题目内容
共11分)2005年1月美国科学家在Science上发表论文，宣布发现了Al的超原子结构，并预言其他金属原子也可能存在类似的结构，这是一项将对化学、物理以及材料领域产生重大影响的发现，引起了科学界的广泛关注。这种超原子是在Al的碘化物中发现的，以13个Al原子或14个Al原子形成Al13或Al14超原子结构，量子化学计算结果表明，Al13形成12个Al在表面，1个Al在中心的三角二十面体结构，Al14可以看作是一个Al原子跟Al13面上的一个三角形的3个Al形成Al―Al键而获得的。文章还指出，All3和All4超原子都是具有40个价电子时最稳定。
(1) 根据以上信息可预测Al13和Al14的稳定化合价态分别为 和 。A114应具有元素周期表中 类化学元素的性质，理由是： 。
(2) 对Al13和A114的Al―Al键长的测定十分困难，而理论计算表明，Al13，和Al14中的Al―Al键长与金属铝的Al―Al键长相当，已知金属铝的晶体结构采取面心立方最密堆积，密度约为2.7g/cm3，请估算Al13和Al14：中Al―Al的键长。
。
(3) Al13三角二十面体中有多少个四面体空隙，假设为正四面体空隙，如果在其中搀杂其他原子，请通过计算估计可搀杂原子的半径最大为多少?
(1)－1 +2 (Al13- Al142+) (2分，各1分)
碱土金属 因为Al14容易失去2个电子而呈现+2价 (1分)
(2) 根据晶体密度公式可得：
故晶胞参数α=405pm
因为金属铝形成面心立方晶胞，所以原子半径与晶胞参数之间的关系为：
所以估计Al-Al键长约为：2r=2×143pm=286pm (3分)
(3) 有20个四面体空隙 (2分)
设Al的半径为R，正四面体空隙可以填充的内切球半径为r，
则正四面体边长b=2R，立方体边长
，
立方体对角线为：
所以
(3分)
