Carbon - acest ... atomi de carbon. Greutate de carbon

Unul dintre elementele cele mai surprinzătoare, care este capabil să formeze o mare varietate de compuși de natură organică și anorganică, este carbon. Este atât de neobișnuit proprietăți ale unui element care încă Mendeleev a prezis un mare viitor, să nu mai vorbim de caracteristicile dezvăluite încă.

Mai târziu a fost confirmat în practică. A devenit cunoscut faptul că el - elementul șef biogene al planetei noastre, care face parte din absolut toate ființele. În plus, pot exista în forme care diferă radical în toate privințele, ci numai constau din atomi de carbon.

În general, mai ales în această structură sunt multe, este cu ei și va încerca să se uite la articol.

Carbon: formula și poziția în sistemul de celule

Sistemul periodic al elementelor carbon situat în IV (conform noului eșantion 14) grupa, principalele subgrupe. numărul său de serie 6, și greutatea atomică a 12.011. Marcarea elementului semn C indică numele său în limba latină - carboneum. Există mai multe forme diferite, în care există de carbon. Formula este atât de diferit și depinde de modificările specifice.

Cu toate acestea, pentru a scrie ecuațiile de reacție reprezintă specific, desigur. În general, atunci când este vorba de o substanță în formă pură, luată carbon formula moleculară C, fără indexare.

Istoria descoperirii elementului

Prin ea însăși, acest element a fost cunoscut din cele mai vechi timpuri. La urma urmei, unul dintre cele mai importante minerale în natură - este cărbunele. Prin urmare, pentru vechii greci, romani și alte popoare secrete el nu a fost.

În plus față de această specie, de asemenea, utilizat diamant și grafit. Cu ultima pentru o lungă perioadă de timp a avut o mulțime de situații complicate, ca de multe ori fără a analiza compoziția compușilor de grafit luate, cum ar fi:

• plumb de argint;
• carbură de fier;
• sulfură de molibden.

Toate acestea au fost vopsite negru și așa au fost considerate grafit. Mai târziu, această neînțelegere a fost clarificată, iar această formă de carbon a devenit ea însăși.

Deoarece 1725 o valoare comercială mare de a achiziționa diamante, iar în 1970, stăpânit tehnologia pentru producerea acestora în mod artificial. Deoarece 1779, datorită activității Karla Sheele, au examinat proprietățile chimice, care arată carbon. Acesta a fost începutul unei serii de descoperiri importante în domeniul elementului, și a devenit baza pentru clarificarea tuturor caracteristicilor sale unice.

Izotopii carbonului în natură și distribuție

În ciuda faptului că elementul în cauză - un nutrient esențial, conținutul total este de 0,15% în greutate crusta. Acest lucru se întâmplă prin faptul că acesta este supus circulației continue, circulație naturală în natură.

In general, mai mulți compuși pot fi menționați de natură minerală, în care compoziția include carbon. Acestea sunt roci naturale, cum ar fi:

• dolomitele și calcarele;
• antracit;
• ulei de șist;
• gaze naturale;
• cărbune;
• ulei;
• lignit ;
• turbă;
• bitum.

În plus, nu ar trebui să uităm despre lucrurile vii, care sunt pur și simplu un depozit de compuși de carbon. La urma urmei, acestea sunt formate din proteine, grăsimi, carbohidrați, acizi nucleici, și, astfel, molecula structural cea mai vitală. În general, conversia masei musculare de 70 kg, 15 cade pe un element pur. Și astfel încât toată lumea, să nu mai vorbim de animale, plante și alte creaturi.

Dacă luăm în considerare compoziția aerului și a apei, adică, hidrosfera și atmosfera ca întreg, este prezent un amestec de carbon-oxigen, exprimată prin formula CO _2. Dioxid sau dioxid de carbon - unul dintre gazele cheie, constituenții de aer. În această formă fracțiunea de masă a carbonului de 0,046%. Mai dizolvat dioxid de carbon în apele oceanelor.

Masa atomică a carbonului ca element este 12.011. Este cunoscut faptul că această valoare este calculată ca media aritmetică între greutățile atomice ale tuturor apar în mod natural soiuri de izotopi, având în vedere prevalența acestora (ca procent). Deci, este în substanța în cauză. Există trei izotop principal, care este sub formă de carbon. Acestea sunt:

• ¹² C - fracția de masă în marea majoritate a 98.93%;
• ¹³ C - 1,07%;
• ¹⁴ C - un radioactiv timp de înjumătățire de 5700 ani, un echilibru stabil emițător de particule beta.

În practica determinării exemplarelor în vârstă de geochronological frecvent utilizate radioactiv izotop ¹⁴ C, care este un indicator, din cauza perioadei lungi de degradare.

modificarea alotropică a elementului

Carbon - este un element care este sub formă de substanță simplă există în mai multe forme. Adică, este capabil de a forma cea mai mare cunoscută până în prezent numărul de modificări alotropice.

