कार्बन परमाणु की संरचना. कार्बन परमाणु की संयोजकता अवस्थाएँ

सबसे आश्चर्यजनक तत्वों में से एक, जो कार्बनिक और अकार्बनिक प्रकृति के यौगिकों की एक विशाल विविधता बनाने में सक्षम है, कार्बन है। यह ऐसे असामान्य गुणों वाला एक तत्व है कि मेंडेलीव ने इसके लिए एक महान भविष्य की भविष्यवाणी की थी, उन विशेषताओं के बारे में बोलते हुए जो अभी तक सामने नहीं आई थीं।

बाद में इसकी व्यावहारिक पुष्टि हो गई. यह ज्ञात हो गया कि यह हमारे ग्रह का मुख्य बायोजेनिक तत्व है, बिल्कुल सभी जीवित प्राणियों का हिस्सा है। इसके अलावा, यह उन रूपों में अस्तित्व में रहने में सक्षम है जो सभी मामलों में मौलिक रूप से भिन्न हैं, लेकिन साथ ही इसमें केवल कार्बन परमाणु शामिल हैं।

सामान्य तौर पर, इस संरचना में कई विशेषताएं हैं, और हम लेख के दौरान उन्हें समझने की कोशिश करेंगे।

कार्बन: तत्वों की प्रणाली में सूत्र और स्थिति

में आवर्त सारणीतत्व कार्बन समूह IV (14 में नए नमूने के अनुसार), मुख्य उपसमूह में स्थित है। इसका परमाणु क्रमांक 6 तथा परमाणु भार 12.011 है। C चिन्ह के साथ किसी तत्व का पदनाम लैटिन में उसके नाम को दर्शाता है - कार्बोनियम। कार्बन कई अलग-अलग रूपों में मौजूद है। इसलिए इसका सूत्र भिन्न-भिन्न होता है और विशिष्ट संशोधन पर निर्भर करता है।

हालाँकि, निःसंदेह, प्रतिक्रिया समीकरण लिखने के लिए एक विशिष्ट संकेतन है। सामान्यतः जब किसी पदार्थ के बारे में उसके शुद्ध रूप में बात की जाती है तो उसे स्वीकार कर लिया जाता है आण्विक सूत्रकार्बन सी, बिना इंडेक्सेशन के।

तत्व की खोज का इतिहास

यह तत्व स्वयं प्राचीन काल से ज्ञात है। आख़िरकार, प्रकृति में सबसे महत्वपूर्ण खनिजों में से एक कोयला है। इसलिए, यह प्राचीन यूनानियों, रोमनों और अन्य देशों के लिए कोई रहस्य नहीं था।

इस किस्म के अलावा, हीरे और ग्रेफाइट का भी उपयोग किया जाता था। आखिरी वाले के साथ कब काकई भ्रामक स्थितियाँ थीं, क्योंकि अक्सर संरचना का विश्लेषण किए बिना निम्नलिखित यौगिकों को ग्रेफाइट समझ लिया जाता था:

चाँदी का सीसा;
लौह कार्बाइड;
मोलिब्डेनम सल्फाइड.

उन सभी को काले रंग से रंगा गया था और इसलिए उन्हें ग्रेफाइट माना गया। बाद में यह ग़लतफ़हमी दूर हुई और कार्बन का यही रूप बन गया।

1725 के बाद से, हीरे अत्यधिक व्यावसायिक महत्व के हो गए हैं, और 1970 में उन्हें कृत्रिम रूप से उत्पादित करने की तकनीक में महारत हासिल की गई थी। 1779 से, कार्ल शीले के काम के लिए धन्यवाद, कार्बन द्वारा प्रदर्शित रासायनिक गुणों का अध्ययन किया गया है। इसने इस तत्व के क्षेत्र में कई महत्वपूर्ण खोजों की शुरुआत के रूप में कार्य किया और इसकी सभी अनूठी विशेषताओं को स्पष्ट करने का आधार बन गया।

कार्बन समस्थानिक और प्रकृति में वितरण

इस तथ्य के बावजूद कि विचाराधीन तत्व सबसे महत्वपूर्ण बायोजेनिक में से एक है सामान्य सामग्रीपृथ्वी की पपड़ी का द्रव्यमान 0.15% है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि यह निरंतर परिसंचरण, प्रकृति के प्राकृतिक चक्र के अधीन है।

सामान्य तौर पर, हम कई खनिज यौगिकों के नाम बता सकते हैं जिनमें कार्बन होता है। ये प्राकृतिक नस्लें हैं जैसे:

डोलोमाइट्स और चूना पत्थर;
एन्थ्रेसाइट;
तेल परत;
प्राकृतिक गैस;
कोयला;
तेल;
लिग्नाइट कोयला;
पीट;
कोलतार.

इसके अलावा, हमें जीवित प्राणियों के बारे में नहीं भूलना चाहिए, जो केवल कार्बन यौगिकों का भंडार हैं। आख़िरकार, यह प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट, न्यूक्लिक एसिड और इसलिए सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक अणु बनाता है। सामान्य तौर पर, 70 किलोग्राम शुष्क शरीर द्रव्यमान में से 15 शुद्ध तत्व के कारण होते हैं। और इसलिए यह हर व्यक्ति के लिए है, जानवरों, पौधों और अन्य प्राणियों का तो जिक्र ही नहीं।

यदि हम जल, अर्थात् संपूर्ण जलमंडल और वायुमंडल पर विचार करें, तो कार्बन और ऑक्सीजन का मिश्रण होता है, जिसे सूत्र CO 2 द्वारा व्यक्त किया जाता है। डाइऑक्साइड या कार्बन डाइऑक्साइड हवा बनाने वाली मुख्य गैसों में से एक है। इस रूप में कार्बन का द्रव्यमान अंश 0.046% है। विश्व महासागर के जल में और भी अधिक कार्बन डाइऑक्साइड घुली हुई है।

एक तत्व के रूप में कार्बन का परमाणु द्रव्यमान 12.011 है। यह ज्ञात है कि इस मान की गणना प्रकृति में विद्यमान सभी समस्थानिक किस्मों के परमाणु भार के बीच अंकगणितीय माध्य के रूप में की जाती है, उनकी प्रचुरता को ध्यान में रखते हुए (में) को PERCENTAGE). ऐसा प्रश्नाधीन पदार्थ के साथ होता है। तीन मुख्य समस्थानिक हैं जिनमें कार्बन होता है। यह:

12 सी - इसका द्रव्यमान अंश अत्यधिक 98.93% है;
13 सी - 1.07%;
14 सी - रेडियोधर्मी, अर्ध-जीवन 5700 वर्ष, स्थिर बीटा उत्सर्जक।

नमूनों की भू-कालानुक्रमिक आयु निर्धारित करने के अभ्यास में, रेडियोधर्मी आइसोटोप 14 सी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जो इसकी लंबी क्षय अवधि के कारण एक संकेतक है।

तत्व का एलोट्रोपिक संशोधन

कार्बन एक ऐसा तत्व है जो एक साधारण पदार्थ के रूप में कई रूपों में मौजूद होता है। अर्थात्, यह आज ज्ञात एलोट्रोपिक संशोधनों की सबसे बड़ी संख्या बनाने में सक्षम है।

1. क्रिस्टलीय विविधताएँ - नियमित परमाणु-प्रकार की जाली के साथ मजबूत संरचनाओं के रूप में मौजूद हैं। इस समूह में निम्नलिखित किस्में शामिल हैं:

हीरे;
फुलरीन;
ग्रेफाइट्स;
कार्बाइन;
lonsdaleites;
और ट्यूब.

