период ы ряды Группы элементов IIIIIIIVVVIVIIVIII ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТА 1 2 е, 4 е 2Углерод – основа всего живого на Земле. 3Степень окисления в соединениях +4, +2, В природе встречается как в свободном виде (алмаз, графит), так и в связанном состоянии ( углекислый газ, карбонаты, уголь, нефть и т.д.) --

Электронное строение 2. Аллотропия 3. Химические свойства 4. Применение

1 s 2 2 s22 s2 2p Электронное строение

а б в а - кристаллическая решетка графита; б - кристаллическая решетка алмаза; в – линейная структура карбина. 2. Аллотропия

Как аллотропное видоизменение углерода.

Кристаллическая решётка - атомная Кристаллизуется в кубической кристаллической решётке: половина атомов располагается в вершинах и центрах граней одного куба, а другая – в вершинах и центрах другого, смещённого относительно первого в направлении его пространственной диагонали. Каждый атом окружен четырьмя такими же атомами, располагающимися по вершинам тетраэдра. Расположение атомов таково, что каждый из них окружен четырьмя равноотстоящими ближайшими атомами тетраэдр. На одну ячейку приходится восемь атомов. Все атомы относятся к одной правильной системе точек. Междоузлия представляют собой тетраэдрические пустоты. Из всех простых веществ алмаз имеет максимальное число атомов, приходящихся на единицу объёма – атомы упакованы очень плотно

Существуют разновидности кристаллических решёток алмаза: рис. 1 Гексагональный алмаз (лонгсдейлит). рис. 2 Кубический алмаз

Физические свойства Один из самых твёрдых и тугоплавких веществ (плотная упаковка и прочность связей). Хрупок – довольно легко расколоть на части. Очень высокая теплопроводность – проводит тепло в несколько раз лучше, чем многие металлы (в 4 раза лучше меди). Не проводит электрический ток.

Шкала МООСА Все минералы имеют различную твёрдость. Твёрдость испытуемого минерала проверяется царапанием его «эталонным карандашом твёрдости». Немецкий минералог Ф.Моос создал шкалу твёрдости минералов. В ней в порядке возрастания твёрдости расположены 10 минералов: 1 тальк, 2 гипс, 3 кальцит, 4 флюорит, 5 апатит, 6 ортоклаз, 7 кварц, 8 топаз, 9 корунд, 10 алмаз.

Алмазы имеют разный цвет Известны алмазы оранжевого, голубого, розового, жёлтого, коричневого, молочно- белого, синего, зелёного, серого и даже чёрного цвета. Окраска связана с дефектами в кристаллической решётке и замещением части атомов углерода на атомы бора, азота и даже алюминия. Серая и чёрная окраска алмазов обусловлена включениями графита.

Применение основано на физических свойствах Изготовление бриллиантов – огранённые алмазы сильно преломляют свет. Для резки стекла, металлов, наконечники свёрл («алмазные жала»), буров и резцов – благодаря твёрдости. Алмазный порошок – для полировки и огранки драгоценных камней (рубинов) – твёрдость.

кристаллическое аллотропное видоизменение углерода, в древности считалось минералом свинца

Кристаллическая решётка - атомная Атомы связаны в плоские слои, состоящие из соединённых рёбрами шестиугольников. Каждый атом в слое имеет трёх соседей и угол между ними 120 градусов - возникает Четвёртый электрон делокализован (сходство с металлами). Связи вдоль слоёв и между ними разные по прочности.

Физические свойства Мягкое вещество серого цвета, малая механическая прочность (неравноценные по прочности связи). Электропроводен и имеет металлический блеск (электроны блуждают, как у металлов). Вещество жирное на ощупь Теплопроводность в направлении плоскости слоёв больше, чем в перпендикулярном направлении. Электрическое сопротивление в направлении слоёв меньше, чем в перпендикулярном направлении наблюдается анизотропия (зависимость свойств вещества от направления)

ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФИТА Графитовый порошок – изготовление минеральных красок. Смазочный материал (в смеси с маслом) – между отдельными слоями графита взаимодействие настолько слабо, что возникает скольжение. Чешуйки графита заполняя неровности поверхности создают гладкую поверхность. Графитовые стержни – электроды – электропроводность. Тигли, блоки для атомных реакторов – тугоплавкость. Теплозащитный материал для головных частей ракет – термостойкость. Получение карбидов – легко реагирует с металлами.

