1、碳硅硼,價(jià)電子構(gòu)型：ns2np2,碳族(IVA)：C, Si,存在形式：,碳：金剛石、石墨；煤、石油、天然氣； 碳酸鹽； CO2 。 硅：SiO2和各種硅酸鹽。,碳單質(zhì)的同素異形體：,金剛石：原子晶體,硬度最大,熔點(diǎn)最高。 石墨：層狀晶體 ，質(zhì)軟，有金屬光澤。 足球烯或富勒烯： C60， C70 等。 C60 是1985年用激光轟擊石墨作碳的氣化實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。 C60 是由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成的32面體。,石墨(sp2雜化),金剛石(sp3雜化),足球烯，富勒烯，C60 (sp2雜化),碳納米管 1991年合成了一種新的針狀碳管，巴基管 Buck Tube 碳同素異構(gòu)體 全部由碳六邊

2、形組成的中空管，單層與多層（同軸套） 直徑， 0.6（10個(gè)六邊形圍成）-幾十納米 長(zhǎng)度， 10-1000納米,碳納米管是被拉長(zhǎng)的C60，在納米材料中最富代表性，碳納米管涵蓋了地球上大多數(shù)物質(zhì)的性質(zhì)甚至相對(duì)立的兩種性質(zhì)： 從高硬度到高韌性、從全吸光到全透光、從絕熱到良導(dǎo)熱、從絕緣體、半導(dǎo)體到高導(dǎo)體和高臨界溫度的超導(dǎo)體等。正是由于碳納米管材料具有這些奇異的特性，決定他在微電子和光電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。,碳納米管的發(fā)現(xiàn)，立刻引起了科技領(lǐng)域的科學(xué)家們的極大關(guān)注。因?yàn)闇?zhǔn)一維納米材料在介觀領(lǐng)域和納米器件研制方面有重要的應(yīng)用前景，它可用作掃描隧道顯微鏡的針尖、納米器件和超大集成電路中的連線，光導(dǎo)纖維

3、、微電子學(xué)方面的微型鉆頭以及復(fù)合材料的增強(qiáng)劑。,碳納米管是單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無(wú)縫納米級(jí)管。就是將以六邊形為基本結(jié)構(gòu)單元的石墨平面卷曲成碳管，如果卷曲的軸取向不同，所得的碳管結(jié)構(gòu)則不同。,每層納米管是一個(gè)碳原子通過(guò)sp2雜化與周圍3個(gè)碳原則子完全鍵合后所構(gòu)成的平行六邊形平面組成的圓柱面。 單壁納米管 多壁納米管 納米管有直形、彎曲、螺旋等不同外形。 實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的碳納米管兩端是閉合的。,碳納米管的性能 在目前的納米結(jié)構(gòu)材料中，單壁碳納米管是人工制備的、理想的分子級(jí)的一維納米材料。由于碳納米管具有介觀尺度，表現(xiàn)出了與塊體材料明顯不同的物理性質(zhì)。 （1）力學(xué)性

4、質(zhì) 它的密度是鋼的1/6，而強(qiáng)度卻是鋼的100倍。是一種理想的先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)體。同時(shí)在垂直于碳納米管的軸向上有極好的韌性，是未來(lái)的 “超級(jí)纖維”。,如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它做成地球-月球乘人的電梯，人們?cè)谠虑蚨ň泳秃苋菀琢?。納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的發(fā)展方向。,（2）電學(xué)性質(zhì)：碳納米管具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，可能成為下一代微電子和光電子器件的基本單元。 （3）磁學(xué)性質(zhì) （4）光學(xué)性質(zhì) （5）吸附特性：碳納米管具有高比表面積。,碳納米管的應(yīng)用研究 （1）電磁干擾屏蔽材料及

5、隱形材料 （2）電極材料 （3）儲(chǔ)氫材料 （4）場(chǎng)發(fā)射管（平板顯示器） （5）信息存儲(chǔ) （6）催化劑載體 （7）質(zhì)子交換膜燃料電池碳納米管 （8）碳納米管復(fù)合材料,活性碳的吸附性,活性碳: 主要是內(nèi)表面,外表面很小 吸 附: 和催化特性極為相關(guān) 物理吸附(physical adsorption) 化學(xué)吸附(chemical adsorption)作用大,熱效應(yīng)大,碳的化合物,結(jié)構(gòu)： CO(6+8=14e-)與N2（27=14e-） 是等電子體, 結(jié)構(gòu)相似。,一個(gè)鍵 兩個(gè)鍵,1.碳的氧化物 一氧化碳(CO),性質(zhì)： 作配位體，形成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8

