Аллотропные вещества: алмаз и графит. Формула графита и алмаза.

Всем известны такие вещества, как графит и алмаз. Графит встречается повсюду. Например, из него делают стержни для простых карандашей. Графит — это вещество вполне доступное и дешевое. Но такое вещество, как алмаз, крайне отличается от графита. Алмаз — это самый дорогой камень, очень редкий и прозрачный, в отличие от графита. В это трудно поверить, но химическая формула графита совпадает с формулой алмаза. В данной статье мы разберем, как такое возможно.

Понятие аллотропии

Понятия «Аллотропия» имеет древнегреческие корни: αλλος — другой, τροπος — свойство. Аллотропия — существование двух и более простых веществ одного и того же химического элемента. Понятие аллотропии введено в науку Й. Берцелиусом в 1841 году для обозначения разных форм существования элементов.

Явление аллотропии подразумевает возможность создания из одного и того же элемента определенного количества различных веществ. Например, кислород и озон в своем составе содержат только лишь оксиген. Вопрос о том, как это вообще возможно, на протяжении длительного периода времени интересовал многих людей. На сегодняшний момент ученые легко могут объяснить все особенности этого процесса.

Далеко не все элементы способны образовывать несколько разных простых веществ. Такая способность напрямую зависит от структуры молекул. Чаще всего подобное явление наблюдается у элементов, которые имеют переменные окислительные степени.

Это касается таких групп, как:

• неметаллы;
• полуметаллы;
• благородные газы;
• галогены.

Причины аллотропии могут быть нескольких типов. К наиболее вероятным из них ученые относят такие факторы, как:

• Различное количество атомов, необходимых для образования одной молекулы.
• Отличающийся порядок сопряжения атомов в одну молекулу.
• Параллели между спинами электронов.
• Разновидность кристаллической решетки.

Для того чтобы наглядно понять, каким образом может существовать явление аллотропии, необходимо рассмотреть несколько наиболее примечательных примеров, широко встречающихся в природе.

Примеры аллотропии:

При нагревании металлов в процессе превращения поглощается тепло, при этом изменение решеточной конструкции происходит при одной и той же температуре. Аллотропным модификациям подвергаются многие металлы, например, титан, железо, олово и др. Железо при нагревании до +1390 ºС характеризуется гранецентрированной решеткой. Повышение температуры до +1540 ºС ведет к перестройке до центрировано-кубической структуры.

Что такое аллотропные вещества?

Аллотропные вещества — это очень важное понятие в химии. Это основа основ, которая позволяет отличать вещества друг от друга.

В школе аллотропные вещества изучают на примере графита и алмаза, а также их различии. Итак, изучив различия алмаза и графита, можно сделать вывод, что аллотропия — это существование в природе двух и более веществ, которые различаются по своему строению и свойствам, но имеют схожую химическую формулу или относятся к одному химическому элементу.

Аллотропные модификации углерода

Аллотропные модификации углерода по своим свойствам наиболее радикально отличаются друг от друга, от мягкого к твёрдом и т.п.

История открытия:

Углерод в виде угля, копоти и сажи известен человеку с незапамятных времен; около 100 тыс. лет назад, когда наши предки овладели огнём. Вероятно, очень рано люди познакомились и с аллотропными изменениями углерода – алмазом и графитом, а также с ископаемым углем. Не удивительно, что горение углеродсодержащих веществ было одними из первых химических процессов, заинтересовавших человека.

Элементом был огонь-явление, сопровождающее горение; в учениях об элементах древности огонь обычно фигурирует в качестве одного из элементов. На рубеже XVII-XVIII вв. возникла теория флогистона, выдвинутая Бехером и Шталем. Эта теория признавала наличие в каждом горючем теле особого элементарного вещества – невесомого флюида-флогистона, улетучивающегося в процессе горения.

Так как при сгорании большого количества угля остается лишь немного золы, флогистики полагали, что уголь-это почти чистый флогистон. Именно этим объясняли, в частности, «флогистирующее» действие угля, — его способность восстанавливать металлы из «известей» и руд. Позднейшие флогистики, Реомюр, Бергман и др., уже начали понимать, что уголь представляет собой элементарное вещество. Однако впервые таковым «чистый уголь» был признан Лавуазье, исследовавшим процесс сжигания в воздухе и кислороде угля и других веществ.

В книге Гитона де Морво, Лавуазье и Фуркруа «Метод химической номенклатуры» (1787) появилось название «углерода» вместо французского «чистый уголь». Под этим же названием углерод фигурирует в «Таблице простых тел» в «Элементарном учебнике химии» Лавуазье. В 1791 году английский химик Теннант первым получил свободный углерод; он пропускал пары фосфора над прокаленным мелом, в результате чего образовывался фосфат кальция и углерод. То, что алмаз при сильном нагревании сгорает без остатка, было известно давно.

Еще в 1751 году французский король Франц I согласился дать алмаз и рубин для опытов по сжиганию. Оказалось, что сгорает лишь алмаз, а рубин (окись алюминия с примесью хрома) выдерживает без повреждения длительное нагревание в фокусе зажигательной линзы. Лавуазье поставил новый опыт по сжиганию алмаза с помощью большой зажигательной машины, пришел к выводу, что алмаз представляет собой кристаллический углерод.

Второй аллотроп углерода – графит в алхимическом периоде считался видоизмененным свинцовым блеском и назывался plumbago; только в 1740 году Потт обнаружил отсутствие в графите какой – либо примеси свинца. Шееле исследовал графит (1779) и будучи флогистиком счел его сернистым телом особого рода, особым минеральным углем, содержащим связанную «воздушную кислоту» (СО2) и большое количество флогистона. Двадцать лет спустя Гитон де Морво путем осторожного нагревания превратил алмаз в графит, а затем в угольную кислоту.

Международное название Carboneum происходит от латинского carbo (уголь). Слово это очень древнего происхождения. Его сопоставляют с cremare – гореть; корень car, cal, русское гар, гал и гол, санскритское cra означает кипятить, варить. Со словом «carbo» связаны названия углерода и на других европейских языках (carbon, charbone и др.). Немецкое Kohlenstoff происходит от Kohle – уголь.

