Номер 1, страница 188 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Как доказать, что графит и алмаз являются аллотропными видоизменениями углерода? Почему их свойства различны?

Как доказать, что графит и алмаз являются аллотропными видоизменениями углерода?

Аллотропия — это способность химического элемента существовать в виде двух или более простых веществ, различных по строению и свойствам. Такие вещества называются аллотропными модификациями.

Чтобы доказать, что графит и алмаз являются аллотропными модификациями углерода, необходимо показать, что они состоят из атомов одного и того же химического элемента — углерода. Самым убедительным доказательством является их сжигание в избытке чистого кислорода. При сжигании равных масс алмаза и графита образуется одно и то же вещество — углекислый газ ($CO_2$) — и в одинаковом количестве.

Уравнение реакции горения для обоих веществ выглядит так:

$C_{ (графит)} + O_{2 (изб.)} \rightarrow CO_2$

$C_{ (алмаз)} + O_{2 (изб.)} \rightarrow CO_2$

Тот факт, что единственным продуктом реакции в обоих случаях является диоксид углерода, и что из одинаковых масс исходных веществ получается одинаковое количество продукта, неопровержимо доказывает, что и графит, и алмаз состоят исключительно из атомов углерода. Поскольку это разные вещества, они являются аллотропными видоизменениями углерода.

Почему их свойства различны?

Различие в свойствах графита и алмаза объясняется их разным кристаллическим строением.

Графит имеет слоистую структуру. В каждом слое атомы углерода ($sp^2$-гибридизация) прочно связаны друг с другом ковалентными связями, образуя шестиугольные ячейки, похожие на пчелиные соты. Однако связи между самими слоями очень слабые (ван-дер-ваальсовы силы). Такое строение определяет свойства графита:

- Мягкость и способность расслаиваться: из-за слабых связей слои легко скользят друг относительно друга. Это используется в карандашах и смазочных материалах.

- Электропроводность: в каждом слое есть свободные (делокализованные) электроны, которые могут перемещаться, обеспечивая проводимость электрического тока.

- Непрозрачность и черный цвет с металлическим блеском: свободные электроны поглощают свет во всем видимом диапазоне.

Алмаз имеет объемную тетраэдрическую структуру. Каждый атом углерода ($sp^3$-гибридизация) в кристалле алмаза соединен прочнейшими ковалентными связями с четырьмя соседними атомами, расположенными в вершинах тетраэдра. Эта жесткая трехмерная сетка связей обуславливает уникальные свойства алмаза:

- Исключительная твердость: чтобы поцарапать или разрушить кристалл, необходимо разорвать множество очень прочных ковалентных связей.

- Отсутствие электропроводности (диэлектрик): все валентные электроны участвуют в образовании прочных связей и не могут свободно перемещаться.

- Прозрачность: из-за отсутствия свободных электронов и большой энергии, необходимой для их возбуждения, алмаз не поглощает видимый свет.

Таким образом, несмотря на одинаковый элементный состав, разное пространственное расположение атомов в кристаллических решетках приводит к кардинальным различиям в физических свойствах графита и алмаза.

Ответ:

Доказательством того, что графит и алмаз являются аллотропными модификациями углерода, служит тот факт, что при их сжигании в кислороде образуется один и тот же продукт — углекислый газ, что подтверждает их одинаковый элементный состав. Различие в их свойствах (твердость, электропроводность, прозрачность и т.д.) обусловлено разным строением их кристаллических решеток: у графита — слоистая, у алмаза — объемная тетраэдрическая.