Buod ng aralin "Istruktura ng carbon atom. Valence states ng carbon atom"

Ang carbon ay marahil ang pangunahing at pinakakahanga-hangang elemento ng kemikal sa Earth, dahil sa tulong nito ay nabuo ang napakalaking dami ng iba't ibang mga compound, parehong inorganic at organic. Ang carbon ang batayan ng lahat ng nabubuhay na nilalang; masasabi nating ang carbon, kasama ng tubig at oxygen, ang batayan ng buhay sa ating planeta! Ang carbon ay may iba't ibang anyo na hindi magkatulad sa kanilang mga katangiang physicochemical o sa hitsura. Ngunit lahat ng ito ay carbon!

Kasaysayan ng pagtuklas ng carbon

Ang carbon ay kilala sa sangkatauhan mula pa noong sinaunang panahon. Ang graphite at karbon ay ginamit ng mga sinaunang Griyego, at natagpuang ginagamit ang mga diamante sa India. Totoo, ang mga compound na katulad ng hitsura ay kadalasang napagkakamalang grapayt. Gayunpaman, ang grapayt ay malawakang ginagamit noong sinaunang panahon, partikular sa pagsusulat. Kahit na ang pangalan nito ay nagmula sa salitang Griyego na "grapho" - "Isinulat ko". Ang graphite ay ginagamit na ngayon sa mga lapis. Ang mga diamante ay nagsimulang ikalakal sa unang pagkakataon sa Brazil noong unang kalahati ng ika-18 siglo, mula noong panahong iyon maraming mga deposito ang natuklasan, at noong 1970 ang teknolohiya para sa paggawa ng mga diamante sa artipisyal na paraan ay binuo. Ang ganitong mga artipisyal na diamante ay ginagamit sa industriya, habang ang mga natural, naman, ay ginagamit sa alahas.

Carbon sa kalikasan

Ang pinakamahalagang halaga ng carbon ay nakolekta sa atmospera at hydrosphere sa anyo ng carbon dioxide. Ang kapaligiran ay naglalaman ng humigit-kumulang 0.046% na carbon, at higit pa ang natutunaw sa Karagatang Pandaigdig.

Bilang karagdagan, tulad ng nakita natin sa itaas, ang carbon ay ang batayan ng mga buhay na organismo. Halimbawa, ang isang 70 kg na katawan ng tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 13 kg ng carbon! Ito ay nasa isang tao lamang! At ang carbon ay matatagpuan din sa lahat ng halaman at hayop. Kaya isaalang-alang...

Carbon cycle sa kalikasan

Mga pagbabago sa allotropic ng carbon

Ang carbon ay isang natatanging elemento ng kemikal na bumubuo ng tinatawag na allotropic modifications, o, mas simple, iba't ibang anyo. Ang mga pagbabagong ito ay nahahati sa mala-kristal, walang hugis at sa anyo ng mga kumpol.

Ang mga pagbabago sa kristal ay may regular na kristal na sala-sala. Kasama sa pangkat na ito ang: brilyante, fullerite, graphite, lonsdaleite, carbon fibers at tubes. Ang karamihan sa mga mala-kristal na pagbabago ng carbon ay nasa unang lugar sa ranggo na "Ang pinakamahirap na materyales sa mundo."

Ang mga amorphous na anyo ay nabuo sa pamamagitan ng carbon na may maliliit na admixture ng iba pang mga elemento ng kemikal. Ang mga pangunahing kinatawan ng pangkat na ito: karbon (bato, kahoy, aktibo), soot, anthracite.

Ang pinaka-kumplikado at high-tech na mga compound ay mga carbon compound sa anyo ng mga kumpol. Ang mga kumpol ay isang espesyal na istraktura kung saan ang mga carbon atom ay nakaayos sa paraang bumubuo sila ng isang guwang na hugis, na napuno mula sa loob ng mga atomo ng iba pang mga elemento, halimbawa, tubig. Walang gaanong kinatawan sa pangkat na ito; kabilang dito ang mga carbon nanocone, astralens at dicarbon.

Paglalapat ng carbon

Ang carbon at ang mga compound nito ay may malaking kahalagahan sa buhay ng tao. Ang mga pangunahing uri ng gasolina sa Earth - natural gas at langis - ay nabuo mula sa carbon. Ang mga carbon compound ay malawakang ginagamit sa mga kemikal at metalurhiko na industriya, konstruksiyon, mekanikal na inhinyero at gamot. Ang mga allotropic modification sa anyo ng mga diamante ay ginagamit sa alahas, fullerite at lonsdaleite sa rocket science. Ang iba't ibang mga pampadulas para sa mga mekanismo, teknikal na kagamitan at marami pa ay ginawa mula sa mga carbon compound. Ang industriya ay kasalukuyang hindi magagawa nang walang carbon; ito ay ginagamit sa lahat ng dako!

Ang organikong kimika ay ang kimika ng carbon atom. Ang bilang ng mga organikong compound ay sampu-sampung beses na mas malaki kaysa sa mga hindi organiko, na maaari lamang ipaliwanag Mga tampok ng carbon atom :

a) siya ay nasa gitna ng sukat ng electronegativity at ang pangalawang yugto, samakatuwid ay hindi kapaki-pakinabang para sa kanya na ibigay ang kanyang sarili at tanggapin ang mga electron ng ibang tao at makakuha ng positibo o negatibong singil;

b) espesyal na istraktura ng shell ng elektron – walang mga pares ng elektron at libreng orbital (mayroong isa pang atom na may katulad na istraktura - hydrogen, na marahil kung bakit ang carbon at hydrogen ay bumubuo ng napakaraming compound - hydrocarbons).

Elektronikong istraktura ng carbon atom

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

Sa graphical na anyo:

Ang isang carbon atom sa isang excited na estado ay may sumusunod na electronic formula:

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

Sa anyo ng mga cell:

Hugis ng s- at p-orbitals

Atomic orbital - ang rehiyon ng espasyo kung saan ang isang electron ay malamang na matagpuan, na may katumbas na quantum number.

Ito ay isang three-dimensional na electron na "contour map" kung saan tinutukoy ng wave function ang relatibong posibilidad na makahanap ng isang electron sa partikular na punto sa orbital.

Ang mga kamag-anak na laki ng mga atomic orbital ay tumataas habang tumataas ang kanilang mga enerhiya ( pangunahing quantum number- n), at ang kanilang hugis at oryentasyon sa espasyo ay tinutukoy ng mga quantum number l at m. Ang mga electron sa orbital ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang spin quantum number. Ang bawat orbital ay maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 2 electron na may magkasalungat na spin.

Kapag bumubuo ng mga bono sa iba pang mga atomo, binabago ng carbon atom ang shell ng elektron nito upang ang pinakamalakas na mga bono ay nabuo, at, dahil dito, ang mas maraming enerhiya hangga't maaari ay pinakawalan, at ang sistema ay nakakuha ng pinakamalaking katatagan.

Ang pagpapalit ng electron shell ng isang atom ay nangangailangan ng enerhiya, na kung saan ay binabayaran ng pagbuo ng mas malakas na mga bono.

Ang pagbabagong-anyo ng shell ng elektron (hybridization) ay maaaring pangunahin ng 3 uri, depende sa bilang ng mga atom kung saan ang carbon atom ay bumubuo ng mga bono.

Mga uri ng hybridization:

sp 3 – ang isang atom ay bumubuo ng mga bono na may 4 na kalapit na mga atomo (tetrahedral hybridization):

Electronic formula ng sp 3 – hybrid carbon atom:

*С –1s 2 2(sp 3) 4 sa anyo ng mga cell

Ang anggulo ng bono sa pagitan ng mga hybrid na orbital ay ~109°.

Stereochemical formula ng carbon atom:

sp 2 – Hybridization (valence state)– ang isang atom ay bumubuo ng mga bono na may 3 kalapit na mga atomo (trigonal hybridization):

Electronic formula ng sp 2 – hybrid carbon atom:

*С –1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 sa anyo ng mga cell

Ang anggulo ng bono sa pagitan ng mga hybrid na orbital ay ~120°.

Stereochemical formula ng sp 2 - hybrid carbon atom:

sp– Hybridization (valence state) – ang isang atom ay bumubuo ng mga bono na may 2 kalapit na mga atomo (linear hybridization):

Electronic formula ng sp – hybrid carbon atom:

*С –1s 2 2(sp) 2 2p 2 sa anyo ng mga cell

Ang anggulo ng bono sa pagitan ng mga hybrid na orbital ay ~180°.

Stereochemical formula:

Ang s-orbital ay kasangkot sa lahat ng uri ng hybridization, dahil ito ay may kaunting enerhiya.