उन सभी में अलग-अलग जाली होती हैं, जिनके नोड्स पर एक कार्बन परमाणु होता है। इसलिए भौतिक और रासायनिक दोनों, पूरी तरह से अद्वितीय, असमान गुण।

2. अनाकार रूप - इनका निर्माण कार्बन परमाणु से होता है, जो कुछ प्राकृतिक यौगिकों का हिस्सा है। अर्थात्, ये शुद्ध किस्में नहीं हैं, बल्कि कम मात्रा में अन्य तत्वों के मिश्रण के साथ हैं। इस समूह में शामिल हैं:

सक्रिय कार्बन;
पत्थर और लकड़ी;
कालिख;
कार्बन नैनोफोम;
एन्थ्रेसाइट;
कांच जैसा कार्बन;
किसी पदार्थ की तकनीकी विविधता।

वे क्रिस्टल जाली की संरचनात्मक विशेषताओं से भी एकजुट होते हैं, जो गुणों की व्याख्या और प्रदर्शन करते हैं।

3. समूहों के रूप में कार्बन यौगिक। यह एक संरचना है जिसमें परमाणु एक विशेष संरचना में बंद होते हैं जो अंदर से खोखला होता है, पानी या अन्य तत्वों के नाभिक से भरा होता है। उदाहरण:

कार्बन नैनोकोन्स;
एस्ट्रालेन्स;
डाइकार्बन.

अनाकार कार्बन के भौतिक गुण

एलोट्रोपिक संशोधनों की विस्तृत विविधता के कारण, कार्बन के लिए किसी भी सामान्य भौतिक गुणों की पहचान करना मुश्किल है। किसी विशिष्ट रूप के बारे में बात करना आसान है। उदाहरण के लिए, अनाकार कार्बन में निम्नलिखित विशेषताएं हैं।

सभी रूप ग्रेफाइट की महीन-क्रिस्टलीय किस्मों पर आधारित हैं।
उच्च ताप क्षमता.
अच्छे प्रवाहकीय गुण.
कार्बन घनत्व लगभग 2 ग्राम/सेमी3 है।
1600 0 C से ऊपर गर्म करने पर, ग्रेफाइट रूपों में संक्रमण होता है।

तकनीकी उद्देश्यों के लिए कालिख और पत्थर की किस्मों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वे अपने शुद्ध रूप में कार्बन संशोधन की अभिव्यक्ति नहीं हैं, लेकिन उनमें यह बहुत बड़ी मात्रा में होता है।

क्रिस्टलीय कार्बन

ऐसे कई विकल्प हैं जिनमें कार्बन वह पदार्थ है जो नियमित क्रिस्टल बनाता है विभिन्न प्रकार के, जहां परमाणु श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। परिणामस्वरूप, निम्नलिखित संशोधन बनते हैं।

- घन, जिसमें चार चतुष्फलक जुड़े हुए हैं। परिणामस्वरूप, प्रत्येक परमाणु के सभी सहसंयोजक रासायनिक बंधन यथासंभव संतृप्त और मजबूत होते हैं। यह भौतिक गुणों की व्याख्या करता है: कार्बन घनत्व 3300 किग्रा/एम3। उच्च कठोरता, कम ताप क्षमता, विद्युत चालकता की कमी - यह सब क्रिस्टल जाली की संरचना का परिणाम है। यहां तकनीकी रूप से उत्पादित हीरे हैं। वे उच्च तापमान और एक निश्चित दबाव के प्रभाव में ग्रेफाइट के अगले संशोधन में संक्रमण के दौरान बनते हैं। सामान्य तौर पर, यह ताकत जितनी अधिक होती है - लगभग 3500 0 सी।
ग्रेफाइट. परमाणुओं को पिछले पदार्थ की संरचना के समान व्यवस्थित किया जाता है, हालांकि, केवल तीन बंधन संतृप्त होते हैं, और चौथा लंबा और कम मजबूत हो जाता है, यह हेक्सागोनल जाली के छल्ले की "परतों" को जोड़ता है; परिणामस्वरूप, यह पता चलता है कि ग्रेफाइट स्पर्श करने पर एक नरम, चिकना काला पदार्थ है। इसमें अच्छी विद्युत चालकता है और उच्च गलनांक है - 3525 0 C. उर्ध्वपातन में सक्षम - ऊर्ध्वपातन से ठोस अवस्थातरल को दरकिनार करते हुए गैसीय में (3700 0 C के तापमान पर)। कार्बन का घनत्व 2.26 ग्राम/सेमी3 है, जो हीरे की तुलना में बहुत कम है। यह उनके विभिन्न गुणों की व्याख्या करता है। क्रिस्टल जाली की स्तरित संरचना के कारण, ग्रेफाइट का उपयोग पेंसिल लीड बनाने के लिए किया जा सकता है। जब इसे कागज के ऊपर से गुजारा जाता है, तो तराजू छिल जाती है और कागज पर एक काला निशान छोड़ देती है।
फुलरीन। इनकी खोज पिछली सदी के 80 के दशक में ही हुई थी। वे ऐसे संशोधन हैं जिनमें कार्बन एक दूसरे से केंद्र में एक शून्य के साथ एक विशेष उत्तल बंद संरचना में जुड़े होते हैं। इसके अलावा, क्रिस्टल का आकार बहुफलकीय है, उचित संगठन. परमाणुओं की संख्या सम होती है. फुलरीन सी 60 का सबसे प्रसिद्ध रूप। शोध के दौरान ऐसे ही पदार्थ के नमूने मिले:

उल्कापिंड;
नीचे तलछट;
folgurites;
शुंगाइट्स;
बाह्य अंतरिक्ष, जहां वे गैसों के रूप में समाहित थे।

क्रिस्टलीय कार्बन की सभी किस्में अत्यधिक व्यावहारिक महत्व की हैं क्योंकि उनमें प्रौद्योगिकी में कई उपयोगी गुण हैं।

रासायनिक गतिविधि

आणविक कार्बन अपने स्थिर विन्यास के कारण कम रासायनिक गतिविधि प्रदर्शित करता है। इसे केवल परमाणु को अतिरिक्त ऊर्जा प्रदान करके और बाहरी स्तर के इलेक्ट्रॉनों को वाष्पीकृत करने के लिए मजबूर करके प्रतिक्रिया करने के लिए मजबूर किया जा सकता है। इस बिंदु पर, संयोजकता 4 हो जाती है। इसलिए, यौगिकों में इसकी ऑक्सीकरण अवस्था + 2, + 4, - 4 होती है।

सरल पदार्थों, धातु और अधातु दोनों के साथ लगभग सभी प्रतिक्रियाएँ उच्च तापमान के प्रभाव में होती हैं। विचाराधीन तत्व या तो ऑक्सीकरण एजेंट या कम करने वाला एजेंट हो सकता है। हालाँकि, बाद के गुण इसमें विशेष रूप से स्पष्ट हैं, और यही धातुकर्म और अन्य उद्योगों में इसके उपयोग पर आधारित है।

सामान्य तौर पर, रासायनिक अंतःक्रिया में प्रवेश करने की क्षमता तीन कारकों पर निर्भर करती है:

कार्बन फैलाव;
एलोट्रोपिक संशोधन;
प्रतिक्रिया तापमान.

इस प्रकार, कुछ मामलों में, निम्नलिखित पदार्थों के साथ परस्पर क्रिया होती है:

गैर-धातु (हाइड्रोजन, ऑक्सीजन);
धातुएँ (एल्यूमीनियम, लोहा, कैल्शियम और अन्य);
धातु ऑक्साइड और उनके लवण।

एसिड और क्षार के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, हैलोजन के साथ बहुत कम ही प्रतिक्रिया करता है। कार्बन का सबसे महत्वपूर्ण गुण आपस में लंबी श्रृंखला बनाने की क्षमता है। वे एक चक्र में बंद हो सकते हैं और शाखाएँ बना सकते हैं। इस प्रकार कार्बनिक यौगिकों का निर्माण होता है, जिनकी संख्या आज लाखों में है। इन यौगिकों का आधार दो तत्व हैं - कार्बन और हाइड्रोजन। संरचना में अन्य परमाणु भी शामिल हो सकते हैं: ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर, हैलोजन, फास्फोरस, धातु और अन्य।

बुनियादी कनेक्शन और उनकी विशेषताएं

ऐसे कई अलग-अलग यौगिक हैं जिनमें कार्बन होता है। उनमें से सबसे प्रसिद्ध का सूत्र CO2 - कार्बन डाइऑक्साइड है। हालाँकि, इस ऑक्साइड के अलावा, CO - मोनोऑक्साइड या कार्बन मोनोऑक्साइड, साथ ही सबऑक्साइड C 3 O 2 भी है।

जिन लवणों में यह तत्व होता है उनमें कैल्शियम और मैग्नीशियम कार्बोनेट सबसे आम हैं। इस प्रकार, कैल्शियम कार्बोनेट के नाम में कई पर्यायवाची शब्द हैं, क्योंकि यह प्रकृति में इस रूप में पाया जाता है:

चाक;
संगमरमर;
चूना पत्थर;
डोलोमाइट

क्षारीय पृथ्वी धातु कार्बोनेट का महत्व इस तथ्य में प्रकट होता है कि वे स्टैलेक्टाइट्स और स्टैलेग्माइट्स के साथ-साथ भूजल के निर्माण में सक्रिय भागीदार हैं।

कार्बोनिक एसिड एक अन्य यौगिक है जो कार्बन बनाता है। इसका सूत्र H2CO3 है। हालाँकि, अपने सामान्य रूप में यह बेहद अस्थिर होता है और तुरंत कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में घुल जाता है। इसलिए, केवल इसके लवण ज्ञात हैं, समाधान के रूप में नहीं।

कार्बन हैलाइड मुख्य रूप से अप्रत्यक्ष रूप से प्राप्त होते हैं, क्योंकि प्रत्यक्ष संश्लेषण केवल बहुत उच्च तापमान पर और कम उत्पाद उपज के साथ होता है। सबसे आम में से एक है सीसीएल 4 - कार्बन टेट्राक्लोराइड। एक विषैला यौगिक जो साँस लेने पर विषाक्तता पैदा कर सकता है। मीथेन में रेडिकल फोटोकैमिकल प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं द्वारा प्राप्त किया गया।

धातु कार्बाइड कार्बन यौगिक हैं जिनमें यह 4 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है। यह भी संभव है कि बोरॉन और सिलिकॉन के साथ संयोजन मौजूद हो। कुछ धातुओं (एल्यूमीनियम, टंगस्टन, टाइटेनियम, नाइओबियम, टैंटलम, हेफ़नियम) के कार्बाइड की मुख्य संपत्ति उच्च शक्ति और उत्कृष्ट विद्युत चालकता है। बोरॉन कार्बाइड बी 4 सी हीरे के बाद सबसे कठोर पदार्थों में से एक है (मोह के अनुसार 9.5)। इन यौगिकों का उपयोग प्रौद्योगिकी के साथ-साथ रासायनिक उद्योग में हाइड्रोकार्बन के स्रोतों के रूप में किया जाता है (पानी के साथ कैल्शियम कार्बाइड से एसिटिलीन और कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड का निर्माण होता है)।

कई धातु मिश्र धातुएं कार्बन का उपयोग करके बनाई जाती हैं, जिससे उनकी गुणवत्ता में काफी वृद्धि होती है विशेष विवरण(स्टील लोहे और कार्बन का एक मिश्र धातु है)।

बहुत कार्बनिक यौगिककार्बन, जिसमें यह एक मौलिक तत्व है जो समान परमाणुओं के साथ विभिन्न संरचनाओं की लंबी श्रृंखलाओं में संयोजन करने में सक्षम है। इसमे शामिल है:

अल्केन्स;
ऐल्कीन;
अखाड़े;
प्रोटीन;
कार्बोहाइड्रेट;
न्यूक्लिक एसिड;
शराब;
कार्बोक्जिलिक एसिड और पदार्थों के कई अन्य वर्ग।

कार्बन का अनुप्रयोग

मानव जीवन में कार्बन यौगिकों और इसके एलोट्रोपिक संशोधनों का महत्व बहुत महान है। यह स्पष्ट करने के लिए कि वास्तव में मामला यही है, आप कई सर्वाधिक वैश्विक उद्योगों के नाम बता सकते हैं।

यह तत्व सभी प्रकार के जैविक ईंधन का निर्माण करता है जिससे मनुष्य ऊर्जा प्राप्त करते हैं।
धातुकर्म उद्योग अपने यौगिकों से धातु प्राप्त करने के लिए कार्बन को एक शक्तिशाली कम करने वाले एजेंट के रूप में उपयोग करता है। यहां कार्बोनेट का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
निर्माण और रासायनिक उद्योग नए पदार्थों को संश्लेषित करने और आवश्यक उत्पाद तैयार करने के लिए भारी मात्रा में कार्बन यौगिकों का उपभोग करते हैं।

आप अर्थव्यवस्था के ऐसे क्षेत्रों के नाम भी बता सकते हैं:

परमाणु उद्योग;
गहने बनाना;
तकनीकी उपकरण (स्नेहक, गर्मी प्रतिरोधी क्रूसिबल, पेंसिल, आदि);
चट्टानों की भूवैज्ञानिक आयु का निर्धारण - रेडियोधर्मी संकेतक 14 सी;
कार्बन एक उत्कृष्ट अधिशोषक है, जो इसे फिल्टर के निर्माण के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है।

प्रकृति में चक्र

प्रकृति में पाए जाने वाले कार्बन का द्रव्यमान एक निरंतर चक्र में शामिल होता है, जो दुनिया भर में हर सेकंड चक्रीय रूप से होता है। इस प्रकार, कार्बन का वायुमंडलीय स्रोत, CO2, पौधों द्वारा अवशोषित किया जाता है और श्वसन के दौरान सभी जीवित प्राणियों द्वारा छोड़ा जाता है। एक बार जब यह वायुमंडल में प्रवेश करता है, तो यह फिर से अवशोषित हो जाता है, और इस प्रकार यह चक्र चलता रहता है। इस मामले में, कार्बनिक अवशेषों की मृत्यु से कार्बन निकलता है और जमीन में इसका संचय होता है, जहां से इसे फिर से जीवित जीवों द्वारा अवशोषित किया जाता है और गैस के रूप में वायुमंडल में छोड़ा जाता है।

परिभाषा

कार्बन- आवर्त सारणी का छठा तत्व। पदनाम - सी लैटिन "कार्बोनियम" से। दूसरी अवधि में स्थित, समूह IVA। गैर-धातुओं को संदर्भित करता है। परमाणु आवेश 6 है।

कार्बन प्रकृति में स्वतंत्र अवस्था और अनेक यौगिकों के रूप में पाया जाता है। मुक्त कार्बन हीरे और ग्रेफाइट के रूप में होता है। जीवाश्म कोयले के अलावा, पृथ्वी की गहराई में तेल का भी बड़ा भंडार है। कार्बोनिक एसिड लवण, विशेष रूप से कैल्शियम कार्बोनेट, पृथ्वी की पपड़ी में भारी मात्रा में पाए जाते हैं। हवा में हमेशा कार्बन डाइऑक्साइड होती है। अंत में, पौधों और जानवरों के जीवों में ऐसे पदार्थ होते हैं जिनके निर्माण में कार्बन भाग लेता है। इस प्रकार, यह तत्व पृथ्वी पर सबसे आम में से एक है, हालाँकि पृथ्वी की पपड़ी में इसकी कुल सामग्री केवल 0.1% (wt.) है।

कार्बन का परमाणु और आणविक द्रव्यमान

किसी पदार्थ का सापेक्ष आणविक द्रव्यमान (M r) एक संख्या है जो दर्शाती है कि किसी दिए गए अणु का द्रव्यमान कार्बन परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 से कितनी गुना अधिक है, और किसी तत्व का सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान (A r) है किसी रासायनिक तत्व के परमाणुओं का औसत द्रव्यमान कार्बन परमाणु के 1/12 द्रव्यमान से कितनी गुना अधिक है।

चूँकि मुक्त अवस्था में कार्बन एकपरमाण्विक अणु C के रूप में मौजूद होता है, इसलिए इसके परमाणु और का मान आणविक वजनमेल खाना। वे 12.0064 के बराबर हैं।

कार्बन की एलोट्रॉपी और एलोट्रोपिक संशोधन

मुक्त अवस्था में, कार्बन हीरे के रूप में मौजूद होता है, जो घन और हेक्सागोनल (लोन्सडेलाइट) प्रणाली में क्रिस्टलीकृत होता है, और ग्रेफाइट, जो हेक्सागोनल प्रणाली से संबंधित होता है (चित्र 1)। कार्बन के रूप जैसे लकड़ी का कोयला, कोक या कालिख की संरचना अव्यवस्थित होती है। कृत्रिम रूप से प्राप्त एलोट्रोपिक संशोधन भी हैं - ये कार्बाइन और पॉलीक्यूमुलीन हैं - -सी = सी- या = सी = सी = प्रकार के रैखिक श्रृंखला पॉलिमर से निर्मित कार्बन की किस्में।

चावल। 1. कार्बन का एलोट्रोपिक संशोधन।

कार्बन के एलोट्रोपिक संशोधनों को भी जाना जाता है, जिनके निम्नलिखित नाम हैं: ग्राफीन, फुलरीन, नैनोट्यूब, नैनोफाइबर, एस्ट्रालेन, ग्लासी कार्बन, कोलोसल नैनोट्यूब; अनाकार कार्बन, कार्बन नैनोबड्स और कार्बन नैनोफोम।

कार्बन आइसोटोप

प्रकृति में कार्बन दो स्थिर समस्थानिक 12 C (98.98%) और 13 C (1.07%) के रूप में मौजूद है। इनकी द्रव्यमान संख्या क्रमशः 12 और 13 है। 12 सी कार्बन आइसोटोप के एक परमाणु के नाभिक में छह प्रोटॉन और छह न्यूट्रॉन होते हैं, और 13 सी आइसोटोप में समान संख्या में प्रोटॉन और पांच न्यूट्रॉन होते हैं।

कार्बन का एक कृत्रिम (रेडियोधर्मी) आइसोटोप है, 14 सी, जिसका आधा जीवन 5730 वर्ष है।

कार्बन आयन

कार्बन परमाणु के बाहरी ऊर्जा स्तर में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं:

1s 2 2s 2 2p 2।

रासायनिक संपर्क के परिणामस्वरूप, कार्बन अपने वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को खो सकता है, अर्थात। उनके दाता बनें, और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों में बदल जाएं या दूसरे परमाणु से इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करें, यानी। उनके स्वीकर्ता बनें और नकारात्मक रूप से आवेशित आयनों में बदल जाएँ:

सी 0 -2ई → सी 2+ ;

सी 0 -4ई → सी 4+ ;

सी 0 +4e → सी 4- .

अणु और कार्बन परमाणु

मुक्त अवस्था में, कार्बन मोनोआटोमिक अणुओं सी के रूप में मौजूद होता है। यहां कार्बन परमाणु और अणु की विशेषता वाले कुछ गुण दिए गए हैं:

कार्बन मिश्र धातु

दुनिया भर में सबसे प्रसिद्ध कार्बन मिश्र धातु स्टील और कच्चा लोहा हैं। स्टील लोहे और कार्बन का एक मिश्र धातु है, जिसकी कार्बन सामग्री 2% से अधिक नहीं होती है। कच्चा लोहा (लोहा और कार्बन का एक मिश्र धातु भी) में, कार्बन की मात्रा अधिक होती है - 2 से 4% तक।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

व्यायाम

0.1 द्रव्यमान अंश वाली अशुद्धियों वाले 500 ग्राम चूना पत्थर को जलाने पर कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) की कितनी मात्रा निकलेगी (n.s.)।

समाधान

आइए चूना पत्थर फायरिंग के लिए प्रतिक्रिया समीकरण लिखें:

CaCO 3 = CaO + CO 2 -।

आइए शुद्ध चूना पत्थर का एक द्रव्यमान खोजें। ऐसा करने के लिए, हम पहले अशुद्धियों के बिना इसका द्रव्यमान अंश निर्धारित करते हैं:

डब्ल्यू स्पष्ट (सीएसीओ 3) = 1 - डब्ल्यू अशुद्धता = 1 - 0.1 = 0.9।

मी साफ़ (CaCO 3) = मी (CaCO 3) × w साफ़ (CaCO 3);

मी साफ़ (CaCO 3) = 500 × 0.9 = 450 ग्राम।

आइए चूना पत्थर पदार्थ की मात्रा की गणना करें:

n(CaCO 3) = m स्पष्ट (CaCO 3) / M(CaCO 3);

n(CaCO 3) = 450 / 100 = 4.5 मोल।

प्रतिक्रिया समीकरण n(CaCO 3) :n(CO 2) = 1:1 के अनुसार, इसका मतलब है

n(CaCO 3) = n(CO 2) = 4.5 मोल।

फिर, जारी कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) की मात्रा बराबर होगी:

वी(सीओ 2) = एन(सीओ 2) ×वी एम;

वी(सीओ 2) = 4.5 × 22.4 = 100.8 एल।

उत्तर

100.8 ली

उदाहरण 2

व्यायाम

11.2 ग्राम कैल्शियम कार्बोनेट को बेअसर करने के लिए 0.05 भाग द्रव्यमान या 5% हाइड्रोजन क्लोराइड युक्त कितने घोल की आवश्यकता होती है?

समाधान

आइए हम हाइड्रोजन क्लोराइड के साथ कैल्शियम कार्बोनेट के उदासीनीकरण की प्रतिक्रिया के लिए समीकरण लिखें:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 -।

आइए जानें कैल्शियम कार्बोनेट की मात्रा:

M(CaCO 3) = A r (Ca) + A r (C) + 3×A r (O);

एम(CaCO 3) = 40 + 12 + 3×16 = 52 + 48 = 100 ग्राम/मोल।

n(CaCO 3) = m (CaCO 3) / M(CaCO 3);

n(CaCO 3) = 11.2 / 100 = 0.112 मोल।

प्रतिक्रिया समीकरण n(CaCO 3) :n(HCl) = 1:2 के अनुसार, जिसका अर्थ है

n(HCl) = 2 ×n(CaCO 3) = 2 ×0.224 mol.

आइए समाधान में निहित हाइड्रोजन क्लोराइड का द्रव्यमान निर्धारित करें:

एम(एचसीएल) = ए आर (एच) + ए आर (सीएल) = 1 + 35.5 = 36.5 ग्राम/मोल।

एम(एचसीएल) = एन(एचसीएल) × एम(एचसीएल) = 0.224 × 36.5 = 8.176 ग्राम।

आइए हाइड्रोजन क्लोराइड घोल के द्रव्यमान की गणना करें:

एम समाधान (एचसीएल) = एम(एचसीएल)× 100 / डब्ल्यू(एचसीएल);

एम समाधान (एचसीएल) = 8.176 × 100/5 = 163.52 ग्राम।

उत्तर

163.52 ग्राम

कार्बन, सी, आवधिक प्रणाली के समूह IV का रासायनिक तत्व, परमाणु भार 12.00, परमाणु संख्या 6। हाल तक, कार्बन को कोई आइसोटोप नहीं माना जाता था; हाल ही में, विशेष रूप से संवेदनशील तरीकों का उपयोग करके, सी 13 आइसोटोप के अस्तित्व का पता लगाना संभव हो गया है। कार्बन व्यापकता, इसके यौगिकों की प्रचुरता और विविधता, जैविक महत्व (एक ऑर्गेनोजेन के रूप में), और विशालता के संदर्भ में सबसे महत्वपूर्ण तत्वों में से एक है। तकनीकी उपयोगकार्बन स्वयं और इसके यौगिक (कच्चे माल के रूप में और औद्योगिक और घरेलू जरूरतों के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में) और अंततः, रासायनिक विज्ञान के विकास में इसकी भूमिका से। मुक्त अवस्था में कार्बन एलोट्रॉपी की एक स्पष्ट घटना को प्रदर्शित करता है, जिसे डेढ़ शताब्दी से भी अधिक समय से जाना जाता है, लेकिन अभी भी इसका पूरी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है, दोनों ही रासायनिक रूप से शुद्ध रूप में कार्बन प्राप्त करने की अत्यधिक कठिनाई के कारण, और क्योंकि अधिकांश स्थिरांक कार्बन के एलोट्रोपिक संशोधन उनकी संरचना की रूपात्मक विशेषताओं के आधार पर बहुत भिन्न होते हैं, जो उत्पादन की विधि और स्थितियों द्वारा निर्धारित होते हैं।

कार्बन दो क्रिस्टलीय रूप बनाता है - हीरा और ग्रेफाइट और इसे में भी जाना जाता है अनाकार अवस्थातथाकथित के रूप में अनाकार कोयला. हाल के शोध के परिणामस्वरूप उत्तरार्द्ध की वैयक्तिकता पर विवाद हुआ है: कोयले की पहचान ग्रेफाइट से की गई थी, दोनों को एक ही रूप की रूपात्मक किस्मों - "ब्लैक कार्बन" के रूप में माना गया था, और उनके गुणों में अंतर को भौतिक संरचना और डिग्री द्वारा समझाया गया था। पदार्थ के फैलाव का. हालाँकि, बिल्कुल हाल ही मेंएक विशेष एलोट्रोपिक रूप (नीचे देखें) के रूप में कोयले के अस्तित्व की पुष्टि करने वाले तथ्य प्राप्त किए गए थे।

