• Alotropia - zjawisko występowania różnych odmian krystalograficznych tego samego pierwiastka chemicznego.

• Alotropia jest szczególnym przypadkiem polimorfizmu czyli różnopostaciowości substancji.

• Odmiany alotropowe nie są różnymi stanami skupienia materii, ale przejścia z jednej odmiany alotropowej do drugiej są przemianami fazowymi pierwszego rzędu. Nie zachodzą one jednak w ściśle określonych temperaturach lecz są zależne od termicznej historii próbek. Powoduje to, że dany pierwiastek może występować w dwóch różnych odmianach alotropowych w tej samej temperaturze.

węgiel występuje w formie: diamentu, grafitu, fulerenu, nanorurek i form poliynowych

Model atomu węgla

• Diament to minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Nazwa pochodzi od gr. ἀδάμας adamas (dopełniacz ἀδάμαντος adamantos, łac. diamentum) = "niepokonany, niezniszczalny" i nawiązuje do wyjątkowej twardości tego minerału. Jest najtwardszą znaną substancją

• Właściwości• Wzór chemiczny - C (węgiel) • Układ krystalograficzny - regularny • Twardość w skali Mohsa - 10, najtwardszy ze znanych minerałów • Łupliwość – doskonała według ścian ośmiościanu • Rysa - biała • Przełam - muszlowy • Gęstość – 3,47 – 3,57 - najczęściej: 3,52 g/cm³ • Barwa - bezbarwny lub zawiera przebarwienia zwiazane z zanieczyszczeniem • Połysk - diamentowy • Dyspersja - 0,044 • Inkluzja - wrostki różnych minerałów. • dobra przewodność cieplna: 2000W/(m*K) wynikającą z efektywnego przewodnictwa fononowego, • ma właściwości półprzewodnikowe

Diament krystalizuje w układzie regularnym (w klasie tetraedrycznej). Każdy atom węgla połączony jest wiązaniami kowalencyjnymi  z czterema innymi atomami znajdującymi się w narożach  diamentu, tworząc w przestrzeni siatkę z czworościanów foremnych. Wszystkie odległości między atomami węgla są jednakowe.

•Grafit – minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Jest minerałem pospolitym i szeroko rozpowszechnionym.Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału•Właściwości:Wzór chemiczny: C – węgiel Układ krystalograficzny – heksagonalny (niekiedy trygonalny) Twardość w skali Mohsa - 1 do 1,5 Łupliwość – doskonała, jednokierunkowa Rysa – ciemnoszara, czarna, błyszcząca. Przełam - dobry Gęstość - 2,09 do 2,23 g/cm³ Barwa - czarna, ciemnoszara Połysk - półmetaliczny Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło Odporny na wysoką temperaturę

Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do benzenu Podobnie jak to jest w benzenie, każde wiązanie C-C w warstwie ma charakter zdelokalizowanego, "1.5 krotnego" wiązania aromatycznego. Wiązania te tworzą obszary zdelokalizowanych orbitali π, które, podobnie jak to się dzieje w metalach umożliwiają swobodny ruch elektronów równolegle do warstw, dzięki czemu grafit wykazuje stosunkowo wysokie przewodnictwo elektryczne.Między warstwami występują jedynie słabe oddziaływania Van der Waalsa. Odległości między sąsiednimi atomami węgla w jednej warstwie wynoszą 1.42 Å (czyli 0,142 nm), zaś między warstwami 3,35 Å (0,335 nm). Powoduje to, że grafit wykazuje znaczną anizotropię (czyli kierunkowość) różnych własności fizycznych.

FULERENY- związki chemiczne składające się z kilkudziesięciu, kilkuset a nawet ponad tysiąca atomów węgla, tworzące zamkniętą, regularną, pustą w środku kulę, elipsoidę lub rurkę. Własności chemiczne fulerenów są zbliżone pod wieloma względami do węglowodorów aromatycznych. Fulereny są odmianą alotropową węgla. Bardzo łatwo sublimują.

• Nanorurk węglowe są zbudowanymi z węgla strukturami nadcząsteczkowymi, mającymi postać walców ze zwiniętego grafenu (jednoatomowej warstwy grafitu). Najcieńsze mają średnicę rzędu jednego nanometra, a ich długość może być miliony razy większa. Wykazują niezwykłą wytrzymałość na rozrywanie i unikalne własności elektryczne, oraz są znakomitymi przewodnikami ciepła. Te własności sprawiają że są badane jako obiecujące materiały do zastosowań w nanotechnologii, elektronice, optyce i badaniach materiałowych.

Porównanie diamentu i grafitu

Diament Grafit

BudowaPrzestrzenna, przenikające się tetraedry, wszystkie wiązania równocenne, bark wolnych elektronów

Warstwowa, płaska, wiązania miedzy warstwami słabe, 1wolny elektron

Barwabezbarwny Szary, metaliczny

Gęstość3,51 g/dm3 2,265 g/dm3

TwardośćNajtwardszy z minerałów Bardzo miękki , łupliwy

Przewodnictwo prądu

izolator Przewodzi prąd elektryczny

ZastosowanieCięcie szkła, tarcze szlifierskie, wiertła geologiczne

Przybory rysownicze, naczynia żaroodporne, elektrowody, reaktory

Gęstość alotropowych form węgla

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Diament Grafit Nanorurki Fulereny

formy węgla

gęs

tość

[g

/cm

3]

Serie1

• W XVII wieku uczeni twierdzili, że diament jest niepalny. Dopiero pod koniec tego wieku florenccy uczeni umieścili diament w ognisku silnej soczewki skupiającej. Gdy nadszedł słoneczny dzień diament zniknął. Odkrycie dwutlenku węgla jako produktu spalania diamentu pozwoliło na postawienie hipotezy ze jest on odmianą węgla.

C O2 CO2+

V

m

v

nCm

%100r

sp m

mC

TRnVp

GęstośćRównanie gazu doskonałego

Stężenie procentowe

Stężenie molowe

Autor prezentacji: Katarzyna Częścik