Материалы на основе графита Графлекс или пенографит – высокопористый материал заменяет резину и металл. Стеклоуглерод – химически стоек, заменяет платиновую химическую посуду. Пирографит – для изготовления искусственных клапанов сердца Углеродное волокно как наполнитель в пластики для придания большей прочности и электропроводности, лёгкие эластичные электронагреватели Рис. Углеродная ткань и углеродное волокно, стаканчик из стеклоуглерода

Карандаши Первые графитовые карандаши появились в XVIII веке. Это было связано с открытием графитового месторождения в Камберленде (Англия). В 1795 г. в Париже по способу Конта изготовлялись карандаши из смеси графита и глины, обожжённые в печи. Эта технология используется и по сей день. Чем больше глины – тем твёрже карандаш. В особые мягкие карандаши добавляют воск и сало – ими можно писать на стекле. Особый сорт рыхлых карандашей служит для пастельной живописи.

На основе графита создан графин В конце XX века учёные разработали пути синтеза графинов – веществ со слоистой структурой, аналогичной графиту. Каждый слой графина состоит из шестичленных колец, внутри которых атомы связаны особой ароматической связью и связанных в свою очередь между собой.

Аморфный углерод: древесный уголь, кокс, сажа Как было установлено исследованиями – эти три разновидности – мелкокристаллический графит, а не отдельные аллотропные модификации. Сажа получается при разложении метан Кокс образуется при разложении угля без доступа воздуха Древесный уголь образуется при разложении древесины без доступа воздуха. Обладает способностью к адсорбции – способностью поглощать различные вещества. Это явление используется для очистки сахара, спирта, в фильтре противогаза. Активированный уголь прокаливают на перегретом пару, число пор при этом увеличивается, что улучшает адсорбцию.

Получен синтетически

СТРОЕНИЕ КАРБИНА И ПОЛИКУМУЛЕНА (его разновидности) Белые кристаллы Состоит из цепей, образованных участками: -С С- С С- (карбин) или =С=С=С=С= (поликумулен)

Свойства Обладает полупроводниковыми свойствами При сильном нагревании без доступа воздуха превращается в графит.

По имени американского инженера и архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, который построил конструкцию купола из сочленённых пяти- и шестиугольников.

Виды молекул фуллеренов: чётное число атомов углерода в молекуле С 60, С 70, С 72, С 74, С 76, С 108, С 960 и т.д. Поверхность «мяча» образована пяти- и шестиугольниками с общими рёбрами. Простейший фуллерен – бакминтерфуллерен – состоит из 12 пятиугольников и 20 шестиугольников. Форма близка к сфере.

Свойства Кристаллические вещества чёрного цвета с металлическим блеском. Полупроводники При высоком давлении и комнатной температуре легко превращаются в алмаз.

Свойства: растворы С 60 и С 70 в толуоле и кристаллы С 60. Хорошо растворимы в органических растворителях – это свойство используют для отделения фуллеренов от сажи.

Применение Получение полимерных материалов и метало фуллеренов. Фторированные фуллерены используют как катоды в гальванических элементах Запоминающие устройства. Сверхпроводники. Лекарства с противоопухолевой активностью. Красители.

Фуллерены – молекулы будущего Нанотрубки из углерода являются сверхпроводника ми. Изучение этих интересных объектов только начинается («нано» - 10¯9)

3. Химические свойства 1) Углерод – окислитель: а) 2С + Н 2 ( С) С 2 Н 2 б) 3С(графит) + 4Al ( С) Al 4 C 3 2) Углерод – восстановитель: а)2 С + О 2 (выше 1000 С) 2СО б) С + О 2 ( С,сжигание на воздухе) СО 2 в) С + Н 2 О(пар) ( С) СО+Н 2

4. Применение сталь сельское хозяйство топливо медицина типография ювелирные изделия адсорбент резина крем обуви

Осуществите цепочку превращений. А) С СО СО2 Na2CO3 NaHCO3 CO2 Б) C CH4 CO2 H2CO3 Na2CO3 NaNO3 2. Напишите уравнения реакций: а) взаимодействия оксида углерода (IV) с известковой водой; б) взаимодействия углерода с водородом; в) горения угля в избытке кислорода.

Какой объем (н.у.) оксида углерода (IV) можно получить при разложении 400 г карбоната кальция, содержащего 6% примесей? Напишите распределение электронов по уровням у элемента 6. Покажите, какую степень окисления он может проявлять. Напишите формулы трех соединений с различными степенями окисления атома углерода.

Напишите полные и сокращенные ионные уравнения осуществимых реакций а) K 2 CO 3 + HCI= б) Na 2 SiO 3 + BaCO 3 = в) Li 2 CO 3 + CaCI 2 =