Аллотропные модификации углерода – свойства веществ

Соединения, образованные атомами углерода, но отличающиеся строением и свойствами, называются аллотропными модификациями углерода. Основными модификациями углерода являются графит, алмаз, карбин.

Аллотропные модификации углерода – свойства веществ

Классификация

Возможность присоединять четыре атома делает углерод активным элементом. Помимо присоединения атомов других элементов углерод может образовывать различные модификации, отличающиеся структурой и свойствами.

Аллотропные модификации углерода – свойства веществ

Рис. 1. Строение атома углерода.

Выделяют два вида углерода в зависимости от образования модификаций:

  • кристаллический – входит в состав твёрдых веществ;
  • аморфный – образует мягкие вещества.

Кристаллические формы углерода:

  • алмаз;
  • лонсдейлит;
  • наноалмаз;
  • графит;
  • графен;
  • карбин;
  • фуллерены;
  • фуллерит;
  • углеродное волокно;
  • углеродные нановолокна;
  • углеродные нанотрубки.

В соответствии с геометрическим строением кристаллической решётки выделяют три типа аллотропных модификаций:

  • тетраэдрическая (sp3-гибридизация) – один атом углерода, находящийся в центре, связан с атомами в узлах тетраэдра;
  • тригональная (sp2-гибридизация) – атомы углерода образуют шестиугольники, связанные друг с другом послойно;
  • линейная (sp-гибридизация) – атомы углерода образуют цепочки, связанные одинарными, двойными, тройными связями.

Аллотропные модификации углерода – свойства веществ

Рис. 2. Строение кристаллических решёток углерода.

Аморфный углерод образует следующие модификации:

  • активированный уголь;
  • древесный уголь;
  • ископаемый уголь;
  • кокс каменноугольный;
  • стеклоуглерод;
  • углеродная нанопена;
  • техуглерод;
  • сажа.

Лонсдейлит является гексагональной модификацией алмаза. Наноалмазы, фуллерены, нанотрубки, нанографиты объединены в семейство наноуглеродных кластеров. Они образованы вложенными друг в друга углеродными сферами.

Основные модификации

Наиболее изучены твёрдые формы углерода – алмаз, графит и карбин. Особенности строения и свойства аллотропных модификаций углерода представлены в таблице.

Модификация

Строение решётки

Свойства

Применение

Графит

Тригональное

Относительно мягкий жирный минерал, обладающий электропроводностью. Имеет серый цвет, металлический блеск. Плотность – 2,23 г/см3. Не плавится. Реагирует со щелочными металлами, солями, кислородом

Смазка в прокатном производстве. За счёт отслоения тригональной решётки используется в качестве стержня карандаша

Карбин

Линейное

Мелкокристаллический порошок с небольшой плотностью. Полупроводник

Используется в фотоэлементах

Алмаз

Тетраэдрическое

Прозрачный минерал, обладающий наибольшей твёрдостью. Обладает теплопроводностью, является полупроводником. Имеет большой показатель преломления. Плавится при температуре 3700°C

Драгоценный камень, абразив. Из алмаза изготавливают свёрла, ножи, резцы

Аллотропные модификации углерода – свойства веществ

Рис. 3. Графит, карбин и алмаз.

При сильном нагревании графит переходит в алмаз, а алмаз – в графит.

Что мы узнали?

Углерод имеет множество аллотропных модификаций. Основные из них – графит, алмаз, карбин. Они отличаются друг от друга физическими, химическими свойствами, строением кристаллической решётки. Наиболее твёрдая модификация – алмаз – используется для изготовления промышленных инструментов. Графит – мягкий минерал – применяется в прокатной промышленности. Благодаря строению способен отслаиваться, оставляя след, поэтому используется в качестве карандашного стержня. Карбин – порошок, который используется в фотоэлементах.

Беликова Ирина

Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

Оцените автора
Добавить комментарий

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить
Adblock
detector