prezentacja na lekcję chemii

1. Odmiany allotropowe węgla prezentacja na lekcję chemii kwiecień 2006

2. Czym jest węgiel?

3. Trochę historii... Węgiel był znany już ludziom pierwotnym. Jako pierwszy za pierwiastek chemiczny uznał go Antoine Lavoisier. Liczba znanych związków węgla jest ponad 10 razy większa niż liczba wszystkich znanych związków innych pierwiastków. Wynika to głównie, z jego znaczenia biologicznego, powodującego że na badania związków węgla poświęca się znacznie więcej czasu i nakładów niż na inne działy chemii. Oprócz organiczych związków węgla duże znaczenie mają też dwutlenek węgla, tlenek węgla kwas węglowy, węglany oraz węgliki.

4. Co to jest alotropia? Alotropia jest to występowanie tego samego pierwiastka chemicznego w kilku formach krystalicznych lub cząsteczkowych. Znamy odmiany alotropowe tlenu, fosforu siarki a także arsenu, cyny, antymonu, selenu i oczywiście węgla.

5. Odmiany alotropowe węgla • Znanych jest obecnie sześć odmian alotropowych węgla. • grafit • diament • fullereny • nanocebulka • nanorurka • nanopianka

6. Ten użyteczny grafit! Znany jest co najmniej od wieków średnich. Był wtedy używany do sporządzania tygli alchemicznych i do pisania. Jednak dopiero w 1779 roku K. Scheele stwierdził, że grafit jest odmianą węgla. Według legendy straszna burza przewracała ogromne drzewa odkrywając grube pokłady substancji, która wyglądała jak węgiel, ale się nie paliła. Pasterze wykorzystali ten materiał do znakowania owiec. Inne zastosowanie to wytwarzanie z niego kul armatnich za czasów królowej Elżbiety I.

7. Gdzie go znaleźć? Grafit występuje w przyrodzie w postaci minerału głównie w skałach metamorficznych: łupkach krystalicznych i grafitowych. Największe jego złoża (bo aż 80%) to Chiny. Pozostała część znajduje się w Brazylii, Austrii, Indiach, Korei Południowej, na Madagaskarze, Ceylonie, Sri Lance, Ukrainie i Kaliforni. W Polsce niewielkie złoża występują na Dolnym Śląsku. Jednak najlepszy na świecie jakościowo grafit pochodzi z Meksyku.

8. Gdy nie możemy go znaleźć... … możemy otrzymać go sztucznie. Grafit produkuje się syntetycznie z koksu petrochemicznego. Dzieje się to tak, że koks z pozostałością smoły jest mieszany w temperaturze 160°C, a następnie przeprowadza proces mieszania tej substancji w izolacji od tlenu. Czynność ta powtarzana wielokrotnie prowadzi do powstania grafitu.

9. Zdumiewające właściwości Dobrze przewodzi prąd elektryczny i ciepło Odporny na wysoką temperaturę Układ krystalograficzny - heksagonalny Twardość (w skali Mohsa) - 1 do 2 Łupliwość - doskonała Rysa - ciemnoszara Gęstość - 2,09 do 2,28 g/cm3 Barwa - czarna, ciemnoszara Połysk - półmetaliczny

10. Użyteczne zastosowanie... • Dziś już grafitem (przeważnie) nie znakuje się owiec. Jednak ma on ogromne zastosowanie, głównie w przemyśle, ale także i życiu codziennym. • Na co dzień wszyscy używamy go rysując ołówkiem. W przemyśle natomiast robi się z niego : • materiały ogniotrwałe (ze względu na b. wysoką temperaturę topnienia) • szczotki węglowe • części transformatorów (konkretnie kolektory napięcia) • części np. pierścienie używane w przemyśle wysokich temperatur. • środki antykorozyjne ze względy na odporność chemiczną

11. Użyteczne zastosowanie... • Farby • Smary • Materiały wybuchowe • Podłogi w laboratoriach • Baterie (suche ogniwa) • Rdzenie w reaktorach jądrowych • wiele, wiele innych…

12. Ten zadziwiający diament Diamenty – najcenniejsze i zarazem najtrwalsze kamienie szlachetne, były znane już w starożytności w Azji. W Europie pojawiły się w XII wieku głównie w krajach śródziemnomorskich a w XIV wieku należały do najbardziej poszukiwanych i cenionych kamieni ozdobnych.

13. Gdzie go odszukać? Diamenty występują w silnie zasadowych skałach magmowych. Oraz w piaskach rzecznych i plażowych. Pierwsze złoża diamentów odkryto na terenie Afryki Południowej w 1872 roku. Do dziś znajduje się tam słynna kopalnie Kimberley założona w kominie wulkanicznym. Najpiękniejsze diamenty pochodzą z Indii, RPA, Afryki centralnej, Indonezji, Austrii i Wenezueli. Występują także w Botswanie, Zairze i Jakucji w Rosji. W tej ostatniej znaleziono ponad 300 – karatowy diament wydobyty jako kamień.

14. Diamentowe ciekawostki Największym znalezionym do tej pory diamentem jest Cullinan. Wydobyto go w 1905 roku w Afryce w kopalni Premier. W stanie surowym ważył ok. 621 gram i został podzielony na 105 brylantów (oszlifowanych diamentów. Największy i najpiękniejszy z nich – Gwiazda Afryki dumnie lśni w królewskim berle Wielkiej Brytanii. Naukowcy twierdzą że planety Uran i Neptun aż w 15% złożone są z diamentów.

15. Diamenty z laboratorium Nie ma się co dziwić że tak drogocenne kamienie próbowano otrzymać sztucznymi metodami, czyli wyprodukować je w laboratorium. Nie zawsze się to udawało. Np. w 1880 roku Szkot J. B. Hannay wysadził swoją pracownię w czasie prób otrzymania diamentu. Inny uczony Henri Moissan (odkrywca Fluoru) szukał diamentów w sztucznych meteorytach. Także bezskutecznie. Obecnie jednak naukowcy potrafią to zrobić. I to w sposób stosunkowo prosty. Podgrzewają grafit do temperatury 150°C pod ogromnym ciśnieniem. I już mają malutkie diamenciki.

16. Właściwości ma właściwości półprzewodnikowe dobrze przewodzi ciepło najtwardszy z poznanych minerałów Układ krystalograficzny - regularny Twardość w skali Mohsa - 10 Łupliwość - doskonała Rysa - biała Gęstość - 3,52 g/cm3 Barwa - bezbarwny lub różne barwy obce Połysk - diamentowy

17. Po co nam diamenty? • Może zabrzmi to głupio, ale diamenty są nam potrzebne głównie ze względu na ich twardość. • Produkuje się z nich • noże do krojenia metali i cięcia szkła • wiertła wszelkiego rodzaju • Lasery półprzewodnikowe • oczywiście w jubilerstwie.

18. Te niebywałe fullereny... Fullereny to niedawno poznana odmiana alotropowa węgla. Została odkryta w 1985 roku przez Roberta Curla, Richarda Smalleya i Herolda Korto. W 1996 roku za to odkrycie dostali Nagrodę Nobla. Fullereny to cząsteczki węgla zawierające od kilkudziesięciu do kilkuset atomów czystego węgla.

19. Ich niebanalne właściwości czarne ciało stałe o metalicznym połysku nadprzewodnik i półprzewodnik nie rozpuszcza się w wodzie

20. Historia odkrycia Fulereny zostały odkryte dość przypadkowo. Za inicjatora tego odkrycia uważa się Harolda Kroto, z Uniwersytetu Sussex, z południowej Anglii, który, badając w ramach swojej pracy doktorskiej przemiany związków węgla zachodzące w okolicach wygasłych gwiazd metodami spektroskopowymi, odkrył charakterystyczne wąskie linie spektralne, które odpowiadały aromatycznym związkom węgla. W mniej wiecej w tym samym czasie zespół naukowy z Uniwersytetu Rice w Dallas, Teksas, USA, w skład którego wchodzili James Heath, Sean O'Brien, Robert Curl i Richard Smalley, opracował zestaw do syntezy związków organicznych w wyniku naświetlania promieniem lasera obracajacej się tarczy grafitowej.

21. Zastosowanie Fullereny to znakomite półprzewodniki, mają także zastosowanie w medycynie – pochłaniają wolne rodniki, tak więc jest szansa że wykorzysta się je w leczeniu choroby parkinsona i miażdżycy. Są także doniesienia że poprzez blokowanie aktywnych centrów enzymów wirusa HIV będą pomocne przy leczeniu AIDS. A najnowsze doniesienia mówią że jest szansa na umieszczenie wewnątrz C60 pierwiastka promieniotwórczego co spowoduje powstanie radionukleoidu, który po podaniu pacjentowi wędrowałby po organizmie nie czyniąc szkody za to informując o zmianach chorobowych.

22. Gdzie występują? Generalnie są one pochodzenia pozaziemskiego. Znajdują się jednak , niestety w śladowych ilościach, w warstwach gliny bogatej w sadzę pochodzącej z okresu kredowego w Nowej Zelandii. Zaś odrobinę można znaleźć nawet w domu. W sadzy powstałej po płomieniu palącej się świecy. Jednak najwięcej otrzymuje się syntetycznie.

23. Nanocebulki, nanorurki i nanopianki Wszystkie te odmiany alotropowe węgla (nanocebulki, nanorurki i nanopianki) to odkrycia XXI wieku. Stanowią one przyszłość chemii.

24. Niesłychane nanocebulki Niewiele o nich wiemy. Niektórzy badacze klasyfikują je jako osobne odmiany alotropowe węgla, inni zaliczają do rodziny fullerenów. Pod względem strukturalnym posiadają one budowę wielowarstwową i przypominają cebulkę.

25. Niebywałe nanorurki Wykazują niezwykłą wytrzymałość na rozrywanie i unikalne własności elektryczne. Są znakomitymi przewodnikami ciepła. Choć strukturą przypominają fullereny ich kształt jest cylindryczny. Znajdują one zastosowanie do wytwarzania włókien o bardzo dużej wytrzymałości. I tak nanorurkowe włókno wymaga 600 J/g aby je przerwać, zaś bilogiczny rekordzista – nić pajęcza jedynie 150 J/g.

26. Przyszłość nanorurek Nanorurki będą z pewnością wykorzystane do konstrukcji windy kosmicznej. Znajdą one także zastosowanie w elektronice. Już dziś za ich pomocą wytworzono super-nowoczesne tranzystory, zaś w niedalekiej przyszłości będą produkowane dyski twarde najnowszej generacji, o pojemności do 100 TB (1 TB= 1024 GB). Już dziś w fazie prototypów są nieulotne pamięci komputerów oraz wyświetlacze.

27. ... nanorurek... Rozważa się zastosowanie nanorurek, w ogniwach paliwowych a także w technologii rozkładania wody na wodór i tlen pod wpływem światła.

28. Nowatorskie nanopianki W 2004 roku grupa naukowców z Australii odkryła nanopianki – kolejną odmianę alotropową węgla. W przeciwieństwie do pozostałych są one przyciągane poprzez magnes. Strukturę nanopianki zbadał pod mikroskopem elektronowym grecki uczony John Giapintzakis.

29. Nanopianki Niszczą Nowotwory Ze względu na strukturę nanopianek uczeni wiążą dużą nadzieję, ze znajdą one zastosowanie jako środek kontrastujący przy badaniach obrazowych mózgu. Będą one dokładniejsze i precyzyjniejsze niż jakiekolwiek dotąd. Inne właściwości (termiczne) pozwoliły by na niszczenie guza nowotworowego. Tę odmianę alotropową węgla wstrzykiwałoby się do nowotworu a następnie naświetlało promieniowaniem podczerwonym. Komórki guza po przegrzaniu uległy by obumarciu.

30. Wykonał Adam Zieliński klasa 2c W swojej pracy wykorzystałem strony internetowe www.fluereny.dimp.ceti.pl www.wikipedia.pl www.kpk-ottawa.org http://www.supernature-forum.de/ www.sciagawa.pl Oraz książki „Chemiczny Chaos” Nicka Arnolda, Encyklopedię PWNu, Encyklopedię Chemiczną.