Zyskaj dostęp do setek lekcji przygotowanych przez ekspertów! Wszystkie lekcje, fiszki, quizy, filmy i animacje są dostępne po zakupieniu subskrypcji.

W tej lekcji:

  • wyjaśnienie pojęcia alotropii pierwiastka
  • właściwości odmian alotropowych węgla
  • przykłady zastosowań odmian alotropowych węgla
RABAT 30%
Nielimitowany dostęp roczny
  • Korzystny rabat
  • Jednorazowa płatność
  • Nie płacisz za wakacje!
girl
69,30 zamiast 99 zł
Kup na rok
Masz już dlaucznia.pl? Zaloguj się

Węgiel

Węgiel znajduje się w 2. okresie i 14. grupie układu okresowego pierwiastków chemicznych. To niemetal, który jest składnikiem wszystkich związków organicznych.
położenie węgla w układzie okresowym






Doświadczenie: Wykrywanie węgla w cukrze spożywczym (sacharozie)

To będzie potrzebne:
cukier spożywczy (sacharoza), stężony roztwór kwasu siarkowego(VI), zlewka, bagietka, łyżka do odczynników.
Instrukcja:
1. Do wysokiej zlewki należy wsypać łyżkę cukru.
2. Następnie ostrożnie wlewać po bagietce tyle stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI), aby całkowicie zwilżyć cukier.
Schemat:
doświadczenie chemiczne - wykrywanie węgla w cukrze
Obserwacje: Cukier żółknie, następnie staje się brunatny i czarny. Zwiększa swoją objętość, a nad zlewką unosi się biały dym.
reakcja chemiczna cukru z kwasem siarkowym(VI)
Wykrywanie węgla w cukrze.
Wniosek: Cukier uległ zwęgleniu. Jednym z pierwiastków chemicznych wchodzących w skład cukru jest węgiel.






Węgiel występuje w kilku odmianach alotropowych.
Odmiany alotropowe pierwiastka chemicznego, np. węgla, to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, różniące się budową wewnętrzną, a przez to też właściwościami fizycznymi i właściwościami chemicznymi.

Najlepiej poznanymi odmianami alotropowymi węgla pierwiastkowego są:
  • diament,
  • grafit,
  • grafen,
  • fulereny.

Diament

W diamencie każdy atom węgla połączony jest z czterema innymi atomami węgla za pomocą bardzo silnych wiązań kowalencyjnych. Dzięki nim diament jest najtwardszą substancją występującą na Ziemi.
diament
diament
model struktury diamentu
model struktury diamentu
Właściwości fizyczne diamentu:
  • substancja stała, krucha
  • zwykle bezbarwne kryształy, nierozpuszczalne w wodzie
  • nie przewodzi prądu elektrycznego
  • dobrze przewodzi ciepło

Właściwości chemiczne diamentu:
  • bezwonny
  • mało aktywny chemicznie, spala się w temperaturze wyższej od 850°C
  • w podwyższonej temperaturze reaguje m.in. z F2

Grafit

Sieć krystaliczna grafitu składa się z oddalonych od siebie warstw atomów węgla połączonych oddziaływaniami van der Waalsa. Łatwo je rozdzielić, dlatego grafit jest miękki i łupliwy.
grafit w ołówku
grafit w ołówku
model struktury grafitu
model struktury grafitu
Właściwości fizyczne grafitu:
  • substancja stała, miękka, tłusta w dotyku
  • ciemnoszare płytki, nierozpuszczalne w wodzie
  • dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło
Właściwości chemiczne grafitu:
  • bezwonny
  • mało aktywny chemicznie w temperaturze 0°C, w podwyższonej temperaturze reaguje m.in. z Br2
  • ulega reakcjom spalania

Grafen

Grafen jest zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla, która przypomina plaster miodu.
grafen
płytka wykonana z grafenu
model struktury grafenu
model struktury grafenu
Właściwości fizyczne grafenu:
  • substancja stała, wytrzymała mechanicznie
  • przezroczysty
  • nierozpuszczalny w wodzie
  • dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło

Właściwości chemiczne grafenu:
  • bezwonny
  • mało aktywny chemicznie
  • w wyniku reakcji z wodorem staje się izolatorem

Jednoatomowe warstwy grafenu zwinięte w walec tworzą struktury zwane nanorurkami węglowymi. Nanorurki węglowe są bardzo trwałe i wytrzymałe na rozciąganie. Mają też zdolność przewodzenia prądu elektrycznego i ciepła.
model struktury nanorurki
model struktury nanorurki

Fulereny

Fulereny zbudowane są z jednej warstwy atomów węgla połączonych wiązaniami kowalencyjnymi, które tworzą zamkniętą strukturę kształtem przypominającą piłkę.
fulereny
fulereny
model struktury fulerenu
model struktury fulerenu
Właściwości fizyczne fulerenów:
  • substancje stałe o metalicznym połysku
  • kryształy o barwie od żółtej do czerwonobrązowej
  • nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych
  • mają właściwości nadprzewodzące i półprzewodnikowe

Właściwości chemiczne fulerenów:
  • bezwonne
  • pod wpływem światła ulegają rozkładowi
  • reagują z najaktywniejszymi litowcami
  • ulegają reakcjom spalania

Oprócz diamentu, grafitu, grafenu i fulerenów znane są jeszcze inne odmiany alotropowe węgla – karbin oraz cyklokarbon.

Zastosowania odmian alotropowych węgla

Odmiany alotropowe węgla ze względu na swoje różnorodne właściwości mają wiele zastosowań.
  • Diament można szlifować. Oszlifowane diamenty to brylanty – najcenniejsze kamienie szlachetne. Brylanty są wykorzystywane w jubilerstwie do wyrobu biżuterii. Ze względu na dużą twardość używa się ich także do produkcji m.in. narzędzi tnących.
zdjęcie pierścionka
  • Grafit składa się z przesuwających się względem siebie warstw atomów węgla, więc pozostawia ślady przy pocieraniu, np. o kartkę papieru. Z tego powodu robi się z niego wkłady do ołówków.
pisanie ołówkiem po kartce
  • Grafen ze względu na dużą wytrzymałość mechaniczną i dobre przewodnictwo elektryczne jest stosowany m.in. w elektronice oraz do wyrobu materiałów o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej.
zastosowanie grafenu
  • Fulereny są wykorzystywane w medycynie, m.in. do projektowania leków dla chorych na AIDS lub nowotwory. Ponieważ dodanie fulerenu C60 do aluminium zwiększa jego twardość, ten fuleren jest stosowany także w przemyśle metalurgicznym.
badania w laboratorium
Zyskaj dostęp do setek lekcji przygotowanych przez ekspertów! Wszystkie lekcje, fiszki, quizy, filmy i animacje są dostępne po zakupieniu subskrypcji.

W tej lekcji:

  • wyjaśnienie pojęcia alotropii pierwiastka
  • właściwości odmian alotropowych węgla
  • przykłady zastosowań odmian alotropowych węgla
RABAT 30%
Nielimitowany dostęp roczny
  • Korzystny rabat
  • Jednorazowa płatność
  • Nie płacisz za wakacje!
girl
69,30 zamiast 99 zł
Kup na rok
Masz już dlaucznia.pl? Zaloguj się