Chemia10

() ile* obecność ozonu w goi nycli warstwai li .ilim o.l• i \ |csl bardzo ko i/ysliu, o lylc w dolnych wielce niepożądana < )/on powstaje Iii ii.i skutek kontaktu powietrza z tlenkami azotu. Tlenki to wydostaje) su, podczas pracy silników spalinowych. Choć większość azotu wprowadza nego wraz z powietrzem do silnika samochodowego zostaje wydalona w postaci niezmienionej, to jednak w wysokiej temperaturze spalania paliwa tworzą się pewne ilości tlenku azotu(II):

N₂ + 0₂ —*2 NO

Tlenek azotu(II) jest nieszkodliwy, ale szybko utlenia się na powie trzu do toksycznego N0₂. Powstały w ten sposób tlenek azotu(IV) ulega fotochemicznemu (a więc pod wpływem promieniowania, w tym przy padku UV) rozkładowi zgodnie z poniższym równaniem:

NO_: ^ NO + O

Tlen atomowy, reagując z tlenem cząsteczkowym, tworzy ozon:

O + 0₂ —* O3

Ozon wprawdzie reaguje z tlenkiem azotu(II):

NO + 0₃ — NO, + 0₂

ale powstający N0₂ jest źródłem nowych porcji tlenu atomowego.

6.1.2. Alotropia węgla

Wynlel kamienny przetwarza •.u,: np popr/ez destylację, pod-e/as której usuwane sp związki oitiaiiiczne.

Pierwiastek węgiel i węgiel kamienny nie są tą samą substancją. Węgiel kamienny jest mieszaniną, w skład której oprócz węgla pierwiastko wego wchodzą domieszki wielu związków organicznych oraz fragmenty skal, zawierających na przykład związki krzemu.

Węgiel pierwiastkowy tworzy trzy odmiany alotropowe - grafit, diament i fuilerepy. Odmiany te są ciałami stałymi o różnej struktur/r krystalicznej.

Na pewno każdy czytelnik Przygód Tomku Sawyera czy Ani z Zielonego Wzgórza zwrócił uwagę na to, że bohaterowie nie pisali piórem czy dlii gopisem w zeszytach, a rysikami na tabliczkach. Przyjrzyjmy się struklu r/.c owego „rysika”, który najczęściej był pałeczką wykonaną z grafitu.

bulił jest miękki, niepizezin-ezy.ly 1 prze wnd/i pi.jd

Dawniej grafit uważany był za odmianę ołowiu, ze względu na podob ny wygląd i przewodzenie prądu. Grafit jest ciemnoszary, nieprzezroczy sty, brudzący, tak miękki, że można nim pisać na papierze czy tabliczce Kryształ grafitu ma strukturę warstwową, która przypomina plastry min du ułożone jeden nad drugim. Długość wiązań węgiel-węgieł w obrębie „plastra” jest jednakowa i dużo mniejsza niż długość wiązali pomiędzy kolejnymi warstwami. Wiązania między warstwami sp na tyle słabe, że warstwy można przesuwać względem siebie. ('ienkie w. ir. lewki gra fil u dują się więc z niego ścierać.

PU)

W graficie alo i my węgla mają j hybrydyzację l sp².

Hyc. 6.2. Struktura krystaliczna grafitu oraz jego różne postaci (na zdjęciu: tygiel grafitowy, elektrody grafitowe oraz sproszkowany grafit)

Atomy węgla w graficie tworzą sieć, w której odległości węgiel-węgiel wewnątrz warstwy wynoszą 1,42 angstrema (1 A = 0,1 nm = 10~¹⁰ m), . odległości między warstwami 3,40 A. Warstwę budują atomy węgla o hybrydyzacji sp², wytwarzające 3 wiązania kowalencyjne typu o. Z elektronów znajdujących się na niezhybrydyzowanych orbitalach p powstaje między warstwami ruchomy układ podobny do zdelokalizowanych i lektronów w metalu. Zjawisko delokalizacji elektronów orbitali p sprawia, że grafit przewodzi prąd elektryczny (służy m.in. do wyrobu elektrod w bateriach używanych np. do latarek).

Ponieważ grafit jest substancją topiącą się dopiero w temperaturze około 3500-4000°C, wytwarza się z niego tygle laboratoryjne oraz stonuje jako spowalniacz neutronów w reaktorach atomowych. Pełni tam rolę moderatora rozmieszczonego między kolejnymi porcjami materiału promieniotwórczego. Dzięki obecności grafitu, neutrony powstające w reaktorze atomowym zmniejszają swoją prędkość. Spowolnione neu-irony mają większą możliwość inicjowania przemian promieniotwórczych. Stosowanie takich materiałów spowalniających, jak grafit, pozwala utrzymywać pod kontrolą reakcje zachodzące w reaktorze jądrowym.

Kolejną odmianą alotropową węgla jest diament, który ceniony był od najdawniejszych czasów dla swej urody i wyjątkowej twardości. Najpierw poznano go w Indiach, do Europy dotarł stosunkowo późno, dopiero w czasie wypraw Aleksandra Wielkiego. Początkowo stosowano go jednak nie jako biżuterię, ale wyjątkowo twardy minerał pozwalający na obróbkę kamieni szlachetnych lub wykuwanie liter w twardym materiale.

Jeszcze w XVII wieku uczeni twierdzili, że diament jest niepalny. Jeden z badaczy na polecenie księcia holsztyńskiego Fryderyka ogrzewał diamenty w piecu przez 30 tygodni, nic spaliwszy ich (ogień z ogniska lub pieca uii' jest w stanie spalić diamentu). Dopiero pod koniec XVII wieku florenccy li/\« v umieścili diament w ognisku silnej soczewki skupiającej. (idy nads cdi Imm ny d/icn, diament zniknął. Dalsze doświadczenia wykazały. - > dlmm ni im mika, a spala się nikłym płomieniem. I >opicio