Доклад: Аллотропные видоизменения углерода: графит и алмаз

С – химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 6, относительная атомная масса 12, 011(1).

Многообразие соединений углерода, объясняющееся способностью его атомов соединяться друг с другом и атомами других элементов различными способами, обусловливает особое положение углерода среди других элементов.

Аллотропные видоизменения углерода.

Элементарный углерод образует три аллотропных видоизменения: алмаз, графит и карбин.

Алмаз – бесцветное, прозрачное кристаллическое вещество, чрезвычайно сильно преломляющее лучи света. Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp3-гибридизации. В возбужденном состоянии происходит распаривание валентных электронов в атомах углерода и образование четырех не спаренных электронов.

Каждый атом углерода в алмазе окружен четырьмя другими, расположенными от него в направлении от центра в тетраэдров к вершинам. Расстояние между атомами в тетраэдрах равно 0, 154 нм. Прочность всех связей одинакова. Таким образом, атомы в алмазе «упакованы» очень плотно. При 20оС плотность алмаза составляет 3,1515 г/см3 . Этим объясняется его исключительная твердость. Алмаз плохо проводит электрический ток. Основная масса , образования алмазов – небольшие кристаллы и алмазная пыль.

Алмазы при нагревании без доступа воздуха выше 1000оС превращается в графит. При 1750оС превращение алмаза в графит происходит быстро.

Графит – серо-черное кристаллическое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь, по твердости уступает даже бумаге.

Атомы углерода в кристаллах графита находятся в состоянии sp2 – гибридизации: каждый из них образует трех ковалентные ơ-связис соседними атомами. Углы между направлениями связей равна 120о. В результате образуется сетка, состоящая из правильных шестиугольников. Расстояние между соседними ядрами атомов углерода внутри слоя составляет 0,142нм.

Графит имеет низкую механическую прочность и легко расщепляется на чешуйки, которые сами по себе очень прочны. Связь между слоями атомов углерода в графите частично имеет металлический характер. Этим объясняется тот факт, что графит хорошо проводит электрический ток, но все же не так, как металл.

При нагревании без доступа воздуха графит не претерпевает никакого изменения до 3700оС. При указанной температуре он выгоняется, не плавясь. Графит термодинамичен, устойчив в широком интервале температур и давлений. Плотность составляет 2,256 г/см3.

Применение.

Алмазы используются для обработки различных твердых материалов, для резки, шлифования, сверления и гравировки стекла, для бурения горных пород. Алмазы после шлифовки и огранки превращаются в бриллианты, которые используются как украшения.

Из графита изготовляют литейные формы, плавильные тигли, огнеупорные изделия. Значимое количества графита используется в электротехнической промышленности, например, при изготовлении электродов. Графит используется для изготовления карандашей, красок. Чистый графит используется в ядерных реакторах для замедления нейронов.