B12不是分子晶体,而是原子晶体中的一个单元

α-菱形硼是由B12单元组成的层状结构,这是α-菱形硼晶格的俯视图和三中心键情况。由图中可以清楚的看到,α-菱形硼晶体中既有普通的σ键,又有三中心两电子键。许多B原子的成键电子在相当大的程度上是离域的,这样的晶体属于原子晶体,因此晶态单质硼的硬度大,熔点高,化学性质也不活泼。
这种二十面体组成的片层,层面结合靠的是二十面体的上下各3 个B原子以6个正常的B—B共价键(即两中心两电子键,键长171pm)同上下两层的6个附近的二十面体相连接,3个在上一层,3个在下一层。
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在硼的二十面体结构单元中,B12的36个电子是如下分配的:在二十面体内有13个分子轨道,用去26个电子;每个二十面体同上下相邻的6个二十面体形成6个两中心两电子共价键,用去了6个电子;在二十面体腰部的6个B原子与同平面上周围相邻的6个三中心两电子键,用去了6×2/3=4个电子。结果总电子数是26+6+4=36,所有的电子都已用于形成复杂的多面体结构。
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金刚石 |
晶体硅 |
晶体硼 |
熔 点 |
>3823 |
1683 |
2573 |
沸 点 |
5100 |
2628 |
2823 |
硬 度 |
10 |
7.0 |
9.5 |
(1)晶体硼的晶体类型属于________晶体,理由是 ___________________。
(2)已知晶体硼结构单元是由硼原子组 成的正二十面体,其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点上各有1个B原子。通过视察图形及推算,此晶体结构单元由_____个硼原子构 成。其中B—B键的键角为_______。
分析:晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶 体Si和金刚石之间,而金刚石和晶体Si均为原子晶体,B与C相邻与Si处于对角线处,则晶体硼也为原子晶体。晶体硼每个三角形的顶点被5个三角形所共 有,所以,此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5,每个三角形中有3个这样的点,且晶体B中有20个这样的三角形,因此,晶体B中这样的顶点(B原子) 有3/5×20=12个。又因晶体硼中的三角形面为正三角形,所以键角为60°。
答 案:原子,晶体硼具有很高的熔沸点和很大的硬度;12,60°