Алотропія та її значення

КарбінКарбін – дрібнокристалічний порошок чорного кольору. У 60-х роках вперше його синтезував російський хімік Сладков, пізніше він був знайдений у природі. Кристали складаються з лінійних ланцюгів із атомів карбону. Відомо декілька форм карбіну, які відрізняються станом гібридизації карбону в ланцюгах: –С≡С–С≡С– (α-карбін) та =С=С=С=С= (β-карбін). Відстань між ланцюгами менша ніж в графіті, тому густина та твердість карбіну більша за графіт, але поступається алмазу. Вчені встановили, що карбін утворюється при перегонці графіту при температурі 2000°С та низькому тиску. Та перетворюється в графіт під час нагрівання до 2800°С без доступу повітря.

Фулерен

Алмаз, графіт і карбін мають немолекулярну будову. У 1996р. троє вчених – Гарольд Крото(Великобританія), Роберт Керл і Річард Смеллі(США) – отримали Нобелевську премію в галузі хімії за відкриття у 1985р. молекулярної форми карбону – фулерена. Фуренам належать речовини з кратним числом атомів карбону в молекулі: С60, С108, С1020 щодо. Структура молекули складається з атомів, об’єднаних у п’яти- та шестикутники зі спільними ребрами. Назву вони свою отримали за прізвищем американського архітектора та інженера Річарда Бакмінстера Фулерена, який побудував на виставці в Монреалі у 1967р. павільйон США, використовуючи конструкцію із зібраних п’яти- та шестикутників.

В 1990р. було вивчено будову простішого фулерена, який має 60 атомів карбону. Це бакмінстерфулерен. Молекула С60 нагадує футбольний м’яч: вона складається з 12 п’ятикутників і 20 шестикутників. Такий багатогранник має високу симетрію, близьку до сферичної. Кожен атом карбону в молекулі С60, як і в графіті, зв’язан з трьома іншими атомами. В перших дослідах фулерени отримували випаровуванням графіту в атмосфері гелію під дією потужного лазерного імпульсу. Пізніше дізнались, що фулерени утворюються при пропусканні гелію через електричну дугу між графітовими електродами. На стінках реактора осідає сажа, яка має до 15% фулеренів.

Фулерени – це крісталічні речовини чорного кольору з металевим блиском, які мають властивості напівпровідників. На відміну від інших алотропних модифікацій, вони добре розчиняються в органічних розчинниках: бензені(утворює малиновий розчин), толуолі, чотирихлористому карбоні – ці властивості використовують для відокремлення фулеренів від сажі. При тиску порядка 2∙105 атм і кімнатній температурі бакмінстерфулерен перетворюється на алмаз. При температурі біля 800°С молекули С60 переходять у газоподібний стан і до температури 1800°С.

У внутрішню порожнину можна вводити інші речовини, так створюють нові матеріали з новими унікальними властивостями: надтверді та надпровідні.

У 1992р. фулерени були найдені у природі – в мінералі шунгиті (аморфному вуглецю), що назван на честь селища Шуньга в Карелії. Не дивно, що довгий проміжок часу домішки фулерену в шунгиті не помічали, адже його там всього 0,001%.

Фосфор

Білий

Складається з молекул Р4, які мають форму тетраєдра. Фосфор має електронну конфігурацію:

P [Ne] 3s23p3

В утворенні молекули приймають участь р-орбіталі, вони утворюють тільки δ-зв’язки. При об’єднані чотирьох атомів в молекулу кут зменшується від 90° до 60°, тому молекула стиснута, як пружина. Цим пояснюється висока реакційна здатність. За звичайних умов це білий порошок. Має молекулярну кристалічну гратку. У порошкоподібному стані фосфор самозаймається прямо на повітрі. Білий фосфор добре розчинний в СS2, ефірі, але мало розчинний у воді, тому зберігають його під шаром води. Легко з’єднується з галогенами, енергічно реагує із сіркою і багатьма металами. Сильні окисники окиснюють його до фосфорної кислоти. Фосфор виділяє легко відновлювальні метали (золото, срібло, мідь, свинець) з їх солей, та й ще реагує з ними.

Білий фосфор отримають відновленням фосфату кальцію вуглецем:

Ca3(PO4)2+3SiO2+5C=1/2P4+3CaSiO3+5CO