Anglies alotropija (deimantas ir grafitas)

1) Anglies alotropija (deimantas ir grafitas)
Yra 4 anglies alotropinės modifikacijos: grafitas, deimantas , Fulerenas ir sintetinė – karbinas. Grafitas – pilkai juodos spalvos kristalai, sistema heksagonalinė, kietumas 1, tankis 2230 kg/m³. Deimantas – bespalviai skaidrūs kristalai, sistema kubinė, kietumas 10, tankis 3510 kg/m³. Aukštoje temperatūroje (apie 1500 °C) deimantas ir grafitas virsta karbinu.
Visų anglies modifikacijų lydymosi temperatūra 3500–3700 °C. Anglis – nemetalas. Tirpsta išlydytuose metaluose, pvz., geležyje, kobalte, nikelyje. Degdama sudaro anglies dioksidą (jei deguonies netrūksta) ir anglies monoksidą (jei deguonies trūksta). Kaitinama su metalais ar jų oksidais, sudaro karbidus; pvz., iš anglies ir aliuminio oksido gaunamas aliuminio karbidas: 9C + 2Al2O3 → Al4C3 + 6CO. Aukštoje temperatūroje jungiasi su halogenais (pvz., su chloru sudaro anglies tetra-chloridą CCl4), siera ir kitais elementais. Anglies yra visuose organiniuose junginiuose. Didžiausios organiniu junginių grupės yra angliavandeniliai ir angliavandeniai. Anglies atomai gali sudaryti linijines, šakotas grandines ir žiedus, prie kurių prisijungę vandenilio, deguonies ir kitų elementų atomai. Šiose grandinėse anglies atomų jungtys yra viengubos, dvigubos ir trigubos. Dvigubas jungtis turinčios molekulės linkusios stambėti (polimerizuotis) – susidaro stambiamolekuliai junginiai. Anglis ir jos gamtiniai junginiai – svarbus energijos šaltinis ir chemijos pramonės žaliava. Iš grafito daromi elektrodai, gaunamos raketinių variklių antierozinės dangos, grafito plastikai, juo futeruojama cheminė aparatūra. Labai grynu dirbtiniu grafitu atominiuose reaktoriuose lėtinami neutronai. Šlifuoti deimantai vartojami papuošalams. Iš deimanto gaminamos gręžimo įrankių karūnėlės. Suodžiai vartojami gumos gamyboje kaip užpildas.
Grafitas, C – grynuolis mineralas, alotropinė anglies modifikacija. Pavadinimas kilęs iš graikų kalbos γραφειν – braižyti, piešti. Skirtingai nei deimantas, grafitas yra laidininkas, todėl naudojamas elektrotechnikoje. Mineralas plačiai paplitęs. Jo randama JAV, Rusijoje, Kinijoje, Meksikoje, Indijoje ir kt. Randamas kartu su kitais mineralais: kvarcu, kalcitu, turmalinu, žėručiu. Grafitas naudojamas pieštukų gamyboje. Iš jo gaminami elektrodai. Naudojamas kaip neutronų lėtiklis branduolinėje energetikoje.
Deimantas yra grynuolių klasės mineralas, jo cheminė sudėtis – kristalinė anglies modifikacija. Deimantai būna bespalviai, pilki, balti, melsvi, gelsvi, tamsiai rudi. Spalva priklauso nuo kristalo gardelėje esančių priemaišų. Deimantai būna tiek skaidrūs, tiek neskaidrūs. Deimantas turi labai gerą skalumą, o blizgesys – deimantinis (žaižaruojantis įvairiomis vaivorykštės spalvomis), riebus.Deimantai nėra sudaryti vien tik iš anglies. Deimante gali būti silicio, geležies, titano, magnio, kalcio oksidų, azoto ir kitos priemaišos. Taip pat pasitaiko kitų mineralų intarpų – grafito, olivino, piropo ir kt. Kristalo singonija kubinė. Dažniausiai randami oktaedro, rečiau kubo formos kristalai.Deimantas yra kiečiausias natūralus mineralas. Pagal Moso skalę jo kietumas yra 10. Jis atsparus rūgštims ir šarmams. Kaitinamas ore sudega prie 800°C. Deimantai susidarė 10-1500 m pločio krateriuose, rečiau giliuose Žemės plutos plyšiuose, pripildytuose nuotrupinių uolienų kimberlitų (ultrabazinė uoliena). Žemyn siaurėjantys krateriai vadinami sprogimo vamzdžiais. Proterozojaus metu, taip pat devono, juros, paleogeno periodu susidarę kimberlitai, dūlėjimo proceso metu suyra, o