Transcript Alotropia

• Alotropia - zjawisko występowania różnych odmian
krystalograficznych tego samego pierwiastka
chemicznego.
• Alotropia jest szczególnym przypadkiem polimorfizmu
czyli różnopostaciowości substancji.
• Odmiany alotropowe nie są różnymi stanami skupienia
materii, ale przejścia z jednej odmiany alotropowej do
drugiej są przemianami fazowymi pierwszego rzędu. Nie
zachodzą one jednak w ściśle określonych
temperaturach lecz są zależne od termicznej historii
próbek. Powoduje to, że dany pierwiastek może
występować w dwóch różnych odmianach alotropowych
w tej samej temperaturze.
węgiel występuje w formie:
 diamentu,
 grafitu,
 fulerenu,
 nanorurek
 i form poliynowych
Model atomu węgla
•
•
Diament to minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Nazwa pochodzi od gr.
ἀδάμας adamas (dopełniacz ἀδάμαντος adamantos, łac. diamentum) =
"niepokonany, niezniszczalny" i nawiązuje do wyjątkowej twardości tego minerału.
Jest najtwardszą znaną substancją
Właściwości
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Wzór chemiczny - C (węgiel)
Układ krystalograficzny - regularny
Twardość w skali Mohsa - 10, najtwardszy ze znanych minerałów
Łupliwość – doskonała według ścian ośmiościanu
Rysa - biała
Przełam - muszlowy
Gęstość – 3,47 – 3,57 - najczęściej: 3,52 g/cm³
Barwa - bezbarwny lub zawiera przebarwienia zwiazane z zanieczyszczeniem
Połysk - diamentowy
Dyspersja - 0,044
Inkluzja - wrostki różnych minerałów.
dobra przewodność cieplna: 2000W/(m*K) wynikającą z efektywnego przewodnictwa fononowego,
ma właściwości półprzewodnikowe
Diament krystalizuje w
układzie regularnym
(w klasie
tetraedrycznej). Każdy
atom węgla połączony
jest wiązaniami
kowalencyjnymi z
czterema innymi
atomami znajdującymi
się w
narożach diamentu,
tworząc w przestrzeni
siatkę z
czworościanów
foremnych. Wszystkie
odległości między
atomami węgla są
jednakowe.
•Grafit – minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Jest minerałem
pospolitym i szeroko rozpowszechnionym.
Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego
zastosowania tego minerału
•Właściwości:
Wzór chemiczny: C – węgiel
Układ krystalograficzny – heksagonalny (niekiedy trygonalny)
Twardość w skali Mohsa - 1 do 1,5
Łupliwość – doskonała, jednokierunkowa
Rysa – ciemnoszara, czarna, błyszcząca.
Przełam - dobry
Gęstość - 2,09 do 2,23 g/cm³
Barwa - czarna, ciemnoszara
Połysk - półmetaliczny
Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło
Odporny na wysoką temperaturę
Struktura grafitu składa się z
warstw, w których występują
sprzężone, sześcioczłonowe
aromatyczne układy
cykliczne, podobne do
benzenu Podobnie jak to jest
w benzenie, każde wiązanie
C-C w warstwie ma charakter
zdelokalizowanego, "1.5
krotnego" wiązania
aromatycznego. Wiązania te
tworzą obszary
zdelokalizowanych orbitali π,
które, podobnie jak to się
dzieje w metalach umożliwiają
swobodny ruch elektronów
równolegle do warstw, dzięki
czemu grafit wykazuje
stosunkowo wysokie
przewodnictwo elektryczne.
Między warstwami występują
jedynie słabe oddziaływania
Van der Waalsa. Odległości
między sąsiednimi atomami
węgla w jednej warstwie
wynoszą 1.42 Å (czyli 0,142
nm), zaś między warstwami
3,35 Å (0,335 nm). Powoduje
to, że grafit wykazuje znaczną
anizotropię (czyli
kierunkowość) różnych
własności fizycznych.
FULERENY- związki
chemiczne składające
się z kilkudziesięciu,
kilkuset a nawet
ponad tysiąca atomów
węgla, tworzące
zamkniętą, regularną,
pustą w środku kulę,
elipsoidę lub rurkę.
Własności chemiczne
fulerenów są zbliżone
pod wieloma
względami do
węglowodorów
aromatycznych.
Fulereny są odmianą
alotropową węgla.
Bardzo łatwo
sublimują.
•
Nanorurk węglowe są
zbudowanymi z węgla
strukturami
nadcząsteczkowymi,
mającymi postać
walców ze zwiniętego
grafenu (jednoatomowej
warstwy grafitu).
Najcieńsze mają
średnicę rzędu jednego
nanometra, a ich
długość może być
miliony razy większa.
Wykazują niezwykłą
wytrzymałość na
rozrywanie i unikalne
własności elektryczne,
oraz są znakomitymi
przewodnikami ciepła.
Te własności sprawiają
że są badane jako
obiecujące materiały do
zastosowań w
nanotechnologii,
elektronice, optyce i
badaniach
materiałowych.
Porównanie diamentu i grafitu
Diament
Grafit
Przestrzenna, przenikające się
tetraedry, wszystkie wiązania
równocenne, bark wolnych
elektronów
Warstwowa, płaska, wiązania miedzy
warstwami słabe, 1wolny elektron
Barwa
bezbarwny
Szary, metaliczny
Gęstość
3,51 g/dm3
2,265 g/dm3
Twardość
Najtwardszy z minerałów
Bardzo miękki , łupliwy
Przewodnictwo
prądu
Zastosowanie
izolator
Przewodzi prąd elektryczny
Cięcie szkła, tarcze szlifierskie,
wiertła geologiczne
Przybory rysownicze, naczynia
żaroodporne, elektrowody, reaktory
Budowa
Gęstość alotropowych form węgla
4
gęstość [g/cm3]
3,5
3
2,5
2
Serie1
1,5
1
0,5
0
Diament
Grafit
Nanorurki
formy węgla
Fulereny
•
W XVII wieku uczeni twierdzili, że
diament jest niepalny. Dopiero pod
koniec tego wieku florenccy
uczeni umieścili diament w
ognisku silnej soczewki
skupiającej. Gdy nadszedł
słoneczny dzień diament zniknął.
Odkrycie dwutlenku węgla jako
produktu spalania diamentu
pozwoliło na postawienie hipotezy
ze jest on odmianą węgla.
C
+
O2
CO2
Gęstość
m

V
Równanie gazu
doskonałego
p V  n  R  T
Stężenie molowe
Stężenie procentowe
ms
Cp 
 100%
mr
Autor prezentacji: Katarzyna Częścik
n
Cm 
v