Древнерусское угорати, или угарати (обжигать, опалять) имеет корень гар, или гор, с возможным переходом в гол; уголь по-древнерусски югъль, или угъль, того же происхождения. Слово алмаз происходит от древнегреческого – несокрушимый, непреклонный, твердый, а графит от греческого – пишу. В начале XIX в. Старое слово уголь в русской химической литературе иногда заменялось словом «углетвор» (шере, 1807; Севергин, 1815); с 1824 г. Соловьев ввел название углерод.

Строение атомов углерода

В атоме углерода 6 электронов, из них на внешнем электронном слое находится 4 электрона (см. рис. 32):

До завершения внешнего электронного слоя атому углерода не хватает 4 электронов. Поэтому в своих соединениях с металлами и водородом атомы углерода проявляют отрицательную степень окисления, равную –4, например — карбид алюминия.

В соединениях с более электроотрицательными элементами атомы углерода проявляют положительные степени окисления +4 и +2, например — углекислый газ и CO — угарный газ.

Строение и физические свойства простых веществ

Так же как кислород, сера и фосфор, углерод образует несколько аллотропных модификаций. Наиболее известные из них графит и алмаз.

Графит — темно-серое вещество, состоящее из атомов углерода, которые расположены послойно (рис. 88). Эти слои относительно слабо связаны друг с другом, поэтому графит мягкий и может быть разделен на отдельные чешуйки. На способности графита оставлять черту при трении основано его широкое использование для производства карандашей.

Cажа, древесный уголь, получаемый при нагревании древесины без доступа воздуха, и кокс, получаемый из каменного угля, — это продукты с высоким содержанием углерода. Древесный уголь обладает способностью поглощать (адсорбировать) пары, газы и вещества из жидких растворов. Это объясняется тем, что он имеет большое количество пор и, следовательно, обладает большой поверхностью. Поместим в стакан с раствором лакмуса истолченный древесный уголь (рис. 89). Через некоторое время жидкость в стакане обесцветится, так как уголь поглотит лакмус.

Сорбционные свойства древесного угля широко применяются в противогазах, в химической промышленности, для обесцвечивания и очистки сахарного сиропа, масла, жиров, вин, питьевой воды, а также в медицине.

В отличие от графита в алмазе (рис. 90) каждый атом углерода связан с другими атомами четырьмя химическими связями, направленными к вершинам тетраэдра. Все связи между атомами углерода одинаковые, небольшие по длине и очень прочные. Поэтому алмаз является самым твердым природным веществом. Алмаз образует прозрачные, сильно преломляющие свет кристаллы. Ограненные алмазы называются бриллинтами.

Графит хорошо проводит электрический ток, а алмаз является изолятором.

Известны и другие аллотропные модификации углерода: карбин, фуллерены, графен. С ними вы познакомитесь в курсе химии 11-го класса.

В том, что разные аллотропные модификации углерода состоят из атомов одного и того же элемента, можно убедиться, сжигая их в кислороде. Все они при горении образуют один и тот же продукт — оксид углерода(IV) и ничего больше. Кроме того, равные массы графита, алмаза, карбина и фуллерена дадут одно и то же количество углекислого газа.

В конце XVIII в. известный французский химик Лавуазье вместе со своими коллегами купил небольшой алмаз и сжег его в громадной «зажигательной машине» (см. рис.) с помощью сфокусированных солнечных лучей. При этом образовался только один продукт — углекислый газ СО2. Этот же газ Лавуазье получил и при сжигании древесного угля. Данные опыты позволили ученому сделать вывод, что алмаз и уголь имеют «одно начало».

В определенных условиях возможно превращение одной модификации углерода в другую. Так, при сильном нагревании без доступа воздуха алмаз чернеет и превращается в графит. Графит при температуре выше 2000 °С и давлении порядка 100 000 атм превращается в алмаз. Этот процесс используется для получения искусственных алмазов, нашедших техническое применение.

При записи уравнений химических реакций различные модификации углерода обозначаются буквой С.

Химические свойства углерода

Углерод реагирует с другими веществами, как правило, при нагревании.

Окислительные свойства углерода проявляются при его взаимодействии с металлами при высокой температуре:

Получаемые соединения называются карбидами.

Углерод проявляет восстановительные свойства при взаимодействии с кислородом, образуя при недостатке кислорода оксид углерода(II):

или при его избытке — оксид углерода(IV):

Восстановительные свойства углерода проявляются и в реакциях со сложными веществами. Так, при взаимодействии углерода с оксидом железа(III) получают металлическое железо:

Это один из самых первых химических процессов, освоенных человеком.

• Из аллотропных модификаций углерода наиболее известны графит и алмаз.
• При взаимодействии с другими веществами углерод может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства.

Оксиды углерода

Среди неорганических соединений углерода наибольшее значение имеют его кислородные соединения: оксиды, угольная кислота и ее соли.

Оксид углерода(II)

Модель молекулы оксида углерода(II) представлена на рисунке 91. Он относится к несолеобразующим оксидам, так как не взаимодействует в обычных условиях ни с кислотами, ни со щелочами.

Оксид углерода(II) СО образуется при неполном сгорании топлива (дров, торфа, угля) и может попадать в воздух. При вдыхании человеком такого воздуха наступает отравление (угар), поэтому СО называют угарным газом. Угарный газ содержится также в табачном дыме и выхлопных газах автомобилей. Оксид углерода(II) — сильный яд! При вдыхании он связывается с гемоглобином крови прочнее, чем кислород, и тем самым блокирует перенос кислорода в организме. Возникает кислородное голодание, сопровождающееся головной болью и потерей сознания. При сильном отравлении возможен смертельный исход. Человека, пострадавшего от угарного газа, надо как можно быстрее вынести на свежий воздух и оказать медицинскую помощь.

Оксид углерода(II) горит на воздухе голубоватым пламенем с выделением большого количества теплоты, превращаясь в углекислый газ:

В этой реакции оксид углерода(II) проявляет восстановительные свойства.

Восстановительные свойства оксида углерода(II) проявляются и в его реакциях с оксидами металлов. Продуктами этих реакций являются металл и углекислый газ:

Эта реакция используется в промышленности для получения металлов из руд.

Оксид углерода(II) служит исходным сырьем для получения большого количества органических веществ. В то же время он является одним из наиболее опасных загрязнителей атмосферного воздуха.

Оксид углерода(IV)

С оксидом углерода(IV), или углекислым газом вы уже знакомы. Модель молекулы и графическая формула этого оксида показаны на рисунке 92.

Молярная масса примерно в 1,5 раза больше средней молярной массы воздуха (29 г/моль), поэтому углекислый газ тяжелее воздуха. Углекислый газ не поддерживает дыхание, поэтому в его атмосфере животные и человек погибают от отсутствия кислорода.

При охлаждении или при повышенном давлении углекислый газ затвердевает, образуя белое кристаллическое вещество, напоминающее снег («сухой лед»). В таком виде он широко используется как охлаждающее средство для хранения скоропортящихся продуктов, например мороженого.

Углекислый газ может быть получен при взаимодействии углерода с кислородом при нагревании:

Оксид углерода(IV) образуется при сжигании различных органических веществ (метана, спирта, угля и др.). Реакция сопровождается выделением большого количества теплоты, поэтому сжигание этих веществ используют для получения тепловой энергии. Углекислый газ образуется также при дыхании живых организмов и при гниении.

В промышленности оксид углерода(IV) получают обжигом известняка

В лаборатории можно получить действием кислот на карбонаты, например на карбонат кальция (рис. 93):

Углекислый газ является кислотным оксидом, он незначительно растворяется в воде, образуя при этом слабую угольную кислоту:

Именно этим обусловлен кислый вкус газированных и некоторых минеральных вод.

C основными оксидами и щелочами образует соли угольной кислоты — карбонаты:

При пропускании через раствор гидроксида кальция (известковую воду) раствор мутнеет и выпадает осадок карбоната кальция (рис. 94):

Эта реакция является качественной на углекислый газ.

Для оксида углерода(II) характерны восстановительные свойства.

Оксид углерода(IV) — углекислый газ является кислотным оксидом. При растворении в воде он образует слабую угольную кислоту.

Углекислый газ взаимодействует с основными оксидами и с основаниями.

Угольная кислота и ее соли

В молекуле угольной кислоты атом углерода соединен с тремя атомами кислорода одной двойной связью и двумя одинарными связями С—ОН. Модель молекулы и графическая формула угольной кислоты представлены на рисунке 95.

В водных растворах угольная кислота представляет собой очень непрочное вещество. При попытке выделить ее из раствора она практически полностью разлагается на углекислый газ и воду:

В то же время раствор в воде слегка кисловат на вкус, а при добавлении в раствор лакмуса окрашивается в розовый цвет. Поэтому раствор оксида углерода(IV) в воде можно считать раствором угольной кислоты.

В 2011 г. исследователи из Технического университета Вены и Университета Инсбрука (Австрия) получили угольную кислоту в виде твердого белого вещества, устойчивого на воздухе при температурах ниже –30 °С.

Угольная кислота является слабой двухосновной кислотой, в водном растворе диссоциирует ступенчато. На первой ступени диссоциации образуются ион водорода и гидрокарбонат-ион

Приставка гидро- в названии кислотного остатка указывает на наличие в его составе атома водорода. Соли, содержащие такой кислотный остаток, относятся к так называемым кислым солям и называются гидрокарбонатами.

На второй ступени гидрокарбонат-ион диссоциирует с образованием иона водорода и карбонат-иона

Соли, содержащие карбонат-ион, являются средними и называются карбонатами.

Химические свойства солей угольной кислоты

Соли угольной кислоты, кроме карбонатов большинства щелочных металлов, при нагревании разлагаются с выделением углекислого газа:

Карбонаты и гидрокарбонаты как соли очень слабой кислоты взаимодействуют со всеми более сильными кислотами с выделением углекислого газа. Если капнуть на кусочек мела, который представляет собой карбонат кальция, раствор соляной кислоты, то наблюдается характерное вскипание из-за бурного выделения углекислого газа (рис. 96):

Такое испытание можно проводить и с твердыми карбонатами, и с их растворами. Приведенную реакцию рассматривают как качественную реакцию для определения карбонат-ионов.

Для растворимых карбонатов уравнение качественной реакции на ионы можно записать в сокращенной ионной форме:

Карбонатами можно пользоваться для нейтрализации кислот, так как при их взаимодействии с кислотами происходит связывание ионов водорода. Например, размолотый известняк, состоящий в основном из CaCO3, и доломитовую муку (CaCO3 MgCO3) вносят в почвы при их излишней кислотности. Аналогичную роль выполняет и древесная зола из-за содержащегося в ней карбоната калия.

Превращения карбонатов и гидрокарбонатов

Если пропустить углекислый газ через раствор гидроксида кальция (см. рис. 94), то будет наблюдаться помутнение раствора за счет выпадения осадка:

При дальнейшем пропускании углекислого газа твердые частицы карбоната кальция будут растворяться и жидкость снова станет прозрачной. Образуется растворимый в воде гидрокарбонат кальция:

При нагревании гидрокарбонат кальция превращается в карбонат:

В природе протекание процессов с участием углекислого газа, воды и известняка, мела, мрамора (все эти вещества по химическому составу представляют собой CaCO3) приводит к их постепенному растворению за счет превращения в гидрокарбонат. В результате в земной коре появляются огромные полости, пещеры. Гидрокарбонат кальция переходит в карбонат кальция, образующий сталактиты и сталагмиты (см. рис.).

Применение солей угольной кислоты

Одной из наиболее широко применяемых солей угольной кислоты является карбонат натрия. Он известен под названиями кальцинированная сода и кристаллическая сода

Кальцинированную соду применяют при производстве мыла, стекла, для получения неорганических красителей, в производстве алюминия и др.

Кислую соль — гидрокарбонат натрия называют питьевой содой. Питьевую соду применяют в быту и пищевой промышленности. Если добавить питьевую соду в тесто, то при выпечке изделий она разлагается с выделением углекислого газа. Это приводит к разрыхлению теста, и изделия из него становятся более пышными и пористыми.

Карбонат кальция, существующий в природе в виде мрамора и известняка, широко используют в строительстве в качестве облицовочных и архитектурно-строительных материалов. На рисунке 97 вы видите станцию Минского метрополитена «Грушевка», при строительстве которой использовалась отделка мрамором.

Слабая угольная кислота H2CO3 образуется при растворении углекислого газа в воде.

Угольная кислота образует два ряда солей: кислые — гидрокарбонаты и средние — карбонаты.

Карбонаты и гидрокарбонаты способны к взаимопревращениям.

Карбонаты как соли слабой кислоты взаимодействуют со всеми более сильными кислотами с выделением углекислого газа.

Соли угольной кислоты, кроме карбонатов большинства щелочных металлов, при нагревании разлагаются с выделением углекислого газа.

Понятие об органических веществах

Общее число известных на сегодняшний день веществ огромно — их насчитывается более 150 млн! Абсолютное большинство из них составляют органические вещества. Такое название они получили потому, что многие из них были выделены из организмов животных и растений.

Одними из первых таких веществ, вероятно, были жиры. Древний человек, занимавшийся охотой и собирательством, узнал о них в процессе приготовления пищи. Зажаривая на костре добытых на охоте животных или растирая семена некоторых растений, он наблюдал выделение вязких жидкостей, обладавших схожими свойствами. Эти вещества были очень питательными и давали организму много сил. Люди давно научились выделять жиры из природных объектов и уже много веков используют их как продукты питания или материалы для получения других полезных веществ. Сегодня каждому знакомы жиры животного происхождения — свиной жир, сливочное масло, а также жиры, добываемые из растений, — подсолнечное, оливковое, льняное, пальмовое, арахисовое и другие масла.

Готовя на костре мясо, древний человек случайно сделал важное открытие. Оказалось, что капли жира, попадая на влажную золу и остывая, постепенно превращались в плотную массу, которая пенилась в воде и хорошо смывала грязь с рук. Вероятно, именно так люди впервые познакомились с мылом, без которого невозможно представить нашу жизнь. Конечно, сегодня мыло получают другим способом, но его основой по-прежнему остаются жиры.

Еще одно важное наблюдение было сделано в древности. При отжимании измельченных стеблей одного из видов тростника из них выделялась жидкость приятного сладкого вкуса. При упаривании этой жидкости получалось твердое, еще более сладкое вещество, получившее название сахар. А из жидкости, отжатой из клубней картофеля, было выделено белое вещество, названное крахмалом. Впоследствии установили, что сахар и крахмал — представители большого класса веществ — углеводов.

Перемалывая зерна различных злаков, люди получили муку, при замешивании которой с водой образуется тесто для выпечки хлеба. В первой половине XVIII в. из теста впервые выделили клейковину — эластичную и упругую массу. Впоследствии оказалось, что она представляет собой смесь особых веществ — белков, которые бывают растительного (клейковина) и животного (белок куриного яйца) происхождения.

Подавляющее большинство органических соединений, известных в настоящее время, являются неприродными веществами — их получают искусственно в химических лабораториях или на химических предприятиях (рис. 98, 99). Они входят в состав различных ценных материалов — синтетических волокон и каучуков, пластмасс и лекарственных препаратов, моющих средств и красителей, ядохимикатов и удобрений, взрывчатых веществ. Каждую неделю, благодаря научным исследованиям, число органических веществ увеличивается примерно на 10 000.

Все органические вещества обладают рядом общих свойств, непохожих на свойства неорганических веществ. Чем же органические вещества отличаются от неорганических?

Во-первых, количеством, которое более чем в 149 раз превосходит число неорганических соединений. Органические вещества невероятно многообразны, и количество классов этих соединений в десятки раз больше, чем неорганических веществ. Многочисленность органических веществ и многообразие их классов обусловлены особенностями их состава и строения, с которыми вы познакомитесь в следующем параграфе.

Во-вторых, в состав молекул всех органических веществ обязательно входят атомы углерода, связанные с атомами небольшого числа элементов — чаще всего водорода, кислорода, азота, серы, галогенов, фосфора. Этим органические вещества резко отличаются от неорганических, в состав которых могут входить атомы всех известных химических элементов. Отметим, что такие простейшие соединения углерода, как его оксиды CO и , угольная кислота и ее соли традиционно относятся к неорганическим веществам.

В-третьих, многие органические соединения термически неустойчивы и даже при относительно невысоких температурах разлагаются с образованием углерода, т. е. обугливаются. При сгорании в кислороде они образуют углекислый газ и воду. Что касается неорганических веществ, то большинство из них термически устойчивы или разлагаются при очень высоких температурах. Продуктами их сгорания в кислороде являются самые разнообразные вещества.

В-четвертых, для органических веществ характерны ковалентная полярная и ковалентная неполярная связи. Этим органические вещества также отличаются от неорганических, которым, кроме указанных типов связи, присущи также ионная и металлическая связи.

В-пятых, почти все органические вещества являются соединениями молекулярного строения с невысокими температурами плавления. Для них характерны молекулярные кристаллические решетки. В то же время большинство неорганических веществ относятся к соединениям немолекулярного строения с высокими температурами плавления. Для них более характерны атомные или ионные кристаллические решетки.

Несмотря на существенные различия между органическими и неорганическими веществами, их разделение на две группы является условным. И те, и другие вещества образуются и превращаются в соответствии с одними и теми же законами природы. Органические и неорганические вещества объединяет их способность к взаимному превращению. Например, в результате фотосинтеза из неорганических веществ — углекислого газа и воды — образуется органическое вещество глюкоза. Являясь компонентом пищи, в организмах человека и животных она снова превращается в исходные неорганические соединения. Это взаимопревращение является основой круговорота углерода в природе.

Углерод — основа органических соединений

Вы не однажды наблюдали, как из выхлопной трубы неисправного автомобиля, работающего на дизельном топливе, вырываются клубы густого черного дыма (рис. 100). Он медленно поднимается вверх и смешивается с воздухом, загрязняя его. Откуда же берется этот дым? Почему он черный, хотя жидкое дизельное топливо, которым заправляется машина, прозрачное и почти

бесцветное? Дело вот в чем. В состав этого топлива входят различные соединения углерода с водородом, так называемые углеводороды, например При работе исправного двигателя они смешиваются с воздухом и полностью сгорают с выделением теплоты, образуя углекислый газ и воду, например:

Если же двигатель неисправен, то некоторая часть углеводородов сгорает не полностью: кислород из воздуха связывается лишь с атомами Н, а оставшиеся атомы углерода образуют простое вещество углерод, например:

Углерод в виде мельчайших частичек черного цвета с силой выбрасывается выхлопными газами из двигателя наружу, образуя облако черного дыма.

Образование углерода из органических веществ можно наблюдать и в школьной лаборатории. Проведем эксперимент. В пробирку насыплем немного белого порошка глюкозы и нагреем ее в пламени спиртовки. Сначала глюкоза расплавится и превратится в вязкую жидкость, которая при дальнейшем нагревании начнет пениться и темнеть. Через некоторое время на стенках пробирки образуются капельки воды, а на ее дне останется твердое вещество черного цвета — углерод (рис. 101).

Углерод образуется и при сильном нагревании других органических веществ и материалов на их основе. О чем же свидетельствуют выделение черного дыма из выхлопных труб автомобилей и почернение глюкозы при нагревании? Конечно, о том, что в состав молекул органических веществ

входят атомы углерода. Доказательством этого является и тот факт, что при полном сгорании органических веществ в кислороде наряду с другими веществами всегда образуется углекислый газ

Атомы углерода, связанные с атомами других элементов, присутствуют в молекулах всех без исключения органических веществ. По этой причине раздел химии, изучающий эти вещества, — органическую химию — называют химией соединений углерода.

Почему же из 118 химических элементов именно углерод является основой всех органических веществ? Ответ на этот вопрос кроется в особенностях строения атома данного элемента.

Поскольку углерод — химический элемент с атомным номером 6, расположенный во втором периоде периодической системы, в его атоме 6 электронов распределены на двух электронных слоях. Так как углерод является элементом IVA-группы, на внешнем электронном слое его атома находится 4 электрона:

Электронное строение атома обусловливает следующие его особенности.

1. Из-за наличия на внешнем электронном слое атома углерода 4 электронов он не обладает ярко выраженной способностью отдавать или принимать электроны и превращаться таким образом в ионы. Поэтому атомы углерода образуют не ионные, а только ковалентные связи, характерные для молекул органических веществ.

2. Из-за того, что радиус атома углерода невелик, образуемые им ковалентные связи являются очень прочными. Атомы углерода образуют такие ковалентные связи с атомами большинства известных химических элементов.

3. Так как на внешнем электронном слое атома углерода имеется 4 электрона, он проявляет валентность, равную IV, — образует с другими атомами четыре ковалентные связи. Это могут быть четыре одинарные связи; две одинарные и одна двойная; две двойные; одна одинарная и одна тройная связи:

Вот примеры молекул органических веществ с такими связями:

4. Атомы углерода, в отличие от атомов других элементов, способны соединяться в цепочки любой длины. Они могут быть неразветвленными, разветвленными и замкнутыми в циклы (рис. 102):

А это примеры молекул органических веществ с такими цепочками атомов углерода (рис. 103):

Таким образом, атомы только одного химического элемента — углерода — могут соединяться как с атомами других элементов, так и между собой, образуя цепочки или циклы, в которых атомы углерода связаны с другими атомами одинарными, двойными или тройными связями. Такая уникальность атомов углерода является основой невероятно большого количества органических соединений и многообразия их классов.

• Атомы углерода образуют ковалентные связи, характерные для молекул органических веществ.
• Атомы углерода образуют химические связи с атомами большинства известных элементов.
• Атомы углерода соединяются с другими атомами четырьмя ковалентными связями (одинарными или кратными).
• Атомы углерода способны соединяться между собой в цепочки любой длины, которые могут быть неразветвленными, разветвленными и замкнутыми в циклы.

Значение органических веществ в природе и жизни человека

Мир органических веществ огромен и разнообразен. В настоящее время по своему происхождению они делятся на две группы. К первой группе относятся органические соединения природного происхождения, входящие в состав всех живых организмов — человека, животных, растений и др. Они встречаются и в неживой природе в виде нефти и природного газа. Вторую группу составляют органические вещества неприродного (искусственного) происхождения. Познакомимся с ролью органических веществ в природе и жизни человека.

Органические вещества природного происхождения

Во всех процессах, протекающих в живых организмах, участвуют органические вещества природного происхождения. Важнейшими из них являются белки, жиры, углеводы, витамины, различные кислоты, ферменты и гормоны.

Белки — жизненно важные вещества, молекулы которых представляют собой цепочки из многих тысяч атомов углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Кроме знакомого нам с детства белка куриного яйца, известно несколько миллионов других белков. Они содержатся в телах всех живых организмов и выполняют множество функций. Например, белки входят в состав мышц, костей, крови, образуют хрящи, кожу, волосы, ногти, рога, копыта, перья, чешую (рис. 104). Белки участвуют в процессах сокращения мышц, защищают организм от инфекций. В живых организмах некоторые белки играют роль ферментов и гормонов, которые регулируют все жизненно важные процессы.

В организмах растений белки в наибольшем количестве содержатся в семенах, где они откладываются в запас. Особенно богаты белком семена гороха, фасоли, сои, зерна пшеницы.

Белки являются важным источником энергии для человека и животных, они входят в состав продуктов питания.

Некоторые природные яды имеют белковую природу и оказывают на человека отравляющее действие. Это белки яда змей, некоторых пауков, пчел, ос, а также белки ядовитых грибов, например бледных поганок и мухоморов.

Наряду с белками важнейшие жизненные функции выполняют нуклеиновые кислоты. Их молекулы, состоящие из огромного числа атомов углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора, являются «шаблонами», по которым организмы синтезируют нужные белки. Нуклеиновые кислоты — это своего рода запоминающие устройства, с помощью которых каждый вид живых организмов передает из поколения в поколение «прописи» строения своих белков.

Жиры — сложные органические вещества, в состав которых входят атомы углерода, водорода и кислорода. Они содержатся в организмах человека, животных, растений и др. Всем известны жиры животного происхождения, например свиной, говяжий, бараний жир, сливочное масло (рис. 105). Жиры растительного происхождения называются маслами. К ним относятся подсолнечное, льняное, рапсовое, оливковое, арахисовое, пальмовое и другие масла. Они накапливаются в семенах или в плодах растений. Проверить это можно, положив на лист бумаги семя подсолнечника и сильно нажав на него. На бумаге появится маслянистое пятно.

Жиры являются самым важным источником энергии для человека и составной частью пищи. Образуя жировые капсулы, жиры предохраняют внутренние органы от сотрясений и защищают организм от переохлаждения. Жиры, выделяемые кожными сальными железами, делают кожу человека мягкой и эластичной, а волосы — блестящими. Вместе с белками жиры являются запасным строительным материалом, из которого образуются новые клетки организма.

Углеводы — сложные органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Углеводы образуются в зеленых растениях в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды. Они входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органических веществ на Земле.

Зеленые растения в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд т углекислого газа CO3. При этом в атмосферу поступает около 130 млрд т кислорода O2 и синтезируется 50 млрд т углеводов.

Животные организмы не способны синтезировать углеводы, поэтому получают их из растительных источников. К углеводам относятся, например, глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал, целлюлоза и др. Глюкоза, фруктоза и сахароза содержатся в соке овощей и фруктов, придавая им сладкий вкус. Глюкоза — обязательный компонент организма человека. Сахарозой богаты сахарная свекла и сахарный тростник — основные источники сахара. Крахмал накапливается в клубнях, плодах, семенах растений. Так, в клубнях картофеля содержится до 24 % крахмала, в зернах пшеницы — до 64 %, риса — 75 %, кукурузы — 70 %. Глюкоза, фруктоза, сахароза и крахмал являются важными источниками энергии для человека. Они легко усваиваются и входят в состав продуктов питания. Целлюлоза (клетчатка) — углевод, из которого состоят стенки клеток всех высших растений. Целлюлоза знакома каждому человеку и встречается буквально на каждом шагу. Пух тополя и парашютики одуванчика, вата, изготовленная из семян хлопчатника (рис. 106), лен, солома, бумага — все это почти чистая целлюлоза. Она входит в состав такого важного материала, как древесина. В организмах млекопитающих, к которым относится и человек, целлюлоза не усваивается. Однако она является основным кормом многих травоядных животных, например коров, овец, лошадей, оленей.

Витамины — это органические вещества, которые не поставляют организму энергию, но необходимы ему в небольших количествах для поддержания жизни. Естественным источником витаминов являются витаминоносные растения (шиповник, цитрусовые, петрушка, лук, капуста, морковь, смородина, рябина, облепиха и др.), а также некоторые продукты питания животного происхождения. Многие витамины сегодня получают синтетическим путем.

Витамины поступают в организм с пищей и участвуют практически во всех процессах, протекающих в нашем организме. Они необходимы для нормальной работы желез внутренней секреции, повышения умственной и физической работоспособности, устойчивости организма к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды (жара, холод, инфекции, отравления). В настоящее время известно около 20 различных витаминов. Это, например, витамин С — знакомая вам «аскорбинка», а также витамины и др. Нехватка витаминов, так же как и их избыток в организме, являются причиной различных заболеваний.

Алмаз

Углерод имеет множество аллотропных модификаций. Основные из них – графит, алмаз, карбин. Они отличаются друг от друга физическими, химическими свойствами, строением кристаллической решётки. Наиболее твёрдая модификация – алмаз – используется для изготовления промышленных инструментов.
Согласно современным теоретическим представлениям, тверже алмаза ничего в мире быть не может — такова у него кристаллическая решетка. Можно сказать, что алмаз — самый крепкий минерал в мире. Плавится алмаз при высоких температурах, от 3700 до 4 тыс. градусов. Но еще раньше, при 850 градусах, он начинает гореть, а без доступа воздуха при достижении половины от температуры плавления превращается в графит.

История добычи

Алмазы не всегда были драгоценными камнями, имевшими ценность и шкалу стоимости. В природе этот камушек непривлекателен — простая шершавая стекляшка. Ценность ему придает огранка. Все изменилось в XIX веке, когда в Южной Африке около современного города Кимберли на ферме братьев де Бирс обосновались искатели алмазов. Камней на этих землях было много. Настоящая промышленная их добыча стала связана с именем Сесиля Родса.

Сесиль Родс стал монополистом на рынке алмазов, чему поспособствовали Ротшильды, а бриллианты стали потребительским товаром, доступным не только королям. Монопольное положение де Бирс пошатнулось только в середине XX века благодаря антимонопольному законодательству в США и началу массовой добычи в странах, где возможностей захвата рынка в принципе не было — например, в СССР. Существует несколько способов огранки алмазов, при которой они лучше всего проявляют такое свое свойство, как игру цвета. Играет свою роль и исходная форма камня, поскольку огранщик старается свести его потери к минимуму.

Наиболее распространенными формами бриллианта являются:

• круглая, 57 граней;
• овальная;
• «груша»;
• «маркиза»;
• радиант;
• квадрат;
• «принцесса».

Структура алмаза:

Один атом углерода окружен еще четырьмя атомами в виде четырехгранного треугольника или пирамиды. Каждый атом находится на одинаковом расстоянии друг от друга. Связь у атомов очень крепкая, именно поэтому алмаз является таким твердым и прочным. Еще одно свойство алмаза — это то, что он может проводить свет, в отличие от графита.

Алмаз: история и свойства минерала

История алмаза очень необычна. Считается, что первый алмаз был найден в Индии. В то время человечество так и не смогло понять всю силу этого камня. Геологам было лишь известно, что этот камень очень твердый и прочный. До 15 века алмазы стоили намного меньше, чем изумруды и рубины. И только потом неизвестный ювелир в процессе работы с камнем придал ему красивую огранку, которую позже стали называть бриллиантовой. Вот тогда-то камень и показал себя во всей своей красе.

Главным образом алмазы используют в промышленности. Этот минерал самый прочный на всем свете, именно поэтому из него делают абразивы, резцы для обработки прочных металлов и многое другое.

Как нам уже известно, формула графита в химии — C, такую же формулу имеет и алмаз.

Графит

Графи́т — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая. Слои кристаллической решётки могут по-разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов, с симметрией от гексагональной сингонии (дигексагонально-дипирамидальный), до тригональной (дитригонально-скаленоэдрический).

Слои слабоволнистые, почти плоские, состоят из шестиугольных слоёв атомов углерода.

История добычи:

В 60-х годах XVI столетия в Англии. Местные пастухи, нашедшие залежи странного черно-блестящего материала, приняли его сначала за свинец, но, поняв, что пуль из него не отольешь, стали отбивать куски черного камня и метить им своих овец. На новый материал скоро обратили внимание художники и коммерсанты, быстро наладившие на английских улицах торговлю тонкими пластинками и кусочками графита. Конечно, пользоваться им было очень неудобно — руки пачкались! Приходилось обматывать графит веревкой, бумагой, а то и просто зажимать между дощечек. Так появились первые карандаши в деревянном корпусе.

Структура графита:

Физические свойства в графите сильно различаются по направлениям – перпендикулярному и параллельному слоям атомов углерода.

При нагревании без доступа воздуха графит не претерпевает никаких изменений до 3700°С. При указанной температуре он возгоняется, не плавясь.

Искусственный графит получают из лучших сортов каменного угля при 3000°С в электрических печах без доступа воздуха.

Графит термодинамически устойчив в широком интервале температур и давлений, поэтому он принимается в качестве стандартного состояния углерода. Плотность графита составляет 2,265 г/см3.

Известны две формы графита: альфа-графит (имеет гексагональную структуру и кристаллическую решетку) и бета-графит (имеет ромбоэдрическую структуру и кристаллическую решетку). У α-графита половина атомов каждого слоя располагается над и под центрами шестиугольника, а у β-графита каждый четвёртый слой повторяет первый.

Альфа-графит может быть преобразован в бета-форму с помощью механической обработки. Бета-форма переходит в альфа-форму при нагревании графита свыше 1300 °C.

Добыча и производство

История добычи и продажи этих драгоценных камней насчитывает тысячи лет. Впервые их обнаружили в Индии — точная дата неизвестна, но описание кристалла было сделано ещё в IV до н. э. Ещё тогда он считался очень ценным, даже несмотря на то, что люди того времени не умели гранить минерал и только шлифовали его. Известно, что алмазы были популярны ещё и в древнем Египте, а в Европу их завезли во времена Александра Македонского.

Гранить кристаллы научились с XVII века, и с тех пор это искусство постоянно совершенствовалось. На протяжении столетий появлялись всё новые формы и способы обработки драгоценного минерала, до тех пор, пока в 1919 году Марсель Толковский не изобрёл идеальную огранку бриллиантов, которую применяют и сейчас.

В природных условиях

Алмазы относятся к природным ископаемым. Основная часть драгоценных камней — около 90% — содержится в кимберлитовых трубках, также их некоторое количество можно найти в лампроитах и россыпях. Наличие этого ценного минерала в горной породе определяют с помощью рентгеновских лучей. При этом бо́льшая часть добытых камней идёт не в ювелирное дело, а на промышленность — это происходит из-за наличия в них большого количества (>5% в целом или >2% вещества одного типа) примесей, а также структурных дефектов. Промышленные кристаллы бывают таких типов:

• борт — мелкая алмазная крошка, которую невозможно огранить, используется для резки некоторых огнеупорных материалов;
• баллас — мелкозернистые кристаллы, оболочка которых твёрже ядра, обычно имеют мутно-белый или серый цвет и используются для производства буровых коронок;
• карбонадо — непрозрачный или полупрозрачный чёрный алмаз, похожий на уголь, обычно содержит много примесей железа, графита или сульфитов.

Фуллерен

Фуллерен, бакибол, или букибол — молекулярное соединение, принадлежащее к классу аллотропных форм углерода и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёх координированных атомов углерода. Уникальная структура фуллеренов обуславливает их уникальные физические и химические свойства. В соединении с другими веществами они позволяют получить материалы с принципиально новыми свойствами.
История добычи:

Открытие фуллерена произошло в результате экспериментов Смолли и Крото с инструментом, который Смолли изобрел для изучения молекул и атомных кластеров. Крото заинтересовала предложенная Смолли методика лазерного испарения. С ее помощью он намеревался проверить свою теорию о поведении углерода в межзвездном пространстве. Крото считал, что богатые углеродом красные гиганты способны испускать сложные углеродные соединения, которые можно обнаруживать с помощью радиотелескопов.

Структура фуллерена:

Атом связь Фуллерен является новой аллотропной формой углерода. Молекулы фуллерена состоят из 60,70 атомов, образующих сферу. Кристаллические фуллерены представляют собой полупроводники. Разнообразие физико-химических и структурных свойств соединений на основе фуллеренов позволяет говорить о химии фуллеренов как о новом перспективном направлении органической химии.

Атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы или эллипсоида. Самый симметричный и наиболее полно изученный представитель семейства фуллеренов фуллерен (C60), в котором углеродные атомы образуют усечённый икосаэдр, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и напоминающий футбольный мяч.

Следующим по распространённости является фуллерен C70, отличающийся от фуллерена C60 вставкой пояса из 10 атомов углерода в экваториальную область C60, в результате чего молекула C70 оказывается вытянутой и напоминает своей формой мяч для игры в регби. Так называемые высшие фуллерены, содержащие большее число атомов углерода (до 400), образуются в значительно меньших количествах и часто имеют довольно сложный изомерный состав. Среди наиболее изученных высших фуллеренов можно выделить Cn, n=74, 76, 78, 80, 82 и 84.

Ионная кристаллическая решетка

Как известно, в ходе ионной химической связи один атом отдает другому ионы и приобретает положительный заряд, в то время как принимающий атом заряжается отрицательно. В итоге появляются разноименно заряженные ионы, из которых и состоит структура кристалла.

Ионная решетка — это кристаллическая структура, в узловых точках которой находятся ионы, связанные взаимным притяжением.

Ионную кристаллическую решетку имеют практически все соли, типичным представителем можно считать поваренную соль NaCl. О ней стоит вспомнить, если нужно перечислить физические характеристики этой группы. Также ионную решетку имеют щелочи и оксиды активных металлов.

Свойства веществ с ионной структурой:

• твердость;
• хрупкость;
• тугоплавкость;
• нелетучесть;
• электропроводность;
• способность растворяться в воде.

Примеры веществ с ионной кристаллической решеткой: оксид кальция CaO, оксид магния MgO, хлорид аммония NH

4
Cl
, хлорид магния Mg
Cl
2, оксид лития
Li
2
O
и другие.

Физические свойства

Физические свойства. Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

Поэтому разные модификации проявляют очень разные физические свойства это и очень твердое вещество, и мягкое вещество проводящее электрический ток и многие другие.

Алмаз:

Физ. свойства. Алмаз и графит резко отличаются по физ. Свойствам. Алмаз – прозрачные кристаллы, очень твердые. Твердость объясняется строением его кристаллической решетки. Графит – мягкое темно-серое вещ-во с Ме блеском.

Графит:

Физические свойства графита. – мягкое черное вещество из легко слоящихся кристалликов, — проводит электрический ток, — графит высокой чистоты применяют в ядерных реакторах в качестве замедлителя нейтронов. — температура плавления при повышенном давлении равна 3527° C. — При обычном давлении графит сублимирует при 3780° C.

Фуллерен:

Физические свойства фуллерена Конденсированные системы, состоящие из молекул фуллеренов, называются фуллеритами. Наиболее изученная система такого рода — кристалл С60, менее — система кристаллического С70. Исследования кристаллов высших фуллеренов затруднены сложностью их получения.

Молекулярная кристаллическая решетка

Как и в предыдущей группе, в этой находятся вещества с ковалентными связями между атомами. Но физические характеристики этих веществ совершенно иные — они легко плавятся, превращаются в жидкость, растворяются в воде. Почему так происходит? Все дело в том, что здесь кристаллы строятся не из атомов, а из молекул.

Молекулярная кристаллическая решетка — это структура, в узлах которой находятся не атомы, а молекулы.

Внутри молекул атомы имеют прочные ковалентные связи, но сами молекулы связаны между собой слабо. Поэтому кристаллы таких веществ непрочные и легко распадаются.

Молекулярная кристаллическая решетка характерна для воды. При комнатной температуре это жидкость, но стоит нагреть ее до температуры кипения (которая сравнительно низка), как она тут же начинает превращаться в пар, т. е. переходит в газообразное состояние.

Некоторые молекулярные вещества — например, сухой лед CO

2, способны преобразоваться в газ сразу из твердого состояния, минуя жидкое (данный процесс называется возгонкой).

Свойства молекулярных веществ:

• небольшая твердость;
• низкая прочность;
• легкоплавкость;
• летучесть;
• у некоторых — наличие запаха.

Помимо воды к веществам с молекулярной кристаллической решеткой относятся аммиак NH

3, гелий He, радон Rn, йод I, азот
N
2 и другие. Все благородные газы — молекулярные вещества. Также к этой группе принадлежит и большинство органических соединений (например, сахар).

Химические свойства

Алмаз:

При обычной температуре углерод малоактивен. Он может быть, как восстановителем, так и окислителем. Как восстановитель: Горит на воздухе.

Графит:

Химические свойства. Со многими веществами (щелочными металлами, солями) образует соединения включения. Реагирует при высокой температуре с воздухом, сгорая до углекислого газа.

Фуллерен:

Восстановление, нуклеофильное присоединение, цикло присоединение, региохимическое множественное присоединение, галогенирование, модифицирование фуллеренов, кластерами гидрирование, присоединение радикалов, образование комплексов, переходных металлов окисление и реакции с электрофильными реагентами.

Практическая часть

Применение аллотропных модификаций углерода. Алмаз – в промышленности: его используют для изготовления ножей, свёрл, резцов; в ювелирном деле. Перспектива – развитие микроэлектроники на алмазных подложках. Графит – для изготовления плавильных тиглей, электродов; наполнитель пластмасс; замедлитель нейтронов в ядерных реакторах; компонент состава для изготовления стержней для чёрных графитовых карандашей (в смеси с каолином) Фуллерен – в аккумуляторах и электрических батареях (добавки фуллерена); фармакология (лечение ВИЧ); солнечные элементы; огнезащитные краски.

Новая аллотропная модификация:

15 августа 2022 года группа учёных из IBM и Оксфордского университета опубликовала статью, в которой представлены данные об успешном синтезе молекулы цикло [18] углерода. Ранее существование циклоуглеродов считалось лишь гипотетическим, но теперь C18 — представитель новой аллотропной модификации углерода.

C18 был получен путём удаления монооксида углерода из молекулы C24O6 принципом атомно-силовой микроскопии на двухслойной поверхности хлорида натрия при температуре 5°K (-268,15°С). По мнению учёных, циклоуглероды могут оказаться полезными в компьютерных технологиях в качестве чрезвычайно энергоэффективного компьютерного логического устройства. Кроме того, создание С18 открывает путь для синтеза других углеродных аллотропов, но пока что предстоит глубокое изучение свойств новой молекулы.

Заключение

Углерод — вещество с самым большим числом аллотропических модификаций. В проекте рассмотрены аллотропные модификации алмаза, графита, фуллерена. Углерод и его аллотропные модификации имеют большое практическое значение в жизни человека и промышленности.

Большинство вещей в нашей жизни мы получили благодаря аллотропным модификациям, например, сверло, чёрные графитовые карандаши и батарейки.

Благодаря этому проекту мы узнала, как и кто помог нам в улучшении нашей жизни.

Исходя из всей проделанной работы, мы можем сделать следующие выводы:

• Во-первых, я подробно изучила и рассмотрела виды аллотропии.
• Во-вторых, я узнала кто открыл аллотропии, и где она применяется.
• В-третьих, я сделала стенд где наглядно показано как выглядит аллотропия.

Аллотропные преобразования и переходы

Наиболее характерны аллотропные преобразования для неметаллических веществ (кроме галогенов (хлор, бром, йод) и инертных газов (аргон, ксенон и неон)), полуметаллов и, реже всего, для металлов. Переходы элемента в иную форму, отличающуюся от его стандартной модификации, происходят при изменении условий окружающей среды. Основными факторами, влияющими на аллотропные преобразования, являются изменения давления и температуры, которые могут воздействовать на элементы как поодиночке, так и комплексно. Примерами элементов, обладающих аллотропией, и их модификациями являются:

• углерод, который можно назвать лидером по количеству изученных аллотропных форм;
• фосфор, для которого известны 11 аллотропных соединений;
• кислород, существующий в виде О2 (собственно, кислорода) и О3 (озона);
• железо, образующее четыре кристаллические модификации (α-Fe или феррит, β-Fe, γ-Fe или аустенит и δ-Fe);
• кремний, который может находиться как в аморфной, так и в кристаллической формах;
• азот, имеющий полимерную модификацию, в пять раз превышающую по мощности неядерные взрывчатые материалы.

Любое изменение может быть обратимым (т. е. при возвращении к нормальным условиям вещество переходит в свою стандартную форму), энантиотропным, или же необратимым, монотропным. К энантиотропным переходам относятся превращения серы из ромбической в моноклинную или же переход белого пластичного олова (бета-олова) в белое хрупкое (гамма-олово). Монотропное видоизменение происходит, например, при модификации белого фосфора в чёрный.