Тема. Карбон і Силіцій: місцезнаходження в періодичній системі, будова атомів. Алотропні модифікації Кар­бону. Мета




Сторінка1/7
Дата конвертації03.11.2018
Розмір1,43 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7
Тема. Карбон і Силіцій: місцезнаходження в періодичній системі, будова атомів. Алотропні модифікації Кар­бону.
Мета. Охарактеризувати місцезнаходження Карбону і Си­ліцію в періодичній системі, порівняти будову їх ато­мів; сформувати уявлення про алотропні модифіка­ції Карбону: алмаз, графіт, карбін, фулерени; розглянути поняття «адсорбція»; ознайомити учнів із промисловим способом добування алмазів.
Обладнання й матеріали: періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва; моделі кристалічних ґраток алмаза і графіту, силіцію; зразки графіту, вугілля, сажі, силіцію; склян­ка з підфарбованою водою; активоване або деревне вугілля; стакан, лійка; фільтрувальний папір.
Базові поняття й терміни Алотропія, алотропні модифікації, кристалічні ґратки, неполяр-ний ковалентний зв'язок, алмаз, графіт,карбін, електропровідність, напівпровідник, адсорб- ція, адсорбенти.
Тип уроку Урок вивчення нового матеріалу.

ХІД УРОКУ


І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ

« Мікрофон»

  • Що таке електронегативність? Як вона залежить від положення в періодичній системі хімічних елементів Д.І.Менделєєва?

  • Дайте визначення явища алотропії. Які алотропні модифікації і яких хімічних елементів вам відомі?

  • Атоми яких хімічних елементів можуть перебувати у збудженому стані?

  • Що ви знаєте про Карбон? про Силіцій?


ІII. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. ПОЛОЖЕННЯ КАРБОНУ І СИЛІЦІЮ В ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ, БУДОВА

ЇХНІХ АТОМІВ, ВАЛЕНТНІСТЬ І СТУПІНЬ ОКИСНЕННЯ.



Бесіда.

У ході бесіди розглядаються такі питання.

1) Положення Карбону і Силіцію в періодичній системі.

2) Будова атомів Карбону і Силіцію, загальне в будові атомів (можна запропонувати

записати загальну формулу зовнішньої електронного рівня для всіх елементів IV групи,

позначивши номер періода через п.)

3) Валентність і ступінь окиснення елементів IV групи.

4) Особливість положення елементів IV групи в періодичній системі.

5) Унікальність атомів Карбону з точки зору можливості побудови ланцюжків, циклів і т. д.

(органічні сполуки).



Карбон і Силіцій - елементи IV групи, головної підгрупи періодичної системи.

C Зростають: - радіус атома,

- неметали - металічність,

Si - відновні властивості;


Ge - амфотерний Зменшується: - електронегативність,

- стійкість водневих сполук RH4.

Sn

- метали



Pb

Основний стан атома Карбону

2s2



2p2


























Збуджений стан атома Карбон

2s1



2p3
























2. АЛОТРОПНІ МОДИФІКАЦІЇ КАРБОНУ: АЛМАЗ, ГРАФІТ, КАРБІН, ФУЛЕРЕНИ.


Можна запропонувати самостійне вивчення цього параграфа методикою критичного мислення: учні при читанні параграфа позначають: 1) факти, які їм відомі, 2) факти, про які дізналися вперше, 3) факти, які викликають запитання і сумніви.

Матеріал, який не зовсім зрозумілий і викликав питання, обговорюється разом з учителем.



Розповідь учителя.

Усі різновиди Карбону не мають смаку і запаху. Хімічно розчиняються в розплавлених металах. За звичайних температур хімічно інертні. Алмаз займає перше місце за шкалою твердості — 10, але він крихкий і його можна розбити молотком.



Робота з таблицею.

Учні заповнюють таблицю.



Фізичні властивості алотропних форм Карбону


Властивості

Графіт

Алмаз

Колір

Темно-сірий

Безбарвний

Щільність, г/см2

2,26

3,5

Температура займання, °С

600—700

850—1000

Твердість

2 (вздовж шарів) 5 (впоперек)

10

Температура плавлення, °С

3700 (сублімація)

Понад 3500 (у вакуумі)

Температура алотропних переходів, °С

При 1500—3000 і 6-106 кПа перетво-рюється на алмаз

Вище 1000 перетворюєть­ся на графіт

Блиск

Металоподібний

Специфічний «алмазний»

Електропровід­ність

Провідник

Непровідник (ізолятор)


КАРБІН
Вченими був отриманий ще один кристалічний різновид Карбону шліхом каталітичного окиснення ацетилену – карбін . Він має лінійну структуру, побудовану з атомів Карбону, які сполучені простими та потрійними зв’язками ( −С−С ≡ С−С ≡ С−С ≡ С− ). Карбін є напівпровідником та фото провідником. Знайдений карбін і в природі. Кристалічний Карбон, схожий за структурою до карбіну знайдено в метеориті Новий Урей , та в Баварії , в кратері Ріс, який утворився в результаті падіння метеориту.

В 1969 році отримано ще одну модифікацію кристалічного Карбону- полікумулен. Він також має лінійну будову і атоми Карбону Сполучені лише подвійними зв’язками

( = С = С = С = С = С = С = С = )
До цих модифікацій варто додати ще одну — фулерени .
ФУЛЕРЕНИ.
Алмаз, графіт і карбін мають немолекулярну будову, тобто складаються з каркасів, сіток або ланцюгів атомів Карбону.

У 1996 р. троє вчених — Гарольд Корото, Роберт Керл, Річард Смеллі — були нагороджені Нобелівською премією в галузі хімії за відкриття в 1985 р. молекулярної форми вуглецю — фулерена. До фулеренів відносять речови­ни з парним числом атомів Карбону в молекулі: С60 , С70 , С72, С74, С76, ...,С108..... С960 ,.... С1020 та ін. Ці чудові молекули складені з атомів Карбону, об'єднаних у п'яти- й шестикутники зі спільними ребрами. Свою назву вони одержали за прізвищем американського архітектора й інженера Річарда Бакмінстера Фуллера, що побудував на виставці в Монреалі у 1967 р. павільйон США, використовуючи конструкцію, з'єднану з п'яти- і шестикутників.

У 1990 р. було вивчено будову найпростішого фулерена, що містить 60 ато­мів Карбону. Це бакмінстерфулерен. Молекула С60 нагадує футбольний м'яч: вона складається з 12 п'ятикутників і 20 шестикутників. Такий багатогран­ник має високу симетрію, близьку до сферичної. Кожен атом Карбону в моле­кулі С60, як і в графіті, зв'язаний із трьома іншими атомами. У перших дослі­дах фулерени одержували випарюванням графіту в атмосфері гелію під дією сильного лазерного імпульсу. Пізніше виявили, що фулерени утворюються при пропусканні гелію через електричну дугу між графітовими електродами. У сажі, що осідає на стінках реактора, міститься до 15 % фулеренів.

Фулерени являють собою кристалічні речовини чорного кольору з металіч­ним блиском, які мають властивості напівпровідників. При тиску порядку 2 • 104 атм. і кімнатній температурі бакмінстерфулерен перетворюється на алмаз. При температурі біля 800 °С фулерен С60 сублімується, молекули С60 присутні в газовій фазі аж до температури 1800 °С .

У 1992 р. фулерени виявлені в природі — у мінералі шунгіті (аморфно­му вуглеці), названому на честь селища Шуньга в Карелії. Не дивно, що довгий час домішку фулерена в шунгіті не помічали: його там лише близь­ко 0,001 %.

АЛМАЗ



Алмаз по праву називають «царем каменів». Мабуть, з жодним з коштовних каменів не пов'язано стільки легенд, переказів і драматичних історій, і алмазом. Звичайно алмази безбарвні, але зустрічаються зразки із забарвленням. Серед забарвлених різновидів найчастіше знаходять жовтуваті, коричневаті, рідше — зелені, блакитні. Кристалам алмаза притаманна оптична ізотропність, тобто світло в них поширюється однаково у всіх напрямках. Найбільш розповсюджена форма алмазних кристалів — октаедрична, рідше зустрічаються тетраедри та інші форми. Унікальні ювелірні властивості алмаза визначаються високим показником заломлення: п = 2,40 - 2,48 . За твердістю алмаз перевершує усі відомі на сьогодні речовини. Твер­дь алмаза за шкалою Мооса дорівнює 10, а абсолютна твердість алмаза майже в 100 разів більша, ніж у кварцу. Але висока твердість пов'язана високою крихкістю. Розтрощити алмаз можна ударом об який-небудь твердий предмет.

Природні алмази в основному являють собою маленькі кристалики масою в частки каратів. Карат — одиниця виміру маси алмаза (1 карат — 200 мг). Великий алмаз масою 20 каратів — рідкість, не кажучи вже про алмази масою 500—600 каратів і вище.

Найбільший зі знайдених алмазів одержав назву «Куллінан». Він був знайдений 27 січня 1905 р. у районі м. Преторія (Південна Африка). Первісна маса його складала 3106 каратів, тобто 621 г, і коштував він 9 мільйонів фунтів стерлінгів. «Куллінан» був подарований англійському королю Едуарардові VII. Під час обробки алмаз був розколотий на 105 частин, найбільша з яких — «Зірка Африки», її маса 516,5 каратів.

Структурний елемент кристалічних ґраток алмазу являє собою тетраедр, де кожен атом Карбону оточений на рівних відстанях чотирма іншими атомами. Всі атоми в кристалі зв’язані між собою міцними ковалентними зв’язками. Таким чином , алмаз являє собою начебто одну гігантську молекулу, чим і пояснюється його велика твердість і хімічна стійкість.

Штучні алмази одержують із графіту при тиску -70-108 Па і температурі ~1600-2000 °С . Якщо використовувати як каталізатори перехідні метали (Fe, Ni, Pd, Pt), то тиск і температуру процеси можна знизити.


ПРОМИСЛОВЕ ДОБУВАННЯ АЛМАЗІВ

Алмаз – рідкісний мінерал. Тому пошуки його –складний, тривалий, трудомісткий процес. Встановлено , що поклади алмазів супроводжуються певними мінералами. Тому геологи, щоб знайти алмази, проводять геологічну розвідку саме цих мінералів. Їх наявність вказує на можливі поклади алмазів.



Для добування алмазів із земних надр потрібні самі алмази , які використовуються для виготовлення приладів для буріння.

  1   2   3   4   5   6   7


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка