khimie.ru

Долгое время считали, что углерод существует в виде трех аллотропных модификациях — алмаза, графита и аморфного углерода. Позже выяснилось, что так называемый аморфный углерод (сажа, древесный уголь) есть не что иное, как разновидность графита, но не менее упорядоченной структурой. Просто в аморфного углерода чрезвычайно мелкие кристаллы со многими дефектами. Итак, самостоятельными видоизменениями углерода является алмаз и графит.

Кристалл алмаза — это одна гигантская пространственная молекула, где каждый углеродный атом соединен ковалентными связями с четырьмя соседями. Эти связи равноценны, чрезвычайно прочные и разорвать их очень трудно. Из-за этого алмаз — самый твердый из всех известных веществ, химически пассивен и к тому же не проводит тока. Чистейшие алмазы не заметны в воде, поскольку их показатели преломления одинаковы. И все же после сжигания в кислороде даже такого высокочистого алмаза остается немного пепла.

Совсем иначе ведет себя графит. Он тоже является полимером, но не пространственным, как алмаз, а скорее плоским. Его молекулы можно сравнить с «паркетом», изложенным из шестиугольных «плиток». Такой углеродный «паркет» располагается в кристалле графита тарамы, как полки на этажерке. Интересно, что внутри «паркета» атомы углерода сцепленные довольно прочными ковалентными связями, тогда как между собой соседние слои связаны слабыми силами межмолекулярного притяжения. Именно поэтому графит жирный на ощупь, мягкий и оставляет черный след на бумаге — это кристалл графита легко расслаивается на отдельные чешуйки. В этом своеобразном строении графита кроется причина его повышенной химической активности по сравнению с алмазом. Дело в том, что в пространство между слоями легко проникают атомы, ионы и молекулы различных реагентов и прежде окислителей. Оказавшись в межплоскостном пространстве, они «ломают» углеродные «плитки» «паркета» — графит вступает в химическую реакцию. Он растворяется в перхлоратной кислоте, а также в щелочных растворах таких окислителей, как хлорат калия КСlO₃ и перманганат калия КМnO₄. Некоторые авторы ошибочно полагают, что на воздухе зажечь графит практически невозможно (даже в чистом кислороде это сделать непросто). На самом же деле графит, раскаленный на воздухе электрическим током до 1100 °С и выше, начинает гореть пламенем. И это пламя пылает тем сильнее, чем больше накаляют графит.

Кстати, о электропроводности графита. Электроны, «блуждают» между слоями графита, легко образуют «электронный газ». Благодаря этому графит непрозрачный, а также хороший проводник тока и тепла.

До сих пор речь шла о пространственном и «плоскостном» полимере углерода. Зато советские ученые синтезировали линейные полимеры углерода, которые в природе не существуют. Первый из них — карбин добыли каталитическим окислением ацетиленовых производных. Интересно, что карбина — черный мелкокристаллический порошок — является полупроводником. Под действием света электропроводность его возрастает тем больше, чем интенсивнее освещение. Благодаря этой особенности карбин применяют в фотоэлементах. К тому же карбин не теряет своей фотопроводимости до 500 °С, а вообще выдерживает нагрев до 2000 °С.

В последнее время немецкие ученые обнаружили карбин в одном из метеоритов, упавший в Баварии.

Также советскими учеными был синтезирован и второй линейный полимер углерода — поликумулен.