCarbonFamilyElementsCarbon(C)　Silicon(Si)　Germanium(Ge)　Stannum(Sn)　Plumbum(Pb)§14-1　碳及其化合物CarbonanditsCompounds一、GeneralProperties　1．根据σ键的数目，碳可采取sp、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,具有形成均键(homochains)的倾向C－CN－NO－OF－FE(kJ·mol-1)374250210159实　例H3C－CH3H2N－NH2HO－OH从碳到氮的

2、单键键能的突减，是由于N2分子中氮原子之间非键电子对排斥的缘故。二、TheSimpleSubstance　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）强得多如：,E(kJ·mol-1)494＞210+210,946＞250+250而：E(kJ·mol-1)627＜374+374即C2分子中的多重键比均链中的两个σ单键之和小，所以碳往往形成多原子均键，虽然在星际空间存在有C2(g)分子。　2．Allotropes:diamond、graphite、fullerene(C60、C70)、carbin(carbonf

3、ibers)(1)熵Scarbin＞Sgraphite＞Sdiamond(2)dC-C(nm):diamond＞graphite＞benzene＞ethylene＞carbin＞acethylene(3)Cgraphite→CdiamondDrHm＞0，DrSm＜0根据平衡，需要高压，(becauseoftheinsignificantreductionofvolume)，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℃，

4、可以得到金刚石粉末或者crystalwhiskers(4)C60由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp3、sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连，使∠CCC小于120°而大于109°28¢，形成曲面，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。210欧拉方程：面数(F)+顶点数(V)=棱数(E)+2a．structure：根据欧拉定理，通过12个正五边形和数个正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封闭笼状结构，C70为第二个五边形间互不相邻的封闭笼状结构，两个五边形相邻的最小碳笼为C50，三个五边形相邻的最小碳笼为C28，不

5、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C60Fn，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，掺K的C60，Tc=18K，Rb3C60Tc=29K，它们是三维超导体。(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。三、TheCompounds　1．[-4]O.S.covalentCH4,ionic-covalentAl4C3,metallicMC

6、、M2C、M3C水解性（或与水反应）：Al4C3+12H2O4Al(OH)3+3CH4↑CaC2+2H2OCa(OH)2+C2H2↑20%HfC和80%TaC合金是已知物质中熔点最高的（m.p.=4400℃）　2．[+4]O.S.(1)CHal4a．preparation：CS2+2Cl2CCl4+S2Cl2b．properties：hydrolysisCHal4+2H2O(g)CO2(g)+4HHal(g)从热力学上看是可行的：CF4（DrGm=-150kJ·mol-1），CCl4（DrGm=-250kJ·mol-1）　　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，

7、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，也称为碳酰卤carbonylhalides）：所有的COHal2比CHal4的化学性质活泼，特别是它们易水解：COCl2+H2OCO2+2HCl它们都有极性，都是平面三角形。COCl2(光气phosgene)是剧毒的光气的制备：CO+Cl2COCl2(3)CS2（carbondisu