Общая характеристика неметаллических элементов. Явление

Общая характеристика
неметаллических элементов.
Явление аллотропии.
Аллотропные формы
Оксигена, Карбона, Сульфура и
Фосфора. Значение озонового
слоя для жизни на Земле.
Характеризуем явление
аллотропии
• Явление существования хим.элемента
в виде двух или нескольких простых
веществ, различных по свойствам и
строению, называется аллотропией.
• Эти простые вещества называются
аллотропными формами или
модификациями.
Аллотропные формы
Оксигена:
• Кислород – (О2 ) Бесцветный газ , без
запаха, обладает высокой
химической активностью.
• Озон – (О3 ) Газ голубого цвета,
имеющий запах свежести, обладает
очень высокой химической
активностью.
Нестойкое соединение, быстро
распадается: 2О3 = 3О2 .
Значение озонового слоя на
земле:
• На высоте 20-50км воздух содержит
повышенное количество озона. Озона
очень мало, но несмотря на его малую
плотность, озоновый щит надежно
защищает все живое на Земле от
вредного воздействия УФ лучей
Солнца. Кроме того, озоновый слой
вместе с углекислым газом поглощает
ИК излучение Земли, тем самым
предотвращает ее от охлаждения.
Аллотропные модификации
Фосфора и Сульфура:
Фосфор: 1) Фосфор белый (Р4 )-вещество,
молекулярного строения, очень ядовитое
летучее, светящееся в темноте,
самовоспламеняющееся.
2) Фосфор красный (Р) – не летуч, не ядовит,
производство спичек.
3) Фосфор черный (Р).
4) Фосфор фиолетовый (Р).
Р4 бел. = Рчерн. (р=12тыс.атм.,темп.=220С)
Рчерн. = Рфиол. (р=18тыс.атм.)= Рметаллич.фаза р=111тыс.атм
Сульфур: 1) Ромбическая сера (S8 )8атомн. кольцеподобные молекулы.
2) Моноклинная сера (S8 ).
Отличаются строением кристал.решеток.
3) Пластическая сера - аморфная
форма. Цепи Sn .
Все модификации желтого цвета.
12С
Аллотро́пия (от др.-греч. αλλος – «другой», τροπος – «поворот, свойство») –
существование одного и того же химического элемента в виде двух и более
простых веществ, различных по строению и свойствам.
sp3 формы:
Алмаз
Лонсдейлит
sp2 формы:
Графит
Графены
Фуллерены
Нанотрубки
sp формы:
Карбин
Алмаз
Алмаз – от араб. ‫ألماس‬, ’almās, тур. elmas «несокрушимый»
При нагреве до 2000 °C без доступа
воздуха переходит в графит за 15-30 мин.
Кристаллическая решётка – кубическая
гранецентрированная.
Самый твёрдый известный природный минерал.
nD (бесцветных алмазов) 2,417.
Алмаз обладает сильной дисперсией –
способностью разлагать белый свет на
отдельные составляющие.
Красоту придаёт алмазу огранка, создающая
условия для многократных внутренних
отражений. Огранённый алмаз называется
бриллиантом.
Алмаз
Добыча алмазов
Мировая добыча алмазов превышает
115 млн. карат (80% технические).
В 2008 г. стоимость добытых алмазов
составила $ 12,73 млрд.
1 карат = 0,2 г
В 2004 г.
Ботсвана
Россия
Канада
ЮАР
Ангола
Намибия
$ 2,9 млрд.;
$ 2 млрд.;
$ 1,4 млрд.;
$ 1,3 млрд.;
$ 1,2 млрд.;
$ 0,7 млрд.
Алмаз
Добыча алмазов
Центр алмазодобычи в районе Кимберли
(ЮАР) - «Большая дыра» («Big Hole»),
вырытая вручную старателями, численность
которых достигла 50 тыс. чел. к концу XIX в.
С 1871 по 1914 г. добыто 14,5 млн. карат
(2,722 тонны) алмазов, в т.ч.
«Де Бирс» (428,5 карата), «Портер-Родс»
(150 карат) и «Тиффани» (128,5 карата).
В 1914 г. «Большая Дыра» была затоплена.
Кимберлитовая трубка «Мир» (г. Мирный
Якутия, РФ). Глубина 525 м, диаметр
1,2 км. С 1957 по 2001 г., по неофициальным данным, добыто алмазов на
$ 17 млрд., в т.ч. крупнейший алмаз,
найденный в СССР, «XXVI съезд КПСС»
весом 342,5 карата (более 68 г), и
вывезено около 350 млн. куб. м. породы.
Алмаз
Синтетические алмазы
В 1961 г. фирма «DuPont» получила
алмазы путём прямого фазового перехода
из графита. Синтез производился с
использованием энергии взрыва.
Современные способы получения алмазов
используют газовую среду, состоящую из
95 % водорода и 5 % углесодержащего
газа (пропана, ацетилена), образующую
высокочастотную плазму.
Годовое производство синтетических
алмазов ~400 млн. каратов (80000 кг).
1 г синтетических алмазов,
запаянных в ампуле
Алмаз
Ювелирные алмазы
«Куллинан» — крупнейший алмаз (3106 карат), был
найден в Юж. Африке в 1905 г. Расколот на 105
частей.
Куллинан-I - «Большая Звезда Африки», 530 карат.
Украшает скипетр англ. короля Эдуарда VII.
Кулинан-II - «Малая Звезда Африки»,
317 карат, в королевской короне Англии.
Куллинан-V - брошь в виде сердца
(бриллиант 18,8 карат).
Всего получено 1063,65 карат бриллиантов.
Куллинан-I
Куллинан-II
Куллинан-V
Алмаз
Ювелирные алмазы
«Звезда Сьерра-Леоне» (968,9 карат)
- Западная Африка, 1972 г.
Изготовлено 17 бриллиантов,
крупнейший - 153,96 карат.
«Эксельсиор» (995,2 карат) – Южная
Африка, 1893 г.
Изготовлен 21 бриллиант,
крупнейший - 69,8 карат.
Алмаз
Бриллианты
Бриллиант - от фр. brillant «блестящий»
Кохинур (хинди कोहिनरू «Гора Света»). Один из наиболее знаменитых
алмазов. Его история прослеживается достоверно с 1300 г. Сейчас в короне
королевы Елизаветы II. Самый большой из бриллиантов входящих в состав
сокровищ британской короны. Изначально имел лёгкий жёлтый оттенок и
m 186 карат, после переогранки 1852 г. стал чисто белым с m 108,93 карат.
Алмаз
Бриллианты
Алмаз «Шах» - бриллиант
индийского происхождения
весом в 88,7 карата. Подарен
Николаю I персидским шахом
«во искупление» убийства в
Тегеране представителя
России А. С. Грибоедова.
Алмаз «Орлов» - самый крупный и
знаменитый из семи исторических
драгоценных камней Алмазного фонда РФ.
С 1784 г. в Императорском скипетре
Екатерины Великой. Алмаз был найден в
Индии в конце XVII в. Вес бриллианта
189,62 каратов.
Алмаз
Бриллианты
Дрезденский зелёный бриллиант –
единственный крупный (41 карат) образец
бриллианта данной разновидности. Его цена
равнялась стоимости
постройки всего
Дрезденского собора.
Алмаз Хоупа – крупный голубой
бриллиант весом в 45,52 карата.
Привезен во Францию из Индии
в XVII в. Был известен как «Голубой
французский алмаз». Пропал в 1792 г.
В 1839 г. появился в переограненном
виде у лорда Хоупа.
Алмаз "Муссаефф красный" был обнаружен бразильским
фермером в 1990-х годах, первоначально весил 13,9 карата. Из
него изготовлен самый крупный красный бриллиант в 5,11 карата.
Алмаз
Применение
Алмазные
шлифовальные
круги
Пила с алмазным
напылением
Скальпель из
синтетических
алмазов
Алмаз для резки стекла
Алмазные буры
Лонсдейлит
Обнаружен в 1966 г. в метеоритном
каньоне (Аризонский кратер).
Решетки алмаза и лонсдейлита отличаются
способом упаковки: у алмаза – трехслойная,
а у лонсдейлита – двухслойная.
