第17章碳硅硼[北].ppt

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1、第17章碳硅硼Chapter17CarbornSiliconandBoron本章教学要求4．认识碳、硅、硼之间的相似形与差异。3．了解硅酸及其硅酸盐的结构与特性；2．通过学习硼及其化合物的结构和性质，了解硼的缺电子特性；1、掌握碳、硅、硼的单质、氢化物、卤化物和含氧化合物的制备和性质；17.1通性17.5碳化物、硅化物和硼化物17.4硼单质、氢化物、含氧化物及其盐17.3硅单质、氢化物、卤化物和含氧化合物17.2碳单质及其化合物碳、硅、硼在元素周期表中的位置17.1通性●唯一同时包括金属和非金属元素的一个区●包括“不活泼的单

2、原子气体—稀有气体”●无机非金属材料库：C—C复合材料，人造金刚石，半导体硅，分子筛（铝硅酸盐），高能燃料（N2H4）(见下页图)。●有毒的小元素群(As2O3、PH3、AsH3、P4等)。●多有同素异形体。●成键的多样性：如乙硼烷的3c-2e键等。●周期表中的规律性：惰性电子对效应，对角线规则等。GaInTlGeSnPbAsSbBiSeTePo有益微量元素可能是有益微量元素P区元素的化学以其多样性为特点：17.1.1元素的基本性质从硼、碳和硼元素的基本性质中可以看出如下一些特性：元素的基本性质课本555页有列表非金属特征，共

3、价特征，多氧化态特征，形成酸或酸性氧化物特征等纳米半导体材料太阳电池材料光子带隙材料硅单晶材料分子筛碳-碳复合材料高能燃料人造金刚石硼是缺电子原子，成键时以sp2、sp3杂化为主，形成共价单键和多中心键是重要成键特征。硼成链能力较差，是缺电子特征的结果。（举例）缺电子(IIIA族)(electron-deficient)氢化物B2H6足电子(IVA族)(electron-precise)氢化物CH4富电子(V-VIIA族)(electron-rich)氢化物NH317.1.2电子构型和成键性质碳是等电子原子，其成键特征有多种形

4、式：有sp、sp2、sp3杂化，有单键、双键、三键，有些物质还有离域，键还能形成链状，环状和球状化合物。（举例）硅和碳同族，主要以sp3和sp3d2杂化成键，重键很难（？）但能成链。根据Lewis结构式中价电子数与形成的化学键数之间的关系，分子型二元氢化物可分三类：半导体性质：周期表中7种半导体元素B、Si、Ge、As、Sb、Se、Te全在p区。特别需要提醒的是:不能以导电能力判断一种物质是否属于半导体，用作判据的只能是禁带的宽度.第14/ⅣA族元素和某些第Ⅲ—ⅤA族化合物的禁带（25℃）材料E/eV材料E/eVC(金刚石)5

5、.47BN7.5(近似值)SiC3.00BP2.0Si1.12GaN3.36Ge0.66GaP2.26Sn0GaAs1.42InAs0.36成簇能力：三族中不少元素具有较强的成簇能力，例如由B原子构成簇骨架的硼烷和由B，C原子构成簇骨架的硼碳烷.E≥5ev(绝缘）E≤3ev（半导体）等电子物种的相关性：本章所讨论的元素会形成一些很有趣的等电子物种,有代表意义的是：石墨六方氮化硼C6H6(有机苯)B3N3H6(无机苯)●同样有着12个原子的BN单元可以起到CC单元类似的作用。●石墨和六方氮化硼均为层状结构，两种物质均具有滑腻感并

6、用作润滑剂，但石墨是电的良导体而后者是绝缘体.你能从结构上的差别作解释吗？立方氮化硼金刚石●立方氮化硼与金刚石之间具有类似的替代关系，类似的结构导致了类似的性质.它硬度接近金刚石，也是一种有效的磨料，特别是用于不适宜用金刚石磨料的场合.C,N,P是生物体的重要元素，C与O、H形成的化合物构成生物圈的主体，Si、O形成的化合物构成地壳岩石圈的主体。B，C，Si一些元素的重要矿物元素重要矿物硼砂Na2B4O7·10H2O硼镁矿Mg2B2O5·H2O方硼石等煤、烃类化合物、石墨碳酸盐、动植物体等石英砂SiO2、硅酸盐等硼碳硅17.1

7、.3自然存在和丰度C、Si、B自然界丰度分别是0.023%、25.90%、1.2×10-3%17.2碳(Carbon)(1)同素异形体●结构17.2.1碳的单质富勒烯中以C60最稳定，其笼状结构酷似足球，相当于一个由二十面体截顶而得的三十二面体.32个面中包括12个五边形面和20个六边形面，每个五边形均与5个六边形共边，而六边形则将12个五边形彼此隔开。与石墨相似，C60分子中每个C原子与周围三个C原子形成3个σ键，剩余的轨道和电子共同组成离域π键，可简单地将其表示为每个C原子与周围3个C原子形成2个单键和1个双键。性质C原子

8、构型C-C-C键角/(°)杂化轨道形式密度/g·cm-3C-C键长/pm金刚石四面体109.5Sp33.514154.4石墨三角形平面120Sp22.266141.8C60近似球面116(平均)Sp2.281.678139.1(6/6);145.5(6/5)碳的三种同素异形（