新型无机非金属材料教学ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,新型无机非金属材料,C,60,一颗璀璨的,“,明星分子,”,新型无机非金属材料C60一颗璀璨的“明星分子”,碳的三种同分异型体的比较,金刚石,石墨,C,60,碳的三种同分异型体的比较金刚石石墨C60,结构和性质,金刚石,石墨,C,60,C,原子的成键形式,四面体,平面三角形,球面形,（直径,710pm,）,C,原子的杂化轨道,sp,3,sp,2,sp,2.26,(,键,s,0.3,p,0.7,),C,C,C,键角,10928,120,116,C,C,键长,/pm,154.4,141.8,139.1(6/6),145.5(6/5),密度,/g.cm,-3,3.514,2.266,1.678,电阻,/.cm,1014,1016,(0.4-5.0)10,-4,(,层,),(0.2-1.0)(,层,),硬度,/Mohs,10,1,碳的三种同分异型体的比较,结构和性质金刚石石墨C60C原子的成键形式 四面体平面三角形,“,明星分子,”,的发现,Robert F.Curl,教授,（,Rice University,）,Harold W.Kroto,教授,（,University of Sussex,）,Richard E.Smalley,教授,（,Rice University,）,“明星分子”的发现Robert F.Curl教授Harold,C,60,的发现历程（一）,意外的发现,（,1,）,Harold W.Kroto,的研究领域是星际分子问题；,（,2,）,Richard E.Smalley,研究的是各种元素原子簇的性质；,Smalley,发明了一台很好的仪器，叫激光超声波原子束射线测试仪，这台测试仪可以进行周期表内几乎所有元素的原子束的研究。,C60的发现历程（一）意外的发现（1）Harold W.,图,1,激光超声波原子束射线测试仪,图1 激光超声波原子束射线测试仪,图,2,质谱仪工作原理,图2 质谱仪工作原理,图,3,实验中得到的质谱图,图3 实验中得到的质谱图,C,60,的发现历程（二）,结构的鉴定,Smalley,和他的夫人（也是一位科学家）最初使用牙签搭建,C,60,的模型，可惜没有成功；接着用计算机进行模拟也遭失败。后来他们借助,Kroto,送给,Smalley,小孩的一些玩具模型搭成了一个球体（包含有,12,个五边形与,20,个六边形）后，向数学家,Veech,（同属,Rice University,）请教,C,60,能是一种什么样的结构。,Veech,的答复是：“和足球的结构相同”。于是,C,60,的结构就被确定了下来。,C60的发现历程（二）结构的鉴定 Smalley和,C,60,的发现历程（三）,物性、谱学的研究,STM,（扫描隧道显微镜）测试,图,5,扫描隧道显微镜原理示意图,图,4,扫描隧道显微镜,C60的发现历程（三）STM（扫描隧道显微镜）测试图5 扫描,图,6 C,60,的,STM,原子分辨图,图6 C60的STM原子分辨图,C,60,的发现历程（四）,制备方法的改进,1991,年,8,月在美国费城举行了“,C,60,及其衍生物研究”的学术报告会，同年,10,月在亚历山大凤凰城举行了另一场报告会。两场报告会都是座无虚席，情景空前热烈。,图,7,电弧法制备,C60,的装置,但是改进后的方法产量还是小，从,1000,克石墨只能得到,3,克,C,60,。,由于制备上的困难，,C,60,价格非常昂贵，比如粗制煤烟,20$/g,，富含,C,60,的煤烟,80$/g,，含多种球碳的煤烟,500,$/g,。提纯后,C,60,-C,70,混合物的价格是,1200$/g,，几乎为当年黄金价格的,100,倍。