第十四章碳硅硼.pptVIP

第十四章 碳、硅、硼 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。 基 本 要 求 第一节 引 言 s、碳、硅、硼在自然界的存在 碳在自然界的含量并不高，在地壳中的含量为0.023％，然而分布却十分广泛，在自然界除有金刚石、石墨等碳的单质外，还以化合态形式存在于煤、石油、天然气、植物、动物、石灰石、白云石、水和空气中，它是地球上构成化合物最多的元素之一，是构成生物界的主要元素。 硅在地壳中的含量居第二位，主要以硅酸盐矿和石英矿形式存在。 硼在自然界的含量较低，主要以氧化物矿石形式存在。 合成金刚石的新方法。 第三节 硅 由于硅易与氧结合，自然界中没有游离态的硅。大部分坚硬的岩石是由硅的含氧化合物构成的。例如,花岗石含有三种成份—石英、长石、云母。 3、硅 烷 第四节 硼 硼及其化合物结构上的复杂性和键型上的多样性，丰富和扩展了现有的共价键理论，因此，硼及其化合物的研究在近年来获得了迅速发展。 三、硼 烷 五、硼氢配合物 六、卤化物和氟硼酸 七、硼酸及其盐 2、硼酸盐 第五节 碳化物、硅化物和硼化物 硼与硅的性质对比 作 业 3、8、18、20、21。 等电子体原理 一、硼的成键特征 无定形硼为棕色粉末，它比晶态硼活泼。几乎所有制备硅的方法都适用于制硼。例如用H2还原硼的卤化物可以制得纯的晶态硼，晶态硼不光有灰黑色，且有黄色、亮红色的同素异形体，其颜色随结构含杂质不同而异。 硼原子的特征： 　　硼原子的价电子构型是2s22p1，2s上的一个电子激发到2p轨道上后仍有一个空的p轨道，故易接受电子对。 　　象碳原子一样，硼原子采取sp2（如BCl3）还是采取sp3(如BF4-)杂化，取决于其配位数。 　　硼与硅的半径相近，离子极化力接近，所以有许多性质相似。与硅一样它不能形成多重键，而倾向于形成聚合体。 　　 硼原子成键有三大特性： 　 (1)共价性——以形成共价化合物为特征； 　　(2)缺电子——除了作为电子对受体易与电子对供体形成?配键以外，还有形成多中心键的特征；（硼的化学性质主要表现在其缺电子性上） 　　(3)多面体习性——晶态硼和许多硼的化合物为多面体或多面体的碎片而成笼状或巢状等结构。 二、单质硼的结构与性质 　　晶态硼有多种变体，它们都以B12正二十面体为基本结构单元，属于原子晶体。因此，硼的硬度大，熔点、沸点高，化学性质也不活泼。无定形和粉末状硼的性质 1、易在氧中燃烧: 4B+3O2＝＝2B2O3 ?rH?=-2887kJ·mol-1 　　因与氧结合能力极强，所以它在炼钢工业中用作去氧剂。 973K 2、与非金属作用： 硼能与F2(在室温下)、Cl2、Br2、S、N2(高温下)反应，分别得到BF3、BCl3、BBr3、B2S3和BN(在空气中燃烧有少量此产物）。它不与H2作用。 3、与酸的作用： 它不与盐酸作用，仅被氧化性酸作用： B+3HNO3＝H3BO3+3NO2↑ 2B+3H2SO4＝2H3BO3+3SO2↑ 4、与强碱作用： 无定形硼与NaOH有类似硅那样的反应： 2B+6NaOH(熔融)＝2Na3BO3+3H2↑ 5、与金属作用： 生成硼化物，如：MgB3、Cr4B等。 　　硼烷有BnHn+4和BnHn+6两大类，前者较稳定，后者稳定性较差。 　　 　　用简接的方法可以得到一系列共价型硼氢化物，称为硼烷。硼烷在组成上与硅烷、烷烃相似，而在物理、化学性质方面更像硅烷 硼烷多数有毒、有气味、不稳定、强还原性、能水解。在空气中激烈地燃烧且放出大量的热。因此，硼烷曾被考虑用作高能火箭燃料。 B2H6+3O2＝B2O3+3H2O　 ?rH?= -2166kJ·mol-1 B2H6+6X2＝2BX3+6HX B2H6+6H2O＝2H3BO3↓+6H2 在乙醚环境中用下列反应来制备： 4BF3+3NaBH4＝2B2H6+3NaBF4 四、乙硼烷的分子结构 传统的价键理论无法解释乙硼烷的分子结构，直到60年代初,利普斯科姆(Lipscomb，W·N·)提出多中心键的理论以后，这个问题才得以解决。人们不仅对B2H6的分子结构有了认识，而且补充了价键理论的不足，使硼化学研究成为近三十年内取得进展最大的领域之一。 乙硼烷的结构是：4个?键(B—H键，2c-2e)在同一平面上,还有两个氢原子的两个电子和两个硼原子的两个电子，即4个电子，这4个电子