часть 2 (975558), страница 24
Текст из файла (страница 24)
злймпнт 1 1рпродный углерод состоит преимущественно из смеси двух ига ~опав: 'еС вЂ” 98,89'е; "С вЂ” 1,! 1екв. Кроме того, существуют следи ., и этот радиоактивный изотоп используют в археологии для опрс !аления эпохи существования древних растений и животных. )г С образуется в верхних слоях атмосферы в результате захвата медленных нейтронов атозжвнг азота по ядерной реакции (и, р) С, причем последний изотоп является ()-активным с перна (охг полураспада 5570 лет, До наступлении ядерного века, этот процесс в верхних слоях атмосферы был, вероятно, единственным источником "С, и этот изотоп, по-видимому, присутствовал в атвкхх(ере (в виде СОз) с постоянной (гге мепякицейся во времени) концентрацией, зависящей от отпасшельпых значений скорости обСОе разованпя и общей скорости усвоения (например, прн потреблении ., растениямн, при радиоактивном распаде н т.
д.). Период лолугг расгида С достаточно веляк, поэтому "С,содержащийся и атмосферной двуокиси углерода, обнаружииаегся во всех углеродсодержащих веществах, которые находятся в равновесии с атмосферной СОя, а также с угольной кислотой и растворенными карбонатами и, что б важно с кивыми оргапнзмазш Когда о(м,низ асо енио пгггот, ови уже больше не усваивают новых количесгв ние имеющегося в ннх радиоакгивного углерода уменьшается за чет радиоактивного распада. Таким образом, зная концентрацию ''С.
которая обнаруживается в объекте органического происхаж~епия, рассчитанную по активности р -излучения и )стончивой постаянйой концентрации "С в атмосфере, можно вычислить тот зюменг, когда организм жил (или, если более точно, когда он погиб).
Зтот метод был тщательно проверен на объектах известна1о возраста; он дает погрешность в )стагговленни возраста порядка 5ее. 1!.1. А:глотранпи уггн рода: алма,г. графит Две хороню известные формы углерода в свобадназг виде — алмаз и графит — различаготся по своим физическим и химическим свойствам вследствие различия в пространственном расположении атомов и характере их связи.
Алмаз имеет большую плотность, чем графит (алмаз 3,51 г/см", графит 2,22 г(смя), графит при 300= К н давлении 1 ат является на 0,69 ккалйиоль энергетически более устойчивьмг. Из сравнения плотностей след)ет, что для того„чтобы перевести графит в алмаз, необходимо повысить давление. Из известных термодинамических свойств двух аллотроппык видоизменений можно рассчитать, что этн модификации будут нахолнгься в равновесии прн 300' К и давлении -15 ООО апь Естественно.
ч~а при мой темне. е равновесие достигается чрезвычаино мсылсппо и отсюда понятно, почему структура алмаза продолжает существовать прн обычных условиях. Знергия, необходимая для 1о~о, чтобы ггсг~аригь графиг сабразо. ванием одноатомнша газа, является важнаи характеристикой, поскольку она фиг)рируст в выражении энергии всех связей атома углерода.
Зту энергию нелегка измерить непосредственно, поскольку даже при высоких температурах пар содержит значительные колйчества молекул Ся, Сз и т. д, Спектроскопическими исследованиями было установлено, что эта величина должна быть равна либо -124, либо 137, либо 171,7 ккал7мо,гь, в зависимости от действительного характера процесса. В настоящее время достаточно точно масс-спектрометрическими методами установлен состав пара и показано, что низкие значения энергии неприемлемы. ггозтозгу сейчас ясно, что точное значение энергии при 300 К равно 171,7 кка.г/лголв.
Если приходится пользоваться старыми таблицами значений энергий связи, то следует обратить внимание на то, какое именно значение было использовано для оценки величины теплоты испарения графита. !26 игл»ирод !20 гллвл >! во и 40 кт аоо >оо 0 !ООО 0000 ОООО 4000 ОООО 3,35 л, р О с, !!.2. Норв>альиаа структ>ра графита. Алмаз является самым твердым из всех известных веществ. Твердость и большая плотность алмаза объясняются особенностями структуры, которая была одной нз первых структур, установленных рептгепоструктурным апализоч. В репютке алмаза каждый атом углерода тетраэдричесьи окружен четырьмя другичи атомами 1глерода на расстоянии 1,54 Л Э»и ре!»лирпая структура распростра. няется по всему кристалл) т»ь, ч>о кристалл фа>с»ически представляет собой гигшпскую 'моле>»»».
1.>,ая структура объясняет Р и с ! ! ! Фавонли кивира>гак шти > клеро»а 1миисткоиаио иа статей В ы и 6 у Р Р, 2 бпси> Р>ив, 36, 6>3, 63! !>963>1 а>вари: оваонан авилова — Мыссок, нв касогов Оы ~о аыс оно касл ииннсскос >арсвраиаанке ~ рвФ ~ — ал1 з также и многие другие свойства алл>а»а. Точки кипения и плавления алмазной модификации углерода не известны, по, вероятно, чрезвычайно высоки. Он пе проводит зле>стрического тока, поскольку все эчектроны прочно связаны в углерод углеродных связях. Структуру алмаза можно получить нз ! глерода графитной модификации только при использовании высокого давления, Более того, чтобы получить приемлемую скорость превращения, необходима высокая температура. Образование алл>азов в природе могло произойти то,>ько тогда, когда такие условия создавалнсь в ходе геологических процессов Начиная по крайней мере с 1880 г,, л>ногае ученые пытались пт>лус>ить искусственные алмазы.