1. variație Crystal - exista sub forma unei structuri solide, cu un grilaj de tip obișnuit atomic. Acest grup include soiuri, cum ar fi:

• diamante;
• fulerene;
• Grafit;
• carabine;
• lonsdaleite;
• fibre de carbon și tubul.

Toate aceste diferite structuri cu zăbrele cristaline, în care nodurile - atom de carbon. Prin urmare, un proprietăți complet unice, nu similare, atât fizice și chimice.

2. Formele amorfe - forme de atomi de carbon în structura anumitor compuși naturali. Asta este, nu este soiuri pure, și cu impurități de alte elemente în cantități mici. Acest grup include:

• carbon activat;
• piatră și lemn;
• negru;
• Nanofoam de carbon;
• antracit;
• sticlos;
• Material de puritate tehnică.

Ele combină, de asemenea, caracteristici ale structurii rețelei cristaline a explica și proprietățile expuse.

3. Compuși de carbon sub formă de clustere. O astfel de structură, în care atomii sunt închise într-o conformație specială în interiorul gol, este umplut cu apă sau nuclee de alte elemente. exemple:

• nanocone carbon;
• astralenes;
• Dicarbon.

Proprietățile fizice ale carbonului amorf

Datorită varietății largi de modificări alotropice pentru alocarea unor proprietăți fizice generale ale carbonului este dificil. Este mai ușor să vorbim despre o formă specifică. De exemplu, carbonul amorf are următoarele caracteristici.

1. În centrul tuturor formelor - soiuri de grafit fin granulată.
2. Capacitate mare de căldură.
3. Proprietăți bune de conductor.
4. Densitatea de carbon de aproximativ 2 g / ^cm3.
5. Când este încălzit peste 1600 C ⁰ tranziție are loc în forme de grafit.

Calamină, cărbune și piatră soiuri sunt utilizate pe scară largă în scopuri industriale. Ele nu sunt o manifestare de modificare a carbonului în formă pură, dar conține o cantitate foarte mare.

carbon cristalin

Există mai multe modalități în care un atom de carbon - substanță care formează cristale regulate de diferite tipuri, în care atomii sunt conectate secvențial. Ca rezultat al formării următoarele modificări.

1. Diamond. Structura - cubic, care sunt conectate la patru tetraedre. Ca rezultat, legături chimice covalente fiecare atom de saturație maximă și puternic. Acest lucru explică proprietățile fizice ale densității carbonului 3300 kg / ^m3. duritate mare, căldură specifică redusă, absența conductivitate electrică - toate acestea este un rezultat al structurii rețelei cristalului. Există diamante produse punct de vedere tehnic. Formată la tranziția grafitului în următoarea modificare sub influența temperaturii ridicate și o anumită presiune. In general, temperatura de topire de diamant este la fel de mare ca puterea - aproximativ 3500 ⁰ C.
2. Grafit. Atomii sunt dispuse ca structura substanțelor anterioare, dar saturație are loc doar trei link-uri, iar al patrulea devine mai lung și mai puțin durabil, se conecteaza „straturi“ inele cu zăbrele hexagonale. Rezultatul este ca grafitul - moale, gras la materialul tactil în negru. Are o bună conductivitate electrică și are o temperatură de topire ridicată - 3525 ⁰ C. sublimabil - sublimate din solid în stare gazoasă, ocolind lichidul (la temperatura de 3700 ⁰ C). Densitate de carbon - 2,26 g / ^cm3, care este mult mai mică decât cea din diamant. Aceasta explică proprietățile lor diferite. Din cauza structurii stratificate a rețelei cristaline este posibilă utilizarea de grafit pentru fabricarea de mânere sunt creioane simple. Atunci când efectuează fulgi exfoliate de hârtie și se lasă o urmă pe hârtie în negru.
3. Fullerene. Acesta a fost deschis abia în anii '80 ai secolului trecut. Ele reprezintă o modificare, în care atomii de carbon sunt interconectate într-o structură convexă închisă specială având un centru gol la interior. Și forma de cristal - un poliedru, organizarea corectă. Numărul de atomi este chiar. Cea mai cunoscută formă de fullerene C _60. Probele de acest material au fost gasite in studiile:

• meteoriți;
• sedimente;
• folguritov;
• Sunghit;
• spațiu unde gazul conținut în forma.

Toate soiurile de carbon cristaline sunt de o importanță practică, deoarece ele au o serie de proprietăți utile în domeniu.

reactivitate

carbon molecular are o reactivitate scăzută datorită configurației sale stabile. A face posibil să reacționeze numai informarea atom de energie suplimentară și forțând electronii la nivel exterior la abur. În acest moment devine egal cu valența 4. Prin urmare, are în compușii starea de oxidare + 2, + 4, - 4.

Aproape toate reacțiile cu substanțe simple, cum ar fi metale și nemetale, apar sub influența temperaturilor ridicate. Element vizualizat poate fi atât agent de oxidare și un agent reducător. Cu toate acestea, acesta din urmă a avut proprietățile exprimate puternic în special, pe baza acestei aplicații în industriile metalurgice și altele.

