Презентація " Вуглецеві матеріали"

Вуглецеві матеріали Підготувала вчитель хімії Великоснітинського ЗЗСО І-ІІІ ступенів Мельничук Олена Василівна

Вугле́ць, карбо́н — хімічний елемент з атомним номером 6, що належить до 14-ї групи, 2-го періоду періодичної системи хімічних елементів; представник поліатомних неметалів. Простими речовинами вуглецю (карбону) через його особливі хімічні властивості є кілька алотропних модифікацій із власними назвами, з яких найпоширенішими є: прозорий, дуже твердий алмаз; матово-чорний із металевим блиском, м'який графіт; мікропористе деревне вугілля; порошкоподібна сажа. Простої речовини із назвою вуглець не існує. Карбон є одним із поширених елементів земної кори, складаючи близько 0,1 % її маси. Сполуки вуглецю є основою всіх живих організмів

Вуглець-речовина з найбільшим числом алотропічних модифікацій Вуглець утворює декілька алотропних видозмін Природні Штучні алмаз графіт фулерен карбіт графейн аморфний вуглець

Чотири кристалічні модифікації карбону Графіт Алмаз Карбін Лонсдейліт

Алмаз Алмаз — прозора, безбарвна або трохи забарвлена домішками в різноманітні відтінки кристалічна речовина. Для відшліфованих алмазів, діамантів, характерна особлива гра світла, зумовлена сильним заломленням на гранях. В алмазі кожен атом Карбону утворює ковалентні зв'язки із чотирма іншими атомами. Як наслідок утворюється гранецентрована кубічна структура із двох підґраток, що отримала назву структури алмазу. Така структура характерна також для інших елементів 14 підгрупи періодичної таблиці: Кремнію та Германію. Завдяки своїй надзвичайній твердості він широко застосовується при бурінні твердих гірських порід, обробці твердих металів, виробництві абразивів тощо. Відшліфовані безбарвні кристали алмазу — діаманти — коштовні прикраси.

Карбін Кристалічна модифікація вуглецю гексагональної сингонії з ланцюговою будовою молекул називається карбін. На вигляд дрібнокристалічний порошок чорного кольору (густина 1,9—2 г/смі). Карбін — лінійний полімер вуглецю. Кристалічна структура карбіну характеризується наявністю довгих ланцюжків із атомів вуглецю, розташованих паралельно.  Карбін зустрічається в природі у вигляді мінералу чаоіту (білі прожилки і вкраплення в графіті), а також отриманий штучних умовах з довгих ланцюжків атомів вуглецю, укладених паралельно один одному — окисною дегідрополіконденсацією ацетилену, дією лазерного випромінювання на графіт, з вуглеводнів

Графіт Графіт — темно-сіра непрозора дрібнокристалічна речовина, жирна на дотик. На відміну від алмазу графіт добре проводить електричний струм та тепло і дуже м'який. Графіт у великих кількостях одержують штучно — нагріванням  коксу або антрациту в спеціальних електричних печах при температурі близько 3000 °C і підвищеному тиску без доступу повітря. Штучний графіт відзначається високою чистотою і м'якістю. За своїми властивостями він кращий за природний. Графіт широко застосовується для виготовлення електродів, в суміші з глиною для виробництва вогнетривких тиглів. З графіту роблять звичайні олівці. В суміші з мінеральними оливами його використовують як мастило для машин, що працюють при підвищених температурах.

Різка відмінність у фізичних властивостях алмазу і графіту зумовлена різною кристалічною будовою. В кристалах алмазу кожний атом вуглецю оточений чотирма іншими атомами, розміщеними на однаковій віддалі один від одного. В кристалах графіту атоми вуглецю розміщені у кутах правильних шестикутників в одній площині і утворюють окремі шари. Віддаль між окремими шарами більша, ніж між атомами в тому ж шарі. Внаслідок цього зв'язок між окремими шарами значно слабший, ніж між атомами того ж шару. Тому кристали графіту легко розщеплюються на окремі лусочки, які самі по собі досить міцні.

Лонсдейліт Лонсдейліт виявлено в метеоритах і отримано штучно; його структура та фізичні властивості остаточно не встановлено. Цю речовину називають «гексагональним алмазом», тому що воно складається з графіту, тільки зміненого. У природі дуже рідко зустрічається в метеоритних кратерах, але там його твердість навіть поступається твердості карбонада . Вся справа в домішках, які обов'язково присутні в природних зразках лонсдейліта .

Застосування Деревне вугілля має здатність адсорбувати (поглинати) на своїй поверхні різні гази та деякі речовини з розчинів. Адсорбція відбувається поверхнею вугілля, тому воно здатне поглинати (адсорбувати) тим більшу кількість речовин, чим більша його сумарна поверхня, тобто чим більше воно подрібнене або пористе. Пористість, а разом з тим і адсорбційна здатність деревного вугілля різко збільшується при попередньому нагріванні в струмені водяної пари. При цьому пори вугілля очищуються від смолистих речовин і його внутрішня поверхня дуже збільшується. Таке вугілля називається активованим. Активоване деревне вугілля широко використовують у цукровому виробництві для очистки цукрового сиропу від домішок, що надають йому жовтого забарвлення, у спиртовому виробництві для очистки винного спирту від сивушних олій, у деяких виробництвах для вловлювання парів цінних летких речовин — бензину, ефіру, сірковуглецю, бензолу тощо з наступним видаленням їх при нагріванні.

Графіт використовується в олівцевій промисловості, але в суміші з глиною, для зменшення його м'якості. Також його використовують як мастило при особливо високих або низьких температурах. Його неймовірно висока температура плавлення дозволяє робити з нього тиглі для заливки металів. Здатність графіту проводити електричний струм також дозволяє виготовляти з нього високоякісні електроди. Алмаз, завдяки винятковій твердості, незамінний абразивний матеріал. Алмазне напилення мають шліфувальні насадки бормашин. Крім цього, ограновані алмази — діаманти використовуються як дорогоцінне каміння в ювелірних прикрасах. Завдяки рідкісності, високим декоративним якостям і збігу історичних обставин, діамант незмінно є найдорожчим дорогоцінним каменем.

У фармакології та медицині широко використовуються різні сполуки вуглецю — карболен (активоване вугілля), застосовується для абсорбції та виведення з організму різних токсинів; графіт (у вигляді мазей) — для лікування шкірних захворювань; радіоактивні ізотопи вуглецю — для наукових досліджень (радіовуглецевий аналіз).

Вуглець є основою всіх органічних речовин. Будь-який живий організм складається в значній мірі з вуглецю. Джерелом вуглецю для живих організмів зазвичай є СО2 з атмосфери або води. У результаті фотосинтезу він потрапляє в біологічні харчові ланцюги, в яких живі істоти поїдають один одного або останки один одного і тим самим здобувають вуглець для будівництва власного тіла. Біологічний цикл вуглецю закінчується або окисненням і поверненням в атмосферу, або похованням у вигляді вугілля або нафти. Вуглець у вигляді викопного палива: вугілля і вуглеводнів (нафта, природний газ) – один з найважливіших джерел енергії для людства