Известен с древних времен (горный хрусталь, драгоценные камни)
1823 – Й.Я. Берцелиус (швед.) получил аморфный кремний
1855 – Сент Клер-Девиль (фр.) получил кристаллический кремний
Германий(Ge)– от названия Германии – родины первооткрывателя
1871 – его существования предсказал Д. И. Менделеев (назвал его эка-силицием)
1886 – Винклер (нем.) получил германий
Олово (Sn)– от "оловина" – напитка древних славян, который хранился в свинцовых сосудах. Олово часто путали со свинцом. "Stannum – прочно (санскрит)"
Это один из 7 металлов древности (Au, Ag, Hg, Fe, Sn, Pb, Cu), известно с III тыс. лет до н.э. в виде бронзы.
Свинец (Pb) – от слов "с вином" (в свинцовых сосудах хранилось вино). Plumbum – возможно, от "Plumbing – водопроводное дело (с древних времен водопроводные трубы были сделаны из свинца)". Происхождение названия не ясно.
Один из 7 металлов древности известен с III - II тысячелетия до н.э. в Месопотамии, Египте и других древних странах, где из него изготовляли большие кирпичи (чушки), статуи богов и царей, печати и различные предметы быта.
С –0,14 %. Однако весьма распространен. В самородном виде (алмаз, графит, уголь). CaCO3 – известняк, мрамор, мел; MgCO3 – магнезит, MgCO3·CaCO3 – доломит. СО2 – 0,03 % в воздухе. Нефть, природный газ – смесь углеводородов. Все живые организмы состоят из соединений углерода (на данный момент существует около 27 млн органических веществ).
Si –27 %. II место по распространенности. В свободном состоянии не встречается. SiO2 – кремнезем, песок – основа литосферы Земли. Алюмосиликаты – Al2O3·nSiO2·MeO (Me = Ca, Mg, K); полевые шпаты, слюды, глина (каолин) – Al2O3·2SiO2·2H2O; асбест – 3MgO·2SiO2·2H2O.
Ge –7·10-4 %. В виде сульфидов, сопутствующих медным, железным и серебряным рудам..
Sn –0,04 %. SnO2 – оловянный камень (кассетерит).
Pb –0,0016 %. В виде минералов – свинцовый блеск (галенит) PbS, англезит PbCO3, церуссит PbSO4.
Углерод существует в виде нескольких аллотропных модификаций:
1. Графит –наиболее распространенная форма.
Это очень мягкое черное вещество с металлическим блеском, хорошо проводит электрический ток и тепло. Жирный на ощупь, при трении расслаивается на отдельные чешуйки.
tпл = 3750 °С (плавится при давлении 10 МПа, при обычном давлении возгоняется).
Плотность 2,22 г/см3.
Структура графита образована параллельными слоями сеток, состоящих из шестиугольников с атомами углерода в вершинах. Атомы в каждом отдельно взятом слое связаны достаточно прочно, а между слоями связь слабая.
2. Алмаз –бесцветное (иногда желтоватое, коричневатое, зеленое, черное, синее, красноватое) прозрачное вещество, очень сильно преломляющее лучи света.
По твердости превосходит все известные природные вещества. Но обладает хрупкостью. Химически инертен, плохо проводит тепло и электрический ток.
Плотность 3,5 г/см3.
Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Именно прочная связь атомов углерода объясняет высокую твердость алмаза.
При прокаливании алмаза в кислороде при t = 700 °C он превращается в СО2, без кислорода – в графит.
Алмаз можно получить из графита при t = 3000 °C и Р = 6ГПа, Kat – Ni, FeS. Так получают темные технические алмазы – кристаллы диаметром около 4 мм.
Один из них состоит в подготовке высокоуглеродистого сплава Ni-Mn и его охлаждении под давлением в формах из твердого сплава (например, вольфрамо-кобальтового). Выкристаллизовавшиеся мелкие алмазы отделяют после растворения металлической матрицы в смеси кислот.
Отшлифованные прозрачные без дефектов алмазы – бриллианты.
Самый крупный алмаз ("Куллинан") был найден в 1905 г. в ЮАР. Он весил 3106 карат (621 г) и имел размеры 100х65х50 мм. Из него было изготовлено 105 бриллиантов. Его стоимость была оценена в 7,5 млн долларов.
3. Аморфный углеродсостоит из мельчайших кристалликов с разноупорядоченной структурой графита.
– Уголь
– Древесный уголь (образуется при нагреве дерева без доступа воздуха)
– Костяной уголь (получается при обугливании обезжиренных костей животных)
Угли, особенно активированные (обработанные водяным паром) являются адсорбентами –поглощают газы и жидкости своей поверхностью (за счет пористой структуры). 1 грамм активированного угля имеет поверхность 500‑1500 м2 и способен поглотить 88 литров газообразного хлора.
4. Карбин –синтетическая модификация углерода (получена в 1963 г, позднее обнаружена в природе). Черный мелкокристаллический порошок. Плотность 1,9–2 г/см3. Полупроводник.
Карбин является линейным полимером углерода и имеет две разновидности:
и =С=С=С=С=
5. Фуллерен –синтетическая структура сферической формы. В молекулах фуллеренов атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы или эллипсоида. Молекула С60 имеет форму футбольного мяча. Молекула С70 имеет более вытянутую форму и напоминает мяч для игры в регби.
Фуллерены получают преимущественно электродуговым, а также электроннолучевым или лазерным распылением графита в атмосфере гелия. Образующаяся сажа конденсируется на холодной поверхности реактора, собирается и обрабатывается в кипящем толуоле, бензоле, ксилоле или других органических растворителях. После выпаривания раствора образуется черный конденсат, который примерно на 10‑15 % состоит из смеси фуллеренов C60 и C70, а также небольших количеств высших фуллеренов.
1. Графит –наиболее распространенная форма.
2. Алмаз –бесцветное (иногда желтоватое, коричневатое, зеленое, черное, синее, красноватое) прозрачное вещество, очень сильно преломляющее лучи света.
и =С=С=С=С=
5. Фуллерен –синтетическая структура сферической формы. В молекулах фуллеренов атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы или эллипсоида. Молекула С60 имеет форму футбольного мяча. Молекула С70 имеет более вытянутую форму и напоминает мяч для игры в регби.