中国海洋大学：《无机化学 Concise Inorganic Chemistry》课程教学资源（PPT课件，中文）第11章-4 碳族元素、硼族元素

5碳族元素碳、硅、锗、锡、铅5-1通性5-2单质5-3化合物

5 碳族元素 碳、硅、锗、锡、铅 5-1 通性 5-2 单质 5-3 化合物 1

5-1通性(1）价电子构型：nsnp氧化数：+2、+4同族自上而下，随半径增大，+2稳定性增大，+4稳定性减小，氧化性增大5Pb,+2Mn2++4H+=5Pb2++2MnO4+2H,0(Ag)C、Si与电负性小的元素形成碳化物、硅化物，熔点高、硬度大、高温时强度好、耐化学腐蚀。例如：Al,C，，CaC2，Mg,Si,FeSiz

2 5-1 通性 (1) 价电子构型：ns2np2 氧化数 :+2、+4 同族自上而下，随半径增大，+2稳定性增大，+4稳定性减小，氧化性增大 5 PbO2 + 2 Mn2+ + 4 H+ = 5 Pb2+ + 2 MnO4 － + 2 H2O (Ag+ ) C、Si与电负性小的元素形成碳化物、硅化物，熔点高、硬度大、高温时强 度好、耐化学腐蚀。例如：Al4C3 ， CaC2 , Mg2 Si ,FeSi2

金属有机化合物Organometalliccompoundscontaining metal-carbon bondsareformedbynearly allmetals,and arediscussed undertherelevant elements,especiallytransitionmetals.Someanalogous Siand Gecompoundsareknown

3 金属有机化合物 Organometallic compounds containing metal-carbon bonds are formed by nearly all metals, and are discussed under the relevant elements, especially transition metals. Some analogous Si and Ge compounds are known

2）自然界存在形式C：单质、化合物（coal,oil）Si : Sio, Sio-Ge：锗石矿Gu,S·FeS·GeS、硫银矿4Ag,S·GeS收设30元ndSn：锡石SnO,Pb：方铅矿PbS、白铅矿PbCO

2）自然界存在形式 C：单质、化合物（coal, oil） Si：SiO2 SiO3 2－ Ge：锗石矿Gu2 S·FeS·GeS2、硫银锗矿 4 Ag2 S·GeS2 Sn：锡石SnO2 Pb：方铅矿PbS、白铅矿PbCO3

2）自然界存在形式C：单质、化合物（coal,oil）Si : SiO, SiO,?Ge：锗石矿Gu,S·FeS·GeS、硫银锗矿4Ag,S·GeSSn：锡石SnO,Pb：方铅矿PbS、白铅矿PbCORELHKEMMA

5 2）自然界存在形式 C：单质、化合物（coal, oil） Si：SiO2 SiO3 2- Ge：锗石矿Gu2 S·FeS·GeS2、硫银锗矿 4Ag2 S·GeS2 Sn：锡石SnO2 Pb：方铅矿PbS、白铅矿PbCO3

3）配位数：C为4，其余为6或4SiF2, SnCl2-, PbCl2,PbCl24）从非金属过渡到金属弱酸H,CO3弱酸H,SiO4酸性GeO,·H,0酸性H,SnO两性Pb(OH)2

6 3) 配位数：C为4，其余为6或4 SiF6 2- , SnCl6 2- , PbCl4 2- , PbCl6 2- 4) 从非金属过渡到金属 H2CO3 弱酸 H4 SiO4 弱酸 GeO2·H2O 酸性 H4 SnO4 酸性 Pb(OH)2 两性

碳的同素异形体石墨金刚石富勒烯C60近似球面C原子构型四面体平面三角形116（平均）C-C-C键角/()109.51202.28spsp杂化轨道形式sp1.6783.5142.266密度/g·cm139.1(6/6);145.5(6/5)141.8154.4C-C键长/pmWeakbondingbetweenlayers

9 金刚石 石墨 富勒烯C60 C原子构型 C-C-C键角/(°) 杂化轨道形式 密度/g·cm-3 C-C键长/pm 四面体 109.5 sp 3 3.514 154.4 平面三角形 120 sp 2 2.266 141.8 近似球面 116(平均) sp 2.28 1.678 139.1(6/6); 145.5(6/5) 碳的同素异形体

石墨烯的发现石墨烯在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。在随后三年内，安德烈·盖姆和康斯坦工·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不充许任何二维晶体在有限温度下存在所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来

石墨烯的发现 •石墨烯在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特 亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石 墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。 不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨 烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。在随 后三年内, 安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍 尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。 •在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。 所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在 非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来

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