6、其中C是配位原子。 還原劑：,劇毒,檢驗(yàn): CO+ PdCl2 + H2O = Pd + CO2 +2HCl,金屬羰基化合物中的成鍵作用 1.CO的分子軌道能級(jí)圖,2.-配鍵的協(xié)同效應(yīng),3.CO的配位方式 CO不同的配位方式，可通過(guò)紅外光譜鑒定。羰基化合物中反饋鍵的存在，削弱了CO叁鍵，增強(qiáng)了MC鍵，使得MC伸縮振動(dòng)頻率增大， C O伸縮振動(dòng)頻率減小。,2-4 CO2 H2CO3及鹽,CO2溶于水，大部分CO2H2O， 極小部分H2CO3, 氫氧化物堿性較強(qiáng)的金屬離子與之反應(yīng)生成碳酸鹽沉淀。 例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等。,金屬離子加入可溶性碳酸鹽時(shí)，生成沉淀的類型：,氫氧化物

7、堿性較弱的金屬離子與之反應(yīng)生 成碳酸羥鹽(堿式碳酸鹽)沉淀。 例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等。, 水解性強(qiáng)、兩性的金屬離子與之反應(yīng)生成氫氧化物沉淀。例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+和Sb3+等。,若將0.2mol/l Na2CO3 和 0.2mol/l CaCl2 混合,是生成 Ca(OH)2 還是CaCO3 Ksp: 5.510-6 2.510-9 Ca2+CO32- = 0.10.1 = 10-2 2.510-9 Ca2+OH-2 = 0.1(4.510-3)2 = 210-6 Ksp Mg2+OH-2

8、 =210-6Ksp 生成堿式鹽Mg(OH)2CO3 有興趣的同學(xué)可以討論一下，什么時(shí)候生成堿式鹽。,1. 動(dòng)力學(xué)Ksp時(shí)，來(lái)不及選擇，一起沉淀。 2. 熱力學(xué)，Mg2(OH)2CO3的pH值為多少？ Mg2+CO2-=Ksp=110-5 Mg2+OH-2 =Ksp=1.810-11,而,OH-=910-7 pOH=6.04, pH=8 但是，Mg2(OH)2CO3為一純凈物，有它自己的穩(wěn)定性，故在pH=6左右很大的區(qū)間內(nèi)生成Mg2(OH)2CO3,若將CO32-改成HCO3-，則以相同的計(jì)算，并可知： 0.1 molL-1的NaHCO3，OH-=210-6，則 M2+ + HCO3 =MCO

9、3 Ca2+，Sr2+，Ba2+，Cd2+，Mn2+，Ni2+，Ag2+， M2+ + HCO3 = M2(OH)2CO3 Cu2+，Zn2+，Be2+，Co2+ M3+ + HCO3 = Fe3+，Al3+，Cr3+ 若用CO2通入NaHCO3中呢？ 若用CO2通入水中呢？,硅,重點(diǎn)為硅酸鹽 3-1 單質(zhì)硅 一、SiO2 + 2C Si + 2CO 提純，Si+Cl2 SiCl4 Si+HCl 高純硅（用于半導(dǎo)體），區(qū)域熔融法?？蛇_(dá)7個(gè)9(Hyperpure silicon),二、,3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O Si+ 2NaOH + H

