Аморфный углерод

Кристаллический углерод

· Алмаз

· Графит

· Карбин

· Фуллерены

Аморфный углерод

• Активированный уголь
• Древесный уголь
• Ископаемый уголь: антрацит и др.
• Кокс каменноугольный, нефтяной и др.
• Сажа

Содержание углерода в земной коре 0,1 % по массе. Свободный углерод находится в природе в виде алмаза и графита. Основная масса углерода в виде природных карбонатов (известняки и доломиты), горючих ископаемых — антрацит (94—97 % С), бурые угли (64—80 % С), каменные угли (76—95 % С), горючие сланцы (56—78 % С), нефть (82—87 % С), горючих природных газов (до 99 % метана), торф (53—56 % С), а также битумы и др.

Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6—29,5 % по массе. Таким образом по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после кислорода.
Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма — соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO₂ (около 12 % массы земной коры). Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния — это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень, полевые шпаты.

Кристаллическая структура кремния.

Кристаллическая решётка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза.

При нагревании углерод и кремний взаимодействуют с галоге­нами, с элементами подгруппы серы, азотом, водородом и многими металлами. В последнем случае образуются соединения, называ­емые карбидами и силицидами. С углеродом и кремнием взаимо­действуют лишь некоторые кислоты, являющиеся сильными окис­лителями. Например, в присутствии окислителей (KClO₃, MnO­₂) аморфный углерод растворяется в концентрированных азотной и серной кислотах при нагревании. Кремний же растворяется лишь в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Si + 18HF + 4HNO­₃ = 3H₂SiF₆ + 4NO + 8Н₂О

Щелочи переводят кремний в соли кремниевой кислоты с выде­лением водорода:

Si + 2КОН + H₂O = К₂Si0₃ + 2Н₂­

С водой углерод и кремний реагируют лишь при высоких тем­пературах:

С + Н₂О à СО + Н₂

Si + ЗН₂О = Н₂SiO₃ + 2Н₂

Первая из этих реакций имеет большое практическое значение. Она лежит в основе процесса газификации твердого топлива.

Углерод в отличие от кремния непосредственно взаимодейству­ет с водородом:

С + 2Н₂ = СН₄

Реакция осуществляется при нагревании в присутствии ката­лизатора (мелкий раздробленный никель). Продукт взаимодействия — метан — является первым членом ряда предельных угле­водородов, состав которых выражается формулой CnH2n+2.

Аналогично углероду кремний тоже образует с водородом со­единения, но они менее устойчивы. Надежно идентифицированы только шесть низших гомологов предельного ряда. Их называют силанами. Простейший представитель моносилан SiH₄ имеет строе­ние, аналогичное СН₄. Силаны - крайне реакционноспособные соединения, воспламеняющиеся на воздухе. Низкая прочность связи Si—Si (DH = -220 кДж/моль) по сравнению со связью С—С (DH = -340 кДж/моль) обусловила возможность образова­ния лишь ограниченного числа силанов по сравнению с углево­дородами.
Склонность углерода к образованию полимерных цепей объясняет то обстоятельство, что он в обычных условиях тверд, нелетуч и химически инертен.

При нагревании на воздухе углерод и кремний сгорают с обра­зованием оксидов. Однако процессы окисления идут по-разному. При недостатке кислорода углерод образует оксид углерода (II), а при избытке — оксид углерода (IV). Кремний с кислородом во всех случаях образует оксид кремния (IV). Оксид кремния (II) может быть получен лишь косвенным путем:

Si + SiO₂ = 2SiO.

Поиск по сайту: