上饶师范学院：《无机化学》课程电子教案（课件讲稿）第十五章 碳族元素（碳、硅、硼）

碳硅硼 碳 硅 作 碳族元素通性 错分族 碳硅硼化物 无机化合物的水解性 本章要求

碳 硅 硼 碳族元素通性 碳 锗分族 无机化合物的水解性 作业 本章要求 硅 碳硅硼化物

碳族元素 碳、硅属于同一族，有 表中处于对角线位置，也有 放在一起讨论。 碳(Carbon) 是有机世！ 链的能力最强，因此碳的化 硅(Silicon) 贝采利乌其 (石头)中译为“矽”，因 硅是无机世界的主角，二氧 分。 贝采利乌斯，JJ

碳、硅属于同一族，有相似性。而硼和硅在周期 表中处于对角线位置，也有相似性，所以本章将它们 放在一起讨论。 碳(Carbon) 是有机世界的主角，由于碳自相成 链的能力最强，因此碳的化合物是最多的。 硅(Silicon) 贝采利乌斯1823年发现，拉丁文 （石头）中译为“矽”，因与锡同音，改为“硅”。 硅是无机世界的主角，二氧化硅是构成地壳的主要成 分。 碳族元素的通性

碳、硅、硼的通性 碳、硅、硼的一些性质 碳 硅 硼 原子共价半径pm 77 117 88 熔点K 3823 1683 2573 第一电离势/(kJ·mor) 1086 786.1 792.4 单健离解能/kJ·mo) 345.6 222 29321 X-O离解能/(kJ·mo) 357.7 452 561-690 x-H离解能/kJ·mo) 4117 318 389 x-F离解能/kJ·mo 485 565 61353 电负性（鲍林） 2.55 1.90 2.04 碳、硅、硼三种元素晶体的熔点和沸点很高，除石 墨外硬度也大。 碳单键键能大，碳结合成链能力强；硅、硼的X-O键能 大，属于亲氧元素，碳的氢化物与0，燃烧得碳的氧化物，而 硅、硼的氢化物大部分遇水就可生成含氧化合物。 XH键能都较大，它们都有一系列的氢化物

碳、硅、硼的通性 碳 硅 硼 原子共价半径/pm 77 117 88 熔点/K 3823 1683 2573 第一电离势/(kJ·mol-1 ) 1086 786.1 792.4 单健离解能/(kJ·mol-1 ) 345.6 222 29321 X-O 离解能/(kJ·mol-1 ) 357.7 452 561-690 X-H 离解能/(kJ·mol-1 ) 4117 318 389 X-F 离解能/(kJ·mol-1 ) 485 565 61353 电负性（鲍林） 2.55 1.90 2.04 碳、硅、硼三种元素晶体的熔点和沸点很高，除石 墨外硬度也大。 碳单键键能大,碳结合成链能力强;硅、硼的X-O键能 大,属于亲氧元素,碳的氢化物与O2燃烧得碳的氧化物,而 硅、硼的氢化物大部分遇水就可生成含氧化合物。 X-H键能都较大,它们都有一系列的氢化物。 碳、硅、硼的一些性质

碳、硅、硼的通性 碳、硅、硼的氧化态 电子构型 常见氧化态 c [He]2s22p2 -2,-4,0,+2,+4 Si [Ne]3s23p2 -4,0,+2.+4 B [He]2s22p Q,+3

碳、硅、硼的通性 电子构型 常见氧化态 C [He]2s22p2 -2,-4,0,+2,+4 Si [Ne]3s23p2 -4,0,+2,+4 B [He]2s22p1 0,+3 碳、硅、硼的氧化态

碳、硅、硼的通性 碳、硅的成键特征： 碳与硅的价电子构型为ns2np2,价电子数目与价 电子轨道数相等，它们被称为等电子原子。 硼的价电子构型为2s22p',价电子数少于价电子 轨道数，所以它是缺电子原子。 碳和硅可以用sp、Sp2和sp杂化轨道形成2到4个 σ键。碳的原子半径小，还能形成p元-pπ键，所以碳 能形成多重键（双键或叁键），硅的半径大，不易形成 pπ-pπ键，所以Si的sp和sp态不稳定，很难形成多 重键双键或叁键)

碳、硅、硼的通性 碳、硅的成键特征： 碳与硅的价电子构型为ns2np2 ,价电子数目与价 电子轨道数相等,它们被称为等电子原子。 硼的价电子构型为2s22p1 ,价电子数少于价电子 轨道数，所以它是缺电子原子。 碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道形成2到4个 s键。碳的原子半径小，还能形成pp-pp键，所以碳 能形成多重键(双键或叁键)，硅的半径大，不易形成 pp-pp键，所以Si的sp和sp2态不稳定，很难形成多 重键(双键或叁键)

碳 碳的杂化与成键特征 同素异性体 等电子体原理 氧化 物 碳酸和碳酸盐 碳的硫化物和卤化物

碳的杂化与成键特征 碳的硫化物和卤化物 同素异性体 等电子体原理 氧 化 物 碳酸和碳酸盐 碳

碳的杂化与特性 碳的杂化类型 Sp3 四面体 金刚石 CH sp2 平面三角形 石墨 C032 C6H6 Sp直线形 C02 CS2 C2H2 二、碳的特性 碳在同族元素中，由于它的原子半径最小，电负 性最大，电离能也最高，又没有d轨道，所以它与本 族其它元素之间的差异较大(p区第二周期的元素都 有此特点)。这差异主要表现在： (1)它的最高配位数为4， (2)碳的成链能力最强； (3)不但碳原子间易形成多重键，而且能与其它元 素如氮、氧、硫和磷形成多重键。 后二点是碳化合物特别多的原因

碳的杂化与特性 一、碳的杂化类型 sp3 四面体 金刚石 CH4 sp2 平面三角形 石墨 CO3 2- C6H6 sp 直线形 CO2 CS2 C2H2 二、碳的特性 碳在同族元素中，由于它的原子半径最小，电负 性最大，电离能也最高，又没有d轨道，所以它与本 族其它元素之间的差异较大（p区第二周期的元素都 有此特点）。这差异主要表现在： (1)它的最高配位数为4， (2)碳的成链能力最强； (3)不但碳原子间易形成多重键，而且能与其它元 素如氮、氧、硫和磷形成多重键。 后二点是碳化合物特别多的原因

碳的杂化与特性 传统的价键理论将受到挑战 美国Geogia大学量子化学计算中心主任 Schaefert的最新计算结果表明，有可能存在呈八 面体的CLi6分子，该分子的碳原子周围总共有10 个电子，用以与6个锂原子形成6个化学键

碳的杂化与特性 传统的价键理论将受到挑战 美国Geogia大学量子化学计算中心主任 Schaefer的最新计算结果表明，有可能存在呈八 面体的CLi6分子，该分子的碳原子周围总共有10 个电子，用以与6个锂原子形成6个化学键

碳的同素异性体 碳有金刚石 木炭)本质上虹 金 金刚石的燃烧 个碳原了 形成一种 使得金刚 在工业上 合成刚 20世纪50年 20世纪80年 20世纪90年

合成金刚石的新方法。 20世纪50年代高温高压石墨转化为金刚石。 一、金刚石 金刚石的外观是无色透明的固体，为原子晶体，每 个碳原了都以sp3杂化轨道和其它四个原子形成共价键， 形成一种网状的巨形分于,再由于C一C键的键能相当高, 使得金刚石的硬度非常大,分子中没有自由电子,不导电; 在工业上可用于刀具来切割金属及制造高档装饰品。 碳的同素异性体 碳有金刚石和石墨C60等同素异性体。无定形炭(如 木炭)本质上都是纯度不等的石墨微晶。 20世纪80年代微波炉中烃分解为金刚石。 20世纪90年代CCl4+Na得到金刚石微晶

碳的同素异性体 二、石墨 石墨分子结构是层形结 六元环所形成的平面，其中 与苯的结构类似，每个碳原 的p轨道，垂直于分子平面而 石墨是制做 p轨道共n个电子在一起形成 铅芯的原料 碳原子上下形成了一个P-P大 电子在这个大Ⅱ键中可少 导电。在层与层之间是分子 之间就能滑动，石墨粉可以付 颜色是黑色的，它又可做颜米 石墨的晶体结构

碳的同素异性体 二、石墨 石墨分子结构是层形结构，每层是由无限个碳 六元环所形成的平面，其中的碳原子取sp2杂化， 与苯的结构类似，每个碳原子尚余一个未参与杂化 的p轨道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n个 p轨道共n个电子在一起形成了弥散在整个层的n个 碳原子上下形成了一个p-p大键。 电子在这个大键中可以自由移动，即石墨能 导电。在层与层之间是分子间作用力，因此层与层 之间就能滑动，石墨粉可以做润滑剂，再加上它的 颜色是黑色的，它又可做颜料和铅笔芯