ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
54
кратные связи при
2
sp - и sp-гибридизации орбиталей C соответственно
1
. Причем из них
более устойчив (минимальная теплота сгорания) карбин, обладающий цепочечной
структурой, в которой
каждый атом C образует 2 σ-связи и 2 π-перекрывания. (И в
циклических молекулах
18
C сравнительно недавно синтезированного циклоуглерода
имеет место sp-гибридизация орбиталей C.)
Карбин вначале был получен искусственно (в 1968 г. нашими учеными) –
окислительной конденсацией ацетилена, но позже обнаружен и в природе. В компактной
форме карбин белого цвета, а в виде порошка – черный; является полупроводником
(
1E =∆
эВ), в то время как алмаз – диэлектрик (
7,5E
=
∆
эВ).
Графит, обладающий
слоистой структурой (при sp
2
- гибридизации) [9], проводит
ток лишь в направлении слоев, но не перпендикулярно к ним (анизотропия свойства). Это
объясняется тем, что общее π(р-р)-перекрывание p
z
–орбиталей всех атомов С каждого
слоя обеспечивает
делокализацию электронов именно вдоль слоя.
Делокализация
е определяет также серый цвет и металлический блеск графита.
Благодаря слоистой структуре, графит используется как антифрикционный материал (в
подшипниках) и как пишущий – для изготовления карандашей.
Другие формы простых веществ углерода (кокс, уголь, сажа и т.п.) являются
аморфными разновидностями графита. То есть имеют неупорядоченно-слоистую
структуру, поэтому анизотропией свойств не обладают и, например, угольные стержни,
как токопроводящие
по всем направлениям, используются в качестве электродов.
Отметим, что и такие сравнительно недавно открытые модификации C, как
трубчатый углерод или фуллерены (состоящие из сферических молекул
60
C,
70
C) и т.п., –
все построены из 6-членных циклов (как и слои графита), а также 5-членных, но тоже с
2
sp -гибридизацией орбиталей атомов.
Структура графита (в силу кинетических особенностей ее формирования)
оказывается наиболее предпочтительной при образовании простого вещества C в ходе
большинства химических процессов. А для перевода графита в алмаз нужны сильный
нагрев и сверхвысокое давление (чтобы сблизить слои графита для перехода
2
sp -
гибридизации в
3
sp ) или другие особые условия
2
.
В настоящее время объем производства
искусственных алмазов сопоставим с
добычей
естественных, но природные ювелирные образцы (т.е. достаточно крупные и
чистые, чтобы их использовать в качестве украшений) гораздо дешевле.
Структура и физические свойства простых веществ аналогов углерода.
Поскольку π(р-р)-перекрывание не эффективно для атомов кремния, тем более для
аналогов последнего (?), то
графитоподобная модификация Si неустойчива, а в случае
остальных – не получена.
Алмазоподобная структура характерна для кремния и германия, а для олова
устойчива лишь ниже 13,2
0
С. Это
α
-модификация (т.н. «серое олово», обладающее
полупроводниковыми свойствами), которая при нагревании переходит в
металлическую
β -модификацию - «белое олово» с октаэдрической координацией атомов.
Свинец при любых условиях ниже т.пл. имеет
металлическую кристаллическую
решетку (к.ч.=12). Из него (как тяжелого металла с плотной решеткой) делают щиты от
1
Отметим, что sp- и sp
2
-гибридизации имеют место и в непредельных органических соединениях углерода –
алкенах, алкинах и в их производных.
2
Например, при эпитаксиальном (поверхностном) осаждении пары углерода, образующиеся при разряде
между графитовыми стержнями, направляют на подложку, охлаждаемую жидким азотом, на которой вырас-
тают достаточно крупные, годные для технических целей кристаллы (в условиях термической нестабильно-
сти скорость роста алмаза больше, чем графита). Аналогично покрывают алмазной пленкой режущую по-
верхность инструментов, резко
увеличивая их прочность.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- …
- следующая ›
- последняя »