До !055 г, все >акяе попытки кончались неудачей, часто появлятись фиктивные сообщения. Современное знание термодинамическнл процессов показывает, что ни однс> из сообщавшихся в литературе )сз>опий температур и давления не могли быть достаточными для достижения успеха. На рис, 11.1 современные данные (некоторые из них име>от предварительный характер) представлены в виде фазовой диаграммы Хотя графит можно непосредственно превратить в алмаз при >емпературе около 3000' К и давлении примерно 125 тыс. а>п, однако для того, чтобы добиться нсобтодимои скорое»и превращения, в качестве катализаторов применяют переходные мсгаллы, подобные Сг, Ге или 1'! Посшцимочу, на ! Раф~лтс образуется тонкая пленка расплавле>шаго мета,тла, которая растворяет некоторое коли юсгво углерода и переосаждает расплавленныи графит в виде менее раство>имого алмаза До сих пор были получены алмазы весом до О, ! карата хорошего для применения в промышленности качества, но это ! не драгоценные камни.
Химическая активность алмаза гораздо ниже активности графита в форме макрокристаллического порошка. При нагревании до 600 — 800" алмаз может гореть па воздухе. Графит. Как показано на рис. ! 1.2, графит имеет слоистНо струк»уру. Расстояние между слоямн, равное З,З5 А, состав.шет приблнзи>ельне сумму вандерваальсовых радиусов и указывает, что силы взаимодействия между слоями должны быть относительно невелики.
Следовательно, наблюдаемую мягкосп и особенно маслянистость графита можно объяснить скольжением этих слоев один относи»ель. 12б гл))я) )) УГЛЕРОД ио другого. Следует отметит~, что в пределах па~лого слоя ка)кдый атом углерода окружен только тремя а)очазщ углерода. После образования одной о-связи с каждым соседпич атомом атом углерода имеет еще один электрон и эти электроны образу)от систему п-свя. зей (11.1Х!. Резонанс с )руги)ш структурами, имеющими !! и !! „г С Г. С !! )! и с, )! )с! 7 !! !! и. )х пескогп ко отличное, по р«в)кя сппос ргцподожеиие двойных связеп, делает есе С вЂ” С расс)ояппя !ыешкчп ),з!5 Л. )т) величина нечпогпч бо )ыпс С вЂ” ) -ржс)ояшш и беп)оле, в котороч порядок связи 1, ), и шш сш шс)еця с ) ипглсзоп, доп)скающей, что поридо).
Свя ш в Грлфп)с равен -1,33. В депеши)с ч) щюти существуют две модификации графита, разе)учае атомы угле. .ш шкяци-си расла)ожением слоев. Ни в одном с)учае атом рода одно)о слоя пе располагаются иепосредс)венно иад агомами !Глсрода следующего слоя, а, как пгказшт па рис. 1!.2„а д, следующего слоя смещены относи)ельно предыдуп)его. 3)от тип расположения, который можно обозначить в оошем виде в.
яется наиболее устойчивым и характерен д.п) гексагопальной формы графита, Известна также рочбоэдрическая форма, часго присутствующая в природном графите, в которой порядок располомсепия слоев ЛВСЛВС, т. е. каждый третий слой совп . о-видимому, отдельные ) часгки ромбоэдрической структу ры при механическои деформации мог)) образовыва) ь гексагопальпые кристаллы н могу) быть возвра)пены к обычпон конфигурации ЛВЛВЛВ...
нагреванием Многие так называемые аморфные форчы )глерода, подобные древесному угчю, саже, лачповой саже, фактически являются микрокристаллическими формами графита. В некоторых сажах мик. рокристаллы настолько малы, что они содержат только несколько единичных ячеек графитовой структуры. Физические свойства таких веществ определяются главным образоч характером строения и величиной площади их поверхности. Тонкоизмельченные формы, которые па)е)от довольно развитук) поверхность с только частично пасыщеннычи сяламн притяжения, легко по)лощают большие количества газов и растворителей из раствора. Несчотря на то что известны также кристаллические модификации 51, Ое и 5п со структурой алмаза, кристаллографическая гра.
фитоподобпая структура характерна только лшпь для ))лерода, вероятно, как следствие того, что только углерод обладает за))с) ной способностью образовывать двойные связи. В 1963 г. появилось сообщение !2! о том, что при 150 тыс. ал) и 300 К монокристаллы графита частично превращаются в новую форму углерода, которая, по-видимому, является кубическои н имеет плотность 2,8 г)сз)'. Об этой форме почти нет никаких данных, и неизвестно, в какой области фазовой диаграччы ее следует искать. 11.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
