Вуглець є одним із найпоширеніших елементів на Землі та відіграє вирішальну роль у багатьох аспектах життя. Від повітря, яким ми дихаємо, до їжі, яку ми їмо, вуглець є всюди.
У цій статті ми дослідимо властивості вуглецю, його різні форми та його роль у навколишньому середовищі, промисловості та суспільстві.
Властивості вуглецю
Вуглець — це неметалічний хімічний елемент із символом C і атомним номером 6. Він належить до групи 14 періодичної таблиці та має атомну масу 12,011 г/моль. Вуглець має температуру плавлення 3550 °C (6422 °F) і температуру кипіння 4827 °C (8721 °F). Він існує в кількох формах, включаючи алмаз, графіт, фулерени та вуглецеві нанотрубки.
При звичайних температурах вуглерод хімічно інертен, при досить високих температурах з’єднується з багатьма елементами, проявляє сильні відновлювальні властивості. Хімічна активність різних форм вуглероду буває в ряду: аморфний вуглерод, графіт, алмаз, в повітрі вони воспламеняются при температурах відповідно вище 300—501 °C, 600—700 °C і 800—1000 °C.
Форми вуглецю
Вуглець є унікальним елементом завдяки своїй здатності утворювати ковалентні зв’язки з іншими атомами, включно з ним самим, створюючи довгі ланцюги та складні структури. Ця властивість відома як катенація і відповідає за утворення органічних сполук, включаючи вуглеводні, спирти та карбонові кислоти.
- Алмаз є найтвердішим відомим матеріалом і складається з атомів вуглецю, розташованих у структурі кристалічної решітки.
- Графіт, з іншого боку, є м’яким, чорним, слизьким матеріалом і зазвичай використовується як мастило.
- Фулерени — це сферичні молекули, що складаються з атомів вуглецю та мають унікальні властивості, такі як висока міцність, низька щільність і хороша електропровідність.
- Вуглецеві нанотрубки являють собою циліндричні структури, що складаються з атомів вуглецю, мають високу міцність і відмінну електро- і теплопровідність.
Як згадувалося раніше, вуглець існує в кількох формах, включаючи алмаз, графіт, фулерени та вуглецеві нанотрубки. Кожна форма має свої унікальні властивості та застосування.
Алмаз
Алмаз — це форма вуглецю, яка використовується в ювелірних виробах, ріжучих інструментах і промислових цілях. Він утворюється глибоко в мантії Землі в умовах високої температури та тиску. Діаманти дорогі через свою рідкість, довговічність і красу. Їх цінують за прозорість, колір і вагу в каратах. Алмаз є найтвердішою з відомих речовин.
Графіт
Графіт — темно-сіра непрозора дрібнокристалічна речовина, жирна на дотик. На відміну від алмазу графіт добре проводить електричний струм та тепло і дуже м’який.
Графіт у великих кількостях одержують штучно — нагріванням коксу або антрациту в спеціальних електричних печах при температурі близько 3000 °C і підвищеному тиску без доступу повітря. Штучний графіт відзначається високою чистотою і м’якістю.
Фулерени
Фулерени – це молекули вуглецю, які мають сферичну або еліпсоїдну форму і складаються з шестикутних і п’ятикутних атомів вуглецю, з’єднаних таким чином, щоб утворити порожню кулю або трубку.
Фулерен C540
Фулерени мають безліч потенційних застосувань у різних галузях науки та технології, таких як медицина, електроніка, енергетика, каталіз та інші. Наприклад, вони можуть бути використані для створення нових матеріалів з високою міцністю та стійкістю.
Вуглецеві нанотрубки
Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) – це циліндричні структури, що складаються з атомів вуглецю, встановлених у формі міцних, гнучких стінок.
Можливі застосування нанотрубок:
- Надміцні нитки, композитні матеріали, нановаги.
- Застосування в мікроелектроніці: транзистори, нанопроводи, наноантени, прозорі провідні поверхні, паливні елементи.
- Для створення сполук між біологічними нейронами та електронними пристроями у новітніх нейрокомп’ютерних технологіях.
- Капілярні застосування: капсули для активних молекул, зберігання металів та газів, нанопіпетки.
- Оптичні використання: дисплеї, світлодіоди.