Question

【題目】第三代半導體材料氮化鎵（GaN）適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，通常稱為高溫半導體材料。回答下列問題：

(1)基態Ga原子價層電子的軌道表達式為_______，第一電離能介于N和B之間的第二周期元素有_______種。

(2)HCN分子中σ鍵與π鍵的數目之比為_______，其中σ鍵的對稱方式為______。與CN-互為等電子體的分子為__________。

(3)NaN3是汽車安全氣囊中的主要化學成分，其中陰離子中心原子的雜化軌道類型為_________，NF3的空間構型為_________。

(4)GaN、GaP、GaAs都是很好的半導體材料，晶體類型與晶體硅類似，熔點如表所示，分析其變化原因_____________。

	GaN	GaP	GaAs
熔點	1700℃	1480℃	1238℃

(5)GaN晶胞結構如圖所示：晶胞中Ga原子采用六方最密堆積方式，每個Ga原子周圍距離最近的Ga原子數目為_________；

Answer 1

【答案】 3 1：1 軸對稱 CO sp 三角錐形 原子半徑N<P<As，鍵長Ga-N<Ga-P<Ga-As，鍵能Ga-N>Ga-P>Ga-As，故熔點降低 12

【解析】

(1)Ga是31號元素，處于第四周期第IIIA族，價電子排布式為4s24p1，結合泡利原理、洪特規則畫出價電子軌道表達式；同周期隨原子序數增大元素第一電離能呈增大趨勢，但IIA族、VA族元素原子具有全充滿、半充滿穩定結構，第一電離能高于同周期相鄰元素的；

(2)HCN分子的結構式為H-C≡N，單鍵為σ鍵，三鍵含有1個中σ鍵、2個π鍵；σ鍵是原子軌道(電子云)沿鍵軸(兩原子核的連線)方向以“頭碰頭”的方式發生重疊，具有軸對稱特征；原子總數相等、價電子總數也相等的微粒互為等電子體；

(3)計算陰離子N3-中心原子N的孤電子對數、雜化軌道數目，來判斷N原子雜化軌道數目；計算NF3中N原子孤電子對數、價層電子對數判斷NF3雜化軌道數目；

(4)GaN、GaP、GaAs都是很好的半導體材料，晶體類型與晶體硅類似，說明它們都是原子晶體，原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，原子晶體的熔點越高；

(5)以結構單元上底面面心的Ga原子研究，上底面6個頂點Ga原子、內部的3個Ga原子之距離最近且相等，與上底面共面的結構單元內還有3個Ga原子。

(1)Ga是31號元素，處于第四周期第IIIA族，價電子排布式為4s24p1，結合泡利原理、洪特規則，價電子軌道表達式為；同周期隨原子序數增大元素第一電離能呈增大趨勢，但IIA族、VA族元素原子具有全充滿、半充滿穩定結構，第一電離能高于同周期相鄰元素的，故第一電離能：B<Be<C<O<N，故第一電離能介于N和B之間的第二周期元素有3種；

(2)HCN分子的結構式為H-C≡N，單鍵為σ鍵，三鍵含有1個中σ鍵、2個π鍵，故σ鍵與π鍵的數目之比為2：2=1：1；σ鍵是原子軌道(電子云)沿鍵軸(兩原子核的連線)方向以“頭碰頭”的方式發生重疊，σ鍵的對稱方式為軸對稱；用O原子替換N原子、1個單位負電荷可得CN-的一種等電子體的分子為CO；

(3)陰離子N3-與CO2是等電子體，故其中心原子N的孤電子對數是0，雜化軌道數目=0+2=2，N原子采取sp雜化；NF3中N原子孤電子對數==1，價層電子對數=1+3=4，所以分子立體構型為三角錐形；

(4)GaN、GaP、GaAs都是很好的半導體材料，晶體類型與晶體硅類似，說明它們都是原子晶體，原子半徑N<P<As，鍵長Ga-N<Ga-P<Ga-As，鍵能Ga-N>Ga-P>Ga-As，故熔點降低；

(5)以結構單元上底面面心的Ga原子研究，上底面6個頂點Ga原子、內部的3個Ga原子之距離最近且相等，與上底面共面的結構單元內還有3個Ga原子，故每個Ga原子周圍距離最近的Ga原子數目為12。