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B12不是分子晶体,而是原子晶体中的一个单元

(2013-06-04 13:05:09)

      硼晶体是原子晶体,不存在独立的B12分子。晶体硼的结构单元是正二十面体,每个单元中有12个硼原子,每个硼原子与另外5个硼原子相连。是原子晶体。数据支持:熔点2573K,沸点2823K,相对硬度9.5(金刚石为10)。单质硼有多种变体,它们都以B12正二十面体为基本的结构单元。这个二十面体由12B原子组成,20个接近等边三角形的棱面相交成30条棱边和12个角顶,每个角顶为一个B原子所占据。    

 由于B12二十面体的连接方式不同,键也不同,形成的硼晶体类型也不同。这里仅介绍其中最普通的一种α-菱形硼。 
  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3B原子以6个正常的BB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。 

  http://s7/mw690/4c13c048gde4d0930eaa6&690

在硼的二十面体结构单元中,B1236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6B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。 
   高中所说的B12,是一个基本单元!我们只要了解这个单元的分摊计算。上面的黑色字体部分只要了解哟!会做下面例题即可:                                           
   单质硼有无定形和晶体两种,参考下表数据

 

金刚石

晶体硅

晶体硼

>3823

1683

2573

5100

2628

2823

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1B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 Si和金刚石之间,而金刚石和晶体Si均为原子晶体,BC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) 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°

案:原子,晶体硼具有很高的熔沸点和很大的硬度;1260°

 


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