Углерод. Простые вещества

  Углерод образует несколько аллотропных модификаций. Алмаз и графит - наиболее распространенные модификации. Остальные  - карбин, различные фуллерены - получают в основном искусственно, хотя все они в малых количествах найдены в природе. Вы можете посмотреть здесь, как выглядят аллотрпные модификации углерода.

АЛМАЗ

Алмаз

Очень твёрдое вещество - по шкале Мооса 10, прозрачное, сильно преломляет лучи света, , не проводит электрический ток, плохо проводит тепло, ρ = 3,5 г/см3; t°пл. = 3730°C; t°кип. =  4830°C. Кристаллы алмазов могут иметь разный цвет.

Можно получить из графита при давлении больше 50 тыс. атм; t° = 1200°C. 

Кристаллическое вещество - атомная решетка.

Применение: 

Шлифовальный порошок, буры, стеклорезы, после огранки - бриллианты.

ГРАФИТ

Карбин встречается в природе в виде минерала чаоита (белые прожилки и вкрапления в графите).

Графит

Кристаллическое вещество, непрозрачное, тёмно-серое, обладает металлическим блеском, мягкое (твердость по шкале Мооса - 1), проводит электрический ток; ρ = 2,5 г/см³. Графит не плавится, а возгоняется при температуре 3500°С, то есть минуя газовую фазу, переходит в газообразное состояние.

Кристаллическая решетка графита  - атомная. Состоит из параллельных слоев, образованных правильными шестиугольниками из атомов углерода.

Применение:

Электроды, карандашные грифели, замедлитель нейтронов в ядерных реакторах, входит в состав некоторых смазочных материалов. 

Свойства алмаза и графита

Алмаз – трехмерная (пространственная) форма углерода. Графит – двумерная (плоскостной). Естественно предположить, что должна существовать еще одна аллотропная форма углерода – цепочечная (линейная). Это – карбин.

Схематическое изображение трех основных форм углерода:
а – пространственной (алмаз); б – плоскостной (графит);
в – цепочечной ( - и  -карбин)

КАРБИН

Мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1,9-2 г/см³), обладает полупроводниковыми свойствами. Получен в искусственных условиях из длинных цепочек атомов углерода, уложенных параллельно друг другу. Карбин — линейный полимер углерода. В молекуле карбина атомы углерода соединены в цепочки поочередно либо тройными и одинарными связями –С≡С–С≡С–, либо постоянно двойными связями  =С=С=С=С=. 

Открытие карбина

Применение: фотоэлементы.

ФУЛЛЕРЕНЫ

В конце 80-х годов XX века было обнаружено ещё одно аллотропное видоизменение – фуллерит. Открытие фуллеренов.
Он, в отличие от алмаза и графита, имеет не атомную, а молекулярную кристаллическую решётку. 

Атомы углерода могут образовывать также полые трубки – так называемые нанотрубки. 

Применение:

В настоящее время фуллерены и нанотрубки рассматриваются в качестве основы для технологий будущего.

АМОРФНЫЙ УГЛЕРОД

В основе строения аморфного углерода лежит разупорядоченная структура монокристаллического (всегда содержит примеси) графита. Это кокс, бурые, древесные и каменные угли, техуглерод, сажа.

Уголь

Применение:

Сажа – используется для изготовления типографской краски, картриджей, резины, косметической туши.

 Кокс – в доменных печах при выплавке чугуна.

Древесный уголь – в качестве топлива, при выплавке цветных металлов, очистки от примесей - адсорбция.

Более подробно познакомиться с адсорбционной способностью угля и ее применением можно здесь.

Углерод в природе.

Соединения углерода весьма распространены: все живые организмы, каменный уголь, торф, нефть и др. содержат углерод. Углерод входит в состав многих неорганических веществ (известняк, мел, мрамор и др).