Презентация по химии на тему "Углерод. Аллотропные соединения углерода"

 ГБПОУ «Спасский техникум отраслевых  технологий» Научный руководитель:  Рачкова Н.А. Студент:  Ковалев Д.В. 

Углерод в виде угля, копоти и сажи известен человечеству с незапамятных времен, около 100 тыс. лет назад, когда наши предки овладели огнем
В 1791 году английский химик С.Теннант первым получил свободный углерод
В 1824 года российский физик и химик М.Соловьев ввёл название «углерод»

Аллотропия углеродаУглерод имеет самое большое количество аллотропных модификаций

Алмаз
Графит
Графен
Карбин
Лонсдейлит
Наноалмаз
Фуллерены
Фуллерит
Углеродное волокно
Углеродные нановолокна
Углеродные нанотрубки

Активированный уголь
Древесный уголь
Антрацит и ископаемый уголь
Кокс каменноугольный и нефтяной
Стеклоуглерод
Технический углерод
Сажа
Углеродная нанопена

Астралены
Диуглерод
Углеродные наноконусы

Алмаз ( в переводе с греческого – несокрушимый) – драгоценный минерал, кубическая аллотропная форма углерода.

Твердость - самый твердый минерал по шкале твердости Мооса
Высокая теплопроводность
Прозрачность
Цвет: бесцветный, желтый, коричневый, голубой, синий, зеленый, красный, розовый, черный
Температура плавления 3700-4000 0 С

Ограненный алмаз или бриллиант – драгоценный камень
В металлообрабатывающей промышленности сверла и резцы с алмазными наконечниками применяются для тонкого точения, фрезеровки и растачивания различных твердых и сверхтвердых материалов
При изготовлении проволоки из металлов (золото, серебро, вольфрам и пр.) и сплавов
На ювелирных фабриках с помощью алмазного порошка гранят и шлифуют самоцветы
Абразивный порошок используется при изготовлении дисковых отрезных пил, буровых коронок, специальных напильников, шлифовальных кругов и прочего инструмента
В ядерной физике - в камерах для регистрации быстрых частиц
В астрономии для изготовления линз в сверхчувствительных фотоэлементах
В электронной промышленности в качестве теплопроводящих элементов
Из него делают наконечники для высокоточных измерительных приборов
Для исследования космоса и изучения строения Земли
В медицине применяют алмазные скальпели. Кристаллы алмаза применяются в различных медицинских лазерах
С давних времен кристаллы алмазов использовались для резки стекла

Графит ( в переводе с греческого – записывать) - минерал из класса самородных элементов, аллотропная модификация углерода, имеет слоистую структуру
Природный графит имеет разновидности:
плотнокристаллический (жильный),
кристаллический(чешуйчатый),
скрытокристаллический (аморфный, микрокристаллический).

Мягкий, хрупкий
Хорошо проводит электрический ток
На ощупь жирный, скользкий, пачкает бумагу и пальцы
Цвет от черного до стального с характерным металлическим блеском
При механическом воздействии расслаивается
Графит обладает чрезвычайной огнеупорностью, его температура сгорания - 38500С

Для изготовления плавильных тиглей, футеровочных плит 
Для изготовления электродов, нагревательных элементов 
Для получения химически активных металлов методом электролиза расплавленных соединений. твёрдых смазочных материалов, в комбинированных жидких и пастообразных смазках
Наполнитель пластмасс
Замедлитель нейтронов в ядерных реакторах
Компонент состава для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей 
Для получения синтетических алмазов
В качестве эталона длины нанометрового диапазона для калибровки сканеров сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа  
Для изготовления контактных щёток и токосъёмников для электроических машин и мостовых подъемных кранов с троллейным питанием, мощных реостатов
Для изготовления тепловой защиты носовой части боеголовок баллистических ракет и возвращаемых космических аппаратов
Как токопроводящий компонент высокоомных токопроводящих клеев

Графен – двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом и соединённых в гексагональную двумерную кристаллическую решетку
Физические свойства графена: высокая проводимость и теплопроводность прочность гидрофобность
Применение:
- в производстве легковесных спутников и самолетов и устойчивых к механическим воздействиям ветряных двигателей
- для получения датчиков, легкого и прочного пластика, мониторов, солнечных батарей
- для изготовления высокочастотных высокомощных электронных устройств, искусственных мембран, создания дисплея на органических светодиодах, освоения новой техники ускоренного секвенирования ДНК, улучшения жидкокристаллических дисплеев, создания баллистических транзисторов

