Што е јаглерод? Опис, својства и формула на јаглерод. Апстракт: Јаглерод и неговите главни неоргански соединенија

Јаглерод

ЈАГЛЕР-А; м.Хемиски елемент (C), најважната компонента на сите органски материи во природата. Јаглеродни атоми. Процент на содржина на јаглерод. Без јаглерод, животот е невозможен.

◁ Јаглерод, ох, ох. Y атоми.Јаглерод, ох, ох. Содржи јаглерод. Ах челик.

(лат. Carboneum), хемиски елемент од IV група на периодниот систем. Главните модификации на кристалите се дијамантот и графитот. Во нормални услови, јаглеродот е хемиски инертен; На високи температури се комбинира со многу елементи (силно редуцирачко средство). Содржината на јаглерод во земјината кора е 6,5 10 16 тони Значителна количина на јаглерод (околу 10 13 тони) е вклучена во составот на фосилните горива (јаглен, природен гас, нафта итн.), како и во составот на атмосферски јаглерод диоксид (6 10 11 t) и хидросфера (10 14 t). Главните минерали што содржат јаглерод се карбонати. Јаглеродот има единствена способност да формира огромен број соединенија, кои можат да се состојат од речиси неограничен број јаглеродни атоми. Разновидноста на јаглеродни соединенија ја определила појавата на една од главните гранки на хемијата - органската хемија. Јаглеродот е биоген елемент; неговите соединенија играат посебна улога во животот на растителните и животинските организми (просечна содржина на јаглерод - 18%). Јаглеродот е широко распространет во вселената; на Сонцето е рангирана на 4-то место по водородот, хелиумот и кислородот.

ЈАГЛЕР (латински Carboneum, од carbo - јаглен), C (читај „ce“), хемиски елемент со атомски број 6, атомска тежина 12,011. Природниот јаглерод се состои од два стабилни нуклиди: 12 C, 98,892% по маса и 13 C - 1,108%. Во природната мешавина на нуклиди, радиоактивниот нуклид 14 C (b - емитер, полуживот 5730 години) е секогаш присутен во занемарливи количини. Постојано се формира во долните слоеви на атмосферата под дејство на неутрони од космичкото зрачење на азотниот изотоп 14 N:
14 7 N + 1 0 n = 14 6 C + 1 1 H.
Јаглеродот се наоѓа во групата IVA, во вториот период од периодниот систем. Конфигурација на надворешниот електронски слој на атомот во основна состојба 2 с 2 стр 2 . Најважните оксидациски состојби се +2 +4, –4, валентните IV и II.
Радиусот на неутрален јаглероден атом е 0,077 nm. Радиусот на јонот C 4+ е 0,029 nm (координативен број 4), 0,030 nm (координативен број 6). Секвенцијалните јонизациски енергии на неутрален атом се 11.260, 24.382, 47.883, 64.492 и 392.09 eV. Електронегативност според Полинг (цм.ПОЛИНГ Линус) 2,5.
Историска референца
Јаглеродот е познат уште од античко време. Јагленот се користел за обновување на метали од руди, дијаманти (цм.ДИЈАМАНТ (минерал))- како скапоцен камен. Во 1789 година, францускиот хемичар A. L. Lavoisier (цм.ЛАВОАЗЕР Антоан Лоран)заклучи за елементарната природа на јаглеродот.
Синтетичките дијаманти првпат биле добиени во 1953 година од шведски истражувачи, но тие не успеале да ги објават резултатите. Во декември 1954 година беа добиени вештачки дијаманти, а на почетокот на 1955 година, вработените во компанијата Џенерал Електрик ги објавија резултатите. (цм.ГЕНЕРАЛ ЕЛЕКТРИК)
Во СССР, вештачките дијаманти за прв пат беа добиени во 1960 година од група научници предводени од В. Н. Бакул и Л. Ф. Верешчагин. (цм.ВЕРЕШЧАГИН Леонид Федорович) .
Во 1961 година, група советски хемичари под водство на В.В.Коршак синтетизираа линеарна модификација на јаглерод - карбин. Набргу потоа, карабинот бил откриен во кратерот на метеорит Рис (Германија). Во 1969 година, во СССР, дијамантски кристали слични на мустаќи беа синтетизирани под обичен притисок, поседувајќи висока јачина и практично без дефекти.
Во 1985 година, Крото (цм.Слаткиот Харолд)откриле нова форма на јаглерод - фулерени (цм.ФУЛЕРЕНИ) C 60 и C 70 во масениот спектар на графит испаруван при ласерско зрачење. При високи притисоци се добиваше лонсдалеит.
Да се ​​биде во природа
Содржината во земјината кора е 0,48% по маса. Се акумулира во биосферата: во жива материја 18% јаглен, во дрво 50%, тресет 62%, природни запаливи гасови 75%, нафтени шкрилци 78%, тврд и кафеав јаглен 80%, нафта 85%, антрацит 96%. Значителен дел од јагленот на литосферата е концентриран во варовници и доломити. Јаглеродот во состојба на оксидација +4 е дел од карбонатните карпи и минерали (креда, варовник, мермер, доломит). Јаглерод диоксид CO 2 (0,046% по маса) е постојана компонента на атмосферскиот воздух. Јаглерод диоксидот е секогаш присутен во растворена форма во водата на реките, езерата и морињата.
Супстанции кои содржат јаглерод се откриени во атмосферата на ѕвездите, планетите и метеоритите.
Потврда
Од античко време, јагленот се произведувал со нецелосно согорување на дрво. Во 19 век, јагленот бил заменет со битуменски јаглен (кокс) во металургијата.
Во моментов, крекирањето се користи за индустриско производство на чист јаглерод. (цм.ПУКАЊЕ)природен гас метан (цм.МЕТАН) CH 4:
CH 4 = C + 2H 2
Јагленот за медицински цели се подготвува со согорување на лушпи од кокос. За лабораториски потреби, чист јаглен кој не содржи незапаливи нечистотии се добива со нецелосно согорување на шеќер.
Физички и хемиски својства
Јаглеродот е неметал.
Разновидноста на јаглеродните соединенија се објаснува со способноста на неговите атоми да се поврзуваат едни со други, формирајќи тродимензионални структури, слоеви, синџири и циклуси. Познати се четири алотропни модификации на јаглеродот: дијамант, графит, карбин и фулерит. Јагленот се состои од ситни кристали со нарушена графитна структура. Неговата густина е 1,8-2,1 g/cm3. Саѓи е високо мелен графит.
Дијамантот е минерал со кубна решетка во центарот на лицето. Атомите C во дијамантот се наоѓаат во сп 3 -хибридизирана состојба. Секој атом формира 4 ковалентни s-врски со четири соседни атоми C кои се наоѓаат на темињата на тетраедарот, во чиј центар е атомот C. Растојанието помеѓу атомите во тетраедарот е 0,154 nm. Нема електронска спроводливост, јазот на опсегот е 5,7 eV. Од сите едноставни супстанции, дијамантот има максимален број атоми по единица волумен. Неговата густина е 3,51 g/cm 3. . Цврстина на минералошката скала на Мохс (цм.МОХС СКАЛА)земено како 10. Дијамант може да се изгребе само со друг дијамант; но тој е кревок и при удар се распаѓа на парчиња со неправилна форма. Термодинамички стабилен само при високи притисоци. Меѓутоа, на 1800 °C трансформацијата на дијамантот во графит се случува брзо. Обратна трансформација на графитот во дијамант се случува на 2700°C и притисок од 11-12 GPa.
Графитот е слоевит темно сива супстанција со хексагонална кристална решетка. Термодинамички стабилен на широк опсег на температури и притисоци. Се состои од паралелни слоеви формирани од правилни шестоаголници на атоми C. Јаглеродните атоми на секој слој се наоѓаат спроти центрите на шестоаголниците лоцирани во соседните слоеви; позицијата на слоевите се повторува секој друг, и секој слој е поместен во однос на другиот во хоризонтална насока за 0,1418 nm. Внатре во слојот, врските помеѓу атомите се ковалентни, формирани сп 2 -хибридни орбитали. Врските помеѓу слоевите се вршат со слаб ван дер Валс (цм.ИНТЕРМОЛЕКУЛАРНА ИНТЕРАКЦИЈА)сили, па графитот лесно се ексфолира. Оваа состојба се стабилизира со четвртата делокализирана p-врска. Графитот има добра електрична спроводливост. Густината на графитот е 2,1-2,5 kg/dm3.
Во сите алотропни модификации, во нормални услови, јаглеродот е хемиски неактивен. Влегува во хемиски реакции само кога се загрева. Во овој случај, хемиската активност на јаглеродот се намалува во серијата саѓи-јаглен-графит-дијамант. Саѓи во воздухот се запали кога се загрева до 300 ° C, дијамант - на 850-1000 ° C. За време на согорувањето, се формираат јаглерод диоксид CO 2 и CO. Со загревање на CO 2 со јаглен, се добива и јаглерод моноксид (II) CO:
CO 2 + C = 2 CO
C + H 2 O (прегреана пареа) = CO + H 2
Се синтетизираше јаглерод моноксид C 2 O 3.
CO 2 е кисел оксид; тој е поврзан со слаба, нестабилна јаглеродна киселина H 2 CO 3, која постои само во високо разредени ладни водени раствори. Соли на јаглеродна киселина - карбонати (цм.КАРБОНАТИ)(K 2 CO 3, CaCO 3) и бикарбонати (цм.хидрокарбонати)(NaHCO 3, Ca(HCO 3) 2).
Со водород (цм.ВОДОРОД)графитот и јагленот реагираат на температури над 1200°C и формираат мешавина од јаглеводороди. Реагирајќи со флуор на 900°C, тој формира мешавина од флуоројаглеродни соединенија. Со поминување на електрично празнење помеѓу јаглеродни електроди во азотна атмосфера, се добива цијаноген гас (CN) 2; Ако водородот е присутен во гасната смеса, се формира цијановодородна киселина HCN. На многу високи температури, графитот реагира со сулфур, (цм.СУЛФУР)силициум, бор, формирајќи карбиди - CS 2, SiC, B 4 C.
Карбидите се произведуваат со интеракција на графит со метали на високи температури: натриум карбид Na 2 C 2, калциум карбид CaC 2, магнезиум карбид Mg 2 C 3, алуминиум карбид Al 4 C 3. Овие карбиди лесно се разложуваат со вода во метален хидроксид и соодветниот јаглеводород:
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4
Со преодните метали, јаглеродот формира хемиски стабилни карбиди слични на метал, на пример, железен карбид (цементит) Fe 3 C, хром карбид Cr 2 C 3, волфрам карбид WC. Карбидите се кристални материи; природата на хемиската врска може да биде различна.
Кога се загрева, јагленот намалува многу метали од нивните оксиди:
FeO + C = Fe + CO,
2CuO+ C = 2Cu+ CO 2
Кога се загрева, го намалува сулфурот (VI) на сулфур (IV) од концентрирана сулфурна киселина:
2H 2 SO 4 + C = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
На 3500°C и нормален притисок, јаглеродот сублимира.
Апликација
Над 90% од сите примарни извори на енергија потрошени во светот доаѓаат од фосилни горива. 10% од извлеченото гориво се користи како суровина за основна органска и петрохемиска синтеза за производство на пластика.
Физиолошко дејство
Јаглеродот е најважниот биоген елемент, тој е структурна единица на органски соединенија вклучени во изградбата на организмите и обезбедување на нивните витални функции (биополимери, витамини, хормони, медијатори и други). Содржината на јаглерод во живите организми на сува материја е 34,5-40% за водни растенија и животни, 45,4-46,5% за копнени растенија и животни и 54% за бактерии. Во текот на животот на организмите, се случува оксидативно разградување на органските соединенија со ослободување на CO 2 во надворешната средина. Јаглерод диоксид (цм.ЈАГЛЕРОД ДИОКСИД), растворен во биолошки течности и природни води, учествува во одржување на оптималната киселост на животната средина. Јаглеродот во CaCO 3 го формира егзоскелетот на многу безрбетници и се наоѓа во коралите и лушпите од јајцата.
За време на различни производствени процеси, честичките од јаглен, саѓи, графит и дијамант влегуваат во атмосферата и се наоѓаат во неа во форма на аеросоли. MPC за јаглеродна прашина во работните области е 4,0 mg/m 3, за јаглен 10 mg/m 3.

енциклопедиски речник. 2009 .

Погледнете што е „јаглерод“ во другите речници:

Табела на нуклиди Општи информации Име, симбол Јаглерод 14, 14C Алтернативни имиња радиојаглерод, радиојаглерод Неутрони 8 Протони 6 Својства на нуклеидот Атомска маса ... Википедија

Табела на нуклиди Општи информации Име, симбол Јаглерод 12, 12C Неутрони 6 Протони 6 Својства на нуклиди Атомска маса 12.0000000(0) ... Википедија

Табела на нуклиди Општи информации Име, симбол Јаглерод 13, 13C Неутрони 7 Протони 6 Својства на нуклиди Атомска маса 13,0033548378(10) ... Википедија

- (лат. Carboneum) C, хемиски. елемент од IV група на периодичниот систем Менделеев, атомски број 6, атомска маса 12.011. Главните модификации на кристалите се дијамантот и графитот. Во нормални услови, јаглеродот е хемиски инертен; на високо...... Голем енциклопедиски речник

- (Carboneum), C, хемиски елемент од IV група на периодниот систем, атомски број 6, атомска маса 12,011; неметални. Содржината во земјината кора е 2,3×10 2% по маса. Главните кристални форми на јаглерод се дијамантот и графитот. Јаглеродот е главната компонента... ... Модерна енциклопедија

Јаглерод- (Carboneum), C, хемиски елемент од IV група на периодниот систем, атомски број 6, атомска маса 12,011; неметални. Содржината во земјината кора е 2,3´10 2% по маса. Главните кристални форми на јаглерод се дијамантот и графитот. Јаглеродот е главната компонента... ... Илустриран енциклопедиски речник

ЈАГЛЕР- (1) хем. елемент, симбол C (лат. Carboneum), на. И. 6, во. 12.011 м. Постои во неколку алотропни модификации (форми) (дијамант, графит и поретко карабин, хаоит и лонсдалеит во метеоритските кратери). Од 1961 година / масата на атомот на изотопот 12C е усвоена ... Голема политехничка енциклопедија

- (симбол В), широко распространет неметален елемент од четвртата група од периодниот систем. Јаглеродот формира огромен број соединенија, кои заедно со јаглеводородите и другите неметални материи ја формираат основата... ... Научно-технички енциклопедиски речник

1. Во сите органски соединенија, јаглеродниот атом има валентност од 4.

2. Јаглеродот е способен да формира едноставни и многу сложени молекули (соединенија со висока молекуларна тежина: протеини, гуми, пластика).

3. Јаглеродните атоми се поврзуваат не само со други атоми, туку и едни со други, формирајќи различни јаглеродно-јаглеродни синџири - прави, разгранети, затворени:

4. Јаглеродните соединенија се карактеризираат со феноменот на изомеризам, т.е. кога супстанциите имаат ист квалитативен и квантитативен состав, но различни хемиски структури, а со тоа и различни својства. На пример: емпириската формула C 2 H 6 O одговара на две различни структури на супстанции:

етил алкохол, диметил етер,

течност, t 0 врие. = +78 0 C гас, t 0 врие. = -23,7 0 С

Затоа, етил алкохолот и диметил етер се изомери.

5. Водните раствори на повеќето органски материи се не-електролити, нивните молекули не се распаѓаат на јони.

Изомеризам.

Во 1823 година феноменот бил откриен изомеризам– постоење на супстанции со ист молекуларен состав, но со различни својства. Која е причината за разликата помеѓу изомерите? Бидејќи нивниот состав е ист, причината може да се бара само во различниот редослед на поврзување на атомите во молекулата.

Уште пред создавањето на теоријата за хемиската структура А.М. Батлеров предвиде дека за бутанот C 4 H 10, кој има линеарна структура CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 t 0 (точка на вриење -0,5 0 C), постоење на друга супстанција со иста молекуларна формула, но со поинаква, можна е низа на спојување на јаглеродни атоми во молекула:

изобутан

т 0 кип. – 11,7 0 C

Значи, изомери- тоа се супстанции кои имаат иста молекуларна формула, но различни хемиски структури, а со тоа и различни својства. Постојат два главни типа на изомеризам - структурниИ просторни.

Структурнисе нарекуваат изомери кои имаат различен ред на атоми во молекулата. Постојат три вида од него:

Изомеризам на јаглеродниот скелет:

S – S – S – S – S S – S – S – S

Изомеризам на повеќекратна врска:

C = C – C – C C – C = C – C

Меѓукласна изомеризам:

пропионска киселина

Просторна изомеризам.Просторните изомери имаат идентични супституенти на секој јаглероден атом. Но, тие се разликуваат по нивната релативна локација во вселената. Постојат два вида на овој изомеризам: геометриски и оптички. Геометрискиот изомеризам е карактеристичен за соединенијата кои имаат рамна молекуларна структура (алкени, циклоалкани, алкадиени итн.). Ако идентични супституенти на јаглеродните атоми, на пример, во двојна врска, се наоѓаат на едната страна од рамнината на молекулата, тогаш ова ќе биде цис изомер, на спротивните страни - транс изомер:

Оптички изомеризам- карактеристика на соединенија кои имаат асиметричен јаглероден атом, кој е поврзан со четири различни супституенти. Оптичките изомери се огледални слики едни на други. На пример:

Електронска структура на атомот.

Структурата на атомот се изучува во неорганската хемија и физиката. Познато е дека атомот ги одредува својствата на хемискиот елемент. Атомот се состои од позитивно наелектризирано јадро, во кое е концентрирана целата негова маса, и негативно наелектризирани електрони кои го опкружуваат јадрото.

Бидејќи за време на хемиските реакции јадрата на атомите кои реагираат не се менуваат, физичките и хемиските својства на атомите зависат од структурата на електронските обвивки на атомите. Електроните можат да се движат од еден атом до друг, можат да се комбинираат итн. Затоа, детално ќе го разгледаме прашањето за распределбата на електроните во атомот врз основа на квантната теорија на атомската структура. Според оваа теорија, електронот истовремено има својства на честичка (маса, полнеж) и бранова функција. За електроните што се движат, невозможно е да се одреди точната локација. Тие се наоѓаат во вселената во близина на атомското јадро. Може да се одреди веројатностлокација на електрон во различни делови од вселената. Електронот е, како што беше, „размачкан“ во овој простор во форма на облак (слика 1), чија густина се намалува.

Слика 1.

Регионот на просторот во кој веројатноста да се најде електрон е максимална (≈ 95%) се нарекува орбитален.

Според квантната механика, состојбата на електронот во атомот се одредува со четири квантни броеви: главен (n), орбитален (л), магнетни(м)И спин(и).

Главен квантен број n – ја карактеризира енергијата на електронот, растојанието на орбиталата од јадрото, т.е. ниво на енергија и ги презема вредностите 1, 2, 3 итн. или К, Л, М, Н, итн. Вредноста n = 1 одговара на најниската енергија. Со зголемување nсе зголемува енергијата на електронот. Максималниот број на електрони лоцирани на енергетско ниво се одредува со формулата: N=2n2, каде што n е бројот на нивото, затоа, со:

n = 1 N = 2 n = 3 N = 18

n = 2 N = 8 n = 4 N = 32, итн.

Во рамките на енергетските нивоа, електроните се распоредени во поднивоа (или подобвивки). Нивниот број одговара на бројот на енергетското ниво, но тие се карактеризираат орбитален квантен број l,кој го одредува обликот на орбиталата. Потребни се вредности од 0 до n-1. На

n=1 л= 0 n = 2 л= 0, 1 n = 3 л= 0, 1, 2 n = 4 л= 0, 1, 2, 3

Максималниот број на електрони на подниво се одредува со формулата: 2(2l + 1). Ознаките на буквите се користат за поднивоа:

л = 1, 2, 3, 4

Затоа, ако n = 1, л= 0, подниво s.

n = 2, л= 0, 1, подниво s, стр.

Максимален број на електрони во поднивоата:

N s = 2 N d = 10

N p = 6 N f = 14, итн.

Не може да има повеќе од овие броеви на електрони во поднивоата. Обликот на електронскиот облак се одредува според вредноста л. На
л= 0 (s-орбитала) електронскиот облак има сферична форма и нема просторна насока.

Слика 2.

На l = 1 (p-орбитала), електронскиот облак има форма на гира или фигура од осум:

Слика 3.

Магнетен квантен број mкарактеризира
распоред на орбитали во вселената. Може да ги земе вредностите на кои било броеви од -l до +l, вклучително и 0. Бројот на можни вредности на магнетниот квантен број за дадена вредност леднакво на (2 л+ 1). На пример:

л= 0 (s-орбитала) m = 0, т.е. Орбиталата s има само една позиција во вселената.

л= 1 (р-орбитала) m = -1, 0, +1 (3 вредности).

