原子簇是當(dāng)前化學(xué)中最饒有興趣而又極其活躍的領(lǐng)域之一。原子簇是指由原子（或分子）結(jié)合在一起的團(tuán)體結(jié)構(gòu)它是介于原子（或分子）與固體粒子之間的團(tuán)粒分子。許多惰性氣體原子簇比如Hen、Nen、Arn、Krn、Xe等。
簡(jiǎn)介
誕生
Clusters 一詞最早由Cotton F. A.于1966年提出，盧嘉錫教授將 clusters 譯為原子簇，將 cluster 化合物 譯為原子簇化合物，而把 transition metal cluster 譯為過(guò)渡金屬簇合物。這些譯名貼切恰當(dāng)，被廣泛采用。原子簇有多種定義，比較全面的是由徐光憲、江元生等人提出的定義：凡以3個(gè)或3個(gè)以上原子直接鍵合構(gòu)成的多面體或籠為核心，連接外圍原子或基團(tuán)而形成的結(jié)構(gòu)單元稱(chēng)原子簇。[
20世紀(jì)70年代后由于化學(xué)模擬生物固氮、金屬原子簇化合物的催化功能、生物金屬原子簇、超導(dǎo)及新型材料等方面的研究需要，促使金屬原子簇化學(xué)快速發(fā)展。建立了一些合成方法，并且用結(jié)構(gòu)化學(xué)和譜學(xué)等實(shí)驗(yàn)手段了解了一些金屬簇合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上探求成簇機(jī)理，從理論上研究其成鍵能力和結(jié)構(gòu)規(guī)律。己有多種學(xué)說(shuō)，如Lipscomb的硼三中心鍵模型，Sidgwick等的有效原子數(shù) (EAN)規(guī)則，
Wade的多面體骨架成鍵電子對(duì)理論，Cotton的金屬-金屬多重鍵理論，Lauher的金屬原子簇的簇價(jià)軌道 (CVMO)理論，Mingos的多面體簇骼電子對(duì)理論，張文卿的金屬原子簇拓?fù)潆娮?a href="/hebeideji/7107513729970518085.html">計(jì)算理論，唐敖慶的成鍵與非鍵軌 道數(shù)的 (9n-L)規(guī)則，盧嘉錫的類(lèi)立方烷結(jié)構(gòu)規(guī)則，徐光憲的n×cл結(jié)構(gòu)和成鍵規(guī)則及張乾二的多面體分子軌道理論等，從不同角度論述了金屬原子簇的內(nèi)在結(jié)構(gòu)規(guī)律。但這些規(guī)律均存在一定的局限性，尚沒(méi)有一個(gè)較為完善的理論來(lái)概括和解釋金屬原子簇化合物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這一領(lǐng)域內(nèi)，僅1976年W.N.Lipscomb因其有機(jī)硼化合物結(jié)構(gòu)研究而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存，有待化學(xué)家們繼續(xù)去努力和解決。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1、骨架形狀：若干原子結(jié)合形成（三角形、三角多面體等）。
2、骨架的中心：大多數(shù)空心。
3、骨架的邊：除雙核簇外，“邊”僅代表多面體的一條棱，不代表一條單鍵，頂點(diǎn)間多中心離域鍵。
4、骨架原子(A)與配體(L)的結(jié)合：端基、邊橋、面橋；可以無(wú)配體——裸露原子簇。
分類(lèi)
原子簇可分為兩大類(lèi)。
主族原子簇化合物，其核心原子屬于主族元素：如碳、硼等，外圍原子多是氫、鹵族元素、烷基等。
過(guò)渡金屬簇合物，配體多是π接收體（CO，NO等），也可是π給予體（Cl，OR，S等）。核心不連接任何外圍原子或基團(tuán)的原子簇，又稱(chēng)團(tuán)簇，如P，As，S，SnAs及C等。
金屬簇合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
18電子規(guī)則：基本適用于含π接受性配體的單核過(guò)渡金屬配合物。M－M視為2c－2e。推廣到M中。
多面體骨架電子對(duì)理論P(yáng)SEPT（Wade規(guī)則）：從骨架鍵總的電子數(shù)來(lái)推斷骨架的幾何構(gòu)型，適用3－7個(gè)M。
(9n-L)規(guī)則：N－原子簇多面體骨架的頂點(diǎn)數(shù)，M的個(gè)數(shù)；
9N－過(guò)渡金屬原子簇所提供的總的價(jià)軌道數(shù)；
L－骨架多面體的邊數(shù)；
BMO+NBMO=9N－L；
原子簇價(jià)電子總數(shù)=2（9N－L）——穩(wěn)定。
(nxcπ)規(guī)則：n －分子片數(shù)；c－循環(huán)數(shù)；
π－π鍵和σ鍵的總數(shù)；
x－分子的超額電子數(shù)；
價(jià)電子數(shù)=2成鍵軌道數(shù)——穩(wěn)定。
舉例
C60的結(jié)構(gòu)
C是由60個(gè)碳構(gòu)成的球形32面體，即由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形構(gòu)成。其中五邊形彼此不相連，只與六邊形相連。
C60的化學(xué)性質(zhì)
C熱力學(xué)穩(wěn)定性比石墨差，易于發(fā)生加成、氧化等反應(yīng)。
C的主要化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型是對(duì)雙鍵的加成，特別是親核加成而非親電加成、自由基加成、環(huán)加成及η－過(guò)渡金屬配合物的形成。此外，各種形式的氫化、鹵化及路易斯酸配位化合物的生成反應(yīng)也能進(jìn)行。
參考資料 >