Carbonul este un element versatil, cunoscut că are forme alotropice precum diamantul, grafitul, și grafenul, având capacitatea de a forma legături chimice complexe. Diamentul se formează la adâncimi mari și temperaturi ridicate, poseda duritate maximă, și este utilizat în bijuterii și instrumente de tăiere, în timp ce grafitul, cu o structură stratificată, este folosit în creioane și reactoare nucleare. Grafenul, o variantă bidimensională a grafitului, este cel mai bun conductor de electricitate și căldură, având aplicații promițătoare în diverse tehnologii.

1. CARBONUL DIAMANTUL. GRAFITUL. GRAFENUL

2. Date generale despre carbon - Descoperit in antichitate - Etimologie – charbone (franceza) - carbo (latina) - kohlenstof (germana) - koolstrof (olandeza) - Element remarcabil – forme alotropice : diamant, grafit, fulerene, grafen si forma amorfa : carbunii - capacitate deosebita de a forma legaturi chimice cu el insusi (inclusiv legaturi multiple ) - formeaza zeci de milioane de compusi chimici diferiti - are cele mai inalte puncte de topire/sublimare - nemetal cu electronegativitate scazuta-> agent reducator - compusii carbonului reprezinta baza vietii pe Pamant - ciclul carbon-azot produce o parte din energia radiata de soare si de stele

3. Clasificare carbon Carbon Stare amorfă: cărbuni de pământ Stare cristalină lignit antracit huilă turbă diamant grafit fulerene grafen

4. Reactiile chimice ale carbonului au loc numai la temperatura ridicata 1) Carbonul, la 1100°C, in prezenta Ni, formeaza cel mai simplu compus organic: metanul C + H 2 -> CH 4 2) In prezenta oxigenului, in functie de cantitatea acestuia,carbonul formeaza dioxidul sau monoxidul de carbon C + O 2 = CO 2 + Q 2C + O 2 = 2CO + Q 3) Carbonul incandescent, in reactie cu apa, formeaza amestecul gazos, numit gaz de apa C + H 2 O (g) = CO + H 2 4) Carbonul reactioneaza cu dioxidul de carbon rezultand monoxidul de carbon C + CO 2 = 2CO

5. 5) Din reactia carbonului cu oxizii unor metale rezulta metalele si dioxid de carbon; C – agent reducator 3C (s) + 2 Fe 2 O 3(s) = 2CO 2(g) + 4Fe (s) 6) La cald, carbonul reactioneaza cu acizii sulfuric si azotic, cu formare de dioxid de carbon C + 2 H 2 SO 4 = CO 2 ↑ + 2SO 2 ↑+ 2H 2 O 3C + 4 HNO 3 = 3CO 2 ↑ + 4NO↑+ 2H 2 O

6. Circuitul carbonului în natură

7. Diamantul - Etimologie : ,,adamas” – de neinvins (greaca) ,,irra” (India); ,,vajira”- tot ce este dur( sanscrita); ,,al-mas” – adica ,,cel mai dur” ii spuneau arabii Formare – au luat nastere la adancimi mari (150 km), temperaturi de 1200-1400°C si presiuni ridicate; se exploateaza din rocile insotitoare( la eruptia vulcanului) prin minerit Caracteristici si structura - incolor si straveziu, densitatea 3,51g/cm 3 - duritatea 10 in scara Mohs( variaza in functie de puritatea cristalului) - indice de refractie neobisnuit de mare n=2,407-2,465, stralucire puternic - se topeste le temperaturi foarte ridicate 3500°C - diamantul are o retea covalenta, cristalizeaza in sistem cubic(octaedre regulate sau tetraede) sau uneori in sistem hexagonal(lonsdaleit) - structura diamantului explica temperatura mare de vaporizare( 4000°C) si lipsa unei fazei lichide (la trecerea din stare cristalina in faza de vapori trebuie rupte covalente) - Diamantul putin reactiv - se aprinde, in oxigen molecular, la 800°C - polimorfismul diamant - grafit

