Урок №38. Положение углерода и кремния в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Аллотропные модификации углерода

2. Изменение свойств в подгруппе

В подгруппе углерода с ростом порядкового номера заряд ядра атомов увеличивается, число электронов на внешнем уровне постоянно, число энергетических уровней в атомах растёт и радиус атома увеличивается от углерода к свинцу, притяжение отрицательных электронов к положительному ядру ослабевает и способность к отдаче электронов увеличивается, и, следовательно, в подгруппе углерода с ростом порядкового номера неметаллические свойства убывают, а металлические усиливаются.

С и Si – неметаллы, Ge – полупроводник, Sn и Pb – металлы.

УГЛЕРОД. АЛЛОТРОПИЯ УГЛЕРОДА

Углерод встречается в природе, как в свободном виде, так и в соединениях. В свободном виде встречается в виде аллотропных видоизменений – алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Алмаз

Алмаз — редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны на всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет назад алмазы в промышленных масштабах добывались из россыпных месторождений.

Физические свойства:

Главные отличительные черты алмаза — высочайшая среди минералов твёрдость (и в то же время хрупкость).

Кристаллическое вещество, прозрачное, сильно преломляет лучи света, очень твёрдое, не проводит электрический ток, плохо проводит тепло, ρ = 3,5 г/см³; t°пл. = 3730°C; t°кип. = 4830°C.

Получение: Можно получить из графита при p> 50 тыс. атм; t° = 1200°C

Применение:

Шлифовальный порошок, буры, стеклорезы, после огранки - бриллианты.

Графит

Физические свойства:

Кристаллическое вещество, слоистое, непрозрачное, тёмно-серое, обладает металлическим блеском, мягкое, проводит электрический ток; ρ = 2,5 г/см³.

Применение:

Электроды, карандашные грифели, замедлитель нейтронов в ядерных реакторах, входит в состав некоторых смазочных материалов.

Карбин

Физические свойства:

Чёрный порошок; ρ = 2 г/см³; полупроводник.

Состоит из линейных цепочек –C≡C–C≡C– и =С=С=С=С=

При нагревании переходит в графит.

В конце 80-х годов XX века было обнаружено ещё одно аллотропное видоизменение – фуллерен. Он, в отличие от алмаза и графита, имеет не атомную, а молекулярную кристаллическую решётку.

Атомы углерода могут образовывать также полые трубки – так называемые нанотрубки. В настоящее время фуллерены и нанотрубки рассматриваются в качестве основы для технологий будущего.

Соединения углерода весьма распространены: все живые организмы, каменный уголь, торф, нефть и др. содержат углерод. Углерод входит в состав многих неорганических веществ (известняк, мел, мрамор и др.).

Алмаз

Бриллиант

Графит

Фуллерены

Уголь

Свойства алмаза и графита

ЗНАМЕНИТЫЕ АЛМАЗЫ И БРИЛЛИАНТЫ

«КУЛЛИНАН» — крупнейший из когда-либо найденных алмазов ювелирного качества. Он был обнаружен в январе 1905 года и назван в честь сэра Томаса Куллинана, основателя шахты «Премьер». Алмаз массой 3106 кар был поделен на 9 крупных и 96 более мелких камней, а также около 19,5 кар неполированных фрагментов. Двумя крупнейшими камнями были украшены британские королевские регалии. Король Эдуард приобрел один из крупных фрагментов «Куллинана» для супруги, королевы Александры. Правительство Трансвааля приобрело оставшиеся фрагменты алмаза и в 1910 году преподнесло шесть крупнейших из них королеве Марии.

«БОЛЬШАЯ ЗВЕЗДА АФРИКИ». Фрагмент алмаза «Куллинан», «Звезда Африки» — это крупнейший бриллиант в мире. Его масса составляет 530,2 кар. Этот камень огранки «Груша» с 74 гранями является драгоценностью Британской Короны. Он закреплен в верхней части Королевского скипетра Британской империи.

«АЛМАЗ ХОУПА». Этот камень назван в честь Генри Томаса Хоупа. Считалось, что этот алмаз массой 45,52 кар обладает огромной волшебной силой. Такое поверье было связано с его необычным размером и уникальным, насыщенным цветом индиго. Камень находится в музее Смитсоновского института в Вашингтоне.

«ЭКСЕЛЬСИОР». Среди всех обнаруженных в мире алмазов «Эксельсиор» занимает второе место по величине. Его масса составляет 995,2 кар. Камень был найден в 1893 году на южноафриканской шахте Ягерсфонтейн. У него были голубовато-белый оттенок и необычная форма: одна его сторона была плоской, а противоположная — заостренной. Поэтому его назвали «Эксельсиор», то есть «устремленный ввысь». Из него был получен 21 бриллиант.

«ЗВЕЗДА СЬЕРРА-ЛЕОНЕ». Камень «Звезда Сьерра-Леоне» был обнаружен в 1972 году. Это крупнейший из алмазов ювелирного качества, найденных в аллювиальных отложениях. Сначала алмаз получил изумрудную огранку. Его масса составила 143,20 кар. Но затем в нем были обнаружены включения, и он был разделен на семь бриллиантов меньшего размера. Это камень категории IIa, к которой относятся менее 1% всех алмазов.

«ЗОЛОТОЙ ЮБИЛЕЙ». Цвет крупнейшего в мире бриллианта «Золотой юбилей» — желтовато-коричневый. Он был найден в 1985 на шахте «Премьер». Чтобы огранить этот алмаз и получить бриллиант 545,67 кар, потребовалось два года. Бриллиант был приобретен синдикатом тайских бизнесменов и преподнесен королю Таиланда в честь золотого юбилея, 50-летия его коронации.

«СТОЛЕТИЕ». «Столетие» — это второй в мире по величине безупречный бриллиант современной огранки. Также это крупнейший в мире фантазийный бриллиант. Его масса — 273,85 кар. Это единственный бриллиант, при огранке которого использовались древнейшие методы наряду с современными технологиями. Он был обнаружен на шахте «Премьер» в 1986 году с помощью системы визуализации на основе рентгеновского излучения. О его существовании знали лишь несколько человек, которые поклялись хранить эту информацию в тайне. De Beers официально представила этот алмаз в 1988 году во время торжеств, посвященных столетию компании.

«ЭВРИКА». «Эврика» был первым алмазом, найденным на юге Африки, и это открытие привело к «алмазной лихорадке» в районе Кимберли. Пятнадцатилетний Эразмус Якобс обнаружил этот алмаз на берегу реки Оранжевой в 1867 году. Он отдал его соседу, Шалку фан Никерку, который собирал необычные камни. Фан Никерк передал алмаз коммивояжеру, который отправил его в Грэмстаун, к доктору В. Г. Атерстону, который разбирался в минералах и драгоценных камнях. Атерстон установил, что это — буровато-желтый алмаз массой 21,25 кар. Камень был продан за £1500 и превращен в бриллиант 10,73 кар огранки «Кушон».

«НЕСРАВНЕННЫЙ». «Несравненный» — третий по величине бриллиант в мире, массой 407,48 кар. В 1984 году его нашла девочка в куче мусора c отвалов старых шахт в Демократической Республике Конго. Из алмаза были изготовлены один крупный и 14 менее крупных бриллиантов, в диапазоне от бесцветных до темно-коричневых. Алмаз был примечателен чистотой (без включений), необычной формой «Триолетт» и натуральным фантазийным буро-желтым оттенком.

«ЮБИЛЕЙНЫЙ». Алмаз «Юбилейный» был найден на южноафриканской шахте «Ягерсфонтейн» в 1895 году. Сегодня он считается шестым по величине алмазом в мире (масса 245,35 кар). Из него было получено два крупных бриллианта, отличающихся чистотой, цветом и сиянием. В честь шестидесятилетия восшествия на престол королевы Виктории крупнейший из двух бриллиантов был назван «Юбилейным».

«ДЕ БИРС». Вскоре после создания компании De Beers Consolidated Mines Limited в 1888 г. на шахте «Де Бирс» был обнаружен желтый восьмигранный кристалл. Его масса составляла 428,5 старых каратов (единица измерения, применявшаяся до 1913 года). В то время он был крупнейшим из найденных на четырех шахтах в Кимберли (за исключением алмаза «Виктория», чье происхождение вызывает сомнения). «Де Бирс» был приобретен махараджей Патиалы. Бриллиант занял центральное место в колье «Патиала», созданном в 1928 году в Париже фирмой Cartier. В 1930-е годы «Де Бирс» перешел к его нынешним владельцам.

«ЙОНКЕР». Алмаз был обнаружен Й. Йонкером в 1934 году на шахте «Эландсфонтейн» (Южная Африка). Камень был приобретен за 700 000 долларов США сэром Эрнестом Оппенгеймером. Из алмаза было изготовлено двенадцать бриллиантов. Самый крупный из них, массой 142,9 кар, был назван «Йонкер».

«РОЗА «ПРЕМЬЕР»». Этот бесцветный треугольный алмаз массой 353,9 карата был найден на шахте «Премьер» в марте 1987 года. Он считается одним из крупнейших в мире безупречных алмазов цветовой группы D.

«ЖЕЛТЫЙ БРИЛЛИАНТ TIFFANY». Этот камень массой 287,42 карата был обнаружен в 1878 году на шахте «Кимберли». Для усиления бриллианции из него изготовили бриллиант формы «Кушон» массой 128,54 карата с 90 гранями. В 1960-е годы ювелир Жан Шлюмберже создал на основе «Желтого бриллианта Tiffany», принадлежащего нью-йоркской компании Tiffany & Co., брошь «Птица на камне».

«НИАРХОС». Этот алмаз массой 426,5 карата не содержал включений. Он был отправлен в Лондон, и в феврале 1956 года Diamond Trading Company объявила, что Harry Winston Inc. (Нью-Йорк) приобрела алмазы на сумму £3 000 000. Из камня был изготовлен бриллиант огранки «Груша» массой 128,25 карата. Вскоре владелец торговых судов, греческий магнат Ставрос Ниархос приобрел этот бриллиант для жены. После развода он сохранил камень за собой. С тех пор «Ниархос» неоднократно выставлялся на обозрение публики.

«КОХИНУР». Этот камень был обнаружен в Индии примерно в XIII веке. Он принадлежал персидскому завоевателю Надир-шаху, который назвал его «Кохинур» («Гора света»). Бриллиант массой 186 каратов был подарен королеве Виктории в 1850 году. Два года спустя он был огранен заново. Нынешняя масса бриллианта — 108,93 карата, и его можно увидеть в Лондонском Тауэре.

«ТЭЙЛОР-БЕРТОН». Бриллиант массой 69,42 карата с огранкой «Груша» — самое известное приобретение актера Ричарда Бертона. Камень был найден на шахте «Премьер» в 1966 году и куплен Гарри Уинстоном, который вместе с кольщиком алмазов изучал его шесть месяцев. В день, когда алмаз должен был быть расколот, в мастерскую были допущены телеоператоры, что лишь усилило волнение мастера. Он молча расколол этот камень массой 240,80 кар. Затем взял один из фрагментов, взглянул на него сквозь очки и воскликнул: «Превосходно!».

«КИМБЕРЛИ». Этот камень был найден на шахте «Кимберли». Это безупречный бриллиант ступенчатой огранки. У него цвет шампанского и масса — 70 каратов. В 1958 году его владельцы, нью-йоркская компания Baumgold Bros., огранили его заново, чтобы улучшить его бриллианцию и пропорциональность. Его нынешняя масса — 55,09 карата, а оценочная стоимость — $500 000.

«СЕРДЦЕ ВЕЧНОСТИ». У этого бриллианта массой 27,64 карата в форме сердца — удивительно насыщенный цвет. Его называют «живописно-синий». В январе 2000 года он был представлен в специальной коллекции из 11 редких синих бриллиантов «De Beers Millennium Jewels».

АЛМАЗЫ АЛМАЗНОГО ФОНДА РОССИИИ

Бриллиант "Орлов" - самый ценный и знаменитый из семи исторических камней Алмазного фонда. С 1784 года он украшает Императорский скипетр Екатерины Великой. Это восхитительный камень необычной формы, ограненный в виде индийской розы, имеющий 180 граней и вес 189,62 каратов. Согласно легенде, алмаз "Орлов" представляет собой обработанный природный осколок огромного кристалла весом в 400 карат, а по другой версии первоначальный вес алмаза снизился с 400 до 189,62 каратов после его огранки в бриллиант.

Интересна непростая история этого дивного камня, который считается самым крупным алмазом, добытым в Индии. Первым его владельцем стал Джехан Шах - потомок великой династии Моголов. Следует отметить, что алмаз Великий Могол, который также принадлежал Джехан Шаху, и который был впоследствии утерян, нередко связывают с алмазом Орлов, и есть версия, что эти два алмаза - на самом деле один и тот же камень. Так это или нет в точности не известно. Найденный в Индии в начале XVII века, прежде чем попасть в Россию, он поменял нескольких владельцев. История камня загадочна, и историки расходятся во мнениях. По одной из версий, он был вправлен в статую Шивы в знаменитом храме Серингапатама, но оттуда его похитил французский солдат, который затем продал камень английскому капитану, а тот - торговцу-еврею, от которого и получил его позднее граф Орлов. По другой версии, алмаз был украден из трона шаха Надира, в который был вправлен, и пройдя через несколько рук попал к армянскому купцу Лазареву, от которого и получил камень Орлов. Сперва, исходя из легенды, этот камень имел название "Дерианур" и украшал голову индийского идола. Легенда рассказывает, что этот алмаз служил глазом для статуи Брахмы в храме Серингапатама (шт. Майсур), и именно оттуда его в начале XVIII века похитил французский солдат. По другой версии алмаз был украден из трона персидского Надир-Шаха после его гибели в 1747 году. В 1768 г. камень был куплен в Амстердаме русским графом Григорием Орловым за 400 000 золотых рублей в подарок Екатерине Великой, - в 1773 году он был преподнесён Орловым Екатерине II в день её именин. Императрица повелела вставить камень в свой золотой скипетр. В знак благодарности Екатерина дала алмазу имя своего верного подданного. Алмаз "Орлов" представляет собой кристально чистый прозрачный камень, слегка отливающий зеленовато-голубоватым оттенком. Величиной и формой с половину куриного яйца, вставленный в императорский скипетр, он является одним из наиболее известных экспонатов Алмазного фонда.

Вторым в драгоценной коллекции считается не менее знаменитый и известный алмаз "Шах" массой 88,7 каратов. Он был найден там же, где и алмаз "Орлов", - в Голкондских копях в Индии, в XVI веке, незадолго до того, как их забросили. Это прозрачный камень редкой чистоты, с незначительным желтоватым оттенком, без огранки. Природная форма его практически полностью сохранена, лишь в некоторых местах он слегка отшлифован. Известно, что этот алмаз носили в качестве магического талисмана. Согласно Тавернье, в 1665 г. "алмаз был подвешен к трону Великих Моголов и висел так, чтобы сидящий на троне постоянно видел его перед собой". На камне три надписи на персидском языке, означающие имена его прежних владельцев и соответствующие даты в мусульманском летосчислении, основанном на лунном календаре: сперва это был правитель индийской провинции Низам-шах, затем Шах-Джахан из династии Великих Моголов, третьим - персидский шах Фатх-Али-шах, уже из рук которого он и попал в Россию. Алмаз "Шах" был преподнесен сыном наследника персидского престола в дар русскому царю вместе с другими ценными дарами в надежде на исчерпание конфликта, назревавшего в связи с трагическими событиями в Тегеране. В 1829 году алмаз был привезён Николаю I принцем Хозрев-Мирзой как выкуп "во искупление" за убийство в Тегеране главы Русской дипломатической миссии А.С. Грибоедова. Считается, что покоренный прелестью алмаза, император принял дары посла и забыл тегеранский инцидент.

В Алмазном Фонде также представлен удивительный абсолютно плоский алмаз весом в 25 карат и общей площадью в 7.5 кв. см., вставленный в изысканный золотой браслет, выполненный в готическом стиле. Это - "портретный" алмаз, под который вставлена цветная миниатюра портрета императора Александра I. Этот прозрачной чистоты камень считается самым крупным из портретных алмазов, которые когда-либо использовались в мире. Алмаз вместе с браслетом, изготовленном по заказу во Франции, прибыл в Россию в XIX веке. Теперь хранится в коллекции Алмазного фонда среди семи исторических знаменитых камней. Браслет сам по себе является редким шедевром ювелирного искусства, "портретный" алмаз в инкрустированной эмалью и изумрудами изящной оправе из золота представляет великолепное дополнение к браслету.