作业帮为什么二氧化碳是分子晶体而二氧化硅是原子晶体?如下图所示,请问什么造成两种同族元素化合物的不同晶体结构?碳和硅最外层电子数都是4,但是为什么会形成不同的结构?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/04 12:24:14
为什么二氧化碳是分子晶体而二氧化硅是原子晶体?如下图所示,请问什么造成两种同族元素化合物的不同晶体结构?碳和硅最外层电子数都是4,但是为什么会形成不同的结构?
为什么二氧化碳是分子晶体而二氧化硅是原子晶体?
如下图所示,请问什么造成两种同族元素化合物的不同晶体结构?
碳和硅最外层电子数都是4,但是为什么会形成不同的结构?
为什么二氧化碳是分子晶体而二氧化硅是原子晶体?如下图所示,请问什么造成两种同族元素化合物的不同晶体结构?碳和硅最外层电子数都是4,但是为什么会形成不同的结构?
这是一个关于形成分子时原子轨道杂化及不同杂化方式对应的能量不同的问题.
碳和硅的原子的最外层都是s轨道上有两个电子,是满的支壳层；p轨道上有两个电子,p轨道有三个相互垂直的支轨道（支壳层）,其中两个支轨道上各有一个电子,是半空支轨道,另一个是空的支轨道.这样似乎它们只有两个半空轨道能与别的原子形成两个键,但事实上,sp共4个支轨道在形成分子时会产生混合杂化.一种混合杂化的方式是sp杂化（详见图片）：这时除了有前述的两个p半空支轨道外,又多出了两个半空支轨道,它们分别是sp杂化轨道左右对称的两个分支（都是由一个大头和一个小头构成）.还有一种混合杂化的方式是sp3杂化（详见图片）：这时4个半空支轨道分别是sp3杂化轨道空间对称分布的4个分支（都是由一个大头和一个小头构成）.
氧的原子的最外层是s轨道上有两个电子,是满的支壳层；p轨道上有4个电子,p轨道中两个支轨道上各有一个电子,是半空支轨道,另一个是满的支轨道——2个电子都在这里.氧在形成分子时也可能出现杂化轨道,比如两个相互垂直的半空p轨道杂化成类似sp杂化轨道那样的处于一条直线上的两个半空p2杂化轨道（这个p2杂化轨道是我猜测的,尚不能确定,但这个思路应该是对的）,但也可能不杂化,保持原子时的轨道不变.
形成二氧化碳分子时,氧保持原子时的轨道不变,碳取sp杂化.碳的一个sp支轨道与氧的一个半空p支轨道“头对头”形成一个σ键,碳的一个半空p支轨道与氧的一个半空p支轨道“肩并肩”形成一个π键.这样,氧的支轨道都满了,碳还有两个半空支轨道,就再与另一个氧形成一个σ键和一个π键.
二氧化硅为何不能如上段那样在一个sp杂化的硅与一个未杂化的氧之间形成一个σ键和一个π键呢?σ键是没问题的,麻烦在于π键.硅原子较大,相应的两个半空p支轨道的位置较高（与氧的距离也远了）,就像一高一矮两个人并行,很难做到肩并肩,所以,难以形成这个肩并肩的π键.这样少了一个键,两者结合就不很牢固——体系能量较高.而改变杂化方式后（硅取sp3杂化,氧取p2杂化）,两方电子云重叠得更多——体系能量下降了,更稳定了.
当然,哪种杂化方式能使结合后体系的能量最低,需要极为复杂的计算才能给出具体的结果,上边只是定性的说明.