Номер 3, страница 149, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Какие аллотропные формы образует углерод?

Решение

Аллотропия — это способность химического элемента существовать в виде двух или более простых веществ, различных по строению и свойствам. Углерод обладает уникальной способностью образовывать множество аллотропных модификаций благодаря своей валентности и способности атомов соединяться друг с другом в длинные цепи, кольца и сложные пространственные структуры. Основные аллотропные формы углерода:

Алмаз

Это одна из самых известных и твердых аллотропных модификаций. В кристалле алмаза каждый атом углерода находится в состоянии sp³-гибридизации и связан прочными ковалентными связями с четырьмя другими атомами, образуя тетраэдрическую структуру. Эта жесткая трехмерная сетка обусловливает его исключительную твердость (10 по шкале Мооса), высокий показатель преломления и свойства диэлектрика. Применяется в ювелирном деле, для изготовления режущих и абразивных инструментов.

Графит

В отличие от алмаза, графит мягкий, жирный на ощупь и проводит электрический ток. Его структура состоит из плоских слоев, в которых атомы углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации и соединены в гексагональные ячейки (похожи на пчелиные соты). Связи внутри слоя очень прочные, а между слоями — слабые ван-дер-ваальсовы силы. Это позволяет слоям легко скользить друг относительно друга, что и определяет мягкость графита. Используется в карандашах, в качестве смазки, в электродах.

Лонсдейлит

Также известен как гексагональный алмаз. Имеет структуру, схожую с алмазом, но с гексагональной симметрией кристаллической решетки. Образуется из графита при высоких давлениях и температурах, например, при падении метеоритов. Теоретически, он может быть на 58% тверже обычного алмаза, но природные образцы часто содержат примеси и дефекты.

Карбин

Линейная аллотропная форма углерода, в которой атомы соединены в цепочки. Существуют две теоретические разновидности: с чередующимися одинарными и тройными связями (полиин) или с последовательными двойными связями (кумулен). Карбин обладает чрезвычайно высокой прочностью на разрыв. Получен в лабораторных условиях в виде очень коротких цепочек.

Фуллерены

Молекулярные соединения углерода, представляющие собой замкнутые сфероидальные структуры. Самый известный представитель — фуллерен-C₆₀ (бакминстерфуллерен), молекула которого похожа на футбольный мяч и состоит из 60 атомов углерода, образующих 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. Атомы углерода находятся в sp²-гибридизации. Фуллерены обладают полупроводниковыми свойствами и могут использоваться в электронике, медицине, как катализаторы.

Графен

Это одиночный, плоский слой атомов углерода толщиной в один атом, упакованных в гексагональную решетку (по сути, один слой графита). Был открыт в 2004 году. Графен обладает уникальными свойствами: он чрезвычайно прочный, легкий, почти прозрачный и является отличным проводником тепла и электричества. Считается одним из самых перспективных материалов для наноэлектроники, композитных материалов и многого другого.

Углеродные нанотрубки

Представляют собой свернутые в цилиндр листы графена. Могут быть одностенными и многостенными. Обладают высокой прочностью, гибкостью и уникальными электронными свойствами (могут быть проводниками или полупроводниками в зависимости от структуры). Перспективны для создания сверхпрочных нитей, электроники, медицинских устройств.

Аморфный углерод

Это форма углерода, не имеющая упорядоченной кристаллической структуры. Атомы в нем расположены хаотично. К аморфному углероду относятся уголь, сажа, древесный уголь, кокс. Свойства сильно зависят от способа получения и наличия примесей.

Ответ:

Углерод образует множество аллотропных форм, различающихся строением кристаллической решетки и, как следствие, физическими свойствами. Основные из них: алмаз, графит, лонсдейлит, карбин, фуллерены, графен, углеродные нанотрубки и аморфный углерод.