,C60的发现历程（四）1991年8月在美国费城举行了,C,60,应用举例,C60应用举例,一、,C,60,在超导体中的应用,图,1 M,+,处于,C,60,的,fcc,晶格间隙,K,3,C,60,Rb,3,C,60,Cs,3,C,60,Tc/K,18,19,30,33,（,-240,）,表,1,几种碱金属掺杂,C,60,的超导性质,1,、掺杂,C,60,的超导体,一、C60在超导体中的应用图1 M+处于C60的fcc晶格间,2,、,C,60,的多聚物,图,2 C,60,的二聚物,C,116,有人曾经预测过，当,C,原子数达到,540,时，就可获得室温超导。,2、C60的多聚物图2 C60的二聚物C116 有人曾,二、,C,60,F,60,C,60,打开,30,个双键与氟发生加成反应生成,C,60,F,60,，这是一种白色的粉末，耐高温（约,700,），可以用作超级固体润滑剂。因此，,C,60,F,60,被称为“分子滚珠”。,三、,C,60,的耐压性,在常压下碳的同素异形体中金刚石的硬度大，其次是石墨，,C,60,最小。美国康奈尔大学的研究工作表明,：在中等压力下情况却完全不同，,C,60,的耐压程度要远远超过金刚石。,二、C60F60 C60打开30个双键与氟发生加成反应,C,60,具有非线性光学性质，可做成新一代光学电脑开关。,四、,C,60,F,60,的非线性光学性质,可以合成顶端含,C,60,的星型聚乙烯大分子，用作为多电子存储系统。,五、用作多电子存储系统,将金属锂植入,C,60,内部形成的,LiC,60,化合物，可作为高能锂电池,。,六、,LiC,60,七、用于制作,巴基管,碳纳米的材料,C60具有非线性光学性质，可做成新一代光学电脑开关。,碳纳米管简介,C,60,、,C,70,只是福勒烯家族中的一员，除此之外，还有多种形式的碳单质相继被科学家所发现，比如：碳纳米管、碳纳米颗粒、“巴基洋葱头”。碳纳米管可以看成用石墨层卷曲形成的管状结构，第一个碳纳米管由日本,NEC,公司的,S.Lijima,所发现。,图,1,碳纳米管,碳纳米管简介 C60、C70只是福勒烯家族中的一员，除此,碳纳米管由于其磁学、电学性能的改变，其应用领域变宽，比如用作催化剂或其载体、纳米导线、复合材料、纤维与药物等。,碳纳米管一个令人激动的应用领域就是替代半导体硅制备碳基电子器件。传统的硅半导体存在发热问题，由于碳纳米管的电子物理性质来源于几何结构,(,直径小于,0.1nm,即发现有量子效应,),而不是来自掺杂，故其热稳定性好，可制得比硅芯片小百倍的器件。碳纳米管器件还可望代替,CRT,阴极射线管，解决笔记本电脑、大屏幕电视的显示等问题。,Richard E.Smalley,曾经预言可用碳纳米管作“数字绘画”（又称为“分子焊接”）：碳纳米管相当于画笔的笔杆；连在碳纳米管上的催化分子好像是画笔的鬃毛；而画布就是需要在其上构造分子层次结构的表面；那么溶液中漂浮着的反应物分子构成就是“绘画”了，碳纳米管末端的催化分子和反应物分子依画笔“数字”而发生变化。使用碳纳米管作分子“焊接”将提供构造复杂电子器件的途径，如分子精度的奔腾芯片。,碳纳米管应用,碳纳米管由于其磁学、电学性能的改变，其应用领域变宽，,新课标人教版选修三物质结构与性质,第二章 分子结构与性质,第二节,分子的立体结构,（第一课时）,新课标人教版选修三物质结构与性质第二章 分子结构与性质第二节,复 习 回 顾,共价键,键,键,键参数,键能,键长,键角,衡量化学键稳定性,描述分子的立体结构的重要因素,成键方式,“,头碰头,”,呈轴对称,成键方式,“,肩并肩,”,呈镜像对称,复 习 回 