碳单键键能大,碳结合成链能力强; 硅、硼的X-O键能大,属于亲氧元素,碳 的氢化物与O2燃烧得碳的氧化物,而硅、 硼的氢化物大部分遇水就可生成含氧 化合物。
X-H键能都较大,它们都有一系列 的氢化物。
三、电子构型和成键特征
1、电子构型
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电子构型 常见氧化态
C [He]2s22p2 -2,-4,0,+2,+4
碳(Carbon) 是有机世界的主角，由于 碳自相成链的能力最强，因此碳的化合物是 最多的。
硅(Silicon) 贝采利乌斯1823年发现，
西 是无机世界的主角，二氧化硅是构成地壳的
主要成分。
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硼(Boron) 是戴维等发现的。硼化学
学 的研究仅是最近五十年的历史，它可以与碳
媲美。
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第一节 引 言
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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
1．掌握碳的单质、氧化物、碳酸、 碳酸盐的结构和性质。
2．掌握硅的单质、氧化物与硅酸、 西 硅酸盐的性质和结构。
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3．掌握硼的单质、氢化物、含氧化 合物的结构和性质，掌握缺电子、 等电子及多电子原子的结构特点和 性质。
Si [Ne]3s23p2 -4,0,+2,+4
B
[He]2s22p1
0,+3
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2、成键特征
碳与硅的价电子构型为ns2np2,价电子 数目与价电子轨道数相等,它们被称为等电 子原子。
碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道 形成2到4个s键。碳的原子半径小，还能 形成pp-pp键，所以碳能形成多重键(双键 或叁键)，硅的半径大，不易形成pp-pp键， 所以Si的sp和sp2态不稳定，很难形成多重 键(双键或叁键)。
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。
二、元素的一些性质
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原子共价半径/pm 熔点/K
第一电离势/(kJ·mol-1) 单健离解能/(kJ·mol-1) X-O 离解能/(kJ·mol-1) X-H 离解能/(kJ·mol-1) X-F 离解能/(kJ·mol-1)
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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。
(1)它的最高配位数为4， (2)碳的成链能力最强； (3)不但碳原子间易形成多重键，而且 能与其它元素如氮、氧、硫和磷形成多重 键。 后二点是碳化合物特别多的原因。
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三、碳的同素异性体
1、金刚石 金刚石的外观是无色透明的固体，
为原子晶体，每个碳原了都以sp3杂化 轨道和其它四个原子形成共价键，形成 一种网状的巨形分子,再由于C一C键的 键能相当高,使得金刚石的硬度非常大, 分子中没有自由电子,不导电;在工业上 可用于刀具来切割金属及制造高档装饰 品。
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电子在这个大 键中可以自由移 动，即石墨能导电。 在层与层之间是分 子间作用力，因此 层与层之间就能滑 动，石墨粉可以做 润滑剂，再加上它 的颜色是黑色的， 它又可做颜料和铅 笔芯。

3、碳的新单质
C60球碳：
1985年9月初美国Rice大学Smalley、
Koroto和Curl在氦气流里用激光气化石
金刚石 CH4
sp2 平面三角形 石墨 CO32- C6H6
sp 直线形
CO2 CS2 C2H2
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二、碳的特性
碳在同族元素中，由于它的原子半径 最小，电负性最大，电离能也最高，又没 有d轨道，所以它与本族其它元素之间的 差异较大（p区第二周期的元素都有此特 点）。这差异主要表现在：
合成金刚石的新方法。
20世纪50年代高温高压石墨转化为金刚石。
20世纪80年代微波炉中烃分解为 西 金刚石。
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20世纪90年代CCl4+Na得到金刚石 微晶。
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2、石墨
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石墨分子结构是层形结构，每层 是由无限个碳六元环所形成的平面， 其中的碳原子取sp2杂化，与苯的结构 类似，每个碳原子尚余一个未参与杂 化的p轨道，垂直于分子平面而相互平 行。平行的n个p轨道共n个电子在一 起形成了弥散在整个层的n个碳原子上 下形成了一个p-p大键。
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硼的价电子构型为2s22p1,价电 子数少于价电子轨道数，所以它是 缺电子原子。
硼用sp2或sp3杂化轨道成键时， 除了能形成一般的s键以外，还能 形成多中心键。例如3个原子共用2 个电子所成的键就叫做三中心两电 子键。
第二节 碳
一、碳的杂化类型
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sp3 四面体
西 管”和“螺管”三大类，按管口是否封闭可分为
“封口管”和“开口管”，按管壁层数可分为单层
昌 管（SWNT）和多层管（MWNT）。管碳的长度
通常只达到纳米级（1nm=10-9m）。
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4、碳的氧化物
墨，发现了像足球一样的碳分子—C60，
西 后来发现，它只是一个碳的一大类新同素
异形体——C60球碳大家族里一员。
昌
其它球碳
学
C20球碳 C24球碳 C36球碳 C80球碳
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C60球碳可与氢发生加成反应。
管碳(碳纳米管)：
1991年日本Sumio Iijima用电弧放电法制备C60 得到的碳炱中发现管状的碳管碳的壁为类石墨二维 结构，基本上由六元并环构成，按管壁上的碳碳键 与管轴的几何关系可分为“扶手椅管”、“锯齿状
电负性（鲍林）
碳 77 3823 1086 345.6 357.7 4117 485 2.55
硅 117 1683 786.1 222 452 318 565 1.90
硼 88 2573 792.4 29321 561-690 389 61353 2.04
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碳、硅、硼三种元素晶体的熔点 和沸点很高，除石墨外硬度也大。