Доклад на тему:
«Углерод. Аллотропные модификации»
Положение в таблице
Менделеева
Углерод Carbogenium - 6ой
элемент в таблице Менделеева. Он располагается в главной подгруппе четвертой
группы, втором периоде. Углерод-типичный неметалл.
Нахождение в природе
В настоящее время
известно более миллиона соединений углерода 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.
Углерод занимает 17-е
место по распространенности в земной коре – 0,048%. Но, несмотря на это, он
играет огромную роль в живой и неживой природе.
Углерод входит в состав
органических веществ в растительных 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).
Свободный углерод
В свободном виде углерод
встречается в нескольких аллотропных модификациях – алмаз, графит, карбин,
крайне редко фуллерены. В лабораториях также были синтезированы многие другие
модификации: новые фуллерены, нанотрубки, наночастицы и др.
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.
Плотность алмаза – 3,5
г/см3, tплав=3730С, tкип=4830оС. Алмаз можно получить 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.
Непрерывная трехмерная
сетка ковалентных связей, которая характеризуется большой прочностью,
определяет 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.
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 на плоскости окружен тремя соседними, расположенными вокруг него
в виде правильного треугольника.
Графит характеризуется
меньшей плотностью и твердостью, а также графит может 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.
Фуллерены
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.
Происхождение термина
"фуллерен" связано с именем американского архитектора Ричарда
Букминстера Фуллера, конструировавшего полусферические архитектурные
конструкции, состоящие из шестиугольников и пятиугольников.
В начале 70-х годов
физхимик–органик Е.Осава предположил существование полой, высокосимметричной
молекулыС60, со структурой в виде усеченного икосаэдра, похожей на футбольный
мяч. Чуть позже (1973 г.) российские ученые Д.А. Бочвар и Е.Г. Гальперин
сделали первые теоретические квантово-химические расчеты такой молекулы и
доказали ее стабильность.
Первый способ получения и
выделения твердого кристаллического фуллерена был предложен в 1990 г. В. Кречмером
и Д. Хафманом с коллегами в институте ядерной физики в г. Гейдельберге
(Германия).
В противоположность
первым двум, графиту и алмазу, структура которых представляет 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.
В фуллерене плоская сетка
шестиугольников (графитовая сетка) свернута и сшита в замкнутую сферу. При этом
часть шестиугольников преобразуется в пятиугольники. Образуется структура –
усеченный икосаэдр. Каждая вершина этой фигуры имеет трех ближайших соседей.
Каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками,
а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками.
Фуллерены с n<60
оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим
возможным фуллереном является правильный додекаэдр С20.
Молекулы фуллеренов, в
которых атомы углерода связаны между собой как одинарными, так и двойными
связями, являются трехмерными аналогами ароматических структур. Обладая высокой
электроотрицательностью, они выступают в химических реакциях как сильные
окислители. Присоединяя к себе радикалы различной химической природы, фуллерены
способны образовывать широкий класс химических соединений, обладающих
различными физико-химическими свойствами.
Заключение
Хотя фуллерены имеют
короткую историю, это направление науки быстро развивается, привлекая к себе
все новых исследователей. Она включает три направления: физика фуллеренов,
химия фуллеренов и технология фуллеренов.
Физика фуллеренов
занимается исследованием структурных, механических, магнитных, оптических
свойств фуллеренов и их соединений. Сюда относится также изучение характера
взаимодействия между атомами углерода в этих соединениях, свойства и структура
систем, состоящих из молекул фуллеренов. Физика фуллеренов является наиболее
продвинутой ветвью в области фуллеренов.
Химия фуллеренов связана
с созданием и изучением новых химических соединений, основу которых
составляютфуллерены, а также изучает химические процессы, в которых они
участвуют. Следует отметить, что по концепциям и методам исследования это
направление химии во многом принципиально отличается от традиционной химии.
Технология фуллеренов
включает в себя как методы производства фуллеренов, так и различные их
приложения.
Другие работы по теме:
Понятие живого вещества
Живое вещество В элементном составе живого вещества преобладают 4 элемента: водород, углерод, кислород, азот. Они являются главными элементами живого вещества. Эти элементы - биофильные. Кроме того, наиболее распространены элементы, находящиеся в начале периодической системы элементов Менделеева, а элементы середины и конца таблицы распространены мало.
Цикл углерода
Цикл углерода, круговорот углерода, – циклическое перемещение углерода между миром живых существ и неорганическим миром атмосферы, морей, пресных вод, почвы и скал.
Алмаз-графит
Алмаз. При слове “алмаз” сразу же вспоминаются окутанные завести тайны истории,повествующие о поисках сокровищ.Когда-то люди, охотившиеся за алмазами, и не подозревали, что предметов их страсти является кристаллический углерод-тот самый углерод, который образует сажу, копоть и уголь.Впервые это доказал Лавуазье.Он поставил опыт по сжиганию алмаза, используя собранную специально для этой цели зажигательную машину.Оказалось, алмаз сгорает на воздухе при темпратуре около 700 С, не оставляя твердого остатка, как и обычный уголь.
Алканы
Алканы - это предельные углеводороды, в молекулах которых все атомы связаны одинарными связями. Формула - Физические свойства Температуры плавления и кипения увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи
Углерод, его химическое и биологическое значение
Углерод. Биологическое значение. Все без исключения живые организмы построены из соединений углерода. Особенностью атома углерода является их способность соединяться между собой, образуя сколь угодно длинные цепи, которые могут быть и разветвленными, содержащими миллионы и миллиарды атомов углерода, соединенных с атомами других элементов (самые из известных молекул – это молекулы белков, содержащих до миллиарда углеродных звеньев).
Миграция химических элементов
Реферат по геохимии «Миграция элементов» Выполнила: Першикова Ольга Содержание Введение 1.Миграция элементов в атмосфере 2. Углерод Заключение Введение
Круговорот углерода в природе
Круговорот углерода в природе. Основным резервуаром углерода являются горные породы; в них, по существующим оценкам, его содержится примерно 75 квадриллионов тонн. Еще 5 триллионов тонн содержится в горючих полезных ископаемых — угле, нефти, газе и торфе. Примерно 150 млрд. т приходится на верхний слой донных океанических осадков.
Характеристика элементов подгруппы азота
МОБУСОШ №2 Реферат по химии на тему: “Характеристика элементов подгруппы азота” Подготовил: Насертдинов К. Проверил (а): Агидель-2008 Содержание 1. Характеристика элементов подгруппы азота
Углерод и его основные неорганические соединения
Многообразие соединений углерода, их распространение в природе и применение. Аллотропные модификации. Физические свойства и строение атома свободного углерода. Химические свойства углерода. Карбонаты и гидрокарбонаты. Структура алмаза и графита.
Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
периоды VIII 1,0079 Водород 4,0026 Гелий 6,939 Литий 9,0122 Бериллий 10,811 12,01115 Углерод 14,0067 Азот 15,9994 Кислород 18,9984 Фтор 20,179 Неон 22,9898
Экзаменационные билеты по химии (Ангарск, 2003г.)
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ ПО ХИМИИ Билет№1 1) П.З. и П.С.Х.Э. Д.И.Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых периодов и главных подгрупп в зависимости от атомного (порядкового) номера.
Углерод и его соединенния
Реферат по химии УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕННИЯ Ученика 10 «б» класса школы №4 Худякова Алексея г. Ангарск – 2001 год УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ. Углерод как простое вещество.
Углерод
глерод (лат. Carboneum), С - химический элемент IV группы периодической системы Менделеева. Известны два стабильных изотопа С (98,892 %) и С (1,108 %).
Подгруппа углерода. Углерод
Реферат по теме: «Подгруппа углерода. Углерод.» ученицы 9-г класса средней школы №9 Слабодчиковой Валентины Учитель: Белокопытов Ю. С. Июнь 1999 г. Чехов
Ненасыщенные спирты Фенолы Хиноны
К ненасыщенным относятся спирты с двойной углерод-углеродной связью (1,2); с тройной углерод-углеродной связью (3); фенолы (4). Спирты с двойной углерод-углеродной связью бывают винильного (CH2=CH-OH) и аллильного типа (CH2=CH-CH2-OH; CH2=CHCH2CH2OH).
Характеристика элементов подгруппы азота
Свойства элементов подгруппы азота, строение и характеристика атомов. Увеличение металлических свойств при переходе элементов сверху вниз в периодической системе. Распространение азота, фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута в природе, их применение.
Характеристика химического элемента № 6 Углерод
Сведения об углероде, восходящие к древности и распространение его в природе. Наличие углерода в земной коре. Физические и химические свойства углерода. Получение и применение углерода и его соединений. Адсорбционная способность активированного угля.
Алмаз-графит
Алмаз. При слове “алмаз” сразу же вспоминаются окутанные завести тайны истории,повествующие о поисках сокровищ.Когда-то люди, охотившиеся за алмазами, и не подозревали, что предметов их страсти является кристаллический углерод-тот самый углерод, который образует сажу, копоть и уголь.Впервые это доказал Лавуазье.Он поставил опыт по сжиганию алмаза, используя собранную специально для этой цели зажигательную машину.Оказалось, алмаз сгорает на воздухе при темпратуре около 700 С, не оставляя твердого остатка, как и обычный уголь.
Серый чугун
Чугун - сплав железа с углеродом, дешевый машиностроительный материал. Основные физические и химические свойства серого чугуна. Применение в машиностроении для отливок деталей. Влияние на свойства чугуна примесей: кремния, марганца, серы и фосфора.
Двигатель ТВ2-117 и его модификации
Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени С.П. Королёва. Национально исследовательский институт. Реферат по учебной дисциплине
ARO
Завод в Румынии, в местечке Campulung-Muscel, в 1953 году начал собирать первые румынские мотоциклы. Производство авомобилей было начато в 1957 г с модели IMS- 57.
Углерод происхождение, распространение, добыча, применение
Введение Углерод (лат. Carboneum) С – химический элемент IV группы периодической системы Менделеева: атомный номер 6, атомная масса 12,011(1). Рассмотрим строение атома углерода. На наружном энергетическом уровне атома углерода находятся четыре электрона. Изобразим графически:
Фосфор
Свойства разных видов фосфора: белого, красного, черного. Их взаимодействие с другими химическими элементами.
Применение каучука
Области и способы применения синтетического каучука изопреновой и бутадиеновой групп.
Новый углеродный катализатор для химических процессов
Оригинальность разработанного пористого углерод-углеродного материала состоит в использовании двух структурных модификаций графитоподобных материалов (сажи и пироуглерода), имеющих близкую кристаллографическую структуру.
Биогенные элементы
Кальций Кальций - биогенный элемент, постоянно присутствующий в тканях растений и животных. Важный компонент минерального обмена животных и человека и минерального питания растений, кальций выполняет в организме разнообразные функции. В составе апатита, а также сульфата и карбоната кальций образует минеральный компонент костной ткани.
Строение биополимеров
Оказывается, можно провести интересную аналогию с элементами, выполняющими схожие функции у живых организмов и государств.
Разум во вселенной
Когда речь заходит о возможных формах носителей Разума во Вселенной, оказывается, что на этот счет имеются диаметрально противоположные точки зрения: «одни (антропоморфисты), ссылаясь на закон конвергенции, утверждают, что высшие формы жизни во Вселенной должны быть близкими к тем формам которые сложились на Земле, а разумное существо должно быть, во всяком случае, человекоподобным; другие (релятивисты), исходят из бесконечного разнообразия условий во вселенной, предполагают возможность иных, не таких, как на Земле, форм жизни и разума.