Презентация на тему «Углерод и его соединения»

Изотопы углерода: 12С - 98,892% 13С - 1,108% 14С - период полураспада

= 5,6*103 лет. 13С = 13С/ 12Собр. - 13С/ 12Сст. Х 1000 13С/ 12Сст.

Содержание углерода в Земной коре - 2,3*10–2%. В ультраосновных и основных породах — 1*10–2%; В кислых — 3*10–2%.

Атомный радиус — 0,77 A?, Ковалентные радиусы: 0,77 A? - в одинарной, 0,67 A? - в двойной 0,60 A? - в тройной связях. Ионные радиусы: С4– = 2,60 A?, С4+ = 0,20 A?

Углерод и его соединения

С кислородом (горение): при Т=300-500?С для “аморфного” углерода, при Т= 600-700?С для графита, при Т= 850-1000?С для алмаза. С водородом: - алмаз не взаимодействует, - графит и “аморфный” углерод при Т=600-1000?С в присутствии катализаторов (Ni, Pt) с образованием метана. С серой: - с “аморфным” углеродом и графитом при Т=700-800?С, - с алмазом при Т = 900-1000?С;образуется сероуглерод CS2. При взаимодействии сероуглерода с сульфидами металлов образуются тиокарбонаты. С металлами При Т >1000?С, давая карбиды. При нагревании восстанавливают окислы металлов. графит при нагревании до 300-400?С может взаимодействовать со щелочными металлами, галогенидами и кислотами с образованием соединений включения типа С8Х, С24Х (х - металл, галогенид или HNO3, H2SO4, FeCl3). все формы углерода растворяются в некоторых расплавленных металлах (Fe, Ni, Co). С H2O и CO - при Т >600-800 ?С

Карбин

открыт в 1971 г известным советским химиком А.М. Сладковым впервые обнаружен в астроблеме кратера Рис (ФРГ) и назван чаоит представляет собой смесь ?- и ?-карбина ?-карбин - связь ацителеновая (-С ? С-) ?-карбин — связь кумуленовая (=С=С=) Смешанные карбино-графитовые и карбино-алмазные структуры: Расстояние между слоями ~ 310 *10–12м

Графит

Расстояние между атомами углерода в слое — 0,142нм, Расстояние между слоями — 0,344нм. Слои почти плоские, состоят из шестиугольных колец атомов углерода. В графите 2H слои смещены относительно друг друга так, что под шестиугольной пустотой одного из них лежит вершина шестиугольника другого слоя (последовательность ABAB), В ромбоэдрическом графите — 3R с последовательностью слоев ABCABC третий слой отличается от первого поворотом вокруг гексагональной оси на 180?. Прямой переход графита в алмаз удалось осуществить лишь при 13 ГПА, Переход алмаза в графит осуществляется при обычном давлении и температуре около 1773 К. Легче всего алмазы получаются из ромбоэдрического графита.

Лонсдейлит

Синтезирован экспериментально из графита при давлении выше 10,3 МПА и температуре от 750 до 2750?С. Имеет показатели преломления и плотность, близкие к алмазу. Гексагональная элементарная ячейка лонсдейлита имеет вид прямой призмы высотой с=412*10-12м, в основаниях которой — правильные шестиугольники со стороной а=252*10–12м.

Кристаллические структуры минералов углерода

Лонсдейлит

Графит

Алмаз

Свойства алмаза и лонсдейлита

Слои графита состоят из плоских гексагональных колец (a = 0,246 нм). В структуре алмаза присутствуют гофрированные слои перпендикулярные [111], повторяющиеся по закону кубической упаковки — ABCABC. В лонсдейлите присутствуют аналогичные гофрированные слои перпендикулярные [0001], которые располагаются по закону гексагональной упаковки ABAB. Расстояние между этими слоями — 0,206 нм. Наиболее интенсивные линии на рентгеновских спектрах: d = 0,206 нм (111) алмаза + (0002) лонсдейлита d = 0,218 нм (1010) лонсдейлита. Сл% = A/(0,75A+0,5)*100 или A/(A+0,34), где A = I0,218/I0,206 свойства лонсдейлита и алмаза a0 = 0,252 0,355 c0 = 0,412 плотность — ? = 3,52 3,5 ne ? 2,42 2,419 no ? 2,40 ?N = 0,028 ?0,006 (+)