顾共价键键键键参数键能键长键角衡量化学键稳定,一、形形色色的分子,O,2,HCl,H,2,O,CO,2,1,、双原子分子（直线型）,2,、三原子分子立体结构（有直线形和,V,形）,一、形形色色的分子O2HClH2OCO21、双原子分子（直线,、四原子分子立体结构（直线形、平面三角形、三角锥形、正四面体）,（平面三角形，三角锥形）,C,2,H,2,CH,2,O,COCl,2,NH,3,P,4,、四原子分子立体结构（直线形、平面三角形、三角锥形、正四面,、五原子分子立体结构,最常见的是正四面体,CH,4,、五原子分子立体结构最常见的是正四面体CH4,CH,3,CH,2,OH,CH,3,COOH,C,6,H,6,C,8,H,8,CH,3,OH,5,、其它：,CH3CH2OHCH3COOHC6H6C8H8CH3OH5、,C,60,C,20,C,40,C,70,资料卡片：,形形色色的分子,C60C20C40C70资料卡片：形形色色的分子,新型无机非金属材料教学ppt课件,新型无机非金属材料教学ppt课件,分子世界如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。,那么分子结构又是怎么测定的呢,？,分子世界如此形形色色，异彩纷呈，美不胜收，常使人流连忘返。？,早年的科学家主要靠对物质的,宏观性质,进行系统总结得出规律后进行推测，如今，科学家已经创造了许许多多测定分子结构的现代仪器，,红外光谱,就是其中的一种。,分子中的原子,不是,固定不动的，而是不断地,振动,着的。所谓分子立体结构其实只是分子中的原子处于,平衡位置,时的模型。当一束红外线透过分子时，分子会吸收跟它的某些化学键的振动频率相同的红外线，再记录到图谱上呈现吸收峰。通过计算机模拟，可以得知各吸收峰是由哪一个化学键、哪种振动方式引起的，综合这些信息，可分析出分子的立体结构。,科学视野,分子的立体结构是怎样测定的,？,（指导阅读,P39,）,早年的科学家主要靠对物质的宏观性质进行系统总结得出规律后进行,测分子体结构：红外光谱仪吸收峰分析。,测分子体结构：红外光谱仪吸收峰分析。,同为三原子分子，,CO,2,和,H,2,O,分子的空间结构却不同，什么原因？,思考,:,直线形,V,形,同为三原子分子，CO2 和 H2O 分子的空间结,同为四原子分子，,CH,2,O,与,NH,3,分子的的空间结构也不同，什么原因？,思考,:,三角锥形,平面三角形,同为四原子分子，CH2O与 NH3 分子的的空间,分子,CO,2,CH,2,O,CH,4,电子式,结构式,中心原子,有无,孤对电子,空间结构,O C O,:,:,:,:,:,:,:,:,:,H C H,:,H,H,O=C=O,H-C-H,=,O,H-C-H,-,-,H,H,无,无,无,直线形,平面,三角形,正,四面体,:,:,H C H,:,O:,:,:,分子CO2CH2OCH4电子式结构式中心原子空间结构O C,2,、另一类是中心原子上有,孤对电子,(,未用于形成共价键的电子对,),的分子。,AB,n,立体结构 范例,n=2,V,形,H,2,O,n=3,三角锥形,NH,3,2、另一类是中心原子上有孤对电子(未用于形成共价键的电子对),原因：,中心原子上的孤对电子也要,占据中心原子周围的空间,，并参与互相排斥。例如，,H,2,O,和,NH,3,的中心原子分别有,2,对和,l,对孤对电子，跟中心原子周围的,键加起来都是,4,，它们相互排斥，形成四面体，因而,H,2,O,分子呈,V,形，,NH,3,分子呈三角锥形。,原因：,新型无机非金属材料教学ppt课件,新型无机非金属材料教学ppt课件,应用反馈,:,化学式,中心原子,孤对电子数,中心原子结合的原子数,空间构型,HCN,SO,2,NH,2,BF,3,H,3,O,+,SiCl,4,CHCl,3,NH,4,+,0,1,2,0,1,0,0,0,2,2,2,3,3,4,4,4,直线形,V,形,V,形,平面三角形,三角锥形,四面体,正四面体,正四面体,应用反馈:化学式 中心原子 中心原子结合的原子数空间构型H,课堂练习,1.,下列物质中，分子的立体结构与水分子相似的是 （）,A.CO,2,B.H,2,S C.PCl,3,D.SiCl,4,2.,下列分子的立体结构，其中属于直线型分子的是 （）,A.H,2,O B.CO,2,C.C,2,H,2,D.P,4,B,BC,课堂练习1.下列物质中，分子的立