Получение алмазов

С (графит)  С (алмаз) – 1,8 кДж

, <0

Графит переходит в модификацию алмаз только при высоком давлении. Повышение температуры неблагоприятно для смещения химического равновесия. При относительно низкой температуре процесс протекает с очень маленькой скоростью. Обычно синтез алмаза ведут при температура 1800 ºС и давлении 6 ГПа с применением растворителей (расплавленные сульфид железа (II), талий, никель и др.) в течении нескольких минут. Получаются небольшие (до 0,5 мм) темные кристаллы алмазов, содержащие примеси. Искусственно полученные алмазы дороже природных.

2. Основан метод получения алмазов при низком давлении. Наращивание алмаза осуществляется на алмазной затравке в атмосфере газа (метан, этан) при температуре 1000 ºС. При высокой температуре углероводород разлагается и атомы углерода откладываются на кристаллики алмаза – кристаллы растут.

3. Метод взрыва – получают алмазный порошок, который впоследствии используют для производства режущего инструмента.

Карбин – черный мелкокристаллический порошок (плотностью 1,9 – 2 г/см³). Данная модификация углерода получена дегидрированием ацетилена в присутствии катализаторов на основе солей меди:

Позднее вещество было обнаружено в природе.

Атомы углерода объединяются в линейные цепочки за счет sp-гибридных связей. Карбин химически инертен и не взаимодействует с водородом. При высоких температурах и давлениях без катализатора превращается в графит. По электрическим свойства карбин является полупроводником.

Карбин кристаллизуется в двух формах: полииновой – представляет собой линейную полимерную цепь из ацетиленовых фрагментов: и кумуленовой – представляет собой полимер, но с цепью двоекратно связанных атомов углерода: . Последняя форма устойчива при давлении свыше 9 мПа и температуре 1800 ºС.

Фуллерены – молекулы фуллеренов представляют собой сфероидальные поверхности, содержащие 60, 70, 76, 84 и др. атомов углерода. Самыми устойчивыми фуллеренами являются С₆₀ и С₇₀. Простейший из фуллеренов – С₆₀ называется фуллеритом, имеет радиус 357 пм. Внутри молекула полая. Она построена из соединенных между собой пяти- и шестизвенных циклов, содержащих углерод в sp² и sp³ гибридном состоянии. Каждый атом углерода связан с тремя другими. Длина связи между атомами углерода, входящих в пятичленных цикл, равна 143 пм. Длина связи между двумя атомами углерода, принадлежащих сразу двум шестиугольникам, меньше и составляет 139 пм.

По внешнему виду фуллерит представляет собой твердое вещество черного цвета. Плотность (1,7 г/см³) ниже плотности графита (2,3 г/см³) и алмаза (3,5 г/см³). В отличии от других аллотропных модификаций углерода фуллерит хорошо растворим в неполярных растворителях. На свету медленно разлагается.

По электрическим свойствам занимает промежуточное положение между графитом и алмазом, полупроводник.

Уникальным свойством фуллеренов является их способность размещать внутри своей молекулярной кристаллической решетки атомы различных элементов. Это открывает большие возможности по использованию фуллеренов для создания новых магнитных носителей информации, аккумуляторов высокой емкости, в медицине.

Фуллерены получают испарением графита в электрической дуге, в вакууме. В природном минерале шунгите содержание фуллеренов 0,1% (по массе). В Карелии запасы такого минерала составляют миллионы тонн.

Для фуллеренов характерны реакции присоединения и восстановления. При восстановлении образуются ионы фуллеридов (где n = 1 – 6). Щелочные металлы также восстанавливают фуллерены с образованием солеобразных кристаллических фуллеридов.

Взаимодействие фуллеренов с галогенами приводит к образованию продуктов присоединения типа С₆₀F₁₈, С₆₀F₂₀, С₆₀F₄₆, С₆₀F_60.

Прим. за открытие фуллеренов Х. Крото (Великобритания), Р. Смоли и Р. Керл (США) в 1996 году получили Нобелевскую премию по химии.