Курсова робота на тему
«Аллотропние модифікації вуглецю: фулерени, графен, вуглецеві нанотрубки: будова, властивості, способи отримання»
Зміст
Введення
. Графен
. Структурні особливості графена
. Структурні дефекти графена
. Властивості графена
. Отримання графена
. Застосування графена
. Фулерени
. Будова фулеренів
. Властивості фулеренів
. Отримання фулеренів
. Застосування фулеренів
. Вуглецеві нанотрубки
. Структура нанотрубок
. Властивості нанотрубок
. Отримання нанотрубок
. Застосування нанотрубок
Висновок
Література
Введення
Атом вуглецю, будучи елементом четвертої групи головної підгрупи Періодичної Системи, має у своєму звичайному стані два неспарені валентних р-електрона на зовнішньому електронному рівні: 1s22s22p2. При переході в збуджений стан один електрон з 2s-підрівня переходить на вакантну 2p-орбіталь, таким чином реалізується вища валентність атома вуглецю, і утворюється атом з чотирма неспареними електронами. Незважаючи на те, що збуджений стан є менш енергетично вигідним станом атома, більшість відомих вуглецевих з'єднань містять вуглець саме в Четирьохвалентний стані, так як виділяється при утворенні нових ковалентних зв'язків енергія компенсує енергетичні витрати на перехід електрона з s-підрівня на р-підрівень. У процесі утворення чотирьох ковалентних зв'язків відбувається вирівнювання s і р-електронних хмар з утворенням однакових за формою і енергії гібридних орбіталей, що беруть участь в перекривання. Залежно від типу гібридизації утворюються різні за будовою структури: лінійна (одномірна), площинна (двовимірна) або об'ємна тетраедричних (тривимірна) структури. Розуміння зв'язку між типом гібридизації електронних хмар і будовою молекул або кристалів дуже важливо при вивченні вуглецю і його численних форм і з'єднань.
Ще однією важливою особливістю атома вуглецю є його здатність утворювати високомолекулярні структури: замкнені і незамкнуті, розгалужені і нерозгалужені ланцюга.
Довгі роки вважалося, що вуглець може утворювати всього дві кристалічні структури: графіт і алмаз.
Алмаз має просторову структуру, в якій атоми вуглецю знаходяться в sp3-гібридному стані і утворюють 4 міцні ковалентні зв'язки, орієнтовані відносно один одного в просторі.
Структура графіту шарувата, кожен атом вуглецю в sp2-гібридному стані утворює три міцні ковалентні зв'язки з атомами, розташованими в одній площині. Оскільки зв'язки направлені під кутом 120о, то структура шару складається з правильних шестикутників з атомами вуглецю в вершинах. Атоми сусідніх шарів пов'язані відносно слабкими силами Ван-дер-Ваальса, тому зв'язки між шарами менш міцні, і шари легко розділити.
У подальшому стало відомо, що вуглець існує в безлічі аллотропних модифікацій з різними фізичними властивостями:
Алмаз
Графіт
Карбин
Графен
Лонсдейліт
Фулерени
Фуллер
наноалмази
Вуглецеві нанотрубки
Церафіт
Крім цих кристалічних форм вуглець може існувати і в аморфному вигляді:
Деревне вугілля
Активоване вугілля
Антрацит
Кокс
Сажа
А так само можуть утворитися кластерні форми:
астралі
Діуглерод.
1. Графен
Графен являє собою одношарову двовимірну вуглецеву структуру, що складається з правильних шестикутників зі стороною 0,142 нм і атомами вуглецю в вершинах. Ця структура є складовою кристалічного графіту, в якому такі графенові шари розташовуються на відстані 3,4 нм один від одного.
Кожен атом вуглецю в графені оточений трьома найближчими сусідами і володіє чотирма валентними електронами, три з яких утворюють sp2-гібрідізоваться орбіталі, розташовані в одній площині під кутами 120о і формують ковалентні зв'язки з сусідніми атомами. Четвертий електрон, представлений орієнтованої перпендикулярно цій площині негібрідізованной pz-орбиталью, відповідає за низькоенергетичні електронні властивості графена.
Досить велику відстань і слабкі зв'язки між шарами давно наштовхували вчених ...
