Перечислите аллотропные модификации углерода

Калинина Мария Игоревна

Преподаватель химии СУНЦ МГУ

Проверено учителем

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 sp3s p cubed-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 sp2s p squared-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, C60cap C sub 60). 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 ( sps p-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 наноконусыКонические структуры, образующиеся при сворачивании графена.
ЦиклоуглеродКольцевая молекула из атомов углерода (например, C18cap C sub 18), синтезированная в лабораторных условиях.
SchwarzitesГипотетические структуры с отрицательной кривизной поверхности.

Я могу составить таблицу сравнения физических свойств (твердость, электропроводность, плотность) для наиболее распространенных модификаций, если это необходимо.

Форма ответа

Ваш аватар