Ang muling pagsasaayos ng electron cloud ay nagbibigay-daan sa pagbuo ng pinakamalakas na posibleng mga bono at kaunting interaksyon ng mga atomo sa resultang molekula. Kung saan Maaaring hindi magkapareho ang mga hybrid na orbital, ngunit maaaring magkaiba ang mga anggulo ng bono, halimbawa CH 2 Cl 2 at CCl 4

2. Covalent bond sa mga carbon compound

Covalent bonds, katangian, pamamaraan at dahilan para sa pagbuo - kurikulum ng paaralan.

Paalala ko lang sa iyo:

1. Komunikasyon sa Edukasyon sa pagitan ng mga atomo ay maaaring isaalang-alang bilang resulta ng pagsasanib ng kanilang mga atomic na orbital, at kung mas epektibo ito (mas malaki ang overlap integral), mas malakas ang bono.

Ayon sa kinakalkula na data, ang mga relatibong overlap na kahusayan ng atomic orbitals na S rel ay tumaas tulad ng sumusunod:

Samakatuwid, ang paggamit ng mga hybrid na orbital, tulad ng sp 3 carbon orbitals, upang bumuo ng mga bono na may apat na hydrogen atoms ay nagreresulta sa mas malakas na mga bono.

2. Ang mga covalent bond sa mga carbon compound ay nabuo sa dalawang paraan:

A)Kung ang dalawang atomic orbital ay magkakapatong sa kanilang mga pangunahing axes, ang nagreresultang bono ay tinatawag - σ bond.

Geometry. Kaya, kapag ang mga bono ay nabuo na may mga atomo ng hydrogen sa methane, apat na hybrid sp 3 ~ orbital ng carbon atom ang magkakapatong sa mga s-orbital ng apat na mga atomo ng hydrogen, na bumubuo ng apat na magkaparehong malakas na σ bond na matatagpuan sa isang anggulo na 109°28" sa bawat isa. iba pa (karaniwang anggulo ng tetrahedral) Ang isang katulad na mahigpit na simetriko na istraktura ng tetrahedral ay lumitaw din, halimbawa, sa panahon ng pagbuo ng CCl 4; kung ang mga atom na bumubuo ng mga bono na may carbon ay hindi pantay, halimbawa sa kaso ng CH 2 C1 2, ang spatial na istraktura ay medyo naiiba mula sa ganap na simetriko, bagama't mahalagang ito ay nananatiling tetrahedral .

σ haba ng bono sa pagitan ng mga carbon atom ay nakasalalay sa hybridization ng mga atom at bumababa sa panahon ng paglipat mula sa sp 3 - hybridization sa sp. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang s orbital ay mas malapit sa nucleus kaysa sa p orbital, samakatuwid, mas malaki ang bahagi nito sa hybrid orbital, mas maikli ito, at samakatuwid ay mas maikli ang nabuong bono

B) Kung dalawang atomic p -Ang mga orbital na matatagpuan parallel sa isa't isa ay nagsasagawa ng lateral overlap sa itaas at sa ibaba ng eroplano kung saan matatagpuan ang mga atomo, pagkatapos ay ang nagresultang bono ay tinatawag - π (pi) -komunikasyon

Lateral overlap Ang mga atomic orbital ay hindi gaanong mahusay kaysa sa magkakapatong kasama ang pangunahing axis, kaya π - ang mga koneksyon ay hindi gaanong malakas kaysa sa σ - mga koneksyon. Ito ay ipinakita, sa partikular, sa katotohanan na ang enerhiya ng isang double carbon-carbon bond ay mas mababa sa dalawang beses ang enerhiya ng isang solong bono. Kaya, ang C-C bond energy sa ethane ay 347 kJ/mol, habang ang C = C bond energy sa ethene ay 598 kJ/mol lamang, at hindi ~ 700 kJ/mol.

Degree ng lateral overlap ng dalawang atomic 2p orbitals , at samakatuwid ay lakas π -Ang mga bono ay pinakamataas kung mayroong dalawang carbon atoms at apat na nakagapos sa kanila ang mga atom ay mahigpit na matatagpuan sa isang eroplano, ibig sabihin, kung sila coplanar , dahil lamang sa kasong ito ang atomic 2p orbitals ay eksaktong parallel sa isa't isa at samakatuwid ay may kakayahang maximum na overlap. Anumang paglihis mula sa coplanar state dahil sa pag-ikot sa paligid σ -bond na nagkokonekta sa dalawang carbon atoms ay hahantong sa pagbaba sa antas ng overlap at, nang naaayon, sa pagbaba ng lakas π -bond, na sa gayon ay nakakatulong na mapanatili ang flatness ng molekula.

Pag-ikot sa paligid ng isang carbon-carbon double bond ay hindi posible.

