Соединения, образованные атомами углерода, но отличающиеся строением и свойствами, называются аллотропными модификациями углерода. Основными модификациями углерода являются графит, алмаз, карбин.
- алмаз;
- лонсдейлит;
- наноалмаз;
- графит;
- графен;
- карбин;
- фуллерены;
- фуллерит;
- углеродное волокно;
- углеродные нановолокна;
- углеродные нанотрубки.
В соответствии с геометрическим строением кристаллической решётки выделяют три типа аллотропных модификаций:
- тетраэдрическая (sp3-гибридизация) – один атом углерода, находящийся в центре, связан с атомами в узлах тетраэдра;
- тригональная (sp2-гибридизация) – атомы углерода образуют шестиугольники, связанные друг с другом послойно;
- линейная (sp-гибридизация) – атомы углерода образуют цепочки, связанные одинарными, двойными, тройными связями.
Аморфный углерод образует следующие модификации:
- активированный уголь;
- древесный уголь;
- ископаемый уголь;
- кокс каменноугольный;
- стеклоуглерод;
- углеродная нанопена;
- техуглерод;
- сажа.
Лонсдейлит является гексагональной модификацией алмаза. Наноалмазы, фуллерены, нанотрубки, нанографиты объединены в семейство наноуглеродных кластеров. Они образованы вложенными друг в друга углеродными сферами.
Основные модификации
Наиболее изучены твёрдые формы углерода – алмаз, графит и карбин. Особенности строения и свойства аллотропных модификаций углерода представлены в таблице.
|
Модификация |
Строение решётки |
Свойства |
Применение |
|
Графит |
Тригональное |
Относительно мягкий жирный минерал, обладающий электропроводностью. Имеет серый цвет, металлический блеск. Плотность – 2,23 г/см3. Не плавится. Реагирует со щелочными металлами, солями, кислородом |
Смазка в прокатном производстве. За счёт отслоения тригональной решётки используется в качестве стержня карандаша |
|
Карбин |
Линейное |
Мелкокристаллический порошок с небольшой плотностью. Полупроводник |
Используется в фотоэлементах |
|
Алмаз |
Тетраэдрическое |
Прозрачный минерал, обладающий наибольшей твёрдостью. Обладает теплопроводностью, является полупроводником. Имеет большой показатель преломления. Плавится при температуре 3700°C |
Драгоценный камень, абразив. Из алмаза изготавливают свёрла, ножи, резцы |
При сильном нагревании графит переходит в алмаз, а алмаз – в графит.
Что мы узнали?
Углерод имеет множество аллотропных модификаций. Основные из них – графит, алмаз, карбин. Они отличаются друг от друга физическими, химическими свойствами, строением кристаллической решётки. Наиболее твёрдая модификация – алмаз – используется для изготовления промышленных инструментов. Графит – мягкий минерал – применяется в прокатной промышленности. Благодаря строению способен отслаиваться, оставляя след, поэтому используется в качестве карандашного стержня. Карбин – порошок, который используется в фотоэлементах.
