Вуглець

Вуглець не належить до найпоширеніших у природі елементам – із загального числа атомів земної кори на його частку припадає лише 0,14 %. Незважаючи на це, значення вуглецю виключно велике, тому що його сполуки є основою всіх живих організмів. Форми знаходження вуглецю в природі різноманітні. Крім тканин живих організмів і продуктів їх руйнування (кам’яне Вугілля, нафта і т. д.), він входить до складу багатьох мінералів, що мають здебільшого загальну формулу МСО3, де М – двовалентний метал. Найбільш поширеним з таких мінералів є кальцит (СаСО3), який утворює іноді величезні скупчення на окремих ділянках земної поверхні. Атмосфера містить вуглець у вигляді вуглекислого газу (СО2), який в розчиненому стані знаходиться також у всіх природних водах.

Вільний вуглець зустрічається в- вигляді двох простих речовин – алмазу і графіту. З деякою натяжкою (через наявність домішок) до цих двох форм можна додати й третю – так званий аморфний вуглець, найважливішими представниками якого є сажа і деревне вугілля. За зовнішніми властивостями алмаз різко відрізняється від обох інших модифікацій. Він безбарвний, прозорий, має щільність 3,5 і є самим твердим з усіх мінералів. Графіт являє собою сіру, непрозору і жирну на дотик масу з щільністю 2,2.

На противагу алмазу він дуже м’який – легко дряпається нігтем і при терті залишає сірі смуги на папері. « Аморфний » вуглець за властивостями досить близький до графіту. Плоность його коливається звичайно в межах 1,8 – 2,1. У деяких різновидів « аморфного » вуглецю сильно виражена здатність до адсорбції (тобто поглинанню на поверхні) газів, пари і розчинених вешеств.

1) Як видно з рис. 129, кожен атом вуглецю в алмазі з’єднаний з чотирма іншими, причому відстань від його центру до центру будь-якого з сусідніх однаково (1,54 А). По відношенню до кожного атому З чотири сусідніх розташовані в кутах охоплює його правильного тетраедра (рис. 124).

Решітка алмазу має атомний характер (III, § 7). Цим і визначається ряд його властивостей: незважаючи на свою твердість, алмаз крихкий, він практично не проводить електричний струм і відрізняється поганою теплопровідністю.

Алмази зустрічаються в наносних пластах, що утворилися за рахунок руйнування гірських порід, Їх щорічна світова видобуток становить близько 4 т. Нещодавно алмази вдалося отримати штучно.

Виняткова твердість алмазу обумовлює його цінність для техніки. Алмази застосовуються при бурових роботах (« алмазне буріння »), різанні скла, витягуванні тонкого дроту і т. д. Найбільш красиві кристали шліфують і під назвою діамантів (рис. 130) вживають в якості прикрас. Для їх розцінки служить застосовувана до коштовних каменів одиниця ваги – карат (0,2 г).

2) Кожен атом вуглецю в графіті (рис. 131), як і в алмазі, з’єднаний з чотирма іншими, і відстані від нього до трьох інших приблизно однакові (1,42 А), однак від четвертого свого сусіда він вже значно більше віддалений (3,35 А). В результаті зв’язок щодо останнього напряму набагато слабкіше, ніж по інших. Зовні це виражається в легкій расщепляемость графіту по показаної на рис. 131 лінією АБ площині спайності кристала на окремі тонкі шари (« лусочки »).

Зв’язки між вуглецями однієї і тієї ж площини в решітці графіту мають ковалентний характер, а між вуглецями різних площин – металевий. Наявністю металевих зв’язків обумовлена висока електропровідність графіту (0,1 від електропровідності ртуті) і його хороша теплопровідність (у три рази більше, ніж у ртуті). Водночас структура графіту має відношення і до молекулярного типу, так як наявність в кристалі площин спайності дозволяє розглядати його як ряд гігантських плоских частинок, порівняно слабко пов’язаних один з одним межмолекулярними силами.

Кристалічна структура « аморфного » вуглецю у всіх досліджених випадках виявлялася тотожною зі структурою графіту. Можна тому думати, що « аморфний » вуглець складається в основному з дуже дрібних і безладно розташованих кристалів графіту.

Посилання на основну публікацію