Авторы: Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Издательство: Просвещение
Тип: Учебник
§ 31. Характеристика углерода и кремния
Вопросы и задания
1. Перечислите химические элементы IVA-группы периодической системы Д. И. Менделеева. Найдите общие и отличительные черты в строении атомов этих элементов.
Элементы VI группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева:
C — углерод, Si — кремний, Ge — германий, Sn — олово, Pb — свинец.
Общим в строении атомов данных элементов является то, что на внешнем энергетическом уровне их атомов находятся четыре электрона.
Различным — то, что у них разное количество энергетических уровней, радиус атомов увеличивается сверху вниз, также ослабевают неметаллические свойства и усиливаются металлические.
2. Как доказать, что графит и алмаз являются аллотропными видоизменениями одного и того же химического элемента? Почему их свойства столь различны?
То, что графит и алмаз являются аллотропными видоизменениями одного и того же химического элемента можно доказать сжиганием обоих веществ. В результате реакции образуется только оксид углерода (IV):
При пропускании его через известковую воду выпадает белый осадок — карбонат кальция:
При определённых условиях графит и алмаз способны превращаться друг в друга.
Различия в физических свойствах графита и алмаза объясняются строением их кристаллических решёток (у обоих веществ атомная кристаллическая решётка, однако атомы в них расположены по-разному). У алмаза в кристаллической решётке каждый атом углерода связан ковалентными связями с остальными четырьмя атомами, которые от него находятся на одинаковом расстоянии. Эти связи во всех направлениях одинаковой прочности. У графита атомы располагаются слоями, расстояние между атомами в одном слое различно, чем расстояние между атомами между слоями. Из-за этого связи между атомами различно непрочные.
3. Для каких целей применяют алмаз и графит?
Области применения графита:
- минеральные краски;
- смазочный материал;
- электроды (графитовые стержни);
- в плавлении металлов;
- создание атомных реакторов (блоки из чистого графита).
Области применения алмаза:
- ювелирная промышленность (бриллиант);
- изготовление режущих предметов (сверла, ножи, резцы);
- квантовые компьютеры;
- часовая и ядерная промышленность;
- микроэлектроника.
4. Подготовьте компьютерную презентацию на одну из тем: «В мире алмазов», «Искусственные алмазы», «Аллотропные модификации углерода».
При подготовке к презентации по теме “Искусственные алмазы” можно использовать следующую информацию:
- Дата первого появления появления на алмазном рынке экспериментальных образцов искусственных камней — 1993 год.
- Настоящий камень и искусственный внешне очень похожи, но в действительности у них много различий.
- Основное различие между искусственным и природным камнем в чистоте и твёрдости. Искусственный камень — самый твёрдый в мире, а природный может иметь погрешности и вкрапления.
- Синтетические алмазы создаются лабораторным путём. В специальный тубус помещают графитовый порошок, специальные металлические сплавы, затравки будущих искусственных камней.
- Искусственные алмазы стоят дешевле природных, они легче поддаются огранке. по внешнему же виду они ничуть не хуже, чем настоящие.
- Применяются искусственные алмазы в резке и шлифовке благодаря своей высокой твёрдости, а также как полупроводники для производства микросхем.
Задание из интернета
Найдите в интернете информацию о получении и областях применения фуллерена и графена
Применения фуллерена
Получение новых композитных материалов для электротехники, оптического и радиолектронного противодействия; изготовление материалов для применения в строительстве и изготовлении средств индивидуальной защиты; создание микроэлектронных материалов специального назначения; разработка новых технологий в медицине.
Применение графена
Потенциальная замена кремния в интегральных микросхемах, в наноэлектронике. Использование графена как сверхчувствительный сенсор для обнаружения
Светодиоды на основе графена.
Получение фуллерена
Способ получения фуллерена основан на термическом разложении графита (электролитический нагрев графитового электрода, лазерное облучение поверхности графита).
Получение графена
Способ получения основан на механическом отщеплении слоёв графита от высокоорентированного пиролитического графита. Другой способ — метод термического разложения подложки карбида кремния.