juose esantys deimantai susikaupia aliuviniuose sąnašynuose. Dalis deimantų galėjo būti pernešti ledynų ar vėjo į kitas vietas. Maži deimantai gali susidaryti meteoritiniuose krateriuose. XVIII a. pabaigoje buvo daromi brangūs ir nepavykę De Beers’o eksperimentai dirbtiniu būdu išgauti deimantą iš anglies (ar net iš anglies dioksido, esančio ore). Deimantus minėjo jau Plinijus Vyresnysis (23-79 m. po Kr.). Į Europą deimantai pateko VI-V amžiais prieš Kr. Tuo laikotarpiu sukurta Senovės graikų bronzinė statula iš neapdirbtų deimantų. Ji šiuo metu saugoma Britų muziejuje, Londone. Pirmą patikimą deimanto sintezę aukštos temperatūros ir didelio slėgio sąlygomis 1880 m. atliko škotas A. Hannejus. Jis storasieniame plieniniame cilindre kaitino mišinį, kuriame buvo 90% lengvųjų angliavandenilių ir 10% kaulų alyvos. Be to, į mišinį buvo įdėta ličio. Iš beveik 100 bandymų 3 buvo sėkmingi ir 1943 m. buvo patvirtinta, kad gauti tikrai deimanto kristalai.Pirmąkart dirbtinis deimantas iš grafito gautas 1953 m. Švedijoje, Stokholme (QUINTUS projektas, konstrukt. Baltzar von Platen). 1919 m. Marcel Tolkowski išleido knygą apie briliantų dizainą (šlifavimą) nuo seniausių laikų. Apie 1900-uosius atsiradę deimantiniai pjūkleliai ir šlifavimo įrenginiai leido gaminti apvalius briliantus (round). 1970-aisiais Bruce Harding išplėtojo matematinius briliantų šlifavimo modelius. Šiuo metu deimantų verslą kontroliuoja De Beers kompanija. Anksčiau pagrindinės deimantų kasyklos buvo Indijoje, dabar – Afrikoje (PAR, Namibija, Siera Leonė, Botsvana ir Kongas) bei Rusijoje. Deimantų masė tradiciškai pateikiama karatais (1 karatas – 0,2 gramo).

2)Anglies monoksidas ir dioksidas
Anglies monoksidas, cheminė formulė CO, yra bespalvės, bekvapės, beskonės, degios ir labai toksiškos dujos. Šnekamojoje kalboje anglies monoksidas kartais vadinamas „smalkėmis“. Krosnyje esant aukštai temperatūrai bei deguonies trūkumui degančios medžiagos oksiduojasi ne iki galo. Tokios sąlygos susidaro, pavyzdžiui, per anksti užstūmus krosnies sklendę. Kartais išsiskiria balti bei aitraus kvapo dūmai kartu su anglies monoksidu, kuris neturi nei spalvos, nei kvapo. Tiksliau būtų teigti, kad anglies monoksidas yra smalkių sudedamoji dalis. Ūmiai apsinuodijus anglies monoksidu, ligonį būtina kuo greičiau išnešti į gryną orą. Sunkiais atvejais reikia duoti deguonies ir karbogeno inhaliacijas arba 0,5-1,5 valandos patalpinti nukentėjusįjį į barokamerą ir tiekti deguonį 2-3 atmosferos slėgimu. Trinkant kvėpavimui ar jam sustojus, skirti kvėpavimo centrą dirginančius preparatus (pervitiną, lobeliną), atlikti dirbtinį kvėpavimą. Jei per 2-3 val. šios priemonės neduoda laukiamų rezultatų, taikytinas dalinis ar visiškas kraujo perpylimas. Apsinuodijimui anglies monoksidu išvengti svarbu tinkamas įrengimų ir aparatūros, dujų vamzdynų hermetizavimas, dujų mišinių su anglies monoksidu odoravimas, efektyvi vietinė vėdinimo sistema. Garažuose, mechaninėse dirbtuvėse dirbančių variklių išmetamų dujų pašalinimui būtina naudoti specialias žarnas, kurių vienas galas užmaunamas ant išmetimo vamzdžio, o antrasis – išvedamas į atvirą orą. Svarbu sekti, kad anglies monoksido koncentraciją darbo patalpų ore neviršytų leidžiamų ribų.
Anglies dioksidas (pasenęs pavadinimas angliarūgštė) – atmosferos dujos, susidedančios iš vieno anglies ir dviejų deguonies atomų. Anglies dioksidas tirpdamas vandenyje sudaro pusiausvyrą su anglies rūgštimi:

Augalai fotosintezės metu iš anglies dioksido gaminasi angliavandenius. Šios reakcijos metu išsiskiria šalutinis produktas – deguonis.
3) Silicio pramonė: keramika, stiklo ir cemento gamyba.
Stiklas – vientisa amorfinė kieta medžiaga, paprastai gaminama labai greitai užšaldant tąsią išlydytą medžiagą, neleidžiant susidaryti įprastai kristalinei formai. Šis straipsnis yra apie dažniausiai pasitaikančia stiklo formą, naudojamą statyboje, buityje (indams, dekoravimui). Grynas stiklas yra permatoma, sąlyginai tvirta, mažai susidėvinti, neveikli ir biologiškai neaktyvi medžiaga, iš kurios galima formuoti labai lygius, nelaidžius paviršius. Stiklas yra labai trapus, bet tiek trapumas, tiek ir kitos savybės gali būti visai pakeistos dedant priemaišų ar specifiškai apdorojant karščiu. Buitinis stiklas daugiausiai sudarytas iš silicio dioksido (SiO2), kaip ir kvarcas ar smėlis (polikristalinė forma). Silicio dioksido virimo temperatūra yra apie 2000 °C, todėl gaminant stiklą į smėlį įmaišoma sodos (natrio karbonatas, Na2CO3), kuri sumažina mišinio virimo temperatūrą iki 1000 °C. Soda padaro mišinį tirpų vandenyje, todėl dar įmaišoma kalcio oksido (CaO), atstatančio netirpumą. Stiklas taip pat yra vadinamas „kietuoju skysčiu“, kadangi jis teka. Stiklo tekėjimas yra toks lėtas, kad plika akimi matomas efektas gali būti pastebimas tik po kelių metų. Dėl šios stiklo savybės senų pastatų langų stiklai viršuje būna plonesni nei apačioje. Paties stiklo struktūra nėra visiškai kristalinė – jo kristalai netaisyklingos formos, panašūs į vandens kristalus, kuomet vanduo yra ledo būsenoje. Stiklas neturi griežtai apibrėžtos užšalimo temperatūros. Jo kristalai, temperatūrai net nepasiekus lydymosi temperatūros, gali pradėti „tranzuoti“ vienas kito atžvilgiu. Mokslininkai iki šiol ginčijasi dėl klausimo, kas iš tiesų yra stiklas – superšaltas skystis, ar kristalas. Stiklas užima tarpinę poziciją tarp šių dviejų būsenų.
Keramika – viena iš seniausių dailės rūšių, savita taikomosios dailės sritis. Jos pamatas – poetiškas ugnies ir žemės sąlytis. Tęsdama tūkstantmetes amato tradicijas, keramika šiuolaikiniame dailės kontekste ir postmodernizmo epochoje tarp kitų dailės šakų užima gana reikšmingą vietą. Šiuolaikinė keramika balansuoja tarp skulptūriškumo tendencijų, dekoratyvinių objektų bei tarpdalykinėms meno rūšims artimesnių konceptualių instaliacijų.
Bendru atveju, cementas yra bet kuri medžiaga, turinti rišamųjų (tvirtinimo) savybių. Dažnai cementu vadinamos ir specifinės birios medžiagos, naudojamos maišant su vandeniu. Teisingesnis šių medžiagų pavadinimas – vandeniniai (hidrauliniai) cementai, dažniau statyboje naudojami – gipsas, kalkės, svarbiausia statybinė medžiaga lietuviškai vadinama tiesiog cementu (angl. portland cement). Vandeninį cementą pirmieji pradėjo naudoti egiptiečiai, vėliau jį iš naujo atrado Antikinėje Graikijoje ir Babilonijoje, kur kalkių skiedinys buvo žymiai tvirtesnis nei Senovės Romoje. Vėliau romėnai pradėjo naudoti pozolaninius pelenus. Portlando cementas užpatentuotas Anglijoje 1824 metais. Mišinys sudarytas iš kalkių bei kitų priemaišų, turinčių geležies, aliuminio, silicio. Mišinys gerai susmulkinamas sumalant. Gauti milteliai deginami besisukančioje krosnyje apie 1400 °C temperatūroje, suformuojant klinkerį. Klinkeris sumaišomas su apie 3% gipso ir mišinys smulkinamas iki mažiau nei 90 mikronų dydžio miltelių.
Silicis (lot. silicium) cheminis elementas periodinėje elementų lentelėje, žymimas Si. Silicio atominis skaičius – 14. Nors silicis sudaro net 27% Žemės plutos masės, tačiau gryno gamtoje nerandama. Šis elementas laboratorijoje išskirtas tik 1811 m. Tai tamsiai pilki metališko blizgesio milteliai. Junginiuose silicis yra keturvalentis, jo oksidacijos laipsnis (išskyrus junginius su metalais) lygus +4. Silicis yra šiuolaikinės elektronikos pramonės pagrindas. Be to silicis gali sudaryti silikatus. Silicio yra daug titnage, iš kurio 1823 m. Jensas Jakobas Bercelijus ir išgavo šį elementą (lotynų k. silex – kietas akmuo, titnagas). Silicis – puslaidininkis. Jo plonos plokštelės, išpjautos iš silicio monokristalų, naudojamos šiuolaikinėje technikoje, pavyzdžiui, saulės baterijose, paverčiančiose saulės spindulių energiją elektros energija. Daugelyje išlydytų metalų, pavyzdžiui, aliuminyje, silicis tirpsta, nesijungdamas su jais, ir aušinant lydalą, išsiskiria kristalaisIšoriniame silicio atomo sluoksnyje yra 4 elektronai. Todėl silicis, panašiai kaip ir anglis, gali būti:
1. teigiamai keturvalentis – jungdamasis su labiausiai elektroneigiamais elementais;
2. neigiamai keturvalentis siliciduose – silicio ir labiausiai elektroneigiamų elementų (metalų) junginiuose;
3. keturkovalentis – poliškumu mažai nuo jo besiskiriančių elementų atžvilgiu; be to, savo alotropinėse modifikacijose.
Laisvas silicis turi deimanto gardelę, kurioje kiekvienas silicio atomas apsuptas tetraedro keturių kitų atomų, sujungtų su juo paprastomis kovalentinėmis jungtimis. Įprastinėje temperatūroje silicis jungiasi tik su fluoru. Kaitinamas ore amorfinis silicis jungiasi su deguonimi – stipriai įkaisdamas sudega iki silicio oksido. Taip pat silicis lengvai jungiasi su chloru. Su kitais mažiau elektroneigiamais nemetalais silicis jeigu ir reaguoja, tai ne taip energingai ir sudaro ne tokius patvarius junginius… Silicis nepaprastai stipriai susijungęs su deguonimi; todėl norint gauti silicį iš jo dioksido, reikia labai energingo reduktoriaus. Laboratorijos sąlygomis amorfinis silicis gaunamas Beketovo būdu. Tam smulkaus kvarco smėlio ir magnio miltelių mišinys supilamas į sunkiai lydomą mėgintuvėlį ir, įstačius į mišinį magnio juostelę, uždegamas:
SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO + 372 kJ
Silicio dioksidas (SiO2)
Tai viena labiausiai paplitusių medžiagų Žemės plutoje. Jis randamas dviejų atmainų: kristalinis ir amorfinis. Kristalinis SiO2 dažniausiai aptinkamas kvarco pavidalu. Smulkūs kvarco grūdeliai – paprastas smėlis. Švarus smėlis yra baltas, geležies junginių nudažytas – geltonas. Fizinės dirvožemio savybės, taip pat jo gerumas daug priklauso nuo smėlio grūdelių dydžio ir kiekio. Kvarco kristalų pavadinimas priklauso nuo jų spalvos: rudas vadinamas dūminiu kvarcu, violetinis – ametistu, bespalvis skaidrus – kalnų krištolu. Jie naudojami papuošalams ir laikrodžių ašelių lizdams gaminti. Kalnų krištolas praleidžia ultravioletinius spindulius ir dėl to naudojamas optinėse priemonėse linzėms. Amorfinis silicio dioksidas randamas kaip “infuzorinė žemė”. Tai kadaise gyvenusių infuzorijų kSilicio rūgštys. iautelių likučiai, naudojami dinamitui gaminti. Kristalinis SiO2 kartu su amorfiniu sudaro titnagą, agatą ir kt. Titnagas dabar vartojamas rutuliniuose malūnuose. Silicio rūgšties, kaip ir fosforo rūgšties, anhidridą atitinka ne viena, o daugybė rūgščių, kurios susidaro prijungus prie jo nevienodą vandens kiekį; aukščiausia iš jų silicio ortorūgštis H2SiO4 atitinka fosforo ortorūgštį, gaunamą prie fosforo rūgšties anhidrido prijungiant maksimalų kiekį vandens. Išskirti silicio rūgšties nepavyksta, ir apie jų formą sprendžiame iš jų druskų – gamtinių silikatų – sudėties ir sandaros.
Nors yra daug kristalinių silikatų struktūrų, jos susidaro, visada laikantis dviejų dėsningumų:
1. Kiekvienas silicio atomas apsuptas keturių deguonies atomų tetraedro;
2. Aplink silicio atomus esantys deguonies tetraedrai niekada nesijungia vienas su kitu daugiau kaip viena viršūne (Polingo taisyklė).

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *