分子轨道理论
分子轨道理论好
分子轨道理论价键理论、杂化轨道理论虽能较好地说明共价键形成的本质和分子的空间构型，但由于其都是以电子配对为基础的，只考虑形成共价键的电子，而未将分子看成是一个整体，因此在应用中有其局限性。
按照价键理论，O 2分子的路易斯电子式是..O O ......，分子中应该没有成单电子，但是测定其磁性，表明氧为顺磁性物质，液态氧和固态氧极易为磁铁所吸引，故O 2分子中应该有成单电子。
高温下的B 2分子虽具有偶数的价电子，但它也是顺磁性物质。
而H 2+、O 2+、NO 、NO 2等奇数电子分子或离子也能够稳定存在。
这些事实，价键理论无法加以解释。
1932年，美国密立根和洪特等人提出了分子轨道理论（molecular orbital theory ,简称MO 法）。
该理论以量子力学为基础，把原子电子层结构的主要概念，推广到分子体系中去，很好地说明了上述实验事实，从另一个方面揭示了共价分子形成的本质。
1．分子轨道理论的基本要点⑴ 分子轨道理论认为，分子中的电子不再从属于某个特定的原子而是在整个分子空间范围内运动。
因此，分子中的电子运动状态应该用相应的波函数ψ（简称分子轨道）来描述。
每个分子轨道也具有相应的能量E ，由此可得到分子轨道能级图。
⑵ 分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合（1inear combination of atomic orbitals ）而成的。
n 个原子轨道线性组合，可以形成n 个分子轨道。
其中，2n 个分子轨道的能量高于原子轨道，称为反键分子轨道（antibonding orbital ），2n 个分子轨道的能量低于原子轨道，称为成键分子轨道（bonding orbital ）。
⑶ 原子轨道要有效组合成为分子轨道，必须遵循三个原则，即能量近似原则、轨道最大重叠原则和对称性匹配原则。
⑷ 分子中的电子将遵循保里不相容原理、能量最低原理和洪特规则，依次填入分子轨道之中。
2．原子轨道线性组合形成分子轨道原子轨道有效组合形成分子轨道必须遵循三个原则：能量近似原则、轨道最大重叠原则和对称性匹配原则。
分子轨道理论
H ab a H b d b H a d H ba
^
^
S aa d d Sbb 1
a a b b
S ab a b d b a d S ba
2 2 ca H aa 2ca cb H ab cb H bb X E (ca , cb ) 2 2 ca S aa 2ca cb S ab cb Sbb Y
(c
a
a
cb b )(ca a cb b )d
2 ˆ d c c H ˆ d c c H ˆ d c 2 H ˆ d ca H a a a b a b a b b a b b b 2 2 2 2 ca d 2 c c d c a b a b b b d a
H2+的变分过程
1 2 1 1 1 ( ) E 2 ra rb R
①选变分函数: 由极端情况入手，看电子仅属于a或仅属于b的情况 如果R →∞, H2+→ H + H+ , e 仅属于核 a, 则有：
1 2 1 ( ) E 2 ra
H原子基态波函数为：
式中E近似地代表着H2+体系的能量，方程的每个解都代表 着H2+体系在定核构型中的一种可能状态。
3.2.2. 变分法解H2+ Schrö dinger方程 对任意一个品优波函数，用体系的 Ĥ 算 符求得的能量平均值，将大于或接近于体 系基态的能量E0：
<E> =∫*Ĥd /∫*d≥ E0
据此原理，利用求极值的方法调节参数，找出 能量最低时对应的波函数，即为和体系相近似的波 函数。上式可证明如下：
