¿Se pueden formar mezclas de los mismos elementos?
Los alótropos son objetos que tienen los mismos elementos pero diferentes formas.
Las propiedades físicas de los alótropos varían en función de su estructura. Pero como están formados a partir del mismo elemento, sus propiedades químicas son similares.
Por ejemplo, el oxígeno es un gas incoloro e inodoro, mientras que el ozono es un gas de color azul claro con olor a pescado; el punto de ebullición del oxígeno es -183°C, mientras que el punto de ebullición del ozono es -111,5; °C; el oxígeno es más estable que el ozono y no tan oxidante como el ozono. Deben ser sustancias simples, como el oxígeno y el ozono, uno es O2 y el otro es O3.
Los diamantes y el grafito son ambos carbono.
Las transiciones entre alótropos son cambios químicos.
Existen tres formas de formar alótropos:
1. El número de átomos que forman las moléculas es diferente, como el oxígeno O2 y el ozono O3.
2. La disposición de los átomos en la red cristalina es diferente, como en el diamante y el grafito.
3. Las moléculas de la red cristalina están dispuestas de diferentes formas, como el azufre ortorrómbico y el azufre monoclínico.
Reeditar este párrafo de regreso al catálogo Alótropos-Alotropos del Carbono
(1) Los alótropos del carbono incluyen diamante, grafito, carbono 60 y otros lerenos ricos, sus diferentes propiedades son determinado por sus diferentes microestructuras.
El diamante es una estructura tridimensional de red espacial tetraédrica regular, con enlaces de valencia formados entre átomos de carbono. Al cortar o fundir, es necesario superar los enlaces de valencia entre los átomos de carbono. El diamante es el material más duro conocido por la naturaleza y tiene un punto de fusión muy alto. Los diamantes impecables de primera calidad son cristalinos, refractivos y deslumbrantes. Es una decoración favorita de la gente y un material indispensable para la tecnología de vanguardia. Los diamantes con partículas más pequeñas y de menor calidad se utilizan principalmente en industrias generales, como la fabricación de piezas de precisión como cojinetes de instrumentos, procesamiento mecánico, perforación geológica, etc. Los diamantes son indispensables para cortar piedras, metales, cerámica, vidrio, etc. Durante el esmerilado, aserrado, taladrado y pulido. Reemplazar las brocas de carburo comunes con brocas de diamante puede aumentar en gran medida la velocidad de perforación y reducir los costos; los taladros dentales con incrustaciones de diamantes son una herramienta conveniente para los dentistas. Los bisturíes oftálmicos con incrustaciones de diamantes tienen hojas afiladas y suaves, incluso con 1000 No se pueden ver fallas; bajo un microscopio de 100 veces, y es una herramienta comúnmente utilizada para eliminar cataratas de los ojos. Diamond tiene amplias perspectivas de aplicación en los campos de maquinaria, electrónica, óptica, transferencia de calor, militar, aeroespacial, medicina y química.
El grafito es una estructura en capas. Los átomos de carbono de la capa están dispuestos en forma hexagonal plana y cada átomo de carbono está unido a otros átomos de carbono a través de tres enlaces de valencia. Los electrones deslocalizados en la misma capa pueden moverse a lo largo de la capa y los átomos de carbono entre las capas están unidos por fuerzas intermoleculares (fuerzas de van der Waals). El grafito es un cristal metálico opaco de color gris negruzco. El grafito natural es resistente a altas temperaturas, tiene un bajo coeficiente de expansión térmica, buena conductividad térmica y eléctrica y un bajo coeficiente de fricción. El grafito se utiliza mucho como electrodos, crisoles, cepillos, lubricantes, lápices, etc. El grafito con estructura en capas puede insertar algunos átomos o grupos en la capa y combinarse con átomos de C en condiciones apropiadas para formar compuestos de grafito entre capas. Las propiedades de estos compuestos de intercalación básicamente no modifican la estructura estratificada original del grafito, sino que sólo aumentan la separación entre láminas, lo que se denomina grafito expandido. Tiene propiedades de bobinado y resistencia que el grafito natural no tiene y puede usarse ampliamente como un nuevo material de ingeniería en petroquímica, fertilizantes, energía atómica, electrónica y otros campos.
Carbono 60
En 1985, científicos de la Universidad Ross en Texas, EE. UU., crearon la tercera forma de carbono elemental, el C60, que está compuesto por 60 átomos de carbono. Eso parece una pelota de fútbol. C60 es un polvo negro, fácilmente soluble en disulfuro de carbono, benceno y otros disolventes. Esta forma del elemento carbono se llama fullareno, en honor al arquitecto B. Fuller. Esto se debe a que Fuller diseñó un edificio llamado cúpula esférica, y resulta que algunos fullerenos tienen estructuras muy similares. Al C60 se le ha llamado futboleno, buckyball, etc. Pertenece a la familia de los fullerenos. La fórmula molecular de este tipo de sustancias se puede expresar como Cn, donde n es un valor entero entre 28 y 540, incluyendo C50, C70, C84, C240, etc.
