Номер 1, страница 164 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Сопоставьте строение и свойства алмаза и графита, заполняя таблицу 11.

Таблица 11

Строение и свойства

Алмаз

Графит

1. Строение

Алмаз: Каркасная структура

Графит: Слоистая структура

2. Цвет

Алмаз:

Графит:

3. Блеск

Алмаз:

Графит:

4. Растворимость

Алмаз:

Графит:

5. Твёрдость

Алмаз:

Графит:

6. Хрупкость

Алмаз:

Графит:

7. Электропроводность

Алмаз:

Графит:

Алмаз и графит являются аллотропными модификациями углерода. Это означает, что они состоят из атомов одного и того же химического элемента — углерода, но имеют разное строение кристаллических решёток. Именно это различие в строении и определяет кардинальные различия в их физических свойствах.

1. Строение

Алмаз имеет атомную кристаллическую решётку каркасного типа. В ней каждый атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации и соединён прочными ковалентными связями с четырьмя соседними атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Все связи в кристалле равноценны и очень прочны, что создаёт жёсткую трёхмерную структуру.

Графит имеет атомную кристаллическую решётку слоистого типа. Атомы углерода в состоянии $sp^2$-гибридизации объединены в плоские слои, состоящие из правильных шестиугольников (подобно пчелиным сотам). Внутри слоя атомы связаны прочными ковалентными связями. Однако сами слои соединены между собой значительно более слабыми межмолекулярными (ван-дер-ваальсовыми) силами и находятся на большом расстоянии друг от друга.

Ответ: Алмаз — каркасная структура. Графит — слоистая структура.

2. Цвет

Алмаз в чистом виде является бесцветным и полностью прозрачным для видимого света, так как его структура не поглощает фотоны в этом диапазоне энергий. Наличие примесей может окрашивать его в различные цвета (жёлтый, синий, чёрный).

Графит имеет тёмно-серый или чёрный цвет с металлическим блеском, он непрозрачен. Это связано с наличием в его структуре делокализованных электронов, которые могут свободно перемещаться и взаимодействовать со светом во всём видимом диапазоне, поглощая его.

Ответ: Алмаз — бесцветный (прозрачный). Графит — тёмно-серый (непрозрачный).

3. Блеск

Алмаз обладает очень сильным, характерным «алмазным» блеском. Это свойство обусловлено высоким показателем преломления и большой дисперсией света, благодаря чему он ярко сверкает и «играет» на свету.

Графит имеет металлический или жирный, матовый блеск. Металлический блеск, как и цвет, объясняется поведением свободных электронов в его структуре.

Ответ: Алмаз — алмазный (сильный). Графит — металлический (тусклый).

4. Растворимость

И алмаз, и графит являются химически инертными веществами и практически нерастворимы в воде, кислотах, щелочах и органических растворителях при обычных условиях. Это связано с высокой энергией прочных ковалентных связей между атомами углерода в их кристаллических решётках.

Ответ: Алмаз — нерастворим. Графит — нерастворим.

5. Твёрдость

Алмаз — самое твёрдое из всех известных природных веществ. Его твёрдость принята за 10 (максимальное значение) по шкале Мооса. Исключительная твёрдость объясняется прочностью и равномерностью ковалентных связей, образующих жёсткий трёхмерный каркас.

Графит — одно из самых мягких веществ. Его твёрдость по шкале Мооса составляет всего 1–2. Мягкость графита обусловлена слабыми связями между слоями, которые легко скользят друг относительно друга. Благодаря этому свойству графит оставляет след на бумаге.

Ответ: Алмаз — очень высокая (10 по шкале Мооса). Графит — очень низкая (1-2 по шкале Мооса).

6. Хрупкость

Алмаз, несмотря на свою колоссальную твёрдость, является хрупким. При достаточно сильном и точном ударе он может расколоться, особенно вдоль определённых направлений (плоскостей спайности).

Графит также является хрупким материалом. Он не пластичен и легко ломается или расслаивается на мелкие чешуйки при механическом воздействии.

Ответ: Алмаз — хрупкий. Графит — хрупкий (легко расслаивается).

7. Электропроводность

Алмаз является диэлектриком (изолятором). В его структуре все валентные электроны каждого атома углерода участвуют в образовании прочных локализованных ковалентных связей, и свободных носителей заряда нет.

Графит хорошо проводит электрический ток (хотя и хуже, чем металлы). Его электропроводность обусловлена наличием в каждом слое делокализованных $\pi$-электронов (по одному от каждого атома углерода), которые могут свободно перемещаться вдоль слоёв, перенося электрический заряд.

Ответ: Алмаз — не проводит ток (диэлектрик). Графит — проводит ток (проводник).