Менделеева; компьютер; мультимедийный проектор и экран. Модели кристаллических решеток алмаза и графита. Образцы изделий из графита карандаши, электроды и сажи тушь, краски, резина. Прибор для восстановления меди углем из её оксида. Любой человек, невзирая на возраст, любит путешествовать. Вот и я приглашаю вас совершить Путешествие в мир Углерода. История знакомства человека с этим веществом уходит далеко вглубь веков. Неизвестно имя того, кто открыл углерод. Неизвестно, какая из форм чистого углерода — графит или алмаз — была открыта раньше. В XVII — XVIII вв. Лавуазье, изучая горение угля на воздухе и в кислороде, пришел к выводу, что уголь — всего лишь простое вещество. Определите положение углерода в периодической таблице химических элементов Д. Вспомним схему строения атома. Углерод — неметалл, относится к р — семейству. Вспомните явление аллотропии, характерной для многих элементов — неметаллов. Способность атомов одного химического элемента образовывать несколько простых веществ. Эти простые вещества называются — аллотропными видоизменениями или модификациями. Углерод образует аллотропные модификации: Причина этого явления состоит в разном строении кристаллических решеток демонстрирует модели решеток алмаза и графита. Когда-то люди, охотившиеся за алмазами, и не подозревали, что предметом 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 температуре С, не оставляя твердого остатка, как и обычный уголь. В структуре алмаза каждый атом углерода имеет четырех соседей, которые расположены от него на равных расстояниях в вершинах тетраэдра. Весь кристалл представляет собой единый трехмерный каркас. С этим связаны многие свойства алмаза, в частности его самая высокая среди минералов твердость. Кристаллы алмаза, особенно ограненные бриллианты , очень сильно преломляют свет. Часто алмазы имеют тот или иной оттенок. Известны алмазы оранжевого, голубого, розового, желтого, молочно-белого, синего, зеленого, черного цвета. Окраска связана как с дефектами в их кристаллической структуре, так и с замещением части атомов углерода на атомы бора, азота и даже алюминия. Серая и черная окраска алмазов обусловлена включениями графита. На нем три надписи на персидском языке. Камень найден в центральной Индии в конце XVI в. До года хранился у владетелей Ахмеднагары, после чего в результате войн, перешел к великим моголам, где в году известный путешественник Тавернье видел его висящим в качестве талисмана на троне Ауренг-Зеба. В году при разгроме Дели шахом Надиром алмаз вместе с другими камнями был увезен в Персию, а в году поднесен персидским шахом Николаю I как выкуп за убийство русского дипломата и писателя А. В России ювелирные алмазы вошли в моду в середине XVIII в. Ими украшали не только царские диадемы и скипетры, но также брелки, застежки, трости, табакерки и даже обувь! Собрание исторических бриллиантов и изделий из них хранится в Алмазном фонде Оружейной палаты Московского Кремля и золотых кладовых Санкт-петербургского Эрмитажа. В древности графит считали одним из минералов свинца, возможно из-за того, что, подобно свинцу, он оставляет на бумаге след. Луи Бернар Гитон де Морво при осторожном нагревании алмаза без доступа воздуха получил порошок графита. Графит представляет собой темно-серое с металлическим блеском, мягкое, жирное на ощупь вещество. Хорошо проводит электрический ток. В графите атомы углерода расположены в параллельных слоях, образуя гексагональную сетку. Внутри слоя атомы связаны гораздо сильнее, чем один слой с другим, поэтому свойства графита сильно различаются по разным направлениям. Графит широко применяется в технике. Графитовый порошок используют для изготовления минеральных красок, а также в качестве смазочного материала — между отдельными слоями графита взаимодействие настолько слабое, что возникает скольжение. Графитовые стержни служат электродами во многих электрохимических процессах; из смеси графита с глиной изготавливают тигли для плавки металлов. Блоки из особо чистого графита являются основным материалом для создания атомных реакторов. В первом отечественном реакторе, например, было использовано т графита. В году трое ученых — Гарольд Крото Великобритания , Роберт Керл и Ричард Смелли США были удостоены Нобелевской премии в области химии за открытие молекулярной формы углерода — фуллерена. Фуллерены представляют собой кристаллическое вещество черного цвета с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников. Слайд 16 - В году фуллерены обнаружены в природе — в минерале шунгите аморфном углероде , названном в честь поселка Шуньга в Карелии. Неудивительно, что долгое время примесь фуллерена в шунгите не замечали: Усилия многих ученых — физиков, химиков, материаловедов — направлены на развитие нанотехнологии — технологических процессов, осуществляемых на молекулярном уровне. В году японские ученые на стенках прибора, в котором проводили синтез фуллеренов, обнаружили наночастицы углерода — полые углеродные трубки диаметром нм, их стенки состоят всего из нескольких слоев атомов. Сортами этого углерода являются древесный уголь, кокс и сажа. Древесный уголь получается при нагревании без доступа воздуха древесины. Он применяется в качестве топлива в кузнечных горнах, жаровнях, используется в металлургии при выплавке некоторых цветных металлов и особо чистых сортов чугуна. Однако больше известно применение древесного угля, основанное на его способности к адсорбции — способности поглощать адсорбировать различные вещества газы, растворенные в воде краски и т. Открытое русским химиком Ловицем явление адсорбции широко используется для очистки сахара на рафинадных заводах от веществ, придающих ему желтый цвет; для очистки спирта. Зелинский на основе адсорбционных свойств древесного угля разработал фильтрующий противогаз. Слайд 24 - В нормальных условиях углерод химически малоактивен, однако при высокой температуре он реагирует со многими веществами. Самой активной формой является аморфный углерод, менее активен графит, самый инертный — алмаз. При нагревании углерод соединяются с кислородом, образуя оксид углерода IV , или углекислый газ:. С водородом углерод соединяется только при высоких температурах и в присутствии катализаторов. В зависимости от температуры образуются различные углеводороды, например, метан:. В природе углерод встречается в свободном и связанном состоянии, главным образом в виде карбонатов мел, известняк, мрамор , в каменных и бурых углях, торфе. Углерод входит в состав нефти, природного газа, воздуха, растений, организмов человека и животных. Его соединения составляют основу живой природы — флоры и фауны. Среди жизненно важных элементов углерод — один из важнейших: Действительно, атомы углерода могут соединяться разнообразными способами между собой и с атомами многих других элементов, образуя огромное разнообразие веществ. Их химические связи могут возникать и разрушаться под действием природных факторов. Так возникает круговорот углерода в природе: Где углерод, там многообразие веществ, где углерод, там самые разнообразные по молекулярной архитектуре конструкции. Неоценимо значение соединений углерода в жизни человека — повсюду нас окружает связанный углерод: Соединения углерода играют большую роль и в существовании самого человеческого организма. Школа цифрового века Педагогический университет. Подать заявку Личный кабинет. Главная Положение о фестивале и конкурсах Содержание: Костенко Валентина Александровна , учитель химии. Школа цифрового века Педагогический университет Вебинары Педагогический марафон Учительская книга.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны. В природе углерод встречается в свободном и связанном состоянии, главным образом в виде карбонатов мел, известняк, мрамор , в каменных и бурых углях, торфе. Углерод входит в состав нефти, природного газа, воздуха, растений, организмов человека и животных. Его соединения составляют основу живой природы - флоры и фауны. Aтом углерода имеет 6 электронов, 2 на внутреннем слое 1s2 , а 4 2s22р2 - на внешнем. С наиболее активными металлами углерод проявляет степень окисления Углерод способен соединяться между собой с образованием прочных длинных цепей. В отличие от кислорода и азота углерод при обычных условиях не образует молекул, у него атомная кристаллическая решетка. Существуют четыре aллoтрoпных мoдификации углерода: В структуре алмаза каждый атом углерода находится в состоянии sp3-гибридизации и имеет четырех соседей, которые расположен в вершинах правильного тетраэдра, весь кристалл представляет собой трехмерный каркас, с этим связана высокая твердость алмаза, самая высокая среди природных веществ. Кристаллизуется в виде двух полиморфных модификаций - кубичeской и гeксальной. 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. В мoлекуле карбина атомы углерода соединены в цепочки поочередно либо тройными и одинарными связями полииновое строение , либо пoстоянно двoйными связями поликумуленовое строение. На основании результатов дальнейших исследований структуры кристаллического карбина была предложена модель его элементарной ячейки. Согласно этой модели элементарная ячейка карбина составлена параллельными цепочками углерода, имеющими зигзаги, благoдаря которым ячейка оказывается двуслойной. Толщину одного слоя составляет цепочка из шести атомов углерода. В нижнем слое цепочки плoтно упакованы и расположены в центре и по угламгексагона, тогда как в верхнем слoе центральная цепочка отсутствует, а в образовавшейся вакансии могут располагаться атомы примеси. Вoзможно, что они являются катализаторами кристаллизации карбина. Такая модель дает ключ к раскрытию феномена карбина и oбъясняет, в какой конфигурации может стабилизироваться в общем случае неустойчивая совокупность линейных цепочек углерода. В молекулах букибола атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы или эллипсоида. Самый симметричный и наиболее полно изученный представитель семейства букибола --букибол C60 , в котором углеродные атомы образуют усеченный икосаэндр , состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и напоминающий футбольный мяч. Так как каждый атом углерода букибола С60 принадлежит одновременно двум шести- и одному пятиугольнику, то все атомы в С60 эквивалентны, что подтверждается спектром ядерного магнитного резонанса ЯМР изотопа 13С -- он содержит всего одну линию. Однако не все связи С-С имеют одинаковую длину. Кроме того, связь первого типа двойная, а второго -- одинарная, что существенно для химии фуллерена С В то время как цена других драгоценных камней определяется модой и постоянно меняется, алмаз остаётся островком стабильности на бурном рынке драгоценностей. В значительной степени такое устойчивое положение алмаза обусловлено высокой монополизацией этoго рынка. Подавляющая часть по стоимости природных алмазов используется для производства бриллиантов. Исключительная твердость алмаза находит своё применение в промышленности: Потребность в алмазе для промышленного применения вынуждает расширять производство искусственных алмазов. В последнее время проблема решается за счёт кластерного и ионно-плазменного напыления алмазных плёнок на режущие поверхности. Алмазный порошок как отход при обработке природного алмаза, так и полученный искусственно используется как абразив для изготовления режущих и точильных дисков, кругов и т. Крaйне перспективно развитие микроэлектроники на алмазных подложках. Уже есть гoтовые изделия, обладающие высокой термо- и радиационной стойкостью. Тaкже перспективно использование алмаза, как активного элемента микроэлeктроники, осoбенно в сильнoточной и высоковольтной электронике из-за большой величины пробивного напряжения и высокой теплопроводности. При изготовлении полупроводниковых приборов на основе алмаза используются, как правило, допированые плёнки алмаза. Так, допированный бором алмаз имеет p-тип проводимости, фосфором -- n-тип. Из-за большой ширины зоны алмазные светодиоды работают в ультрафиолетовой области спектра. В году в ИФВД РАН впервые синтезировали алмаз, имеющий сверхпроводящий переход при температуре К зависит от степени легирования. Полученный алмаз представлял собой сильнолегированный бромполикристаллический образец, позже в Японии получили алмазные плёнки, переходящие в сверхпроводящее состояние при температурах К. Пока сверхпроводимость алмаза представляют интерес лишь с научной точки зрения. А также для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита:. Хорошая электропроводность, и как следствие -- его пригодность для изготовления электрода. Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде -- это углекислый газ. Газообразность продукта означает, что он выходит из электролизёра сам, и не требует специальных мер по его удалению из зоны реакции. Это свойство существенно упрощает технологию производства алюминия. Возможности использования графита безумно разнообразны, он используется как: Связи между её звеньями могут быть либо двойными, либо чередующимися тройными и одинарными. Карбин представляет особый интерес для химиков и нанотехнологов, поскольку он наиболее прочный и жесткий из всех известных материалов. Шестой элемент таблицы Менделеева, углерод, подарил миру множество необычных материалов. Теоретически существование цепочечной формы углерода было предсказано еще в конце 19 века. Астрономы обнаружили признаки присутствия карбина в межзвездной пыли и веществе метеоритов. Карбин может образовываться естественным путем и при ударном сжатии графита. В лабораторных условиях достаточно длинные углеродные цепочки до 44 атомов удалось синтезировать лишь пару лет назад. Ученые также смогли получить и стабилизировать карбин при комнатной температуре. Вокруг карбина было воздвигнуто множество предположений. Например, считалось, что при взаимодействии двух нитей карбина пройдет взрывная реакция их слияния. Ученые единогласно утверждали, что карбин - очень прочный и жесткий, но насколько? Экспериментальной проверкой теорий и численным измерением характеристик карбина исследователи занялись только сейчас. Для того чтобы разорвать цепочку карбина, надо приложить усилие порядка 10 нН. Благодаря этому барьеру цепочки карбина длиной около 14 нм могут оставаться стабильными при комнатной температуре примерно в течение суток. Поэтому ряд исследований был связан с вопросами использования фуллеренов в качестве нового материала для традиционных приложений в электронике: Здесь их преимуществом по сравнению с традиционным кремнием является малое время фотоотклика единицы нс. Однако существенным недостатком оказалось влияние кислорода на проводимость плёнок фуллеренов и, следовательно, возникла необходимость в защитных покрытиях. В этом смысле более перспективно использовать молекулу фуллерена в качестве самостоятельного наноразмерного устройства и, в частности, усилительного элемента. В качестве иллюстрации применения фуллеренового фоторезиста можно привести пример получения субмикронного разрешения? Фуллереновые добавки для роста алмазных плёнок методом CVD: Другой интересной возможностью практического применения является использование фуллереновых добавок при росте алмазных плёнок CVD-методом Chemical Vapor Deposition. Введение фуллеренов в газовую фазу эффективно с двух точек зрения: В качестве строительных блоков выступают фрагменты С2, которые оказались подходящим материалом для роста алмазной плёнки. Экспериментально показано, что скорость роста алмазных плёнок достигает 0. Для реальной конкуренции алмазов с другими полупроводниками в микроэлектронике необходимо разработать метод гетероэпитаксии алмазных плёнок, однако рост монокристаллических плёнок на неалмазных подложках остаётся пока неразрешимой задачей. Один из возможных путей решения этой проблемы -- использование буферного слоя фуллеренов между подложкой и плёнкой алмазов. Предпосылкой к исследованиям в этом направлении является хорошая адгезия фуллеренов к большинству материалов. Перечисленные положения особенно актуальны в связи с интенсивными исследованиями алмазов на предмет их использования в микроэлектронике следующего поколения. Высокое быстродействие высокая насыщенная дрейфовая скорость ; максимальная, по сравнению с любыми другими известными материалами, теплопроводность и химическая стойкость делают алмаз перспективным материалом для электроники следующего поколения. Среди других интересных приложений следует отметить аккумуляторы и электрические батареи, в которых так или иначе используются добавки фуллеренов. Основой этих аккумуляторов являются литиевые катоды, содержащие интеркалированные фуллерены. Фуллерены также могут быть использованы в качестве добавок для получения искусственных алмазов методом высокого давления. При этом выход алмазов увеличивается на? Фуллерены могут быть также использованы в фармакологии для создания новых лекарств. Так, в году были проведены исследования, показавшие, что эти вещества могут оказаться перспективными для разработки противоаллергических средств[22][23]. Различные производные фуллеренов показали себя эффективными средствами в лечении вируса иммунодефицита человека: Такой размер почти совпадает с диаметром молекулы фуллерена. Синтезировано производное фуллерена, которое растворимо в воде. Оно блокирует активный центр ВИЧ-протеазы, без которой невозможно образование новой вирусной частицы. Кроме того, фуллерены нашли применение в качестве добавок в интумесцентные вспучивающиеся огнезащитные краски. За счёт введения фуллеренов краска под воздействием температуры при пожаре вспучивается, образуется достаточно плотный пенококсовый слой, который в несколько раз увеличивает время нагревания до критической температуры защищаемых конструкций. Также фуллерены и их различные химические производные используются в сочетании с полисопряжёнными полупроводящими полимерами для изготовления солнечных элементов. А на последок самое интересное: Предсказано существование новой модификации углерода. Опираясь на результаты расчётов из первых принципов, китайские исследователи составили описание нового кристаллического аллотропа углерода. Аллотропическими модификациями химического элемента называют образуемые им простые вещества, отличающиеся друг от друга по строению и свойствам. К числу наиболее известных аллотропов углерода относятся алмаз, графит, графен и фуллерены. Новая модификация, которую авторы называют Т-углеродом, получается из кубического алмаза путём замены каждого его атома на тетраэдр из атомов C. Т-углерод будет полупроводником с запрещённой зоной шириной примерно в 3 эВ и прямыми переходами. По мнению физиков, такой аллотроп может найти применение в аэрокосмической промышленности. Можно также попытаться использовать его полупроводящие свойства или приспособить этот относительно лёгкий материал для хранения водорода. Коллеги учёных, впрочем, сомневаются в том, что Т-углерод вообще будет получен и окажется стабильным. В отличие от других экзотических модификаций, которые создаются в условиях чрезвычайно высокого давления, Т-углерод требует давления ниже атмосферного. Аллотропные формы углерода алмаз, карбин и графит , их схематическое изображение. История открытия карбина, подтверждение полиинового строения цепочек. Кристаллическая структура карбина, спектры рентгеновского анализа. Место углерода в таблице химических элементов: Адсорбция как важное свойство углерода. Изобретение противогаза и угольных фильтров. Многообразие соединений углерода, их распространение в природе и применение. Физические свойства и строение атома свободного углерода. Структура алмаза и графита. Атомы углерода в графите. Фуллерены как класс химических соединений, молекулы которых состоят из углерода. Первый способ получения твердого кристаллического фуллерена. Электрические, магнитные, оптические, физико-механические, термические свойства алмаза. Изучение структуры графита, его антифрикционные и химические свойства. Образование, применение озона и кислорода. 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. Его основные кристалические модификации. Углерод глазами кристаллохимика и химика-неорганика. Применение углерода в металлургии. Возможности образования алмазов вне земной коры. Очистка газа от двуокиси углерода. Метод низкотемпературной абсорбции метанолом. Равновесие основной реакции при различных температурах. Термодинамический анализ процесса очистки конвертированного газа от диоксида углерода. Получение углерода термическим разложением древесины, поглощение углем растворенных веществ и газов. Взаимодействие углекислого газа со щелочью, получение оксида углерода и изучение его свойств. Ознакомление со свойствами карбонатов и гидрокарбонатов. Представление о строении метана молекулярная, электронная и структурная формулы. Физические свойства, нахождение в природе, тип химической связи и пространственное строение молекулы и атома углерода в трёх валентных состояниях, понятие гибридизации. Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Главная Библиотека "Revolution" Химия Аллотропные модификации углерода, их строение и использование. Особенности строения углерода, его местоположение в природе. Характеристика четырех видов aллoтрoпных модификаций углерода: Процесс их добычи, обработки и применения в производстве. Общие сведения, аллотропия углерода Углерод лат. Применение 1 Огранённый алмаз бриллиант уже многие десятилетия является популярнейшим и дорогим драгоценным камнем. Также применяются в квантовых кoмпьютерах, в часовой и ядерной промышленности. В частности, при получении алюминия используются сразу два свойства графита: Хорошая электропроводность, и как следствие -- его пригодность для изготовления электрода Газообразность продукта реакции, протекающей на электроде -- это углекислый газ. Предсказано существование новой модификации углерода Опираясь на результаты расчётов из первых принципов, китайские исследователи составили описание нового кристаллического аллотропа углерода. Карбин - третья аллотропная форма углерода. Основные характеристики и свойства углерода. Углерод и его основные неорганические соединения. Очистка конвертированного газа в производстве аммиака от диоксида углерода растворами горячего поташа. Разработка урока по теме: Другие документы, подобные "Аллотропные модификации углерода, их строение и использование".
https://gist.github.com/bb334f9ca83a66f3c3b79553ecf15eef
https://gist.github.com/20b4e2ebfee7186111c0e453844a9684
https://gist.github.com/08beb4fac80ad2d5f3819d086ae4b49a