Pamamahagi π -Ang mga electron sa itaas at ibaba ng eroplano ng molekula ay nangangahulugan ng pagkakaroon mga lugar ng negatibong singil, handang makipag-ugnayan sa anumang mga electron-deficient reagents.

Ang mga atom ng oxygen, nitrogen, atbp. ay mayroon ding iba't ibang estado ng valence (hybridization), at ang kanilang mga pares ng elektron ay maaaring nasa parehong hybrid at p-orbital.

Ang CARBON, C (a. carbon; n. Kohlenstoff; f. carbone; i. carbono), ay isang kemikal na elemento ng pangkat IV ng periodic system ng Mendeleev, atomic number 6, atomic mass 12.041. Ang natural na carbon ay binubuo ng pinaghalong 2 stable isotopes: 12 C (98.892%) at 13 C (1.108%). Mayroon ding 6 na radioactive isotopes ng carbon, kung saan ang pinakamahalaga ay ang 14 C isotope na may kalahating buhay na 5.73.10 3 taon (ang isotope na ito ay patuloy na nabuo sa maliit na dami sa itaas na mga layer ng atmospera bilang resulta ng pag-iilaw ng 14 N nuclei ng mga neutron mula sa cosmic radiation).

Ang carbon ay kilala mula noong sinaunang panahon. Ang kahoy ay ginamit upang mabawi ang mga metal mula sa ores, at ang brilyante ay ginamit bilang... Ang pagkilala sa carbon bilang isang kemikal na elemento ay nauugnay sa pangalan ng Pranses na chemist na si A. Lavoisier (1789).

Mga pagbabago at katangian ng carbon

Mayroong 4 na kilalang crystalline modification ng carbon: graphite, diamond, carbyne at lonsdaleite, na malaki ang pagkakaiba sa kanilang mga katangian. Ang Carbyne ay isang artipisyal na ginawa na iba't ibang carbon, na isang pinong mala-kristal na itim na pulbos, ang kristal na istraktura na kung saan ay nailalarawan sa pagkakaroon ng mahabang chain ng mga carbon atom na matatagpuan parallel sa bawat isa. Densidad 3230-3300 kg/m3, kapasidad ng init 11.52 J/mol.K. Ang Lonsdaleite ay matatagpuan sa mga meteorite at nakuha sa artipisyal na paraan; ang istraktura at pisikal na katangian nito ay hindi pa ganap na naitatag. Ang carbon ay nailalarawan din ng isang estado na may hindi maayos na istraktura - ang tinatawag na. amorphous carbon (soot, coke, charcoal). Ang mga pisikal na katangian ng "amorphous" na carbon ay higit na nakasalalay sa pagpapakalat ng mga particle at ang pagkakaroon ng mga impurities.

Mga kemikal na katangian ng carbon

Sa mga compound, ang carbon ay may mga estado ng oksihenasyon na +4 (ang pinakakaraniwan), +2 at +3. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang carbon ay chemically inert; sa mataas na temperatura ito ay pinagsama sa maraming elemento, na nagpapakita ng malakas na mga katangian ng pagbabawas. Ang aktibidad ng kemikal ng carbon ay bumababa sa seryeng "amorphous" na carbon, grapayt, brilyante; Ang pakikipag-ugnayan sa atmospheric oxygen sa mga ganitong uri ng carbon ay nangyayari ayon sa pagkakabanggit sa mga temperatura na 300-500°C, 600-700°C at 850-1000°C na may pagbuo ng carbon dioxide (CO 2) at carbon monoxide (CO). Ang dioxide ay natutunaw sa tubig upang bumuo ng carbonic acid. Ang lahat ng anyo ng carbon ay lumalaban sa alkalis at acids. Ang carbon ay halos hindi nakikipag-ugnayan sa mga halogens (maliban sa graphite, na tumutugon sa F2 sa itaas ng 900°C), kaya ang mga halide nito ay hindi direktang nakuha. Sa mga compound na naglalaman ng nitrogen, ang hydrogen cyanide HCN (hydrocyanic acid) at ang maraming derivatives nito ay may malaking praktikal na kahalagahan. Sa temperaturang higit sa 1000°C, ang carbon ay tumutugon sa maraming metal, na bumubuo ng mga karbida. Ang lahat ng anyo ng carbon ay hindi matutunaw sa mga karaniwang inorganic at organic na solvents.