8. Structura cubica Structura hexagonala

9. Briliante

10. Criterii de evaluare a diamantelor Greutatea in carate (1 carat=0,20g) Claritate – gradul de impuritati pe care il poate avea un diamant Taietura – indica modul cum este taiat diamantul si ii confera stralucirea Culoarea – colorless(incolore) - fancy(diamante in culori speciale, fanteziste: albastre,verzi, rosii, roz)

12. Spectroscopia (absorbtia de radiatii) poate stabili daca culoarea diamantului este naturala sau realizata ulterior

13. Grafitul sau plombagina Etimologie – grafit= a scrie(greaca) Formare - apare in natura sub forma de granule, in rocile metamorfice bogate in carbon, si ca vinisoare sau sub forma de filon in pegmatite - prin cocsificarea materialelor bogate in carbon se produce o transformare a materialului amorf bogat in grafit policristalin Caracteristici si structura Structura cristalina compusa din planuri paralele de atomi de C; aceste straturi au legaturi covalente hexagonale intre atomi( legaturi stabile), intre planuri sunt legaturi labile Anizotropia grafitului – explicata de structura stratificata, care atrage dupa sine clivajul perfect dintre straturi Este opac si lucios, are duritatea mica 1-2 pe scara Mohs( este moale) Punct de topire foarte inalt = 3700°C, densitatea 2,26g/cm 3 Grafitul nu reactioneaza cu acizii diluati, nici cu bazele si se aprinde, in oxigen molecular, abia la 700 °C

14. FORMAREA GRAFITULUI IN ROCILE METAMORFICE

15. GRAFIT

16. Grafenul Este varianta bidimensionala a grafitului si este format dintr-un aranjament planar(bidimensional) de atomi de C dispusi intr-o retea hexagonala Este cel mai bun conductor de electricitate si caldura cunoscut A fost descoperit in anul 2004, prin exfolierea grafitului( premiul Nobel pentru fizica in 2010) Proprietati: - se intalneste in natura in mari cantitati - foliile de grafen sunt foarte stabile,chiar in conditii obisnuite - foliile de grafen au o structura extrem de regulata - are rezistenta mecanica foarte mare si este foarte rigid(pe o directie) dar si flexibil( pe alte directii) - este format dintr-un singur strat de atomi carbon, si de aceea este materialul cel mai subtire posibil.

17. a)diamant b)grafit c)lonsdaleite(diamante hexagonal) d)-f)fulerene(C60, C540,C70) g)carbon amorf h)nanotub de C

18. Utilizarile carbonului( diamantului,grafitului,grafenului) Aliajele ferului cu carbonul: oţeluri (0-1,7%C) şi fontele (1,7-5%C) au numeroase şi diverse întrebuinţări.

19. Cuptor pentru obţinerea oţelului

20. Utilizările carbonului datarea cu izotopul C 14; lămpi cu incandescenţă; receptoare de telefon; rezistori electronici; fibre de carbon; obţinerea unor solvenţi.

21. Datarea cu izotopul C 14

22. Rezistori şi termistori electronici

23. Fibre de carbon

24. Utilizările grafitului reactoare nucleare; uleiuri grafitate; unsori cu grafit.

25. Utilizările grafitului mine pentru creioane, din grafit

26. OBIECTE DIN GRAFIT

27. Utilizările grafitului Snur flexibil din fibra de grafit expandata

28. Utilizările grafitului Discurile de siguranţă din grafit pot face faţă la temperaturi ri dicate

29. Utilizările grafitului electrozi din grafit

30. Utilizările grafitului lubrifian ţ i

31. Pigmenti minerali perlati din grafit

32. Utilizările diamantului Confecţionarea bijuteriilor

33. Utilizările diamantului Instrument pentru şlefuirea diamantelor, cu un diamant monocristalin