无机化学-主族元素ppt课件.ppt

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1、P 区区 元元 素素 概概 述述理学院化学系：理学院化学系：张张 霞霞在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么讲授内容讲授内容P区元素概述。区元素概述。P区同族元素性质递变规律。区同族元素性质递变规律。P区同周期元素性质递变规律。区同周期元素性质递变规律。同一元素不同氧化数化合物的性质。同一元素不同氧化数化合物的性质。P区含氧酸及其盐的酸性、稳定性及氧化性。区含氧酸及其盐的酸性、稳定性及氧化性。氧族元素概述。氧族元素概述。卤族元素概述。卤族元素概述。丰富的碳家族丰富的碳家族在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识

2、到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么P区元素概述区元素概述一、价层电子构型一、价层电子构型IIIAIVAVAVIAVIIABCNOFAlSiPSClGaGeAsSeBrInSnSbTeITlPbBiPoAtns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5原子半径原子半径增大增大非金属性非金属性减弱减弱金属性金属性增强增强低氧化数低氧化数稳定性稳定性增强增强高氧化数高氧化数稳定性稳定性减弱减弱在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么P区元素概述区元素概述惰性电子对效应惰性电子对效应：IIIAVA元素自上往下，低

3、氧化数化合物稳元素自上往下，低氧化数化合物稳定性增强，高氧化数化合物的稳定性减弱。定性增强，高氧化数化合物的稳定性减弱。例如：例如：高氧化数高氧化数低氧化数低氧化数Si+4+4稳定稳定+2+2不稳定不稳定Ge+4+4稳定稳定+2+2不稳定不稳定Sn+4+4稳定性减弱稳定性减弱+2+2稳定性增强稳定性增强Pb+4+4不稳定，表现强氧化性不稳定，表现强氧化性+2+2稳定稳定产生惰性电子对效应的原因？产生惰性电子对效应的原因？(ns2电子的稳定性）电子的稳定性）在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么P区同族元素性质递变规律区同族元素性

4、质递变规律（1）各族第一排（第二周期）元素具有反常性质。）各族第一排（第二周期）元素具有反常性质。例如：N-N(N2H4)O-O(H2O2)F-F键能键能E/kJmol-1159142158P-P(P4)S-S(H2S2)Cl-Cl键能键能E/kJmol-1209264244增增加加?“通常情况下，同族元素单键键能自上而下递减通常情况下，同族元素单键键能自上而下递减”在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么P区同族元素性质递变规律区同族元素性质递变规律（2）中间排（第四周期）元素表现）中间排（第四周期）元素表现“特殊特殊”性质。性

5、质。例如：例如：VA N P As Sb Bi （AsCl5不存在，而不存在，而PCl5和和SbCl5均存在均存在）VIIA F Cl Br I At （HBrO3、HBrO4氧化性最强）氧化性最强）引起引起As、Br元素特殊性质的原因？元素特殊性质的原因？有效核电荷数增加有效核电荷数增加在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么P区同族元素性质递变规律区同族元素性质递变规律（3）各族最后两个元素的部分性质相似。）各族最后两个元素的部分性质相似。第四周期第四周期Ga3+Ge4+As5+离子半径离子半径/pm625347第五周期第五周

6、期In3+Sn4+Sb5+离子半径离子半径/pm817162第六周期第六周期Tl3+Pb4+Bi5+离子半径离子半径/pm958474原因？原因？在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么P区同族元素性质递变规律区同族元素性质递变规律（4）同族、同一氧化数的氧化物及其水合物的酸碱性：）同族、同一氧化数的氧化物及其水合物的酸碱性：从上而下从上而下 酸性减弱，碱性增强。酸性减弱，碱性增强。例如：例如：HClO HBrO HIO 酸性依次减弱酸性依次减弱碱性增强碱性增强应用应用ROH规则解释原因？规则解释原因？在日常生活中，随处都可以看到

