Доповідь на тему:
В«Вуглець. Алотропні модифікації В»
Становище в таблиціМенделєєва
Вуглець Carbogenium - другийелемент в таблиці Менделєєва. Він розташовується в головній підгрупі четвертоїгрупи, другому періоді. Вуглець-типовий неметал.
Знаходження в природі
В даний часвідомо більше мільйона сполук вуглецю з іншими елементами. Їх вивченнястановить цілу науку - органічну хімію. У теж час за вивчення властивостейчистого вуглецю вчені взялися порівняно недавно - близько 20 років тому.
Вуглець займає 17-емісце за поширеністю в земній корі - 0,048%. Але, незважаючи на це, вінвідіграє величезну роль в живій і неживій природі.
Вуглець входить до складуорганічних речовин в рослинних і живих організмах, до складу ДНК.Міститься в м'язової тканини - 67%, кісткової тканини - 36% і крові людини (влюдському організмі масою 70 кг в середньому міститься 16 кг пов'язаноговуглецю).
Вільний вуглець
У вільному вигляді вуглецьзустрічається в декількох аллотропних модифікаціях - алмаз, графіт, карбін,вкрай рідко фулерени. У лабораторіях також були синтезовані багато іншихмодифікації: нові фулерени, нанотрубки, наночастинки і ін
Алмаз - безбарвна, прозора, сильнозаломлююче світло речовина. Алмаз твердіше всіх знайдених в природі речовин, алепри цьому досить крихкий. Він настільки твердий, що залишає подряпини набільшості матеріалів.
Щільність алмазу - 3,5г/см3, tплав = 3730С, tкип = 4830оС. Алмаз можна отримати з графіту при p> 50тис. атм. і tо = 1200оC У алмазі кожен 4-х валентний атом вуглецю пов'язаний зіншим атомом вуглецю ковалентного зв'язком і кількість таких пов'язаних в каркасатомів надзвичайно велике.
Безперервна тривимірнасітка ковалентних зв'язків, яка характеризується великою міцністю,визначає багато властивостей алмазу, так то погана тепло-і електропровідність,а також хімічна інертність. Алмази дуже рідкісні і цінні, їх вага вимірюється вкаратах (1 карат = 200мг). Огранований алмаз називають діамантом.
Графіт
Графіт - стійка принормальних умовах алотропна модифікація вуглецю, має сіро-чорний колір іметалевий блиск, здається жирним на дотик, дуже м'який і залишає чорнісліди на папері.
Атоми вуглецю в графітірозташовані окремими шарами, утвореними з плоских шестикутників. Коженатом вуглецю на площині оточений трьома сусідніми, розташованими навколо ньогоу вигляді правильного трикутника.
Графіт характеризуєтьсяменшою густиною і твердістю, а також графіт може розщеплюватися на тонкілусочки. Лусочки легко прилипають до паперу - ось чому з графіту роблятьгрифелі олівців. У межах шестикутників виникає схильність дометалізації, що пояснює гарну тепло-і електропровідність графіту, атакож його металевий блиск.
Фулерени
Фулерени - класхімічних сполук, молекули яких складаються тільки з вуглецю, числоатомів якого парно, від 32 і більше 500, вони представляють за структурою опуклімногогранники, побудовані з правильних п'яти-і шестикутників.
Походження терміну"Фулерен" пов'язане з ім'ям американського архітектора РічардаБукмінстера Фуллера, конструювати напівсферичні архітектурніконструкції, що складаються з шестикутників і п'ятикутників.
На початку 70-х роківфізхімік-органік Е.Осава припустив існування порожнистої, високосімметрічноймолекулиС60, зі структурою у вигляді усіченого ікосаедра, схожою на футбольнийм'яч. Трохи пізніше (1973 р.) російські вчені Д.А. Бочвар і Є.Г. Гальперинзробили перші теоретичні квантово-хімічні розрахунки такої молекули ідовели її стабільність.
Перший спосіб отримання тавиділення твердого кристалічного фулерену був запропонований у 1990 р. В. Кречмеромі Д. Хафманом з колегами в інституті ядерної фізики в м. Гейдельберзі(Німеччина).
На противагупершим двом, графіту і алмазу, структура яких являє собоюперіодичну решітку атомів, третя форма чистого вуглецю ємолекулярної. Це означає, що мінімальним елементом її структури є неатом, а молекула вуглецю, що представляє собою замкнуту поверхню, якамає форму сфери.
У фулеренів плоска сіткашестикутників (графітова сітка) згорнута і зшита в замкнуту сферу. При цьомучастина шестикутників перетвориться в п'ятикутник. Утворюється структура -усічений ікосаедр. Кожна вершина цієї фігури має трьох найближчих сусідів.Кожен шестикутник межує з трьома шестикутниками і трьома п'ятикутниками,а кожен п'ятикутник межує тільки з шестикутниками.
Фулерени з n <60виявилися нестійкими, хоча з чисто топологічних міркувань найменшимможливим фулереном є правильний додекаедр С20.
Молекули фулеренів, вяких атоми вуглецю зв'язані між собою як одинарними, так і подвійнимизв'язками, є тривимірними аналогами ароматичних структур. Маючи високуелектронегативність, вони виступають в хімічних реакціях як сильніокислювачі. Приєднуючи до себе радикали різної хімічної природи, фулерениздатні утворювати широкий клас хімічних сполук, що володіютьрізними фізико-хімічними властивостями.
Висновок
Хоча фулерени маютькоротку історію, це напрям науки швидко розвивається, залучаючи до себевсе нових дослідників. Вона включає три напрямки: фізика фулеренів,хімія фулеренів і технологія фулеренів.
Фізика фулеренівзаймається дослідженням структурних, механічних, магнітних, оптичнихвластивостей фулеренів та їх сполук. Сюди відноситься також вивчення характерувзаємодії між атомами вуглецю в цих з'єднаннях, властивості і структурасистем, що складаються з молекул фулеренів. Фізика фулеренів є найбільшпросунутою гілкою в галузі фулеренів.
Хімія фулеренів пов'язанаіз створенням та вивченням нових хімічних сполук, основу якихсоставляютфуллерени, а також вивчає хімічні процеси, в яких вониберуть участь. Слід зазначити, що по концепціям і методам дослідження ценапрямок хімії багато в чому принципово відрізняється від традиційної хімії.
Технологія фулереніввключає в себе як методи виробництва фулеренів, так і різні їхдодатка.
