碳族元素讲稿.docVIP

第十三章 碳族元素 Chapter 13　The Carbon Family Elements Carbon (C)　Silicon (Si)　Germanium (Ge)　Stannum (Sn)　Plumbum (Pb)General Characteristics of Carbon Family Elements） 13.1.1 原子结构及特性 碳族元素中，碳、硅是非金属，其余三种是金属，由于硅、锗的金属性和非金属性均不强，也有人称其为“准金属”。 碳族元素的外层电子构型为ns2 n p2 碳族元素的基本性质 基本性质 C Si Ge Sn Pb 相对原子质量 12.01 28.09 72.59 118.7 207.2 共价半径/pm 77 117 122 140 147 M2+半径/pm - - 73 93 120 第一电离能/（KJ·mol-1） 1086.4 786.5 762.2 708.6 715.5 电子亲和能/（KJ·mol-1） -122.5 -119.6 -115.8 -120.6 -101.3 电负性Xp 2.55 1.90/1.8 2.01/1.8 1.96/1.8 2.33/1.9 单质熔点/℃ 3550(金刚石) 1414 937.4 231.9（白锡） 327.5 单质沸点/℃ 3825（升华） 3265 2833 2602 1749 碳族元素的电负性大，要失去价电子层上的1-2个p电子成为正离子是困难，它们倾向于将s电子激发到p轨道而形成较多的共价键，所以碳和硅的常见氧化态为+IV。 第一电离能在同组元素中，由上而下随着原子半径的增大，电离能减小，元素的金属性依次增强。 电子亲和能在同族元素中，自上而下原子半径逐渐增大，原子核对外来电子的吸引力逐渐减弱，自上而下，电子亲和能呈减小趋势。可能是Sn的原子半径相对较小，外层电子云的密度小，对外来一个电子的排斥作用反而比Ge大，因而得到一个电子放出的的能量较大。 金刚石，晶体硅都为原子晶体，锗、锡、铅都为金属晶体。 元素电势图（见P214） 13.1.2 元素的性质 13.1.2.1 碳的成键特征 ①以sp、sp2、sp3三种杂化态与H、O、Cl、N等非金属原子形成共价化合物，C—C﹑C—H﹑C—O键的键能分别为331 KJ·mol-1 、415 KJ·mol-1、343 KJ·mol-1,键能越大，稳定性越高。因此，C、H、O三种能形成数百万种的有机化合物，其中碳的氧化数从+4变到-4 ②以碳酸盐的形式存在。 13.1.2.2硅的成键特征 ①以硅氧四面体的形式存在，如石英和硅酸盐矿中。 ②Si—Si、Si—H、Si—O键的键能分别为197 KJ·mol-1、320 KJ·mol-1、386 KJ·mol-1，除Si—O键，前两者的键能分别小于C—C﹑C—H，因此Si、H、O虽可以形成一些类似于C、H、O形成的有机物，但数量有限 碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道形成1到4个σ键，但Si sp和sp2态不稳定。碳的原子半径小，还能形成pπ—pπ键，所以碳能形成多重键 13.1.2.3 锡铅的成键特征 ①以+2氧化态的形式存在于离子化合物中 ②以+4氧化态的形式存在于共价化合物和少数离子型化合物中。其中由于ns2电子对随n增大（惰电子效应），铅在化合物中呈+2氧化态的趋势增强，因此+4氧化态的铅具有强的氧化性。 13.3碳族元素在自然界中的分布 碳、硅在地壳中的丰度分别为0.023％、29.50％。硅的含量在所有元素中居第二位，它以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界。碳的含量虽然不多，但它（除氢外）是地球上化合物最多的元素。大气中有CO2；矿物界有各种碳酸盐、金刚石、石墨和煤，还有石油和天然气等碳氢化合物动植物体中的脂肪、蛋白质、淀粉和纤维素等等也都是碳的化合物。如果说硅是构成地球上矿物界的主要元