Opsummering af lektionen "kulstofatomets struktur. Kulstofatomets valenstilstande"

Kulstof er måske det vigtigste og mest fantastiske kemiske grundstof på Jorden, fordi der med dets hjælp dannes en kolossal mængde af forskellige forbindelser, både uorganiske og organiske. Kulstof er grundlaget for alle levende væsener; vi kan sige, at kulstof sammen med vand og ilt er grundlaget for liv på vores planet! Kulstof har en række forskellige former, der ikke ligner hinanden hverken i deres fysisk-kemiske egenskaber eller i udseende. Men det hele er kulstof!

Historien om opdagelsen af ​​kulstof

Kulstof har været kendt af menneskeheden siden oldtiden. Grafit og kul blev brugt af de gamle grækere, og diamanter fandt anvendelse i Indien. Sandt nok blev forbindelser, der ligner udseende, ofte forvekslet med grafit. Imidlertid havde grafit udbredt brug i oldtiden, især til skrivning. Selv dens navn kommer fra det græske ord "grapho" - "jeg skriver". Grafit bruges nu i blyanter. Diamanter begyndte at blive handlet for første gang i Brasilien i første halvdel af det 18. århundrede, siden dengang er mange forekomster blevet opdaget, og i 1970 blev teknologien til kunstig fremstilling af diamanter udviklet. Sådanne kunstige diamanter bruges i industrien, mens naturlige diamanter til gengæld bruges i smykker.

Kulstof i naturen

Den væsentligste mængde kulstof opsamles i atmosfæren og hydrosfæren i form af kuldioxid. Atmosfæren indeholder omkring 0,046 % kulstof, og endnu mere er opløst i Verdenshavet.

Derudover, som vi så ovenfor, er kulstof grundlaget for levende organismer. For eksempel indeholder en menneskekrop på 70 kg omkring 13 kg kulstof! Det er kun i én person! Og kulstof findes også i alle planter og dyr. Så overvej...

Kulstofkredsløb i naturen

Allotropiske modifikationer af kulstof

Kulstof er et unikt kemisk grundstof, der danner såkaldte allotropiske modifikationer, eller mere enkelt forskellige former. Disse modifikationer er opdelt i krystallinske, amorfe og i form af klynger.

Krystalmodifikationer har et regulært krystalgitter. Denne gruppe omfatter: diamant, fullerit, grafit, lonsdaleite, kulfibre og rør. Langt de fleste krystallinske modifikationer af kulstof er på førstepladsen i ranglisten "De hårdeste materialer i verden."

Amorfe former dannes af kulstof med små blandinger af andre kemiske elementer. De vigtigste repræsentanter for denne gruppe: kul (sten, træ, aktiveret), sod, antracit.

De mest komplekse og højteknologiske forbindelser er kulstofforbindelser i form af klynger. Klynger er en særlig struktur, hvor kulstofatomer er arrangeret på en sådan måde, at de danner en hul form, som er fyldt indefra med atomer af andre grundstoffer, for eksempel vand. Der er ikke mange repræsentanter i denne gruppe; den omfatter kulstofnanokegler, astralener og dicarbon.

Anvendelse af kulstof

Kulstof og dets forbindelser er af stor betydning for menneskers liv. De vigtigste typer brændstof på Jorden - naturgas og olie - er dannet af kulstof. Kulstofforbindelser er meget udbredt i den kemiske og metallurgiske industri, byggeri, maskinteknik og medicin. Allotropiske modifikationer i form af diamanter bruges i smykker, fullerite og lonsdaleite i raketvidenskab. Forskellige smøremidler til mekanismer, teknisk udstyr og meget mere er lavet af kulstofforbindelser. Industrien kan i øjeblikket ikke undvære kulstof; det bruges overalt!

