Такой разный углерод

Все вокруг нас состоит из мельчайших частиц - атомов. Все виды атомов представлены в знаменитой таблице Д.И.Менделеева и называются химическими элементами. Соединяясь друг с другом, атомы химических элементов образуют различные вещества.

Явление образования множества химических веществ из ОДНОГО химического элемента называется аллотропией, а эти вещества — аллотропными модификациями. Самый известный пример, иллюстрирующий это явление — это углерод.

Известно несколько аллотропных модификаций углерода:

3-d модель структуры алмаза

Алмаз — прозрачное, очень твердое, химически инертное вещество. Углеродные атомы в алмазе соединены в трёхмерную кристаллическую решётку, в которой каждый углеродный атом связан с четырьмя соседними углеродными атомами через прочные ковалентные связи. Эти ковалентные связи делают алмаз чрезвычайно твёрдым и стойким к царапинам, он может царапать практически любой другой материал, что используется для резки других материалов с помощью алмазных ножей, свёрел. Алмазы добываются в разных частях мира и имеют богатую историю в культуре. Современные технологии позволяют создавать синтетические алмазы из графита при высоком давлении и температуре. Бриллиант — это высококачественный ограненный алмаз, который обладает исключительным блеском и сиянием. Бриллианты используют для создания различных ювелирных украшений.

1. Алмаз

3-d модель структуры алмаза

Алмаз — прозрачное, очень твердое, химически инертное вещество. Углеродные атомы в алмазе соединены в трёхмерную кристаллическую решётку, в которой каждый углеродный атом связан с четырьмя соседними углеродными атомами через прочные ковалентные связи. Эти ковалентные связи делают алмаз чрезвычайно твёрдым и стойким к царапинам, он может царапать практически любой другой материал, что используется для резки других материалов с помощью алмазных ножей, свёрел. Алмазы добываются в разных частях мира и имеют богатую историю в культуре. Современные технологии позволяют создавать синтетические алмазы из графита при высоком давлении и температуре. Бриллиант — это высококачественный ограненный алмаз, который обладает исключительным блеском и сиянием. Бриллианты используют для создания различных ювелирных украшений.

1. Алмаз

3-d модель структуры графита

Графит - мягкое, серо-черное вещество, жирный на ощупь. Графит состоит из слоев углеродных атомов, которые образуют гексагональные кольца. Каждый атом углерода в слое соединен с тремя другими атомами ковалентными связями. Между слоями графена существуют слабые взаимодействия Ван-дер-Ваальса. Слои скользят друг по другу, что делает его хорошим смазывающим материалом, а также материалом для изготовления карандашей. Внутри каждого слоя графита существуют свободные электроны, что делает графит хорошим проводником электричества. Высокая электро- и теплопроводность, химическая инертность обуславливает использование графита для изготовления электродов.

2. Графит

3-d модель структуры графита

Графит - мягкое, серо-черное вещество, жирный на ощупь, имеет слабый металлический блеск. Графит состоит из слоев углеродных атомов, которые образуют гексагональные кольца. Каждый атом углерода в слое соединен с тремя другими атомами ковалентными связями. Между слоями графена существуют слабые взаимодействия Ван-дер-Ваальса. Слои скользят друг по другу, что делает его хорошим смазывающим материалом, а также материалом для изготовления карандашей. Внутри каждого слоя графита существуют свободные электроны, что делает графит хорошим проводником электричества. Высокая электро- и теплопроводность, химическая инертность обуславливает использование графита для изготовления электродов.

2. Графит

3-d модель структуры фуллерена C₆₀

Фуллерены состоят из шарообразных молекул, состоящие из разного количества атомов: С₆₀, С₇₀, С₃₀₀, С₅₄₀ и другие. Название "фуллерен" происходит от фамилии архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, который придумал конструкцию "геодезического купола", составленную из прямых деталей. Самый известный и распространенный фуллерен - это C₆₀, который состоит из 60 атомов углерода и выглядит как молекула футбольного мяча («бакибол»). Фуллерены обладают уникальными свойствами и имеют множество потенциальных приложений в науке и технологии. Например, они могут служить в качестве наноматериалов для создания легких, но прочных композитных материалов, использоваться в медицине для доставки лекарств, а также в электронике, как проводящие или полупроводниковые материалы.

3. Фуллерены

3-d модель структуры фуллерена C₆₀

Фуллерены состоят из шарообразных молекул, состоящие из разного количества атомов: С₆₀, С₇₀, С₃₀₀, С₅₄₀ и другие. Название "фуллерен" происходит от фамилии архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, который придумал конструкцию "геодезического купола", составленную из прямых деталей. Самый известный и распространенный фуллерен - это C₆₀, который состоит из 60 атомов углерода и выглядит как молекула футбольного мяча («бакибол»). Фуллерены обладают уникальными свойствами и имеют множество потенциальных приложений в науке и технологии. Например, они могут служить в качестве наноматериалов для создания легких, но прочных композитных материалов, использоваться в медицине для доставки лекарств, а также в электронике, как проводящие или полупроводниковые материалы.

3. Фуллерены

Карбин состоит из линейных макромолекул.
Получен в искусственных условиях из длинных цепочек атомов углерода, уложенных параллельно друг другу. В карбине атомы углерода соединены в цепочки либо поочерёдно тройными и одинарными связями, либо постоянно двойными связями. Карбин обладает полупроводниковыми свойствами, причём под воздействием света его проводимость сильно увеличивается. На этом свойстве основано первое практическое применение — в фотоэлементах. Карбин химически инертен, используется для изготовления протезов.

4. Карбины

Аморфный углерод - это форма углерода, в которой атомы углерода не образуют определенной кристаллической структуры, а находятся в беспорядочном состоянии. Примерами аморфного углерода являются сажа, кокс и уголь.

5. Аморфный углерод

Уголь

Углеродные нанотрубки представляют собой очень прочные цилиндрические структуры, построенные из атомов углерода.

Они имеют уникальные электрические и механические свойства и находят широкое применение в нанотехнологии и материаловедении.

6. Углеродные нанотрубки

Углеродная нанотрубка

Графен - двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом и выстроенных в виде шестигранников. Его можно представить как один слой графита, отделённую от объёмного кристалла. Графен — первый известный истинно двумерный кристалл. Он обладает большой механической прочностью и рекордно большой тепло- и электропроводностью. Графен открыли в 2004 году британские ученые российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов. Интересно, что в работе они использовали обычный скотч, который позволил отделить слой графита толщиной в один атом углерода. За свою работу Гейм и Новоселов получили Нобелевскую премию по физике в 2010 году.
Графен является перспективным материалом, из которого уже изготавливаются разные изделия: аккумуляторы, лампочки, наушники, бронежилеты и многие другие.

7. Графен

Графен

Графин также является двухмерной, плоской аллотропной модификацией углерода. Был получен экспериментально в 2010 году. Атомы в его структуре соединяются двойными и тройными связями, а решетка лишь образует шестигранники в некоторых своих участках. Существуют много разных структур графинов. Графин, как и графен, обладает большой механической прочностью и очень большой тепло- и электропроводностью. Является "материалом нового поколения".

8. Графин

Разные виды графинов