7、浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（R-O-H规则）规则）用用R(OH)n代表氧化物的水合物，代表氧化物的水合物，R-O-H在水中有两种离解方式：在水中有两种离解方式：RO-+H+R-O-H R+OH-(酸式离解酸式离解)(碱式离解碱式离解)R-O-H采取何种离解方式与阳离子的极化作用有关。采取何种离解方式与阳离子的极化作用有关。G H Cartledge提出以提出以“离子势离子势”衡量阳离子极化作用强弱：衡量阳离子极化作用强弱：酸性酸性两性两性碱性碱性R-O-H酸碱性酸碱性10710108，如：如：HClO4(1010)含氧酸分子内脱水和分子间脱水都

8、会导致非羟基氧原子数增加。含氧酸分子内脱水和分子间脱水都会导致非羟基氧原子数增加。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 含氧酸及其盐的热稳定性含氧酸及其盐的热稳定性 热热稳稳定定性性（hot stability）受受热热自自身身分分解解反反应应的的性性能能。分分解解温温度越高，热稳定性越好度越高，热稳定性越好 热热分分解解温温度度（decomposition temperature）分分解解产产物物中中气气体体总总压压等等于于外外压压时时，分分解解可可顺顺利利进进行行，此此时时温温度度称称该该化化合合物物的的分分解温度。热分解

9、温度与外压有关，常指外压为解温度。热分解温度与外压有关，常指外压为 100 kPa时温度时温度热稳定性的规律热稳定性的规律（1）酸不稳定，其盐也不稳定）酸不稳定，其盐也不稳定（2）同一种酸及其盐的稳定性是：正盐酸式盐酸）同一种酸及其盐的稳定性是：正盐酸式盐酸 Na2CO3 NaHCO3 H2CO3 分解温度分解温度/1800 270 常温常温在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么（3）同同一一酸酸根根，其其盐盐稳稳定定次次序序是是：碱碱金金属属盐盐碱碱土土金金属属盐盐过过渡渡金属盐铵盐金属盐铵盐 Na2CO3 CaCO3 ZnC

10、O3 (NH4)2CO3 分解温度分解温度/1800 899 350 58（4）同同一一成成酸酸元元素素，高高氧氧化化数数含含氧氧酸酸比比低低氧氧化化数数的的稳稳定定，其其盐盐也也如此如此 HClO HClO2 HClO3 HClO4 热热 稳稳 定定 NaClO NaClO2 NaClO3 NaClO4 性性 热稳定性增大热稳定性增大 高高在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么注意注意盐的热分解反应有非氧化还原反应和氧化还原反应之分盐的热分解反应有非氧化还原反应和氧化还原反应之分非氧化还原反应非氧化还原反应FeCO3 FeO+

11、CO2Ca(HCO3)2 CaCO3+H2O+CO2氧化还原反应氧化还原反应NH4NO3 N2O+2H2O(NH4)2Cr2O7 Cr2O3+N2+4H2O2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么硝酸盐的热分解产物与金属活泼性有关，规律如下硝酸盐的热分解产物与金属活泼性有关，规律如下（1）在在电电位位序序中中Mg前前的的活活泼泼金金属属，其其硝硝酸酸盐盐热热分分解解产产物物为为亚亚硝硝酸酸盐和氧气。盐和氧气。如如 2NaNO3 2NaNO2+O2（2）在在电电位位序序中中Mg和和Cu间间的

12、的重重金金属属硝硝酸酸盐盐，热热分分解解产产物物为为氧氧化化物物，NO2和和 O2等。等。如如 2Pb(NO3)2 2PbO+4NO2+O2（3）在在电电位位序序中中Cu之之后后的的不不活活泼泼金金属属硝硝酸酸盐盐，分分解解产产物物为为金金属属单单质，质，NO2和和 O2等。等。如：如：2AgNO3 2Ag+2 NO2+O2 原原因因分分析析与与硝硝酸酸盐盐相相应应的的亚亚硝硝酸酸盐盐和和金金属属氧氧化化物物在在热热分分解解温温度度下对热稳定性不同下对热稳定性不同 注注意意硝硝酸酸盐盐热热分分解解过过程程均均有有O2放放出出。固固体体硝硝酸酸盐盐在在高高温温时时为为强强氧化剂氧化剂在日常生活中

13、，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 含氧酸及其盐的氧化还原性含氧酸及其盐的氧化还原性（1）氧化还原性取决于成酸元素非金属性强弱和氧化数的高低）氧化还原性取决于成酸元素非金属性强弱和氧化数的高低非金属性弱的元素，含氧酸无氧化性，非金属性弱的元素，含氧酸无氧化性，如如H2CO3，H3BO3非非金金属属性性强强的的元元素素，高高氧氧化化数数含含氧氧酸酸为为强强氧氧化化剂剂，如如HNO3，H2SO4（浓浓），HClO4；中中间间氧氧化化数数的的兼兼有有氧氧化化性性和和还还原原性性，如如H2SO3，HNO2（2）同一氧化态化合物氧化性的次序是）同

14、一氧化态化合物氧化性的次序是含氧酸盐含氧酸盐SSeTe。单质不与水和稀酸反应，浓硝单质不与水和稀酸反应，浓硝酸可将酸可将S、Se、Te分别氧化成分别氧化成H2SO4、H2SeO3和和H2TeO3。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么氧族元素氧族元素（概述）（概述）存在存在：O、S以单质和化合态存在于自然界。以单质和化合态存在于自然界。Se、Te以极微量存在于各种硫化物矿。以极微量存在于各种硫化物矿。性质性质：Se：灰硒：链状晶体，作光电池和整流器。灰硒：链状晶体，作光电池和整流器。红硒：分子晶体，用于制造红玻璃，特种不锈钢、合

15、金。红硒：分子晶体，用于制造红玻璃，特种不锈钢、合金。Te：银白色链状晶体，脆，易成粉末，用于制造合金。银白色链状晶体，脆，易成粉末，用于制造合金。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么卤族元素卤族元素（概述）（概述）VIIA F Cl Br I At 都是非金属元素。都是非金属元素。非金属性递减，金属性递增。非金属性递减，金属性递增。卤素的非金属性是同周期元素中最强的，卤素的非金属性是同周期元素中最强的，F F是所有元素中非金属性最强的。是所有元素中非金属性最强的。I I具有微弱的金属性。具有微弱的金属性。ns2np5，具有强

16、得电子能力，是强氧化剂。具有强得电子能力，是强氧化剂。F得主要氧化数：得主要氧化数：0，-1Cl、Br、I的主要氧化数：的主要氧化数：-1、0、+1、+3、+5、+7。HX酸的酸性和氢化物的还原性酸的酸性和氢化物的还原性：从：从FI，依次增强。依次增强。高氧化数的卤化物的稳定性高氧化数的卤化物的稳定性：从：从FI，依次降低。依次降低。X-具有一定配位能力。具有一定配位能力。X-形成的晶体场强度从高到低的顺序为：形成的晶体场强度从高到低的顺序为：F-Cl-Br-I-在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么重点掌握内容重点掌握内容金属

17、卤化物键型递变规律及原因。金属卤化物键型递变规律及原因。金属硫化物的溶解状况。金属硫化物的溶解状况。硅酸盐的结构特征。硅酸盐的结构特征。P区元素惰性电子对效应。区元素惰性电子对效应。P区含氧酸盐的酸碱性和区含氧酸盐的酸碱性和ROH规则、鲍林规则规则、鲍林规则P区含氧酸盐的热稳定性区含氧酸盐的热稳定性锡、铅的氧化还原性和盐的溶解性锡、铅的氧化还原性和盐的溶解性在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么丰富的碳家族丰富的碳家族丰富的碳家族丰富的碳家族C60的发现、性能和应用的发现、性能和应用碳纳米管的发现、结构、合成与应用前碳纳米管的发

18、现、结构、合成与应用前景景在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么碳的三种同分异型体的比较碳的三种同分异型体的比较金刚石金刚石石墨石墨C60在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么结构和性质结构和性质金刚石金刚石石墨石墨C C6060C原子的成键形式原子的成键形式 四面体四面体平面三角形平面三角形球面形球面形（直径（直径710pm）C原子的杂化轨道原子的杂化轨道sp3sp2sp2.26(键键s0.3 p0.7)CCC键角键角10928120116CC键长键长/pm15

