Водород и графит уравнение реакции (8 видео)

При взаимодействии с водородом графен превращается в графан

Хотя графит известен как одно из самых инертных химических веществ, группе ученых из Англии, Голландии и России удалось добиться химической реакции единичного атомного слоя графита — графена — с водородом. В результате образуется совершенно новое вещество — графан, которое при очень низких температурах ведет себя как изолятор. Наблюдения с помощью просвечивающего электронного микроскопа показывают, что графан тоже обладает двумерной гексагональной кристаллической структурой, но с более коротким шагом решетки, чем у графена.

О плоском монослое атомов углерода, плотно упакованных в гексагональную кристаллическую решетку, или, проще говоря, графене, написано столько, что кажется, что чем-то новым никого уже не удивишь. Но, как оказалось, возможно. «Графенную экзотику» еще можно получить на стыке физики и химии. Если химическое взаимодействие структурного «родственника» графена, углеродной нанотрубки, с другими элементами изучено уже довольно хорошо, о химических реакциях с участием самого графена почти ничего не известно.

Группе ученых из Англии, России и Голландии путем гидрирования (взаимодействия с водородом) удалось превратить графен в новое вещество — графан. Об этом сообщается в статье Control of Graphene’s Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane, опубликованной в одном из последних выпусков журнала Science. Что интересно, в число авторов работы входят Эндрю Гейм и Костя Новосёлов — ученые, первыми получившие графен.

Впервые термин «графан» появился в 2006 году — в статье американских физиков-теоретиков Graphane: a two-dimensional hydrocarbon, опубликованной в архиве препринтов, а затем в журнале Physical Review B. В этой работе теоретически показано, что в результате взаимодействия графена с атомарным водородом может образоваться новое вещество с химической формулой CH — это вещество и было названо графаном. Кристаллическая структура графана, так же как и графена, — двумерная гексагональная. При этом атомы водорода присоединяются по обе стороны от плоскости атомов углерода. Кроме этого, авторы статьи дополнительно рассчитали зонную структуру нового материала, предсказали, что графан должен быть полупроводником, а также обсудили вероятные способы получения нового вещества и его возможное применение в электронике. И вот теперь настало время практической реализации предсказанного материала, а заодно и проверки расчетов теоретиков.

Как же был получен графан? Исходный материал — кристаллы графена — был приготовлен традиционным образом — микромеханическим отшелушиванием слоев графита, находящегося на подложке из оксида кремния (толщина подложки составляла 300 нм). В том, что получен именно единичный слой атомов углерода, исследователи убеждались оптическими методами и с помощью рамановской спектроскопии. Далее полученный графен отжигался при температуре 300°C в атмосфере аргона в течение 4 часов. (Эта процедура необходима для избавления кристаллов исходного материала от возможных примесей и загрязнений.) Затем образцы графена подвергались воздействию так называемой «direct-current» плазмы — смеси аргона и молекулярного водорода (доля Н₂ составляла 10%), находящейся при низком давлении — около 0,1 миллибара (1 миллибар = 100 Па). «Direct-current» плазма создавалась с помощью разряда между алюминиевыми электродами (отсюда ее название). Чтобы избежать возможного повреждения ионами, образующимися в плазме в результате облучения, графенные плоскости располагались на расстоянии 30 см от зоны разряда. После того как образцы два часа находились в плазме, и получался графан. На рис. 1 приведено сравнение кристаллической структуры графена (A) и графана (B).

Чтобы удостовериться в том, что получено действительно новое вещество, ученые повторили описанные выше манипуляции с графеном, но уже без 10-процентной примеси водорода в плазме, и с помощью рамановской спектроскопии убедились, что никаких трансформаций графена в другое вещество не происходило.

Проведенные резистивные измерения подтверждают теоретические предсказания полупроводниковых свойств графана. График на рис. 2 показывает температурную зависимость сопротивления нового материала (голубые квадраты). Как видим, с ростом температуры T сопротивление ρ уменьшается, как и у полупроводников. При переходе от температуры 300 К к температуре жидкого гелия (около 4 К) графан проявляет изолирующие свойства: его сопротивление вырастает на два порядка, а подвижность зарядов по сравнению с графеном падает более чем в 1000 раз. Собственно, зависимость ρ(T) хорошо приближается функцией , где T₀ — некоторая температура, равная приблизительно 250 К.

Любопытно, что реакция гидрирования графена является обратимой, и графан можно снова превратить в графен с помощью отжига при температуре 450°C в течение 24 часов. Свойства такого отожженного графена практически не изменяются: его сопротивление опять слабо зависит от температуры и подвижность зарядов возвращается почти на прежний уровень.

Источник: D. C. Elias, R. R. Nair, T. M. G. Mohiuddin, S. V. Morozov, P. Blake, M. P. Halsall, A. C. Ferrari, D. W. Boukhvalov, M. I. Katsnelson, A. K. Geim, K. S. Novoselov. Control of Graphene’s Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane // Science. 2009. V. 323. P. 610–613.

Видео:Водород/химические свойства водорода/8 классСкачать

Водород и графит уравнение реакции

Как выделять водород в домашних или промышленных условиях.

Мой метод не нова но об этом нет информации в интернете, есть выделения водорода с использованием графита, но мой метод использует древесину. Как знаете водород сгорая с кислородом выделяет тепло и электричество но при этом водород превращается в воду. То есть для обратного извлечения водорода из воды нужна электричество и тепло. Электричество есть а тепло мы получим из древесины, вот такой простой метод.

Подготовка исходных материалов для выделения водорода.

Подготовка воды для извлечение водорода.

выделения водорода используется высокое напряжение, примерно 43 вольт,

переменный 50 Гц. И чтобы энергия не расходовалась в пустую, нужна изолирующая

вода, не содержащая кислот и щелочей, наверняка подойдет дистиллированная вода,

но для дистилляции воды нужна энергия для кипячения, а это лишний расход. Так

как минеральная вода содержит примись она тоже не подходит. Есть самый дешевый

способ, это вода из льда, из озера. Тем более ледяная вода замершая медленно

соединяет молекулу к молекуле и становится чище чем дистиллированная вода.

Также для нашего выделения нужна холодная вода, так как она греется во время

выделения водорода. На счет воды можно использовать воду из чистого снега или

Подготовка древесного угля.

Для нашего выделения водорода нужен чистый углерод. Углерод

бывает разным, это зависит от его изотопа. Нам нужен углерод, который застыл в

тот момент, когда она вот-вот должна была соединится с кислородом. Подходят

любые деревья, хвойные или твердолиственные. Нужно собрать по больше дров и сжечь,

я советую для этих целей печь, и она должна быть с хорошим доступом кислорода.

Уголь которая появилась без кислорода не подходит, например активированный

уголь. Чем ее температура горения выше тем лучше. При высокой температуре из угля

сгорают смолы и выходит весь водород. После достижения кондиции высшего

температурного пика, ее нужно охладить, для ускорения охлаждения брызгать воду,

до полного остывания. Так мы сохраним больше углерода. Вот и готов наш

Выбор трансформатора для электричества.

Идеально подойдет любой маломощный электрический сварочный

аппарат, однофазный или трехфазный. Для дуговой сварки, но это скорее всего для

выделения в промышленных масштабах. Для простого выделения подойдет любой маломощный

трансформатор, например от старого черно-белого лампового телевизора, Перепаяв

мы получим напряжение примерно 43 вольт, 12 вольт как правило мало эффективен.

Вот и трансформатор подготовили.

Угле держатели или электроды.

Подойдет любой метал, если вы используете переменный ток,

иначе в постоянном токе может произойти коррозия металлов. Для универсального

применения подойдет нержавеющая сталь. Например подойдут простые вилки, как раз

к ним удобно крепить уголь. Или у кого как получится.

Тара для воды.

Подойдет любая тара, кроме железных иначе может произойти короткое

замыкание, это не удобно, подойдет эмалированный таз или пластиковый, любой

размер на ваше усмотрение, можно в чашке или даже в одноразовом стакане. И налить

в нее воду, вот и разобрались.

Сборник водорода.

Я для этого использую разные методы, можно в бутылке или

стакане перевернутом и наполненного водой, без воздуха, осторожно, вперемешку с

кислородом водород взрывоопасен, у меня один раз взорвалась, хлопок

оглушительный. Идеально на мой взгляд пакет прозрачный, ею просто покрываешь

воду чтобы собирать водород. Скорость выделения очень быстрая и выходит очень

много водорода. Я собирал водород в пакете, и привязывал нить, а она поднимался

вверх. Но в свете она меняется и падает. Из протия в дейтерий за тем в тритий,

это если на водород попадает свет. По этому будьте осторожны с хранением

водорода. Тритий радиоактивен, она пускает бета электроны минусовые.

Выделение водорода.

Все собираем на одно место и начинаем выделять наш первый атомарный

водород, атомарный она только 7 секунд. Для выделения водорода на электроды

крепим уголь и опускаем угли под воду. И начинаем замыкать угли под водой, при

искрении выходит водород собирается под сосуд или пакет. Следите за состоянием

трансформатора чтобы она не грелось. За один раз в пять минут можно выделить

литр водорода, у кого как, все зависит от угля и тока трансформатора. Вместо

угля можете использовать графит, для этого хватит и карандаша, ее стержень, или

щетки от АТС или Электра двигателя.

После выделения, вода используется.

Вода использованная при выделении водорода, можно

использовать повторно, или она хорошая удобрение так как это угольная кислота,

В малых дозах можно пить это не опасно но не вкусно, так вы очистите свои кишки

от тяжелых металлов. Угольная кислота связывает метал на карбонаты. Но это на

ваш страх и риск, я не советую, так как это может создать камень в почке.

Водород и какие из нее эксперименты.

Можно создать летательный аппарат, наполнив водородом пакеты

или латексные шарики. Водород можно набрать на шприцы и сжигать иголку, при

выдавливании выходит длинная плазма водорода, очень горячая. При состоянии дейтерия

или трития свет плазмы меняется, соответственно температура горения водорода.

Можно экспериментировать грибы, пуская водород под шляпу, так она должна стать съедобной,

например поганки. И ускорится рост гриба, все-таки атомарный водород и мембраны

гриба это из моего открытия о каменном угле и молнии которая создает водород.

Молния для обеспечения нас водородом, на небе она тритий, собрав ее можно

летать на другие планеты или создавать электростанции. Ведь тритий это источник

тепловых нейтронов. Скоро мир перестанет нуждаться в нефти и газе, атомной

энергетике, переходя на молнию и из нее водород за тем тритий. Также водород

можно пускать под почву, это даст растениям водородное питание через его корни,

ион водорода очень маленький но очень нежный элемент для роста растений.

Видео:Свойства и применение водорода. 8 класс.Скачать

Основные свойства и реакции графита

Реагенты	Т*,К	Результаты реакции
Кислород	>720	С0₂, СО
Водород	1200. 1300	метан (с катализатором)
Водород	>2300	ацетилен (следы)
Фтор	1200.. .2100	CF₄ (4-фтористый углерод)
Азот	до 3300	не взаимодействует
Пары воды	700	графитовая окись
50 % КОН	>700	разрушение графита
Металлы	> 1800	карбиды металлов
Оксиды металлов	>1800	оксиды металлов

*Т — температура.

В последние годы были созданы волоконные угольные сорбенты, а на их основе — специальные ткани, войлок и т. п. В ракетной технике благодаря применению сорбентов, принятию других мер, удалось создать «чистую» атмосферу, свободную от паров компонентов топлива и газоотделений неметаллических материалов в отсеках ракет и транспортно-пусковых контейнерах. В связи с повышением рабочих температур в ракетной и ядерной технике, энергетике, металлургии особое значение приобрели карбиды многих тугоплавких металлов. Этому будет посвящена отдельная глава.

Из табл. 17 видно, что углерод реагирует с металлами и неметаллами, т. е. обладает амфотерными свойствами. Это обусловлено наличием 4-х электронов на внешней оболочке на подуровнях 2s 2 и 2р 2 .

Некоторые авторы склонны отнести графит к полуметаллам(Ш, As, Sb, Те и др.), которые близки по свойствам к обычным металлам, но обладают в 10 2 . 10 5 раз меньшей электропроводностью, сильно зависящей от воздействия электрических и магнитных полей (термоэлектричество, термомагнитное охлаждение). Графит же обладает металлической электропроводностью и теплопроводностью.

Дата добавления: 2015-07-10 ; просмотров: 2615 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