कार्बन के प्राकृतिक स्रोत और भंडार. प्रकृति में प्रचुरता के संदर्भ में, कार्बन तत्वों में 10वें स्थान पर है, जो वायुमंडल का 0.013%, जलमंडल का 0.0025% और पृथ्वी की पपड़ी के कुल द्रव्यमान का लगभग 0.35% बनाता है। अधिकांश कार्बन ऑक्सीजन यौगिकों के रूप में है: वायुमंडलीय वायु में CO2 डाइऑक्साइड के रूप में ~800 बिलियन टन कार्बन होता है; महासागरों और समुद्रों के पानी में - CO2, कार्बोनिक एसिड आयन और बाइकार्बोनेट के रूप में 50,000 बिलियन टन तक कार्बन; वी चट्टानों- अघुलनशील कार्बोनेट (कैल्शियम, मैग्नीशियम और अन्य धातुएं), और अकेले CaCO 3 का हिस्सा ~160·10 6 बिलियन टन कार्बन है। हालाँकि, ये विशाल भंडार किसी भी ऊर्जा मूल्य का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं; बहुत अधिक मूल्यवान दहनशील कार्बनयुक्त पदार्थ हैं - जीवाश्म कोयले, पीट, फिर तेल, हाइड्रोकार्बन गैसें और अन्य प्राकृतिक कोलतार। पृथ्वी की पपड़ी में इन पदार्थों का भंडार भी काफी महत्वपूर्ण है: जीवाश्म कोयले में कार्बन का कुल द्रव्यमान ~6000 बिलियन टन, तेल में ~10 बिलियन टन, आदि तक पहुँच जाता है। मुक्त अवस्था में, कार्बन काफी दुर्लभ है (हीरा और भाग) ग्रेफाइट पदार्थ का) जीवाश्म कोयले में मुक्त कार्बन लगभग या बिल्कुल नहीं होता है: इनमें Ch होता है। गिरफ्तार. उच्च आणविक भार (पॉलीसाइक्लिक) और अन्य तत्वों (एच, ओ, एन, एस) के साथ कार्बन के बहुत स्थिर यौगिकों का अभी भी बहुत कम अध्ययन किया गया है। जीवित प्रकृति के कार्बन यौगिक (जीवमंडल)। ग्लोब), पौधे और पशु कोशिकाओं में संश्लेषित, गुणों और संरचना मात्रा की अत्यधिक विविधता से प्रतिष्ठित होते हैं; पौधे की दुनिया में सबसे आम पदार्थ - फाइबर और लिग्निन - भी ऊर्जा संसाधनों के रूप में भूमिका निभाते हैं। कार्बन एक सतत चक्र के कारण प्रकृति में निरंतर वितरण बनाए रखता है, जिसके चक्र में पौधों और जानवरों की कोशिकाओं में जटिल कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण और उनके ऑक्सीडेटिव अपघटन (दहन, क्षय, श्वसन) के दौरान इन पदार्थों का रिवर्स पृथक्करण शामिल होता है, जिससे अग्रणी होता है CO2 के निर्माण के लिए, जिसका उपयोग पौधों द्वारा संश्लेषण के लिए किया जाता है। इस चक्र की सामान्य योजना हो सकती है निम्नलिखित रूप में प्रस्तुत किया गया है:

कार्बन उत्पादन. पौधे और पशु मूल के कार्बोनेसियस यौगिक उच्च तापमान पर अस्थिर होते हैं और, जब हवा तक पहुंच के बिना कम से कम 150-400 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो विघटित हो जाते हैं, पानी और वाष्पशील कार्बन यौगिक छोड़ते हैं और कार्बन से भरपूर एक ठोस गैर-वाष्पशील अवशेष छोड़ते हैं और आमतौर पर कोयला कहा जाता है. इस पायरोलाइटिक प्रक्रिया को चारिंग, या शुष्क आसवन कहा जाता है, और प्रौद्योगिकी में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। जीवाश्म कोयले, तेल और पीट (450-1150 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर) के उच्च तापमान पायरोलिसिस से ग्रेफाइट रूप (कोक, रिटॉर्ट कोयला) में कार्बन निकलता है। जलने वाला तापमान जितना अधिक होगा आरंभिक सामग्री, परिणामी कोयला या कोक संरचना में मुक्त कार्बन के करीब है, और गुणों में - ग्रेफाइट के करीब है।

अनाकार कोयला, 800°C से कम तापमान पर नहीं बन सकता। हम इसे मुक्त कार्बन मानते हैं, क्योंकि इसमें महत्वपूर्ण मात्रा में रासायनिक रूप से बंधे अन्य तत्व, Ch शामिल हैं। गिरफ्तार. हाइड्रोजन और ऑक्सीजन. से तकनीकी उत्पादसक्रिय कार्बन और कालिख गुणों में अनाकार कार्बन के सबसे करीब हैं। सबसे शुद्ध कोयला हो सकता है शुद्ध चीनी या पाइपरोनल, विशेष प्रसंस्करण को जलाकर प्राप्त किया जाता है प्रंगार कालाआदि। इलेक्ट्रोथर्मल साधनों द्वारा प्राप्त कृत्रिम ग्रेफाइट, संरचना में लगभग शुद्ध कार्बन है। प्राकृतिक ग्रेफाइट हमेशा खनिज अशुद्धियों से दूषित होता है और इसमें एक निश्चित मात्रा में बाध्य हाइड्रोजन (एच) और ऑक्सीजन (ओ) भी होता है; अपेक्षाकृत में साफ़ हालतवह हो सकता है। विशेष उपचारों की एक श्रृंखला के बाद ही प्राप्त किया जाता है: यांत्रिक संवर्धन, धुलाई, ऑक्सीकरण एजेंटों के साथ उपचार और उच्च तापमान पर कैल्सीनेशन जब तक कि अस्थिर पदार्थ पूरी तरह से हटा नहीं दिए जाते। कार्बन प्रौद्योगिकी में कभी भी पूरी तरह से शुद्ध कार्बन से निपटना नहीं पड़ता; यह न केवल प्राकृतिक कार्बन कच्चे माल पर लागू होता है, बल्कि इसके संवर्धन, उन्नयन और थर्मल अपघटन (पाइरोलिसिस) के उत्पादों पर भी लागू होता है। नीचे कुछ कार्बनयुक्त पदार्थों की कार्बन सामग्री दी गई है (% में):

कार्बन के भौतिक गुण. मुक्त कार्बन लगभग पूरी तरह से अघुलनशील, गैर-वाष्पशील और सामान्य तापमान पर किसी भी ज्ञात विलायक में अघुलनशील होता है। यह केवल कुछ पिघली हुई धातुओं में घुलता है, विशेष रूप से बाद के क्वथनांक के करीब आने वाले तापमान पर: लोहे में (5% तक), चांदी में (6% तक) | रूथेनियम (4% तक), कोबाल्ट, निकल, सोना और प्लैटिनम। ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, कार्बन सबसे अधिक गर्मी प्रतिरोधी सामग्री है; शुद्ध कार्बन की तरल अवस्था अज्ञात है, और वाष्प में इसका परिवर्तन केवल 3000°C से ऊपर के तापमान पर शुरू होता है। इसलिए, कार्बन के गुणों का निर्धारण विशेष रूप से ठोस के लिए किया गया था एकत्रीकरण की अवस्था. कार्बन संशोधनों में हीरा सर्वाधिक स्थायी है भौतिक गुण; इसके विभिन्न नमूनों (यहां तक कि सबसे शुद्ध) में ग्रेफाइट के गुण काफी भिन्न होते हैं; अनाकार कोयले के गुण और भी अधिक परिवर्तनशील होते हैं। विभिन्न कार्बन संशोधनों के सबसे महत्वपूर्ण भौतिक स्थिरांक की तुलना तालिका में की गई है।

हीरा एक विशिष्ट ढांकता हुआ है, जबकि ग्रेफाइट और कार्बन में धात्विक विद्युत चालकता होती है। निरपेक्ष मूल्य में, उनकी चालकता बहुत व्यापक रेंज में भिन्न होती है, लेकिन कोयले के लिए यह ग्रेफाइट की तुलना में हमेशा कम होती है; ग्रेफाइट्स में, वास्तविक धातुओं की चालकता करीब आ जाती है। 1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर सभी कार्बन संशोधनों की ताप क्षमता 0.47 के स्थिर मान पर होती है। -180 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर, हीरे की ताप क्षमता गायब हो जाती है और -27 डिग्री सेल्सियस पर यह व्यावहारिक रूप से शून्य हो जाती है।