Ang pinakamahalagang pag-aari ng carbon ay ang kakayahan ng mga atomo nito na bumuo ng malakas na mga bono ng kemikal sa kanilang mga sarili, gayundin sa pagitan nila at ng iba pang mga elemento. Ang kakayahan ng carbon na bumuo ng 4 na katumbas na valence bond sa iba pang mga carbon atom ay nagpapahintulot sa pagbuo ng mga carbon skeleton ng iba't ibang uri (linear, branched, cyclic); Ang mga katangiang ito ang nagpapaliwanag ng eksklusibong papel ng carbon sa istruktura ng lahat ng mga organikong compound at, lalo na, ang lahat ng nabubuhay na organismo.

Carbon sa kalikasan

Ang karaniwang nilalaman ng carbon sa crust ng lupa ay 2.3.10% (ayon sa masa); Bukod dito, ang bulk ng carbon ay puro sa sedimentary rocks (1%), habang sa ibang mga bato ay may makabuluhang mas mababa at humigit-kumulang pantay (1-3.10%) na konsentrasyon ng elementong ito. Naiipon ang carbon sa itaas na bahagi, kung saan ang presensya nito ay pangunahing nauugnay sa mga buhay na bagay (18%), kahoy (50%), karbon (80%), langis (85%), anthracite (96%), pati na rin ang mga dolomite at limestones. Mahigit sa 100 carbon mineral ang kilala, kung saan ang pinakakaraniwan ay calcium, magnesium at iron carbonates (calcite CaCO 3, dolomite (Ca, Mg)CO 3 at siderite FeCO 3). Ang akumulasyon ng carbon sa crust ng lupa ay madalas na nauugnay sa akumulasyon ng iba pang mga elemento na na-sorbed ng organikong bagay at namuo pagkatapos ng paglilibing nito sa ilalim ng mga reservoir sa anyo ng mga hindi matutunaw na compound. Ang malalaking dami ng CO 2 dioxide ay inilalabas sa atmospera mula sa Earth sa panahon ng aktibidad ng bulkan at sa panahon ng pagkasunog ng mga organikong panggatong. Mula sa atmospera, ang CO 2 ay nasisipsip ng mga halaman sa panahon ng proseso ng photosynthesis at natutunaw sa tubig dagat, sa gayon ay bumubuo ng pinakamahalagang mga link sa kabuuang carbon cycle sa Earth. May mahalagang papel din ang carbon sa kalawakan; Sa Araw, ang carbon ay nasa ika-4 na sagana pagkatapos ng hydrogen, helium at oxygen, na nakikilahok sa mga prosesong nuklear.

Paglalapat at Paggamit

Ang pinakamahalagang pambansang pang-ekonomiyang kahalagahan ng carbon ay tinutukoy ng katotohanan na ang tungkol sa 90% ng lahat ng pangunahing pinagkukunan ng enerhiya na natupok ng mga tao ay nagmula sa mga fossil fuel. May posibilidad na gumamit ng langis hindi bilang gasolina, ngunit bilang isang hilaw na materyal para sa iba't ibang industriya ng kemikal. Ang isang mas maliit, ngunit gayunpaman napaka makabuluhang papel sa pambansang ekonomiya ay nilalaro ng carbon, na minahan sa anyo ng mga carbonates (metallurgy, construction, kemikal na produksyon), diamante (alahas, teknolohiya) at grapayt (nuclear technology, heat-resistant crucibles, lapis. , ilang uri ng mga pampadulas at iba pa). Batay sa partikular na aktibidad ng 14 C isotope sa mga labi ng biogenic na pinagmulan, ang kanilang edad ay tinutukoy (radiocarbon dating method). Ang 14 C ay malawakang ginagamit bilang isang radioactive tracer. Ang pinakakaraniwang isotope 12 C ay mahalaga - isang ikalabindalawa ng masa ng isang atom ng isotope na ito ay kinuha bilang isang yunit ng atomic mass ng mga elemento ng kemikal.

Ang organikong buhay sa Earth ay kinakatawan ng mga carbon compound. Ang elemento ay bahagi ng mga pangunahing bahagi ng mga istruktura ng cellular: mga protina, karbohidrat at taba, at bumubuo rin ng batayan ng sangkap ng pagmamana - deoxyribonucleic acid. Sa inorganic na kalikasan, ang carbon ay isa sa mga pinakakaraniwang elemento na bumubuo sa crust ng mundo at atmospera ng planeta. Ang organikong kimika bilang isang sangay ng agham ng kemikal ay ganap na nakatuon sa mga katangian ng elemento ng kemikal na carbon at mga compound nito. Isasaalang-alang ng aming artikulo ang pisikal at kemikal na mga katangian ng carbon at ang mga tampok ng mga katangian nito.

