原子簇

原子簇 图片来自百度

化学术语

原子簇是当前化学中最饶有兴趣而又极其活跃的领域之一。原子簇是指由原子（或分子）结合在一起的团体结构它是介于原子（或分子）与固体粒子之间的团粒分子。许多惰性气体原子簇比如Hen、Nen、Arn、Krn、Xe等。

• 中文名:原子簇

• 外文名:Clusters

• 提出时间:1966年

• 提出者:Cotton F. A.

• 翻译者:卢嘉锡教授

目录

分子简介

诞生 Clusters 一词最早由Cotton F. A.于1966年提出，卢嘉锡教授将 clusters 译为原子簇，将 cluster compound 译为原子簇化合物，而把 transition metal cluster 译为过渡金属簇合物。这些译名贴切恰当，被广泛采用。原子簇有多种定义，比较全面的是由徐光宪、江元生等人提出的定义：凡以3个或3个以上原子直接键合构成的多面体或笼为核心，连接外围原子或基团而形成的结构单元称原子簇。[

20世纪70年代后由于化学模拟生物固氮、金属原子簇化合物的催化功能、生物金属原子簇、超导及新型材料等方面的研究需要，促使金属原子簇化学快速发展。建立了一些合成方法，并且用结构化学和谱学等实验手段了解了一些金属簇合物结构与性能的关联。在此基础上探求成簇机理，从理论上研究其成键能力和结构规律。己有多种学说，如Lipscomb的硼烷三中心键模型，Sidgwick等的有效原子数 (EAN)规则，

Wade的多面体骨架成键电子对理论，Cotton的金属-金属多重键理论，Lauher的金属原子簇的簇价轨道 (CVMO)理论，Mingos的多面体簇骼电子对理论，张文卿的金属原子簇拓扑电子计算理论，唐敖庆的成键与非键轨 道数的 (9n-L)规则，卢嘉锡的类立方烷结构规则，徐光宪的n×cл结构和成键规则及张干二的多面体分子轨道理论等，从不同角度论述了金属原子簇的内在结构规律。但这些规律均存在一定的局限性，尚没有一个较为完善的理论来概括和解释金属原子簇化合物的实验结果。在这一领域内，仅1976年W.N.Lipscomb因其有机硼化合物结构研究而获诺贝尔化学奖;挑战和机遇并存，有待化学家们继续去努力和解决。

结构特点

1、骨架形状：若干原子结合形成（三角形、三角多面体等）。

2、 骨架的中心：大多数空心。

3、 骨架的边： 除双核簇外，“边”仅代表多面体的一条棱，不代表一条单键， 顶点间多中心离域键。

4、骨架原子(A)与配体(L)的结合： 端基、边桥、面桥；可以无配体——裸露原子簇。

分类

原子簇可分为两大类。

主族原子簇化合物，其核心原子属于主族元素：如碳、硼等，外围原子多是氢、卤素、烷基等。

过渡金属簇合物，配体多是π接收体（CO，NO等），也可是π给予体（Cl，OR，S等）。核心不连接任何外围原子或基团的原子簇，又称团簇，如P₄，As₄，S₆，Sn₄As₂及C₆₀等。

金属簇合物的结构特点：

18电子规则：基本适用于含π接受性配体的单核过渡金属配合物。M－M视为2c－2e。推广到M₃中。

多面体骨架电子对理论PSEPT（Wade规则）：从骨架键总的电子数来推断骨架的几何构型，适用3－7个M。

(9n-L)规则：N－原子簇多面体骨架的顶点数，M的个数；

9N－过渡金属原子簇所提供的总的价轨道数；

L－骨架多面体的边数；

BMO+NBMO=9N－L；

原子簇价电子总数=2（9N－L）——稳定。

(nxcπ)规则：n －分子片数；c－循环数；

π－π键和σ键的总数；

x－分子的超额电子数；

价电子数=2成键轨道数——稳定。

分子举例

C60的结构'

C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。

C60的化学性质

C60热力学稳定性比石墨差，易于发生加成、氧化等反应。

C60的主要化学反应类型是对双键的加成，特别是亲核加成而非亲电加成、自由基加成、环加成及η²－过渡金属配合物的形成。此外，各种形式的氢化、卤化及路易斯酸复合物的生成反应也能进行。

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缺电子分子和原子簇结构 - 缺电子分子和原子簇结构

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