Номер 1, страница 346 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 48. Углерод и его соединения - номер 1, страница 346.

Условие.

1. Охарактеризуйте области применения графита и алмаза на основе их свойств.

Решение.

Решение 2.

Графит и алмаз являются аллотропными модификациями углерода, то есть состоят из одного и того же химического элемента, но имеют разное строение кристаллической решётки. Именно это различие в строении определяет их кардинально разные физические свойства и, как следствие, области применения.

Графит

Свойства графита обусловлены его слоистой кристаллической структурой. Атомы углерода объединены в плоские гексагональные сетки (слои). Внутри каждого слоя атомы связаны очень прочными ковалентными связями, а сами слои соединены между собой слабыми межмолекулярными (ван-дер-ваальсовыми) силами. Из-за этого слои могут легко смещаться относительно друг друга.

Ключевые свойства графита:

1. Мягкость и чешуйчатость: из-за слабого сцепления слоёв графит очень мягкий (1-2 по шкале Мооса) и легко расслаивается на мелкие чешуйки, оставляя след на бумаге.

2. Электропроводность: наличие делокализованных электронов внутри слоёв обеспечивает хорошую проводимость электрического тока.

3. Тугоплавкость: высокая прочность связей внутри слоёв обуславливает очень высокую температуру плавления (сублимирует при температуре около $3700 \text{ °C}$).

4. Химическая инертность: устойчив к действию многих агрессивных сред.

Благодаря этим свойствам графит находит применение в следующих областях:

• Изготовление стержней для карандашей (благодаря мягкости и способности оставлять след).

• Производство сухих смазочных материалов для узлов трения, работающих при высоких и низких температурах (благодаря лёгкому скольжению слоёв).

• Изготовление электродов для электролизёров, дуговых печей, а также щёток для электродвигателей (благодаря электропроводности и тугоплавкости).

• Производство огнеупорных материалов, например, тиглей для плавки металлов (благодаря тугоплавкости и химической стойкости).

• В ядерной энергетике в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах.

Ответ: Области применения графита (стержни карандашей, смазки, электроды, огнеупоры) основаны на его мягкости, слоистой структуре, электропроводности и высокой температуре плавления.

Алмаз

Свойства алмаза определяются его атомной кристаллической решёткой тетраэдрического типа. Каждый атом углерода в решётке связан с четырьмя соседними атомами прочнейшими ковалентными связями. Эта структура образует очень жёсткий трёхмерный каркас.

Ключевые свойства алмаза:

1. Исключительная твёрдость: алмаз является самым твёрдым из всех известных природных веществ (10 по шкале Мооса) благодаря прочному и жёсткому каркасу его кристаллической решётки.

2. Диэлектрические свойства: все валентные электроны атомов углерода задействованы в образовании прочных связей, свободных носителей заряда нет, поэтому алмаз не проводит электрический ток.

3. Высокая теплопроводность: несмотря на то что алмаз является диэлектриком, он обладает очень высокой теплопроводностью (выше, чем у меди), так как колебания атомов в жёсткой решётке эффективно передаются по всему кристаллу.

4. Оптические свойства: алмаз прозрачен, имеет высокий показатель преломления и сильную дисперсию света, что вызывает характерную "игру света" (блеск) в огранённых кристаллах (бриллиантах).

Основные области применения алмаза, основанные на его свойствах:

• Изготовление режущих, буровых и абразивных инструментов (буры, резцы, шлифовальные круги) для обработки очень твёрдых материалов (благодаря исключительной твёрдости).

• Ювелирная промышленность: огранённые алмазы (бриллианты) являются драгоценными камнями (благодаря высокой твёрдости, долговечности и уникальным оптическим свойствам).

• Электроника и микротехника: используется в качестве теплоотводов (радиаторов) для мощных полупроводниковых приборов (благодаря высокой теплопроводности).

• Наука и техника: изготовление прочных окон для работы в агрессивных средах, под высоким давлением или для рентгеновских аппаратов; создание наковален для экспериментов при сверхвысоких давлениях.

Ответ: Области применения алмаза (абразивные и режущие инструменты, ювелирное дело, электроника) основаны на его непревзойдённой твёрдости, высокой теплопроводности и уникальных оптических свойствах.