Какие аллотропы углерода?

Углерод, благодаря своим уникальным химическим связующим свойствам, обладает наиболее стабильными аллотропами из всех элементов. Некоторые аллотропы углерода, такие как графит и алмаз, встречаются в природе; другие, такие как нанотрубки, должны быть изготовлены в лаборатории. Изобилие и универсальность углерода делает его одним из наиболее изученных материалов в нанотехнологических исследованиях, а его аллотропы обладают широким спектром полезных свойств, таких как высокая прочность на разрыв и высокие температуры плавления.

Аморфный углерод и графит являются двумя наиболее распространенными аллотропами, и они составляют большинство природных соединений углерода, таких как уголь и сажа. Аморфный углерод не имеет особой кристаллической структуры, как большинство стекол. Атомы углерода в графите расположены в слоях; каждый слой имеет прочные связи, удерживающие его вместе, но слои не сильно сцепляются, и их легко можно стереть друг с другом. Чистый пиролитический графит, в котором все слои расположены в одной плоскости, представляет собой чрезвычайно прочный термостойкий материал, используемый в условиях высоких нагрузок и высоких температур. Графит проводит электричество и может быть использован в качестве замедлителя для ядерных реакторов.

Алмаз, другой природный углеродный аллотроп, имеет жесткую взаимосвязанную кристаллическую структуру. Алмаз является одним из самых твердых веществ, известных в мире, и используется в промышленности для измельчения и резки материалов. Прозрачность и долговечность алмаза делают его высоко ценным как драгоценный камень, а ювелирный бизнес превратил добычу алмазов в многомиллиардную индустрию. Алмаз может быть изготовлен синтетически из других аллотропов, но для его образования требуются чрезвычайно высокие температуры и давления.

Другие, более экзотические аллотропы включают в себя бакиболлы, нанотрубки и углеродные нанопены. Они встречаются в природе в саже и были обнаружены, по крайней мере, в одной планетарной туманности, хотя они также могут быть созданы синтетически. Бакиболы - это замкнутые, шарообразные сети атомов углерода, которые образуют взаимосвязанные пятиугольники и шестиугольники. Углеродные нанотрубки имеют ту же структуру, что и графит, но вместо набора слоев нанотрубка оборачивается и связывается с собой, образуя длинный цилиндр. Углеродные нанотрубки обладают очень высокой прочностью на растяжение, что делает их привлекательными в качестве новых конструкционных материалов, хотя они не так прочны при сжатии.