碳族元素 (2)

1、第13章碳族元素13.1碳族元素的通性13.1.1原子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)碳、硅、鍺、錫、鉛統(tǒng)稱為碳族元素，其中碳和硅是非金屬元素，鍺錫鉛是金屬元素。碳族元素的外層電子構(gòu)型是ns2np2的最高氧化數(shù)為4，在鍺錫鉛中，隨著原子序數(shù)的增大，穩(wěn)定氧化態(tài)逐漸由4變?yōu)?(可以從電離能中看出)。由于惰性電子對效應(yīng)，Pb(IV)具有很強的氧化性.惰性電子對效應(yīng)：位于周期表第4.5.6周期的p區(qū)元素，有保留低價態(tài)，不易形成最高價的傾向，這叫惰性電子對效應(yīng)。這種現(xiàn)

2、象跟長周期中各族元素最高價態(tài)與族數(shù)相等的傾向是不協(xié)調(diào)的。解釋：鉆穿效應(yīng)，由于6s電子鉆穿效應(yīng)強，使得6s電子能量降低，趨于穩(wěn)定，不易失去。(非官方觀點，大多用相對論性收縮解釋。)13.1.2碳族元素的成鍵特征13.1.2.1碳的成鍵特征1.碳的成鍵特征：它的價電子層結(jié)構(gòu)為2s22p2，難以形成離子鍵，而是形成共價鍵。（1）碳原子以sp3雜化，形成正四面體構(gòu)型。例如金剛石、甲烷CH4等；（2）碳原子以sp3雜化，平面三角形構(gòu)型。例如石墨、

3、C2H4等；（3）碳原子以sp雜化，直線形構(gòu)型。例如CO2、HCN、C2H2等；（4）碳原子以sp雜化(一孤對電子)，直線型構(gòu)型。例如CO。2.硅的成鍵特征：（1）硅通常以sp3雜化，形成正四面體型，如硅氧四面體（石英和硅酸鹽礦中）（2）以sp3d2雜化形成配位數(shù)為6的δ鍵，如SiF62。3.錫鉛的成鍵特征：（1）以2價氧化態(tài)的形式存在于離子型化合物中，如SnCl2、SnO、PbO和Pb（NO3)3。（2）以4價氧化態(tài)的形式存在于共價化

4、合物和少數(shù)離子化合物中，如SnCl4、PbO2、SnO2等。13.1.1碳族元素在自然界中的分布碳在自然界中主要以煤、石油、天然氣、動植物等有機物存在，無機物礦藏主要有石灰石CaCO3、大理石CaCO3、白云石、CaCO3`MgCO3、菱鎂礦MgCO3等，空氣中存在約0.03%（體積比）的CO3。碳在地殼中的質(zhì)量含量為0.027%。碳主要有12C、13C、14C三種同位素。硅在地殼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.2%，主要以硅酸鹽的形式存在，自然界

5、中也存在石英礦。鍺、錫、鉛在地殼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.0005%、0.0002%、0.0013%，主要以硫化物和氧化物的形式存在，其中鍺、錫、以二氧化物存在，鉛以硫化物居多。C60是由60個碳原子組成的球形32面體，即由12個五邊形和20個六邊形組成。在C60分子中，每個C原子以sp2雜化與相鄰的三個C原子相連，剩余的未參與雜化的一個p軌道在C60球殼的外圍和內(nèi)腔形成大π鍵。(4)無定形碳是由石墨層形結(jié)構(gòu)的分子碎片互相大致平行地?zé)o序堆積

6、，而形成的無序結(jié)構(gòu)。焦炭、木炭、炭黑、碳纖維和玻璃態(tài)碳等都是無定形碳的主要存在形式?；钚蕴康谋缺砻娣e大，有吸附作用。13.2.1.2碳單質(zhì)的還原性冶金工業(yè)上，用碳還原金屬氧化物制備金屬，如:MgOCMgCO(2000K)碳的氧化還原，涉及到以下三個反應(yīng):CO2CO22CO22CO2COO22CO213.2.2碳的氧化物13.2.2.1一氧化碳CO是一種無色無味的氣體，不與水作用，屬中性氧化物。CO可與血液中的血紅素結(jié)合生成羰基化合物，使