handout4碳硅硼

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1、碳硅硼价电子构型：ns2np2碳族(IVA)：C,Si,存在形式：碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气；碳酸盐；CO2。硅：SiO2和各种硅酸盐。碳单质的同素异形体：金刚石：原子晶体,硬度最大,熔点最高。石墨：层状晶体，质软，有金属光泽。足球烯或富勒烯：C60，C70等。C60是1985年用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。C60是由12个五边形和20个六边形组成的32面体。石墨(sp2杂化)金刚石(sp3杂化)足球烯，富勒烯，C60(sp2杂化)碳纳米管1991年合成了一种新的针状碳管，巴基管BuckTube碳同素异构体全部由碳六边形组成的中空管，单层与

2、多层（同轴套）直径，0.6（10个六边形围成）---几十纳米长度，10------1000纳米碳纳米管是被拉长的C60，在纳米材料中最富代表性，碳纳米管涵盖了地球上大多数物质的性质甚至相对立的两种性质：从高硬度到高韧性、从全吸光到全透光、从绝热到良导热、从绝缘体、半导体到高导体和高临界温度的超导体等。正是由于碳纳米管材料具有这些奇异的特性，决定他在微电子和光电子领域具有广阔的应用前景。碳纳米管的发现，立刻引起了科技领域的科学家们的极大关注。因为准一维纳米材料在介观领域和纳米器件研制方面有重要的应用前景，它可用作扫描隧道显微镜的针尖、纳米器件和超大集成电路中

3、的连线，光导纤维、微电子学方面的微型钻头以及复合材料的增强剂。碳纳米管是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管。就是将以六边形为基本结构单元的石墨平面卷曲成碳管，如果卷曲的轴取向不同，所得的碳管结构则不同。每层纳米管是一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原则子完全键合后所构成的平行六边形平面组成的圆柱面。单壁纳米管多壁纳米管纳米管有直形、弯曲、螺旋等不同外形。实验研究发现，大多数的碳纳米管两端是闭合的。碳纳米管的性能在目前的纳米结构材料中，单壁碳纳米管是人工制备的、理想的分子级的一维纳米材料。由于碳纳米管具有介观尺度，表现出了与块体

4、材料明显不同的物理性质。（1）力学性质它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。是一种理想的先进复合材料的增强体。同时在垂直于碳纳米管的轴向上有极好的韧性，是未来的“超级纤维”。如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球-月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。（2）电学性质：碳纳米管具有独特的电学性质，可能成为下一代微电子和光电子器件的基本单元。（3）磁学性质（4）光学性质（5）吸附特性：碳纳米管具

5、有高比表面积。碳纳米管的应用研究（1）电磁干扰屏蔽材料及隐形材料（2）电极材料（3）储氢材料（4）场发射管（平板显示器）（5）信息存储（6）催化剂载体（7）质子交换膜燃料电池碳纳米管（8）碳纳米管复合材料活性碳的吸附性活性碳:主要是内表面,外表面很小吸附:和催化特性极为相关物理吸附(physicaladsorption)化学吸附(chemicaladsorption)作用大,热效应大碳的化合物结构：CO(6+8=14e-)与N2（2×7=14e-）是等电子体,结构相似。一个σ键两个π键:CO:1.碳的氧化物一氧化碳(CO):CO:性质：①作配位体，形成羰基

6、配合物Fe(CO)5,Ni(CO)4,Co2(CO)8其中C是配位原子。②还原剂：③剧毒检验:CO+PdCl2+H2O=Pd+CO2+2HCl金属羰基化合物中的成键作用1.CO的分子轨道能级图2.-配键的协同效应(－)成键成键成键金属羰基化合物以及类似的配合物的研究也极大地推动了价键理论的发展；(－)协同成键方式丰富了配位成键的理论宝库;3.CO的配位方式CO不同的配位方式，可通过红外光谱鉴定。羰基化合物中反馈键的存在，削弱了CO叁键，增强了M—C键，使得M—C伸缩振动频率增大，C—O伸缩振动频率减小。2-4CO2H2CO3及盐CO2

7、溶于水，大部分CO2•H2O，极小部分H2CO3-71-332104.4HCOHCOH×=++K11-2-23-3104.7COHHCO×=++K①氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生成碳酸盐沉淀。例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等。金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成沉淀的类型：②氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生成碳酸羟盐(碱式碳酸盐)沉淀。例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等。③水解性强、两性的金属离子与之反应生成氢氧化物沉淀。例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+和

8、Sb3+等。(g)3CO(s)Al(OH)2O3H3COAl223