Аллотропия углерода

Углерод в природе встречается как в свободном состоянии, так и в виде различных соединений. Тригональная, образуется при смешивании одного s- и двух p-электронов.

Алмаз является одним из наиболее известных аллотропов углерода, чья твёрдость и высокая степень рассеивания света делает его полезным в промышленном применении и в ювелирных изделиях.

Графит (назван Абрахамом Готтлобом Вернером в 1789 г, (с греческого графен — «тянуть/писать», использовался в карандашах) — один из самых обычных аллотропов углерода. Большая разница в физических свойствах алмаза и графита обусловлена разным кристаллическим строением. Фуллерен — специфическая структура из атомов углерода, открытая в середине 1980-х, молекула которого имеет вид мяча. Как в графите, каждый атом углерода на поверхности соединен с тремя другими.

В основе строения аморфного углерода лежит неупорядоченная структура монокристаллического (всегда содержит примеси) графита. Углерод с такой геометрией атома образует особую аллотропную модификацию — карбин. Соединения углерода разделяют на неорганические и органические. Алмаз и графит почти не вступают в химические реакции.

Аллотропные модификации углерода по своим свойствам наиболее радикально отличаются друг от друга, от мягкого к твёрдому, непрозрачного к прозрачному, абразивного к смазочному, недорогого к дорогому. Эти аллотропы включают аморфные аллотропы углерода (уголь, сажа), нанопена, кристаллические аллотропы — нанотрубка, алмаз, фуллерены, графит, лонсдейлит и церафит.

При атмосферном давлении и температуре выше 1200 K алмаз начинает переходить в графит, выше 2100 K превращение происходит за секунды

В природной среде нет ни одного известного вещества, способного поцарапать даже мельчайший фрагмент алмаза. Основным промышленным применением алмазов является резка, сверление (в наконечниках свёрл и буров), шлифовка (резка алмазными гранями) и полировка.

При пропускании электрического разряда между угольными электродами в атмосфере азота образуется циан. С азотом углерод образует тройную связь, оставляя свободным один электрон

Алмазы вставляются в наконечники буров или режущие кромки пилы или измельчаются в порошок для использования процессах шлифования и полирования. С продолжающимся увеличением в производстве синтетических алмазов, их будущее применение становится более осуществимым.

В отличие от графита, атомы образуют не только шести-, но и пятиугольники

Эта устойчивая сеть ковалентных связей и трёхмерное распределение связей является причиной такой твёрдости алмазов. В отличие от алмаза, графит обладает электропроводностью и широко применяется в электротехнике. Графит является самой устойчивой формой углерода при стандартных условиях. При большом количестве кристаллографических дефектов, которые связывают слои в структуре, графита, он также теряет смазывающие свойства и становится подобным пиролитическому графиту.

Вспучивающиеся или растяжимые графиты используются в печах нагрева для герметизации её элементов. В процессе нагрева графит вспучивается (расширяется и обжигается) и герметизирует области контакта. Эти электроны находятся в зоне проводимости. Он описывается как несколько более твёрдый, чем графит, с отблеском от серого до белого цвета. Тем не менее, существование такого состояния углерода считается спорным.

Углерод существует во многих аллотропных модификациях с очень разнообразными физическими свойствами

Углерод является одним из элементов, имя первооткрывателя которого неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементарного углерода — алмаз или графит — была открыта раньше. Идентификация углерода как химического элемента тесно связана с развитием представлений о химической природе горения.

Однако, впервые «чистый уголь» был признан элементом Антуаном Лавуазье, который исследовал процесс сжигания в воздухе и в кислороде угля и других веществ. В 1791 году английский химик Теннант первым получил свободный углерод: он пропускал пары фосфора над прокаленным мелом, в результате чего образовались фосфат кальция и углерод.

Двадцать лет спустя Гитоном где Морво путем осторожного нагревания превратил алмаз в графит, а затем в угольную кислоту. Среднее содержание углерода в земной коре 2,3 × 10−2 %; основная масса углерода концентрируется в осадочных горных породах. Он входит в состав каменного угля, нефти и природного газа, а также различных минералов: мрамора, мела и известняка, доломита, магнезита, малахита. В атмосфере и гидросфере находится в виде диоксида углерода СО2 в воздухе 0,046 % СО2 по массе, в водах рек, морей и океанов в ~ 60 раз больше.

На Солнце углерод занимает четвёртое место по распространенности после водорода, гелия и кислорода. Важную роль углерод играет в космосе — участвуя в процессах нуклеосинтеза (углеродно-азотный цикл, тройная α-реакция). Алмаз — прозрачное, бесцветное или слегка окрашенное примесями в различные оттенки кристаллическое вещество. В результате образуется гранецентрированная кубическая структура из двух подрешеток, получившей название структуры алмаза.

Издавна известны аллотропные модификации углерода — алмаз и графит. Такой гибридизацией обладает углерод, например, в метане и других углеводородах. Такой геометрии атома соответствуют аллотропные модификации углерода алмаз и лонсдейлит. Физические свойства «аморфного» углерода в значительной степени зависят от дисперсности частиц и от наличия примесей. Поэтому в термохимии он принят за стандартное состояние углерода.

Смотри также:

Запись опубликована в рубрике Трояновый с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.