Question

石墨具有层状结构，如图：

（1）试指出石墨层状分子中碳原子（C）数与C―C化学键（将每对临近的碳原子与碳原子间的联线看作一个化学键）数的相对比例，请对所得结论的导出作出论证（若能以两种方法论证更好）；

（2）实验测得石墨、苯、乙烯分子中C―C键键长依次为142、140、133 pm。请对上述系列中键长依次递减的现象作出合理的解释。

Answer 1

分析：从六边形的共用顶点，看每个顶点对环所作的贡献进行分析，以及每C原子所享有的电子数进行讨论。

解：（1）石墨层状分子中碳原子（C）数与C―C化学键数的相对比例为：

C/C―C = 1/1.5 = 0.67/1

若取层状结构的一个基本单元平面正六边形来看，六边形上的每个顶点（碳原子）为三个六边形共用，故每个平面六边形中的碳原子数为6× = 2；六边形的每条边（即C―C键）为两个六边形所共用，故每个平面正六边形中的C―C键数为6× = 3。所以每个六边形中C/C―C= 2/3 = 0.67。

若从层状结构的一个点即碳原子来看：它周围有三个C―C键，但每个C―C键都是由该原子与另一个碳原子所共用，故该碳原子单独享有的C―C键数为3× = 1.5。

（2）从石墨、苯、乙烯的分子结构可知：

石墨中1个C―C键平均有0.67个电子；

苯分子中1个C―C键平均有1个电子；

乙烯分子中1个C―C键有2个电子：

由于电子从0.67、1增大到2，所以键长缩短。