Реферат: Углерод

Порошок его состоит из прозрачных бесцветных кристаллических осколков и пластинок, сильно преломляющих свет, совершенно изотропных, царапающих корунд и сгорающих в углекислоту с незначительным остатком золы».

Еще о быстром охлаждении

В том же 1893 г. другой ученый, парижский профессор-химик Анри Муассан проделал такой же опыт, как и Хрущев (Муассан закончил свою работу несколько раньше, именно ему принадлежит первая публикация).

Располагая лучшим из возможных по тому времени источником нагрева – изобретенной им электрической дуговой печью, Муассан решил растворить углерод (сахарный уголь) в кипящем железе. Глубоким убеждением этого выдающегося ученого (кстати, иностранного члена-корреспондента Российской Академии наук.) было сформулированное им научное правило: «Опыт должен получаться всегда!» Это значит, что результаты эксперимента, настоящего эксперимента, отвечающего незыблемым законам природы, должны быть так же постоянны, как и эти законы.

А раз так, то все, что не относится к самой сути опыта, особого значения не имеет.

Вероятно, исходя из этого убеждения, Муассан и применил в своем опыте несколько необычную для научной лаборатории, но зато предельно простую «систему охлаждения» расплавленного железа. Он поставил на полу в лаборатории табурет, на него деревянную лохань, в лохань налил водопроводную воду. И когда пришло время охлаждать кипящее железо с растворенным в нем углеродом, профессор поднял клещами тигель и вылил его содержимое в лохань с водой! К счастью, Муассан все-таки надел перед этим очки и фартук, а загоревшуюся на нем одежду удалось потушить.

Когда бесформенный слиток, оставшийся в лохани после взрыва, был растворен в кислотах, из него выделили несколько крупинок. Они тонули в жидкости с удельным весом три, царапали рубин и корунд, почти целиком сгорали в кислороде...

Таковы два происшествия из истории искусственного алмаза.

Кандидат в самые прочные?

В 1975 г. были опубликованы расчеты, проведенные советскими химиками В.В. Коршаком, В.И. Касаточкиным и К.Е. Перепелкиным, согласно которым наибольшая теоретическая прочность из всех имеющихся на Земле веществ должна быть у линейного полимера углерода – карбина. Разумеется, такой ультра прочный карбин должен быть изготовлен в виде бездефектных нитевидных кристаллов. Раньше считали, что теоретически самое прочное вещество – графит (13 тыс. кг/мм2), для карбина же вычисленная величина предельной прочности почти вдвое больше – 22...23 тыс. кг/мм2.

Что нужно, чтобы материал был очень прочным? Во-первых, высокие значения энергии химических связей. Во-вторых, направления этих связей должны по возможности совпадать и идти вдоль оси кристалла. В-третьих, если вещество полимерного строения, нужно, чтобы степень его полимеризации была высокой. Четвертое обязательное условие – отсутствие в макромолекуле «слабых мест» и слабых связей. Все эти условия соблюдены в карбине, поэтому рекордные значения расчетной теоретической прочности, в общем, не удивительны.

Карбин в природе

В 1970 г. геофизики из Института Карнеги обнаружили в метеоритном кратере Рис на территории ФРГ новый минерал, состоящий на 99,99% из углерода. Но это, определенно, не были ни алмаз, ни графит. Исследования показали, что минерал из кратера Рис скорее всего представляет собой природную разновидность синтезированного несколькими годами раньше карбина.

Возраст – по 14С

Метод определения возраста исторических находок по содержанию в них радиоактивного изотопа углерода 14С разработан известным физиком, лауреатом Нобелевской премии Фрэнком Уиллардом Либби.

Углерод-14 – один из природных радиоактивных изотопов, период его полураспада 5570 лет.

Поток космических протонов, летящих со скоростью, близкой к скорости света, непрерывно бомбардирует Землю. Уже в верхних слоях атмосферы протоны сталкиваются с ядрами азота и кислорода. При таких столкновениях атомы разрушаются, в результате чего получаются свободные нейтроны, моментально захватываемые ядрами элементов воздуха, в первую очередь, конечно, ядрами атомов азота. И тогда происходит одно из чудес, признаваемых наукой, – взаимопревращение элементов: азот становится углеродом, только не простым, а радиоактивным углеродом-14.

Ядра углерода-14, распадаясь, испускают электроны и вновь превращаются в ядра азота.

Зная период полураспада изотопа, нетрудно подсчитать, сколько его теряется за любой промежуток времени. Подсчитали, что за год на Земле распадается примерно 7 кг радиоуглерода. Это означает, что на нашей планете естественным путем поддерживается постоянное количество этого изотопа – в результате ядерных реакций, идущих в атмосфере, Земля ежегодно «приобретает» около 7 кг 14С.

Земная атмосфера углеродом не богата. В ней всего 0,03% (по объему) двуокиси углерода СО2. Но в пересчете на вес это не так уж мало: общее содержание углерода в атмосфере – около 600 млн т. И в каждом биллионе молекул атмосферной СО2 есть один атом 14С. Эти атомы вместе с обычными усваиваются растениями, а оттуда попадают в организмы животных и человека. В любом живом организме есть радиоуглерод, который постепенно распадается и обновляется. В грамме «живого» углерода каждую минуту происходят 14 актов радиоактивного распада. Опыт показывает, что концентрация этого изотопа одинакова во всем живом на нашей планете, хотя в силу некоторых геофизических причин радиоуглерод «приземляется» преимущественно в полярных районах.

Но вот организм гибнет и перестает быть звеном непрерывно идущего на Земле круговорота углерода. Новый радиоуглерод в него уже не поступает, а радиоактивный распад продолжается. Через 5570 лет количество радиоуглерода в отмершем организме уменьшится вдвое, и в грамме углерода, извлеченного из дерева, срубленного 5570 лет назад, чувствительные счетчики за минуту зафиксируют уже не 14, а лишь 7 актов распада. Поэтому с помощью радиоуглерода можно определить возраст практически любого предмета, сделанного из материалов растительного или животного происхождения.

Датировка предметов древности по радиоуглероду в высшей степени удобна и достаточно точна. Причиной тому период полураспада 14С – 5570 лет. Возраст человеческой культуры – величина того же порядка...

Этот метод помог определить даты древних вулканических извержений и время вымирания некоторых видов животных. Он помог разоблачить не одну археологическую подделку, когда за свидетельства древности выдавались, например, черепа с подпиленными зубами.

Но главной заслугой метода следует, видимо, считать установление времени ледниковых периодов.

Радиоуглеродные измерения показали: за последние 40 тыс. лет на Земле было три ледниковых периода. Самый поздний – примерно 10400 лет назад. С тех пор на Земле относительно тепло.

Свидетельство Фридриха Вёлера

Этот немецкий химик, синтезировав в 1824 г. мочевину, пробил первую брешь в учении виталистов (от vitalis – жизненный), считавших, что нельзя получить органические вещества без помощи «жизненной силы». Правда, те не растерялись и объявили, что, дескать, мочевина – отброс организма, и потому ее можно синтезировать и без помощи «жизненной силы». Но в середине XIX в. это учение стало «трещать по швам» под напором все новых и новых органических синтезов. Однако до появления теории химического строения, созданной Александром Михайловичем Бутлеровым, в среде органиков царил разброд. Теории рождались и умирали с частотой бабочек-однодневок.

Известны слова Вёлера, сказанные в 1835 г.: «Органическая химия может ныне кого угодно свести с ума... она представляется дремучим лесом, полным чудесных вещей, огромной чащей без выхода, без конца, куда не осмеливаешься проникнуть».

Изомерия и запах

Вещества одинакового состава, но разного пространственного расположения называют изомерами. О том, как сказывается эта разница на свойствах, можно судить на примере довольно простого органического соединения – ванилина и его аналога изованилина. Ванилин – одно из наиболее известных душистых веществ, его приятный запах знаком, по-видимому, всем. А изованилин при нормальных условиях почти не пахнет, если же его нагреть, распространится малоприятный запах, подобный запаху карболки. Ароматы разительно отличаются, а разницы в составе нет: