Графит электронная структура

Нитрид бора (BN) представляет собой полимер со структурой графита, построенной на основе Sp -гибридизации, характерной для бора и возможной для азота [13, 190, 191, 820— 822]. Вместе с тем нитрид бора отличается от графита тем, что в графите электроны могут свободно двигаться между постоянно сложенными слоями, в то время как в нитриде бора, вследствие того, что атомы бора и азота обладают определенными зарядами, существует ионная структура сеток. Она приводит к образованию потенциальных колодцев между слоями, в которых электроны фиксированы. Нитрид бора относится к числу керамических материалов, которые начали применяться в недавнее время. Он отличается высокой температурной устойчивостью, хорошими электроизоляционными качествами и теплопроводностью, а также ценными антикоррозийными свойствами [817]. [c.429]

Третий показатель качества саж — это структура. Оставляя в стороне графит, представляющий собой кристаллический химически чистый углерод, Свейцер и Гудрич констатируют, что частицы ламповой сажи обнаруживают под электронным микроскопом [c.37]

В заключение мы хотели бы подчеркнуть общность природы особенностей исключенного объема для многих областей химии. Проблемы, связанные с укладкой без самопересечений разнообразных семейств графов на решетке, часто встречаются в статистической механике допустимые семейства просто определяются с помощью различных моделей, например моделей Изинга, моделей льда и моделей сегнетоэлектриков. (См. различные обзоры в [55] . ) Проблемы электронной структуры также могут обсуждаться в рамках подобных моделей, в особенности для протяженных молекул или кристаллов. Плодотворность применения теории графов наиболее успешно иллюстрируется тг-электронными моделями как моделью Хюккеля (см., например, [56]), так и моделями, подобными методу валентных связей (см., например, [57—61]). В меньшей степени осознано, что такой формализм применим к общим коррелированным описаниям локализованных центров (как в работах [62, 63]) и даже в неэмпирических расчетах. Между такими различными проблемами имеются общие аналогии [c.496]

В. Ф. Киселев (1961 г.) получил надежные опытные доказательства и дал теоретическое обоснование строгого подчинения процесса хемосорбции закономерности стехиометрии. Совместно с сотрудниками им было установлено, что величины и теплоты сорбции на графите обусловлены количеством и характером межатомных связей, возникающих между атомами сорбата и атомами поверхности сорбента. Он отмечает, что хемосорбция на атомарно чистой поверхности приводит к насыщению разорванных на поверхности химических связей. Происходит восстановление нормальной гибридизации орбиталей поверхностных атомов благодаря их связи с хемосорбированными атомами. Исследование поверхности полупроводников со структурой алмаза, а именно монокристаллов германия и кремния методом дифракции медленных электронов, показало, что при сорбции на них кислорода, иода, брома, воды и атомов некоторых металлов действительно восстанавливается порядок в расположении атомов на поверхности, что и позволяет восстанавливать нормальную гибридизацию. [c.199]

В отличие от трехмерной структуры алмаза структура другой модификации углерода — графита — двухмерная слоистая. Атомы углерода (в 5р -состоянии) внутри каждого слоя связаны между собой очень прочно ковалентными связями, но между соседними слоями взаимодействия более слабые. Этим объясняются мягкость графита и его смазывающие свойства. Четвертый валентный электрон углерода не локализован, поэтому графит, как и металлы, обладает электрической проводимостью. [c.35]

Возможна ли для азота графитоподобная структура Ответ может быть только отрицательным. Как известно, в графите четвертый электрон каждого атома углерода участвует в образовании связывающей МО (три связывающие орбитали шестичленного плоского углеродного кольца графита заполнены шестью электронами атомов углерода, а соответствующие три разрыхляющие МО вакантны). Для азота, каждый атом которого имеет на один электрон больше, чем атом углерода, такая структура невыгодна лишние по сравнению с углеродом электроны займут разрыхляющие орбитали, и, таким образом, эффект связывания в случае графитоподобного азота не будет преобладать. [c.248]

Углерод встречается в виде трех модификаций — алмаз, графит и карбин. Каждая из этих модификаций отвечает определенному типу гибридизации электронных орбиталей в атомах углерода. При р -гибридизации орбиталей образуется кристаллический полимер углерода с атомной координационной кубической решеткой — алмаз. Вследствие р -гибридизации электронных орбиталей каждый атом углерода в алмазе образует равноценные прочные о-связи с четырьмя соседними атомами углерода (см. рис. 111.2). Такая структура полимера объясняет очень высокую твердость алмаза, отсутствие у него электронной про- [c.271]

Графит — кристаллическое вещество серого цвета с металлическим блеском. Структура графита показана на рис. 9.2. Ее можно назвать слоистой кристалл состоит из нескольких слоев углеродных макромолекул. В пределах одного слоя каждый атом углерода образует три химические связи с тремя соседними атомами. Четвертый электрон внешнего энергетического уровня каждого атома углерода, не участвующий в образовании химических связей в плоскости, образует связи между [c.168]

Имеется чрезвычайно большое количество эмпирических данных, свидетельствующих о том, что многие свойства, особенно в сопряженных 7г-электронных системах, являются в первую очередь следствиями схемы связности атомов в молекуле, а более тонкие количественные характеристики молекулярной геометрии играют лишь второстепенную роль. На этом основано большинство применений теории графов для изучения молекулярной структуры, а также использование таких простых физических моделей, как теория молекулярных орбиталей Хюккеля . Это также побудило нас рассмотреть применение топологических понятий к анализу молекулярной структуры. [c.11]

Сколько свободных -орбиталей имеется в атомах титана и ванадия Написать для них электронно-графи-ческун структуру -подуровня. [c.58]

Длинные гомоатомные цепи (со степенью полимеризации и 100) образуют лишь углерод и элементы VI гр.-8, 8е и Те. Эти цепи состоят только из основных атомов и не содержат боковых групп, но электронные структуры углеродных цепей и цепей 8, 8е и Те различны. Линейные полимеры утлерояг-кумулены =С=С=С=С=. .. и карбин —С=С—С=С—... (см. Углерод) кроме того, углерод образует двухмерные и трехмерные ковалентные кристаллы-соотв. графит и алмаз. Сера, селен и теллур образуют атомные цепочки с простыми связями и очень высокими п. Их полимеризация имеет характер фазового перехода, причем температурная область стабильности полимера имеет размазанную иижнюю и хорошо выраженную верхнюю границы. Ниже и выше этих границ устойчивы соотв. циклич. октамеры и двухатомные молекулы. [c.214]

В последней графе табл. 4 представлены предполагаемые электронные структуры в металлическом состоянии, соответствующие описанному поведению. Протактиний, по-видимому, имеет три -электрона. Соотношение между количеством 5f- и 6й-элек-тронов у урана, нептуния и плутония может меняться в зависимости от физического состояния. [c.20]

Расстояние между атомами бора и азота составляет 1,45 А, а расстояние между сетками, так же как и в графите, равно 3,35 А. Однако нитрид бора отличается от графита тем, что в графите электроны могут свободно двигаться между постоянно расположенными слоями, в то время как в нитриде бора (вследствие того, что атомы бора и азота имеют определенные заряды) существует ионная структура сеток и она приводит к образованию потенциальных колодцев между слоями, в которых электроны фиксированы. Уэнторф [134] получил кубическ5 -ю модификацию нитрида бора, названную боразон , применив при синтезе высокое давление и высокую темиерату- [c.337]

Нитрид бора. Нитрид бора был открыт Бэлмейном в 1942 г. Из-за сходства строения его кристаллической решетки с гра-( )итом нитрид бора иногда называют белым графитом . Шестигранные кристаллические плоскости нитрида бора находятся друг от друга на расстоянии 3,34 A. Соответствующие расстояния между атомами углерода в графите равны 3,35 A. Основное различие заключается в неодинаковой электронной структуре. Между основными кристаллографическими плоскостями нитрида бора нет свободных электронов. Вследствие этого он не проводит электрический ток. По внешнему виду нитрид бора пред- [c.142]

Рассмотрим электронные структуры этих атомов и подумаем, как можно объяснить образование связей в кристаллах ВЫ. Для возникновения структуры типа графита как у атома бора, так и у атома азота легко могут образоваться необходимые 5р -гибридные орбитали при промотировании одного -электрона в /7-состояние. Такой атом может быть связан с тремя соседями в плоской гексагональной решетке, что полностью соответствует ориентации 5/7 -гибридных орбиталей. Далее, я(/7г)-орбиталь бора свободна она является акцептором электрона. Эта орбиталь окружена тремя я(рг)-0рбита-лями азота, готовыми играть роль донора электронов. Здесь ситуация такая же, как в В-триметилборазоле (рис. 8.10), в котором длины связей совпадают с длинами связей в бензоле. Из таких группировок образуется плоский слой (см. рис. 8.15), на молекулярных я-орбиталях которого оказывается столько электронов, сколько нужно, чтобы возникли такие же связи, как в графите. [c.264]

Примечания 1. В графе. Кристаллическая структура С — плотнейшая кубическая и Нг, — плотнейшая гексагональная упаковка Сс — объемо-центрированный куб пр. — прочие структуры. 2. Потенциал ионизации дается в электро-новольтах и относится к отрыву первого электрона. 3. Ковалентные и ионные радиусы дают половину наименьшего междуатомного расстояния в элементарном металле. [c.180]

На рис. 1.50, б представлена диаграмма общей плотности состояний. Заштрихованная часть диаграммы отвечает полностью заполненным одноэлектронным уровням. Добавление в структуру графита дополнительных электронов будет приводить к заполнению верхней части зонной структуры, образованной за счет разрыхляющих я -взаимодействий. В этом случае следует ожидать значительного ослабления взаимодействия между находящимися в одной гексагональной плоскости атомами углерода. Экспериментально это подтвердилось при исследовании интеркалля-ционных соединений графита Мд.С (М = К, С5), в которых электроположительные атомы щелочных металлов, размещающиеся между гексагональными слоями, служат поставщиками электронов в разрыхляющие состояния зонной структуры графита. На рис. 1.51 представлена экспериментальная зависимость межатомного расстояния С—С ( /) от концентрации в графите щелочного металла. Из графика видно, что по мере увеличения содержания металла и, следовательно, концентрации введенных в графит электронов происходит монотонное увеличение межатомного расстояния. Это [c.71]

Химически графит довольно стоек. Однако в атмосфере кислорода ои сравнительно легко сгорает с образованием диоксида углерода. При этом, естественно, происходит полное разрушение ТИПИЧНОЙ графитовой структуры. При действии же на графит фтора и таких окислителей, как азотная кислота, нитраты, хлораты и т. п., при сравнительно невысоких температурах происходит окисление углерода отнятием четвертого металлического-- электрона. Таким образом, слои графита, состояшие [1з плоских шестиугольников, остаются неразрушенными, а атомы фтора, кнслорода и других окислительных элементов размещаются между плоскостями, несколько раздвигая их. В таких соединениях элементарная ячейка кристалла графита ведет себя подобно атомам металлов. Иногда получаются даже солеобразные соединения, в когорых роль одновалентного катиона играет атом углерода. С некоторь1ми [c.351]

Сдвиг атомов каждого последующего параллельного слоя происходит по осям X п Y таким образом, что атомы каждого третьего слоя находятся под атомами каждого первого. Таким образом, если первый слой решетки обозначить А, второй В, то распределение слоев в кристалле описывается как АВ АВ. ....Вектор переноса атомов углерода равен 0,1418 нм и соответствует трансляции решетки, обозначаемой знаками V - Весь кристалл графита описывается в виде уЛ у Д- Расстояние между совпадающими по расположению атомов слоями равно 0,6708 нм. В натуральном и искусственном графитах обнаруживается другая кристаллическая модификация — ромбоэдрическая (рис. 1-5, б) [1-2]. Параметры ее решетки а = 0,246 нм и с = 0,335 X 3 = 1,005 нм. В этой модификации, обозначаемой как AB AB . ... или S7 S/AAA, величина трансляции Л и V равна 0,4118 нм. Ромбоэдрическая модификация появляется в хорошо кристаллизованном натуральном графите, подвергнутом механическим воздействиям, например помолу. Его образование связано с относительно большими деформациями сдвига [1-3]. При таких деформациях в гексагональном графите могут наблюдаться фазовые вкрапления ромбоэдрического гра( )ита на протяжении примерно десяти последовательно располагающихся слоев. Его содержание в зависимости от ряда условий находится в пределах 5-22% (объем). В монокристаллах гексагонального графита методом микродифракции электронов обнаруживается около 5% ромбоэдрического графита. В кристаллах мозаичной структуры также можно предполагать присутствие его небольших количеств, неразрешаемых рентгеноструктурным анализом. Указанная модификация соответствует метастабильному состоянию и полностью исчезает при нагреве до 3000 С. [c.23]

Другой пример молекулы с делокализованными электронами — кристалл графита. Его атомы углерода также могут быть рассмотрены как находящиеся в ар--гибридизацпи и располагающиеся в одной плоскости. Каждый из атомов углерода связан с тремя ближайшими соседями а-связя.ми, а оставшиеся р-АО располагаются перпендикулярно плоскости и образуют гг-систему с делокализацией электронов по всей плоскости. По сравнению с бутадиеном графит уже можно рассматривать не как делокализацию э.лектронов в одном направлении (по цепочке), а как делокализацию сразу в плоскости. В силу большого числа взаимодействующих р-орбита лей, количество образуемых ими МО также велико. Энергетическое различие между ближайшими из таких МО невелико. Это объясняет непрозрачность и хорошую электропроводность графита. Среди неорганических соединений весьма часто встречаются плоские структуры, в которых также существуют тг-делокализованные связи. К ним, например, относятся трифторид бора, карбонат-ион, нитрат-ион, озон, триоксид серы и др. [c.148]

В структуре графита внешние электронные орбитали атома углерода находятся в состоянии 5р2-гибридизации. Углы между связями С—С равны 120 и атомы углерода располагаются в одной плоскости. В отличие от алмаза графит хорошо проводит электрический ток. Это явление можно объяснить, допустив, что все негибридные р-орбитали, расположенные перпендикулярно плоскости 5р2-гибридных орбитзлей, перекрываются между собой боковыми частями, при этом возникает л-связь. В результате образуется одно размазанное электронное р-облако расположенное выше и ниже плоскости sp -гибpидныx орбита-лей. Такие размазанные электроны не локализованы и ответственны за электропроводимость графита. [c.180]

Поскольку в присутствии катализаторов давление и температура синтеза алмаза сильно уменьшаются, высказаны гипотезы, каким образом металлы-катализато-ры облегчают перестройку одной структуры в другую. Одной из них является следующая. При высоких давлении и температуре из графита и металла-катализатора образуется металлографитовый комплекс, где атомы металла располагаются между углеродными сетками графита (этот комплекс можно представить как нестойкий карбид). Этот процесс может происходить как с твердым металлом, так и с жидким в последнем случае гораздо быстрее. Слдеует отметить, что термодинамическая устойчивость графита обусловлена главным образом делокализацией рг-электронов (с этим связана электронная проводимость графита) — остальные валентные электроны углерода (х, рх, ру) образуют устойчивую зр -гибридизированную конфигурацию. При отсутствии выигрыша энергии из-за делокализации электронов более выгодной с термодинамической точки зрения была бы тетраэдрическая 5р -гибридизированная конфигурация, т. е. конфигурация электронов в алмазе. Поэтому нарушение делокализации электронов в графите снижает его термодинамическую устойчивость. При внедрении атомов металла-комплексообразователя между углеродными слоями графита их внешние электроны (все металлы-катализаторы алмазного синтеза являются переходными металлами с недостроенными й-орбиталя-ми) взаимодействуют с делокализовакными электронами углерода, что уменьшает подвижность последних. Поэтому устойчивость структуры графита резко снижается. Высокое давление сближает плоские углеродные сетки, и становится возможным перекрывание орбиталей электронов у атомов углерода в соседних сетках (слоях). Это может привести к возникновению ковалентных связей между атомами в разных сетках, так как устой- [c.139]

Графит — темно-серое, непрозрачное, со слабым металлическим блеском, мягкое, слабо проводящее электрический ток вещество. Он также тугоплавок, мало летуч и при обычной температуре химически инертен. Кристаллическая решетка графита, структура которой показана на рис. 45, существенно отличается от решетки алмаза. Кристаллы графита построены из параллельных друг другу плоскостей, в которых расположены атомы углерода по углам правильных шестиугольников. Расстояние между соседними атомами углерода (сторона каждого шестиугольника) 1,43 А, между соседними плоскостями 3,4 А. Каждая промежуточная плоскость несколько смещена по отношению к соседним плоскостям, как это видно на рисунке. Каждый атом углерода связан с тремя соседними в плоскостях атомами неполярными ковалентными связями. Четвертые валентные электроны каждого атома располагаются между плоскостями и ведут себя подобно электронам металла, чем и объясняется электропроводность графита в направлении плоскостей. Связь между атомами углерода, расположенными в соседних плоскостях, очень слабая (межмолекулярная, или ван-дер-ваальсова). В связи с этим кристаллы графита легко расслаиваются даже при малых нагрузках ка отдельные чешуйки. Этим [c.191]

Появление дополнительных видов связи в ковалентных кристаллах может привести к резкому изменению их основных характеристик. Ярким примером кристаллов со смешанными связями служит одна из форм углерода — графит, структура которого приведена на рис. III.4. В графите атомы углерода связаны друг с другом так, что они образуют плоские двухмерные слои, в пределах которых атомы углерода связаны друг с другом за счет sp -гибpидныx орбиталей (длина связи 0,142 нм). При этом в каждом таком слое, состоящем из N атомов углерода, имеются N нелокализованных электронов, участвующих в образовании я-связей и способных переносить ток. Связь между рассмотренными двухмерными слоями графита осуществляется лишь за счет слабых сил Ван-дер-Ваальса (расстояние между слоями состаш1яет 0,35 нм). Поэтому в направлении этой оси кристалл графита имеет низкую твердость и относится к типичным изоля- [c.71]

Вследствие одинаковости заряда ядра и структуры электронных оболочек химические свойства изотопов настолько сходны,, что в большинстве случаев их можно считать практически тождественными. Поэтому разделение изотопов обычно основывается па различии тех их физических свойств, которые непосредственно зависят от массы атомов (скорости диффузии и т. д.). Наиболее совершенно такое разделение достигается в масс-спектро графе, где разделяется, однако, лишь ничтожное обшее количе- ство вещества (порядка десятимиллионных долей грамма за час). [c.503]

В рассмотренном выше примере графы были использованы дл описания бинарных отношений на двух различных базисных множествах, порожда.емых 2р АО и хр-гибридными орбиталями соответственно. Бинарные отношения на множестве тангенциальных орбиталей приводят к гамильтоновым циклам, тогда как бинарные отношения на множестве внутренних орбиталей — к полному графу Жп. Объединение этих графов дает несвязанный граф, состоящий пз двух компонент и имеющий спектр, который образован из п+ ) положительных собственных значений и (2га—1) отрицательных. Из принципа заполпения (см. разд. 1.6) следует, что стабильная система должна иметь 2п + 2 скелетных электрона, что и реализуется, например, в случае дианиона В12Н17, имеющего икосаэдрическую структуру. [c.35]

