13结晶化学(赵波).ppt

图1画出了La2CuO4晶胞的部分原子，请根据题目给出的结构信息，在图3中把晶胞中的其它原子补充完整。 解： 2. Ni和Cu是周期表中相邻的元素，La2NiO4和La2CuO4的晶体结构也极其相似。相似的结构应该有相似的性质，可人们却惊讶地发现，它们的超导性质大不相同。研究表明：La2CuO4超导体中铜氧配位八面体结构是其超导性质的关键结构。它们超导性质不同的主要原因是： 解：根据晶体场理论，Ni2+是d8电子结构，在和轨道上电子云分布均匀，形成NiO6正八面体结构；而Cu2+是d9电子结构，在和轨道上电子云分布不均匀，形成CuO6畸变（变形）八面体结构，产生姜-泰勒效应；这是La2NiO4和La2CuO4超导性质不同的结构基础。 根据晶体场理论，Ni2+是d8电子结构，在和轨道上电子云分布均匀，形成NiO6正八面体结构；而Cu2+是d9电子结构，在和轨道上电子云分布不均匀，形成CuO6畸变（变形）八面体结构，产生姜-泰勒效应；这是La2NiO4和La2CuO4超导性质不同的结构基础。 解： 3. 根据（2）的分析结果试推测，如果设计与La2CuO4结构相似的La2MO4型超导材料，金属元素M的选择应该具有哪些电子结构特点？试举2例。 解：既然MO6畸变结构是La2MO4型超导材料的关键结构，那么，金属元素M应该具有能使MO6产生畸变的电子结构，即d轨道分裂后具有填充不均匀的d电子结构；比如：Co(II)（高、低自旋）、Fe(II)（高自旋）等 。 4. 1987年2月，中国科学家赵忠贤和美国华裔科学家朱经武几乎同时发现了起始转变温度100K以上的著名超导体YBa2Cu3O7，晶胞结构如图2所示。YBa2Cu3O7也是以La2CuO4为母体结构的高温超导材料，CuO5四方锥和CuO4平面四方形是其关键结构，请在图2中分别构建出一个CuO5四方锥和一个CuO4四方平面（可以在晶胞外加需要的原子）。在一个YBa2Cu3O7晶胞中有CuO5四方锥 个，与之共顶相连的CuO4四方平面有 个。 解： YBa2Cu3O7晶胞中有CuO5四方锥 2 个， 与之共顶相连的CuO4四方平面有 1 个。 碳是元素周期表中最神奇的元素，它不仅是地球上所有生命的基础元素，还以独特的成键方式，形成了丰富多彩的碳家族。碳元素有多种同素异形体：除金刚石和石墨外，1985年克罗托( H. W. Kroto )等人发现了C60，并获1996年诺贝尔化学奖；1991年日本NEC的电镜专家饭岛澄男 ( Iijima S)首先在高分辨透射电子显微镜下发现了碳纳米管（图1） 2011年夏令营 第7题 图1 两种碳纳米管结构示意图 2004年，安德烈·盖姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）首次用胶带纸从高定向热解石墨上成功分离出单层石墨片——石墨烯（图2），并获得2010年诺贝尔物理学奖；2010年5月，我国中科院化学所的科学家成功地在铜片表面上通过化学方法合成了大面积碳的又一新的同素异形体——石墨炔（图3）。这些新型碳材料的特性具有从最硬到极软、从全吸光到全透光、从绝缘体到高导体等多种极端对立的特异性能。碳材料的这些特性是由它们特殊的结构决定的，它们的发现，在自然科学领域都具有里程碑的重要意义。 图2 石墨烯的结构框架图 图3 石墨炔的结构示意图 碳纳米管研究较多的有图1所示的齿式和椅式两种结构。假如我们把它近似地看成是一维晶体（假设管是无限长的），请分别在图1中划出它们的一维结构基元。 2.石墨炔是我国科学家发现的一种重要的大面积二维全碳材料，应用前景广阔，试在图3中构建出其二维结构基元。 3. 石墨烯不仅自身具有优良性质，而且是一种优良的掺杂载体。科学家估计：以石墨烯代替石墨掺杂锂离子，制成的锂电池具有更见优良的性能，假设以Li+:C=1:2的比例在石墨烯层间掺杂锂离子，试构建这种材料的晶胞结构示意图；嵌入离子的密度与材料性质密切相关，假设掺杂后相邻两层石墨烯层间距为540pm，C—C键长为140pm，列式计算该掺杂材料中锂离子的密度。 4. 在C60中掺杂碱金属能合成出具有超导性质的材料，经测定C60晶体为面心立方结构，直径约为710pm。一种C60掺杂晶体是有K+填充C60分子推积形成的一半四面体空隙，以“口”表示空层，并在晶体中保留一层K+，抽去一层K+，依此类推形成的。以A、B、C表示C60层，a、b、c表示K+层，写出该掺杂晶体的堆积周期，并计算C60中心到K+的距离。 解答 1. 2. 3.由题意可知，掺杂后的晶体结构投影是每个六元环中心填充一个锂离子： 由此可得晶胞结构如下： 上述晶胞是六方晶胞，由C-C键长140pm可得其边长 所以晶体中锂的密度：