În general, capacitatea de a intra în interacțiune chimică depinde de trei factori:

• dispersie de carbon;
• modificarea alotropic;
• Temperatura de reacție.

Astfel, în unele cazuri, acesta interacționează cu următoarele substanțe:

• nemetale (hidrogen, oxigen);
• metale (aluminiu, fier, calciu, etc.);
• oxizi metalici și sărurile lor.

Cu acizi și baze nu reacționează cu halogeni este foarte rar. Cele mai importante proprietăți ale carbonului - abilitatea de a forma lanțuri lungi cu altele. Ele pot fi închise într-o ramificare formă de buclă. Deoarece formarea de compuși organici, care numărul de astăzi în milioane. Baza acestor două elemente de compuși - carbon, hidrogen. De asemenea, structura poate include și alți atomi de oxigen, azot, sulf, halogeni, fosfor și alte metale.

Compuși de bază și caracterizarea acestora

Există mai mulți compuși diferiți într-o compoziție care include carbon. Formula cea mai cunoscuta dintre acestea - CO ₂ - dioxid de carbon. Cu toate acestea, în oxid plus, există CO - monoxid de monoxid de carbon și nedooksid C ₃ O _2.

Printre sărurile, care includ elementul activ, cele mai frecvente sunt calciu și magneziu carbonații. Astfel, carbonatul de calciu are un număr de sinonime în titlu, așa cum se găsește în natură în forma:

• cretă;
• marmură;
• calcar;
• dolomită.

Importanța carbonați de metal alcalino-pământos manifestată în faptul că ei sunt participanți activi în procesele de formare a stalactite și stalagmite și a apelor subterane.

Bioxid de carbon - un alt compus care formează un carbon. Formula sa - _H2 CO _3. Cu toate acestea, în forma convențională, este extrem de instabil și imediat în soluția se descompune în dioxid de carbon și apă. Prin urmare, cunoscut numai săruri ale acestora, dar nu este în sine, ca o soluție.

halogenuri de carbon - sunt obținute în principal prin mijloace indirecte, ca sinteze directe sunt numai la temperaturi foarte ridicate și randament scăzut. Una dintre cele mai comune - CCL ₄ - tetraclorură de carbon. Un compus toxic care poate provoca intoxicații prin inhalare. S-a obținut prin reacții fotochimice radicale de substituție a atomilor de hidrogen din metan.

carburi metalice - compuse de carbon, în care are o stare de oxidare 4. De asemenea posibilă existența asociațiilor cu bor și siliciu. Proprietatea principală a unor carburi metalice (aluminiu, wolfram, titan, niobiu, tantal, hafniu) - o rezistență ridicată și conductivitatea electrică excelentă. Carbura de bor B ₄ C - unul dintre solid după diamant (9.5 Mohs). Acești compuși sunt utilizați în domeniu, iar industria chimică ca surse de hidrocarburi (carburii de calciu cu apă conduce la formarea de acetilenă și hidroxid de calciu).

Multe aliaje metalice fabricate folosind cărbune semnificativ, creșterea calității și a specificațiilor acestora (oțel - un aliaj de fier și de carbon).

atenție numeroase compus carbon organic individual, în care - un element fundamental care poate fi conectat cu aceiași atomi în lanțurile lungi de structuri diferite. Printre acestea se numără:

• alcani;
• alchene;
• arena;
• proteine;
• carbohidrați;
• acizi nucleici;
• alcooli;
• carboxilic și multe alte clase de substanțe.

Utilizarea carbonului

Înțeles compuși de carbon și a modificărilor sale alotropice ale vieții umane este foarte mare. Puteți apela unele dintre industriile cele mai globale, în mod clar că acest lucru este adevărat.

1. Acest element face toate tipurile de combustibili fosili din care o persoană primește energie.
2. Industria metalurgică folosește carbon ca un puternic agent reducător pentru producerea metalelor din compușii lor. Sunt utilizate pe scară largă ca carbonați.
3. Construcția și industria chimică consumă o cantitate mare de compuși de carbon în sinteza de noi substanțe și pentru a obține produsele cerute.

De asemenea, includ astfel de sectoare ale economiei, cum ar fi:

• industria nucleară;
• luare de bijuterii;
• echipament (ungere, creuzete de înaltă temperatură, creioane, etc.);
• determinarea vârstei geologice a rocilor - trasor radioactiv ¹⁴ C;
• carbon - adsorbant minunat care poate fi utilizat pentru fabricarea de filtru.

Ciclul în natură

Masa carbonul prezent în natură, este inclusă într-un ciclu constant, care se efectuează în mod ciclic în fiecare secundă din întreaga lume. Astfel, sursa de carbon din atmosferă - CO ₂ este absorbit de plante și toate celelalte ființe vii este eliberată în timpul respirației. Odată ajuns în atmosferă, acesta este din nou absorbit, și astfel ciclul continuă. Astfel extincție reziduurile organice rezultate din eliberarea carbonului și acumularea acestuia în sol, unde a fost apoi din nou absorbit de organismele vii și evacuate în atmosferă ca un gaz.