कार्बन के रासायनिक गुण. 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म करने पर, हीरा और कोयला दोनों धीरे-धीरे ग्रेफाइट में बदल जाते हैं, इसलिए इसे कार्बन का सबसे स्थिर (उच्च तापमान पर) मोनोट्रोपिक रूप माना जाना चाहिए। अनाकार कोयले का ग्रेफाइट में परिवर्तन स्पष्ट रूप से 800°C के आसपास शुरू होता है और 1100°C पर समाप्त होता है (इस अंतिम बिंदु पर, कोयला अपनी सोखने की गतिविधि और पुनः सक्रिय होने की क्षमता खो देता है, और इसकी विद्युत चालकता तेजी से बढ़ जाती है, उसके बाद लगभग स्थिर रहती है)। मुक्त कार्बन की विशेषता सामान्य तापमान पर जड़ता और उच्च तापमान पर महत्वपूर्ण गतिविधि है। अनाकार कोयला रासायनिक रूप से सबसे अधिक सक्रिय है, जबकि हीरा सबसे अधिक प्रतिरोधी है। उदाहरण के लिए, फ्लोरीन कोयले के साथ 15°C के तापमान पर, ग्रेफाइट के साथ केवल 500°C पर और हीरे के साथ 700°C पर प्रतिक्रिया करता है। हवा में गर्म करने पर, झरझरा कोयला 100°C से नीचे, ग्रेफाइट लगभग 650°C पर और हीरा 800°C से ऊपर ऑक्सीकरण करना शुरू कर देता है। 300°C और इससे ऊपर के तापमान पर, कोयला सल्फर के साथ मिलकर कार्बन डाइसल्फ़ाइड CS 2 बनाता है। 1800°C से ऊपर के तापमान पर, कार्बन (कोयला) नाइट्रोजन के साथ क्रिया करना शुरू कर देता है, जिससे (थोड़ी मात्रा में) सायनोजेन C 2 N 2 बनता है। हाइड्रोजन के साथ कार्बन की अंतःक्रिया 1200°C पर शुरू होती है, और 1200-1500°C तापमान रेंज में केवल मीथेन CH4 बनता है; 1500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर - मीथेन, एथिलीन (सी 2 एच 4) और एसिटिलीन (सी 2 एच 2) का मिश्रण; 3000°C के तापमान पर लगभग विशेष रूप से एसिटिलीन प्राप्त होता है। विद्युत चाप के तापमान पर, कार्बन धातुओं, सिलिकॉन और बोरान के साथ सीधे संयोजन में प्रवेश करता है, जिससे संबंधित कार्बाइड बनता है। प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष तरीके हो सकते हैं। शून्य समूह की गैसों को छोड़कर सभी ज्ञात तत्वों के साथ कार्बन के यौगिक प्राप्त किए गए। कार्बन एक गैर-धातु तत्व है जो उभयचरता के कुछ लक्षण प्रदर्शित करता है। कार्बन परमाणु का व्यास 1.50 Ᾰ (1Ᾰ = 10 -8 सेमी) है और बाहरी गोले में 4 वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिन्हें समान रूप से आसानी से छोड़ दिया जाता है या 8 में जोड़ा जाता है; इसलिए, कार्बन, ऑक्सीजन और हाइड्रोजन दोनों की सामान्य संयोजकता चार है। इसके अधिकांश यौगिकों में, कार्बन टेट्रावेलेंट है; डाइवैलेंट कार्बन (कार्बन मोनोऑक्साइड और इसके एसिटल्स, आइसोनिट्राइल्स, फुलमिनेट एसिड और इसके लवण) और ट्राइवेलेंट कार्बन (तथाकथित "फ्री रेडिकल") के यौगिकों की केवल थोड़ी संख्या ही ज्ञात है।

ऑक्सीजन के साथ, कार्बन दो सामान्य ऑक्साइड बनाता है: अम्लीय कार्बन डाइऑक्साइड CO2 और तटस्थ कार्बन मोनोऑक्साइड CO। इसके अलावा भी एक संख्या है कार्बन उपऑक्साइड 1 सी से अधिक परमाणु युक्त और कोई तकनीकी महत्व नहीं है; इनमें से, सबसे प्रसिद्ध रचना सी 3 ओ 2 का सबऑक्साइड है (एक गैस जिसका क्वथनांक +7 डिग्री सेल्सियस और पिघलने बिंदु -111 डिग्री सेल्सियस है)। कार्बन और उसके यौगिकों के दहन का पहला उत्पाद CO2 है, जो समीकरण के अनुसार बनता है:

सी + ओ 2 = सीओ 2 +97600 कैलोरी।

ईंधन के अपूर्ण दहन के दौरान CO का निर्माण द्वितीयक कमी प्रक्रिया का परिणाम है; इस मामले में कम करने वाला एजेंट कार्बन ही है, जो 450°C से ऊपर के तापमान पर समीकरण के अनुसार CO2 के साथ प्रतिक्रिया करता है:

सीओ 2 +सी = 2СО -38800 कैलोरी;

यह प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती है; 950°C से ऊपर, CO 2 का CO में रूपांतरण लगभग पूरा हो जाता है, जो गैस पैदा करने वाली भट्टियों में किया जाता है। उच्च तापमान पर कार्बन की ऊर्जावान कम करने की क्षमता का उपयोग जल गैस (H 2 O + C = CO + H 2 -28380 cal) के उत्पादन और धातुकर्म प्रक्रियाओं में इसके ऑक्साइड से मुक्त धातु प्राप्त करने के लिए भी किया जाता है। कार्बन के एलोट्रोपिक रूप कुछ ऑक्सीकरण एजेंटों की क्रिया पर अलग तरह से प्रतिक्रिया करते हैं: उदाहरण के लिए, KCIO 3 + HNO 3 के मिश्रण का हीरे पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, अनाकार कोयला पूरी तरह से CO 2 में ऑक्सीकृत हो जाता है, जबकि ग्रेफाइट सुगंधित यौगिकों - ग्रेफाइटिक एसिड का उत्पादन करता है। अनुभवजन्य सूत्र (सी 2 ओएच) x से आगे मेलिटिक एसिडसी 6 (सीओओएच) 6। हाइड्रोजन के साथ कार्बन के यौगिक - हाइड्रोकार्बन - अत्यंत असंख्य हैं; उनसे अधिकांश अन्य कार्बनिक यौगिक आनुवंशिक रूप से उत्पादित होते हैं, जिनमें कार्बन के अलावा, अक्सर एच, ओ, एन, एस और हैलोजन शामिल होते हैं।