Lugar ng elemento sa periodic table ng Mendeleev

Ang carbon subgroup ay ang pangunahing subgroup ng pangkat IV, na, bilang karagdagan sa carbon, kasama rin ang silikon, germanium, lata at tingga. Ang lahat ng mga elementong ito ay may parehong istraktura ng panlabas na antas ng enerhiya, kung saan matatagpuan ang apat na electron. Tinutukoy nito ang pagkakatulad ng kanilang mga kemikal na katangian. Sa normal na estado, ang mga elemento ng subgroup ay divalent, at kapag ang kanilang mga atomo ay napunta sa isang nasasabik na estado, nagpapakita sila ng isang valency na 4. Ang pisikal at kemikal na mga katangian ng carbon ay nakasalalay sa estado ng mga elektronikong shell ng atom nito. Kaya, sa isang reaksyon sa oxygen, ang isang elemento na ang mga particle ay nasa isang hindi nasasabik na estado ay bumubuo ng walang malasakit na oxide CO. Ang mga carbon atom sa isang nasasabik na estado ay na-oxidized sa carbon dioxide, na nagpapakita ng mga acidic na katangian.

Mga anyo ng carbon sa kalikasan

Ang brilyante, graphite at carbyne ay tatlong allotropic modification ng carbon bilang isang simpleng substance. Ang mga transparent na kristal na may mataas na antas ng repraksyon ng mga light ray, na siyang pinakamahirap na compound sa kalikasan, ay mga diamante. Mahina silang nagsasagawa ng init at mga dielectric. Ang kristal na sala-sala ay atomic, napakalakas. Sa loob nito, ang bawat atom ng isang elemento ay napapalibutan ng apat na iba pang mga particle, na bumubuo ng isang regular na tetrahedron.

Ganap na magkakaibang pisikal at kemikal na katangian ng carbon na bumubuo ng grapayt. Ito ay isang dark gray crystalline substance na mamantika sa pagpindot. Ito ay may isang layer-by-layer na istraktura, ang mga distansya sa pagitan ng mga layer ng mga atom ay medyo malaki, habang ang kanilang mga kaakit-akit na pwersa ay mahina. Samakatuwid, kapag ang pagpindot sa isang graphite rod, ang sangkap ay nagpapalabas sa manipis na mga natuklap. Nag-iiwan sila ng maitim na marka sa papel. Ang graphite ay thermally conductive at bahagyang mas mababa sa mga metal sa electrical conductivity.

Ang kakayahang magsagawa ng electric current ay ipinaliwanag ng istraktura ng kristal ng sangkap. Sa loob nito, ang mga carbon particle ay nakagapos sa tatlong iba pa gamit ang malakas na covalent chemical bond. Ang ikaapat na valence electron ng bawat atom ay nananatiling libre at nakakagalaw sa kabuuan ng substance. Ang direktang paggalaw ng mga negatibong sisingilin na mga particle ay nagiging sanhi ng paglitaw ng electric current. Ang mga lugar ng aplikasyon ng grapayt ay iba-iba. Kaya, ginagamit ito para sa paggawa ng mga electrodes sa electrical engineering at para sa pagsasagawa ng proseso ng electrolysis, kung saan, halimbawa, ang mga alkali metal ay nakuha sa kanilang purong anyo. Ang Graphite ay nakahanap ng aplikasyon sa mga nuclear reactor upang makontrol ang bilis ng mga chain reaction na nagaganap sa kanila bilang isang neutron moderator. Ito ay kilala sa paggamit ng substance bilang slate rods o lubricant sa pagkuskos ng mga bahagi ng mga mekanismo.

Ano ang carbyne?

Ang itim na mala-kristal na pulbos na may malasalamin na ningning ay carbine. Na-synthesize ito noong kalagitnaan ng ika-20 siglo sa Russia. Ang sangkap ay higit na mataas sa grapayt sa tigas, chemically passive, may mga katangian ng semiconductor at ito ang pinaka-matatag na pagbabago ng carbon. Ang koneksyon ay mas malakas kaysa sa grapayt. Mayroon ding mga anyo ng carbon na ang mga katangian ng kemikal ay naiiba sa bawat isa. Ang mga ito ay soot, charcoal at coke.

Ang iba't ibang mga katangian ng allotropic na pagbabago ng carbon ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng istraktura ng kanilang mga kristal na sala-sala. Ito ay isang refractory substance, walang kulay at walang amoy. Ito ay hindi matutunaw sa mga organikong solvent, ngunit may kakayahang bumuo ng mga solidong solusyon - mga haluang metal, halimbawa, na may bakal.

Mga kemikal na katangian ng carbon

Depende sa sangkap kung saan tumutugon ang carbon, maaari itong magpakita ng dalawahang katangian: parehong ahente ng pagbabawas at ahente ng oxidizing. Halimbawa, sa pamamagitan ng pagsasama ng coke na may mga metal, ang kanilang mga compound ay nakuha - carbide. Ang reaksyon sa hydrogen ay gumagawa ng mga hydrocarbon. Ito ay mga organikong compound, halimbawa, methane, ethylene, acetylene, kung saan, tulad ng sa mga metal, ang carbon ay may estado ng oksihenasyon na -4. Ang mga reductive na kemikal na reaksyon ng carbon, ang mga katangian na pinag-aaralan natin, ay lumilitaw sa panahon ng pakikipag-ugnayan nito sa oxygen, halogens, tubig at mga pangunahing oksido.

Mga carbon oxide

Sa pamamagitan ng pagsunog ng karbon sa hangin na may mababang nilalaman ng oxygen, ang carbon monoxide ay ginawa - divalent carbon oxide. Ito ay walang kulay, walang amoy at lubhang nakakalason. Ang pagsasama-sama ng hemoglobin sa dugo sa panahon ng paghinga, ang carbon monoxide ay kumakalat sa buong katawan ng tao, na nagiging sanhi ng pagkalason at pagkatapos ay kamatayan mula sa inis. Sa pag-uuri, ang sangkap ay pumapalit sa mga walang malasakit na oksido, hindi tumutugon sa tubig, at hindi tumutugma sa alinman sa isang base o isang acid. Ang mga kemikal na katangian ng carbon, na may valence na 4, ay naiiba sa naunang tinalakay na mga katangian.

Carbon dioxide

Ang isang walang kulay na gas na sangkap sa temperatura na 15 at isang presyon ng isang kapaligiran ay pumasa sa solid phase. Tinatawag itong dry ice. Ang mga molekula ng CO 2 ay nonpolar, bagaman ang covalent bond sa pagitan ng oxygen at carbon atoms ay polar. Ang tambalan ay kabilang sa mga acid oxide. Nakikipag-ugnayan sa tubig, ito ay bumubuo ng carbonate acid. Ang mga reaksyon sa pagitan ng carbon dioxide at mga simpleng sangkap ay kilala: mga metal at di-metal, halimbawa, na may magnesium, calcium o coke. Sa kanila ito ay gumaganap ng papel ng isang oxidizing agent.

Kwalitatibong reaksyon sa carbon dioxide

Upang matiyak na ang gas na pinag-aaralan ay talagang carbon monoxide CO 2, ang sumusunod na eksperimento ay isinasagawa sa inorganic na kimika: ang sangkap ay ipinapasa sa isang malinaw na solusyon ng tubig ng dayap. Ang pagmamasid sa labo ng solusyon dahil sa pag-ulan ng isang puting precipitate ng calcium carbonate ay nagpapatunay sa pagkakaroon ng mga molekula ng carbon dioxide sa pinaghalong mga reagents. Kapag ang gas ay higit na naipasa sa isang solusyon ng calcium hydroxide, ang CaCO 3 precipitate ay natutunaw dahil sa pagbabago nito sa calcium bikarbonate, isang nalulusaw sa tubig na asin.

Ang papel ng carbon sa proseso ng blast furnace

Ang mga kemikal na katangian ng carbon ay ginagamit sa pang-industriyang produksyon ng bakal mula sa mga ores nito: magnetic, red o brown iron ore. Pangunahin sa kanila ay ang pagbabawas ng mga katangian ng carbon at oxides - carbon dioxide at carbon dioxide. Ang mga prosesong nagaganap sa blast furnace ay maaaring katawanin bilang sumusunod na pagkakasunod-sunod ng mga reaksyon:

• Una, nasusunog ang coke sa daloy ng hangin na pinainit hanggang 1,850 °C na may pagbuo ng carbon dioxide: C + O 2 = CO 2.
• Ang pagdaan sa mainit na carbon, nababawasan ito sa carbon monoxide: CO 2 + C = 2CO.
• Ang carbon monoxide ay tumutugon sa iron ore, na nagreresulta sa iron oxide: 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2, Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2.
• Ang reaksyon para sa paggawa ng bakal ay magkakaroon ng sumusunod na anyo: FeO + CO = Fe + CO 2

Ang tunaw na bakal ay natutunaw ang pinaghalong carbon at carbon monoxide, na nagreresulta sa isang sangkap - cementite.