Organisk kemi er carbonatomets kemi. Antallet af organiske forbindelser er titusinder gange større end uorganiske, hvilket kun kan forklares træk ved carbonatomet :

a) han er med midten af ​​elektronegativitetsskalaen og den anden periode, derfor er det urentabelt for ham at give sine egne og acceptere andres elektroner og erhverve en positiv eller negativ ladning;

b) speciel struktur af elektronskallen – der er ingen elektronpar og frie orbitaler (der er kun et atom mere med en lignende struktur - brint, hvilket sandsynligvis er grunden til, at kulstof og brint danner så mange forbindelser - kulbrinter).

Kulstofatomets elektroniske struktur

C – 1s 2 2s 2 2p 2 eller 1s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0

I grafisk form:

Et carbonatom i en exciteret tilstand har følgende elektroniske formel:

*C – 1s 2 2s 1 2p 3 eller 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1

I form af celler:

Form af s- og p-orbitaler

Atomorbital - det område i rummet, hvor der er størst sandsynlighed for, at en elektron findes, med tilsvarende kvantetal.

Det er et tredimensionelt elektron "konturkort", hvor bølgefunktionen bestemmer den relative sandsynlighed for at finde en elektron på det bestemte punkt i orbitalen.

De relative størrelser af atomare orbitaler stiger, efterhånden som deres energier øges ( hovedkvantetal- n), og deres form og orientering i rummet er bestemt af kvantetal l og m. Elektroner i orbitaler er karakteriseret ved et spin-kvantetal. Hver orbital kan ikke indeholde mere end 2 elektroner med modsatte spins.

Når der dannes bindinger med andre atomer, omdanner carbonatomet sin elektronskal, så de stærkeste bindinger dannes, og som følge heraf frigives så meget energi som muligt, og systemet opnår den største stabilitet.

Ændring af et atoms elektronskal kræver energi, som så kompenseres af dannelsen af ​​stærkere bindinger.

Elektronskaltransformation (hybridisering) kan hovedsageligt være af 3 typer, afhængig af antallet af atomer, som carbonatomet danner bindinger med.

Typer af hybridisering:

sp 3 – et atom danner bindinger med 4 naboatomer (tetraedrisk hybridisering):

Elektronisk formel for sp 3 - hybrid carbonatom:

*С –1s 2 2(sp 3) 4 i form af celler

Bindingsvinklen mellem hybridorbitalerne er ~109°.

Stereokemisk formel for carbonatom:

sp 2 - Hybridisering (valenstilstand)– et atom danner bindinger med 3 naboatomer (trigonal hybridisering):

Elektronisk formel for sp 2 - hybrid carbonatom:

*С –1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 i form af celler

Bindingsvinklen mellem hybridorbitalerne er ~120°.

Stereokemisk formel for sp 2 - hybrid carbonatom:

sp– Hybridisering (valenstilstand) – et atom danner bindinger med 2 naboatomer (lineær hybridisering):

Elektronisk formel for sp – hybrid carbonatom:

*С –1s 2 2(sp) 2 2p 2 i form af celler

Bindingsvinklen mellem hybridorbitalerne er ~180°.

Stereokemisk formel:

S-orbitalen er involveret i alle typer hybridisering, pga den har minimal energi.

Omstruktureringen af ​​elektronskyen tillader dannelsen af ​​de stærkest mulige bindinger og minimal interaktion af atomer i det resulterende molekyle. Hvori hybridorbitaler er muligvis ikke identiske, men bindingsvinkler kan være forskellige, for eksempel CH2Cl2 og CCl4

2. Kovalente bindinger i kulstofforbindelser

Kovalente bindinger, egenskaber, metoder og årsager til dannelse - skolepensum.

Lad mig lige minde dig om:

1. Uddannelseskommunikation mellem atomer kan betragtes som et resultat af overlapningen af ​​deres atomare orbitaler, og jo mere effektiv den er (jo større overlapningsintegralet er), jo stærkere er bindingen.

Ifølge beregnede data stiger den relative overlapningseffektivitet af atomare orbitaler S rel som følger:

Brug af hybridorbitaler, såsom sp 3 carbonorbitaler, til at danne bindinger med fire hydrogenatomer resulterer derfor i stærkere bindinger.

2. Kovalente bindinger i kulstofforbindelser dannes på to måder:

EN)Hvis to atomare orbitaler overlapper hinanden langs deres hovedakser, kaldes den resulterende binding - σ binding.

Geometri. Når bindinger dannes med hydrogenatomer i metan, overlapper fire hybrid sp 3 ~ orbitaler af carbonatomet således s-orbitaler af fire hydrogenatomer, og danner fire identiske stærke σ bindinger placeret i en vinkel på 109°28" til hver anden (standard tetraedrisk vinkel) En lignende strengt symmetrisk tetraedrisk struktur opstår for eksempel også under dannelsen af ​​CCl 4, hvis de atomer, der danner bindinger med kulstof, er ulige, for eksempel i tilfælde af CH 2 C1 2, vil den rumlige struktur adskiller sig noget fra fuldstændig symmetrisk, selvom det i det væsentlige forbliver tetraedrisk .

σ bindingslængde mellem carbonatomer afhænger af hybridiseringen af ​​atomer og falder under overgangen fra sp 3 - hybridisering til sp. Dette forklares ved, at s-orbitalen er tættere på kernen end p-orbitalen, og jo større dens andel i hybridorbitalen er, jo kortere er den, og derfor er den kortere binding.

B) Hvis to atomare s -orbitaler placeret parallelt med hinanden udfører lateral overlapning over og under det plan, hvor atomerne er placeret, så kaldes den resulterende binding - π (pi) -meddelelse

Sideoverlapning atomare orbitaler er mindre effektive end overlapning langs hovedaksen, så π - forbindelser er mindre stærke end σ - forbindelser. Dette kommer især til udtryk ved, at energien af ​​en dobbelt carbon-carbon-binding er mindre end to gange energien af ​​en enkeltbinding. Således er C-C-bindingsenergien i ethan 347 kJ/mol, mens C = C-bindingsenergien i ethan kun er 598 kJ/mol, og ikke ~ 700 kJ/mol.

Grad af lateral overlapning af to atomare 2p orbitaler , og derfor styrke π -bindinger er maksimale, hvis der er to carbonatomer og fire bundet til dem atomer er placeret strengt i ét plan, altså hvis de koplanar , da kun i dette tilfælde er de atomare 2p orbitaler nøjagtigt parallelle med hinanden og derfor er i stand til maksimal overlapning. Enhver afvigelse fra den koplanære tilstand på grund af rotation rundt σ -binding, der forbinder to carbonatomer, vil føre til et fald i graden af ​​overlap og følgelig til et fald i styrke π -binding, som dermed er med til at bevare molekylets fladhed.

Rotation omkring en carbon-carbon dobbeltbinding er ikke mulig.

Fordeling π -elektroner over og under molekylets plan betyder eksistensen områder med negativ ladning, klar til at interagere med alle elektronmangelfulde reagenser.

Atomer af oxygen, nitrogen osv. har også forskellige valenstilstande (hybridisering), og deres elektronpar kan være i både hybrid- og p-orbitaler.

CARBON, C (a. carbon; n. Kohlenstoff; f. carbone; i. carbono), er et kemisk grundstof i gruppe IV i Mendeleevs periodiske system, atomnummer 6, atommasse 12.041. Naturligt kulstof består af en blanding af 2 stabile isotoper: 12 C (98,892%) og 13 C (1,108%). Der er også 6 radioaktive isotoper af kulstof, hvoraf den vigtigste er 14 C-isotopen med en halveringstid på 5.73.10 3 år (denne isotop dannes konstant i små mængder i de øverste lag af atmosfæren som følge af bestråling af 14 N kerner med neutroner fra kosmisk stråling).

Kulstof har været kendt siden oldtiden. Træ blev brugt til at genvinde metaller fra malme, og diamant blev brugt som en... Anerkendelsen af ​​kulstof som et kemisk grundstof er forbundet med navnet på den franske kemiker A. Lavoisier (1789).

Kulstofmodifikationer og egenskaber

Der er 4 kendte krystallinske modifikationer af kulstof: grafit, diamant, carbyne og lonsdaleite, som adskiller sig meget i deres egenskaber. Carbyne er en kunstigt fremstillet kulstofvariant, som er et fint krystallinsk sort pulver, hvis krystalstruktur er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​lange kæder af kulstofatomer placeret parallelt med hinanden. Massefylde 3230-3300 kg/m3, varmekapacitet 11,52 J/mol.K. Lonsdaleit findes i meteoritter og opnås kunstigt; dets struktur og fysiske egenskaber er ikke fuldt ud fastlagt. Kulstof er også karakteriseret ved en tilstand med en uordnet struktur - den såkaldte. amorft kulstof (sod, koks, trækul). De fysiske egenskaber af "amorft" kulstof afhænger i høj grad af spredningen af ​​partikler og tilstedeværelsen af ​​urenheder.

Kulstofs kemiske egenskaber

I forbindelser har kulstof oxidationstilstande +4 (den mest almindelige), +2 og +3. Under normale forhold er kulstof kemisk inert; ved høje temperaturer kombineres det med mange grundstoffer og udviser stærke reducerende egenskaber. Den kemiske aktivitet af kulstof falder i serien "amorft" kulstof, grafit, diamant; interaktion med atmosfærisk ilt i disse kulstoftyper sker henholdsvis ved temperaturer på 300-500°C, 600-700°C og 850-1000°C med dannelse af kuldioxid (CO 2) og kulilte (CO). Dioxiden opløses i vand og danner kulsyre. Alle former for kulstof er modstandsdygtige over for alkalier og syrer. Kulstof interagerer praktisk talt ikke med halogener (bortset fra grafit, som reagerer med F2 over 900°C), så dets halogenider opnås indirekte. Blandt nitrogenholdige forbindelser er hydrogencyanid HCN (blåsyre) og dets talrige derivater af stor praktisk betydning. Ved temperaturer over 1000°C reagerer kulstof med mange metaller og danner karbider. Alle former for kulstof er uopløselige i almindelige uorganiske og organiske opløsningsmidler.

Den vigtigste egenskab ved kulstof er dets atomers evne til at danne stærke kemiske bindinger indbyrdes såvel som mellem dem selv og andre grundstoffer. Kulstofs evne til at danne 4 ækvivalente valensbindinger med andre kulstofatomer tillader konstruktion af kulstofskeletter af forskellige typer (lineære, forgrenede, cykliske); Det er disse egenskaber, der forklarer kulstoffets eksklusive rolle i strukturen af ​​alle organiske forbindelser og i særdeleshed alle levende organismer.

Kulstof i naturen

Det gennemsnitlige kulstofindhold i jordskorpen er 2.3.10 % (efter masse); Desuden er hovedparten af ​​kulstof koncentreret i sedimentære bjergarter (1 %), mens der i andre bjergarter er væsentligt lavere og omtrent lige store (1-3,10 %) koncentrationer af dette grundstof. Kulstof ophobes i den øvre del, hvor dets tilstedeværelse hovedsageligt er forbundet med levende stof (18%), træ (50%), kul (80%), olie (85%), antracit (96%), samt dolomitter og kalksten. Der kendes over 100 kulstofmineraler, hvoraf de mest almindelige er calcium-, magnesium- og jernkarbonater (calcit CaCO 3, dolomit (Ca, Mg) CO 3 og siderit FeCO 3). Ophobningen af ​​kulstof i jordskorpen er ofte forbundet med ophobning af andre grundstoffer, der sorberes af organisk stof og udfældes efter dets nedgravning i bunden af ​​reservoirer i form af uopløselige forbindelser. Store mængder CO 2 dioxid frigives til atmosfæren fra Jorden under vulkansk aktivitet og ved forbrænding af organiske brændstoffer. Fra atmosfæren optages CO 2 af planter under fotosynteseprocessen og opløses i havvand og danner derved de vigtigste led i det overordnede kulstofkredsløb på Jorden. Kulstof spiller også en vigtig rolle i rummet; På Solen rangerer kulstof 4. i overflod efter brint, helium og oxygen, der deltager i nukleare processer.

