43. Поясните, что означает аллотропия веществ? Чем характеризуется такая форма структур, как углеродные нанотрубки? Какими необычными физическими свойствами обладают нанотрубки?

Аллотропия (от др.-греч. αλλος — «другой», τροπος — «свойство») — существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам: так называемых аллотропических модификаций или аллотропических форм. Другими словами, аллотропия - существование химических элементов в двух или более молекулярных либо кристаллических формах.

Углеродные нанотрубки — это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей. Нанотрубка заканчивается обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена. Идеальная нанотрубка представляет собой свёрнутую в цилиндр графитовую плоскость, то есть поверхность, выложенную правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода.

Физические свойства нанотрубки: 1) Несмотря на кажущуюся хрупкость и даже ажурность, нанотрубки оказались на редкость прочным материалом, как на растяжение, так и на изгиб; 2) Многослойная углеродная нанотрубка является великолепным цилиндрическим подшипником. Если внутреннюю часть оставить неподвижной, а внешнюю заставить вращаться, можно получить почти идеальный подшипник скольжения, где поверхность скольжения атомно-гладкая, а силы взаимодействия между поверхностями очень слабые (силы Ван-дер-Ваальса); 3) Совсем необычны электронные свойства нанотрубок с точки зрения электропроводности. С одной стороны, есть трубки с хорошей электронной проводимостью, превышающей таковую для признанных проводников (Cu, Ag), с другой стороны, большинство трубок — это полупроводники с шириной запрещённой зоны от 0.1 до 2 эВ; 4) Ещё одно достоинство нанотрубок связано с холодной эмиссией электронов, которая возникает при приложении вдоль оси трубки электрического поля; 5) Углерод в форме нанотрубок он приобретает необычные магнитные свойства; 6) нанотрубки имеют аномально высокую удельную поверхность, поскольку вся масса углерода сосредоточена в поверхностном слое.

43. Поясните, что означает аллотропия веществ? Какие виды аллотропных форм углерода Вам известны? Чем характеризуется такая форма, как графен? Какими свойствами обладает графен, которых нет ни у одного материала? Для каких целей его можно использовать?

Аллотропия (от др.-греч. αλλος — «другой», τροπος — «свойство») — существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам: так называемых аллотропических модификаций или аллотропических форм. Другими словами, аллотропия - существование химических элементов в двух или более молекулярных либо кристаллических формах.

Углерод существует в двух четко различающихся кристаллических аллотропных формах: в виде алмаза и графита.

Графен (от англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединенных посредством sp² связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Сверхтонкий и крайне прочный материал, представляющий собой углеродную пленку толщиной в один атом.

У графена оказались свойства, которых нет ни у одного материала: 1) Графеновый сорбент химически инертен, электропроводен, гидрофобен (краевой угол смачивания более 90 градусов), устойчив к агрессивным средам, экологически чист; 2) Графен очень прочен и гибок, так как его структура «соткана» из прочных сигма – связей sp² -гибридных электронных орбиталей и имеет очень мало дефектов; 3) Графен не пропускает газы, даже гелий; 4) Высокая подвижность носителей заряда в графене делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях современной электроники.

Его можно использовать для изготовления электродов в ионисторах (суперконденсаторах), которые применяются в качестве перезаряжаемых источников тока. В качестве детектора летучих органических веществ и очень чувствительного сенсора (датчика) для обнаружения отдельных молекул химических веществ, например, NH₃, CO, H₂O, NO₂.