Углерод обладает уникальной способностью образовывать различные кристаллические и аморфные формы благодаря своей способности создавать одинарные, двойные и тройные связи. Эти формы, называемые аллотропными модификациями, обладают радикально различающимися физическими и химическими свойствами. Основные кристаллические формы
- Алмаз
Атом углерода находится в состоянии -гибридизации. Каждый атом связан прочными ковалентными связями с четырьмя соседними атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Это обуславливает экстремальную твердость, высокую теплопроводность и диэлектрические свойства алмаза. Графит
Атомы находятся в состоянии -гибридизации и образуют плоские слои из шестиугольников (пчелиные соты). Между слоями действуют слабые силы Ван-дер-Ваальса, что позволяет им легко скользить друг относительно друга. Графит электропроводен, мягок и обладает металлическим блеском. Лонсдейлит (гексагональный алмаз)
Редкая модификация, встречающаяся в метеоритных кратерах. По структуре напоминает алмаз, но атомы упакованы не в кубическую, а в гексагональную решетку. Теоретически может быть тверже обычного алмаза.
Низкоразмерные и наноформы
- Графен
Одиночный слой атомов углерода толщиной в один атом. Обладает рекордной подвижностью электронов, высокой механической прочностью и теплопроводностью. - Фуллерены
Молекулярные формы углерода, представляющие собой замкнутые сферы или эллипсоиды (например, ). Атомы углерода в них образуют пяти- и шестиугольники. Углеродные нанотрубки
Свернутые в цилиндр плоскости графена. Могут быть однослойными или многослойными. Обладают уникальными армирующими свойствами и специфической электропроводностью (полупроводники или металлы). Углеродные нанопочки (нанобады)
Гибридная форма, сочетающая свойства фуллеренов и нанотрубок (фуллерены «припаяны» к внешней стенке трубки).
Линейные и цепные формы
- Карбин
Линейная форма углерода ( -гибридизация). Представляет собой цепочки с чередующимися одинарными и тройными связями (полиин) или двойными кумулированными связями (поликумулен). Считается самым прочным материалом в мире из теоретически возможных.
Аморфные и переходные формы
- Стеклоуглерод
Продукт карбонизации высокомолекулярных полимеров. Сочетает свойства графита и алмаза: обладает высокой химической стойкостью, газонепроницаемостью и твердостью. - Аморфный углерод
Формы, не имеющие четкой кристаллической структуры (сажа, кокс, древесный уголь). На микроскопическом уровне они часто состоят из хаотично расположенных фрагментов графитовой структуры.
Экзотические и гипотетические модификации
| Название | Описание |
|---|---|
| Углеродные наноконусы | Конические структуры, образующиеся при сворачивании графена. |
| Циклоуглерод | Кольцевая молекула из атомов углерода (например, ), синтезированная в лабораторных условиях. |
| Schwarzites | Гипотетические структуры с отрицательной кривизной поверхности. |
Я могу составить таблицу сравнения физических свойств (твердость, электропроводность, плотность) для наиболее распространенных модификаций, если это необходимо.
Форма ответа
Ответы и вопросы пользователей