Anvendelse og brug

Den vigtigste nationaløkonomiske betydning af kulstof bestemmes af det faktum, at omkring 90 % af alle primære energikilder, der forbruges af mennesker, kommer fra fossile brændstoffer. Der er en tendens til ikke at bruge olie som brændstof, men som et råmateriale til forskellige kemiske industrier. En mindre, men ikke desto mindre meget væsentlig rolle i den nationale økonomi spilles af kulstof, udvundet i form af karbonater (metallurgi, konstruktion, kemisk produktion), diamanter (smykker, teknologi) og grafit (nuklear teknologi, varmebestandige digler, blyanter , nogle typer smøremidler osv.). Baseret på den specifikke aktivitet af 14 C-isotopen i rester af biogen oprindelse bestemmes deres alder (radiocarbon-dateringsmetode). 14 C er meget udbredt som radioaktivt sporstof. Den mest almindelige isotop 12 C er vigtig - en tolvtedel af massen af ​​et atom i denne isotop tages som en enhed af atommasse af kemiske elementer.

Organisk liv på Jorden er repræsenteret af kulstofforbindelser. Elementet er en del af hovedkomponenterne i cellulære strukturer: proteiner, kulhydrater og fedtstoffer, og danner også grundlaget for arvelighedsstoffet - deoxyribonukleinsyre. I den uorganiske natur er kulstof et af de mest almindelige grundstoffer, der danner jordskorpen og planetens atmosfære. Organisk kemi som en gren af ​​kemisk videnskab er helt viet til egenskaberne af det kemiske element kulstof og dets forbindelser. Vores artikel vil overveje de fysiske og kemiske egenskaber af kulstof og egenskaberne ved dets egenskaber.

Elementets plads i Mendeleevs periodiske system

Kulstofundergruppen er hovedundergruppen i gruppe IV, som udover kulstof også omfatter silicium, germanium, tin og bly. Alle disse grundstoffer har den samme struktur af det ydre energiniveau, hvor fire elektroner er placeret. Dette bestemmer ligheden mellem deres kemiske egenskaber. I normaltilstanden er undergruppens grundstoffer divalente, og når deres atomer går i en exciteret tilstand, udviser de en valens på 4. Kulstofs fysiske og kemiske egenskaber afhænger af tilstanden af ​​de elektroniske skaller af dets atom. I en reaktion med ilt danner et grundstof, hvis partikler er i en uexciteret tilstand, det indifferente oxid CO. Kulstofatomer i exciteret tilstand oxideres til kuldioxid, som udviser sure egenskaber.

Former for kulstof i naturen

Diamant, grafit og carbyne er tre allotropiske modifikationer af kulstof som et simpelt stof. Transparente krystaller med en høj grad af brydning af lysstråler, som er de hårdeste forbindelser i naturen, er diamanter. De leder varme dårligt og er dielektriske. Krystalgitteret er atomart, meget stærkt. I den er hvert atom i et grundstof omgivet af fire andre partikler, der danner et regulært tetraeder.

Helt forskellige fysiske og kemiske egenskaber ved det kulstof, der danner grafit. Det er et mørkegrå krystallinsk stof, der er fedtet at røre ved. Det har en lag-for-lag struktur, afstandene mellem lagene af atomer er ret store, mens deres tiltrækningskræfter er svage. Når man trykker på en grafitstang, eksfolierer stoffet derfor til tynde flager. De efterlader et mørkt mærke på papiret. Grafit er termisk ledende og lidt ringere end metaller i elektrisk ledningsevne.

Evnen til at lede elektrisk strøm forklares af strukturen af ​​stoffets krystal. I den er kulstofpartikler bundet til tre andre ved hjælp af stærke kovalente kemiske bindinger. Den fjerde valenselektron af hvert atom forbliver fri og er i stand til at bevæge sig gennem hele stoffet. Den rettede bevægelse af negativt ladede partikler forårsager udseendet af elektrisk strøm. Anvendelsesområderne for grafit er varierede. Det bruges således til fremstilling af elektroder i elektroteknik og til udførelse af elektrolyseprocessen, hvorigennem for eksempel alkalimetaller opnås i deres rene form. Grafit har fundet anvendelse i atomreaktorer til at kontrollere hastigheden af ​​kædereaktioner, der forekommer i dem som neutronmoderator. Det er kendt at bruge stoffet som skiferstænger eller smøremiddel til at gnide dele af mekanismer.

Hvad er carbyne?

Sort krystallinsk pulver med en glasagtig glans er karabin. Det blev syntetiseret i midten af ​​det 20. århundrede i Rusland. Stoffet er overlegent grafit i hårdhed, kemisk passivt, har halvlederegenskaber og er den mest stabile modifikation af kulstof. Forbindelsen er stærkere end grafit. Der er også former for kulstof, hvis kemiske egenskaber adskiller sig fra hinanden. Disse er sod, trækul og koks.

De forskellige egenskaber ved allotropiske modifikationer af kulstof forklares af strukturen af ​​deres krystalgitre. Det er et ildfast stof, farveløst og lugtløst. Det er uopløseligt i organiske opløsningsmidler, men er i stand til at danne faste opløsninger - legeringer, for eksempel med jern.

Kulstofs kemiske egenskaber

Afhængigt af det stof, kulstof reagerer med, kan det udvise to egenskaber: både et reduktionsmiddel og et oxidationsmiddel. For eksempel ved at fusionere koks med metaller opnås deres forbindelser - karbider. Reaktionen med brint producerer kulbrinter. Det er organiske forbindelser, for eksempel methan, ethylen, acetylen, hvor kulstof, som for metaller, har en oxidationstilstand på -4. Reduktive kemiske reaktioner af kulstof, hvis egenskaber vi studerer, opstår under dets interaktion med ilt, halogener, vand og basiske oxider.

Kuloxider

Ved afbrænding af kul i luft med lavt iltindhold produceres kulilte - divalent kulilte. Den er farveløs, lugtfri og meget giftig. Ved at kombinere med hæmoglobin i blodet under respiration spredes kulilte i hele menneskekroppen, hvilket forårsager forgiftning og derefter død som følge af kvælning. I klassificeringen træder stoffet i stedet for ligegyldige oxider, reagerer ikke med vand og svarer hverken til en base eller en syre. De kemiske egenskaber af carbon, som har en valens på 4, adskiller sig fra de tidligere diskuterede egenskaber.

Carbondioxid

Et farveløst gasformigt stof ved en temperatur på 15 og et tryk på en atmosfære passerer ind i den faste fase. Det kaldes tøris. CO 2 -molekyler er upolære, selvom den kovalente binding mellem oxygen- og kulstofatomerne er polær. Forbindelsen tilhører syreoxiderne. I vekselvirkning med vand danner det carbonatsyre. Reaktioner mellem kuldioxid og simple stoffer er kendt: metaller og ikke-metaller, for eksempel med magnesium, calcium eller koks. I dem spiller det rollen som et oxidationsmiddel.

Kvalitativ reaktion på kuldioxid

For at sikre sig, at den gas, der undersøges, faktisk er kulilte CO 2, udføres følgende eksperiment i uorganisk kemi: stoffet ledes gennem en klar opløsning af kalkvand. Observation af opløsningens turbiditet på grund af udfældningen af ​​et hvidt bundfald af calciumcarbonat bekræfter tilstedeværelsen af ​​kuldioxidmolekyler i blandingen af ​​reagenser. Når gassen videre føres gennem en opløsning af calciumhydroxid, opløses CaCO 3-præcipitatet på grund af dets omdannelse til calciumbicarbonat, et vandopløseligt salt.