Карбин – аллотропная форма углерода
Состоит из углеродных фрагментов с тройной –С≡С–С≡С– или двойной кумулированной =С=С=С=С= связью
Образует линейные
и циклические
структуры

Черный мелкокристаллический порошок
Полупроводник, восполняет недостающее звено в спектре углеродных материалов: алмаз – диэлектрик, графит – проводник.
Обладает фотоэлектрическими свойствами, не утрачивает фотопроводимости даже при температуре до 500 °C
Имеет меньшую величину теплоемкости, чем алмаз и графит
Средняя теплота сгорания карбина значительно меньше по сравнению с графитом и алмазом
Карбин линейно-цепочечного строения обладает большой твердостью, одномерной проводимостью, возможностью легирования, ферромагнетизмом, высокотемпературной сверхпроводимостью

Области применения карбина:
Электроника и микроэлектроника, термоядерный синтез, технологии получения чистых алмазов без металлических примесей, космонавтика, авиация, медицина, оптика, микроволновая и электрическая технологии
Имея высокую биологическую совместимость и нетоксичность, карбин применяют для изготовления протезов кровеносных сосудов, прочных, эластичных, нетоксичных, с высокими тромборезистивными свойствами
Карбиноподобный углерод и алмазоподобные углеродные пленки, содержащие структурные элементы карбина, применяются при изготовлении неотторгающихся прочных шовных нитей, для покрытия трущихся поверхностей искусственных суставов, а также в офтальмологии.
Перспективно применение карбина в урологии и стоматологии

Лонсдейлит или алмаз гексагональный - гексагональная полиморфная модификация углерода
Представляет собой очень мелкие кристаллы; твердый; желто-коричневого цвета; прозрачный
Сложен в получении

Наноалмаз или ультрадисперсный алмаз – углеродная наноструктура размером от 1 до 10 нанометров
Применяют:
- в качестве добавки смазочных материалов,
- для создания гальванических и композиционных покрытий,
- в качестве сорбента и полирующего материала, для производства поликристаллических алмазов,
-в качестве добавки к маслам

Фуллерены – аллотропная модификация углерода, представляют собой замкнутые молекулы углерода, в которых все атомы расположены в вершинах правильных шестиугольников или пятиугольников, покрывающих поверхность сферы или сфероида
Фуллерены встречаются виде желтых или бурых кристаллов с плотностью 1,65 г/см3, мягкие и скользкие на ощупь, легко растворяются в бензоле с образованием красного раствора
Молекулы фуллеренов были выделены из редкого минерала шунгита

Фуллерены используют для изготовления:
Лакокрасочных материалов;
Ингибиторов коррозии;
Модифицированных пластиков;
Феррожидкости для амортизаторов;
Самоочищающихся поверхностей;
Солнечных батарей;
Антифрикционных составов;
Для создания лекарственных препаратов, антиоксидантов

Фуллерит — это молекулярные кристаллы, являющиеся продуктом объемной полимеризации сферических углеродных молекул фуллеренов
Фуллериды, или металлофуллериты, получают легированием фуллерита щелочными металлами
Эндоэдралы представляют собой специфическую форму легированных фуллеренов, полученную путем интеркалирования атомов или молекул внутрь фуллереновой сферы

Углеродное волокно - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.
Углеродные или карбоновые нановолокна - углеродные цилиндрические наноструктуры, представляющие собой сложенные стопкой слои графена в виде конусов, «чашек» или пластин.

Углеродная нанотрубка - аллотропная моификация углерода, представляющая собой полую цилиндрическую структуру диаметром от десятых до нескольких десятков нанометров и длиной от одного микрометра до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку графеновых плоскостей 

Активированный уголь - пористое вещество, которое получают из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения: древесного угля, каменноугольного кокса, нефтяного кокса, скорлупы кокосовых орехов и других материалов.
Содержит огромное количество пор и поэтому имеет очень большую удельную поверхность на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбционной способностью 
Применяется в медицине, химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Используется в средствах индивидуальной защиты, для фильтрации воды, при производстве сахара, для производства органических удобрений

Антрацит – самый древний уголь из ископаемых углей, имеет высокую степень углефикации
Относится к лучшим сортам каменного угля, имеет черный цвет, сильный блеск, большую теплотворную способность
Используется в энергетике как топливо, на транспорте, в быту
Применяется для черной и цветной металлургии, для производства адсорбентов, электродов, электрокорунда, микрофонного порошка

Кокс каменноугольный - твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый при коксовании каменного угля при температуре 950-1100°С без доступа кислорода
Применяют для выплавки чугуна,
- как восстановитель железной руды,
- разрыхлитель шихтовых материалов,
- в литейном производстве,
- для бытовых целей,
- в химической и ферросплавной отраслях промышленности

Стеклоуглерод - твердый материал, сочетающий свойства графита и стекла
Применяют для изготовления тиглей, чашей, посуды для дефлаграции, испарения, плавления, разложения
Изготовляют электроды

Технический углерод - высокодисперсный углеродистый материал, образующийся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.
Применяется при производстве резины, шин, пластических масс
Используется в качестве черного пигмента

Сажа  - аморфный углерод, продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов в неконтролируемых условиях. электротехнической промышленности
Газовая сажа — название чёрной краски, содержащей пигмент «сажа»
Применяется для производства шин и резинотехнических изделий
Используется для приготовления чёрной краски в полиграфической и лакокрасочной промышленности, в чёрной металлургии

Углеродная нанопена - мельчайшая сетка из углеродных нанотрубок и кластеров
Одно из её необычных свойств — она притягивается к магнитам, хотя обычно углерод — немагнитный материал. 
Это свойство дает возможность применения нанопены в медицине, например, введение микроскопических количеств нанопены в кровоток позволяет отслеживать течение крови в мельчайших капиллярах за счёт магнитно-резонансной томографии. Предполагается, что введение нанопены в опухоль поможет уничтожить последнюю за счёт инфракрасного излучения.
Благодаря очень маленькой плотности и большой площади поверхности, углеродная нанопена может быть использована для хранения водорода в топливных ячейках
Полупроводниковые свойства нанопены используются в электронике

Астралены - фуллероидные соединения, представляющие собой многослойные полиэдральные структуры из атомов углерода размером от 80 до 150 нанометров
Астралены рассматриваются как перспективный наноматериал
Возможные области применения:
- добавка-модификатор для полимерных и неорганических композиционных материалов и композиционных сплавов
- антифрикционная добавка к конструкционным материалам и смазкам
- элеменхолодных катодов
- элемент нелинейно-оптических систем
Диуглерод — двухатомная нейтральная частица, образованная двумя атомами углерода и детектируемая спектрометрически в электрической дуге, в кометах, в синих языках пламени. В естественных условиях молекула диуглерода неустойчива и на Земле не существует

Углеродные наноконусы - конические структуры, линейные размеры которых, хотя бы в одном направлении порядка одного микрометра или менее
Наноконусы могут быть полыми или заполненными
Наноконусы на поверхности стекла придают ему уникальные свойства – устойчивость к запотеванию, способность к самоочищению, устранение бликов
В перспективе применение для улучшения характеристик поверхностей оптических приборов, экранов смартфонов и телевизоров, солнечных панелей, лобовых стекол автомобилей и окон в зданиях

1. Неорганическая химия: Учебное пособие / Богомолова И.В. - М.: Альфа-М, ИНФРА-М, 2016.
2. Неорганическая химия. Краткий курс / В.Г. Иванов, О.Н. Гева. - М.: КУРС: НИЦ ИНФРА-М, 2014.
3. Оcновы химии: Учебник / В.Г. Иванов, О.Н. Гева. - М.: КУРС: НИЦ ИНФРА-М, 2014.
4. Основы общей химии: Учебное пособие / Елфимов В.И., - 2-е изд. - М.:НИЦ ИНФРА-М, 2015.
5. Материалы и их технологии. В 2 ч. Ч. 1.: Учебник / В.А. Горохов, Н.В. Беляков, А.Г. Схиртладзе; Под ред. В.А. Горохова. - М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014
6. Материалы и их технологии. В 2 ч. Ч. 2.: Учебник / В.А. Горохов и др; Под ред. В.А. Горохова. - М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2014
7. Основы технологий и применение наноматериалов: Монография / Колмаков А.Г., Баринов С.М., Алымов М.И. - М.:ФИЗМАТЛИТ, 2012
8. Барыбин, А. А. Физико-химия наночастиц, наноматериалов и наноструктур: Учеб. пособие / А. А. Барыбин, В. А. Бахтина, В. И. Томилин, Н. П. Томилина. – Красноярск : СФУ, 2011
9. Сверхпроводники и сверхпроводимость: словарь-справочник. Том 3. Применения и перспективы: словарь-справочник / И.А. Паринов. - Ростов-на-Дону: Издательство ЮФУ, 2010
Интернет-источники:
http://files.school-collection.edu.ru/
http://him.1september.ru/
http://www.nanometer.ru/
https://ru.wikipedia.org/