Реферат по дисциплине: «Химия» на тему: «Многоликий углерод» (стр. 1 )

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

"Средняя общеобразовательная школа № 000"

РЕФЕРАТ
по дисциплине: «Химия»
на тему: «Многоликий углерод»

Выполнила:

ученица 8А

Учитель:

Новокузнецк, 2016

Содержание

ВВЕДЕНИЕ        2

1. Особенности атома углерода        3

2. Алмазы        3

2.1 Строение атома и физические свойства        3

2.2 Нахождение алмазов в природе. Синтетические алмазы        4

2.3 Первые попытки получения синтетических алмазов.        5

2.4 Получение        6

2.5 Области применения алмазов        7

3. Графит        8

3.1 История открытия графита        8

3.2 Строение графита        8

3.3 Области применения графита.        9

4. Карбин        10

4.1 История открытия        10

4.2 Свойства карбина        11

4.3 Применения карбина        12

5. Фуллерен        13

5.1 История открытия        13

5.2 Свойства фуллерена        14

5.3 Применение фуллеренов        15

5.4 Нанотрубки        17

6. Графен        18

6.1 Открытие графена        18

5.2 Свойства графена        19

5.3 Применение графена        20

Заключение        22

Список используемой литературы        23

ВВЕДЕНИЕ

Углерод известен человеку с глубокой древности. Можно предположить, что человек встретился с аморфным углеродом, еще не умея разводить огонь, когда видел леса после пожара.

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 - это элемент, который образует веществ больше, чем все остальные элементы вместе взятые. Углерод – это основа жизни на Земле, так как все органические вещества, в том числе и белки, состоят из атомов углерода. В тоже время за изучение свойств чистого углерода ученые взялись сравнительно недавно - около 20 лет назад.

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).

Но углерод имеет большее практическое значение и в неорганической химии.

Для углерода характерно такое явление, как аллотропия – способность образовывать несколько простых веществ. В природе углерод существуют в виде двух простых веществ – графита и алмаза, сюда можно отнести и аморфный углерод в виде активированного угля, но необходимо отметить, что данный вид углерода содержит примеси.

Познакомившись с явлением аллотропией и аллотропными формами углерода, мне стало интересно более глубоко изучить аллотропные формы углерода. Особенно интересно было узнать о новых недавно открытых формах углерода.

Цель работы: расширить знания об аллотропных формах углерода: их строении и применениях.

Задачи:

- изучить литературу по данному вопросу;

- определить причину различия в свойствах веществ;

- выявить связь свойств с применением данных форм.

Мною была рассмотрена учебная литература (2 учебника разных авторов), дополнительная литература(как современная, так и достаточно старая). Так как такие формы, как графен и фуллерены открыты совсем недавно, то информация о них можно найти только в научных статьях. Поэтому необходимая информация получалась с помощью источников в Интернет.

1. Особенности атома углерода

Углерода имеет особенное строение атома. На последнем уровне у него находится 4 электрона и небольшой радиус, поэтому он легко образуется прочные ковалентные связи.

Углерод в отличии от других атомов углерода способен образовывать длинные цепи соединяясь с собственными атомами, при этом данные цепи могут быть замкнутыми, разветвленными и другими.

Природный углерод состоит из двух изотопов 12С (98,892%) и 13С (1,108%). Исследованиями советского академика атмосферы холодных звезд было доказано, что содержание 13С в некоторых звездах примерно в 100 раз больше по сравнению с его содержанием на Земле.

Изотоп 12С является промежуточным звеном в цепи превращения водорода в гелий – ядерных процессов, за счет которых Солнце и звезды излучают огромное количество энергии.

2. Алмазы

2.1 Строение атома и физические свойства

Алмаз состоит из атомов углерода с sp3 – гибридизацией валентных электронов. В его пространственно полимерной структуре каждый атом связан с четырьмя соседними атомами 4 сигма-связями.

Рис.1 Строение алмаза

Главные отличительные черты алмаза — высочайшая среди минералов твердость наиболее высокая теплопроводность среди всех твердых тел, большие показатель преломления и дисперсия. Алмаз является диэлектриком. У алмаза очень низкий коэффициент трения по металлу на воздухе — всего 0,1, что связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие пленки не образуются, коэффициент трения возрастает и достигает 0,5-0,55. Низкий коэффициент трения обуславливает исключительную износостойкость алмаза на истирание. Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению с другими известными материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия. Энергия кристалла составляет 105 Дж/г-ат, энергия связи 700 Дж/г-ат — менее 1 % от энергии кристалла.

Температура плавления алмаза составляет 3700-4000°C. На воздухе алмаз сгорает при 850—1000°С, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720—800°С, полностью превращаясь в конечном счёте в углекислый газ. При нагреве до 2000-3000°С без доступа воздуха алмаз переходит в графит. Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2,417, а для различных цветов спектра он варьирует от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый цвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0,063.

Одним из важных свойств алмазов является люминесценция. Под действием солнечного света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать — светиться различными цветами. Под действием катодного и рентгеновского излучения светятся все разновидности алмазов, а под действием ультрафиолетового — только некоторые. Рентгено - люминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из породы. Большой показатель преломления, наряду с высокой прозрачностью и достаточной дисперсией показателя преломления (игра цвета) делает алмаз одним из самых дорогих драгоценных камней (наряду с изумрудом и рубином которые соперничают с алмазом по цене). Алмаз в естественном виде не считается красивым. Красоту придаёт алмазу огранка, создающая условия для многократных внутренних отражений. Огранённый алмаз называется бриллиантом.

2.2 Нахождение алмазов в природе. Синтетические алмазы

Алмазы — редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны на всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет назад алмазы в промышленных масштабах добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовые трубки, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях.

Известны метеоритные алмазы, внеземного, возможно — досолнечного, происхождения. Алмазы также образуются при ударном метаморфозе при падении крупных метеоритов. Кроме этого, алмазы были найдены в кровлевых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений. И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы мелки настолько, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.

В России первый алмаз был найден 4 июля 1829 года на Урале в Пермской губернии на Крестовоздвиженском золотом прииске четырнадцатилетним крепостным Павлом Поповым, который нашел кристалл, промывая золото. За полукаратный кристалл Павел получил вольную. Павел привел ученых -  участников экспедиции - в котором был  немецкий ученый Александр Гумбольдт, на то место, где он нашел первый алмаз (сейчас это место называется Алмазный ключик (по одноименному источнику и расположено приблизительно в 1 км от пос. Промыслам недалеко от старой автомобильной дороги, связывающей поселки Промыслам и Теплая Гора Горнозаводского района Пермского края). Там было найдено еще два небольших кристалла. За 28 лет дальнейших поисков был найден только 131 алмаз общим весом в 60 карат. Первый алмаз в Сибири был найден неподалеку от города Енисейска в ноябре 1897 года на реке Мельничной. Размер алмаза составлял 2/3 карата. Из-за малого размера обнаруженного алмаза, и недостатка финансирования разведка алмазов не велась. Следующий алмаз был обнаружен в Сибири в 1948 году. Поиск алмазов в России вёлся почти полтора века, и только в середине 50-х годов были открыты богатейшие коренные месторождения алмазов в Якутии. 21 августа 1954 года геолог Лариса Попугаева открыла первую кимберлитовую трубку за пределами Южной Африки. Её название было символично — «Зарница». Следующей стала трубка «Мир», что тоже было символично после Великой отечественной войны. Была открыта трубка «Удачная». Такие открытия послужили началом промышленной добычи алмазов на территории СССР. На данный момент львиная доля добываемых в России алмазов приходится на якутские горнообрабатывающие комбинаты.