Физические свойства простых веществ, образованных углеродом и кремнием

Алмаз и графит

Алмаз - кристаллическая модификация, образованная множеством атомов углерода, каждый из которых затрачивает все четыре валентных электрона на образование сигма-связей. Поэтому каждый атом связан с четырьмя другими, располагающимися в вершинах тетраэдра. Все связи прочны, и это придаёт алмазу необыкновенную твёрдость.

Графит имеет иную структуру. У него каждый атом углерода образует три сигма-связи и окружён тремя соседними. Атомы углерода оказываются связанными в шестиугольники, которые образуют плоскую сетку. Четвёртый валентный электрон каждого атома идёт на образование пи-связи, электронное облако которой распространяется на все атомы в плоскости. В результате этого все пи-электроны могут легко перемещаться. Такая структура графита обеспечивает уникальное свойство этого неметалла – хорошую электропроводность, но только вдоль этих плоскостей. Плоские сетки в кристалле связаны слабыми межмолекулярными связями. Это определяет слоистое строение графита и его мягкость.

Физические свойства алмаза и графита определяются их структурой. Поскольку структура этих простых веществ немолекулярна, то при обычных условиях они находятся в твердом состоянии. Они характеризуются высокими температурами плавления. Однако измерить температуру плавления этих веществ очень непросто. Этому мешает горючесть алмаза и графита: их температура воспламенения ниже температуры плавления.

При более низких температурах, чем температуры плавления, происходят аллотропные превращения. Алмаз в отсутствии кислорода при температуре выше 1000 °С переходит в графит. Графит при высоких температуре и давлении превращается в алмаз.

И алмаз, и графит хорошо проводят тепло.

Особенностью графита является то, что благодаря подвижности пи-электронов он подобно металлам проводит электрический ток.

Разные аллотропные модификации сильно отличаются друг от друга по твёрдости. Алмаз обладает самой высокой твёрдостью из всех веществ, найденных в природе. Что касается графита, то следует говорить о его мягкости, которая обусловлена слабой связью слоёв друг с другом. Это способствует отщеплению отдельных чешуек при надавливании.

Высокий коэффициент преломления света определяет яркий специфический блеск кристаллов алмаза. Они разлагают белый свет на все цвета радуги. Огранённые алмазы называют бриллиантами. Их огранка  усиливает игру света.

Кремний

Кремний имеет тёмно-серый цвет, микрокристаллическая разновидность – тёмно-коричневый. У него высокая температура плавления и достаточно высокая твёрдость. Чистый кремний, идеально кристаллизированный, не проводит электрический ток.  Однако в кристаллической решетке отдельные атомы кремния могут выпадать или заменяться другими (например, атомами бора, алюминия). В этом случае кремний проводит электрический ток при определённых условиях (повышенная температура или освещение). Такие вещества относят к полупроводникам.

Нужна помощь в учебе?