19、4.4141.8139.1(6/6)145.5(6/5)密度密度/g.cm-33.5142.2661.678电阻电阻/.cm10141016(0.4-5.0)10-4(层层)(0.2-1.0)(层层)硬度硬度/Mohs101碳的三种同分异型体的比较碳的三种同分异型体的比较在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么“明星分子明星分子C C6060”的发的发现现Robert F.Curl教授教授（Rice University）Harold W.Kroto教授教授（University of Sussex）Richard E.Small

20、ey教授教授（Rice University）1996年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图7.43 实验中得到的质谱图实验中得到的质谱图在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么C C6060的发现历程（二）的发现历程（二）结构的鉴定结构的鉴定 SmalleySmalley和他的夫人（也是一位科学家）最初使和他的夫人（也是一位科学家）最初使用牙签搭建用牙签搭建C C6060的模型，可惜没有成功；接着用计算的模型，可惜没有成功；接着用计

21、算机进行模拟也遭失败。机进行模拟也遭失败。后来他们借助后来他们借助KrotoKroto送给送给SmalleySmalley小孩的一些玩具模型搭成了一个球体（包含小孩的一些玩具模型搭成了一个球体（包含有有1212个五边形与个五边形与2020个六边形）后，向数学家个六边形）后，向数学家VeechVeech（同属（同属Rice UniversityRice University）请教）请教C C6060能是一种什么样的能是一种什么样的结构。结构。VeechVeech的答复是：的答复是：“和足球的结构相同和足球的结构相同”。于。于是是C C6060的结构就被确定了下来。的结构就被确定了下来。在日常生活

22、中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图 C C6060的的STMSTM原子分辨图原子分辨图在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么C C6060的发现历程（四）的发现历程（四）制备方法的改进制备方法的改进 19911991年年8 8月在美国费城举行了月在美国费城举行了“C C6060及其衍生物研究及其衍生物研究”的学的学术报告会，同年术报告会，同年1010月在亚历山大凤凰城举行了另一场报告会。月在亚历山大凤凰城举行了另一场报告会。两场报告会都是座无虚席，情景空前热烈。两场

23、报告会都是座无虚席，情景空前热烈。图图7.47 7.47 电弧法制备电弧法制备C60C60的装置的装置 但是改进后的方法产量还是小，但是改进后的方法产量还是小，从从10001000克石墨只能得到克石墨只能得到3 3克克C C6060。由于。由于制备上的困难，制备上的困难，C C6060价格非常昂贵，比价格非常昂贵，比如粗制煤烟如粗制煤烟20$/g20$/g，富含，富含C C6060的煤烟的煤烟80$/g80$/g，含多种球碳的煤烟，含多种球碳的煤烟500500$/g$/g。提纯后。提纯后C C6060-C-C7070混合物的价格是混合物的价格是1200$/g1200$/g，几乎为当年黄金价格的

24、，几乎为当年黄金价格的100100倍。倍。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么C C6060的卓越性能的卓越性能1 1、稳定性、稳定性抗辐射、抗化学腐蚀，但易放出电子。化学性质稳定。抗辐射、抗化学腐蚀，但易放出电子。化学性质稳定。常温下，纯常温下，纯C60C60的分解需要的分解需要20002000年。年。2 2、良好的耐压性、良好的耐压性将将C60C60以以6700m/s6700m/s的速度打在不锈钢上，的速度打在不锈钢上，C60C60完好不损地完好不损地反弹回来。反弹回来。3 3、超导性、超导性RbRb1 1TiTi2 2C

25、60/C70C60/C70，T=48KT=48K。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、一、C C6060在超导体中的应用在超导体中的应用图图7.50 M+处于处于C60的的fcc晶格间隙晶格间隙 K3C60Rb3C60Cs3C60Tc/K18193033（-240）表表7.3 7.3 几种碱金属掺杂几种碱金属掺杂C C6060的超导性质的超导性质 1 1、掺杂、掺杂C C6060的超导体的超导体在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2 2、C C6060的多

