石墨

教学拾遗石墨晶体中是否含有金属键

发布时间:2022/6/6 14:08:02   
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在教学中,教师和学生对石墨中是否含有金属键各持不同观点。下面我们通过各种版本(人教版、鲁科版、苏教版、沪科版)的高中化学教材对石墨的介绍一起来了解一下石墨晶体中是否含有金属键?

人教版高中化学选择性必修2物质结构与性质第90页(如下图)相关介绍为:由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动,因此,石墨有类似金属晶体的导电性,而且,由于相邻碳原子平面之间相隔较远,电子不能从一个平面跳跃到另一个平面,所以石墨的导电性沿着石墨平面的方向。

人教版高中化学选修3物质结构与性质第76页(如下图)相关介绍为:由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动,因此,石墨像金属一样有金属键,有导电性,而且,由于相邻碳原子平面之间相隔较远,电子却不能从一个平面跳跃到另一个平面,所以石墨的导电性只能沿石墨平面的方向。总之,石墨晶体中,既有共价键,又有金属键,还有范德华力。

鲁科版高中化学选择性必修2物质结构与性质第99页(如下图)相关介绍为:每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道,并含有一个未成对电子,因此能够形成遍及整个平面的大π键。这是由于电子可以在整个六边形网状平面上运动,因此石墨的大π键具有金属键的性质。石墨晶体中既有共价键,又有范德华力,同时石墨晶体还具有金属键的特性。

鲁科版高中化学选修3物质结构与性质第90-91页(如下图)相关介绍为:石墨的的大π键具有金属键的性质,石墨晶体中既有共价键,又有范德华力,同时还有金属键的特性。

苏教版高中化学选择性必修2物质结构与性质第84页(如下图)相关介绍为:层内碳原子的这些p轨道相互平行,相邻碳原子的p轨道相互重叠,形成大π键,而这些p轨道中的电子可在整个层内运动,当施加电场时,可以沿着电场方向运动,因而石墨具有导电性。文中未提及金属键。

苏教版高中化学选修3物质结构与性质第59页(如下图)相关介绍为:层内碳原子的这些p轨道相互平行,相邻碳原子的p轨道相互重叠,形成大π键,而这些p轨道中的电子可在整个层内运动,当施加电场时,可以沿着电场方向运动,因而石墨具有导电性。文中未提及金属键。

沪科版关于石墨的介绍比较简单,在这里就不罗列了。

将价键理论应用于金属晶体中讨论化学键,形成金属键的改型共价键(或电子气理论),将分子轨道理论应用于金属晶体中讨论金属键,形成金属键的能带理论。

描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”,该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而把所有的金属原子维系在一起。按照“电子气理论”,石墨中由于所有的p轨道相互平行而且相互重叠,使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动,这些电子类似于金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用。从这个角度看,石墨中含有金属键。由于石墨中相邻碳原子平面之间相隔较远,电子不能从一个平面跳跃到另一个平面,所以石墨的导电性沿着石墨平面的方向,从这一点来说,石墨中的金属键与金属晶体中的金属键又不一样。

综上所述,石墨晶体中含有金属键,更准确地说,石墨晶体中含有类似金属键的作用力或者石墨晶体中含有金属键的特性。

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