碳族元素知识点.docx

碳族元素 13.1碳族元素通性 周期表中第IVA族包括碳（C \硅（S以错（Ge X锡（Sn \铅（Pb ）五种元素， 统称碳族元素。其中碳（C X硅（Si）是非金属元素，错（Ge X锡（Sn X铅（Pb ）是金 属元素。本族元素基态原子的价电子层结构是ns2np2，主要氧化数+4和+2。 碳原子的价电子层结构是2s22p2 ,在化合物中一般多显+4 ,也可显+4到-4之间的任 意氧化数。在化合物中，C能以sp、sp2、sp3杂化轨道相互结合或与其他原子结合。C-C、 C-H、C-O键的键能大，稳定性高，奠定了含碳有机物结构复杂、数量庞大的基础。 硅原子的价电子层结构是3s23p2，化合物中一般显+4价。Si-Si键不稳定，但硅氧键 很稳定，所以硅的化合物中硅氧键占很大比例。错（Ge X锡（Sn \铅（Pb ）中，随着原 子序数的增大，稳定氧化态逐渐由+4变为+2，这是由于ns2电子对随n的增大逐渐稳定 的结果。 锡一般以+2价的形式存在于离子化合物中。铅则以+4价氧化态的形式存在于共价化 合物和少数离子型化合物中。+4价的铅由于惰性电子对效应，具有很强的氧化性。 碳主要以煤、石油、天然气等有机物存在。硅主要以硅酸盐的形式存在于土壤和泥沙中， 自然界也存在石英矿。碳、硅在地壳中的丰度分别为0.023% , 25.90%，碳是组成生物界 的主要元素，硅是组成地球矿物界的主要元素。硅在地壳中的含量仅次于氧，分布很广。硅 有很强的亲氧性，自然界中基本不存在游离态的硅，一般以硅的含氧化合物，如SiO2、硅 酸盐等形式存在。 错、锡、铅主要以硫化物和氧化物的形式存在。 Ef/VCOg lg CO Ef/V COg lg CO-c-2^-CH4 I 0 49 HgC2O4 SiF^ 一二^ Si。兰空里_si_L理空诅4 H￡SlO3^^ eF/v COT 一「5 HCO{ ~°5￡ c ~°70 c& SiOt^-^Si ~0 73 SiH4 户 C -0. 34 ? 2+ 0. 23 J-I <-0.3 1T GeI)2 Ge Ge GmHq I -0.05 I S蛊就+也^ Sn Pb&上冬 Pb^'° 126 Pb Pbs&*品 HG比弓三旦 Sn伽窘兰虺"HSr应丑空~Sn HPbO^ ~0 34 Pb PbO2 °~246 PbO 13.2碳及其化合物 单质 碳有三种同素异形体金刚石、石墨、和球碳。 金刚石:具有四面体结构。每个碳以SP3杂化，与相邻四个 碳原子结合成键，是典型原子晶体。金刚石晶体中碳碳键很 强，所有价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子金刚 石硬度最大，在所有单质中熔点最高，而且不导电。主要用 于制造钻探用钻头和磨削工具它还用于制作首饰等高档装 饰品。 石■:具有层状结构。层内每个碳原子都是以SP2杂化轨道与相邻的的3个碳原子形成O 单键。每个碳原子均余下1个P轨道，在同层中与相邻碳原子的P轨道相互平行重叠，形 成1个垂直于O键所在平面的m中心m电子的离域。键（m ）。大。键中的电子可以在同一 平面层中"流动"，所以石墨具有良好的导电性和导热性。石墨的层与层之间的距离较大 （335pm ），结合力相当于范德华力，易于滑动、故石墨质软且具有润滑性。 石墨在工业上用途广泛，可以用它制电极和高温热 电偶、坩堪、冷凝器等化工设备、润滑剂、颜料、 铅笔芯、火箭发动机喷嘴和宇宙飞船及导弹的某些 部件等。在核反应堆中作中子减速剂及防射线材料 石墨和金刚石的大量工业用品是人工制造的。 人造石墨可用石油，焦炭，加煤焦油或沥青，成型烘干后在真空电炉中加热到3273K左右 制得。工业上一般以Ni-Cr-Fe合金等为催化剂，在1.52x106~6x106kPa和1500~2000K 下，将石墨转变为金刚石。 球碳:是一大类由碳原子组成的呈现封闭的多面体形的圆球形或椭球形结构的碳单质的总 称。主要有C60、C70和C84等。C60是由60个碳原子相互联结的一种近似圆球的分子，又 被称为"富勒烯"或"巴基球"。C60和1985年后相继 发现的c24、c120、c180...等碳原子组成的分子一样，是 碳单质的新的存在形式 C60分子中每个碳原子与周围3个碳原子相连，形成 3个a键并参与组成2个六元环和一个五元环。碳原子杂 化轨道介于SP2 （石墨）和SP3 （金刚石）之间，分子中有一个诉060。 C60等碳原子簇的发现，对物理学、电子学、材料学、生物学、医药科学等领域产生了 广泛的影响，且在理论研究和应用方面显示出了广阔的前景。 碳的氧化物 碳可以形成三种氧化物：一氧化碳（CO '二氧化碳（CO2 ）和次氧化碳（C3O2 ）, 前两种氧化物比较重要。 1 一氧化碳 CO与N2、CN-、NO+等是等电子体，结构相似，分子中也有三重键