區(qū)別金屬原子半徑、離子半徑、共價(jià)半徑和范德華半徑和碳材料的分類及應(yīng)用

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1、區(qū)別金屬原子半徑、離子半徑、共價(jià)半徑和范德華半徑根據(jù)量子力學(xué)，核外電子運(yùn)動(dòng)沒有固定軌道，沒有明確的界限，只有幾率密度的分布。通常把核到最外層電子的平均距離定義為原子半徑。現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)還無法精確測(cè)定一個(gè)單獨(dú)原子的半徑，只能用實(shí)驗(yàn)方法，如X射線衍射法，測(cè)定出晶體中相同原子核間距離，或用同核雙原子分子鍵長(zhǎng)，被2相除得出。不同元素原子有不同的存在形式，就是同一元素的原子也可能形成不同化學(xué)鍵的分子和晶體。因而不同元素的原子半徑可能表現(xiàn)形式不同，就是同一元素的原子半徑也可能有不同形式。根據(jù)測(cè)定方法的不同，通常有3種原子

2、半徑：①金屬半徑：金屬晶體中相鄰兩金屬原子核間距離的一半，稱做該元素原子的金屬半徑，如銅的金屬半徑r金＝127.8pm。②共價(jià)半徑：同種元素的兩原子以共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，其共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)的一半稱做該元素原子的共價(jià)半徑，符號(hào)表示為pm或?，其數(shù)值與幾重鍵結(jié)合有關(guān)，如碳原子的共價(jià)半徑r共，單鍵時(shí)為77pm，雙鍵時(shí)為67pm，三鍵時(shí)為60pm。金屬元素原子在一定條件下也可形成共價(jià)的雙原子分子，金屬元素原子也有共價(jià)半徑，如銅的共價(jià)半徑r共為117pm。由于形成共價(jià)鍵時(shí)，總會(huì)發(fā)生原子軌道重疊，通常同一金屬元素的金屬半徑比其單鍵共

3、價(jià)半徑要大10%～15%。同周期元素的單鍵共價(jià)半徑的變化規(guī)律為從左至右逐漸縮小，可認(rèn)為是原子核對(duì)電子引力增大的緣故③范氏半徑：(范德華氏半徑的簡(jiǎn)稱)非金屬元素和有些金屬元素所形成的分子間或稀有氣體單原子分子間靠分子間力(范德華力)相互吸引，其不同分子中兩個(gè)相同原子核間距離的一半，稱做該元素原子的范氏半徑，如氯原子的范氏半徑r范為181pm。如左圖所示，表示了氯原子的共價(jià)半徑和范氏半徑。原子半徑數(shù)據(jù)只有相對(duì)的、近似的意義，而且同一元素的不同半徑，數(shù)值不同(r范>r金>r共)，而且相差較大。使用時(shí)不要同時(shí)用不同半

4、徑的數(shù)據(jù)。在一般的資料里，金屬元素有金屬半徑和共價(jià)半徑的數(shù)據(jù)，非金屬元素則有共價(jià)半徑和范氏半徑的數(shù)據(jù)，稀有氣體只有范氏半徑的數(shù)據(jù)。而離子半徑是表示離子大小的一個(gè)物理量。在離子型晶體中，組成晶格的質(zhì)點(diǎn)是大小不等的圓球狀的正負(fù)離子，因?yàn)榫哂邢∮袣怏w電子層結(jié)構(gòu)的離子，都有球面對(duì)稱性，而且離子間極化影響不大，可把晶體中離子看做圓球。在晶體中，兩個(gè)帶異號(hào)電荷的圓球互相接觸，到一定平衡距離時(shí)就不再接近了?，F(xiàn)代測(cè)試手段還不能直接量取正負(fù)離子球體的半徑。一般所說的離子半徑是：離子晶體中正負(fù)離子的核間距離是正負(fù)離子的半徑之和。

5、正負(fù)離子的核間距為d，則d=r++r-。數(shù)值d可通過晶體的X射線衍射分析實(shí)驗(yàn)測(cè)得。并以氟離子F-半徑=133pm，或氧離子O2-半徑=132pm作為標(biāo)準(zhǔn)，然后再推算出其他離子半徑。如實(shí)驗(yàn)測(cè)得的氟化鈉的d=230pm，則Na+的半徑是230-133=97pm。離子半徑的大小還要受離子化合物構(gòu)型的影響。一般以氯化鈉構(gòu)型的半徑作為標(biāo)準(zhǔn)，即以配位數(shù)為6作標(biāo)準(zhǔn)(在每一個(gè)鈉離子周圍直接連有6個(gè)氯離子，反之亦然。將與鈉離子或氯離子直接相連的帶異電荷的離子數(shù)稱為配位數(shù))。如離子實(shí)際配位數(shù)為8，則半徑值應(yīng)增加約3%，若配位數(shù)為

6、4，則半徑值應(yīng)下降約5%，在周期表各族中，離子半徑一般隨原子序數(shù)的遞增而增大。同一周期中，陽離子的電荷數(shù)越大，它的半徑越小，陰離子的電荷數(shù)越大，它的半徑越大。當(dāng)原子失去電子變成陽離子時(shí)，半徑要縮小，如納原子的半徑為137pm，而鈉離子半徑是97pm。當(dāng)原子得到電子變成陰離子時(shí)半徑要增大，例如氯原子的半徑是99pm，而氯離子的半徑是181pm。若同一元素能形成幾種不同電荷的離子時(shí)，高價(jià)離子的半徑小于低價(jià)離子的半徑。例如Fe2+離子半徑是74pm，F(xiàn)e3+離子半徑是64pm。負(fù)離子的半徑較大，約為130～250p

7、m，正離子半徑較小，約為10～170pm。根據(jù)正、負(fù)離子半徑值可導(dǎo)出正負(fù)離子的半徑和及半徑比，這是闡明離子化合物性能和結(jié)構(gòu)型式的兩項(xiàng)重要因素。參考文獻(xiàn)吳永仁主編.中國(guó)中學(xué)教學(xué)百科全書·化學(xué)卷.沈陽：沈陽出版社.1990.第38頁.吳永仁主編.中國(guó)中學(xué)教學(xué)百科全書·化學(xué)卷.沈陽：沈陽出版社.1990.第42-43頁.http://hi.baidu.com/hongshijie/blog/item/eea484c88f9305127f3e6fed.html.無機(jī)化學(xué).上冊(cè)/北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室等編.—4版.

8、—北京：高等教育出版社.2002.8（2005重?。└叩葞煼痘瘜W(xué)系本科教材ISBN7-04-010768-6.碳材料的分類、應(yīng)用和研究進(jìn)展姓名：陳衛(wèi)強(qiáng)年級(jí)班別：07材料化學(xué)3班學(xué)號(hào)：200730750305碳材料是以煤、石油和它們的加工產(chǎn)物等有機(jī)物作為主要原料，經(jīng)過一系列加工處理所制得的非金屬材料，主要成分是碳。碳材料是一種古老的材料，早在數(shù)千年前就用作金屬冶煉的還原劑和燃料，即利用其化學(xué)性質(zhì)；從十