碳硅硼通性探讨

周期表中碳和硅是第ⅣA族非金属元素，硼是第ⅢA族非金属元素。

1.电子构型

C、Si价电子构型：ns2np2，价电子数＝价电子轨道数，等电子原子。

B价电子构型：2s22p1，价电子数＜价电子轨道数，缺电子原子。

2.成键特征

碳、硅、硼元素的电负性较大，要失去价电子层上的1～2个p电子成为正离子是困难的，它们倾向于将s电子激发到p轨道而形成较多的共价键，所以碳和硅的常见氧化态为＋4，硼为＋3。

碳原子不仅可以形成单键、双键、三键，碳原子之间还可以形成长的直链、支链和环形链等，纵横交错，变幻无穷。不仅碳原子间易形成多重键，而且能与其他元素如氮、磷、氧和硫形成多重键，构成了种类繁多的碳化合物。p－pπ键是碳的成键特征。如图8－30所示。

图8－30　碳元素及其单质

与碳原子不同，硅原子半径较大，不易形成p－pπ键，所以Si的sp和sp2态不稳定，很难形成多重键（双键或三键）。但可用3d价电子轨道，以sp3d2杂化形成配位数为6的σ键，如或与类似，形成d－pπ配键，如等。如图8－31所示，Si是亲O、亲F元素。(www.xing528.com)

图8－31　硅单质及其化合物的结构

硼原子是缺电子原子，易形成多中心键。图8－32所示为硼单质。

图8－32　硼元素及单质

3.自然存在

碳、硅、硼在地壳中的丰度分别为0.023%、29.50%和0.001 2%。碳的含量虽然不多，但在自然界中分布很广。大气中有CO2，矿物界有各种碳酸盐、金刚石、石墨和煤，还有石油和天然气等碳氢化合物。动植物体中的脂肪、蛋白质、淀粉和纤维素等也都是碳的化合物。硅的含量在所有元素中居第二位，地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的二氧化硅，占地壳总质量的87%。硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界。若碳是组成生物界的主要元素，那么，硅就是构成地球上的矿物的主要元素。硼在自然界中的含量很少，主要以硼酸盐形式的矿物存在，如硼砂、硼镁矿等。碳、硅、硼的基本性质见表8－11。

表8－11　碳、硅、硼的基本性质