金剛石、石墨、C60

1、課題課題1 1金剛石、石墨和金剛石、石墨和C C6060熊廟初中熊廟初中 俄有明俄有明單質(zhì)由同種元由同種元素組成的素組成的純凈物純凈物單單 質(zhì)質(zhì) 1單單 質(zhì)質(zhì) 2單單 質(zhì)質(zhì) 3？碳單質(zhì)由碳元素由碳元素組成的純組成的純凈物凈物金剛石金剛石石墨石墨C60金剛石金剛石石墨石墨化學(xué)式化學(xué)式組成元素組成元素物理性質(zhì)物理性質(zhì)用途用途CC碳元素碳元素碳元素碳元素?zé)o色透明固體無(wú)色透明固體不導(dǎo)電不導(dǎo)電細(xì)鱗片層狀；細(xì)鱗片層狀； ，有滑膩感；，有滑膩感；能導(dǎo)電導(dǎo)熱能導(dǎo)電導(dǎo)熱做鉆石；做鉆石；玻璃刀，鉆頭玻璃刀，鉆頭做鉛筆芯；做鉛筆芯；做潤(rùn)滑劑；做潤(rùn)滑劑；做電極做電極請(qǐng)及時(shí)填寫(xiě)學(xué)案中表格內(nèi)容請(qǐng)及時(shí)填寫(xiě)學(xué)案中表格內(nèi)容不同

2、碳單不同碳單質(zhì)為何物質(zhì)為何物理性質(zhì)差理性質(zhì)差異大？異大？1. 1.金剛石和石墨金剛石和石墨硬度大硬度大很軟很軟從原子排列方式分析，以下模型從原子排列方式分析，以下模型具有怎樣的結(jié)構(gòu)？具有怎樣的結(jié)構(gòu)？請(qǐng)你議一議結(jié)構(gòu)差異：原子的排列方式不同立體結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)請(qǐng)你猜一猜 請(qǐng)小組討論，下列模型哪個(gè)為金剛石請(qǐng)小組討論，下列模型哪個(gè)為金剛石結(jié)構(gòu)？哪個(gè)為石墨結(jié)構(gòu)？并結(jié)合二者性質(zhì)，結(jié)構(gòu)？哪個(gè)為石墨結(jié)構(gòu)？并結(jié)合二者性質(zhì)，說(shuō)明理由。說(shuō)明理由。硬硬 度：度：金剛石堅(jiān)硬無(wú)比金剛石堅(jiān)硬無(wú)比金剛石中的碳原子則是金剛石中的碳原子則是交錯(cuò)交錯(cuò)整齊地排列整齊地排列成成立體立體結(jié)構(gòu)，每結(jié)構(gòu)，每個(gè)碳原子都緊密地與其它

3、個(gè)碳原子都緊密地與其它4個(gè)碳原子直接連接，構(gòu)成一個(gè)碳原子直接連接，構(gòu)成一個(gè)牢固的結(jié)構(gòu)。個(gè)牢固的結(jié)構(gòu)。石墨質(zhì)地非常軟石墨質(zhì)地非常軟石墨是由石墨是由一層層一層層以蜂窩以蜂窩狀有序排列的狀有序排列的平面平面碳原碳原子堆疊而形成的，石墨子堆疊而形成的，石墨的層間作用力較弱，很的層間作用力較弱，很容易互相剝離容易互相剝離每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)著另外三個(gè)碳原子，排列方式呈外三個(gè)碳原子，排列方式呈蜂巢式的多個(gè)六邊形。由于蜂巢式的多個(gè)六邊形。由于每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電每個(gè)碳原子均會(huì)放出一個(gè)電子，那些子，那些電子能夠自由移動(dòng)電子能夠自由移動(dòng)，因此石墨屬于導(dǎo)電體。因此石墨屬于導(dǎo)電體。導(dǎo)電性

4、：導(dǎo)電性： 金剛石中每個(gè)碳原金剛石中每個(gè)碳原子的周邊連結(jié)四個(gè)碳原子。子的周邊連結(jié)四個(gè)碳原子。因此因此沒(méi)有自由移動(dòng)的電子沒(méi)有自由移動(dòng)的電子。所以金剛石不導(dǎo)電所以金剛石不導(dǎo)電物理性質(zhì)物理性質(zhì)差異原因差異原因氧氣（氧氣（O2）無(wú)色無(wú)色無(wú)味無(wú)味氣體；氣體；-183-183藍(lán)紫色液體藍(lán)紫色液體，-218-218淡藍(lán)色雪花狀的固體淡藍(lán)色雪花狀的固體；密度密度為為1.4291.429克克/ /升升 臭氧（臭氧（O3）臭氧有臭氧有刺激性腥臭氣味刺激性腥臭氣味；液態(tài)液態(tài)臭氧臭氧深藍(lán)色深藍(lán)色，固態(tài)固態(tài)臭氧臭氧紫黑色紫黑色；密度密度為為2.1442.144克克/ /升升 請(qǐng)你分析氧氣（氧氣（O2）和臭氧（）和臭氧（

5、O3）物理性質(zhì)為什么）物理性質(zhì)為什么差異很大？差異很大？O3O2構(gòu)成分構(gòu)成分子的原子的原子數(shù)目子數(shù)目不同不同C60主要用途：主要用途：1、作新型催化劑、作新型催化劑 ；2、用于氣體的貯存、用于氣體的貯存 ；3、用于制造高分子材料、用于制造高分子材料 ；4、生物學(xué)及醫(yī)學(xué)應(yīng)用、生物學(xué)及醫(yī)學(xué)應(yīng)用 。2.C2.C6060等新型碳單質(zhì)等新型碳單質(zhì) 美國(guó)休斯頓賴(lài)斯大學(xué)的史沫萊等人和英國(guó)的克羅脫于美國(guó)休斯頓賴(lài)斯大學(xué)的史沫萊等人和英國(guó)的克羅脫于1985年利用煙火法制得年利用煙火法制得C60，并經(jīng)過(guò)研究確定其結(jié)構(gòu)如下并經(jīng)過(guò)研究確定其結(jié)構(gòu)如下 1991年日本年日本NEC公司基公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專(zhuān)礎(chǔ)研究

6、實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專(zhuān)家飯島澄男意外發(fā)現(xiàn)了由管狀家飯島澄男意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子的同軸納米管組成的碳分子 碳納米管。隨著對(duì)其研究碳納米管。隨著對(duì)其研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)其對(duì)人類(lèi)生的不斷深入，發(fā)現(xiàn)其對(duì)人類(lèi)生活的用途具有重要影響活的用途具有重要影響碳納米管碳納米管大有發(fā)展前景的新型材料大有發(fā)展前景的新型材料大有發(fā)展前景的新型材料大有發(fā)展前景的新型材料碳納米管碳納米管 2005年世界環(huán)法大賽，世人看到瑞士車(chē)年世界環(huán)法大賽，世人看到瑞士車(chē)隊(duì)的選車(chē)騎乘含碳納米管的自行車(chē)參與比賽。隊(duì)的選車(chē)騎乘含碳納米管的自行車(chē)參與比賽。此款自行車(chē)車(chē)架此款自行車(chē)車(chē)架重不到一公斤重不到一公斤，并且具有，并且具有

7、杰出杰出的剛性與強(qiáng)度的剛性與強(qiáng)度。使得運(yùn)動(dòng)員在騎行的過(guò)程中用。使得運(yùn)動(dòng)員在騎行的過(guò)程中用更少的力氣騎出最快的速度。更少的力氣騎出最快的速度。大有發(fā)展前景的新型材料大有發(fā)展前景的新型材料 意大利都靈理工大學(xué)的尼古拉意大利都靈理工大學(xué)的尼古拉普格諾教授普格諾教授計(jì)劃用一種名為碳納米管的超細(xì)纖維來(lái)制造計(jì)劃用一種名為碳納米管的超細(xì)纖維來(lái)制造“蜘蜘蛛衣蛛衣”，這種，這種材料內(nèi)部中空，密度只是鋼的材料內(nèi)部中空，密度只是鋼的1/6，而強(qiáng)度卻是鋼的，而強(qiáng)度卻是鋼的100倍倍。由于非常微小，它具。由于非常微小，它具有有像壁虎剛毛一樣的吸附效果像壁虎剛毛一樣的吸附效果。據(jù)估計(jì)，世界第。據(jù)估計(jì)，世界第一套一套“蜘蛛

8、衣蜘蛛衣”有望在有望在2017年前問(wèn)世。年前問(wèn)世。碳納米管碳納米管石墨烯石墨烯 2010年年諾貝爾物理學(xué)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)?lì)C給了俄羅斯科學(xué)家和頒給了俄羅斯科學(xué)家和康康斯坦丁斯坦丁諾沃肖洛夫諾沃肖洛夫，他們，他們?cè)谟⒃谟?guó)國(guó)制備出了石墨烯。制備出了石墨烯。 石墨烯制成的材料非常牢石墨烯制成的材料非常牢固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它固堅(jiān)硬；作為單質(zhì)，它在室溫在室溫下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體下傳遞電子的速度比已知導(dǎo)體都快。都快。 低成本石墨烯電池或?qū)?shí)低成本石墨烯電池或?qū)?shí)現(xiàn)現(xiàn)“一分鐘充電一分鐘充電”。電池技術(shù)。電池技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)大力推廣和發(fā)展的是電動(dòng)汽車(chē)大力推廣和發(fā)展的最大門(mén)檻，石墨烯儲(chǔ)能設(shè)備的最大門(mén)檻，石墨烯儲(chǔ)能設(shè)備的研制成功后，若能批量生產(chǎn)，研制成功后，若能批量生產(chǎn)，則將為電池產(chǎn)業(yè)乃至電動(dòng)車(chē)產(chǎn)則將為電池產(chǎn)業(yè)乃至電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的變革。業(yè)帶來(lái)新的變革。質(zhì)地軟質(zhì)地軟能導(dǎo)電能導(dǎo)電堅(jiān)硬堅(jiān)硬無(wú)色透明固體無(wú)色透明固體滑膩滑膩鱗片狀固