分子轨道理论
才能组成分子轨道
b、d、e符合 a、c不符合
② 能量近似原则 只有能量相近的原子轨道才能组合成有效 的分子轨道
H1S O2P Cl3P Na3S
-1312 (KJ/mol) -1314 (KJ/mol) -1251 (KJ/mol) -496 (KJ/mol)
可以 不行
③ 最大重叠原则
在对称性匹配的条件下，原子轨道的重叠程度越 大，组合成的分子轨道能量降低得越多，形成的 化学键越稳定。
4、分子轨道的几种类型
头碰头形成轨道 、* ，沿键轴（x轴） 方向呈圆柱形对称的重叠
肩并肩形成轨道 、 *，通过键轴的平面 （xz平面、xy平面）呈平面反对称的重叠
2 2
(
2
px
)
2
N2
14e
KK
(
2
s
)
2
(
2s
)
2
2 2
py pz
2 2
(
2
px
)
2
键级为3：二个 键，一个键
抗磁性
问题：N2 + 分子轨道电子排布式如何？ 并比较N2 + 、N2其稳定性。
C2 的分子轨道
2Px*
键级为2
2Py* 2Pz*
2S*
2S
2S
2S
1S*
1S
1S
1S
KK
(
2s
)
2
(
2s
)
2
(
2
px
)
2
2 2
py pz
2 2
能带理论--分子轨道理论简介
分子轨道理论简介文章来源：/newsite/Web%20Page/GeneralChem/kechengneirong/09/9-4-1.htm价键理论着眼于成键原子间最外层轨道中未成对的电子在形成化学键时的贡献，能成功地解释了共价分子的空间构型，因而得到了广泛的应用。
但如能考虑成键原子的内层电子在成键时贡献，显然更符合成键的实际情况。
1932年，美国化学家Mulliken RS和德国化学家Hund F 提出了一种新的共价键理论——分子轨道理论（molecular orbital theory），即MO法。
该理论注意了分子的整体性，因此较好地说明了多原子分子的结构。
目前，该理论在现代共价键理论中占有很重要的地位分子轨道理论的要点1.原子在形成分子时，所有电子都有贡献，分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。
在分子中电子的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数ψ（称为分子轨道）来描述。
分子轨道和原子轨道的主要区别在于：(1)在原子中，电子的运动只受1个原子核的作用，原子轨道是单核系统；而在分子中，电子则在所有原子核势场作用下运动，分子轨道是多核系统。
(2)原子轨道的名称用s、p、d…符号表示，而分子轨道的名称则相应地用σ、π、δ…符号表示。
2.分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合（linear combination of atomic orbitals，LCAO）而得到。
几个原子轨道可组合成几个分子轨道，其中有一半分子轨道分别由正负符号相同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度增大，其能量较原来的原子轨道能量低，有利于成键，称为成键分子轨道（bonding molecular orbital），如σ、π轨道；另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度很小，其能量较原来的原子轨道能量高,不利于成键,称为反键分子轨道（antibonding molecular orbital），如σ*、π*轨道。
化学竞赛 分子轨道理论简介
分子轨道理论是基于量子力学的理论， 该理论十分复杂，计算工作量也特别大 但由于计算机的飞速发展，目前这种理 论在计算化学上应用相当普遍。 该理论能够通过计算来表征出分子结构 和各种化学性质，本课只进行分子轨道 理论的简介。
一.分子轨道理论的要点：
1． 分子轨道是由原子轨道经线性组合 而成，它与原子轨道的数量相等。 2． 原子轨道只有满足下列三个条件， 才能组成分子轨道： （1） 对称性匹配，有关这个下面要详 细讲。
5．键矩
用来表示键的极性大小的物理量。 键矩＝原子电荷乘以键长。可用实验 测定。也可用量子力学计算求出。
d q+ q-
键矩＝qd
作业：P211:13
氮的分子轨道能级图
3. O2分子
O2分子为什么有顺磁性？ 有 16 个电子，原子有 1s,2s, 3 个 p 轨道， 可以组成5个成键轨道和5个1 ．键级：在分子轨道理论中，用键级 表示键的强度。键级越高，键能越大 两个原子组成的化学键的键级＝ （成键电子总数－反键电子总数）/2 N2和O2分子的键级各是几？ O2+、 O22－的键级各是几？
（2）能量相近
能量相近的两个原子轨道可以组成两个 分子轨道（成键轨道和反键轨道） 成键轨道能量低，反键轨道能量高。
（3） 最大重叠
3. 电子在分子轨道上排布要遵循三原则： 保利不相容原理、能量最低原理和洪特 规则。
小结
二. 关于轨道的对称性
1. 原子轨道与分子轨道的对称性 一个原子轨道，取 x 轴作旋转轴，旋转 180 度，如轨道不变，则为 σ 对称；如 轨道的符号改变，则为π对称。
分子轨道理论解释物质稳定性
分子轨道理论解释物质稳定性分子轨道理论认为，原子内的电子能量是量子化的。
一般来说，电子能级间隔和电子所在的能级相对应，即在能级图中电子具有能量小于或等于它自己的能量时（即满能态）电子具有能量，大于它自己的能量时（即激发态），电子的能量则等于它自己的能量。
当电子处在高能级的能量上时，受到激发而产生一定数目的光量子，并在该能级之间跃迁，释放能量，当能级上的电子回到基态时，又吸收了部分能量而达到新的能级上，从而形成了电子在能级图中周而复始的运动。
这样，就可以由电子在能级图中的位置确定出它的能量来。
根据这个规律，物质的稳定性与物质的能级结构有关。
根据能级图中电子轨道能量的大小及其相互间的能级差，可将物质分成三类：（ 1）金属性物质；（ 2）非金属性物质；（ 3）介于两者之间的物质。
下面我们用分子轨道理论来解释物质稳定性。
4。
一种物质由于其原子或分子中的电子都能同时占据多个轨道，这样各轨道间的能量间隔很大，而轨道与轨道间的能级间隔很小。
在外界能量激发时，会产生光量子，其频率、振动方向、偏转角度都与原来的电子波动完全相同，但光量子带走了原来电子的一部分能量，因此激发后的电子的能量低于原来的能级，电子仍在原轨道上运动，称为基态。
当外界施加的能量再次增加时，受激电子从基态跃迁到高能级，在跃迁过程中释放出一定的能量。
激发态的寿命比基态短，因此激发态不能保持下去，要返回到基态，就要吸收一定的能量。
如果外界能量激发两个原子核，使一个核获得激发能而跃迁到更高的能级上去，另一个核不受激发，原子处于基态，那么被激发的原子就会立刻回到基态，所释放出的能量刚好补偿原来电子失去的能量，因此，外界能量激发基态原子使其能级跃迁到较高能级的过程中，电子做了负功。
外界能量越强，基态原子所能接受的最大能量就越小，激发态电子的平均寿命也越短，这样使基态原子周围的束缚能增加，在受到外界能量的激发时，就不容易从基态跃迁到激发态上去，这样的物质称为非金属性物质。
分子轨道理
分子轨道理分子轨道是描述分子中电子运动状态的波函数。
主要有4种类型的分子轨道：σ轨道、π轨道、非键轨道和反键轨道。
