實(shí)例:FDS8878_NL化學(xué)成鍵與材料性質(zhì)

   金剛石、石墨和富勒烯根據(jù)以上碳原子成鍵情況,讓我們來分析一下自然界中純粹由碳原子構(gòu)F成的金剛石rdiamond)、石墨佗raphite)和富勒烯(fullerene)的成鍵情況。在非常珍貴、堅硬無比的金剛石中,碳原子以sp3雜化軌道形式存在。如圖2.5⑴,金剛石中所有碳原子在正四面體的sp3軌道上向空間擴(kuò)展,形成大分子。圖

2,5(b)是石墨的結(jié)構(gòu),層狀石墨是由sp2雜化的碳原子組成,在每一層內(nèi),碳原子按照共平面的sp2軌道向空間擴(kuò)展,使相鄰碳原子之間形成σ鍵;而未經(jīng)雜化的、垂直于平面的孔z軌道相互重疊形成冗鍵。在層與層之間,由于規(guī)整的排列以及較近的距離,存在較強(qiáng)的胎冗相互作用。圖2,5(c)是富勒烯的結(jié)構(gòu),球狀的富勒烯也是由sp2雜化碳原子組成,存在π鍵。與石墨中不同的是,在富勒烯中,由于形成曲面的要求,sp2軌道不再共平面,而是 有一定的彎曲。

   顯而易見,碳的這三種同素異形體雖然都是由碳元素組成,但是原子間成鍵方式的不同,導(dǎo)致分子中原子在空間的取向和堆積不同,也導(dǎo)致了不同的材料形狀和性質(zhì)。呈立方晶系的金剛石堅硬無比、非常穩(wěn)定,是絕緣體;層狀石墨和球狀富勒烯由于存在sp2軌道可形成共軛,因此有導(dǎo)電性。與富勒烯相比,石墨由于有較好的共平面且原子排列比較整齊,導(dǎo)電性能較好;而富勒烯,由于sp2軌道的彎曲變形,不但導(dǎo)電性低于石墨,穩(wěn)定性也比石墨低。