8 Характеристика елемента карбону

Алмаз є однією із алотропних модифікацій елемента карбону (С). Карбон - це хімічний елемент IV групи періодичної системи (2 період), порядковий номер якого 6. У природі існує два стабільні нукліди (ізотопи): ¹²С(98,89%) і ¹³С(1,11%). Під впливом космічних променів у земній атмосфері утворюється деяка кількість -радіоактивного нукліда (ізотопу) ¹⁴С. За вмістом ¹⁴С у рослинах роблять висновок про їх вік.

Елемент карбон має на останній оболонці 4 електрони: (електронна формула 1s²2s²2p²). Для карбону можлива sp³-, sp²- i sp-гібридизація, внаслідок чого карбон має чотири модифікації (алмаз, графіт, карбін і фулерен). Алотропні модифікації карбону відрізняються будовою кристалічних решіток і гібридизацією атомів. Так, у незбудженому стані такий розподіл електронів у атома карбону: 1s²2s²2p². Атом карбону у валентному (збудженому) стані 1s²2s2p_x2p_y2p_z містить чотири неспарених електрони і не має ні вільних орбіталей, ні неподільних пар електронів. Залежно від числа -зв’язків координаційне число атома карбону може дорівнювати чотирьом (sp²-гібридизація) і двом (sp-гібридизація). Така електронна будова атома карбону і положення його на шкалі електронегативності (середина) зумовлюють унікальні властивості цього елемента. Саме цим зумовлене існування декількох алотропних форм карбону та чисельної кількості різноманітних органічних сполук. Майже всі модифікації карбону мають неметалевий характер.

9 Класифікація алотропів карбону

Тип гібридизації карбону визначає структурну форму відповідного алотропу, що ілюструє таблиця 1.4. Залежно від того, в якому стані перебувають атоми вуглецю у вуглецевій речовині, можуть існувати як моновалентні (чисті) форми, в яких вуглець перебуває тільки в sp³- (наприклад, алмаз), в sp²- (графіт) або в sp- (карбін) стані (табл.1.5), так і змішані форми (наприклад, алмазоподібний вуглець, який розглянемо пізніше у вигляді суміші форм із sp³-, sp²- і sp- гібридизацією).

Можуть бути і проміжні форми - цикловуглець, фулерени, нанотрубки тощо. У природі у вільному стані карбон існує у вигляді графіту й алмазу.

Таблиця 1.4 – Алотропні форми карбону

			Карбон
sp3 sp2												Sp
Алмаз				Графіт								Карбін
Кубічний, гекса-гональний (лонсдейліт)				Гексагон-нальний, ромбо-едричний								α-карбін β-карбін
sp3, sp2, sp					spn (1<n<3)
Змішані форми карбону					Проміжні форми карбону
Аморфний вуглець, скловуглець, сажа, алмазоподіб-ний вуглець					1<n<2 Цикло[N] – вуглеці N = 18, 24, 30, ...						2<n<3 Фулерени Сх, х = 60, 70, 84, ... Вуглецеві цибулини, вуглецеві нанотрубки
						Коли N∞, n1					Коли х∞, n2

Таблиця 1.5 – Структурні типи моновалентних

атомів вуглецю

Алотропна форма речовини	Молекулярна структура речовини	Молекулярна структура кристалічної речовини	Тип гібридизації
Алмаз		Просторова сітка	sp3
Графіт		Шари плоских сіток	sp2
α-карбін β - карбін	-С≡С-С≡С- =С=С=С=С=	Пучки лінійних ланцюгів	sp