这些轨道的形状和能量级别决定了分子中电子的排布和化学性质。
下面将详细介绍这几种分子轨道的特征和相关理论。
首先是σ轨道。
σ轨道是分子中电子云最密集的轨道，具有球对称的形状。
它沿着化学键的轴向分布，所以也被称为轴向轨道。
σ轨道可以由两个原子轨道叠加而成，每个原子提供一个电子。
根据平面对称性的不同，σ轨道可以分为σ-s和σ-p轨道，前者为电子密度在分子中心沿轴向对称的轨道，后者为电子密度在分子平面中的两个方向上对称的轨道。
σ轨道主要参与形成化学键，是稳定的分子轨道。
接下来是π轨道。
π轨道具有两个相互垂直的环面，分别在化学键的上、下两侧。
与σ轨道不同，π轨道是运动在较大空间范围内的，所以也被称为侧向轨道。
π轨道可以由两个平行的原子轨道叠加而成，每个原子提供一个电子。
根据能级的不同，π轨道可以细分为π-s和π-p轨道，两者的电子密度在平面内的分布形式不同。
π轨道在化学键的形成中起到重要作用，决定了分子的共轭结构和反应性质。
非键轨道是分子中存在于原子之间的轨道。
它们是离域的电子轨道，不通过化学键与特定原子相关联。
非键轨道的能量相对较高，电子密度较低。
由于非键轨道的存在，分子可以吸收外部能量激发电子至非键轨道，从而进行各种光化学和电化学反应。
反键轨道与化学键中的σ和π轨道相对应，具有相同的空间分布形式，但电子的运动方向相反。
反键轨道的能级相对较高，电子密度较低。
它们主要参与分子中电子的排斥和共振现象，以及反应中的电荷转移。
分子轨道理论是通过量子力学的计算方法和原理来描述分子中电子的分布和运动状态，为解释分子光谱和化学反应提供了依据。
根据分子轨道理论，可以计算分子轨道的能级、形状和电子密度，并预测分子的化学性质。
分子轨道理论的成功应用包括描述分子的电子结构、解释分子间相互作用、预测分子的稳定性和反应性，以及设计新的功能分子。
分子轨道理论知识点大一
分子轨道理论知识点大一分子轨道理论是研究分子电子结构和化学反应的基本理论之一，在化学学科中具有重要的地位和应用价值。
在大一学习分子轨道理论时，需要掌握一些基本的知识点，下面将对这些知识点进行详细介绍。
一、原子轨道和分子轨道1. 原子轨道原子轨道是描述单个原子中电子运动状态的函数，可以分为原子轨道类型包括s轨道、p轨道、d轨道等。
s轨道是球对称的，p轨道有三个方向。
2. 分子轨道分子轨道是描述分子中电子运动状态的函数，是由多个原子轨道线性组合形成的。
根据组合方式，分子轨道可以分为成键轨道和反键轨道。
成键轨道电子密度较高，能量较低，有利于分子稳定和化合反应；反键轨道电子密度较低，能量较高，参与分子解离反应。
二、分子轨道组成和形状1. 构建分子轨道构建分子轨道是通过原子轨道的线性组合形成的。
一般情况下，相同类型的原子轨道线性组合形成成键轨道和反键轨道。
2. 分子轨道的形状分子轨道的形状受到原子轨道的影响，分子轨道可以表现为成键轨道、反键轨道和非键轨道。
成键轨道电子密度较高，形状主要由成键原子轨道决定；反键轨道电子密度较低，形状主要由反键原子轨道决定；非键轨道电子密度较低，形状主要由不同类型原子轨道的线性组合决定。
三、共价键和离子键1. 共价键共价键是由电子的共享形成的化学键。
在共价键中，两个原子的分子轨道重叠形成共享电子对，使得原子之间形成化学键。
共价键可以分为σ键和π键，其中σ键是轴向的，π键是平面上的。
2. 离子键离子键是由电子的转移形成的化学键。
在离子键中，一个原子失去电子形成阳离子，另一个原子获得电子形成阴离子，通过电荷相互作用形成化学键。
离子键通常出现在金属和非金属之间或两个电负性差异较大的元素之间。
四、分子轨道能级和填充原理1. 分子轨道能级分子轨道能级是描述分子轨道相对能量高低的指标。
成键轨道的能级较低，反键轨道的能级较高。
2. Hund规则和泡利不相容原理Hund规则指出，当有多个相同能量的分子轨道可用时，电子会优先填充空间最大化的分子轨道，以达到最稳定的状态。
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分子轨道理论通过原子的壳层结构和玻尔的氢原子理论可以很好的从微观角度认识化学规律，并能用电子因素和空间因素阐明化学物质的结构、性能和应用。
原子的成键理论就是基于此而建立的，有助于了解物质的基本物理和化学性质。
下面对分子轨道理论做一简要介绍。
由两个原子轨道形成的分子轨道，能级低于原子轨道的称为成键轨道；而能级高于原子轨道的称为反成键轨道。
当两个符号相同的s轨道相互靠拢，正重叠可形成σ成键轨道；负重叠时，则形成σ反键轨道。
两个符号相同的p轨道肩并肩排列时，相互靠拢正重叠可形成π成键轨道；负重叠时，则形成π反键轨道。
在形成分子的过程中，其他原子靠近某原子时，该原子能级发生重新排列组合，以有利于形成稳定的分子，这一过程叫轨道杂化。
如sp杂化是由一个s轨道与一个p轨道组合而成的两个sp杂化轨道。
不同原子有不同的电子结构，它们利用不同的原子轨道进行组合。
例如，分子原子的1s轨道能级低至-64.87eV，无法与氢原子的1s轨道(-13.6eV)成键,因此1σ基本还是原子的1s内层电子，的2s轨道与H的1s轨道能量相近，对称性匹配，可有效形成σ键。
两个原子间还可形成。
有机化合物的分子大部分是由其所含原子的s和p轨道的价电子结合而成。
下图简单表示图（H的成键和反成键轨道）为两个氢原子以s价电子结合，并以σ键组成氢分子，分子轨道应有σ成键轨道和σ反键轨道。
在基态时两个电子占据σ成键轨道，吸收能量后跃迁至激发态σ反键轨道。
图（b），表示碳—碳的成键轨道和反键轨道。
下图为乙烯分子的成键轨道示意图。
在该分子中每个C原子用sp轨道和其它三个原子相连，C原子和H原子结合成两个sp—s的σ键，C原子间由sp—sp结合成另一个σ键，三个σ键处于同一个平面，互成120°夹角。
两个C原子还各剩一个电子于p轨道，垂直于σ键的平面[见图（乙烯分子的σ及π轨道）]，两个p轨道的电子具有相同的对称性，重叠成分子轨道，形成π轨道。
分子的平面为π轨道的节面，在节面上下的波函数符号相反。
两个p原子轨道组成的分子轨道，除π成键轨道外，尚有一个能量较高的π反键轨道，后者除分子平面为节面外，还有一个垂直此平面的节面，节面两侧波函数的符号相反。
基态电子在低能级，占据π成键轨道，不占据π反键轨道，当分子吸收能量由基态跃迁至激发态时，一个电子由π轨道跃迁至π反键轨道，因此实际占据轨道成为ππ，即两个电子，一个占据π轨道，一个占据π反键轨道[如下图所示]当以一定波长的光照射后，根据光子的能量，电子可从基态的σ，π或π反键轨道轨道激发到未占有的反键轨道上。
如果电子从占据的最高能级n轨道跃迁到未占据的最低能级π反键轨道上，即为n→π跃迁，这种跃迁所需能量波动很大，吸收一般发生在250—600nm处。
n→σ，π→π跃迁的能量较高，发生在＜250nm波长处。
需要能量最高的跃迁为σ→σ，发生在真空紫外区。
电子跃迁有很多不同的表示方法，下表为常用的跃迁符号。
N表示基态，V←N跃迁吸收强度强，其中跃迁在有机化合物检定中应用最广。
Q←N跃迁吸收强度弱，n和n跃迁见于带有孤对电子的杂原子基团（如C—OH，C—NH。
—C—卤素），和不饱和基团。
如C＝O，C＝S，—N＝N—的化合物。
正是由于分子轨道的这些成键方式决定的物质的各种形态和化学性质。