Переход лонсдейлит-алмаз

Апографитовые лонсдейлитсодержащие алмазы

Космические алмазы

Алмазы метеоритов

Минералы алмазоносных метеоритов: камасит — самор. Fe;6,4 ат.% Ni тенит — самор. Fe; 24 ат.% Ni троилит — FeS графит — С шрейберзит — (Fe, Ni,Co)3P ольдгамит — CaS добреелит — FeCr2S4 нинингерит — (Mg,Fe,Mn)S хромит — FeCr2O4 Пироксен (пижонит) — (Mg,Fe,Ca)2[Si2O6] оливин — (Mg,Fe)2[SiO4] когенит — Fe3C

Алмаз образуется в ходе эволюции материнских планет при интенсивном флюидном воздействии и оливин замещается чистым форстеритом по реакции: 2Mg1,5Fe0,5SiO4 + H2 = Mg2SiO4 + MgSiO3 + Fe0 + H2O тяжелый изотоп углерода переходи преимущественно в газовую фазу в соответствии с реакцией фракционирования: 13С +12СO2 —> 12C + 13CO2, смещенной вправо, так как константа распределения равна 1,013 при 600?K.

Импактные алмазы

Ударным сжатием графитового порошка при P = 40-120 гПа, при Т = 10 0000С и t = 1-10 микросек. получены поликристаллические сростки алмаза с лонсдейлитом, аналогичные природным.

Импактные апографитовые алмазы

Изотопный состав алмазов варьирует от -9,9 до -15,9 0/00. По сравнению с другими разновидностями алмазов, импактные алмазы не содержат примеси азота и богаты другими примесями Характеризуются сильным двупреломлением, не свойственным кубическим фазам и индуцированным испытанной образцом ударной нагрузкой

остаточное напряжение, индуцирующее наблюдаемый оптический эффект: /X/ = /X[100]/ = /2??:(n0)3(?11–?12)/ /X/ — остаточное механическое напряжение ?? — значение главного двупреломления n0 = 2,4195 — показатель преломления алмаза; ?11–?12 = –0,8*10-7 бар–1 величина остаточного напряжения составила 21-41 кбар. Полагая, что остаточное напряжение индуцировано испытанной ударной нагрузкой, рассчитали величину этой нагрузки: /P/ = 2?(1 – ?):K0b?/X/, где: b — вектор Бюргерса (2,52 A0); ? —коэффициент Пуассона (0,2) ? — модуль сдвига (56,5x105 бар) K0 = const (6?3) бар –1 . см–1 Полученны значения 120 и 240 кбар при T > 300K.

Превращение графита в алмаз при ударном сжатии

- инкогерентный (диффузионный) переход связан со значительным перемещением атомов, зародышеобразованием и ростом кристаллов. Для него характерна высокая энергия активации процесса. В этом случае закономерная ориентировка исходной и высокобарной фаз не сохраняется.

- когерентный (мартенситный) переход связан с кооперативным одновременным перемещением атомов при низком значении энергии активации; Возможность когерентного (мартенситного) превращения обусловлена близостью структур графита, лонсдейлита и алмаза. Взаимная ориентировка графита, лонсдейлита и алмаза : (1010) лонсдейлита // (III) алмаза // (0001) графита [1210] лонсдейлита // [II0] алмаза // [1120] графита [1010] лонсдейлита // [III[ алмаза // [0001] графита.

Апоугольные алмазы

Смешанный механизм роста в газовой плазме, образованной в результате удара метеорита: кубические микрокристаллы алмаза размером 3-5 nm из шаровых лав свиты “Kundsens’ Farm” провинции Альберта (Канада) находка микроалмазов размером до 6nm в шаровых лавах свиты “Berwind Canyon” штата Колорадо (США) и свиты “Brownie Butte” штата Монтана (США), которые соответствуют границе K/T. алмазные сростки размером до 30 мкм в остатках кислотного выщелачивания обогащенных иридием слоев шаровых изверженных пород Arroyo в Мексике кубооктаэдрические алмазы без примеси лонсдейлита, найденных в кратере Баррингер (США, Аризона)

могут образовываться за счет аморфного углеродистого вещества осадочных пород по особенностям морфологии, по химическому и изотопному составу (? 13С = -21o/oo -31o/oo ), по присутствию примесей органических соединений, по высокой пористости, по зональности, по низкой температуре сгорания сходны с микрозернистыми поликристаллическими алмазами типа карбонадо исследования изотопного состава (? 13С = -17o/oo -23o/oo для шаровых лав Raton Pass указывают на смешанный источник углерода. Сходный изотопный состав (CiC= -25o/oo) установлен и для лонсдейлит-содержащих фаз, обнаруженных в обогащенных иридием туфогенно-осадочных породах на границе K/T в структуре Садбери.