26、聚物的多聚物图图 C60的二聚物的二聚物C116 有人曾经预测过，当有人曾经预测过，当C C原子数达到原子数达到540540时，就可获得时，就可获得室温超导。室温超导。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、二、C C6060F F6060 C C6060打开打开3030个双键与氟发生加成反应生成个双键与氟发生加成反应生成C C6060F F6060，这，这是一种白色的粉末，耐高温（约是一种白色的粉末，耐高温（约700700），可以用作超），可以用作超级固体润滑剂。因此，级固体润滑剂。因此，C C6060F F6060被称为被

27、称为“分子滚珠分子滚珠”。三、三、C C6060的耐压性的耐压性 在常压下碳的同素异形体中金刚石的硬度大，其在常压下碳的同素异形体中金刚石的硬度大，其次是石墨，次是石墨，C C6060最小。美国康奈尔大学的研究工作表明最小。美国康奈尔大学的研究工作表明：在中等压力下情况却完全不同，：在中等压力下情况却完全不同，C C6060的耐压程度要远的耐压程度要远远超过金刚石。远超过金刚石。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么C C6060具有非线性光学性质，可做成新一代光学电脑开关。具有非线性光学性质，可做成新一代光学电脑开关。四、四、

28、C C6060F F6060的非线性光学性质的非线性光学性质可以合成顶端含可以合成顶端含C C6060的星型聚乙烯大分子，用作为多电子的星型聚乙烯大分子，用作为多电子存储系统。存储系统。五、用作多电子存储系统五、用作多电子存储系统将金属锂植入将金属锂植入C C6060内部形成的内部形成的LiCLiC6060化合物，可作为高能化合物，可作为高能锂电池锂电池。六、六、LiCLiC6060七、用于制作七、用于制作 巴基管巴基管 碳纳米的材料碳纳米的材料 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 C60、C70只是福勒烯家族中的一只是福勒

29、烯家族中的一员，除此之外，还有多种形式的员，除此之外，还有多种形式的碳单质相继被科学家所发现，碳单质相继被科学家所发现，比比如：碳纳米管、碳纳米颗粒、如：碳纳米管、碳纳米颗粒、“巴基洋葱头巴基洋葱头”。碳纳米管可以看。碳纳米管可以看成用石墨层卷曲形成的管状结构，成用石墨层卷曲形成的管状结构，第一个碳纳米管由日本第一个碳纳米管由日本NEC公司公司的的S.Iijima所发现。所发现。图图 碳纳米管碳纳米管碳纳米管的发现碳纳米管的发现Iijima S,Helical microtubules of graphitic carbon,Nature,1991,354:56-58 在日常生活中，随处都可以

30、看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么abca，5层管壁；b，2层管壁；c，7层管壁图图7.53 碳纳米管的高分辨透射电子显微镜照片碳纳米管的高分辨透射电子显微镜照片相邻两管的相邻两管的层间距约为层间距约为0.34nm。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图7.54 单壁碳纳米管的分子结构模型单壁碳纳米管的分子结构模型在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 图图7.56 粗碳纳米管的透射电镜照片粗碳纳米管的透射电镜照片

31、 图图7.57 细直碳纳米管的透射镜照片细直碳纳米管的透射镜照片在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图 2mm超长定向多壁碳纳米管阵列超长定向多壁碳纳米管阵列在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图7.60 定向碳纳米管自组装阵列定向碳纳米管自组装阵列在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么单壁碳纳米管的制备方法单壁碳纳米管的制备方法单壁碳纳米管制备要达到的主要目标单壁碳纳米管制备要达到的主要目

32、标单壁碳纳米管制备的几个关键因素单壁碳纳米管制备的几个关键因素制备方法制备方法u连续批量生产u结构分布均匀且可控u成本低、纯度高u碳源碳源u催化剂及载体催化剂及载体u制备条件制备条件u石墨电弧法u激光蒸发石墨法u化学气相沉积法在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么性能及其应用前景性能及其应用前景 奇异的导电性碳纳米管的性质与其结构密切相关。就其导电性而言，碳纳米管的性质与其结构密切相关。就其导电性而言，碳纳米管碳纳米管可以是金属性的，也可以是半导体性可以是金属性的，也可以是半导体性的，甚至的，甚至在同一根碳纳米管上的不同部位，由

33、于结构的变化，也在同一根碳纳米管上的不同部位，由于结构的变化，也可以呈现出不同的导电性。此外，电子在碳纳米管的径可以呈现出不同的导电性。此外，电子在碳纳米管的径向运动受到限制，表现出向运动受到限制，表现出典型的量子限域效应典型的量子限域效应；而电子；而电子在轴向的运动不受任何限制。因此，可以认为碳纳米管在轴向的运动不受任何限制。因此，可以认为碳纳米管是是一维量子导线一维量子导线。作为典型的一维量子输运材料，金属作为典型的一维量子输运材料，金属性的碳纳米管在低温下表现出典型的库仑阻塞效应。当性的碳纳米管在低温下表现出典型的库仑阻塞效应。当外电子注入碳纳米管这一微小的电容器（其电压变化为外电子注入

34、碳纳米管这一微小的电容器（其电压变化为V=Q/C，其中，其中Q为注入的电量，为注入的电量，C为碳纳米管的电容）为碳纳米管的电容）时，如果电容足够小，只要注入时，如果电容足够小，只要注入1个电子就会产生足够高个电子就会产生足够高的反向电压使电路阻断。当被注入的电子穿过碳纳米管后的反向电压使电路阻断。当被注入的电子穿过碳纳米管后，反向阻断电压随之消失，又可以继续注入电子了。，反向阻断电压随之消失，又可以继续注入电子了。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么碳纳米管还具有优异的场发射性能。直径细小的碳碳纳米管还具有优异的场发射性能。直

35、径细小的碳纳米管可以用来制作极细的纳米管可以用来制作极细的电子枪，电子枪，在室温及低于在室温及低于80伏的偏置电压下，即可获得伏的偏置电压下，即可获得0.11微安的发射电微安的发射电流。另外，开口碳纳米管比封闭碳纳米管具有更好流。另外，开口碳纳米管比封闭碳纳米管具有更好的场发射特性。与目前的商用电子枪相比，碳纳米的场发射特性。与目前的商用电子枪相比，碳纳米管电子枪具有管电子枪具有尺寸小、发射电压低、发射密度大、尺寸小、发射电压低、发射密度大、稳定性高、无需加热和无需高真空稳定性高、无需加热和无需高真空等优点，有望在等优点，有望在新一代新一代冷阴极平面显示器冷阴极平面显示器中得到应用。中得到应用

36、。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么优异的力学性质 除了奇特的导电性质之外，碳纳米管还有非凡的力学除了奇特的导电性质之外，碳纳米管还有非凡的力学性质。理论计算表明，碳纳米管应具有性质。理论计算表明，碳纳米管应具有极高的强度和极大极高的强度和极大的韧性的韧性。由于碳纳米管中碳原子间距短、单层碳纳米管的。由于碳纳米管中碳原子间距短、单层碳纳米管的管径小，使得结构中的缺陷不易存在，因此单层碳纳米管管径小，使得结构中的缺陷不易存在，因此单层碳纳米管的杨氏模量据估计可高达的杨氏模量据估计可高达5 5太帕，其太帕，其强度约为钢的强度约为

37、钢的100100倍，倍，而密度却只有钢的而密度却只有钢的1/61/6。因此，碳纳米管被认为是强化相。因此，碳纳米管被认为是强化相的终级形式，的终级形式，人们估计碳纳米管在复合材料中的应用前景将十分广人们估计碳纳米管在复合材料中的应用前景将十分广阔。此外，碳纳米管高的比表面积使其成为最有希望的新阔。此外，碳纳米管高的比表面积使其成为最有希望的新型型储氢材料储氢材料。由于碳纳米管本身具有小的直径和很高的长径比由于碳纳米管本身具有小的直径和很高的长径比（即长度与直径之比），以及良好的力学及电学性能，因（即长度与直径之比），以及良好的力学及电学性能，因此可以将碳纳米管用作扫描隧道显微镜或原子力显微镜的此可以将碳纳米管用作扫描隧道显微镜或原子力显微镜的探针，使仪器的分辨率有较大的提高。探针，使仪器的分辨率有较大的提高。