C原子的电子组态为1s2s2p,可以形成多种多样形式的共价键，这种特性在元素中是独一无二的。
电负性是用来衡量原子对电子吸引能力大小。
当A和B两种原子结合成双原子分子AB时，若A的电负性大，则A原子有较多的负电荷，B原子显较多的正电，则生成极性分子 A B；反之生成极性分子A B。
碳的电负性为2.5，这表明碳原子既不容易丢失电子成正离子，也不容易得电子成负离子。
碳原子的价电子数目正好和轨道数目相等，这使碳原子不容易形成孤对电子，也不容易形成缺电子键。
碳原子的半径小，所以在分子中碳原子可以和相邻原子的轨道有效地互相叠加，形成较强的化学键。
一个分子的键长测定值提供了很有价值的，有关该分子的结构和性能的信息，是结构化学的重要内容，同样的键型在不同的分子中键长总会有一些差异。
原子的电负性、空间阻碍、成键原子的环境等都能影响键长。
（1）金刚石在金刚石中，C原子以sp³杂化轨道和相邻C原子一起形成按四面体向排布的4个C—C 单键，共同将C原子结合成无限的三维骨架，可以说一粒金刚石晶体就是一个大分子。
绝大多数天然的和人工合成所得的金刚石均属立方晶系。
晶体的空间群为O-Fd m,晶胞参数（298K）a=356.688pm.C-C键键长154.45pm，CCC键角109.47º。
图（1.1a）示出立方金刚石的结构。
在金刚石晶体结构中，碳原子形成呈椅示构象的六元环，每个C—C键的中心点为对称中心，这使得和C—C键两端相连接的6个C原子形成交错式排列，是一种最稳定的构象。
在金刚石晶体中，C—C键贯穿整个晶体，各个方向都结合得完美，因而金刚石抗压强度高，耐磨性能好。
它的晶体不易滑动和进行解理（cleavage），使金刚石成为天然存在的最硬的物质。
金刚石的堆积虽然较空旷，但它的可压缩性很小。
金刚石的熔点是所有单质中最高的一种，达4100100K。
在金刚石中，C原子的全部价电子都参与成键，所以纯净而完整的金刚石晶体是绝缘体。
含杂质及缺陷的金刚石具有半导性以及呈现一定的颜色。
金刚石还有抗腐蚀、抗辐射等优良性能。
金刚石具有高对称性和高体折射率，可以磨成灿烂夺目的宝石，是最贵重的装饰品。
除立方金刚石外，还有六方金刚石。
六方金刚石晶体的空间群为D-P6/mmc，其晶胞参数为a=251pm,c=412pm。
在这种金刚石中，碳原子的成键方式和C—C键键长均和立方金刚石相似。
立方金刚石采用交叉式排列，在C—C键中具有对称中心对称性；六方金刚石中一部分C—C键采用重叠式构象，平行c轴的C—C键中心点具有镜面对称性。
六方金刚石由于重叠式排列，其非键的邻近原子间的推斥力大于交叉式，这是它不如立方金刚石稳定的原因。
图（1.1b）示出六方金刚石的晶体结构。
图1.1 （a）立方金刚石（b）六方金刚石（图示出3个晶胞拼在一起）（2）石墨石墨具有层型大分子结构，层中每个C原子以sp²杂化轨道与3个相邻的C原子形成等距离的3个σ键，构成无限伸展的平面层。
而各个C原子垂直于该平面、未参加杂化的p 轨道互相叠加形成离域л键。
层中C原子的距离为41.8pm，键长介于C—C单键和C＝C双键之间。
石墨晶体是由于平面的层型分子堆积而成。
由于层间的作用力是范德华力，较弱，层型分子的堆积方式，在不同的外界条件下，可以出现多种多样。
在完整的石墨晶体中，只要有两种晶型：①六方石墨，又称α-石墨，在这种晶体中，层型分子的相对位置以ABAB…顺序重复排列，如图（1.2a）所示。
A和B是指层的相对位置，若以第一层A的位置为基准，第二层B 的位置沿晶胞a和b轴的长对角线位移1/3，第三层又和第一层相同。
这种石墨晶体属于六方晶系，空间群为D-P6/mmc，晶胞参数为a=245.6pm,c=669.6pm。