л= 2 (d-орбитала) m = -2, -1, 0, +1, +2, итн.

p и d орбиталите имаат 3 и 5 состојби, соодветно.

Орбиталите p се издолжени по координатните оски и се означени како p x, p y, p z орбитали.

Спин квантен број s- го карактеризира ротацијата на електронот околу сопствената оска во насока на стрелките на часовникот и спротивно од стрелките на часовникот. Може да има само две вредности +1/2 и -1/2. Структурата на електронската обвивка на атомот е прикажана со електронска формула која ја покажува дистрибуцијата на електроните низ енергетските нивоа и поднивоа. Во овие формули, нивоата на енергија се означени со броевите 1, 2, 3, 4..., поднивоата со буквите s, p, d, f. Бројот на електрони во поднивото се запишува како моќност. На пример: максималниот број на електрони на s 2, p 6, d 10, f 14.

Електронските формули често се прикажуваат графички, кои ја покажуваат дистрибуцијата на електроните не само низ нивоата и поднивоата, туку и низ орбиталите, означени со правоаголник. Поднивоата се поделени на квантни клетки.

Слободна квантна ќелија

Клетка со неспарен електрон

Клетка со спарени електрони

Има една квантна ќелија на поднивото s.

Постојат 3 квантни клетки на p-поднивото.

Постојат 5 квантни ќелии на поднивото d.

Има 7 квантни ќелии на поднивото f.

Се одредува распределбата на електроните во атомите Паули принципИ Хундовото правило. Според принципот на Паули: Атомот не може да има електрони со исти вредности на сите четири квантни броеви.Во согласност со принципот на Паули, енергетската ќелија може да има еден, или најмногу два електрони со спротивни спинови. Пополнувањето на ќелиите се случува според Хундовиот принцип, според кој електроните прво се лоцираат еден по еден во секоја поединечна клетка, а потоа, кога ќе се зафатат сите ќелии од даденото подниво, започнува спарувањето на електроните.

Редоследот на пополнување атомски електронски орбитали се одредува според правилата на В. Клечковски, во зависност од збирот (n + л):

Прво, се пополнуваат оние поднивоа за кои оваа сума е помала;

за истите вредности на збирот (n + л) прво се пополнува поднивото со помала вредност n.

На пример:

а) размислете за пополнување на поднивоата 3d и 4s. Дозволете ни да го одредиме збирот (n + л):

y 3d (n + л) = 3 + 2 = 5, y 4s (n + л) = 4 + 0 = 4, затоа прво се пополнува поднивото 4s, а потоа поднивото 3d.

б) за поднивоа 3d, 4p, 5s збирот на вредности (n + л) = 5. Во согласност со правилото на Клечковски, полнењето започнува со помала вредност од n, т.е. 3d → 4p → 5s. Пополнувањето на енергетските нивоа и поднивоата на атомите со електрони се случува во следната низа: валентност n = 2 n = 1

Be има спарен пар електрони во поднивото 2s 2. За да се снабдува енергија однадвор, овој пар електрони може да се одвои и атомот да се направи валентен. Во овој случај, електрон преминува од едно подниво на друго подниво. Овој процес се нарекува побудување на електрони.Графичката формула за Биди во возбудена состојба ќе изгледа вака:

а валентноста е 2.

Јаглеродот е познат уште од античко време. Во 1778 година, К. Шеле, загревајќи го графитот со шалитра, открил дека во овој случај, како и при загревање на јаглен со шалитра, се ослободува јаглерод диоксид. Хемискиот состав на дијамантот е воспоставен како резултат на експериментите на А. Лавоазие (1772) во проучувањето на согорувањето на дијамантот во воздух и студиите на С. Тенант (1797), кој докажал дека еднакви количини дијамант и јаглен произведуваат еднакви количини на јаглерод диоксид за време на оксидацијата. Јаглеродот како хемиски елемент бил препознаен дури во 1789 година од А. Лавоазие. На почетокот на 19 век. стариот збор јаглен во руската хемиска литература понекогаш се заменуваше со зборот „карбонат“ (Шерер, 1807; Севергин, 1815); Од 1824 година, Соловиев го воведе името јаглерод. Јаглеродот го добил своето латинско име carbonum од carbo - јаглен.

Потврда:

Нецелосно согорување на метан: CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O (саѓи);
Сува дестилација на дрво, јаглен (јаглен, кокс).

Физички својства:

Познати се неколку кристални модификации на јаглеродот: графит, дијамант, карбин, графен.
Графит- сиво-црна, непроѕирна, мрсна на допир, лушпеста, многу мека маса со метален сјај. На собна температура и нормален притисок (0,1 Mn/m2, или 1 kgf/cm2), графитот е термодинамички стабилен. При атмосферски притисок и температура од околу 3700°C, графитот се возвишува. Течниот јаглерод може да се добие при притисок над 10,5 Mn/m2 (1051 kgf/cm2) и температури над 3700°C. Структурата на фино-кристалниот графит лежи во основата на структурата на „аморфниот“ јаглерод, кој не претставува независна модификација (кокс, саѓи, јаглен). Загревањето на некои видови „аморфен“ јаглерод над 1500-1600°C без пристап до воздух предизвикува нивна трансформација во графит. Физичките својства на „аморфниот“ јаглерод многу зависат од дисперзијата на честичките и присуството на нечистотии. Густината, топлинскиот капацитет, топлинската спроводливост и електричната спроводливост на „аморфниот“ јаглерод се секогаш повисоки од графитот.
Дијамант- многу тврда, кристална супстанција. Кристалите имаат лице-центрирана кубна решетка: a=3.560. На собна температура и нормален притисок, дијамантот е метастабилен. Забележлива трансформација на дијамантот во графит е забележана на температури над 1400°C во вакуум или во инертна атмосфера.
Карбиндобиени вештачки. Тоа е ситно-кристален црн прав (густина 1,9 - 2 g/cm3). Конструирани од долги синџири на атоми C распоредени паралелно едни на други.
Графен- мономолекуларен слој (слој со дебелина од една молекула) од јаглеродни атоми кои се цврсто спакувани во дводимензионална решетка, обликувана како саќе. Графенот првпат го добиле и проучувале Александар Геим и Константин Новоселов, кои за ова откритие ја добиле Нобеловата награда за физика во 2010 година.

Хемиски својства:

Јаглеродот е неактивен; на студ реагира само со F2 (формирајќи CF4). Кога се загрева, тој реагира со многу неметали и сложени материи, покажувајќи редуцирачки својства:
CO 2 + C = CO над 900°C
2H 2 O + C = CO 2 + H 2 над 1000 ° C или H 2 O + C = CO + H 2 над 1200 ° C
CuO + C = Cu + CO
HNO 3 + 3C = 3 CO 2 + 4 NO + 2 H 2 O
Слабите оксидирачки својства се манифестираат во реакции со метали, водород
Ca + C = CaC 2 калциум карбид
Si + C = CSi карборунд
CaO + C = CaC 2 + CO

Најважните врски:

Оксиди CO, CO 2
Јаглеродна киселина H 2 CO 3, калциум карбонати (креда, мермер, калцит, варовник),
Карбиди SaS 2
Органска материја, на пример, јаглеводороди, протеини, масти

Апликација:

Графитот се користи во индустријата за моливи и се користи и како лубрикант при особено високи или ниски температури. Дијамантот се користи како абразив и како скапоцен камен во накитот. Мелечките додатоци на дупчалките се обложени со дијамант. Во фармакологијата и медицината се користат јаглеродни соединенија - деривати на јаглеродна киселина и карбоксилни киселини, разни хетероцикли, полимери итн. Така, карболенот (активиран јаглерод) се користи за апсорпција и отстранување на различни токсини од телото; графит (во форма на масти) - за третман на кожни болести; изотопи на радиоактивен јаглен - за научни истражувања (радиојаглеродно датирање). Јаглеродот во форма на фосилни горива: јаглен и јаглеводороди (нафта, природен гас) е еден од најважните извори на енергија за човештвото.

Карпенко Д.
Државниот универзитет ХФ Тјумен 561гр.

Извори:
Јаглерод // Википедија. Датум на ажурирање: 18.01.2019 година. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=97565890 (датум на пристап: 02/04/2019).

Општинска образовна институција „Никифоровскаја средно училиште бр. 1“

Јаглеродот и неговите главни неоргански соединенија

Есеј

Заврши: ученик од одделение 9Б

Сидоров Александар

Наставник: Сахарова Л.Н.

Дмитриевка 2009 година

Вовед

Поглавје I. Сè за јаглеродот

1.1. Јаглерод во природата

1.2. Алотропни модификации на јаглеродот

1.3. Хемиски својства на јаглеродот

1.4. Примена на јаглерод

Поглавје II. Неоргански јаглеродни соединенија

Заклучок

Литература

Вовед

Јаглерод (лат. Carboneum) C е хемиски елемент од групата IV на периодичниот систем на Менделеев: атомски број 6, атомска маса 12,011(1). Да ја разгледаме структурата на јаглеродниот атом. Надворешното енергетско ниво на јаглеродниот атом содржи четири електрони. Ајде да го прикажеме графички:

Јаглеродот е познат уште од античко време, а името на откривачот на овој елемент е непознато.

На крајот на 17 век. Научниците од Фиренца Аверани и Тарџони се обидоа да спојат неколку мали дијаманти во еден голем и ги загреаа со запалено стакло користејќи сончева светлина. Дијамантите исчезнаа, горејќи во воздухот. Во 1772 година, францускиот хемичар А. Лавоазие покажал дека кога дијамантите согоруваат, се формира CO 2. Само во 1797 година англискиот научник С. Тенант го докажал идентитетот на природата на графитот и јагленот. По согорувањето на еднакви количини јаглен и дијамант, волумените на јаглерод моноксид (IV) се покажаа исти.

Разновидноста на јаглеродни соединенија, објаснета со способноста на неговите атоми да се комбинираат едни со други и атомите на други елементи на различни начини, ја одредува посебната позиција на јаглеродот меѓу другите елементи.

Поглавје Јас . Сè за јаглеродот

1.1. Јаглерод во природата

Јаглеродот се наоѓа во природата и во слободна состојба и во форма на соединенија.

Слободниот јаглерод се јавува во форма на дијамант, графит и карбин.

Дијамантите се многу ретки. Најголемиот познат дијамант, Кулинан, е пронајден во 1905 година во Јужна Африка, тежел 621,2 g и 10x6,5x5 cm. Фондот за дијаманти во Москва се наоѓа на еден од најголемите и најубавите дијаманти во светот - „Орлов“ (37,92 g) .

Дијамантот го добил своето име од грчкиот јазик. „адамас“ - непобедлив, неуништлив. Најзначајните наоѓалишта на дијаманти се наоѓаат во Јужна Африка, Бразил и Јакутија.

Големи наоѓалишта на графит се наоѓаат во Германија, Шри Ланка, Сибир и Алтај.

Главните минерали кои содржат јаглерод се: магнезит MgCO 3, калцит (варовник, варовник, мермер, креда) CaCO 3, доломит CaMg(CO 3) 2 итн.

Сите фосилни горива - нафта, гас, тресет, јаглен и кафеав јаглен, шкрилци - се изградени на јаглеродна основа. Некои фосилни јаглени, кои содржат до 99% C, се блиски во составот на јаглеродот.

Јаглеродот сочинува 0,1% од земјината кора.

Во форма на јаглерод моноксид (IV) CO 2, јаглеродот влегува во атмосферата. Голема количина на CO 2 се раствора во хидросферата.

1.2. Алотропни модификации на јаглеродот

Елементарниот јаглерод формира три алотропни модификации: дијамант, графит, карабин.

1. Дијамантот е безбојна, проѕирна кристална материја која исклучително силно ги прекршува светлосните зраци. Атомите на јаглеродот во дијамантот се во состојба на хибридизација sp 3. Во возбудена состојба, валентните електрони во јаглеродните атоми се спаруваат и се формираат четири неспарени електрони. Кога се формираат хемиски врски, електронските облаци добиваат иста издолжена форма и се наоѓаат во просторот така што нивните оски се насочени кон темињата на тетраедарот. Кога врвовите на овие облаци се преклопуваат со облаците од други јаглеродни атоми, се појавуваат ковалентни врски под агол од 109°28" и се формира атомска кристална решетка карактеристична за дијамантот.

Секој јаглероден атом во дијамантот е опкружен со четири други, лоцирани од него во насоки од центарот на тетраедарите до темињата. Растојанието помеѓу атомите во тетраедрите е 0,154 nm. Силата на сите врски е иста. Така, атомите во дијамантот се „спакувани“ многу цврсто. На 20°C, густината на дијамантот е 3,515 g/cm3. Ова ја објаснува неговата исклучителна цврстина. Дијамантот е лош спроводник на електрична енергија.

Во 1961 година, Советскиот Сојуз започна индустриско производство на синтетички дијаманти од графит.

Во индустриската синтеза на дијаманти се користат притисоци од илјадници MPa и температури од 1500 до 3000°C. Процесот се изведува во присуство на катализатори, кои можат да бидат некои метали, на пример Ni. Најголемиот дел од формираните дијаманти се мали кристали и дијамантска прашина.

Кога се загрева без пристап до воздух над 1000°C, дијамантот се претвора во графит. На 1750°C, трансформацијата на дијамантот во графит се случува брзо.

Дијамантска структура

2. Графитот е сиво-црна кристална материја со метален сјај, мрсна на допир и инфериорна по цврстина дури и на хартијата.

Јаглеродните атоми во кристалите на графит се во состојба на хибридизација sp 2: секој од нив формира три ковалентни σ врски со соседните атоми. Аглите помеѓу насоките на врската се 120°. Резултатот е мрежа составена од правилни шестоаголници. Растојанието помеѓу соседните јадра на јаглеродни атоми во слојот е 0,142 nm. Четвртиот електрон во надворешниот слој на секој јаглероден атом во графитот зафаќа p орбитала која не учествува во хибридизацијата.

Нехибридните електронски облаци од јаглеродни атоми се ориентирани нормално на рамнината на слојот и, преклопувајќи се едни со други, формираат делокализирани σ врски. Соседните слоеви во графитниот кристал се наоѓаат на растојание од 0,335 nm едни од други и се слабо поврзани едни со други, главно со ван дер Валс сили. Затоа, графитот има мала механичка сила и лесно се дели на снегулки, кои самите се многу силни. Врската помеѓу слоевите на јаглеродни атоми во графитот е делумно метална по природа. Ова го објаснува фактот дека графитот добро ја спроведува електричната енергија, но не толку добро како металите.

Графитна структура

Физичките својства на графитот многу варираат во насоките - нормално и паралелно со слоевите на јаглеродните атоми.

Кога се загрева без пристап до воздух, графитот не претрпува никакви промени до 3700°C. На одредената температура се сублимира без да се топи.

Вештачкиот графит се произведува од најдобрите сорти на јаглен на 3000°C во електрични печки без воздушен пристап.

Графитот е термодинамички стабилен на широк опсег на температури и притисоци, па затоа е прифатен како стандардна состојба на јаглерод. Густината на графитот е 2,265 g/cm3.

3. Карбин е ситно-кристален црн прав. Во неговата кристална структура, јаглеродните атоми се поврзани со наизменични единечни и тројни врски во линеарни синџири:

−С≡С−С≡С−С≡С−

Оваа супстанца првпат ја добил В.В. Коршак, А.М. Сладков, В.И. Касаточкин, Ју.П. Кудрјавцев во раните 60-ти на XX век.

Последователно беше покажано дека карбинот може да постои во различни форми и содржи и полиацетиленски и поликумуленски синџири во кои атомите на јаглерод се поврзани со двојни врски:

C=C=C=C=C=C=

Подоцна, карбинот е пронајден во природата - во материја од метеорит.

Карбинот има полупроводнички својства; кога е изложен на светлина, неговата спроводливост значително се зголемува. Поради постоењето на различни видови врски и различни начини на поставување на синџири на јаглеродни атоми во кристалната решетка, физичките својства на карбинот може да варираат во широки граници. Кога се загрева без пристап до воздух над 2000°C, карабинот е стабилен; на температури околу 2300°C, се забележува негова транзиција кон графит.

Природниот јаглерод се состои од два изотопа

Претходно, се веруваше дека јагленот, саѓите и коксот се слични во составот на чистиот јаглерод и се разликуваат по својства од дијамантот и графитот, што претставува независна алотропна модификација на јаглеродот („аморфен јаглерод“). Сепак, беше откриено дека овие супстанции се состојат од ситни кристални честички во кои атомите на јаглеродот се поврзани на ист начин како кај графитот.

4. Јаглен – фино мелен графит. Се формира при термичко распаѓање на соединенија што содржат јаглерод без воздушен пристап. Јагленот значително се разликува по својствата во зависност од супстанцијата од која се добиваат и начинот на производство. Тие секогаш содржат нечистотии кои влијаат на нивните својства. Најважните видови јаглен се кокс, јаглен и саѓи.

Коксот се произведува со загревање на јаглен без пристап до воздух.

Јагленот се формира кога дрвото се загрева без пристап до воздух.

Саѓи е многу фин графитен кристален прав. Формирана со согорување на јаглеводороди (природен гас, ацетилен, терпентин, итн.) со ограничен воздушен пристап.

Активираните јаглероди се порозни индустриски адсорбенти кои се состојат главно од јаглерод. Адсорпцијата е апсорпција на гасови и растворени материи од површината на цврстите материи. Активираните јаглероди се добиваат од цврсто гориво (тресет, кафеав и тврд јаглен, антрацит), дрво и негови преработени производи (јаглен, струготини, отпадоци од хартија), отпад од кожарската индустрија и животински материјали, како што се коските. Јагленот, кој се карактеризира со висока механичка цврстина, се произведува од лушпите на кокосот и другите јаткасти плодови и од овошните семиња. Структурата на јагленот е претставена со пори од сите големини, меѓутоа, капацитетот на адсорпција и стапката на адсорпција се одредуваат според содржината на микропорите по единица маса или волумен на гранули. При производство на активен јаглерод, почетниот материјал прво се подложува на термичка обработка без пристап до воздух, како резултат на што се отстранува влагата и делумно смолите од него. Во овој случај, се формира голема-порозна структура на јаглен. За да се добие микропорозна структура, активирањето се врши или со оксидација со гас или пареа, или со третман со хемиски реагенси.

Во оваа книга, зборот „јаглерод“ се појавува доста често: во приказни за зелени лисја и железо, за пластика и кристали и во многу други. Јаглеродот - „јаглен за раѓање“ - е еден од најневеројатните хемиски елементи. Неговата историја е историја на појавата и развојот на животот на Земјата, бидејќи тој е дел од сите живи суштества на Земјата.

Како изгледа јаглеродот?

Ајде да направиме неколку експерименти. Да земеме шеќер и да го загрееме без воздух. Прво ќе се стопи, ќе порумени, а потоа ќе поцрни и ќе се претвори во јаглен, испуштајќи вода. Ако сега го загреете овој јаглен во присуство на , тој ќе изгори без остаток и ќе се претвори во . Затоа, шеќерот се состоеше од јаглен и вода (шеќерот, патем, се нарекува јаглени хидрати), а јагленот „шеќер“ е, очигледно, чист јаглерод, бидејќи јаглерод диоксидот е соединение на јаглерод со кислород. Ова значи дека јаглеродот е црн, мек прав.

Ајде да земеме сив мек графитен камен, добро познат за вас благодарение на моливите. Ако го загреете во кислород, исто така ќе изгори без остаток, иако малку побавно од јагленот, а јаглерод диоксидот ќе остане во уредот каде што горел. Дали ова значи дека и графитот е чист јаглерод? Се разбира, но тоа не е се.

Ако дијамантот, проѕирен пенлив скапоцен камен и најтврдиот од сите минерали, се загрее во кислород во истиот уред, тој исто така ќе изгори и ќе се претвори во јаглерод диоксид. Ако загреете дијамант без пристап до кислород, тој ќе се претвори во графит, а при многу високи притисоци и температури можете да добиете дијамант од графит.

Значи, јагленот, графитот и дијамантот се различни форми на постоење на ист елемент - јаглерод.

Уште поневеројатна е способноста на јаглеродот да „учествува“ во огромен број различни соединенија (затоа зборот „јаглерод“ се појавува толку често во оваа книга).

104-те елементи на периодниот систем формираат повеќе од четириесет илјади проучувани соединенија. И веќе се познати преку милион соединенија, чија основа е јаглеродот!

Причината за оваа разновидност е тоа што атомите на јаглерод можат да се поврзат едни со други и со други атоми со силни врски, формирајќи сложени во форма на синџири, прстени и други форми. Ниту еден елемент во табелата освен јаглерод не е способен за ова.

Постои бесконечен број на форми кои можат да бидат изградени од јаглеродни атоми, а со тоа и бесконечен број можни соединенија. Овие можат да бидат многу едноставни супстанции, на пример, осветлувачкиот гас метан, во молекула од која четири атоми се поврзани со еден јаглероден атом, и толку сложени што структурата на нивните молекули сè уште не е утврдена. Таквите супстанции вклучуваат