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第十六章　碳族元素 Chapter 16　The Carbon Family Elements 16-1 碳族元素概述 一、IVA：Carbon (C)　Silicon (Si)　Germanium (Ge)　Stannum (Sn)　Plumbum (Pb)。 C 明显的非金属 Si 基本上是非金属 Ge 是准金属 Sn 和 Pb 属于金属 二、碳的成键特点： 1、 2、 易多原子均键 ,同素异形体多 3、能和其它元素如氮、氧、硫和磷形成单键和多重键 4、电负性中等，价电子数和轨道数相等，半径小。 三、Si 成链是本族元素化学的主要特征 1、Si-Si键能较小 ,链不能太长 2、Si和Si之间基本上不形成pπ－pπ键， Si可以形成d－pπ键 四、配位数（半径），氧化数（惰性电子对效应） 五、存在： 1、碳广泛存在于生物界，动植物机体。 2、Si在自然界中仅次于氧: 硅酸盐矿和石英矿 高纯硅单晶体是最重要的半导体材料。 3、锗：分散稀有元素。晶态锗：半导体材料。 4、锡、铅是用得较早、较广泛的金属元素。锡石：SnO2，方铅矿：PbS。铅：放射性衰变的产物。 §16-2　碳及其化合物 一、The Simple Substance 1、同素异形体: 金刚石、石墨、碳纤维 、富勒烯、碳纳米管等 2、金刚石 立方金刚石 六方金刚石 抗压强度高，耐磨性能好，硬度高，熔点是所有单质中最高的，绝缘体，抗腐蚀、抗辐射，高对称性和高体折射率 稳定性：立方〉立方 3、石墨 六方石墨（α-石墨） 三方石墨（β-石墨） 4、碳纤维以sp杂化方式相互链接而成的纤维状碳材料 每个C原子sp杂化，然后有两套离域 键 强度大、密度小、耐腐蚀、耐高温、导电 固体润滑剂 铅笔芯 高温电极 坩埚 模具 石墨插层化合物 5、富勒烯：又称为足球烯: C28、C30、C50、C60、C76、C80、C90、 C94……、C240、C540 (1) 结构： 12个五边形、20个六边形、32 面体 碳原子以sp3、sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子相连 (2)properties： a. 面心立方密堆积，分子晶体 b. 芳香性，C60Fn(超级润滑剂) c. 超原子分子，超导性 d. 有金属光泽，易溶于苯（紫红）。特别稳定 6、碳纳米管 多层碳纳米管或单层碳纳米管 储氢 抗拉强度和韧性在目前所有的材料中是最高的 无定型碳：内部原子排列可从三种晶态碳的单质结构来理解 7、几种同素异形体的关系： 熵 Scarbin＞Sgraphite＞Sdiamond dC-C (nm): 金刚石＞石墨＞苯＞乙烯＞碳纤维 稳定性：线型碳石墨金刚石富勒烯C60 8、 高温，高压 二、碳化物（carbide） 1、通常指金属或非金属与碳组成的二元化合物 2、分类： 元素的属性：金属碳化物和非金属碳化物 键型：离子型、共价型、金属型 a.离子型：如CaC2、Be2C、Al4C3 b. 共价型： 如碳化硅、碳化硼等 原子晶体 c. 金属型：过渡金属碳化物 金属光泽、导电，以及熔点高、硬度大 TiC、WC、TaC、NbC 硬质合金 三、碳酸及碳酸盐 1. 碳酸 (1) 二元弱酸 (2) 不稳定,只存在于水溶液中。 2. 碳酸盐 正盐: NH4+、IA（除Li) 及Tl+ 盐易溶，其它难溶； (1) 溶解性 酸式盐，大多数易溶 难溶碳酸盐: 其相应酸式盐比正盐的溶解度大 易溶碳酸盐: 其相应酸式盐比正盐溶解度小 怎么解释？ （2）热稳定性 固体碳酸盐分解为金属氧化物和CO2气体 分解温度—离子极化 （3）水解性 Na2CO3：纯碱 （4 ) 可溶性金属盐与碳酸盐的反应产物 3、硫代碳酸盐和氮代碳酸盐 （1） Structure： （2）properties (i) 硫代碳酸盐 (ii)H2CS3：高折射率油状物 水中缓慢分解： 易分解成H2S和CS2 (iii)氮代碳酸盐 H2CN2：易溶于水、alcohol和ether，显示弱酸性 互变异构 氨基腈化物 (iv)性质： 四、CO （1）制备：甲酸脱水。 （2）结构式： （3）还原性： （4）CO比N2活泼，如 可以吸收CO （5）配位性：能与一些有空轨道的金属原子或离子形成配合物 Fe（CO)5、Ni(CO)4和Cr(CO)6 （6）CO与其它非金属的作用 （7）CO与碱的作用 1、卤化物（CH