Formele Alotropice ale Carbonului
I) Diamantul: Diamantul este un mineral nativ și în același timp o piatră prețioasă. Din punct de vedere chimic este una din formele de existență ale carbonului pur. Diamantul cristalizează în sistemul cubic și poate atinge duritatea maximă (10) pe scara Mohs, duritatea variind însă în funție de gradul de puritate a cristalului. Din cauza durității ridicate, cristalele de diamant pot fi șlefuite numai cu pulbere de diamant și din fulerită.
Proprietati: -Formula chimica: C -Sistem de cristalizare: cubic -Culoare: incolor in stare pura -Urma: alba -Masa specifica: 3,52 g/cm³ -Punct de topire: 3550°C Raspandire pe glob: Țările unde se găsesc diamante în cantități mai importante sunt: Rusia, Botswana, Australia, Congo, Canada, Africa de Sud, Angola, Namibia, Sierra Leone, Ghana, Tanzania șiBrazilia. În Europa s-au găsit diamante în Arhanghelsk. Utilizare: Criteriile stabilirii valorii unui diamant sunt: - densitatea - duritatea - dispersia și refracția luminii - conductivitatea termică - strălucirea - puritatea. Spectroscopia (absorbția unor radiații) poate stabili dacă culoarea diamantului este naturală sau realizată ulterior. Diamantul care va fi șlefuit cu fațete multe se numește brilliant. Producția diamantelor naturale pe glob a atins cantitatea de 20 de tone anual. La această cantitate se adaugă diamantele sintetice care se fabrică din grafit pur supus la presiuni de peste 100.000 de bari și care în cea mai mare parte au utilizare în industrie. Prin acoperirea altor substanțe cu un strat de câțiva microni se va forma așa numitul strat de carbon asemănător diamantului Această tehnologie fiind mai departe perfecționată producându-se diamante magnetice cu dimensiuni de ordinul nanometrului în Troy, care probabil vor fi folosite în medicină. Diamantul are unghiul de refracție ridicat, de aceea strălucește intens, ceea ce a dus la utilizarea principală a diamantelor naturale ca pietre prețioase, azi aceste unghiuri a fațetelor unui cristal sunt simulate prin programare asistată de ordinator, determinând unghiul optimal pentru o strălucire maximă, astfel unghiul de șlefuire a cristalului fiind automatizat.
Un diamant pur este incolor, actual sunt procedee tehnice cu ajutorul laserului prin care se îndepărtează impuritățile din cristal, iar prin iradieri a cristalului s-a reușit ca diamante cu o valoare inferioară să fie transformate în cristale cu o culoare stabilă verde sau albastră. Aplicațiile în industria de folosire a diamantului sunt ca: abraziv, instrumente de tăiat sau găurit foarte ascuțite și dure. În chirurgie, o aplicație tot mai largă o are folosirea lamelor de bisturiu acoperite cu un strat de carbon asemănător diamantului.
II) Grafitul: Grafitul sau plombagina (denumire de specialitate) este un mineral răspândit în natură ce face parte din categoria nemetalelor, fiind după diamant un element stabil datorită structurii simetrice de C60 cu o compoziție chimică de Carbon pur cristalizând hexagonal, rar romboedric sau fiind sub formă amorfă. Grafitul are în structură cristale opace de culoare neagră, hexagonale, formă tabulară, solzoasă, sau bare. Luciul fiind metalic la formele cristaline și mat la agregatele amorfe. Duritatea pe scara Mohs este între 1 - 2, densitatea 2,1 - 2,3 având o urmă neagră cenușie. Denumirea de plombagină este folosită și pentru a se face referire la un tip de hârtie acoperit cu grafit ce servește la multiplicarea textelor. Obiectul mai este cunoscut și ca hârtie de indigo, denumire dată de culoarea caracteristică.
Proprietati: Grafitul sublimează la o temperatură de 3825 °C, fiind insolubil în acizi, devine magnetic bipolar numai după o tratare pirolitică (încălzire), are un caracter anizotropic accentuat (de ex. radiația solară este izotropă (uniformă în cele 3 dimensiuni), laserul este anizotrop) și este un bun conductor electric. - coeficientul de dilatare liniara pe °C - 7.86 - punct de fierbere °C - 4200 căldura latentă de topire Kcal/Kg - ≈4000 - căldura specifică Kcal/Kg x °C - 1,170 conductivitatea termică la 20 °C Kcalx0,001/°C x cm x s - 0,012 - căldura de combustie Kcal/Kg ≈7800.
Structura: În grafitul cristalin există o structură de straturi paralele; aceste straturi au legături covalente hexagonale între atomi, în schimb două straturi alăturate sunt legate între ele prin legături ionice. Această modificare de legături prin schimbarea de direcție determină anizotropia grafitului, ce atrage după sine: -clivajul perfect dintre straturi -proprietățile de izolator termic și electric prin stratul bazal (ortogonal) și conductibilitatea bună termică și electrică în lungul straturilor bazale. În așa numitele fibre de sticlă din carbon există straturi paralele, dar nu ca filele unei cărți, ci ca file îndoite, șifonate; prin tratare aceste straturi vor fi netezite, rezultând fibrele de carbon care vor fi pe o anumită direcție bune conducătoare termice și electrice.
Raspandire pe glob: Grafitul apare în natură sub formă de granule, în rocile metamorfice bogate în carbon, și ca vinișoare sau sub formă de filon înpegmatite. Mineralul este exploatat în Romania, China, Coreea, Madagascar, Zimbabwe, Brazilia, Cehia, Ucraina și India în mine și cariere de exploatare la zi a grafitului, în total 600.000 tone pe an.
III) Fulerena: Fulerenele sau "C60" reprezintă o clasă de compuși de atomi de carbon, care prezintă per ansamblul structurii fie forme sferice de tip dom geodezic (C60, C540) sau forme cilindrică de "tip cușcă" (nanotuburile). Din punct de vedere al legăturilor chimice dintre atomii de carbon constitueți, fulerenele sunt înrudite structural cu grafitul. Fulerena C60, care are 60 de atomi de carbon aranjați într-o structură icosaedrică. Unul din cele 5 solide platonice, icosaedrul este un poliedru format din 12 fețe pentagonale și 20 de fețe hexagonale. Structura este extrem de asemănătoare cu cea a unei mingi de fotbal modernă, al cărui design a fost total inspirat de domul geodezic a lui Fuller. C60 este cea mai mică fulerenă stabilă (cu fețe pentagonale non-adiacente și alternativ hexagonale). O clasă de compuși strâns înrudiți, practic fulerene mult alungite, sunt nanotuburile de carbon, descoperite după 1991 de către japonezul Sumio Iijima, specialist în microscopie electronică. Proprietati:
-solide -opace -duritate mică -slab conducătoare de căldură și electricitate -solubile în benzină -q=1,75-2,19 g/cm3
