Графы и структура кристаллов

Графит как вещество представляет собой аллотропное видоизменение углерода с определенной структурой кристаллов. Эта структура и обусловливает свойства графитного вещества. [c.39]

Появление дополнительных видов связи в ковалентных кристаллах может привести к резкому изменению их основных характеристик. Ярким примером кристаллов со смешанными связями служит одна из форм углерода — графит, структура которого приведена на [c.80]

Своеобразная структура кристаллов графита обусловливает его мягкость, на которой основано его применение в качестве смазочного материала. Между трущимися деталями машин графит измельчается в тончайшие чешуйки, устилающие неровности и облегчающие скольжение трущихся поверхностей. От смазочных масел графит выгодно отличается относительной термической и химической стойкостью. [c.199]

Графы и структура кристаллов [c.42]

Рассмотрим некоторые графы, которые используются для описания структуры кристаллов. Базисное множество в этом случае образуют либо нейтральные атомы (в ковалентных кристаллах), либо ионы (в ионных кристаллах), либо отдельные молекулы (в молекулярных кристаллах), либо группы молекул. Каждому элементу базисного множества ставится в соответствие вершина. Определяются ближайшие соседи (первая координационная сфера). Две вершины считаются смежными, если соответствующий одной из них элемент базисного множества лежит в первой координационной сфере другого элемента. Такой подход дает возможность абстрагироваться от деталей строения элементов базисного множества, которое может быть достаточно сложным, и изучать неметрические свойства кристаллов, определяемые лишь отношением ближайшего соседства. На этом пути появляются графы с бесконечным числом вершин самой разной природы. Их геометрическую реализацию в трехмерном пространстве, называемую в дальнейшем решеткой, обычно выполняют таким образом, чтобы сохранились основные свойства симметрии кристаллов. [c.42]

Рентгеноструктурными, электронографическими и другими новыми методами исследования структуры углерода установлено, что чистый углерод кристаллизуется с образованием кубической (алмазы) и гексагональной (графит) форм. В узлах кристаллической решетки алмаза каждый атом углерода направляет свои четыре о-связи к четырем соседним атомам. Расстояние между атомами в решетке алмаза такое же, как между атомами углерода в органических соединениях— 1,54 А. Энергия связи между атомами углерода весьма высока, что обусловливает высокую твердость алмаза, малую его летучесть и большую химическую стойкость. Теплота сгорания алмаза несколько выше, чем графита. В связи с этим при нагреве алмаза без доступа воздуха он переходит в термодинамически более устойчивое состояние — в графит. В кристалле графита (рис. 12) атомы углерода в базисных плоскостях расположены в углах шестиугольников, на расстоянии 1,42 А, т. е. на таком л<е расстоянии, как и в молекулах бензола. Прочность связей углерода в базисной плоскости кристалла графита примерно в шесть раз выше, чем в атомах углерода, расположенных на двух плоскостях, находяш,ихся на расстоянии 3,345 А. Относительно большое расстояние между базисными плоскостями обусловливает специфические физико-химические и механические свойства графита. Значительное расстояние между базисными плоскостями приводит к тому, что между ними могут внедряться атомы других элементов меньших размеров. [c.50]

Оз) или разной структурой кристаллов (графит и алмаз). [c.6]

