Углерод Лекция 1 Углерод существует во множестве

Углерод Лекция 1

Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа. Аллотропные модификации углерода: 2 Графит (b) Алмаз (a) Карбин Лонсдейлит (c) Фуллерены (d, e, f) углеродные нанотрубки (h) графен аморфный углерод (g)

Химические свойства При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких температурах соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300— 500 °C, 600— 700 °C и 850— 1000 °C. Все формы углерода устойчивы в кислотах, растворяются только в расплавленных металлах и HF. Углерод входит в состав 4 млн. синтезированных органических соединений, в то время как число соединений, не содержащих углерода (неорганических) насчитывается около 140 тыс. 3

Графит — аллотропная модификация углерода, наиболее устойчивая при обычных условиях. Хорошо проводит электрический ток. В отличие от алмаза обладает низкой твёрдостью (1— 2 по шкале Мооса). Цвет тёмно-серый, блеск металлический. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха. В кислотах не растворяется. Плотность (при н. у. ) 2, 25 г/см³, температура плавления 3 820 K Решетка ГПУ 4

Алмаз При нормальных условиях метастабилен. Плотность 3, 47— 3, 55 г/см³, Решетка ГЦК На воздухе загорается при 800 °С, в вакууме при 1400 °С превращается в графит. 5

Карбин – черный порошок (искусственный), плотность 1, 9 - 2 г/см³ , состоит из углеродных фрагментов с тройной –С≡С–, или двойной =С=С= связью. Может быть линейным или образовывать циклические структуры. 6

Фуллерены Открыты в 1985 году, атомы образуют выпуклые замкнутые многогранники. Фуллерен С 60 7 Фуллерен C 540

Углеродные нанотрубки — протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена. В зависимости от угла ориентации графитовой плоскости относительно оси нанотрубки проявляет разные электронные свойства. 8

Ричард Бакминстер Фуллер 9

Графен Графен—слой атомов углерода толщиной в один атом. 10

Использование углерода Углерод – важнейший биогенный элемент, лежащий в основе всех органических соединений и составляющий основу всей жизни на Земле. CH 4 + HCN 11 Органическа я жизнь Растения, фотосинтез CO 2 → C Животные C → CO 2

Использование углерода Топливо Производство пластмасс 12 Металлургия Медицина

Углепластик 13

Углеродные волокна Применяются в: ü ракетно-космической технике (элементы конструкций космических станций и спутников, корпуса и сопла двигателей, антенны); ü авиационной технике (элементы конструкций летательных аппаратов, двигателей, тормозных систем); ü атомной промышленности (корпуса обогатительных центрифуг); ü машиностроении (элементы конструкций автомобилей, тормозные системы, химическое оборудование, трубопроводы); ü строительстве (армирование колонн, балок, перекрытий зданий, мостов); ü спорте (клюшки, удочки, лыжи, корпуса яхт, ракетки); ü протезно-ортопедических изделия ü медицине 14

Применение алмазов 15