Ang cast iron na natunaw sa isang blast furnace, bilang karagdagan sa bakal, ay naglalaman ng hanggang 4.5% na carbon at iba pang mga impurities: mangganeso, posporus, asupre. Ang bakal, na naiiba sa cast iron sa maraming paraan, tulad ng kakayahang igulong at huwad, ay naglalaman lamang ng 0.3 hanggang 1.7% na carbon. Ang mga produktong bakal ay malawakang ginagamit sa halos lahat ng industriya: mechanical engineering, metalurhiya, gamot.

Sa aming artikulo, nalaman namin kung anong mga kemikal na katangian ng carbon at mga compound nito ang ginagamit sa iba't ibang lugar ng aktibidad ng tao.

Sa aklat na ito, ang salitang "carbon" ay madalas na lumilitaw: sa mga kuwento tungkol sa mga berdeng dahon at bakal, tungkol sa mga plastik at kristal, at sa marami pang iba. Carbon - "pagsilang ng karbon" - ay isa sa mga pinaka-kahanga-hangang elemento ng kemikal. Ang kasaysayan nito ay ang kasaysayan ng paglitaw at pag-unlad ng buhay sa Earth, dahil bahagi ito ng lahat ng nabubuhay na bagay sa Earth.

Ano ang hitsura ng carbon?

Gumawa tayo ng ilang mga eksperimento. Kumuha tayo ng asukal at painitin ito nang walang hangin. Ito ay unang matutunaw, magiging kayumanggi, at pagkatapos ay magiging itim at magiging karbon, na naglalabas ng tubig. Kung pinainit mo ngayon ang karbon na ito sa presensya ng , ito ay masusunog nang walang nalalabi at magiging . Samakatuwid, ang asukal ay binubuo ng karbon at tubig (ang asukal, sa pamamagitan ng paraan, ay tinatawag na karbohidrat), at ang "asukal" na karbon ay, tila, purong carbon, dahil ang carbon dioxide ay isang compound ng carbon na may oxygen. Nangangahulugan ito na ang carbon ay isang itim, malambot na pulbos.

Kumuha tayo ng kulay abong malambot na batong grapayt, na kilala mo salamat sa mga lapis. Kung painitin mo ito sa oxygen, masusunog din ito nang walang nalalabi, bagama't medyo mas mabagal kaysa sa karbon, at mananatili ang carbon dioxide sa device kung saan ito nasunog. Nangangahulugan ba ito na ang grapayt ay purong carbon din? Siyempre, ngunit hindi lang iyon.

Kung ang isang brilyante, isang transparent na kumikinang na gemstone at ang pinakamahirap sa lahat ng mineral, ay pinainit sa oxygen sa parehong aparato, ito rin ay masusunog, na magiging carbon dioxide. Kung magpapainit ka ng brilyante nang walang access sa oxygen, ito ay magiging grapayt, at sa napakataas na presyon at temperatura maaari kang makakuha ng brilyante mula sa grapayt.

Kaya, ang karbon, grapayt at brilyante ay magkakaibang anyo ng pagkakaroon ng parehong elemento - carbon.

Ang mas kamangha-mangha ay ang kakayahan ng carbon na "lumahok" sa isang malaking bilang ng iba't ibang mga compound (kaya naman ang salitang "carbon" ay madalas na lumilitaw sa aklat na ito).

Ang 104 elemento ng periodic table ay bumubuo ng higit sa apatnapung libong pinag-aralan na compound. At higit sa isang milyong compound ay kilala na, ang batayan nito ay carbon!

Ang dahilan ng pagkakaiba-iba na ito ay ang mga carbon atom ay maaaring konektado sa isa't isa at sa iba pang mga atomo sa pamamagitan ng malakas na mga bono, na bumubuo ng mga kumplikado sa anyo ng mga chain, singsing at iba pang mga hugis. Walang elemento sa talahanayan maliban sa carbon ang may kakayahang ito.

Mayroong isang walang katapusang bilang ng mga hugis na maaaring mabuo mula sa mga carbon atom, at samakatuwid ay isang walang katapusang bilang ng mga posibleng compound. Ang mga ito ay maaaring napakasimpleng mga sangkap, halimbawa, ang nag-iilaw na gas methane, sa isang molekula kung saan ang apat na atomo ay nakagapos sa isang carbon atom, at napakasalimuot na ang istraktura ng kanilang mga molekula ay hindi pa naitatag. Kasama sa mga naturang sangkap