富勒烯C60、C20等分子中碳原子间的化学键是怎样的?有人认为是以sp2杂化轨道形成σ键。如是,如何解释这些键是在球面上,而不是在一个平面上?
中国科大张组德的《无机化学》对C60分子结构的论述是“在C60分子中,每个碳原子以sp3~sp2杂化,与3个碳原子相连,109o28/
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,剩余的未参与杂化的P轨道在C60分球壳的外围和内腔形成球面的离域π键。”
浙江教育学院理工学院,朱妙琴的论文“富勒烯C60的结构性质及应用”中也是这么论述的:
“C60分子点群为Ih, 具有五重对称性, 分子中60 个碳原子完全等价. 由于球面弯曲效应和五元环的存在,
碳原子的杂化方式介于石墨晶体中sp2和金刚石中sp3杂化之间。 分子中共含有30
个双键和60 个单键, 以达到稳定结构. σ键沿球面方向, 而P电子云则垂直分布在球面两侧,
形成了三维芳香型分子。根据分子杂化轨道理论, 碳原子以s 0.72,p 2. 28 形成杂化轨道与另外三个碳原子成键, 形成碳笼结构,
剩下的p 轨道在笼的内壁和外围形成大π键, 使C60分子具有球形芳香性。
因此C60分子中, 碳与碳之间形成的键,不是单纯的单键或双键, 而是类似苯分子中的介于单键和双键之间的特殊键,
C60中碳碳键长数据也说明了该结论的正确性,其中C60分子中五边形的边长为146pm,
六边形的短边边长为139pm, 介于C-C 单键键长154pm 和C=C 双键键长134pm
之间。虽然C60中价电子数多达240 个, 由于结构上的高度对称性, 使这些电子形成高度简并,
没有重叠的分子轨道。因而C60是一种较稳定的分子。”
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