При повышении давления равновесия смещаются в сторону образования веществ, обладающих меньшим объемом, т. е. в состояние с большей плотностью, что большей частью сопровождается увеличением их твердости. Повышение давления вызывает эффекты, в некоторых отношениях обратные тем, которые наблюдаются при повышении температуры. Так, при повышении температуры увеличивается объем, а при повышении давления он уменьшается при повышении температуры возрастает энтропия, а при повышении давления обычно она уменьшается. Часто наблюдается, что переход в форму устойчивую при более высоком давлении повышает металличность и степень симметрии кристалла. В области высоких давлений часто наблюдается переход веществ в такие кристаллические формы, которые не устойчивы или даже не существуют при обычных давлениях. Так, лед при высоком давлении, начиная примерно с 2000 атм, может существовать (в зависимости от сочетания температуры и давления) в нескольких различных кристаллических формах, не существующих при обычных давлениях. Все эти формы обладают большей плотностью, чем обычный лед. Например, плотность льда VI почти в полтора раза больше плотности обычного льда. Подобно этому желтый фосфор, обладающий в обычных условиях плотностью 1,82 г/сл1 , переходит- при высоких давлениях в черный фосфор с плотностью 2,70 г/сж серое олово (а = 8п, структура алмаза, плотность 5,75 з/с ), являющееся неметаллическим веществом, переходит в белое металлическое олово (Р=8п, тетрагональная структура, плотность 7,28 г/слг ) желтый мышьяк (плотность 2,0 г/см ) переходит в металлическую модификацию с плотностью 5,73 г/б .и . При высоких давлениях алмаз ( = 3,51 г/см ) становится более устойчивой формой, чем графит ( = 2,25 г/см ), хотя при обычных давлениях эти соотношения обратны. [c.241]

Установленная авторами [18] структура кристаллов мочевины приведена на рис. 3.1, д. Отображенная на нем система Н-связей соответствует графу (2,4,4). Верхний индекс - это число Н-связей, образуе- [c.115]

Речь пойдет о химических соединениях на поверхности кристаллов графя -та. Структура кристалла внутри при этом почти не меняется в отличие от тех случаев, когда образуются соединения графита. [c.672]

Графит как адсорбент образует переход между металлической и ковалентной поверхностью. Баррер[ ] полагал, что хотя графит и является хорошим проводником, но несовершенства в структуре кристалла приводят к ослаблению металлической межслойной связи а хемосорбированный водород и кислород также стремятся сделать поверхность более ковалентной. Поэтому он вычислил теплоты адсорбции водорода, аргона и азота на графите двумя различными путями принимая сначала ковалентную, а затем и металлическую структуру для этого адсорбента. [c.291]

Химические реакции протекают также при использовании твердых смазок, например при взаимодействии МоЗг или графита с металлами. МоЗг и графит кристаллизуются в гексагональной слоистой решетке с преимуще- ственным скольжением параллельно плоскости базиса. Нельзя, однако, считать, что уменьшение коэффициента трения связано только с влиянием структуры кристалла следует принимать во внимание также химические свойства кристалла и окружающей его газовой атмосферы. Эти факторы обусловливают различное поведение графита и МоЗг. [c.462]

Не вдаваясь в описания других свойств графита, отметим только, что графиты имеют большое количество разновидностей, наличие которых зависит от величины связей между плоскостями и, следовательно, от размера кристалла и количества плоскостей, входящих в структуру кристалла. Графит, полученный из различных материалов, имеет различное значение этих связей, [c.287]

В графитах углеродные сетки ориентированы так, что образуется трехмерная кристаллическая структура. Кристаллы истинного гра- фита имеют гексагональную форму с разными расстояниями между атомами, расположенными в параллельных плоскостях (рис. 1). В графите могут находиться и неориентированные слои. Доля неориентированных слоев, их размер и толщина пакетов являются характеристиками молекулярного строения графитового образца. [c.21]

Органические полимеры (гл. V, 1) также состоят из цепных макромолекул, которые могут быть линейными, разветвленными или сшитыми в сетку редкими поперечными связями (с. 173). Некоторые простые вещества также существуют в виде кристаллов, имеющих слоистую структуру. К ним относятся графит и кристаллы, образованные элементами подгруппы мышьяка. [c.143]

Структура кристалла изображена на рис. 30. Графит состоит из гексагональных слоев, отстоящих друг от друга на расстоянии 3,40 А. На таком большом расстоянии не может быть ковалентных связей. [c.175]

Появление дополнительных видов связи в ковалентных кристаллах может привести к резкому изменению их основных характеристик. Ярким примером кристаллов со смешанными связями служит одна из форм углерода — графит, структура которого приведена на рис. III.4. В графите атомы углерода связаны друг с другом так, что они образуют плоские двухмерные слои, в пределах которых атомы углерода связаны друг с другом за счет sp -гибридных орбиталей (длина связи 0,142 нм). При этом в каждом таком слое, состоящем из N атомов углерода, имеются N нелокализованных электронов, участвующих в образовании л-связей и способных переносить ток. Связь между рассмотренными двухмерными слоями графита осуществляется лишь за счет слабых сил Ван-дер-Ваальса (расстояние между слоями составляет 0,35 нм). Поэтому в направлении этой оси кристалл графита имеет низкую твердость и относится к типичным изоля- [c.71]

Алмаз и графит называют ковалентными каркасными кристаллами, потому что они состоят из бесконечных цепочек атомов, связанных друг с другом ковалентными связями, и в них нельзя различить дискретных молекул. В сущности, любой кусок ковалентного каркасного кристалла можно рассматривать как гигантскую молекулу, атомы которой связаны между собой ковалентными связями. Каркасные ковалентные кристаллы, как правило, плохие проводники тепла и электрического тока. Сильные ковалентные связи между соседними атомами, пронизывающие, как каркас, всю структуру кристалла, придают таким твердым веществам большую прочность и обусловливают высокую температуру плавления. Алмаз сублимирует (не плавится, а сразу возгоняется в паровую фазу) при температурах выше 3500""С. Некоторые из самых твердых известных нам веществ относятся к ковалентым каркасным кристаллам. [c.604]

Химические свойства графита также обусловлены его кристаллической структурой. Замечательная его особенность состоит в том, что при некоторых реакциях структура кристалла разрушается не полностью. В первую очередь разрываются только связи между атомными слоями, сами же слои остаются нетронутыми. Таковы реакции с сильными окислителями (HNO3, НСЮз, СгОз), приводящие к образованию графитовой окиси. При этом кристаллы графита сохраняют свою форму, но становятся неэлектропроводными и прозрачными. Из рентгенограмм видно, что строение атомных слоев кристалла графита сохраняется, но расстояние между ними сильно увеличивается. Это объясняется тем, что кислород входит в пространство между атомными слоями и захватывает подвижные электроны. Вследствие этого графит теряет металлические свойства и превращается в диэлектрик. [c.41]

Плотно-кристаллические графиты образуют скопления, состоящие из кристаллов, которые плотно прилегают друг к другу. Посторонние минералы находятся в них в виде включений, погруженных в графит. Графитные кристаллы могут быть ориентированы относительно друг друга различно, что существенно влияет на технические свойства материала. Беспорядочная ориентировка кристаллов затрудняет их расщепление по спайности и сдвиг при деформации. Если такая структура при измельчении разрушается не полностью, то порошки плотнокристаллических графитов менее жирны и менее пластичны, чем порошки чешуйчатых графитов. [c.51]

АЛЛОТРОПИЯ, явление существования хим. элемента в виде двух или неск. простых в-в, различных но строению и св-вам (т. н. аллотропных форм). М. б. обусловлено образованием молекул с разл. числом атомов (напр., О2 и Оз) или разной структурой кристаллов (напр., графит и ал14аз). В последнем случае А.— разновидность полиморфизма. [c.26]

Фазовые переходы М. к.-плавление, возгонка, полиморфные переходы (см. Полиморфизм)-ироясхоаят, как правило, без разрушения отдельных молекул. М. к. являются частным случаем ван-дер-ваальсовых кристаллов, к к-рым относятся также цепочечные и слоистые кристаллы, где посредством ван-дер-ваальсовых сил соединены бесконечные цепи (напр., орг. полимеры) или слои (напр., графит). Структуру М. к., как и др. кристаллич. в-в, устанавливают с помощью рентгеновского структурного анализа, для изучения динамики молекул в М. к. используют колебат. спектроскопию и неупругое рассеяние нейтронов. [c.117]

Структурные исследования, проведенные с помощью дифракций медленных электронов под малыми углами, позволили создать следующую картину роста. Первоначально растет слой совершенного монокристалла (рис. 56, а), затем его структура ухудшается и наряду с монокристаллическими участками растет поликристал-лический алмаз (см. рис. 56, б). На следующей стадии растет как алмаз, так и графит, причем алмаз сохраняет монокристальную структуру, что видно по линиям Кикучи, которые часто бывают двойными вследствие наследования двойниковой структуры кристалла-затравки. Далее растет поликристаллический алмаз совместно с графитом и наконец один графит (см. рис. 56, в). Ниже приведены результаты расчета и табличные значения межплоскостных расстояний на стадии, соответствующей рис. 56, а [c.101]

Несмотря на относительную редкость, природные алмазы в кристаллографическом отношении обычно более совершенны, чем природный графит. Это не так уж неожиданно ввиду кубической симметрии алмаза и мягкости графита. Общие особенности структуры кристалла алмаза хорошо установлены. В твердом состоянии атомы углерода расположены симметрично и имеют четыре связи с ближайшими соседями, расположенными по углам тетраэдра. Пространственная группа алмаза представляет собой Fd3m [116, 266] точное определение длины С—С-связи дает значение 1,5445 А [243, 609]. С точки зрения валентности углерод в алмазе представляет дегидрогенизированный предел алифатического ряда, так же как графит прёдставляет собой дегидрогенизированный предел ароматического ряда. Плотность алмаза при [c.78]

АЛЛОТРОПИЯ, явление существования хим. элемента в ввде двух ила неск. простых в-в, разлвчвых по строению в св-вам (т. в. аллотропных форм). М. 6. обусловлено образоваввем молекул с разл. числом атомов (вапр., О] в Оэ) влв разной структурой кристаллов (яапр., графит и алмаз). В последнем случае А.— развовидность полиморфизма. [c.26]

Полиморфные модификации различаются физическими свойствами (например, твердостью, спайностью, плотностью) и внутренней структурой кристаллов. Вещества, имеющие две или три полиморфные модификации называют диморфными или триморф-ными. Полиморфные модификации элементов принято называть аллотропическими (примеры алмаз и графит, сера ромбическая и моноклинная). Каждая полиморфная модификация является устойчивой фазой в соответствующих физико-химических условиях. [c.229]

Типы адсорбционных ппенок. Адсорбционные пленки принято делить на три основных типа мономолекулярные, полимолекулярные (многослойные) и конденсированные (жидкие). При низких температурах адсорбированные молекулы обычно прочно связаны с центром адсорбции. Эти процессы детально исследованы для пластинчатых кристаллов типа графита, BN, alj и Т.Д., на которых легко получить однородные поверхности. При этом часто образуется двумерная пленка, строение которой определяется структурой кристалла-подложки. Примером таких процессов (называемых двумерной конденсацией) может служить адсорбция ксенона Хе на графите, экспериментальные характеристики которой приведены на рис. 4.3, а. Наблюдаемый фазовый переход аналогичен обычным фазовым переходам газ — твердое тело и отличается от них лишь только тем, что при малой степени заполнения поверхности адсорбированные молекулы достаточно прочно связаны с адсорбентом и не переходят в газообразное состояние. Количество адсорбированного ксенона определяли методом оже-спектроскопии и одновременно структуру пленки изучали методом дифракции медленных электронов. На рис. 4.3, б представлены данные по адсорбции криптона на поверхности измельченного КС1 ( уд = 1 м /г). [c.77]

Некоторые косвенные сведения о плавлении графита можно получить из общих соображений о плавлении и структуре кристалла. Структура расплавленного графита точно не известна, но кристаллическая структура твердого графита позволяет предположить, что неупорядоченный квазикристал-лический расплавленный графит, способный к течению в трех различных направлениях, образуется с интенсивным обрывом С—С-связей в гексагональной углеродной сетке. Некоторые участки этой сетки могут, по-видимому, сохраниться, но их удлинение, вероятно, значительно меньше, чем в кристаллах. Плавление такой кристаллической сетки было тщательно исследовано для двуокиси кремния ЗЮг и силикатов. Скрытая теплота плавления на 1 атом углерода оценивается энергией, необходимой для разрыва, например, половины валентностей С—С, т. е. порядка 80 кал г-атом углерода [341]. Для [c.69]

Согласно имеюшимся данным, плавление алмаза при атмосферном давлении не было осушествлено. Не известны также случаи непосредственного испарения алмаза при высоких температурах или осаждение углерода со структурой алмазной решетки, а также алмазных слоев или алмазных ячеек, хотя в принципе это следует считать возможным. Напротив, при атмосферном давлении и температурах выше 1000° С алмаз начинает самопроизвольно преврашаться в графит, причем при температуре порядка 1750°С этот процесс протекает очень быстро [794, 1031]. Полученный графит был подвергнут тщательному изучению с помощью рентгеновских лучей [360]. При нагревании до 2000° алмаз полностью превращается в графит, но при нагреве до температуры порядка 1600° образуется, по-видимому, промежуточная структура углерода [931]. Это может быть кристаллический гибрид из кубической (алмаз) и гексагональной (графит) структур (ср. [1056—1061] для других приглеров гибридов кристаллов). Облучение алмаза нейтронами вызывает нарушение в распределении углеродных атомов в алмазной решетке вследствие их смещения. Если такие неупорядоченные кристаллы прокалить, ТО атомы в местах дефектов рекристаллизируются в графитовую структуру. Это указывает на то, что даже в таких маленьких объемах графит представляет собой более устойчивую структуру углерода при обычных давлениях и температурах [175]. [c.81]

В кристаллах со слоистой структурой очень сильно различие физических свойств вдоль и поперек главной оси симметрии. Так, в графите электропроводность вдоль оси с в 10 раз больше, чем в поперечных направлениях. Вследствие слоистости структуры кристаллы графита легко деформируются путед смещения вдоль плоскостей (0001), что позволяет применять графит в качестве смазки. Графитовые чешуйки, соскальзывающие вдоль плоскостей (0001), оставляют след на бумаге, когда пишут графитовым карандашом. [c.164]

Расстояния С—С, сходные с имеющимися в бензоле, находят в конденсированных ароматических углеводородах, например в нафталине (СюНа) или антрацене (СиНю). На фиг. 59 и 60 показано расположение атомов в молекуле нафталина и антрацена. Фиг. 61 иллюстрирует характер размещения молекул нафталина в структуре кристалла. Слои в графите (фиг. 18) представляют неограниченную в двух измерениях предельную форму конденсации бензольных колец здесь расстояния С—С = 1,42 А. [c.96]

На рис. 22 показяна структура кристаллов графита. Графит состоит тоже из атомов углерода, но закономерность в расположении их не такая, как в алмазе. Атомы образуют четко выраженные плоскости, в которых они размещены в вершинах правильных шестиугольников. Здесь расстояния между атомами, находящимися в одной плоскости, меньше, чем между атомами, расположенными в смежных плоскостях. [c.62]

Графит — это последний член всех генетических рядов химической молекулярной ассоциации органического вещества. Графит как вещество есть аллотронная форма углерода, которая характеризуется определенной структурой кристаллов. Эта структура и обус.човливает свойства графитового вещества. [c.122]

Графит. Графит — темно-серое непрозрачное вещество, со слабым металлическим блеском, мягкое, слабо проводящее электрический ток. Графит тугоплавок, мало летуч и при обычной пемпературе химически инертен. Структура кристаллической решетки графита покапана на рис. 53. Кристаллы графита построены нз параллельных друг другу плоскостей, в которых расположены атомы углерода по углам правильных плестиугольпиков. Расстояние между соседними атомами углерода (сторона каждого шестиугольника) 143 пм, между соседними плоск о-стями 340 им. Каждая промежуточная [c.350]

Химически графит довольно стоек. Однако в атмосфере кислорода ои сравнительно легко сгорает с образованием диоксида углерода. При этом, естественно, происходит полное разрушение ТИПИЧНОЙ графитовой структуры. При действии же на графит фтора и таких окислителей, как азотная кислота, нитраты, хлораты и т. п., при сравнительно невысоких температурах происходит окисление углерода отнятием четвертого металлического-- электрона. Таким образом, слои графита, состояшие [1з плоских шестиугольников, остаются неразрушенными, а атомы фтора, кнслорода и других окислительных элементов размещаются между плоскостями, несколько раздвигая их. В таких соединениях элементарная ячейка кристалла графита ведет себя подобно атомам металлов. Иногда получаются даже солеобразные соединения, в когорых роль одновалентного катиона играет атом углерода. С некоторь1ми [c.351]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология