高三化學(xué)無機(jī)非金屬材料

1、高三化學(xué)無機(jī)非金屬材料第1頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四碳的三種同分異型體的比較金剛石石墨C60第2頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四結(jié)構(gòu)和性質(zhì)金剛石石墨C60C原子的成鍵形式 四面體平面三角形球面形（直徑710pm）C原子的雜化軌道sp3sp2sp2.26(鍵s0.3 p0.7)CCC鍵角10928120116CC鍵長/pm154.4141.8139.1(6/6)145.5(6/5)密度/g.cm-33.5142.2661.678電阻/.cm10141016(0.4-5.0)10-4(層)(0.2-1.0)(層) 硬度/Mohs101碳的三種同

2、分異型體的比較第3頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四“明星分子”的發(fā)現(xiàn)Robert F.Curl教授（Rice University） Harold W. Kroto教授（University of Sussex） Richard E. Smalley教授（ Rice University） 第4頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四C60的發(fā)現(xiàn)歷程（一）意外的發(fā)現(xiàn)（1）Harold W. Kroto的研究領(lǐng)域是星際分子問題 ；（2）Richard E. Smalley研究的是各種元素原子簇的性質(zhì)；Smalley發(fā)明了一臺(tái)很好的儀器，叫激光超聲波原子束射

3、線測(cè)試儀，這臺(tái)測(cè)試儀可以進(jìn)行周期表內(nèi)幾乎所有元素的原子束的研究。 第5頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四圖1 激光超聲波原子束射線測(cè)試儀 第6頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四圖2 質(zhì)譜儀工作原理 第7頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四圖3 實(shí)驗(yàn)中得到的質(zhì)譜圖第8頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四C60的發(fā)現(xiàn)歷程（二）結(jié)構(gòu)的鑒定 Smalley和他的夫人（也是一位科學(xué)家）最初使用牙簽搭建C60的模型，可惜沒有成功；接著用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬也遭失敗。 后來他們借助Kroto送給Smalley小孩的一些玩具模型搭成

4、了一個(gè)球體（包含有12個(gè)五邊形與20個(gè)六邊形）后，向數(shù)學(xué)家Veech（同屬Rice University）請(qǐng)教C60能是一種什么樣的結(jié)構(gòu)。Veech的答復(fù)是：“和足球的結(jié)構(gòu)相同”。于是C60的結(jié)構(gòu)就被確定了下來。 第9頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四C60的發(fā)現(xiàn)歷程（三）物性、譜學(xué)的研究STM（掃描隧道顯微鏡）測(cè)試圖5 掃描隧道顯微鏡原理示意圖圖4 掃描隧道顯微鏡第10頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四圖6 C60的STM原子分辨圖第11頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四C60的發(fā)現(xiàn)歷程（四）制備方法的改進(jìn) 1991年8月在美

5、國費(fèi)城舉行了“C60及其衍生物研究”的學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，同年10月在亞歷山大鳳凰城舉行了另一場(chǎng)報(bào)告會(huì)。 兩場(chǎng)報(bào)告會(huì)都是座無虛席，情景空前熱烈。圖7 電弧法制備C60的裝置 但是改進(jìn)后的方法產(chǎn)量還是小，從1000克石墨只能得到3克C60。 由于制備上的困難，C60價(jià)格非常昂貴，比如粗制煤煙20$/g，富含C60的煤煙80$/g，含多種球碳的煤煙500$/g。提純后C60-C70混合物的價(jià)格是1200$/g，幾乎為當(dāng)年黃金價(jià)格的100倍。 第12頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四C60應(yīng)用舉例第13頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四一、C60在超導(dǎo)體中的應(yīng)用圖

6、1 M+處于C60的fcc晶格間隙 K3C60Rb3C60Cs3C60Tc/K18193033（-240）表1 幾種堿金屬摻雜C60的超導(dǎo)性質(zhì) 1、摻雜C60的超導(dǎo)體第14頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四2、C60的多聚物圖2 C60的二聚物C116 有人曾經(jīng)預(yù)測(cè)過，當(dāng)C原子數(shù)達(dá)到540時(shí)，就可獲得室溫超導(dǎo)。第15頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四二、C60F60 C60打開30個(gè)雙鍵與氟發(fā)生加成反應(yīng)生成C60F60，這是一種白色的粉末，耐高溫（約700），可以用作超級(jí)固體潤滑劑。因此，C60F60被稱為“分子滾珠”。 三、C60的耐壓性 在常壓下

7、碳的同素異形體中金剛石的硬度大，其次是石墨，C60最小。美國康奈爾大學(xué)的研究工作表明：在中等壓力下情況卻完全不同，C60的耐壓程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金剛石。第16頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四 C60具有非線性光學(xué)性質(zhì)，可做成新一代光學(xué)電腦開關(guān)。 四、C60F60的非線性光學(xué)性質(zhì) 可以合成頂端含C60的星型聚乙烯大分子，用作為多電子存儲(chǔ)系統(tǒng)。五、用作多電子存儲(chǔ)系統(tǒng) 將金屬鋰植入C60內(nèi)部形成的LiC60化合物，可作為高能鋰電池。六、LiC60七、用于制作巴基管碳納米的材料 第17頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四碳納米管簡介 C60、C70只是福勒烯家族

8、中的一員，除此之外，還有多種形式的碳單質(zhì)相繼被科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)， 比如：碳納米管、碳納米顆粒、“巴基洋蔥頭”。碳納米管可以看成用石墨層卷曲形成的管狀結(jié)構(gòu)，第一個(gè)碳納米管由日本NEC公司的S.Lijima所發(fā)現(xiàn)。 圖1 碳納米管第18頁，共19頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期四 碳納米管由于其磁學(xué)、電學(xué)性能的改變，其應(yīng)用領(lǐng)域變寬，比如用作催化劑或其載體、納米導(dǎo)線、復(fù)合材料、纖維與藥物等。 碳納米管一個(gè)令人激動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域就是替代半導(dǎo)體硅制備碳基電子器件。傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體存在發(fā)熱問題，由于碳納米管的電子物理性質(zhì)來源于幾何結(jié)構(gòu)(直徑小于0.1nm即發(fā)現(xiàn)有量子效應(yīng))而不是來自摻雜，故其熱穩(wěn)定性好，可制得比硅芯片小百倍的器件。碳納米管器件還可望代替CRT陰極射線管，解決筆記本電腦、大屏幕電視的顯示等問題。Richard E.Smalley曾經(jīng)預(yù)言可用碳納米管作“數(shù)字繪畫”（又稱為“分子焊接”）：碳納米管相當(dāng)于畫筆的筆桿；連在碳納米管上的催化分子好像是畫筆的鬃毛；而畫布就是需要在其上構(gòu)造分子層次結(jié)構(gòu)