Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ГРАФИТА СОЕДИНЕНИЯ

ГРАФИТА СОЕДИНЕНИЯ, соед. включения, образующиеся при внедрении атомов, ионов или молекул между углеродными слоями кристаллич. решетки графита. При этом используют в-ва, способные легко отдавать электроны (напр., щелочные металлы) или принимать их (напр., галогены, галогениды металлов). Образование графита соединений сопровождается разбуханием графита (вследствие раздвигания углеродных слоев) и существенным изменением его электрич. св-в.
1120-14.jpg

Кристаллич. решетка С8К; темные кружки -атомы углерода, светлые-калия.

Соед. со щелочными металлами могут иметь составы С8М, С16М, С24М, С36М, С40М, С64М. Металл в решетке находится в виде атома; при его ионизации происходит перенос электронов в зону проводимости графита. Структура С8К представлена на рисунке. У этого соед. атомы металла располагаются над центрами гексаген, колец из атомов углерода. В соед. С16М атомы металла расположены так же, но только между каждой парой слоев графита. Аналогично построены и др. соединения. В случае С64М один ме-таллич. слой приходится на восемь углеродных.

В отличие от др. щелочных металлов, Na образует соед. с большим избытком углерода: из прир. графита получены C120Na, C64Na, C36Na, из искусственно полученного-1120-15.jpg Na. По уменьшению деформирующего действия на решетку графита при образовании слоистых соед. щелочные металлы располагаются в ряд: Cs, Rb, К, Na, Li. Соед. с графитом образуют также др. металлы-Ва, Sr, Zn, Cd и многие РЗЭ. В соед. с галогенами происходит перенос электронов из зоны проводимости графита к атомам галогена, в результате чего образуются положительно заряженные дырки. наиб. известны бромсодержащие графита соединения, напр. С8Вr. Синтезированы соед. с фтором состава CF0,676-CF0,998, C2F и C4F.

Получены графита соединения с кислородсодержащими к-тами, напр. C24HSO4- *H2SO4 (гидросульфат графита). H2SO4 внедряется в решетку графита в виде ионов HSO4 или молекул. Известны соед. с HF, напр. C+24HF-2 *2H2F2.

Весьма многочисленны соед. с галогенидами (напр., с А1С13, FeCl3, ZrCl4, UC14, МоС15, MoF6, BrF3, IC1), оксига-логенидами (СrО2С12, CrO2F2, UO2C12, XeOF2), оксидами и сульфидами металлов. Их часто наз. "молекулярными комплексами", т. к. они образуются при внедрении галогенидов в решетку графита в виде молекул. Из соед. с галогенидами металлов наиб. изучено соед. с FeCl3, в к-ром содержание хлорида может достигать 56%; при этом возможные для заполнения слои заняты только на 92%. В случае А1С13 соед. имеет ф-лу С+m[АlС14 + nАlС13], где соотношение m:(n+l) составляет 1:9, 1:18 или 1:36. Сульфид или хлорид металла с переменной валентностью при внедрении в графит приобретает более высокую степень окисления.

Свойства. Соед. с небольшим содержанием внедрившегося в-ва имеют черный цвет и по внеш. виду мало отличаются от исходного графита. По мере увеличения содержания их цвет меняется сначала на сине-голубой, затем на желто-оранжевый.

Наиб. интересное св-во графита соединений- высокая электрич. проводимость, приближающаяся к проводимости Си или Ag, a в ряде случаев даже превышающая ее в 2-5 раз. Макс. проводимость характерна для соед. с акцепторами электронов, напр. с IC1. Так, электрич. проводимость вдоль оси а: для С82IС11,08 0,9*10-3 Ом-1*m-1; для C16,3IC11,1, 2,8*10-3 Ом-1-1; для С33,0IС11,1 1,3*10-3 Ом-1-1. Эти зна-

чения в 70 раз превышают электрич. проводимость исходного пиролитич. графита и близки к проводимости Аи. С понижением т-ры электрич. проводимость графита соединений увеличивается. Соед. с К, Rb и Cs обладают сверхпроводящими св-вами.

Соед. со щелочными металлами не разлагаются при комнатной т-ре в инертной атмосфере; легко окисляются; взаи-мод. с Н2 и N2. При высоких т-рах металл может испаряться. Хим. способами полностью удалить металл из соед. не удается. При повыш. т-рах большинство графита соединений отличается высокой хим. активностью. При термич. или хим. разложении, к-рое может протекать весьма бурно, слоистая структура сохраняется без изменений. При гидролизе из этих соед. выделяется только Н2.

Особенность графита соединений с галогенами, нек-рыми галогенидами металлов и др.-способность удерживать часть внедрившихся атомов или молекул даже при высоких т-рах. Такие соед. наз. "остаточными", они устойчивы даже при нагревании в нейтральных средах и в вакууме до 1200-1500 °С; предполагают, что внедрившиеся атомы и молекулы закрепляются на дефектах кристаллической решетки графита.

Получение. Графита соединения образуются, как правило, при нагревании графита с внедряющимися в-вами, напр. с хлоридами металлов-при 230-280 °С, с щелочными металлами-при 300 °С и выше. С бромом графит реагирует при комнатной т-ре. В нек-рых случаях требуется "катализатор" (напр., С12), роль к-рого сводится к обмену электронами с реагентами в случае отсутствия такой способности (по отношению к графиту) у внедряющегося в-ва. Катализаторы входят в состав графита соединений. Так, при образовании соед. с А1С13 один атом С1 приходится на три молекулы хлорида, в случае InС13 или GdCl3-Ha шесть молекул хлорида.

Наиб. подробно изучено образование слоистых соединений с конц. H2SO4 в присут. окислителей-HNO3, CrO3, КМnО4 и др. Гидросульфат графита получают в виде достаточно крупных образцов в сравнительно больших масштабах, используя анодное окисление пиролитич. графита. Интенсивно изучается синтез слоистых графита соединений с галогенидами при давлениях до 10 МПа. В этом случае следует ожидать получения соед. с т. наз. невнедряющимися в графит галогенидами, напр. с SeCl4, PC15, AsCl3. Такие соединения м. б. основой новых неорг. материалов.

Применение. Пром. применение графита соединений очень быстро расширяется. Соединения с к-тами используют в хим. машиностроении в кач-ве антифрикционных материалов и химически стойких прокладок. На основе соединений с Li создаются батареи высокой емкости. Соединения с галогенами применяют в орг. синтезе в кач-ве мягких фторирующих и хлорирующих агентов, с фтором-как твердую смазку, материал катодов (в хим. источниках тока) и щеток для электродвигателей. Из смесей графита соединений с медью или алюминием изготавливают материалы, к-рые вследствие их малой плотности, высокой электрич. проводимости, сравнительной дешевизны применяют для изготовления проводов. Высокая электрич. проводимость графита соединений позволяет применять их вместо графита в кач-ве наполнителей пластмасс. Многие соед. являются катализаторами, в т.ч. полимеризации, изомеризации; соед. К, Rb и Cs катализируют конверсию ортоводорода в параводород. См. также Интеркалаты.


===
Исп. литература для статьи «ГРАФИТА СОЕДИНЕНИЯ»: Новиков Ю. Н., Вол ьпин М.Е., "Успехи химии", т. 40, № 9, 1971, с. 1568-92; Коллонг Р., Нестехиометрия, пер. с франц., М., 1974; Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник, под ред. В. П. Сосе-дова, М., 1975. В. Н. Костиков.

Страница «ГРАФИТА СОЕДИНЕНИЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн