¿Qué significa alótropo?
Los alótropos son elementos compuestos de los mismos elementos pero en diferentes formas
Los alótropos tienen diferentes propiedades físicas debido a diferentes estructuras pero debido a que están formados a partir del mismo elemento, también las 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; Es más estable que el ozono y no tan oxidante como el ozono. Debe ser una sustancia simple por ejemplo oxígeno y ozono, uno es O2 y el otro es O3
El diamante y el grafito son ambos carbono
La transformación entre alótropos es un cambio químico. .
Hay tres formas de formar alótropos:
1. La cantidad de átomos que forman las moléculas es diferente, por ejemplo: oxígeno O2 y ozono O3
2. Los átomos de la red cristalina están dispuestos de diferentes maneras, como el diamante y el grafito
3. Las moléculas en la red cristalina están dispuestas de diferentes maneras, por ejemplo: azufre ortorrómbico y azufre monoclínico
Alótropos del carbono
(1) Los alótropos del carbono incluyen el diamante. Las diferentes propiedades del Los fullerenos como el grafito y el carbono 60 están determinados por diferencias en la microestructura.
El diamante tiene una estructura tridimensional de red espacial tetraédrica regular y los átomos de carbono forman enlaces de valencia positivos. Al cortar o fundir, es necesario superar los enlaces de valencia entre los átomos de carbono. El diamante es el material más duro conocido en la naturaleza y tiene un alto punto de fusión. El diamante impecable de alta calidad es cristalino, tiene buenas propiedades refractivas y es deslumbrante. Es una joyería favorita de la gente y un material indispensable para la tecnología de vanguardia. Los diamantes con partículas más pequeñas y de calidad ligeramente inferior se utilizan habitualmente en la industria general, como en la producción de componentes de precisión como cojinetes de instrumentos, procesamiento mecánico, perforación geológica, etc. Los diamantes son indispensables para cortar piedras, metales, cerámica, vidrio, etc. en procesos de esmerilado, aserrado, taladrado, pulido y otros procesos; el uso de brocas de diamante en lugar de brocas de carburo comunes puede aumentar considerablemente la velocidad de perforación y reducir los costos de incrustación del diamante; el taladro dental es una herramienta útil para los dentistas; el bisturí oftálmico con incrustaciones de diamantes tiene un borde afilado y liso y no se pueden ver defectos incluso con un microscopio de 1000x. Es una herramienta de uso común para eliminar cataratas en el ojo. Diamond tiene amplias perspectivas de aplicación en los campos de maquinaria, electrónica, óptica, transferencia de calor, militar, aeroespacial, medicina y química.
El grafito tiene una estructura laminar. Los átomos de carbono de la capa están dispuestos en un hexágono plano. Cada átomo de carbono está combinado con otros átomos de carbono con tres enlaces de valencia. Los electrones deslocalizados en la misma capa pueden moverse. en toda la capa, y los átomos de carbono entre capas se combinan mediante fuerzas intermoleculares (fuerzas de van der Waals). El grafito es un cristal opaco de color gris negruzco con brillo metálico. El grafito natural es resistente a altas temperaturas, tiene un pequeño coeficiente de expansión térmica, buena conductividad térmica y eléctrica y un pequeño coeficiente de fricción. El grafito se utiliza mucho para fabricar electrodos, crisoles, cepillos, lubricantes, lápices, etc. El grafito con estructura en capas permite insertar ciertos átomos o grupos en la capa y combinarlos con átomos de C para formar compuestos de grafito entre capas en condiciones apropiadas. Las propiedades de estos compuestos intercalados básicamente no cambian la estructura en capas original del grafito, pero la distancia entre las laminillas aumenta, lo que se llama grafito expandido. Tiene capacidad de viento, resistencia, etc. que el grafito natural no tiene y puede usarse. Como nuevo tipo de grafito, los materiales de ingeniería se utilizan ampliamente en petroquímica, fertilizantes, energía atómica, electrónica y otros campos.
(2) Carbono 60
En 1985, científicos de la Universidad Ross en Texas crearon la tercera forma de carbono elemental, C60, que está compuesto por 60 moléculas de jaula cerrada formadas por carbono. átomos, con forma de pelota de fútbol. El C60 es un polvo negro que es fácilmente soluble en disulfuro de carbono, benceno y otros disolventes. Esta forma de carbono elemental recibió el nombre de fullereno en honor al arquitecto B. Fuller. Esto se debe a que Fuller diseñó edificios llamados cúpulas globulares, y la estructura de algunos fullerenos resulta ser muy similar a esa.
El C60 alguna vez también se conoció como futboleno, buckyball, etc. Pertenece a la familia del carbono bola. La fórmula molecular de este tipo de sustancia se puede expresar como Cn, n es un valor entero entre 28 y 540, incluidos 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, y en realidad son axenos esféricos.
Las moléculas de fullereno han recibido amplia atención debido a su estructura y propiedades únicas. Se ha descubierto que la estructura en forma de jaula de la molécula de fullereno tiene una cara abierta, pero por dentro está vacía. Esto permite introducir otras sustancias en el interior de la esfera, que pueden cambiar significativamente las propiedades físicas y químicas del fullereno. molécula. Por ejemplo, los químicos han intentado añadir varios metales a estos materiales huecos para hacerlos superconductores. Se ha descubierto que la temperatura crítica de los superconductores obtenidos combinando C60 con ciertos metales alcalinos es mayor que la de varios materiales estudiados en los últimos años. tipo de superconductor, los científicos predicen que el C540 puede alcanzar la superconductividad a temperatura ambiente; también se prevé que ciertos medicamentos puedan colocarse en la cavidad de las esferas de C60 para convertirse en medicamentos de liberación sostenida que puedan ingresar a varias partes del cuerpo humano. Tiene amplias perspectivas de aplicación en dispositivos nanoelectrónicos de una sola molécula y otros aspectos han afectado ampliamente a diversos campos de la física, la química, la ciencia de los materiales y las ciencias médicas y biológicas.
(3) Nanotubos de carbono
Los nanotubos de carbono se pueden dividir en nanotubos de carbono monocapa y multicapa. Están hechos de capas de grafito concéntricas monocapa o multicapa. En los tubos, el diámetro del tubo es generalmente de unos pocos nanómetros a docenas de nanómetros, los nanotubos de carbono multicapa tienen una separación entre capas de grafito de 0,34 nanómetros en la pared del tubo, que es la misma que la separación de las capas planas de grafito, ya sea una sola. Capa o carbono multicapa. Los extremos frontal y posterior del nanotubo son similares a semicírculos, y la estructura es básicamente similar a la del carbono sesenta, lo que hace que todo el tubo de carbono sea una estructura cerrada, por lo que el nanotubo de carbono también es miembro de el grupo de carbono. Los nanotubos de carbono son tan pequeños que 50.000 de ellos uno al lado del otro serían tan anchos como un cabello humano. Son fibras con una relación longitud-diámetro muy alta.
Los nanotubos de carbono tienen alta resistencia, tenacidad, peso ligero, gran superficie específica y rendimiento estable. Dependiendo de la estructura curvada de la pared del tubo, exhiben una conductividad específica como un semiconductor o un buen conductor, y tienen. Excelente rendimiento de emisiones de campo. Desde el descubrimiento y la síntesis exitosa de los nanotubos de carbono de pared simple en 1991, 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. leureno y nanotecnología.
Utilizando nanotubos de carbono, se pueden 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. "súper fibra" del futuro según los científicos; en la industria aeroespacial, los nanotubos de carbono se utilizan para fabricar cables de remolque para satélites artificiales, que no sólo pueden proporcionar energía a los satélites, sino también soportar altas temperaturas sin quemarse los nanotubos de carbono; y luego corroer la capa de carbono. También se pueden obtener cables a nanoescala con muy buena conductividad eléctrica; el uso de nanotubos de carbono como materiales de electrodos positivos y negativos para baterías de iones de litio puede extender la vida útil de la batería y mejorar el rendimiento de carga y descarga de la batería; fabricar excelentes dispositivos luminosos y generadores de calor, una fuente de luz cuasi puntual que emite electrones y que puede convertirse en una pantalla plana, etc., lo que permite montar un televisor de pared en la industria electrónica; los transistores producidos con nanotubos de carbono tienen sólo una décima parte del tamaño de los semiconductores y los chips de computadora se reemplazan por dispositivos electrónicos moleculares basados en carbono. Esto desencadenará una nueva revolución en las computadoras: los nanotubos de carbono pueden almacenar una gran cantidad de hidrógeno a una presión más baja; El combustible obtenido con este método no sólo es seguro, sino también una fuente de energía limpia que tendrá un papel importante en la industria del automóvil. Los nanotubos de carbono también pueden utilizarse como soportes de catalizadores y materiales de membrana.