②三方石墨，又称β-石墨，在这种晶体中，层型分子的相对位置以ABCABC …的顺序重复排列，如图（1.2b），这种石墨晶体属三方晶系,空间群为D-R m，晶胞参数为a=245.6pm,c=1004.4pm。
图 1.2 (a)六方石墨(b)三方石墨（虚线显示晶胞）石墨晶体由层型分子堆积而成，层间作用力微弱，是石墨能形成多种多样的石墨夹层化合物的内部结构根源。
也使石墨的许多物理性质具有鲜明的各向异性。
在力学性质上，和层平行的方向有完整的解理性，层间易于滑动，所以很软，是良好的固体润滑剂，是制作铅笔的好材料。
层型分子内的离域л键结构，使石墨具有优良的导电性，是制作电极的良好材料。
（3）球碳球碳（fullerenes）是由纯碳原子组成的球形分子，每个分子由几十个到几百个碳原子组成，是一类分立的，能溶解于有机溶剂的分子。
迄今人民用各种方法制备球碳时，具有足球外形的球碳C在产物中含量很高，这是由于这个多面体分子具有很高的对称性，分子的点群属于Ih，每个碳原子的成键方式相同，是球碳中最稳定的分子，分子的结构如图（1.3a）所示。
在C分子中，每个C原子和周围3个C原子形成了3个σ键，剩余的轨道和电子则共用组成离域л键。
若按价键结构式表达，每个C原子和周围3个原子形成两个单键和一个双键。
这样C分子中共有60个单键和30个双键，分子的价键表达式示于图（1.3b）和(c)。
由图可见，全部六元环和六元环共用的边（6/6）为双键，六元环和五元环共用的边（6/5）为单键。
这种结构是C最稳定的一种价键结构式，它们的键型介于sp和sp之间。
图 1.3 （a）分子形状(b)球形分子价键结构(c)平面价键表达形式球碳C是一个直径为1000pm的球形分子。
从球心到各个C原子的平均距离为350pm，即C原子组成直径为700pm的球形骨架。
若以C原子的范德华半径为170pm计，圆球中心有一直径为360pm的空腔，可容纳其他原子。
图1.4示出球碳C的晶体结构。
图1.4 球碳C的晶体结构球碳是一系列由碳原子组成的封闭的球形多面体，除C外，还制得常量的C晶体、微量的C晶体。
还有用质谱法发现C，C，C，…等球形分子，它们呈变形的球碳、椭球形。
球碳除上述各种单球品种外，还有许多球体连接形成聚合球碳。
（4）无定形碳无定形碳既没有特定形状和周期性的规律，但它内部原子排列可从三种晶态碳的单质结构来理解。
无定形碳涉及的面很广，日常生活和工农业生产中常用到无定形碳。
例如煤、木炭、焦炭、活性炭、炭黑、碳纤维等都属于无定形碳。
大部分无定形碳是由石墨层型结构的分子碎片大致相互平行地、无规则地堆积在一起，可简称为乱层结构。
层间或碎片之间用金刚石结构的四面体成键方式的碳原子键连接起来。
这种四面体的碳原子所占的比例多，则比较硬，如焦炭和玻璃态碳。
无定形碳中石墨层的大小，随制造不同工业用途的品种和工艺而异。
例如，用作橡胶填充剂的炭黑及作吸附剂用的活性炭等，它们的主体是石墨乱层结构的微粒。
粒径约为几个纳米，层间距离接近石墨晶体中的数值，碳纤维中的石墨层呈卷曲状，沿纤维轴方向延伸。
煤的结构也很复杂，由于生成的条件不同，石墨化程度不同，氢、氧、氮等的含量差异很大。
结构差异也很大。
硅和碳在元素周期表中都是IVA族元素，它们的基态有着相似的价电子组态：C：[He]2s spSi:[Ne]3s3p而他们却有不同的性质。
硅是地壳中最丰富的电正性元素。
下面从物理性质方面简单的介绍下硅和碳的比较，它们性质的比较清晰地显示出它们各自在无机化学（硅酸盐）和有机化学（碳氢化合物及其衍生物）中占统治地位。
(a)电负性C的电负性为2.54，而Si则为1.92。