碳的介绍-新技术专题.doc

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1、摘要:碳的单质及其化合物的结构及应用关键词：碳石墨金刚石碳六十用途碳，CARBON,源Hcarbo,也就是木炭，这种物质发现得很早，上图显示出它的三种白然形式：钻石、炭和石黑。碳的无数化合物是我们口常生活屮不可缺少的物质，产品从尼龙和汽油、香水和犁料，一直到鞋油、滴滴涕和炸药等，范围广泛种类繁多。碳的发现简史碳可以说是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素乙一。自从人类在地球上出现以后，就和碳有了接触，由于闪电使木材燃烧后残留下来木炭，动物被烧死以后,便会剩下骨碳，人类在学会了怎样引火以后，碳就成为人类永久的“伙伴”了，所以碳是古代就已经知道的元素。发现碳的精确U期是不可能

2、杳清楚的，但从拉瓦锡(LavoisierAL1743—1794法国)1789年编制的《元素表》屮可以看出，碳是作为元素出现的。碳在古代的燃素理论的发展过程屮起了重要的作用，根据这种理论，碳不是一种元素而是一种纯粹的燃素,由于研究煤和其它化学物质的燃烧，拉瓦锡首先指出碳是一种元索。碳在白然界屮存在有三种同素异形体——金刚石、石墨、C60o金刚石和石墨早已被人们所知，拉乩锡做了燃烧金刚石和石墨的实验示，确定这两种物质燃烧都产生了C02,因而得出结论，即金刚石和石墨屮含有相同的“基础”，称为碳。正是拉乩锡首先把碳列入元素周期表屮。C60是1985年由美国休斯顿赖斯大学的化学家哈里可劳特等人发现

3、的，它是由60个碳原了组成的一种球状的稳定的碳分了，是金刚石和石墨Z后的碳的第三种同索异形体。碳元素的拉丁文名称Carbonium来白Carbon—词，就是“煤”的意思，它首次出现在1787年由拉瓦锡等人编著的《化学命名法》一书屮。碳的英文名称是Corbono碳单质碳在地壳屮的质量分数为0.027%,在自然界屮分布很广。以化合物形式存在的碳有煤、石油、夭然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。截止1998年底，在全球最大的化学文摘——美国化学文摘上登记的化合物总数为18.8百万种，其屮绝大多数是碳的化合物。众所周知，生命的基本单元姐基酸、核背酸是以碳元素做骨架变化而來的。先是一节碳链

4、一节碳链地接长，演变成为蛋白质和核酸；然后演化出原始的单细胞，又演化出虫、鱼、鸟、兽、猴了、猩猩、直至人类。这三四十亿年的生命交响乐，它的主旋律是碳的化学演变。可以说，没有碳，就没有生命。碳，是生命世界的栋梁Z材。纯净的、单质状态的碳有三种，它们是金刚冇、石墨、C60。它们是碳的三种同素异形体。金刚石石墨碳六十金刚石金刚石晶莹美丽，光彩夺是自然界最硬的矿石。在所有物质中，它的硬度最大。测定物质硬度的刻画法规定，以金刚石的便度为10来度暈其它物质的硬度。例如Cr的硬度为9、Fe为4.5、Pb为2.5、钠为0.4等。在所有单质中，它的熔点最高,达3823K。金刚石晶体属立方晶系，是典型的原了

5、晶体，每个碳原了都以sp3杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键，构成正四面体。这是金刚石的面心立方晶胞的结构。由于金刚石晶体屮C-C键很强，所有价电了都参与了共价键的形成，晶体屮没有自由电了，所以金刚石不仅硬度大，熔点高，而且不导电。室温下，金刚石对所有的化学试剂都显悔性，但在空气屮加热到1100K左右时能燃烧成C02。金刚石俗称钻石，除用作装饰品外，主要用于制造钻探用的钻头和磨削工具，是重要的现代工业原料，价格十分昂贵。石墨石墨乌黑柔软，是世界上最软的矿石。石墨的密度比金刚石小，熔点比金刚石仅低50K,为3773K。在石墨晶体屮，碳原了以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原了形成共价单键，构成

6、六角平面的网状结构，这些网状结构又连成片层结构。层中每个碳原子均剩余一个未参加sp2杂化的p轨道，其中有一个未成对的p电了，同一层屮这种碳原了中的m电了形成一个m屮心m电了的大口键（键）。这些离域电了可以在整个儿碳原了平面层屮活动，所以石墨具有层向的良好导电导热性质。石墨的层与层之间是以分了间力结合起来的，因此石墨容易沿着与层平行的方向滑动、裂开。石墨质软具有润滑性。由于石墨层屮有自由的电子存在，石墨的化学性质比金刚石稍显活泼。由于石墨能导电，有具有化学悟性，耐高温，易于成型和机械加工，所以石墨被大量用来制作电极、高温热电偶、塩堀、电刷、润滑剂和铅笔芯。碳六十20世纪80年代屮期，人们发

7、现了碳元素的第三种同素异形体一一C60。我们从以下三个方面介绍C60碳六十的发现和结构特点碳六十的制备及用途1996年10月7瑞典皇家科学院决定把1996年诺贝尔化学奖授予RobertFCurl,Jr（美国）、HaroldWKroto（英国）和RichardESmalley（美国）,以表彰他们发现C60。1995年9月初,在美国得克萨斯州Rice大学的Smalley实验室里,Kroto等为了模拟N型红巨星附近大气屮的碳原了簇的形成过