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汪洋一帆

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大海上的一叶小舟,业余时间多用在电子电路分析上,有时也愿意把所思、所想记录下来同朋友交流,喜欢旅游、结交朋友,特别喜欢皮划艇、帆船运动

拨云揭雾——碳的同素异形体的准确说法  

2010-12-28 13:54:47|  分类: 深度剖析 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    同素异形体,是指由相同元素组成的不同形态的单质之间的称谓。由于结构不同,彼此间物理性质有差异,但由于是同种元素形成的单质,所以化学性质相似。

    记得读初中时学过,碳有三种同素异形体,即金刚石、石墨和无定形碳。无定形碳有炭黑、木炭、焦炭、骨炭、活性炭等,统称黑碳。这三种同素异形体的物理性质差别很大。但在氧气里燃烧后的产物都是二氧化碳。

    知识结构应该与时俱进。随着科学技术的进步,常见的对碳的同素异形体的描述资料已经显得不确切或不完整。

    我的观点是:碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳和碳60等富勒烯。或者碳的同素异形体有金刚石、石墨、碳纳米管和碳60等晶体。

    碳同素异形体指的是元素碳的同素异形体,即纯碳元素所能构成的各种不同的分子结构。包括了:
    *
不定形碳(amorphous carbon
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碳纳米泡沫(carbon nanofoam)(1997年发现)
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碳纳米管(carbon nanotube
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钻石(diamond
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富勒烯(fullerene
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石墨(graphite
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蓝丝黛尔石(lonsdaleite
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蜡石(白碳;ceraphite
    碳同素异形体系统横跨完全极端且十分不同的范围。
    以
碳同素异形体 - 钻石及石墨为例:
    *
钻石是人类已知最硬的矿石;石墨却是最软的矿石之一。
    *
钻石是终极的研磨剂;石墨却是非常好的润滑剂。
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钻石是一流的绝缘体;石墨却是良导体。
    *
钻石通常是透明的;石墨却是不透光的。
    *
钻石的结晶是立方晶系;石墨却是六方晶系。
    *
钻石的价值昴贵;石墨却是普通。
    另以
碳同素异形体 - 不定形碳及碳纳米管为例:
    *
不定形碳是最容易合成的材料之一;碳纳米管却需极端高昴的成本才能制得。
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不定形碳是完全等方向(isotropic)扩展的材料;碳纳米管却是只有一个方向前后延伸的非等方向(anisotropic)材料。

    它们的不同性质是由微观结构的不同所决定的。

最新完善 

碳的新的同素异形体:石墨炔(graphdiyne)(2010年人工合成)

20年来,科学家们一直致力于发展新的方法合成新的碳同素异形体,探索其新的性能,先后发现了富勒烯、碳纳米管和石墨烯等新的碳同素异形体。碳具有sp3sp2sp三种杂化态,通过不同杂化态可以形成多种碳的同素异形体,如通过sp3杂化可以形成金刚石,通过sp3sp2杂化则可以形成碳纳米管、富勒烯和石墨烯等。由于sp杂化态形成的碳碳三键具有线性结构、无顺反异构体和高共轭等优点,人们一直渴望能获得有sp杂化态的新的碳同素异形体,并认为该类碳材料具备优异的电学、光学和光电性能而成为下一代新的电子和光电器件的关键材料。石墨炔是第一个以spsp2sp3三种杂化态形成的新的碳同素异形体,最有可能被人工合成的非天然的碳同素异形体。

石墨炔是由13-二炔键将苯环共轭连接形成二维平面网络结构的全碳分子,具有丰富的碳化学键,大的共轭体系、宽面间距(4.1913)、优良的化学稳定性和半导体性能。所获得的石墨炔薄膜面积可达3.61cm2,是高晶化的单晶薄膜,拉曼光谱显示了其特征峰在1382156919262189cm-1,并证实该薄膜具有较高的有序度和较低的缺陷,薄膜电导率为:10-3-10-4 S m-1

 

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A金刚石,B石墨,C碳60,D碳纳米管
 
拨云揭雾——碳的同素异形体的准确说法 - 汪洋一帆 - 汪洋一帆石墨拨云揭雾——碳的同素异形体的准确说法 - 汪洋一帆 - 汪洋一帆金刚石拨云揭雾——碳的同素异形体的准确说法 - 汪洋一帆 - 汪洋一帆 C60
 

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     上图右下角的平面结构是什么?有英文单词,查为石墨烯.呀!石墨烯,今年诺贝尔物理学奖得主的研究项目呀!差一点丢掉一个机会!
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