Alotropowe odmiany węgla

Alotropia- występowanie tego samego pierwiastka chemicznego dwóch, lub kilku formach krystalicznych lub cząsteczkowych (tlen O i ozon O ), zwanych odmianami alotropowymi. Znamy odmiany alotropowe węgla, arsenu, cyny, fosforu, antymonu, selenu, siarki. Każda z tych odmian jest trwała w pewnym zakresie temperatury i ciśnienia. Zmiana tych warunków może spowodować przemiany alotropowe.
Istnieją 3 odmiany alotropowe węgla :

-grafit

-diament

-fullereny

Grafit- alotropowa odmiana węgla o barwie czarno-szarej i metalicznym połysku. Jest bardzo miękki ,łupliwy i nierozpuszczalny w wodzie. Bardzo dobrze przewodzi prąd i ciepło . Posiada doskonałe właściwości smarne, jest odporny na czynniki chemiczne i termiczne. Ponadto grafit i wyroby grafitowe charakteryzują się obojętnością chemiczną, łatwością składowania, utylizacji, brakiem negatywnego wpływu na środowisko. Dzięki tym cechom, zyskał on miano materiału nowoczesnego i ekologicznego. Oprócz tego, grafit jest substytutem azbestu, którego wytwarzanie jest zabronione w wielu krajach, ze względu na jego rakotwórcze właściwości.
Ten materiał był wykorzystywany do pisania już w średniowieczu.
Grafit występuje w przyrodzie w postaci minerału, głównie w skałach metamorficznych Jego największe złoża znajdują się w Chinach (ok. 80%), Brazylii, Austrii, Indiach, Korei Południowej, na Madagaskarze, Cejlonie i Sri Lance, na Ukrainie i w Kalifornii. Najlepszy na świecie grafit pochodzi z Sonory w Meksyku- jest drobny i wyjątkowo czarny. W Polsce jego niewielkie złoża występują na Dolnym Śląsku.
Grafit otrzymujemy również sztucznie. Grafit syntetyczny produkuje się z koksu petrochemicznego. Ten półprodukt mieszany jest w temperaturze 160 st. C z pozostałością podestycyjną smoły koksowej, zwanej pakiem. Następnie przeprowadza się koksowanie tej mieszani w izolacji od tlenu w temperaturze 800 st. C. Czynność tą, powtarza się kilkakrotnie, zawsze po wymieszaniu kolejną porcja paku. Grafityzację otrzymanego półproduktu przeprowadza się w bardzo wysokiej temperaturze: 2500- 3000 st. C. W ten oto sposób otrzymujemy grafit syntetyczny. 
Grafit ma bardzo wiele właściwości i tyle samo zastosowań. Ich większość przedstawia poniższa tabela:

Właściwości:

-dobry przewodnik prądu

-miękka konsystencja

-nieaktywny chemicznie

-niekorozyjny

-wysoka temperatura topnienia

-ciało stałe lub ciecz

Diament- odmiana alotropowa węgla, najtwardszy minerałem z występujących przyrodzie . Tworzy on bezbarwne, przezroczyste kryształy. Zanieczyszczenia nadają mu różnorakie zabarwienie (czerwone, zielone, niebieskie, brązowe). Diament charakteryzuje dużą odpornością chemiczną. W wyższych temperaturach diament przechodzi w grafit. Jest półprzewodnikiem prądu i bardzo dobrym przewodnikiem ciepła, trudnotopliwy, odporny na działanie ługów i kwasów. Jest odporny na ścieranie i chodź bardzo twardy, to łatwo go rozkruszyć. Odznacza się silnym, diamentowym połyskiem. Jako kamienie jubilerskie szlifowane są najczęściej na ośmiokąty i bardzo cenione przez jubilerów. Wciąż nie wiadomo jak taki diament powstaje drogą naturalną. Można go wytworzyć sztucznie ze związków węgla. Diament jest kryształem (ma budowę krystaliczną). W jego sieci, atom węgla łączy się z czterema innymi atomami węgla (węgiel – wartościowość IV).

Właściwości diamentu :

-nie przewodzi prądu

-dobry przewodnik ciepła

-izolator

-odporny na wysoką temperaturę

-ciało stałe

Te drogocenne kamienie występują w silnie zasadowych skałach magmowych, oraz w piaskach rzecznych i plażowych. Pierwsze złoża diamentów odkryto na terenie Afryki Południowej w 1872. Największym znalezionym do tej pory diamentem, jest Cullinan. Wydobyto go w 1905 roku, w afrykańskiej kopalni Premier. W stanie surowym, ważył 3106 karatów, tj. ok. 621 g. Cały diament podzielono na 105 brylantów. Przechowywane są obecnie w Skarbcu Królewskim w Londynie. 
Przez szlifowanie za pomocą proszku brylantowego, nadaje im się kształt brylantów, rozet, lub rautów (w zależności od rodzaju szlifu). Charakteryzują się one tzw. ogniem, powstającym w wyniku silnego rozproszenia światła. Pojawia się wtedy piękna tęcza barw. Wartość brylantów określa się wg. kryteriów: czystość, barwa, szlif i liczba karatów (waga). Diamenty wykorzystywane są nie tylko jako kamienie szlachetne w jubilerstwie. Ze względu na ich twardość używa się ich do cięcia łożysk, szkła, skrawania metali, tworzenia narzędzi chirurgicznych czy wierteł do kruszenia twardych skał. Najcenniejszymi diamentami zbiorach Polski, są: Wielki, czarny diament w złotej puszce św. Stanisława (skarbiec katedry na Wawelu), oraz bezbarwny 10- karatowy diament w koronie Jana Kazimierza (skarbiec na Jasnej Górze).

Fulereny- najpóźniej poznana, alotropowa odmiana węgla. Została odkryta w 1985 r. przez Roberta Curla, Richarda Smalleya i Herolda Kroto, którzy w 1996 r. za swe odkrycie dostali Nagrodę Nobla. Są to cząsteczki węgla zawierające od kilkudziesięciu do kilkuset atomów węgla. Cząsteczki te, składają się z pierścieni pięcio i sześcioatomowych, tworzących zamkniętą strukturę kopuł geodezyjnych. Fulereny występują w postaci miękkich, żółtych, lub brązowych kryształków. Cząsteczki C60 (najbardziej trwałe), maja kształt piłki futbolowej, mogą tworzyć kryształ cząsteczkowy-fulleryt.

Właściwości:

-łatwo sublimują

-dobrze rozpuszczalne w czynnikach organicznych

-nierozpuszczalne w wodzie

-ciało stałe

-pochłaniają i dezynfekują wolne rodniki

-katalizator

Podział fulerenów :

fulereny, do których przyłączyły się „od zewnątrz” obce atomy	fulereny, wewnątrz których został uwięziony obcy atom	fulereny, w których nastąpiła częściowa, lub całkowita substytucja atomów węgla, przez atomy innych pierwiastków

Egzohedralne endohedralne heterofulereny

Istnieją przypuszczenia, że fulereny są pochodzenia pozaziemskiego, ponieważ ukryte wewnątrz nich gazy szlachetne mają nietypowy stosunek izotopów. Fulereny na naszej planecie znaleziono tylko w Nowej Zelandii w śladowych ilościach. Można je wytworzyć sztucznie. Wykorzystywane są głównie w medycynie. Fulereny mogą zostać półprzewodnikami. Fulerydy mogą przewodzić prąd poniżej temperatury krytycznej. Niestety są nietrwałe w powietrzu.