Kulstofs rolle i højovnsprocessen

Kulstoffets kemiske egenskaber bruges i den industrielle produktion af jern fra dets malme: magnetisk, rød eller brun jernmalm. De vigtigste blandt dem vil være de reducerende egenskaber af kulstof og oxider - kuldioxid og kuldioxid. De processer, der forekommer i højovnen, kan repræsenteres som følgende reaktionssekvens:

• Først brænder koks i en luftstrøm opvarmet til 1.850 °C med dannelse af kuldioxid: C + O 2 = CO 2.
• Passerer gennem varmt kulstof, reduceres det til kulilte: CO 2 + C = 2CO.
• Kulilte reagerer med jernmalm, hvilket resulterer i jernoxid: 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2, Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2.
• Reaktionen til fremstilling af jern vil have følgende form: FeO + CO = Fe + CO 2

Smeltet jern opløser en blanding af kulstof og kulilte, hvilket resulterer i et stof - cementit.

Støbejern smeltet i en højovn indeholder udover jern op til 4,5% kulstof og andre urenheder: mangan, fosfor, svovl. Stål, som adskiller sig fra støbejern på en række måder, såsom dets evne til at blive valset og smedet, indeholder kun 0,3 til 1,7 % kulstof. Stålprodukter er meget udbredt i næsten alle industrier: maskinteknik, metallurgi, medicin.

I vores artikel fandt vi ud af, hvilke kemiske egenskaber af kulstof og dets forbindelser bruges i forskellige områder af menneskelig aktivitet.

I denne bog optræder ordet "kulstof" ret ofte: i historier om grønne blade og jern, om plastik og krystaller og i mange andre. Kulstof - "fødende kul" - er et af de mest fantastiske kemiske grundstoffer. Dens historie er historien om livets opståen og udvikling på Jorden, fordi det er en del af alt levende på Jorden.

Hvordan ser kulstof ud?

Lad os lave nogle eksperimenter. Lad os tage sukker og varme det op uden luft. Det vil først smelte, blive brunt og derefter blive sort og blive til kul og frigive vand. Hvis du nu opvarmer dette kul i nærværelse af , vil det brænde uden rester og blive til . Derfor bestod sukker af kul og vand (sukker kaldes i øvrigt et kulhydrat), og "sukker" kul er tilsyneladende rent kulstof, fordi kuldioxid er en forbindelse af kulstof med oxygen. Det betyder, at kulstof er et sort, blødt pulver.

Lad os tage en grå blød grafitsten, som er velkendt for dig takket være blyanter. Hvis du opvarmer det i ilt, vil det også brænde uden rester, dog lidt langsommere end kul, og kuldioxid vil forblive i apparatet, hvor det brændte. Betyder det, at grafit også er rent kulstof? Selvfølgelig, men det er ikke alt.

Hvis en diamant, en gennemsigtig glitrende ædelsten og det hårdeste af alle mineraler, opvarmes i ilt i den samme enhed, vil den også brænde og blive til kuldioxid. Opvarmer man en diamant uden adgang til ilt, bliver den til grafit, og ved meget høje tryk og temperaturer kan man få en diamant af grafit.

Så kul, grafit og diamant er forskellige former for eksistens af det samme element - kulstof.

Endnu mere forbløffende er carbons evne til at "deltage" i et stort antal forskellige forbindelser (hvilket er grunden til, at ordet "carbon" optræder så ofte i denne bog).

De 104 elementer i det periodiske system danner mere end fyrre tusinde undersøgte forbindelser. Og over en million forbindelser er allerede kendt, hvis grundlag er kulstof!

Årsagen til denne mangfoldighed er, at kulstofatomer kan forbindes med hinanden og til andre atomer ved stærke bindinger, der danner komplekse i form af kæder, ringe og andre former. Intet element i tabellen undtagen kulstof er i stand til dette.

Der er et uendeligt antal former, der kan bygges af kulstofatomer, og derfor et uendeligt antal mulige forbindelser. Det kan være meget simple stoffer, for eksempel den lysende gas metan, i et molekyle, hvoraf fire atomer er bundet til et kulstofatom, og så komplekse, at strukturen af ​​deres molekyler endnu ikke er fastlagt. Sådanne stoffer omfatter