Физическая и химическая история семейства углерода - графена, графена, соцерена и т. Д.

Углерод - неметаллический элемент второго периодического семейства IVA. Карбоний, латинское слово «уголь, древесный уголь». Углерод - очень распространенный элемент. Он широко встречается в атмосфере, коре и живых организмах во многих формах. Углерод давно признан и используется как ряд углеродных соединений - органическое - это основа жизни. Углерод является одним из компонентов чугуна, кованого железа и стали. Углерод может химически самостоятельно связываться с образованием большого количества соединений, которые являются биологически и коммерчески важными молекулами. Большинство молекул в живых организмах содержат углерод, который существует как в виде свободных элементов (алмаз, графит и т. Д.), Так и в виде соединений (в основном, кальция, магния и других электроположительных элементов карбоната). Он существует в виде углекислого газа, небольшого, но чрезвычайно важного компонента атмосферы. Ожидается, что общее содержание углерода в породах земной коры будет широко варьироваться.

Алмаз происходит из огненного конгломерата вулканических канальцев (вулканических канальцев). Он заключен в мягкой темной щелочной породе, называемой «голубой землей» или «вулканической породой, содержащей алмазы». В 1870 году такая вулканическая трубочка была впервые обнаружена в городе Джимболи, Южная Африка. [10] с изменением геологического времени алмаз можно найти в эрозии гравия и пляжа в результате выветривания и коррозии вулканического цилиндра. Оригинальный способ кристаллизации алмаза все еще является активной темой исследований. Содержание алмаза в типичном алмазном вулканическом цилиндре чрезвычайно низкое, порядок величины составляет 1/5 миллиона. Минералы необходимо отделить механическими методами, такими как дробление и отмучивание, и пропустить через ленту, покрытую мазью, на которую будет прилипать алмаз. В какой-то мере этим объясняется чрезвычайно высокая цена на бриллианты ювелирного качества. В грунтовых условиях элемент редко перемещается с одного места на другое. Итак, количество углерода на Земле - эффективная константа. Поток углерода в природе составляет углеродный цикл. Например, растения забирают углекислый газ из окружающей среды для хранения энергии биомассы, такой как дыхание углерода и цикл Кальвина (процесс фиксации углерода). Часть биомассы переносится хищниками, а часть углерода выдыхается животными в виде углекислого газа. Структура углеродного цикла намного сложнее, чем на схематической диаграмме справа. Например, некоторое количество углекислого газа растворяется в океане, а останки мертвых растений или животных могут образовывать уголь, нефть и природный газ, которые могут выделяться при сжигании, но бактерии не могут их использовать.

аллотропия

Алмазный углерод

Некоторые аллотропы углерода

Некоторые аллотропы углерода

Природный в виде антрацита (разновидность угля), графита и алмазов, исторически более доступных в виде золы или древесного угля. В конце концов, считается, что эти разные материалы сделаны из одних и тех же элементов. Неудивительно, что труднее всего идентифицировать бриллианты. Натуралист Джузеппе Пеаверани из Флоренции и медицинский работник Чиприано Тарджони впервые обнаружили, что алмазы можно разрушить при нагревании. В 1694 году они использовали большое увеличительное стекло, чтобы сфокусировать солнечный свет на алмазе, и камень в конце концов исчез. Pierre-joseph noun и godefroylle taneuse повторили эксперимент в 1771 году. Позже, в 1796 году, британский химик Смитсон Теннант показал, что при сжигании образуется только CO2, и доказал, что алмазы являются лишь формой углерода. (конструкция показана на рисунке а)

Алмаз - наиболее прочная углеродная структура, в которой атомы углерода расположены в виде кристаллической структуры. Каждый атом углерода тесно связан с другими четырьмя атомами углерода, образуя пространственную сетчатую структуру и, наконец, образуя твердое тело с высокой твердостью и низкой активностью. Алмаз высокой температуры кипения, плавления более 3500 ℃, точка плавления равна температуре поверхности некоторых звезд. В молекуле алмаза каждый атом углерода окружен четырьмя другими атомами углерода. Эти атомы углерода связаны друг с другом сильной связующей силой, образуя огромную молекулу, поэтому алмаз очень твердый. Алмаз - изолятор. Используется для украшения, немного материала для ожидания.

Графит представляет собой темно-серый металлический блеск и непрозрачное мелкозернистое твердое тело. Графит относится к смешанным кристаллам, обладающим свойствами как атомарного, так и молекулярного кристалла. Мягкий, жирный, с отличной электропроводностью. Высокая температура плавления и кипения. Каждый атом углерода в молекуле графита связывается только с тремя другими атомами углерода за счет сильной силы, образуя пластинчатую структуру. Сила ламеллярного связывания мала, поэтому в качестве смазки можно использовать графит. Из него делают карандаши, электроды, трамвайные тросы и т. Д. (Конструкция показана на рисунке б).

Сокцерен был открыт в 1985 году учеными Техасского университета Росс в США. В молекуле C60 60 атомов углерода, образующих 32 грани, 20 правильных шестиугольников и 12 правильных пятиугольников. Атомы углерода в фуллеренах связаны вместе сферическими куполами. (структура, показанная на рисунке e, f) представляет собой молекулярный кристалл с низкой температурой плавления и кипения, низкой твердостью и изоляцией.

Лонсдейлит (который имеет тот же тип связи, что и алмаз, но атомы расположены в гексагональной форме, также известной как гексагональный алмаз) (структура показана на рисунке c)

[Чаоит, который образуется при столкновении графита с метеоритами и имеет атомы, расположенные в гексагональной структуре]

Шварцит (гипотетическая структура, в которой гексагональные слои скручены в седло «отрицательной кривизны» из-за наличия семиугольника) углеродное волокно (нитевидный углерод)

Карбонаэрогели (Карбонаэрогели)

Карбонанопена (паутина, фрактальная структура, плотность 1% углеродного аэрогеля, ферромагнетик) [9]

Графен - это двумерный кристалл. Самая большая характеристика графена заключается в том, что электроны движутся со скоростью 1/300 скорости света, что намного быстрее, чем электроны в обычных проводниках. Это делает электроны в графене, точнее, «носителями заряда», очень похожими на релятивистские нейтрино. Обычный графит образован путем наложения слоев плоских атомов углерода в упорядоченную структуру в виде сот. Межслойная сила графита мала, и графитовые листы легко отслаиваются друг от друга. Когда лист графита разделен на один слой толщиной в один атом, это графен.

Аморфный углерод (аморфный, не совсем гетероморфный, но графитовый) (см. Рисунок g)

Химическое редактирование

элементаль

Данные о свойствах элемента

Данные о свойствах элемента

Горит в кислороде

Сильный экзотермический ослепительный белый свет с образованием бесцветного безвкусного раствора гидроксида кальция (прозрачная известковая вода) мутный газ

Химическое уравнение:

C + O2 == зажигание == CO2 (химическая реакция)

Гори в воздухе

Экзотермический, непрерывный красный нагрев, дает раствор гидроксида кальция без цвета и запаха (осветленная известковая вода) мутный газ CO2; Окись углерода образуется при недостаточном сгорании, то есть при недостаточном количестве кислорода:

Химическое уравнение, когда кислорода достаточно:

C + O2 == зажигание == CO2 (химическая реакция)

Химическое уравнение при недостатке кислорода:

2C + O2 == зажигание == 2CO (химическая реакция)

В качестве восстановителя

В качестве восстановителя углерод имеет аналогичные химические свойства с водородом и оксидом углерода (но разными продуктами) и может восстанавливаться из оксидов металлов.

Оксид меди с пониженным содержанием углерода:

C + 2CuO == высокая температура == 2Cu + CO2 (реакция замещения)

Оксид железа с пониженным содержанием углерода:

3C + 2Fe2O3 == высокая температура == реакция 4Fe + 3CO2 (реакция вытеснения)

Снижение углекислого газа:

C + CO2 == высокая температура == 2CO (химическая реакция)

Но углерод нагревается в замкнутом пространстве перманганатом калия, который расщепляет кислород, и углерод быстро окисляется и взрывается.

Реакция с сильной окисляющей кислотой:

C + 2H2SO4 (концентрированный) == нагрев == CO2 + 2SO2 + 2H2O

C + 4HNO3 (концентрированный) == нагрев == CO2 4NO2 + 2H2O

Стабильность

Углерод стабилен при «нормальной температуре», и с ним нелегко вступить в реакцию. Таким образом, известные древние картины могут быть сохранены в наше время, а для записи архивов следует использовать угольные чернила [9].

сложный

Среди соединений углерода к неорганическим веществам относятся только следующие соединения: оксиды углерода, карбиды, соединения серы углерода, сероуглерод (CS2), карбонаты, бикарбонаты, цианогены и ряд псевдогалогенов и их квазигалогенатов, псевдогалогенатов. -галогенаты, такие как цианоген [(CN) 2], цианоген [(OCN) 2], цианоген [(SCN) 2] и другие углеродсодержащие соединения, все являются органическими соединениями.

Поскольку связи, образованные атомами углерода, относительно стабильны, количество и расположение углерода в органических соединениях, а также типы и положения заместителей в высшей степени случайны, что приводит к тому явлению, что количество органических соединений чрезвычайно велико, и большинство соединений, открытых современными людьми, являются органическими соединениями. Органические вещества сильно отличаются от неорганических по своей природе. Обычно они горючие и плохо растворяются в воде. Механизм реакции сложен и образовал самостоятельную отрасль - органическую химию. [11]

Сделать метод править

алмаз

Мировая добыча алмазов в 2005 г.

Мировая добыча алмазов в 2005 г.

Цепочка поставок алмазов контролируется ограниченным числом уполномоченных торговых групп и сконцентрирована в очень небольшой части мира. Только очень небольшое количество депозитов имеет реальную ценность. Во время дробления руды необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить разрушения алмазов в процессе, и затем алмазы упорядочиваются в соответствии с их плотностью. До настоящего времени, когда алмазы оценивались с помощью рентгеновского излучения, окончательная сортировка производилась вручную. До того, как рентгеновские манипуляции стали обычным явлением, разделение производилось на ленте, покрытой мазью, и алмазы удерживались вместе лучше, чем другие минералы. [14]

графит

Коммерчески ценные месторождения графита находятся по всему миру, но наиболее важные экономические источники находятся в Китае, Индии, Бразилии и Северной Корее. В Борроудейле, Дэвид Коток, Англия, графитовое месторождение впервые достигло достаточного размера и чистоты, до 19 века просто карандашом с помощью натурального графита с помощью пилы по дереву собирали пакеты. После 21 века небольшие месторождения графита были получены путем измельчения материнской породы и поверхности легкого графита.

Редактирование домена приложения

Углерод необходим для всех известных живых систем, без которых жизнь не может существовать.

Основное экономическое использование углерода, помимо продуктов питания и древесины, находится в форме углеводородов (в первую очередь нефти и природного газа). Сырая нефть производится нефтехимической промышленностью на нефтеперерабатывающих заводах посредством процесса фракционирования для производства других товаров, включая бензин и керосин.

Целлюлоза - это природный углеродсодержащий полимер, получаемый из хлопка, конопли, льна и других растений. Основная роль целлюлозы в растениях - поддерживать структуру растения. Коммерчески ценные полимеры, полученные от животных, включают полимеры шерсти, кашемира, шелка и т. Д., Которые представляют собой углерод и часто атомы азота и кислорода, которые регулярно расположены на основе полимера.

Углерод и его соединения разнообразны. Углерод также может образовывать сплавы с железом, чаще всего с углеродистой сталью; Графит также можно использовать в качестве смазки и пигмента. Его также можно использовать в качестве формовочного материала при производстве стекла. Графит используется для изготовления электродов, гальваники, гальванопластики, электродвигателей и щеток. Кокс можно использовать в гриле, черновых материалах и производстве чугуна; Драгоценные алмазы используются в качестве украшений, технические алмазы используются для сверления, огранки и полировки, а также в качестве инструментов для обработки камней и металлов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.