ρ лонсдейлита 3,51 г/см3,
на 58 процентов тверже алмаза.
Аризонский кратер:
диаметр 1250 м,
глубина ~175 м.
алмаз
лонсдейлит
Графит
Графит – от др.-греч. γράφω «пишу»
Структура слоистая. Хорошо проводит электрический
ток. Обладает низкой твёрдостью (1-2 по шкале
Мооса, алмаз - 10). Плотность 2,08-2,23 г/см³.
Наряду с природным графитом его получают
нагреванием смеси кокса и пека до 2800 °C или
из газообразных углеводородов при температуре
1400-1500 °С в вакууме с последующим нагреванием
образовавшегося пироуглерода до температуры
2500-3000 °С при давлении 50 МПа («пирографит»
или «электрографит»).
Фуллерены
В 1985 г. английский астрофизик Гарольд Крото решил экспериментально
сравнить результаты излучения межзвездных скоплений со спектрами паров
графита, получаемых в результате испарения под действием лазерного луча.
В лаборатории университета Райса (Хьюстон, США) совместно с Робертом
Керлом и Ричардом Смолли были выявлены сигналы, соответствующие С60
и С70. Они предположили, что молекула С60 имеет форму усечённого икосаэдра,
а молекула С70 обладает более вытянутой эллипсоидальной формой. Новый
класс молекул назвали фуллеренами.
фуллерен С60
фуллерен С70
Фуллерены
В 1996 г. Г. Крото, Р. Смолли и Р. Керлу
была присуждена Нобелевская премия
по химии «за открытие фуллеренов».
Гарольд Крото (1939 г. р.) –
британский химик и астрофизик.
Профессор-исследователь
Лондонского Королевского общества.
Ричард Смолли (1943- 2005)
– американский физик,
профессор университета Райса
Роберт Кёрл (1933 г. р.)
– американский химик,
профессор университета Райса.
Фуллерены
фуллерит
ρ (фуллерит) 1,7 г/см3,
ρ (графит) 2,3 г/см3,
ρ (алмаз) 3,5 г/см3
твердость фуллерита
в 2 раза больше алмаза
При комн. температуре кристалл С60
имеет гранецентрированную кубическую
решётку с постоянной 1.415 нм, при
Ткр≈260 К переходит в простую кубическую
(постоянная решётки 1.411 нм).
Фуллерены
Применение
К3С60 переходит в сверхпроводящее
состояние при Т 19 К , RbCs2С60 – Т 33 К.
Добавление фуллерена С60 в минеральные
смазки приводит к образования защитной
пленки толщиной ~100 нм, что увеличивает
время жизни узлов трения в 3-8 раз, а
термостабильность смазок до 400-500 ºС.
Добавки фуллеренов при получении искусственных алмазов методом высокого давления
увеличивают выход алмазов на 30 %.
Разработка противораковых медицинских препаратов на основе
водорастворимых соединений фуллеренов с включенными
радиоактивными изотопами.
Карбин
n НС≡СН
O2
[Cu+]
H-(С≡С)n-H
ρ 1,9-3,3 г/см3.
Обладает полупроводниковыми свойствами,
под воздействием света его проводимость
сильно увеличивается; термоустойчив - не
утрачивает фотопроводимости даже при
t ~500 °C. Инертен к действию химических
реагентов, н-р с Cl2 реагирует при t > 800 °C.
В 1942 г. при анализе пород из
Аризонского кратера был обнаружен
кристаллический белый порошок,
состоящий только из углерода.
В 1968 г. А. Гореси и Г. Донней
сообщили о находке «белого углерода»
(«чаоита») в графитовых частицах,
выделенных из метеоритного кратера.
Рентгенографические исследования
показали, что это новая форма
углерода. Чаоит тверже алмаза,
прозрачен, бесцветен или имеет
белую окраску.
В 1973 г. А. Виттекер установил, что
свойства чаоита и карбина совпадают.
Домашнее задание:
• Параграфы 3, 4 - учить, отвечать
на вопросы, вопр. 4 (письменно)
после параграфа 4.