Alotropowe odmiany węgla

Co to jest alotropia? Alotropia - zjawisko występowania różnych odmian krystalograficznych tego samego pierwiastka chemicznego. Alotropia jest szczególnym przypadkiem polimorfizmu czyli różnopostaciowości substancji. Odmiany alotropowe nie są różnymi stanami skupienia materii, ale przejścia z jednej odmiany alotropowej do drugiej są przemianami fazowymi pierwszego rzędu. Nie zachodzą one jednak w ściśle określonych temperaturach lecz są zależne od termicznej historii próbek. Powoduje to, że dany pierwiastek może występować w dwóch różnych odmianach alotropowych w tej samej temperaturze.

FORMY WĘGLA węgiel występuje w formie: diamentu, grafitu, fulerenu, nanorurek i form poliynowych Model atomu węgla

DIAMENT Diament to minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Nazwa pochodzi od gr. ἀδάμας adamas (dopełniacz ἀδάμαντος adamantos, łac. diamentum) = "niepokonany, niezniszczalny" i nawiązuje do wyjątkowej twardości tego minerału. Jest najtwardszą znaną substancją Właściwości Wzór chemiczny - C (węgiel) Układ krystalograficzny - regularny Twardość w skali Mohsa - 10, najtwardszy ze znanych minerałów Łupliwość – doskonała według ścian ośmiościanu Rysa - biała Przełam - muszlowy Gęstość – 3,47 – 3,57 - najczęściej: 3,52 g/cm³ Barwa - bezbarwny lub zawiera przebarwienia zwiazane z zanieczyszczeniem Połysk - diamentowy Dyspersja - 0,044 Inkluzja - wrostki różnych minerałów. dobra przewodność cieplna: 2000W/(m*K) wynikającą z efektywnego przewodnictwa fononowego, ma właściwości półprzewodnikowe

Budowa Diamentu Diament krystalizuje w układzie regularnym (w klasie tetraedrycznej). Każdy atom węgla połączony jest wiązaniami kowalencyjnymi  z czterema innymi atomami znajdującymi się w narożach  diamentu, tworząc w przestrzeni siatkę z czworościanów foremnych. Wszystkie odległości między atomami węgla są jednakowe.

GRAFIT Grafit – minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Jest minerałem pospolitym i szeroko rozpowszechnionym. Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału Właściwości: Wzór chemiczny: C – węgiel Układ krystalograficzny – heksagonalny (niekiedy trygonalny) Twardość w skali Mohsa - 1 do 1,5 Łupliwość – doskonała, jednokierunkowa Rysa – ciemnoszara, czarna, błyszcząca. Przełam - dobry Gęstość - 2,09 do 2,23 g/cm³ Barwa - czarna, ciemnoszara Połysk - półmetaliczny Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło Odporny na wysoką temperaturę

Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do benzenu Podobnie jak to jest w benzenie, każde wiązanie C-C w warstwie ma charakter zdelokalizowanego, "1.5 krotnego" wiązania aromatycznego. Wiązania te tworzą obszary zdelokalizowanych orbitali π, które, podobnie jak to się dzieje w metalach umożliwiają swobodny ruch elektronów równolegle do warstw, dzięki czemu grafit wykazuje stosunkowo wysokie przewodnictwo elektryczne. Między warstwami występują jedynie słabe oddziaływania Van der Waalsa. Odległości między sąsiednimi atomami węgla w jednej warstwie wynoszą 1.42 Å (czyli 0,142 nm), zaś między warstwami 3,35 Å (0,335 nm). Powoduje to, że grafit wykazuje znaczną anizotropię (czyli kierunkowość) różnych własności fizycznych. Budowa Grafitu

fulereny FULERENY- związki chemiczne składające się z kilkudziesięciu, kilkuset a nawet ponad tysiąca atomów węgla, tworzące zamkniętą, regularną, pustą w środku kulę, elipsoidę lub rurkę. Własności chemiczne fulerenów są zbliżone pod wieloma względami do węglowodorów aromatycznych. Fulereny są odmianą alotropową węgla. Bardzo łatwo sublimują.

NANORURKI Nanorurk węglowe są zbudowanymi z węgla strukturami nadcząsteczkowymi, mającymi postać walców ze zwiniętego grafenu (jednoatomowej warstwy grafitu). Najcieńsze mają średnicę rzędu jednego nanometra, a ich długość może być miliony razy większa. Wykazują niezwykłą wytrzymałość na rozrywanie i unikalne własności elektryczne, oraz są znakomitymi przewodnikami ciepła. Te własności sprawiają że są badane jako obiecujące materiały do zastosowań w nanotechnologii, elektronice, optyce i badaniach materiałowych.

Porównanie diamentu i grafitu Budowa Przestrzenna, przenikające się tetraedry, wszystkie wiązania równocenne, bark wolnych elektronów Warstwowa, płaska, wiązania miedzy warstwami słabe, 1wolny elektron Barwa bezbarwny Szary, metaliczny Gęstość 3,51 g/dm3 2,265 g/dm3 Twardość Najtwardszy z minerałów Bardzo miękki , łupliwy Przewodnictwo prądu izolator Przewodzi prąd elektryczny Zastosowanie Cięcie szkła, tarcze szlifierskie, wiertła geologiczne Przybory rysownicze, naczynia żaroodporne, elektrowody, reaktory

Gęstości

Reakcja spalania węgla W XVII wieku uczeni twierdzili, że diament jest niepalny. Dopiero pod koniec tego wieku florenccy uczeni umieścili diament w ognisku silnej soczewki skupiającej. Gdy nadszedł słoneczny dzień diament zniknął. Odkrycie dwutlenku węgla jako produktu spalania diamentu pozwoliło na postawienie hipotezy ze jest on odmianą węgla.

Równanie gazu doskonałego Gęstość Stężenie molowe Stężenie procentowe Autor prezentacji: Katarzyna Częścik