Описанная выше конструкция допускает обобщение на случай нидо- и арахно-систем. Нидо-соединения, в отличие от дельтаэд-рических, содержат одну грань, называемую основанием, которая не является треугольной. Арахно-системы имеют две такие грани. Примером нидо-структуры является пирамида, в основании которой расположен четырехугольник (рис. 1.19). Полиэдры такого типа (см. рис. 1.10) могут быть формально получены в результате удаления некоторых из вершин и инцидентных им ребер в соответствующем дельтаэдре. Каждый раз, когда появляется нетреугольная грань, возникает дополнительное семейство орбиталей, взаимодействие которых описывается с помощью нового полного графа, что приводит к появлению одного нового связывающего уровня. В результате общее число связывающих орбиталей увеличивается на единицу. В случае нидо- и арахно-систем, имеющих по п вершин, число связывающих орбиталей равно п + 2) и (га+3) соответственно. Для их заполнения требуется (2 + 4) и (2и-Ь6) электронов. [c.36]

Метод Хюккеля можно рассматривать как нулевое приближение, с помощью которого удается проанализировать на качественном уровне строгости зависимость электронных характеристик достаточно сложных ненасыщенных органических молекул от их структуры, которая на этом этапе характеризуется учетом лишь отношения соседства н пренебрежением различиями в деталях геометрии. Несмотря на относительную простоту математического аппарата, переход от мономерных систем к олигомерам, а затем и к макромолекулам наталкивается на вычислительные сложности, которые могут быть достаточно эффективно преодолены в случае макромолекул регулярного строения. В этом случае обычно рассматривают макромолекулу с бесконечным числом элементарных фрагментов, а углеродный скелет молекулы описывается в терминах бесконечных графов, обладающих свойствами нериодичнооти. Поэтому исследование л-электронных отектров таких макромолекул сводится к анализу спектра бесконечных МГ. [c.59]

Разработано топологическое описание молекулярной структуры, основанное на соответствии между транзитивными диграфами и конечными топологиями. Две возможные транзитивные ориентации двудольного графа ведут к единственной паре топология/кото-пология, соответствующей любой альтернантной молекуле. Аналогичная пара пространств связана с неальтернантной молекулой (граф которой может иметь много или же вообще не иметь транзитивных ориентаций) через ее дуплекс, являющийся графическим сопряжением с. Структура этих молекулярных пространств может быть количественно проанализирована с помощью различных комбинаторных мер. Мощность молекулярной топологии является мерой структурной сложности. Топологический коррелят делокалйза-ции в 7г-электронных системах — это та степень, с которой соседние пары атомов аппроксимируют несвязное подпространство молекулярного пространства. Примеры порядков тг-связей, определяемых этой мерой, превосходно согласуются с величинами порядков, полученными с помощью теории молекулярных орбиталей. [c.11]

Химики используют в своих рассуждениях мысленные образы, структурные формулы (СФ), структуры Кекуле, диаграммы ORTEP. Однако в меньшей мере используется основная математическая структура этих конструкций. Нашей целью будет разработка алгебраических и топологических характеристик такой структуры первоначально для квантовой химии (молекулы, стадии молекулярных реакций), затем в известной степени для химической кинетики и динамики (нахождение возможных путей, механизмов, определение их стационарных состояний, устойчивости, колебаний). Для квантовой химии, т. е. микрохимии , будут разработаны правила с целью получения обычным путем основных электронных характеристик молекул [система уровней молекулярных орбиталей (МО), реакционная способность, устойчивость к искажениям] и в некоторых математических классах непосредственно из структурных формул или диаграмм ORTEP. На макрохимическом уровне, т. е. при нахождении всех математически возможных путей синтеза, механизмов, при разработке правил стадия/соединение, связывающих число реагентов, продуктов, интермедиатов, катализаторов, автокатализаторов с числом элементарных реакционных стадий в химической смеси и затем с динамическими неустойчивостями, будут использоваться представления иного типа — реакционные схемы, являющиеся графами с двумя типами линий и двумя типами вершин [I]. [c.73]

Для построения иерархии симметрии молекулярных графов использован квантово-топологический подход, основанный на топологических свойствах зарядовых плотностей в молекулах. Показано, что структуры болыного числа кластерных соединений могут быть предсказаны путем отображения их молекулярных графов на один и тот же полиэдр соответствующие молекулярные графы строятся с помощью простого метода электронного счета. Предлагаемая модель проиллюстрирована примерами детального анализа кластеров, содержащих от 5 до 8 атомов. [c.148]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология