Въглеродът е ... Въглероден атом. Въглеродна маса

Един от най-невероятните елементи, които могат да образуват огромен брой разнообразни съединения от органична и неорганична природа, е въглеродът. Това е елемент толкова необичаен в неговите свойства, че Менделеев предсказал голямо бъдеще за него, говорейки за функциите, които все още не са разкрити.

По-късно тя бе потвърдена на практика. Стана известно, че той е основният биогенен елемент на нашата планета, която е част от абсолютно всички живи същества. В допълнение, тя е в състояние да съществува в такива форми, които радикално се различават във всички параметри, но в същото време се състоят само от въглеродни атоми.

Като цяло характеристиките на тази структура са много, тя е с тях и ние ще се опитаме да разберем хода на статията.

Въглерод: формулата и позицията в системата от елементи

В периодичната система въглеродният елемент се намира в IV (според новата извадка в 14) групата, основната подгрупа. Номерът му е 6, а атомното му тегло е 12.011. Обозначението на елемента със знака "С" показва името му на латински - "карбелон". Има няколко различни форми, в които съществува въглерод. Формулата му следователно варира и зависи от конкретната модификация.

Все пак, за да напишем реакционните уравнения, обозначението е специфично, разбира се, има. Като цяло, когато говорим за материята в нейната чиста форма, молекулната формула на въглерода С се приема без индексиране.

История на откриването на елемента

Самият той е известен още от древността. В крайна сметка един от най-важните минерали в природата е въглищата. Следователно, за древните гърци, римляните и други националности, той не е бил тайна.

В допълнение към този сорт се използват и диаманти и графит. С последното от дълго време имаше много объркващи ситуации, тъй като често без анализ на състава за графит, такива съединения като:

• сребърно олово;
• железен карбид;
• сулфид на молибден.

Всички те са боядисани в черно и поради това се смятат за графит. По-късно това обяснение се обяснява и тази форма на въглерод се превръща в себе си.

От 1725 г. диамантите са придобили огромно търговско значение, а през 1970 г. е усвоена технологията за тяхното получаване чрез изкуствени средства. От 1779 г., благодарение на произведенията на Карл Шеле, се изследват химичните свойства, които показват въглерод. Това беше началото на редица важни открития в областта на този елемент и стана основа за изясняване на всичките му уникални черти.

Въглеродни изотопи и размножаване в природата

Въпреки факта, че разглежданият елемент е един от най-важните хранителни вещества, общото му съдържание в масата на земната кора е 0.15%. Това се дължи на факта, че той претърпява непрекъснато движение, естествен цикъл в природата.

Като цяло има няколко съединения с минерален характер, които включват въглерод. Това са такива естествени породи като:

• доломити и варовици;
• антрацит;
• нефтени шисти;
• природен газ;
• черни въглища;
• масло;
• кафяви въглища;
• торф;
• битум.

Освен това не бива да забравяме и за живите същества, които са просто склад за въглеродни съединения. В крайна сметка се образуват протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини, което означава най-важните структурни молекули. По принцип е необходим чист елемент за преизчисляване на сухото телесно тегло от 70 kg 15. И така, всеки човек, да не говорим за животни, растения и други същества.

Ако вземем предвид въздушен състав и вода, т.е. хидросферата като цяло и атмосферата, тогава има смес от въглерод-кислород, изразена чрез формулата СО₂. Диоксид или въглероден диоксид е един от основните газове, които образуват въздух. В тази форма масата на въглерода е 0,046%. Още по-разтворен въглероден диоксид във водите на Световния океан.

Атомната маса на въглерода като елемент е 12,011. Известно е, че тази стойност се изчислява като средно аритметично между атомни тегла на всички естествено срещащи сортове изотопи, предвид разпространението им (като процент). Такъв е случаят с разглежданото вещество. Има три основни изотопа, под формата на които има въглерод. Това са:

• ¹²С - масовата му фракция в преобладаващото мнозинство е 98,93%;
• ¹³С = 1.07%;
• ¹⁴C - радиоактивен, полуживот от 5700 години, стабилен бета-емитер.

В практиката за определяне на геохронологичната възраст на пробите, радиоактивен изотоп ¹⁴C, което е показател поради дългия период на гниене.

Алотропни модификации на елемента

Въглеродът е елемент, който съществува в няколко форми под формата на проста субстанция. Това означава, че той е способен да образува най-големия от известния понастоящем брой алотропни модификации.

1. Кристални вариации - съществуват под формата на силни структури с обикновени решетки от атомен тип. Тази група включва такива сортове като:

• диаманти;
• фулерени;
• графити;
• карабини;
• lonsdaleite;
• въглеродни влакна и тръби.

Всички те се различават по структурата на кристалната решетка, при възли на които - въглеродният атом. Оттук и напълно уникалните, а не сходни свойства, както физически, така и химически.

2. Аморфни форми - те образуват въглероден атом, който е част от някои естествени съединения. Това означава, че те не са чисти сортове, а с примеси на други елементи в малка сума. Тази група включва:

• активен въглен;
• камък и дърво;
• черно;
• въглероден нанофилм;
• антрацит;
• стъклен въглерод;
• технически вид вещество.

Те са и комбинирани елементи на структурата на кристалната решетка, обясняващи и проявяващи свойства.

3. Въглеродни съединения под формата на клъстери. Такава структура, в която атомите са затворени в специална кухина от вътрешната страна на конформацията, напълнени с вода или ядрата на други елементи. примери:

• въглеродни нанокони;
• astralenes;
• въглероден диоксид.

Физични свойства на аморфен въглерод

Поради голямото разнообразие от алотропни модификации е трудно да се установят някои общи физични свойства на въглерода. По-лесно е да се говори за конкретна форма. Така например, аморфният въглерод има следните характеристики.

1. В основата на всички форми са фино кристални сортове графит.
2. Голяма топлинна мощност.
3. Добри свойства на проводника.
4. Плътността на въглерода е около 2 g / cm³.
5. При нагряване над 1600 ⁰C има преход към графитни форми.

сажди, въглен и каменни сортове са широко използвани за технически цели. Те не са проявление на въглеродна модификация в чиста форма, но я съдържат в много голяма степен.

Кристален въглерод

Има няколко варианта, при които въглеродът е вещество, което образува обикновени кристали от различни типове, където атомите са свързани последователно. В резултат на това се появяват следните модификации.

1. Диамант. Структурата е кубична, в която са свързани четири четиреда. В резултат на това всички ковалентни химични връзки на всеки атом са възможно най-наситени и трайни. Това обяснява физическите свойства: плътността на въглерода е 3300 кг / м³. Висока твърдост, ниска топлинна мощност, липса на електрическа проводимост - всичко това е резултат от структурата на кристалната решетка. Има технически получени диаманти. Създаден по време на прехода на графита към следващата модификация под влияние на висока температура и определено налягане. Като цяло, точката на топене на диаманта е толкова висока, колкото силата - около 3500 ⁰S.
2. Графит. Атомите са подредени като структурата на предишните вещества, но насищане настъпва само три връзки, а четвъртият става по-дълго и по-малко издръжлив, той свързва "слоеве" шестоъгълни решетъчни пръстени. В резултат на това се оказва, че графитът е мека, мазна до пипала субстанция от черен цвят. Има добра електрическа проводимост и има висока точка на топене - 3525 ⁰В. Възможност за сублимация - сублимация от твърдо до газово състояние, заобикаляща течност (при 3700 ° C ⁰C). Плътността на въглерода е 2.26 g / cm³ което е много по-ниско от това на диаманта. Това обяснява техните различни свойства. Поради ламинираната структура на кристалната решетка е възможно да се използва графит за производството на оловни моливи. Когато се извършва на хартия, люспите се ексфолират и оставят следи от черно върху хартията.
3. Фулерени. Те са открити едва през 80-те години на миналия век. Те са модификации, в които въглеродните съединения са свързани заедно в специална изпъкнала затворена структура, която има празно пространство в центъра. И формата на кристала е многоъгълник, правилната организация. Броят на атомите е равен. Най-известната форма на фулерея С₆₀. Проби от подобно вещество са открити в изследванията:

• метеорити;
• долни утайки;
• на фолигурите;
• shungites;
• пространство, където те се съдържат под формата на газове.

Всички сортове кристален въглерод са от голямо практическо значение, тъй като притежават редица полезни свойства в инженерните свойства.

Химическа активност

Молекулния въглерод показва ниска химична активност поради стабилната му конфигурация. Да го принудим да се присъедини към реакцията може да бъде само чрез информиране на атома за допълнителна енергия и принуждавайки електроните на външното ниво да изпарят. В този момент валентността става 4. Поради това в съединенията има степен на окисление +2, + 4, -4.

Почти всички реакции с прости вещества, както метали, така и неметали, се срещат под въздействието на високите температури. Въпросният елемент може да бъде както окислител, така и редуциращ агент. Обаче последните свойства се изразяват особено силно в него, на това основание се основава приложението му в металургичните и други индустрии.

Като цяло способността за влизане в химично взаимодействие зависи от три фактора:

• дисперсността на въглерода;
• алотропна модификация;
• реакционна температура.

Така в редица случаи има взаимодействие със следните вещества:

• неметални (водород, кислород);
• метали (алуминий, желязо, калций и др.);
• метални оксиди и техните соли.

С киселини и алкали не реагира, с много редки халогени. Най-важното от свойствата на въглерода е способността да се образуват дълги вериги между тях. Те могат да се затворят в цикъл, да формират разклонения. Така че има образуването на органични съединения, които днес се броят в милионите. Основата на тези съединения са два елемента - въглерод, водород. В състава могат да бъдат включени и други атоми: кислород, азот, сяра, халогени, фосфор, метали и други.

Основни връзки и техните характеристики

Има много различни съединения, които включват въглерод. Формулата на най-известната от тях е CO₂ - въглероден диоксид. Обаче в допълнение към този оксид също има CO - моноксид или въглероден монооксид, както и С₃ох₂.

Сред солите, съдържащи този елемент, най-честите са калциевите и магнезиевите карбонати. Така, калциевият карбонат има няколко синоними в името, тъй като в природата се среща във формата:

• тебешир;
• мрамор;
• варовик;
• доломит.

Важна роля на карбонатите на алкалоземните метали се проявява във факта, че те са активни участници в процесите на формиране на сталактити и сталагмити, както и подземни води.

Карбоновата киселина е друго съединение, което образува въглерод. Формулата му е H₂CO₃. Въпреки това, в обикновената си форма, той е изключително нестабилен и веднага в разтвор се разлага на въглероден диоксид и вода. Следователно само солите са известни, а не сами по себе си, като решение.

Въглеродните халогениди се получават главно непряко, тъй като директните синтези се получават само при много високи температури и с нисък добив на продукта. Един от най-често срещаните - CCL₄ - въглероден тетрахлорид. Отровно съединение, което при вдишване може да причини отравяне. Получават се чрез радикални фотохимични заместващи реакции водородни атоми в метан.

Металните карбиди са въглеродни съединения, в които има окислително състояние 4. Също така е възможно съществуването на асоциации с бор и силиций. Основното свойство на карбидите на някои метали (алуминий, волфрам, титан, ниобий, тантал, хафний) е с висока якост и отлична електрическа проводимост. Борен карбид В₄C е едно от най-трудните вещества след диаманта (9.5 от Mohs). Тези съединения се използват в машиностроенето, както и в химическата промишленост като източници на производство на въглеводороди (калциев карбид с вода води до образуването на ацетилен и калциев хидроксид).

Много метални сплави се изработват с въглерод, като по този начин значително се увеличават техните качествени и технически характеристики (стомана - сплав от желязо с въглерод).

Отделно внимание заслужава множество органични съединения на въглерода, в които той е основен елемент, способен да се свързва със същите атоми в дълги вериги от различни структури. Те включват:

• алкани;
• алкени;
• арена;
• протеини;
• въглехидрати;
• нуклеинови киселини;
• алкохоли;
• карбоксилни киселини и много други класове вещества.

Използването на въглерод

Значимостта на въглеродните съединения и техните алотропни модификации в човешкия живот е много висока. Можете да назовете няколко от най-глобалните индустрии, за да станете ясно, че това наистина е така.

1. Този елемент формира всички видове органично гориво, от което човек получава енергия.
2. Металургичната промишленост използва въглерод като най-силен редуциращ агент за производство на метали от техните съединения. Тук се използват широко карбонати.
3. Строителството и химическата промишленост консумират огромно количество въглеродни съединения, за да синтезират нови вещества и да получат необходимите продукти.

Можете също така да посочите такива клонове на икономиката като:

• ядрена промишленост;
• бижута;
• техническо оборудване (смазочни материали, топлоустойчиви тигли, моливи и др.);
• определяне на геоложката възраст на скалите - радиоактивен индикатор ¹⁴С;
• въглеродът е отличен адсорбент, който позволява използването му за филтриране.

Циклирайте в природата

Масата на въглерода в природата е включена в постоянния цикъл, който циклично се провежда всяка секунда по целия свят. По този начин източникът на атмосферния въглерод е СО₂, Той се абсорбира от растенията и се освобождава от всички живи същества в процеса на дишане. Влизайки в атмосферата, отново се абсорбира и цикълът не спира. В този случай утаяването на органичните остатъци води до отделянето на въглерод и натрупването му в земята, откъдето то отново се абсорбира от живите организми и се отделя в атмосферата под формата на газ.