Көміртек, оның аллотропиялық түрөзгерістері, физикалық және химиялық қасиеттері және қолданылуы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Көміртек, оның аллотропиялық түрөзгерістері, физикалық және химиялық қасиеттері және қолданылуы. Наноқұрылымдар, наноматериалдар және нанотехнологиялар. Көміртек тірі табиғаттың негізі ретінде. Көміртек II период, IV топтың негізгі топшасының элементі, реттік нөмірі 6. Оның ядросында 6 протон мен 6 нейтроны бар, электрондары да алтау. Олар екі қабатқабылай бөлініп орналасады: 1s22s22р2 (көміртектің электрондық формуласы) Органикалық химия көміртектің қосылыстарын зерттейтін болғандықтан, бұл элементтітолығырақ қарастырайық. Көміртек химиялық элементтердің периодтық жүйесінің 6-элементі. Aтом ядросында 6 протоны, 6 нейтроны және энергетикалықдеңгейлерінде 6 электроны бар. Олар екі энергетикалық деңгейге бөлініп орналасқан: 2е, Көміртек химиялық элементтердің периодтық жүйесінің екінші периодында орналасқан. Егер периодтағы көрші тұрған элементтерді салыстырсақ, олардың бәрінің бірінші деңгейлері бірдей, екі электроны бар (1s2), ал сыртқы деңгейлеріндегіэлектрон сандары ядро зарядының артуына байланысты әр түрлі.
Аллотропиялық түрөзгерістері. Аллотропия дегеніміз - химиялық қасиеттері бірдей, алайда физикалық қасиеттері әр түрлі, түрі де әрқилы элементтің қасиеті. Көміртегінде аллотропия қасиеті бар. Көміртегінің әр түрлі түрлері көміртегі аллотроптары деп аталады.Олар не кристалдар, не аморфтар болуы мүмкін. Гауһар мен графит кристалл аллотроптарға жатса, көмір, кокс, ағаш көмір, қара күйе, көміртегі газы және мұнай коксы аморфты аллотроптарға жатады.
Физикалық қасиеттері. Алмаз ең катты зат, графит май тәрізді жылтыр сұр түсті жұмсақ зат. Графит 2000°С-да, төменгі қысымда карбинге айналады. Жаңадан алынған фуллерен деген түрі де бар, ол футбол добы сияқты құрылысты болады. Көміртектің бұл түр өзгерістеріне аморфты көміртекті қосуға болады. Оны ағаш көмірін, тас көмірді ауа қатысынсыз құрғақ айдау арқылы алады. Сонда алынған көмірде өз бетіне газдарды, сұйықтарды сіңіретін қасиет (адсорбция) пайда болады.
Химиялық қасиеттері. Көміртек көптеген жай заттармен оңай әрекеттеседі.
1) Жану реакциясы:
a) 2С + О2 = 2СО
ә) С + О2 = CO2
2) Хлормен әрекеттескенде көміртек тек жарық сәулесінің әсерінен төрт хлорлы көміртек түзіледі:
С + 2Cl2= CCl4 (бағалы еріткіш) өрт сөндіруде қолданылады.
3) Металдармен әрекеттесіл карбидтер түзеді:
2С + Са = СаС2 (бұдан ацетилен алынады)
4) Күкіртпен күкіртті көміртек түзеді:
С + 2S = CS2 (еріткіш)
5) Сутекпен әрекеттескенде метан түзіледі:
С + 2Н2--СН4 (отын - ол табиғи газдың негізгі құрам белігі)
Көміртектің күрделі заттармен әрекеттесуі: 1) Сумен әрекеттескенде газдар коспасы (су газы) бөлінеді:
С + Н2О = CO + Н2 (су газы - бағалы отын)
Алынған газдардың екеуі жанғыш болғандықтан жылу көбірек белінеді. Сондықтан көмірді жаққанда сулау қажет.
2) Концентрлі күкірт және азот қышқылдарымен әрекеттескенде тотығады:
С + 4HNО3(конц)=СО2+4NO2+2Н2O
3) С+ 2H2SО4(конц) = СО2+2SO2+2Н2O
Қолданылуы. Алмаз - бұрғылар жасау үшін, қырланған алмаздан бриллиант, әшекейлі зат әзірленеді.
Графит - қарындаштың өзегі, электродтар дайындауда. Кокс (C) тотықсыздандырғыш ретінде металл өндіруде.
Активтелген көмірдің адсорбциялық қасиеті медицинада және газтұтқыштар (противогаз) әзірлеуде қолданылады.
Нанотехнология (грек. nanos - ергежейлі және технология) - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру. Нанотехнология - кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым. Нанотехнология терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути енгізген. Макроскопиялық заңдылықтарға сүйенетін басқа инженер ғылымдардан нанотехнологияның негізгі ерекшелігі, нанонысандар үшін кванттық және молекулааралық өзара әсерлесуінің күшті болуына байланысты. Нанотехнология саласындағы зерттеулер қазірдің өзінде практикалық маңызы зор нәтижелер беруде.
Нанотехнологияны генетика, медицина, клондау, микроағзалардағы бактерияларға әсер ету және машина жасау, электроника, т.б. өндірістерге арналған жаңа материалдар алу, техника мен өндірістің барлық түрлерін жаңа сапа деңгейіне көтеру мәселелерін дамыту арқылы ғана шешуге болады. Қазақстанда наноқұрылымдарды зерттеу ҚР білім және ғылым министрлігінің іргелі ғылыми-зерттеулер бағдарламасы бойынша 2003 жылдан жүргізіле бастады. Нанотехнологиялық зерттеулерде белгілі жетістіктерге жеткен ғылым ұжымдарды топтастырып, олардың жұмыстарын үйлестіру мақсатында Алматы қаласы маңындағы Алатау кентіндегі Ақпараттық технологиялар бағы аймағына кіретін физика-техника институты жанынан ұлттық нанотехнология зертханасы ұйымдастырылған. Мұндағы ғылыми-зерттеулер нақты жобалардан тұратын бағдарламалар бойынша жүргізіледі.
Бұған ғылыми фантастикаға ден қойған бірқатар жаңашылдардың да сенімсіздік танытары күмәнсіз. Мәселен, Scientifus Amerika журналының болжамына сүйенсек, таяу арада көлемі почта маркасына тең медициналық құрылғы жасалады екен. Соны жарақат алған жерге қойса жеткілікті, ол қанның құрамын, қандай дәрі қажет екенін анықтап, сол дәрі-дәрмекті қанның құрамына өзі жібереді. 2025 жылы дайын атомнан кез келген затты құрастыруға қабілетті алғашқы нанороботтар жасалмақшы. Ауыл шаруашылығында да айтарлықтай өзгерістер болады: нанороботтар өсімдіктер мен жануарларды алмастырып, азық-түлік өндіретін дәрежеге қол жеткізеді. Осыған сәйкес экологиялық жағдай да жақсара түседі. Өнеркәсіптің жаңа түрлері болашақта қалдық заттар шығармай, оның есесіне нанороботтар ескі қалдықтарды жояды.
Тәжірибе барысында анықталғандай, тоннельдеуші микроскоптың бұрынғыларға қарағанда біршама артықшылықтары бар екен. Соның көмегімен жекелеген атомдарды "көруді" былай қойғанда, соларға әсер ету арқылы кез келген кернеуді өзгертуге де мүмкіндік туады: қарапайым тілмен айтсақ, тоннельдеуші микроскоптың көмегімен атомды "іліп" алуға және қажетті жеріне қондыруға болады. Физиктердің атомдарды өз қалауынша орналастыруға теориялық мүмкіндіктері пайда болады, яғни соларды кірпіш секілді қалай отырып, кез келген затты жасап шығуға болады екен.
Қазір ғалымдар тұсауы жаңа кесілген 'нанотехнологияның үш негізгі міндеттерін айқындап алды:
Біріншіден, осының көмегіне сүйене отырып, атомдарды өз қалауымызша тікелей орналастыру жүзеге асырылады, яғни ерекше қасиеттерге ие болған материалдар жасалады.
Екіншіден, көлемдері жекелеген молекулаларға немесе атомдарға тең белсенді элементтері бар электрондық схемалардың өндірісін ұйымдастыру көзделіп отыр.
Үшіншіден, ғалымдар көлемі молекулаға тең механизмдер мен роботтар, яғни наномашина жасауды көздеуде.
Бұл әрине, енді ғана қолға алына бастаған, тәжірибе жүзінде сынақтан өткен алғашқы қадамдар ғана. Бірақ ғылымы мен білімі дамыған бірқатар елдерде соның алғашқы үлгілері қолданысқа енгізіле бастады. Мәселен, Массачусетс технологиялық институтында қазір көлемі бақыр ақшадай өрмекші-роботтың алғашқы үлгісі жасалынды, ол бір минутта 10000-ға дейін әртүрлі қозғалыстарға келтіріледі. Бірақ көлемі үлкен болғандықтан, оны нағыз наноробот деуге ертерек секілді. Ресей ғалымдары да америкалық әріптестерінен қалысар емес. Олар нанотехнологияны медицина саласына жұмыс істету жолында ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізуде.
Таяудағы жылдары адамның тіндері бойымен өз бетінше қозғалып жүретін және биологиялық заттардың орналасқан әрі шоғырланған жерін анықтауға мүмкіндік беретінмолекулалық құрылымдар жасауымыз мүмкін, - дейді Ресей ғылым академиясының академигі, профессор Юрий Евдокимов. Егер осыған қол жетсе, онда биохимиялық зертханалар мен медицина-клиникалық диагностикада аса ауқымды мүмкіндіктер ашылып, адам ағзасындағы дертті дәл анықтауға және толық емдеуге мүмкіндік туады.
Осындай молекулярлы машина өткен жылы Мичиган университетінде сынақтан өткізіліпті. Нанороботтар үш бөліктен тұрған екен: тасымалдағыш-молекулалар, қатерлі ісік жасушаларын барлап білетін-молекулалар (ДНҚ фрагменттері бар) және люминофер-молекулалар. Осындай құрылымды ағзаға енгізген кезде олар ісік жайлаған жерге орналасып, люминесценцияның көмегімен соны нақты көрсеткен. Дәл осындай амалмен ауру жайлаған жерге дәрі жіберуге болатыны да күмәнсіз.
Қалай дегенмен де ғалымдар адам өмірі үшін күресті одан әрі жалғастыруда. Олардың сөзіне сенсек, таяудағы жылдары қолдан жасалған ДНҚ-молекуланың негізінде адам ағзасын микробтардан тазартуға немесе енді тамыр жая бастаған қатерлі ісік жасушасын жоюға жол ашылатыны сөзсіз.
Көміртегі жеткілікті кең таралған элемент. Қатты күйінде табиғатта ол графит немесе алмаз түрінде кездеседі. 1985 жылы импульсті лазерлік сәулемен айналып тұрған графит дискі бетін буландыру арқылы алынған графит буларын зерттегенде көміртегі кластерлерінің (немесе көп атомды молекулалардың) болатындығы байқалды. Ары қарайғы зерттеулер байқалған ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.