Углерод Аллотропные модификации

Менделеева. Он располагается в главной подгруппе четвертой группы, втором периоде.

Углерод-типичный неметалл.

с другими элементами. Их изучение составляет целую науку – органическую

химию. В тоже время за изучение свойств чистого углерода ученые взялись сравнительно недавно - около 20 лет назад.

коре – 0,048%. Но несмотря на это, он играет огромную

роль в живой и неживой природе.

и живых организмах, в состав ДНК. Содержится в мышечной ткани

– 67%, костной ткани – 36% и крови человека (в человеческом организме массой 70 кг в среднем содержится 16 кг связанного углерода).

– алмаз, графит, карбин, крайне редко фуллерены. В лабораториях также

были синтезированы многие другие модификации: новые фуллерены, нанотрубки, наночастицы и др.

всех найденных в природе веществ, но при этом довольно хрупок.

Он настолько тверд, что оставляет царапины на большинстве материалов.

Структура алмаза

из графита при p > 50 тыс. атм. и tо

= 1200оC В алмазе каждый 4-х валентный атом углерода связан с другим атомом углерода ковалентной связью и количество таких связанных в каркас атомов чрезвычайно велико.

многие свойства алмаза, так то плохая тепло- и электропроводимость, а

также химическая инертность. Алмазы очень редки и ценны, их вес измеряется в каратах (1 карат=200мг). Ограненный алмаз называют бриллиантом.

Знаменитый бриллиант «Кохинор»

серо-черный цвет и металлический блеск, кажется жирным на ощупь, очень

мягок и оставляет черные следы на бумаге.

Структура графита

шестиугольников. Каждый атом углерода на плоскости окружен тремя соседними, расположенными

вокруг него в виде правильного треугольника.

расщепляться на тонкие чешуйки. Чешуйки легко прилипают к бумаге –

вот почему из графита делают грифели карандашей. В пределах шестиугольников возникает склонность к металлизации, что объясняет хорошую тепло- и электропроводность графита, а также его металлический блеск.

Графитовый электрод

Сладковым, В.И. Касаточкиным, Ю.П. Кудрявцевым. Карбин имеет кристаллическую структуру, в

которой атомы углерода соединены чередующимися одинарными и тройными связями.

Строение карбина

виде белого вещества с промежуточной плотностью. Карбин обладает полупроводниковыми свойствами,

под действием света его проводимость резко увеличивается.

цепей из углеродных атомов в кристаллической решетке, физические свойства карбина

могут меняться в широких пределах. Позднее карбин был найден в природе в виде вкраплений в природном графите, содержащемся в минерале чаоит, а также в метеоритном веществе.

Метеорит содержащий вкрапления карбина

кокс и сажа. Но все эти формы являются композитами, то

есть смесью малых фрагментов графита и алмаза.

Сажа

углерода, число атомов которого четно, от 32 и более 500,

они представляют по структуре выпуклые многогранники, построенные из правильных пяти- и шестиугольников.

Фуллерен С70

Фуллера, конструировавшего полусферические архитектурные конструкции, состоящие из шестиугольников и пятиугольников.
Купол

Фуллера

собой периодическую решетку атомов, третья форма чистого углерода является молекулярной.

Это означает, что минимальным элементом ее структуры является не атом, а молекула углерода, представляющая собой замкнутую поверхность, которая имеет форму сферы.

Модель фуллерена С60

цилиндрические структуры, так называемые нанотрубки, которые отличаются широким разнообразием физико-химических

свойств.
Идеальная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр графитовую плоскость, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода.

Строение нанотрубки

полусферическими вершинами, содержащими наряду с правильными шестиугольниками, также по шесть

правильных пятиугольников. Наличие пятиугольников на концах трубок позволяет рассматривать их как предельный случай молекул фуллеренов, длина продольной оси которых значительно превышает их диаметр.

замкнутые структуры, подобные фуллеренам, но значительно превышающие их по размеру.

В отличие от фуллеренов, они также как и нанотрубки могут содержать несколько слоев., имеют структуру замкнутых, вложенных друг в друга графитовых оболочек. В наночастицах, аналогично графиту, атомы внутри оболочки связаны химическими связями, а между атомами соседних оболочек действует слабое ван-дер-ваальсово взаимодействие. Обычно оболочки наночастиц имеют форму близкую к многограннику. В структуре каждой такой оболочки, кроме шестиугольников, как в структуре графита, есть 12 пятиугольников, наблюдаются дополнительные пары из пяти и семиугольников.

в один атом, находящихся в sp²-гибридизации и соединённых посредством σ-

и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. По оценкам, графен обладает большой механической жёсткостью и рекордно большой теплопроводностью Высокая подвижность носителей заряда (максимальная подвижность электронов среди всех известных материалов) делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах.

условиях научных лабораторий основан на механическом отщеплении или отшелушивании слоёв

Этот метод не предполагает использования масштабного производства, поскольку это ручная процедура. Другой известный способ — метод термического разложения подложки карбида кремния— гораздо ближе к промышленному производству. Поскольку графен впервые был получен только в 2004 году, он ещё недостаточно хорошо изучен и привлекает к себе повышенный интерес.