22. Аллотропы углерода. Алмаз, графит, графен и др.

Антуа́н Лора́н Лавуазье́ Впервые «чистый уголь» был признан Лавуазье, исследовавшим процесс сжигания в воздухе и кислороде угля и других веществ. Элементарная природа углерода установлена в конце 1780-х годов.ТЕННАНТ Смитсон В 1791 г. он первым получил свободный углерод; он пропускал пары фосфора над прокаленным мелом, в результате чего образовывался фосфат кальция и углерод. В (1796), что алмаз, графит, древесный уголь имеют одинаковую хим. природу.

Углерод в виде древесного угля применялся в древности для выплавки металлов. Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

АЛМАЗ Алмаз – бесцветное, прозрачное, сильно преломляющее свет вещество. Алмаз тверже всех найденных в природе веществ, но при этом довольно хрупок. Он настолько тверд, что оставляет царапины на большинстве материалов. Главные отличительные черты алмаза -наиболее высокая теплопроводность среди всех твёрдых тел 3], большой показатель преломления и дисперсия. Алмаз является широкозонным полупроводником.

ПРИМЕНЕНИЕ Огранённый алмаз (бриллиант) драгоценным камнем. Исключительная твёрдость алмаза находит своё применение в промышленности: его используют для изготовления ножей, свёрл, резцов и тому подобных изделий. Также применяются в квантовых компьютерах, в часовой и ядерной промышленности. Крайне перспективно развитие микроэлектроники на алмазных подложках.

Графит Графит – устойчивая при нормальных условиях аллотропная модификация углерода, имеет серо-черный цвет и металлический блеск, кажется жирным на ощупь, очень мягок и оставляет черные следы на бумаге. Атомы углерода в графите расположены отдельными слоями, образованными из плоских шестиугольников.Каждый атом углерода ковалентно связан с тремя другими окружающими его атомами углерода.У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника (укладка …АВАВАВА…), а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый.

Применение Наполнитель пластмасс.Замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.Для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит — применение основано на высокой температурной стойкости графита (в отсутствие кислорода), на его химической стойкости к целому ряду расплавленных металлов.

Карбин имеет кристаллическую структуру, в которой атомы углерода соединены чередующимися одинарными и тройными связями. Он имеет вид черного мелкокристаллического порошка, однако может существовать в виде белого вещества с промежуточной плотностью. Карбин оказался стабильной аллотропной формой углерода при высокой температуре и низком давлении. При нагревании карбин переходит в графит.Карбин – полупроводник n-типа .Карбин обладает полупроводниковыми свойствами, под действием света его проводимость резко увеличивается.

Применение Карбин уже нашел применение в электронике, космонавтике, авиации и медицине. Перспективно его применение в оптике, микроволновой и электрической технологиях, в конструкциях источников тока и пр. Во всех этих областях ключевое значение имеет высокая стабильность материала.

Фуллерены – класс химических соединений, молекулы которых состоят только из углерода, число атомов которого четно, от 32 и более 500, они представляют по структуре выпуклые многогранники, построенные из правильных пяти- и шестиугольников.

Нанотрубки. Наряду со сфероидальными углеродными структурами, могут образовываться также и протяженные 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.

Графен представляет собой однослойную двумерную углеродную структуру, состоящую из правильных шестиугольников и атомами углерода в вершинах. Эта структура является составляющей кристаллического графита. Благодаря его особым физико-химическим свойствам, возможно его широкое применение в качестве основы для новых наноматериалов.

На сегодняшний день графен - самый тонкий материал, известный человечеству, толщиной всего в один атом углерода.

Применение замену углеродных волокон в композитных материалах, с целью создания более легковесных самолетов и спутников; замена кремния в транзисторах;