Презентация на тему к уроку-проекту "Аллотропные модификации углерода"

• 1 слайд

  
  
  Аллотропные изменения углерода
  Химия – 9 класс
  03.05.2022
  1
  Автор: Павлова Т.В.– преподаватель химии
  ГБПОУ ОК «Юго-Запад»
  

• 2 слайд

  Углерод.Положение в таблице Менделеева
  Углерод Carbogenium - 6ой элемент в таблице Менделеева. Он располагается в главной подгруппе четвертой группы, втором периоде. Углерод-типичный неметалл.
  

• 3 слайд

  Нахождение в природе
  В настоящее время известно более миллиона соединений углерода с другими элементами. Их изучение составляет целую науку – органическую химию. В тоже время за изучение свойств чистого углерода ученые взялись сравнительно недавно - около 20 лет назад.
  

• 4 слайд

  Нахождение в природе
  Углерод занимает 17-е место по распространенности в земной коре – 0,048%. Но несмотря на это, он играет огромную роль в живой и неживой природе.
  

• 5 слайд

  Нахождение в природе
  Углерод входит в состав органических веществ в растительных и живых организмах, в состав ДНК. Содержится в мышечной ткани – 67%, костной ткани – 36% и крови человека (в человеческом организме массой 70 кг в среднем содержится 16 кг связанного углерода).
  

• 6 слайд

  Свободный углерод
  В свободном виде углерод встречается в нескольких аллотропных модификациях – алмаз, графит, карбин, крайне редко фуллерены. В лабораториях также были синтезированы многие другие модификации: новые фуллерены, нанотрубки, наночастицы и др.
  

• 7 слайд

  АЛМАЗ
  (греч. «адамас»
  твёрдый, непреклонный )
  как аллотропное видоизменение углерода
  

• 8 слайд

  Алмаз
  

• 9 слайд

  Кристаллическая решётка - атомная
  Кристаллизуется в кубической кристаллической решётке: половина атомов располагается в вершинах и центрах граней одного куба, а другая – в вершинах и центрах другого, смещённого относительно первого в направлении его пространственной диагонали.
  Каждый атом окружен четырьмя такими же атомами, располагающимися по вершинам тетраэдра. Расположение атомов таково, что каждый из них окружен четырьмя равноотстоящими ближайшими атомами — тетраэдр. На одну ячейку приходится восемь атомов. Все атомы относятся к одной правильной системе точек. Междоузлия представляют собой тетраэдрические пустоты.
  Из всех простых веществ алмаз имеет максимальное число атомов, приходящихся на единицу объёма – атомы упакованы очень плотно
  

• 10 слайд

  Существуют разновидности кристаллических решёток алмаза:
  рис. 1 Гексагональный алмаз (лонгсдейлит).
  рис. 2 Кубический алмаз
  

• 11 слайд

  Физические свойства
  Один из самых твёрдых и тугоплавких веществ (плотная упаковка и прочность связей).
  Хрупок – довольно легко расколоть на части.
  Очень высокая теплопроводность – проводит тепло в несколько раз лучше, чем многие металлы (в 4 раза лучше меди).
  Не проводит электрический ток.
  

• 12 слайд

  Шкала МООСА
  Все минералы имеют различную твёрдость. Твёрдость испытуемого минерала проверяется царапанием его «эталонным карандашом твёрдости». Немецкий минералог Ф.Моос создал шкалу твёрдости минералов. В ней в порядке возрастания твёрдости расположены 10 минералов: 1 — тальк, 2 — гипс, 3 — кальцит, 4 — флюорит, 5 — апатит, 6 — ортоклаз, 7 — кварц, 8 — топаз, 9 — корунд, 10 — алмаз.
  

• 13 слайд

  Алмазы имеют разный цвет
  Известны алмазы оранжевого, голубого, розового, жёлтого, коричневого, молочно-белого, синего, зелёного, серого и даже чёрного цвета. Окраска связана с дефектами в кристаллической решётке и замещением части атомов углерода на атомы бора, азота и даже алюминия. Серая и чёрная окраска алмазов обусловлена включениями графита.
  

• 14 слайд

  Применение основано на физических свойствах
  Изготовление бриллиантов – огранённые алмазы сильно преломляют свет.
  Для резки стекла, металлов, наконечники свёрл («алмазные жала»), буров и резцов – благодаря твёрдости.
  Алмазный порошок – для полировки и огранки драгоценных камней (рубинов) – твёрдость.
  

• 15 слайд

  Графит
  кристаллическое аллотропное видоизменение углерода, в древности считалось минералом свинца
  

• 16 слайд

  Графит
  

• 17 слайд

  Кристаллическая решётка - атомная
  Атомы связаны в плоские слои, состоящие из соединённых рёбрами шестиугольников. Каждый атом в слое имеет трёх соседей и угол между ними 120 градусов - возникает
  Четвёртый электрон делокализован (сходство с металлами).
  Связи вдоль слоёв и между ними разные по прочности.
  

• 18 слайд

  Физические свойства
  Мягкое вещество серого цвета, малая механическая прочность (неравноценные по прочности связи).
  Электропроводен и имеет металлический блеск (электроны блуждают, как у металлов).
  Вещество жирное на ощупь
  Теплопроводность в направлении плоскости слоёв больше, чем в перпендикулярном направлении.
  Электрическое сопротивление в направлении слоёв меньше, чем в перпендикулярном направлении наблюдается анизотропия (зависимость свойств вещества от направления)
  

• 19 слайд

  ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФИТА
  Графитовый порошок – изготовление минеральных красок.
  Смазочный материал (в смеси с маслом) – между отдельными слоями графита взаимодействие настолько слабо, что возникает скольжение. Чешуйки графита заполняя неровности поверхности создают гладкую поверхность.
  Графитовые стержни – электроды – электропроводность.
  Тигли, блоки для атомных реакторов – тугоплавкость.
  Теплозащитный материал для головных частей ракет – термостойкость.
  Получение карбидов – легко реагирует с металлами.
  

• 20 слайд

  Материалы на основе графита
  Графлекс или пенографит – высокопористый материал заменяет резину и металл.
  Стеклоуглерод – химически стоек, заменяет платиновую химическую посуду.
  Пирографит – для изготовления искусственных клапанов сердца
  Углеродное волокно как наполнитель в пластики для придания большей прочности и электропроводности, лёгкие эластичные электронагреватели
  Рис. Углеродная ткань и углеродное волокно, стаканчик из стеклоуглерода
  
  

• 21 слайд

  Карандаши
  Первые графитовые карандаши появились в XVIII веке. Это было связано с открытием графитового месторождения в Камберленде (Англия).
  В 1795 г. в Париже по способу Конта изготовлялись карандаши из смеси графита и глины, обожжённые в печи. Эта технология используется и по сей день. Чем больше глины – тем твёрже карандаш. В особые мягкие карандаши добавляют воск и сало – ими можно писать на стекле. Особый сорт рыхлых карандашей служит для пастельной живописи.
  

• 22 слайд

  На основе графита создан графин
  В конце XX века учёные разработали пути синтеза графинов – веществ со слоистой структурой, аналогичной графиту. Каждый слой графина состоит из шестичленных колец, внутри которых атомы связаны особой ароматической связью и связанных в свою очередь между собой.
  

• 23 слайд

  Аморфный углерод: древесный уголь, кокс, сажа
  Как было установлено исследованиями – эти три разновидности – мелкокристаллический графит, а не отдельные аллотропные модификации.
  Сажа получается при разложении метан
  Кокс образуется при разложении угля без доступа воздуха
  Древесный уголь образуется при разложении древесины без доступа воздуха. Обладает способностью к адсорбции – способностью поглощать различные вещества. Это явление используется для очистки сахара, спирта, в фильтре противогаза. Активированный уголь прокаливают на перегретом пару, число пор при этом увеличивается, что улучшает адсорбцию.
  

• 24 слайд

  Получен синтетически
  КАРБИН
  

• 25 слайд

  СТРОЕНИЕ КАРБИНА И ПОЛИКУМУЛЕНА (его разновидности)
  Белые кристаллы
  Состоит из цепей, образованных участками: -С С-С С- (карбин) или =С=С=С=С= (поликумулен)
  

• 26 слайд

  Свойства
  Обладает полупроводниковыми свойствами
  При сильном нагревании без доступа воздуха превращается в графит.
  

• 27 слайд

  Карбин
  Он имеет вид черного мелкокристаллического порошка, однако может существовать в виде белого вещества с промежуточной плотностью. Карбин обладает полупроводниковыми свойствами, под действием света его проводимость резко увеличивается.
  

• 28 слайд

  Карбин
  За счет существования различных типов связи и разных способов укладки цепей из углеродных атомов в кристаллической решетке, физические свойства карбина могут меняться в широких пределах. Позднее карбин был найден в природе в виде вкраплений в природном графите, содержащемся в минерале чаоит, а также в метеоритном веществе.
  Метеорит содержащий вкрапления карбина
  

• 29 слайд

  Фуллерены – молекулярная форма углерода
  По имени американского инженера и архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера, который построил конструкцию купола из сочленённых пяти- и шестиугольников.
  

• 30 слайд

  Фуллерены
  Фуллерены – класс химических соединений, молекулы которых состоят только из углерода, число атомов которого четно, от 32 и более 500, они представляют по структуре выпуклые многогранники, построенные из правильных пяти- и шестиугольников.
  Фуллерен С70
  

• 31 слайд

  Фуллерены – молекулы будущего
  Нанотрубки из углерода являются сверхпроводниками. Изучение этих интересных объектов только начинается
  («нано» - 10¯9)
  

• 32 слайд

  Фуллерены
  Происхождение термина "фуллерен" связано с именем американского архитектора Ричарда Букминстера Фуллера, конструировавшего полусферические архитектурные конструкции, состоящие из шестиугольников и пятиугольников.
  Купол Фуллера
  

• 33 слайд

  Фуллерены
  В противоположность первым двум, графиту и алмазу, структура которых представляет собой периодическую решетку атомов, третья форма чистого углерода является молекулярной. Это означает, что минимальным элементом ее структуры является не атом, а молекула углерода, представляющая собой замкнутую поверхность, которая имеет форму сферы.
  Модель фуллерена С60
  

• 34 слайд

  Другие формы углерода
  Известны и другие формы углерода, такие как уголь, кокс и сажа. Но все эти формы являются композитами, то есть смесью малых фрагментов графита и алмаза.
  Сажа
  

• 35 слайд

  Нанотрубки, наночастицы, графен
  

• 36 слайд

  Нанотрубки
  Наряду со сфероидальными углеродными структурами, могут образовываться  также и протяженные цилиндрические структуры, так называемые нанотрубки, которые отличаются широким разнообразием физико-химических свойств.
  Идеальная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр графитовую плоскость, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода.
  Строение нанотрубки
  

• 37 слайд

  Нанотрубки
  На рисунке представлена идеализированная модель однослойной нанотрубки. Такая трубка заканчивается полусферическими вершинами, содержащими наряду с правильными шестиугольниками, также по шесть правильных пятиугольников. Наличие пятиугольников на концах трубок позволяет рассматривать их как предельный случай молекул фуллеренов, длина продольной оси которых значительно превышает их диаметр.
  

• 38 слайд

  Наночастицы
  В процессе образования фуллеренов из графита образуются также наночастицы. Это замкнутые структуры, подобные фуллеренам, но значительно превышающие их по размеру. В отличие от фуллеренов, они также как и нанотрубки могут содержать несколько слоев., имеют структуру замкнутых, вложенных друг в друга графитовых оболочек. В наночастицах, аналогично графиту, атомы внутри оболочки связаны химическими связями, а между атомами соседних оболочек действует слабое ван-дер-ваальсово взаимодействие. Обычно оболочки наночастиц имеют форму близкую к многограннику. В структуре каждой такой оболочки, кроме шестиугольников, как в структуре графита, есть 12 пятиугольников, наблюдаются дополнительные пары из пяти и семиугольников.
  

• 39 слайд

  Графен
  Графе́н— двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, находящихся в sp²-гибридизации и соединённых посредством σ- и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. По оценкам, графен обладает большой механической жёсткостью и рекордно большой теплопроводностью Высокая подвижность носителей заряда (максимальная подвижность электронов среди всех известных материалов) делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах.
  

• 40 слайд

  Графен
  Основной из существующих в настоящее время способов получения графена в условиях научных лабораторий основан на механическом отщеплении или отшелушивании слоёв Этот метод не предполагает использования масштабного производства, поскольку это ручная процедура. Другой известный способ — метод термического разложения подложки карбида кремния— гораздо ближе к промышленному производству. Поскольку графен впервые был получен только в 2004 году, он ещё недостаточно хорошо изучен и привлекает к себе повышенный интерес.
  

• 41 слайд

  Источники информации
  Химия. Дидактический материал. 8-9 классы: пособие для учителей образоват. Учреждений / А.М. Радецкий. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2011. – 127 с.
  http://ppt4web.ru/khimija/grafit.html
  https://murzim.ru/nauka/himiya/19928-materialy-na-osnove-grafita.html
  http://chem21.info/