Alotropowe odmiany węgla

Istnieją trzy odmiany alotropowe węgla: grafit, diament i fullereny.
Pierwszą z nich jest grafit. Grafit jest alotropową odmiana węgla o barwie czarno-szarej i metalicznym połysku. Jest bardzo miękki (wartość 1 w skali Mohsa), łupliwy i nierozpuszczalny w wodzie. Bardzo dobrze przewodzi prąd i ciepło (w przeciwieństwie do diamentu, który powstaje z grafitu w wysokiej temperaturze, bez dostępu tlenu). 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. Grafit występuje w przyrodzie w postaci minerału, głównie w skałach metamorficznych (m.in. w łupkach krystalicznych i łupkach grafitowych). 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.
Diament, jest odmianą alotropową węgla, najtwardszym minerałem z występujących przyrodzie (10 w skali Mohsa). Tworzy on bezbarwne, przezroczyste kryształy. Zanieczyszczenia nadają mu różnorakie zabarwienie (czerwone, zielone, niebieskie, brązowe). Diament charakteryzuje duża odporność chemiczna. 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. Do dziś pozostaje zagadką proces powstawania naturalnych diamentów. Większość badaczy uważa, że krystalizują się one jeszcze w płaszczu Ziemi, na dużej głębokości.
Diamenty można wytworzyć w sztucznych warunkach, ze związków węgla: w temperaturze 3000 st. C, pod ciśnieniem 1000 MPa.
Fullereny, to najpóźniej poznana, alotropowa odmian 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 (najbardziej trwałe odmiany to: C32, C44, C50, C58, C60, C70, C540, C960). Cząsteczki te, składają się z pierścieni pięcio i sześcioatomowych, tworzących zamkniętą strukturę kopuł geodezyjnych (skonstruował je R. Buckminstera Fullera- stąd nazwa). Fullereny występują w postaci miękkich, żółtych, lub brązowych kryształków. Łatwo sublimują, są dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych, ale nie rozpuszczają się w wodzie. Cząsteczki C60 (najbardziej trwałe), maja kształt piłki futbolowej, mogą tworzyć kryształ cząsteczkowy-fulleryt. Fullereny dzielmy na trzy rodzaje:

* Fullereny egzohedralne- są to fullereny, do których przyłączyły się „od zewnątrz” obce atomy
* Fullereny endohedralne- są to fullereny, wewnątrz których został uwięziony obcy atom:
* Heterofullereny- fullereny, w których nastąpiła częściowa, lub całkowita substytucja atomów węgla, przez atomy innych pierwiastków: