Углерод

Углерод

С

0

12

+6

-

-

2 е, 4 е

Характеристика элемента

Характеристика элемента

Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

1

2

3

4

5

6

7

Группы элементов

1

2

Углерод – основа всего живого на Земле.

3

Степень окисления в соединениях +4, +2, - 4.

4

В природе встречается как в свободном виде (алмаз, графит), так и в связанном состоянии ( углекислый газ, карбонаты, уголь, нефть и т.д.)

Периоды

Ряды

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Углерод

15.10.2015

3

Углерод

2p2

2 s2

1 s2

Углерод

А - кристаллическая решетка графита; б - кристаллическая решетка алмаза; в – линейная структура карбина.

А

Б

В

Алмаз

(от греч. Твердый, непреклонный).

Как аллотропное видоизменение углерода.

Кристаллическая решётка - атомная

Кристаллизуется в кубической кристаллической решётке: половина атомов располагается в вершинах и центрах граней одного куба, а другая – в вершинах и центрах другого, смещённого относительно первого в направлении его пространственной диагонали. Каждый атом окружен четырьмя такими же атомами, располагающимися по вершинам тетраэдра. Расположение атомов таково, что каждый из них окружен четырьмя равноотстоящими ближайшими атомами — тетраэдр. На одну ячейку приходится восемь атомов. Все атомы относятся к одной правильной системе точек. Междоузлия представляют собой тетраэдрические пустоты. Из всех простых веществ алмаз имеет максимальное число атомов, приходящихся на единицу объёма – атомы упакованы очень плотно

Существуют разновидности кристаллических решёток алмаза: рис

1 Гексагональный алмаз (лонгсдейлит). рис. 2 Кубический алмаз

Физические свойства

Один из самых твёрдых и тугоплавких веществ (плотная упаковка и прочность связей). Хрупок – довольно легко расколоть на части. Очень высокая теплопроводность – проводит тепло в несколько раз лучше, чем многие металлы (в 4 раза лучше меди). Не проводит электрический ток.

Шкала МООСА

Все минералы имеют различную твёрдость. Твёрдость испытуемого минерала проверяется царапанием его «эталонным карандашом твёрдости». Немецкий минералог Ф.Моос создал шкалу твёрдости минералов. В ней в порядке возрастания твёрдости расположены 10 минералов: 1 — тальк, 2 — гипс, 3 — кальцит, 4 — флюорит, 5 — апатит, 6 — ортоклаз, 7 — кварц, 8 — топаз, 9 — корунд, 10 — алмаз.

Алмазы имеют разный цвет

Известны алмазы оранжевого, голубого, розового, жёлтого, коричневого, молочно-белого, синего, зелёного, серого и даже чёрного цвета. Окраска связана с дефектами в кристаллической решётке и замещением части атомов углерода на атомы бора, азота и даже алюминия. Серая и чёрная окраска алмазов обусловлена включениями графита.

Применение основано на физических свойствах

Изготовление бриллиантов – огранённые алмазы сильно преломляют свет. Для резки стекла, металлов, наконечники свёрл («алмазные жала»), буров и резцов – благодаря твёрдости. Алмазный порошок – для полировки и огранки драгоценных камней (рубинов) – твёрдость.

Графит

Кристаллическое аллотропное видоизменение углерода, в древности считалось минералом свинца

Кристаллическая решётка - атомная

Атомы связаны в плоские слои, состоящие из соединённых рёбрами шестиугольников. Каждый атом в слое имеет трёх соседей и угол между ними 120 градусов - возникает Четвёртый электрон делокализован (сходство с металлами). Связи вдоль слоёв и между ними разные по прочности.

Физические свойства

Мягкое вещество серого цвета, малая механическая прочность (неравноценные по прочности связи). Электропроводен и имеет металлический блеск (электроны блуждают, как у металлов). Вещество жирное на ощупь Теплопроводность в направлении плоскости слоёв больше, чем в перпендикулярном направлении. Электрическое сопротивление в направлении слоёв меньше, чем в перпендикулярном направлении наблюдается анизотропия (зависимость свойств вещества от направления)

Применение графита

Графитовый порошок – изготовление минеральных красок. Смазочный материал (в смеси с маслом) – между отдельными слоями графита взаимодействие настолько слабо, что возникает скольжение. Чешуйки графита заполняя неровности поверхности создают гладкую поверхность. Графитовые стержни – электроды – электропроводность. Тигли, блоки для атомных реакторов – тугоплавкость. Теплозащитный материал для головных частей ракет – термостойкость. Получение карбидов – легко реагирует с металлами.

Материалы на основе графита

Графлекс или пенографит – высокопористый материал заменяет резину и металл. Стеклоуглерод – химически стоек, заменяет платиновую химическую посуду. Пирографит – для изготовления искусственных клапанов сердца Углеродное волокно как наполнитель в пластики для придания большей прочности и электропроводности, лёгкие эластичные электронагреватели Рис. Углеродная ткань и углеродное волокно, стаканчик из стеклоуглерода

Карандаши

Первые графитовые карандаши появились в XVIII веке. Это было связано с открытием графитового месторождения в Камберленде (Англия). В 1795 г. в Париже по способу Конта изготовлялись карандаши из смеси графита и глины, обожжённые в печи. Эта технология используется и по сей день. Чем больше глины – тем твёрже карандаш. В особые мягкие карандаши добавляют воск и сало – ими можно писать на стекле. Особый сорт рыхлых карандашей служит для пастельной живописи.

На основе графита создан графин

В конце XX века учёные разработали пути синтеза графинов – веществ со слоистой структурой, аналогичной графиту. Каждый слой графина состоит из шестичленных колец, внутри которых атомы связаны особой ароматической связью и связанных в свою очередь между собой.

Аморфный углерод: древесный уголь, кокс, сажа

Как было установлено исследованиями – эти три разновидности – мелкокристаллический графит, а не отдельные аллотропные модификации. Сажа получается при разложении метан Кокс образуется при разложении угля без доступа воздуха Древесный уголь образуется при разложении древесины без доступа воздуха. Обладает способностью к адсорбции – способностью поглощать различные вещества. Это явление используется для очистки сахара, спирта, в фильтре противогаза. Активированный уголь прокаливают на перегретом пару, число пор при этом увеличивается, что улучшает адсорбцию.

Карбин

Получен синтетически

СТРОЕНИЕ КАРБИНА И ПОЛИКУМУЛЕНА (его разновидности)

Белые кристаллы Состоит из цепей, образованных участками: -С? С-С? С- (карбин) или =С=С=С=С= (поликумулен)

Свойства

Обладает полупроводниковыми свойствами При сильном нагревании без доступа воздуха превращается в графит.

Фуллерены – молекулярная форма углерода

По имени американского инженера и архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, который построил конструкцию купола из сочленённых пяти- и шестиугольников.

Виды молекул фуллеренов: чётное число атомов углерода в молекуле С60,

С70, С72, С74, С76, С108, С960 и т.д. Поверхность «мяча» образована пяти- и шестиугольниками с общими рёбрами. Простейший фуллерен – бакминтерфуллерен – состоит из 12 пятиугольников и 20 шестиугольников. Форма близка к сфере.

Свойства

Кристаллические вещества чёрного цвета с металлическим блеском. Полупроводники При высоком давлении и комнатной температуре легко превращаются в алмаз.

Свойства: растворы С60 и С70 в толуоле и кристаллы С60

Хорошо растворимы в органических растворителях – это свойство используют для отделения фуллеренов от сажи.

Применение

Получение полимерных материалов и металлофуллеренов. Фторированные фуллерены используют как катоды в гальванических элементах Запоминающие устройства. Сверхпроводники. Лекарства с противоопухолевой активностью. Красители.

Фуллерены – молекулы будущего

Нанотрубки из углерода являются сверхпроводниками. Изучение этих интересных объектов только начинается («нано» - 10?9)

Углерод

1) Углерод – окислитель: а) 2С + Н2 (1500-2000 С) С2Н2 б) 3С(графит) + 4Al (1500-1700 С) Al4C3

2) Углерод – восстановитель: а)2 С + О2 (выше 1000 С) 2СО б) С + О2 (600-700 С,сжигание на воздухе) СО2 в) С + Н2О(пар) (800-1000С) СО+Н2

С

Углерод

Адсорбент

Крем обуви

Типография

Сталь

Сельское хозяйство

Ювелирные изделия

Топливо

Медицина

Резина

Осуществите цепочку превращений

А) С?СО? СО2 ? Na2CO3? NaHCO3 ? CO2 Б) C? CH4? CO2? H2CO3? Na2CO3? NaNO3 2. Напишите уравнения реакций: а) взаимодействия оксида углерода (IV) с известковой водой; б) взаимодействия углерода с водородом; в) горения угля в избытке кислорода.

Какой объем (н

у.) оксида углерода (IV) можно получить при разложении 400г карбоната кальция, содержащего 6% примесей? Напишите распределение электронов по уровням у элемента №6 . Покажите, какую степень окисления он может проявлять. Напишите формулы трех соединений с различными степенями окисления атома углерода.

А) K2CO3 + HCI= б) na2sio3 + baco3= в) li2co3 + caci2=

Напишите полные и сокращенные ионные уравнения осуществимых реакций