Углерод в свободном состоянии (как простое вещество) встречается в природе в виде нескольких аллотропных модификаций, которые кардинально различаются по своим физическим свойствам из-за разного строения кристаллических решеток. Основные природные формы
- Алмаз
Самое твердое природное вещество. В его кристаллической решетке каждый атом углерода связан прочными ковалентными связями с четырьмя соседними атомами, расположенными в вершинах тетраэдра. Алмазы образуются в мантии Земли при колоссальном давлении и высокой температуре, выносясь на поверхность в составе кимберлитовых трубок. - Графит
Наиболее устойчивая при нормальных условиях модификация углерода. Имеет слоистую структуру: атомы прочно связаны в шестиугольные кольца (сетки), но связи между самими слоями слабые. Это делает графит мягким, электропроводным и жирным на ощупь. В природе встречается в виде чешуек, пластин или сплошных масс в метаморфических породах.
Редкие и специфические формы
- Антрацит и ископаемые угли
Хотя уголь не является чистым химическим элементом (он содержит примеси водорода, кислорода, серы и азота), антрацит — наиболее древний и метаморфизованный вид угля — содержит до 95% свободного углерода. Его структура близка к аморфному графиту. - Шунгит
Особая докембрийская горная порода, в которой углерод находится в состоянии, промежуточном между графитом и антрацитом. Считается, что в составе шунгита могут присутствовать природные фуллерены — молекулы в форме полых сфер. - Лонсдейлит (гексагональный алмаз)
Чрезвычайно редкая модификация, обнаруживаемая в местах падения метеоритов. Образуется в момент мощного удара и высокого давления из графита, сохраняя его гексагональную симметрию, но приобретая твердость, превышающую твердость обычного алмаза.
Физико-химические особенности в природе Углерод обладает уникальной способностью к самосочетанию (образованию цепочек и циклов), что обуславливает многообразие его соединений, однако в свободном виде его содержание в земной коре относительно невелико (около 0,1% по массе). Большая часть природного углерода находится в связанном состоянии: в составе карбонатов (мел, известняк, доломит), углекислого газа атмосферы и органических веществ. Я могу составить для вас сравнительную таблицу физических свойств алмаза и графита, чтобы наглядно показать влияние кристаллической структуры на характеристики вещества.