La historia física y química de la familia del carbono: grafeno, grafeno, soccereno, etc.

El carbono es un elemento no metálico de la segunda familia periódica de IVA. Carbonio, latín para "carbón, carbón vegetal". El carbono es un elemento muy común. Se encuentra ampliamente en la atmósfera, la corteza y los seres vivos en muchas formas. El carbono ha sido reconocido y utilizado desde hace mucho tiempo, una serie de compuestos de carbono; lo orgánico es la vida fundamental. El carbono es uno de los ingredientes del arrabio, el hierro forjado y el acero. El carbono puede unirse químicamente para formar una gran cantidad de compuestos que son moléculas importantes desde el punto de vista biológico y comercial. La mayoría de las moléculas de los organismos vivos contienen carbono, que existe tanto como elementos libres (diamante, grafito, etc.) como compuestos (principalmente calcio, magnesio y otros elementos electropositivos de carbonato). Existe como dióxido de carbono, un componente pequeño pero extremadamente importante de la atmósfera. Se espera que la abundancia total de carbono en las rocas de la corteza varíe ampliamente.

El diamante proviene del conglomerado de fuego del túbulo volcánico (túbulo volcánico). Está incrustado en una roca alcalina oscura y blanda llamada "tierra azul" o "roca ígnea que contiene diamantes". En 1870, un túbulo volcánico de este tipo se descubrió por primera vez en la ciudad de jimboli, Sudáfrica. [10] con el cambio de tiempo geológico, se puede encontrar un diamante en la erosión de la grava y la playa por la intemperie y la corrosión del cilindro volcánico. El modo original de cristalización del diamante sigue siendo un tema de investigación activo en la actualidad. El contenido de diamante en un cilindro volcánico típico de diamantes es extremadamente bajo, cuyo orden de magnitud es de 1/5 millón. Los minerales deben separarse mediante métodos mecánicos como trituración y elutriación y pasar a través de la cinta recubierta con ungüento, sobre la que se pegará el diamante. Hasta cierto punto, esto explica el precio extremadamente alto de los diamantes de calidad gema. En condiciones de suelo, es raro que un elemento vaya de un lugar a otro. Entonces, la cantidad de carbono en la tierra es una constante efectiva. El flujo de carbono en la naturaleza constituye el ciclo del carbono. Por ejemplo, las plantas toman dióxido de carbono del medio ambiente para almacenar energía de biomasa, como la respiración del carbono y el ciclo de Calvin (un proceso de fijación del carbono). Parte de la biomasa se transfiere por depredación y los animales exhalan parte de carbono en forma de dióxido de carbono. La estructura del ciclo del carbono es mucho más complicada que el diagrama esquemático de la derecha. Por ejemplo, algo de dióxido de carbono se disolverá en el océano y los restos de plantas o animales muertos pueden formar carbón, petróleo y gas natural, que se pueden liberar al quemar, pero las bacterias no pueden usarlos.

alotropía

Carbono diamante

Algunos alótropos de carbono

Algunos alótropos de carbono

Natural en forma de antracita (un tipo de carbón), grafito y diamantes, históricamente más fácilmente disponible como ceniza o carbón vegetal. Eventualmente, se cree que estos diferentes materiales están hechos de los mismos elementos. No es sorprendente que los diamantes sean los más difíciles de identificar. El naturalista Giuseppe peaverani de Florencia y el trabajador médico CiprianoTargioni descubrieron por primera vez que los diamantes pueden destruirse mediante el calentamiento. En 1694 usaron una gran lupa para enfocar la luz del sol sobre el diamante, y la piedra finalmente desapareció. El sustantivo Pierre-joseph y godefroylle taneuse repitieron el experimento en 1771. Más tarde, en 1796, el químico británico Smithson Tennant demostró que solo se producía CO2 cuando se quemaba y demostró que los diamantes eran solo una forma de carbono. (se muestra una estructura en la figura a)

El diamante es la estructura de carbono más sólida, en la que los átomos de carbono están dispuestos en forma de estructura cristalina. Cada átomo de carbono está estrechamente unido a los otros cuatro átomos de carbono, formando una estructura de red espacial y finalmente formando un sólido con alta dureza y baja actividad. Diamante de alto punto de ebullición, fusión de más de 3500 ℃, el punto de fusión es igual a la temperatura de la superficie de algunas estrellas. En una molécula de diamante, cada átomo de carbono está rodeado por otros cuatro átomos de carbono. Estos átomos de carbono están conectados entre sí con una fuerte fuerza de unión para formar una molécula enorme, por lo que el diamante es muy duro. El diamante es un aislante. El uso es para hacer adornos, poco material para esperar.

El grafito es un lustre metálico gris oscuro y un sólido opaco en forma de escamas finas. El grafito pertenece al cristal mixto, que tiene las propiedades del cristal atómico y del cristal molecular. Suave, graso, con excelente conductividad eléctrica. Alto punto de fusión y ebullición. Cada átomo de carbono en la molécula de grafito se une con solo otros tres átomos de carbono mediante una fuerza fuerte, formando una estructura laminar. La fuerza de unión laminar es pequeña, por lo que el grafito se puede utilizar como lubricante. Se utiliza para fabricar lápices, electrodos, cables de tranvía, etc. (se muestra una estructura en la figura b)

Soccerene fue descubierto en 1985 por científicos de la Universidad Texas Ross en Estados Unidos. Hay 60 átomos de C en una molécula de C60, que forman 32 caras, 20 hexágonos regulares y 12 pentágonos regulares. Los átomos de carbono de los fullerenos están unidos en cúpulas esféricas. (estructura como se muestra en la figura, e, f) es un cristal molecular con bajo punto de fusión y ebullición, baja dureza y aislamiento.

Lonsdaleita (que tiene el mismo tipo de enlace que el diamante, pero los átomos están dispuestos en forma hexagonal, también conocida como diamante hexagonal) (se muestra una estructura en la figura c)

[Chaoita, que se produce cuando el grafito choca con meteoritos y tiene átomos dispuestos en un patrón hexagonal]

Schwarzita (una estructura hipotética en la que las capas hexagonales se retuercen en una silla de "curvatura negativa" debido a la presencia de un heptágono) fibra de carbono (carbón filamentoso)

Carbonaerogels (Carbonaerogels)

Carbonnanofoam (telaraña, estructura fractal, densidad 1% de aerogel de carbono, ferromagnético) [9]

El grafeno es un cristal bidimensional. La característica más importante del grafeno es que los electrones se mueven a una velocidad de 1/300 de la velocidad de la luz, mucho más rápido que los electrones en los conductores ordinarios. Esto hace que los electrones del grafeno, o más exactamente, "portadores de carga", sean muy similares a los neutrinos relativistas. El grafito común se forma apilando capas de átomos de carbono planos en una disposición ordenada en forma de panal. La fuerza de las capas intermedias del grafito es débil y es fácil despegarse entre sí para formar láminas de grafito. Cuando una hoja de grafito se reduce a una sola capa, un átomo de espesor, es grafeno.

Carbono amorfo (amorfo, no realmente heteromórfico, pero grafito) (ver figura g)

Edición química

elemental

Datos de propiedad del elemento

Datos de propiedad del elemento

Arde en oxigeno

Luz blanca intensa, exotérmica y deslumbrante, produce una solución de hidróxido de calcio incolora e insípida (agua de cal clara) gas turbio

Ecuacion quimica:

C + O2 == ignición == CO2 (reacción química)

Arde en el aire

Exotérmico, calor rojo continuo, produce solución de hidróxido de calcio incolora e inodoro (agua de cal clarificada) gas turbio CO2; El monóxido de carbono se produce cuando la combustión es insuficiente, es decir, la cantidad de oxígeno es insuficiente:

Ecuación química cuando el oxígeno es suficiente:

C + O2 == ignición == CO2 (reacción química)

Ecuación química cuando el oxígeno es insuficiente:

2C + O2 == ignition == 2CO (reacción química)

Como agente reductor

Como agente reductor, el carbono tiene propiedades químicas similares al hidrógeno y al monóxido de carbono (pero productos diferentes) y se puede reducir a partir de óxidos metálicos.

Óxido de cobre reducido en carbono:

C + 2CuO == temperatura alta == 2Cu + CO2 (reacción de sustitución)

Óxido de hierro reducido en carbono:

3C + 2Fe2O3 == temperatura alta == reacción 4Fe + 3CO2 (reacción de desplazamiento)

Reducción de dióxido de carbono:

C + CO2 == temperatura alta == 2CO (reacción química)

Pero el carbono se calienta en el espacio sellado con permanganato de potasio, que descompone el oxígeno, y el carbono se oxida y explota rápidamente.

Reacción con ácido oxidante fuerte:

C + 2H2SO4 (concentrado) == calentamiento == CO2 + 2SO2 + 2H2O

C + 4HNO3 (concentrado) == calentamiento == CO2 4NO2 + 2H2O

La estabilidad de

El carbono es estable a "temperatura normal" y no es fácil de reaccionar. Por lo tanto, las pinturas antiguas famosas se pueden conservar en los tiempos modernos, y la tinta de carbón debe usarse para escribir archivos [9].

compuesto

Entre los compuestos de carbono, solo los siguientes compuestos pertenecen a sustancias inorgánicas: óxidos de carbono, carburos, compuestos de azufre de carbono, disulfuro de carbono (CS2), carbonatos, bicarbonatos, cianógenos y una serie de pseudo-halógenos y sus cuasi-halogenados, pseudo -halogenados, tales como cianógeno [(CN) 2], cianógeno [(OCN) 2], cianógeno [(SCN) 2] y otros compuestos que contienen carbono son todos compuestos orgánicos.

Dado que los enlaces formados por los átomos de carbono son relativamente estables, el número y la disposición del carbono en los compuestos orgánicos, así como los tipos y posiciones de los sustituyentes, son muy aleatorios, lo que conduce al fenómeno de que el número de compuestos orgánicos es extremadamente grande. y la mayoría de los compuestos descubiertos por la gente moderna son compuestos orgánicos. Las sustancias orgánicas son bastante diferentes de las sustancias inorgánicas en la naturaleza. Generalmente son combustibles y no son fácilmente solubles en agua. El mecanismo de reacción es complejo y ha formado una rama independiente: la química orgánica. [11]

Hacer edición de método

diamante

Producción mundial de diamantes en 2005

Producción mundial de diamantes en 2005

La cadena de suministro de diamantes está controlada por un número limitado de grupos comerciales autorizados y está muy concentrada en un área muy pequeña del mundo. Solo una pequeña cantidad de depósitos tienen valor real. Se debe tener cuidado durante la trituración del mineral para evitar la rotura de los diamantes en el proceso y luego los diamantes se secuencian según su densidad. Hasta el día de hoy, cuando los diamantes se clasificaban mediante rayos X, el proceso de clasificación final se realizaba a mano. Antes de que la manipulación de rayos X se volviera algo común, la separación se realizaba en un cinturón cubierto con ungüento y los diamantes se mantenían juntos mejor que otros minerales. [14]

grafito

Los depósitos de grafito de valor comercial se encuentran en todo el mundo, pero las fuentes económicas más importantes se encuentran en China, India, Brasil y Corea del Norte. En Borrowdale, David Kotok, Inglaterra, el depósito de grafito es el primero en lograr suficiente tamaño y pureza, antes del siglo XIX, el lápiz simplemente con el grafito natural con una hoja de sierra para madera en paquetes. Después del siglo XXI, se obtuvieron pequeños depósitos de grafito mediante la trituración de la roca madre y la superficie de grafito liviano.

Edición de dominio de aplicación

El carbono es indispensable para todos los sistemas vivos conocidos, sin el cual la vida no puede existir.

El principal uso económico del carbono, además de los alimentos y la madera, es en forma de hidrocarburos (principalmente petróleo y gas natural). El petróleo crudo es producido por la industria petroquímica en refinerías mediante un proceso de fraccionamiento para la producción de otros productos básicos, como gasolina y queroseno.

La celulosa es un polímero que contiene carbono natural obtenido del algodón, cáñamo, lino y otras plantas. El papel principal de la celulosa en las plantas es mantener la estructura de la planta. Los polímeros comercialmente valiosos derivados de animales incluyen polímeros de lana, cachemira, seda, etc., que son átomos de carbono y, a menudo, nitrógeno y oxígeno que se disponen regularmente en la estructura del polímero.

El carbono y sus compuestos son diversos. El carbono también puede formar aleaciones con hierro, más comúnmente acero al carbono; El grafito también se puede utilizar como lubricante y pigmento. También se puede utilizar como material de moldeo para la fabricación de vidrio. El grafito se utiliza para electrodos, galvanoplastia, electroformado, motores eléctricos y cepillos. El coque se puede utilizar para asar a la parrilla, materiales de dibujo y fabricación de hierro; Los diamantes de calidad gema se utilizan como joyería, los diamantes industriales se utilizan para perforar, cortar y pulir, y como herramientas para procesar piedras y metales.

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