En estas moléculas, el átomo de carbono forma dos enlaces simples y un doble enlace con otros tres átomos de carbono, que en realidad son alquenos conjugados * * * esféricos.
Las moléculas de fullereno han atraído una gran atención debido a su estructura y propiedades únicas. Se descubrió que la superficie de la estructura en forma de jaula de la molécula de fullereno está abierta, pero el interior está vacío, lo que puede introducir otras sustancias en la esfera, lo que puede cambiar significativamente las propiedades físicas y químicas de la molécula de fullereno. Por ejemplo, los químicos intentan añadir varios metales a estos materiales huecos para hacerlos superconductores. Se descubrió que la temperatura crítica del superconductor obtenido al combinar C60 con algunos metales alcalinos es mayor que la de varios superconductores estudiados en los últimos años. Los científicos predicen que el C540 puede alcanzar una superconductividad a temperatura ambiente. También se prevé que algunos fármacos puedan introducirse en la cavidad de las esferas C60 para convertirse en fármacos de liberación sostenida y entrar en diversas partes del cuerpo humano. Con amplias perspectivas de aplicación en dispositivos nanoelectrónicos de una sola molécula, el fullereno ha afectado ampliamente a diversos campos como la física, la química, la ciencia de los materiales, la vida y la medicina.
(3) Nanotubos de carbono
Los nanotubos de carbono se pueden dividir en nanotubos de carbono de una sola capa y nanotubos de carbono multicapa. Están hechos de capas de grafito concéntricas de una o varias capas. hecho de nanotubos de carbono huecos. Generalmente, el diámetro del tubo oscila entre unos pocos nanómetros y decenas de nanómetros. La separación entre las capas de grafito en la pared del tubo es de 0,34 nanómetros, que es la misma que la separación entre las capas planas de grafito. Tanto los nanotubos de carbono de una sola capa como los de múltiples capas tienen extremos frontal y posterior semicirculares, y son básicamente similares en estructura al carbono sesenta, lo que hace que todo el tubo de carbono sea una estructura cerrada, por lo que el nanotubo de carbono también es un miembro del grupo de carbono. Los nanotubos de carbono son muy pequeños. Sólo hay 50.000 fibras una al lado de la otra y son tan anchas como un cabello humano. Son fibras con una relación de aspecto alta.
Los nanotubos de carbono tienen alta resistencia, buena tenacidad, peso ligero, gran superficie específica y rendimiento estable. Presentan una conductividad específica de semiconductores o buenos conductores con diferentes estructuras de devanado de pared de tubo y tienen excelentes propiedades de emisión de campo. Desde el descubrimiento de los nanotubos de carbono de una sola capa en 1991 y la síntesis exitosa de cantidades macroscópicas, la aplicación de los nanotubos de carbono en diversos campos ha atraído una amplia atención de científicos de todo el mundo debido a su estructura electrónica única y sus propiedades físicas y químicas, convirtiéndose en un puntos críticos de investigación de fullereno y nanotecnología en el campo.
Los nanotubos de carbono se pueden utilizar para fabricar materiales de fibra de carbono y materiales compuestos de alta resistencia. Por ejemplo, su resistencia es 100 veces mayor que la del acero y su peso es solo 1/6 del acero. superfibra" de futuros científicos; en En el campo aeroespacial, los nanotubos de carbono se utilizan para fabricar cables de remolque para satélites, que no solo pueden proporcionar energía a los satélites, sino que también pueden soportar altas temperaturas sin quemarse. Rellenar los nanotubos de carbono con metal y luego grabarlos la capa de carbono puede producir cables de tamaño nanométrico con muy buena conductividad; el uso de nanotubos de carbono como materiales de electrodos positivos y negativos de las baterías de iones de litio puede extender la vida útil de la batería y mejorar el rendimiento de carga y descarga de la batería. Utilice nanotubos de carbono para crear excelentes fuentes de luz en tiempo real que emitan luz, calor y electrones, así como para crear pantallas planas y más. , haciendo posibles los televisores montados en la pared; en la industria electrónica, el tamaño de los transistores producidos por nanotubos de carbono es sólo una décima parte del de los semiconductores. Reemplazar los chips de computadora con dispositivos electrónicos moleculares basados en carbono desencadenará una nueva revolución en las computadoras. Los nanotubos de carbono pueden almacenar grandes cantidades de hidrógeno a baja presión. El combustible obtenido con este método no sólo es seguro, sino también una fuente de energía limpia y tendrá amplias perspectivas de desarrollo en la industria automovilística. Los nanotubos de carbono también se pueden utilizar como soportes de catalizadores y materiales de membrana.