Элемент настолько интересный и всеобъемлющий, что в одну статью материал не уложится. А область его соединений так велика, что составляет отдельную отрасль химии, и называется "химия углеводородистых соединений".
В состоянии соединений углерод входит в состав органических веществ, то есть веществ, находящихся в теле любого растения или животного. Также он есть в воде и воздухе в виде углекислого газа.
Состояния углерода
Его три состояния известны, наверно, всем: уголь, графит и алмаз.
Вообще, углерод - один из немногочисленных элементов, как говорится, "без роду, без племени". История общения человека с углеродом уходит в доисторические времена. Имя его первооткрывателя, конечно, неизвестно, также неясно и то, какая из форм элементного углерода - алмаз или графит - была открыта раньше. И то, и другое было очень давно.
Определённо говорить можно лишь одно - и до алмаза, и до графита был открыт уголь. Кстати, еще несколько десятилетий назад уголь считали третьей, аморфной формой углерода.
На самом деле уголь, даже древесный, не чистый углерод. В нём есть водород, кислород, следы других элементов. Их можно удалить, но и тогда он не станет самостоятельной модификацией элементного углерода. По существу, это тот же графит, только кристаллы у него очень мелкие и в них много дефектов.
Алмаз и графит
Почему же при одном химическом строении они такие разные? По меткому выражению одного из профессоров: "если исходить из природы преодолеваемых сил, профессию гранильщика алмазов можно отнести к химическим профессиям". И правда, гранильщик преодолевает не слабые силы межмолекулярного взаимодействия, а силы химической связи (сильные), которые объединяют в молекулу алмаза углеродные атомы.
Любой кристалл алмаза - по существу, одна молекула в высшей степени регулярного, почти идеально построенного полимера.
Графит - совершенно другое дело. Здесь полимерная упорядоченность распространяется только в двух направлениях - по плоскости, а не в пространстве. В куске графита эти плоскости образуют плотную пачку, слои которой соединены между собой не сильными химическими силами, более слабыми силами межмолекулярного взаимодействия.
Поэтому графит так просто - даже от соприкосновения с бумагой - расслаивается. В то же время разорвать графитовую пластинку в поперечном направлении очень сложно - тут уже противодействует химическая связь.
Свойства графита и алмаза
Именно особенности молекулярного строения и объясняют огромную разницу в свойствах графита и алмаза.
Графит не пропускает свет, алмаз - прозрачен. Графит отлично проводит тепло и электричество, алмаз - прекрасный изолятор.
В кристалле алмаза слабых мест нет, а в графите - сколько угодно.
Итак, есть "пространственный" полимер элементного углерода - алмаз, есть "плоскостной" - графит. В принципе, уже давно допускалось существование и "одномерного", линейного полимера углерода, но в природе он был найден в метеоритном кратере Рис, на территории Германии (бывшей ФРГ).
А искусственно первыми его получили советские химики. Линейный полимер углерода назвали карбином. Внешне он выглядит чёрный мелкокристаллический порошок.
У него открылись неожиданные свойства. Кровь при контакте с ним не образует сгустков - тромбов, поэтому волокно с покрытием из карбина стали применять при изготовлении не отторгаемых организмом искусственных кровеносных сосудов.
Продолжение об углероде в следующих статьях.