ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тиосерная кислота . 18.2.9. Соединения серы с галогенами Селен (Selenium). Теллур из "Общая химия 2000" Главную подгруппу четвертой группы периодической системы образуют пять элементов — углерод, кремний, германий, олово и свинец. [c.404] Для элементов рассматриваемой группы характерны степени окисления 4-2 и -t-4. [c.404] Соединения углерода и кремния, в которых степень окисления этих элементов равна +2, немногочисленны и сравнительно мало стойки. [c.404] Некоторые свойства элементов главной подгруппы четвертой группы и образуемых ими простых веществ охарактеризованы в табл. 16.1. [c.404] Наиболее крупные месторождения графита образовались в результате воздействия высоких температур и давления на каменные угли. [c.405] тоже состоящий из углерода, получается искусственным путем. Однако в природе есть вещества, близкие по своему составу к углю. Таковы различные виды ископаемого угля, образующие во многих местах земного щара мощные отложения. Некоторые из ископаемых углей содержат до 99% углерода. [c.405] По многочисленности и разнообразию своих соединений углерод занимает среди других элементов соверщенно особое положение. Число изученных соединений углерода оценивают в настоящее время примерно в десять миллионов, тогда как соединения всех остальных элементов, вместе взятые, исчисляются лишь сотнями тысяч. [c.405] Многообразие соединений углерода объясняется способностью его атомов связываться между собой с образованием длинных цепей или колец (см. гл. 29). [c.405] Подобное тетраэдрическое расположение связей, образуемых атомом углерода, характерно также для предельных углеводородов и их производных (см. гл. 29). [c.405] Ввиду большой ценности алмазов их получают искусственным путем из графита. Для этого применяют очень высокое давление (порядка 10 ° Па) и длительный нагрев при температуре около 3000 °С. Нитевидные кристаллы алмаза получают при обычном давлении. Нитевидные кристаллы, или усы , имеют структуру, практически лишенную дефектов, и обладают очень высокой прочностью. [c.406] При прокаливании в кислороде алмаз сгорает, образуя диоксид углерода. Если сильно нагреть алмаз без доступа воздуха, то он превращается в графит. [c.406] Графит представляет собой темно-серые кристаллы со слабым металлическим блеском. Он имеет слоистую решетку. Все атомы углерода находятся здесь в состоянии зр -гибридизации каждый из них образует три ковалентные т-связи с соседними атомами, причем углы между направлениями связей равны 120°. В результате возникает плоская сетка, составленназ из правильных шестиугольников, в вершинах которых находятся ядра атомов углерода расстояние между соседними ядрами составляет около 142 пм. [c.406] В образовании (Т-связей участвуют три электрона каждого атома углерода. Четвертый электрон внешней оболочки занимает 2р-орбиталь, не участвующую в гибридизации. Такие негибридные электронные облака атомов углерода ориентированы перпендикулярно плоскости слоя и, перекрываясь друг с другом, образуют делокализованные тг-связиСтруктура графита показана на рис. 16.2. [c.406] Соседние слои атомов углерода в кристалле графита находятся на довольно большом расстоянии друг от друга (335 пм) это указывает на малую прочность связи между атомами углерода, расположенными в разных слоях. Соседние слои связаны между собой в основном силами Ван-дер-Ваальса, но частично связь имеет металлический характер, т. е. обусловлена обобществлением электронов всеми атомами кристалла. Этим объясняется сравнительно высокая электрическая проводимость и теплопроводность графита не только в направлении слоев, но и в перпендикулярном к ним направлении. [c.406] Рассмотренная структура графита обусловливает сильную анизотропию его свойств. Так, теплопроводность графита в направлении плоскости слоев равна 4,0 Дж/(см с-К), а в перпендикулярном направлении составляет 0,79 Дж/(см с К). Электрическое сопротивление графита в направлении слоев в 10 раз меньше, чем в перпендикулярном направлении. [c.406] Отдельные слои атомов в кристалле графита, связанные между собой сравнительно слайо, легко отделяются друг от друга. Этим объясняется малая механическая прочность графита. Если провести куском графита по бумаге, то мельчайшие кристаллики графита, имеющие вид чешуек, прилипают к бумаге, оставляя на ней серую черту. На этом основано применение графита для изготовления карандашей. [c.406] На воздухе графит не загорается даже при сильном накаливании, но легко сгорает в чистом кислороде, превращаясь в диоксид углерода. [c.406] Аналогично образуются т- и я--связи в молекуле бензола. Подробнее эта система связей будет рассмотрена в гл. 29. [c.406] Кроме природного, в промышленности находит применение искусственный графит. Его получают главным образом из лучших сортов каменного угля. Превращение происходит при температурах около 3000 °С в электрических печах без доступа воздуха. На основе естественного и, особенно, искусственного графита изготовляют материалы, применяемые в химической промышленности. Благодаря их высокой химической стойкости они используются для футеровки, изготовления труб и др. [c.407] Графит термодинамически устойчив в широком интервале температур и давлений, в частности при обычных условиях. В связи с этим при расчетах термодинамических величин в качестве стандартного состояния углерода принимается графит. Алмаз термодинамически устойчив лишь при высоких давлениях (выше 10 Па). Однако скорость превращения алмаза в графит становится заметной лишь при температурах выше 1000 °С при 1750 °С превращение алмаза в графит происходит быстро. [c.407] Вернуться к основной статье