10、2O = 2H2 + Na2SiO3 Si+HNO3 不反應(yīng) 無(wú)HF時(shí)不反應(yīng)。而Si + HF = SiF4 +2H2常溫下也不反應(yīng)。,硅的化合物,1.硅的氧化物 無(wú)定型體：石英玻璃、硅藻土、燧石 晶體：天然晶體為石英，屬于原子晶體 純石英：水晶 含有雜質(zhì)的石英：瑪瑙，紫晶,Si采用sp3雜化軌道與氧形成硅氧四面體,硅氧四面體,二氧化硅,結(jié)構(gòu)：,性質(zhì)：, 與堿作用, 與HF作用,2.硅酸及硅酸鹽,性質(zhì)：,制備：,浸透過(guò)CoCl2的硅膠為變色硅膠。,硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 一般寫成氧化物形式，它的基本結(jié)構(gòu)單位為硅氧四面體。,白云石：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O 泡沸石：Na2O Al2O

11、3 2SiO2 nH2O,分子篩,4.硅的鹵化物 SiX4,SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 聚集態(tài) g l l s,（氟硅酸）,水解：,*5.硅的氫化物(硅烷 SinH2n+2),性質(zhì)：,最簡(jiǎn)單的硅烷：SiH4(甲硅烷),自燃：,水解：,強(qiáng)還原性：,熱穩(wěn)定性差：,一、硅烷為什么沒有碳烷多 Si-Si 鍵 C-C 鍵 二、實(shí)驗(yàn)室是用SiO2+Mg條制Si的，但是有人制得的Si后加HCl洗時(shí)突然起火，why? SiO2+Mg=Mg2Si +MgO Mg2Si + 4HCl = SiH4 +MgCl2 SiH4 + O2 = 自燃 三、反應(yīng) SiH4 + 2KMnO4 = H2 + K2

12、SiO3 +2MnO2 + H2O 問題：why? SiO2+HF 反應(yīng) SiO2+HCl 反應(yīng),硼,B，價(jià)電子構(gòu)型：s2p1 缺電子元素：價(jià)電子數(shù)價(jià)層軌道數(shù) 缺電子化合物：成鍵電子對(duì)數(shù)價(jià)層軌道數(shù) 例如：BF3，H3BO3。 注意： HBF4不是缺電子化合物。,缺電子化合物特點(diǎn)：,b. 易形成雙聚物Al2Cl6,a. 易形成配位化合物HBF4,硼的單質(zhì),同素異形體：無(wú)定形硼， 晶形硼 棕色粉末, 黑灰色 化學(xué)活性高， 硬度大 熔點(diǎn)，沸點(diǎn)都很高。 -菱形硼（B12） 原子晶體B12 與B12之間是3c-2e鍵，層與層之間鍵,20世紀(jì)50、60年代以來(lái)，由于航天事業(yè)的飛速發(fā)展，硼烷曾被指望用來(lái)作為

13、火箭燃料(基于硼烷與氧反應(yīng)發(fā)出大量的熱)。這種愿望推動(dòng)著硼烷的制備和合成工藝的發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了硼烷化學(xué)的基礎(chǔ)研究工作。1957年，美國(guó)化學(xué)家Lipscomb通過(guò)對(duì)各種硼烷結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)研究，提出了在這些缺電子化合物中存在著三中心二電子共價(jià)鍵的多中心鍵的假設(shè)，并總結(jié)了各種硼烷構(gòu)成多面體結(jié)構(gòu)的規(guī)律, 他的這一杰出的工作贏得了1976年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,硼的化合物,1.硼的氫化物 硼烷分類：BnHn+4和 BnHn+6 例： B2H6 B4H10 乙硼烷 丁硼烷 有CH4，但無(wú)BH3 最簡(jiǎn)單的硼烷：B2H6 其結(jié)構(gòu)并非如右圖所示：,無(wú)BH3而有BF3，why?,而BH3無(wú)此鍵。,硼烷的結(jié)構(gòu),B：利用sp3雜化軌道，與氫形成三中心兩電子鍵。（氫橋）,記作：,B4H10分子結(jié)構(gòu),硼烷的性質(zhì), 自燃,高能燃料，劇毒, 水解, 加合反應(yīng), 被氯氯化, 三氧化二硼 B2O3,制備：,原子晶體：熔點(diǎn)460C 無(wú)定形體：軟化,2.硼的含氧化合物,結(jié)構(gòu)：,性質(zhì)：,偏硼酸,(原)硼酸,xB2O3yH2O 多硼酸,B：sp2雜化, 硼酸 H3BO3,為什么H3BO3的溶解度很小？而加熱又迅速上升？ H3BO3