कार्बनिक यौगिकों की असाधारण विविधता, जिनमें से 2 मिलियन तक ज्ञात हैं, एक तत्व के रूप में कार्बन की कुछ विशेषताओं के कारण है। 1) कार्बन को अधिकांश अन्य तत्वों, धात्विक और गैर-धात्विक दोनों के साथ एक मजबूत रासायनिक बंधन की विशेषता है, जिसके कारण यह दोनों के साथ काफी स्थिर यौगिक बनाता है। जब यह अन्य तत्वों के साथ जुड़ता है, तो कार्बन में आयन बनाने की प्रवृत्ति बहुत कम होती है। अधिकांश कार्बनिक यौगिक होम्योपोलर प्रकार के होते हैं और सामान्य परिस्थितियों में अलग नहीं होते हैं; उनमें इंट्रामोल्युलर बॉन्ड को तोड़ने के लिए अक्सर महत्वपूर्ण मात्रा में ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, कनेक्शन की ताकत का आकलन करते समय, किसी को अंतर करना चाहिए; ए) पूर्ण बंधन शक्ति, थर्मोकेमिकली मापा जाता है, और बी) विभिन्न अभिकर्मकों के प्रभाव में बंधन को तोड़ने की क्षमता; ये दोनों विशेषताएँ हमेशा मेल नहीं खातीं। 2) कार्बन परमाणु असाधारण आसानी (गैर-ध्रुवीय) के साथ एक-दूसरे से जुड़ते हैं, जिससे खुली या बंद कार्बन श्रृंखला बनती है। ऐसी जंजीरों की लंबाई स्पष्ट रूप से किसी भी प्रतिबंध के अधीन नहीं है; इस प्रकार, 64 कार्बन परमाणुओं की खुली श्रृंखला वाले काफी स्थिर अणु ज्ञात हैं। खुली श्रृंखलाओं की लंबाई और जटिलता एक दूसरे के साथ या अन्य तत्वों के साथ उनके लिंक के कनेक्शन की ताकत को प्रभावित नहीं करती है। बंद श्रृंखलाओं में, 6- और 5-सदस्यीय वलय सबसे आसानी से बनते हैं, हालाँकि 3 से 18 कार्बन परमाणुओं वाली वलयित शृंखलाएँ ज्ञात हैं। कार्बन परमाणुओं की आपस में जुड़ने की क्षमता ग्रेफाइट के विशेष गुणों और जलने की प्रक्रियाओं के तंत्र को अच्छी तरह से समझाती है; यह इस तथ्य को भी स्पष्ट करता है कि कार्बन डायटोमिक सी 2 अणुओं के रूप में अज्ञात है, जिसे अन्य हल्के गैर-धातु तत्वों (वाष्प के रूप में, कार्बन में मोनोएटोमिक अणु होते हैं) के अनुरूप होने की उम्मीद की जा सकती है। 3) बंधों की गैर-ध्रुवीय प्रकृति के कारण, कई कार्बन यौगिकों में न केवल बाहरी रूप से (प्रतिक्रिया की धीमी गति) रासायनिक जड़ता होती है, बल्कि आंतरिक रूप से भी (इंट्रामोल्युलर पुनर्व्यवस्था की कठिनाई) होती है। बड़े "निष्क्रिय प्रतिरोधों" की उपस्थिति अस्थिर रूपों के स्थिर रूपों में सहज परिवर्तन को बहुत जटिल बनाती है, जिससे अक्सर ऐसे परिवर्तन की दर शून्य हो जाती है। इसका परिणाम कार्यान्वयन की संभावना है बड़ी संख्या मेंआइसोमेरिक रूप, सामान्य तापमान पर लगभग समान रूप से स्थिर होते हैं।

कार्बन की अपररूपता और परमाणु संरचना. एक्स-रे विश्लेषण ने हीरे और ग्रेफाइट की परमाणु संरचना को विश्वसनीय रूप से स्थापित करना संभव बना दिया। वही शोध पद्धति कार्बन के तीसरे एलोट्रोपिक संशोधन के अस्तित्व के सवाल पर प्रकाश डालती है, जो मूल रूप से कोयले की अनाकारता या क्रिस्टलीयता के बारे में एक प्रश्न है: यदि कोयला एक अनाकार गठन है, तो यह नहीं हो सकता है। इसकी पहचान न तो ग्रेफाइट से और न ही हीरे से की गई है, बल्कि इसे कार्बन का एक विशेष रूप माना जाना चाहिए, एक व्यक्तिगत सरल पदार्थ के रूप में। हीरे में, कार्बन परमाणुओं को इस तरह से व्यवस्थित किया जाता है कि प्रत्येक परमाणु एक टेट्राहेड्रोन के केंद्र में स्थित होता है, जिसके शीर्ष 4 आसन्न परमाणु होते हैं; इनमें से प्रत्येक, बदले में, एक अन्य समान चतुष्फलक का केंद्र है; आसन्न परमाणुओं के बीच की दूरी 1.54 Ᾰ है (क्रिस्टल जाली के प्राथमिक घन का किनारा 3.55 Ᾰ है)। यह संरचना सबसे सघन है; इसके अनुरूप उच्च कठोरता, हीरे का घनत्व और रासायनिक जड़त्व (वैलेंस बलों का समान वितरण)। हीरे की जाली में कार्बन परमाणुओं का पारस्परिक संबंध वसा श्रृंखला (कार्बन के टेट्राहेड्रल मॉडल) के अधिकांश कार्बनिक यौगिकों के अणुओं के समान ही होता है। ग्रेफाइट क्रिस्टल में, कार्बन परमाणु घनी परतों में व्यवस्थित होते हैं, एक दूसरे से 3.35-3.41 Ᾰ की दूरी पर; यांत्रिक विकृतियों के दौरान इन परतों की दिशा दरार तलों और फिसलने वाले तलों से मेल खाती है। प्रत्येक परत के तल में, परमाणु षट्कोणीय कोशिकाओं (कंपनियों) के साथ एक ग्रिड बनाते हैं; ऐसे षट्भुज की भुजा 1.42-1.45 Ᾰ है। आसन्न परतों में, षट्भुज एक दूसरे के नीचे नहीं होते हैं: उनका ऊर्ध्वाधर संयोग तीसरे में 2 परतों के बाद ही दोहराया जाता है। प्रत्येक कार्बन परमाणु के तीन बंधन एक ही तल में स्थित होते हैं, जो 120° का कोण बनाते हैं; चौथा बंधन विमान से पड़ोसी परतों के परमाणुओं तक एक दिशा या किसी अन्य में वैकल्पिक रूप से निर्देशित होता है। एक परत में परमाणुओं के बीच की दूरी पूरी तरह से स्थिर होती है, लेकिन अलग-अलग परतों के बीच की दूरी हो सकती है बाहरी प्रभावों द्वारा बदला गया: उदाहरण के लिए, जब 5000 एटीएम तक दबाव में दबाया जाता है, तो यह घटकर 2.9 Ᾰ हो जाता है, और जब ग्रेफाइट केंद्रित HNO 3 में सूज जाता है, तो यह बढ़कर 8 Ᾰ हो जाता है। एक परत के तल में, कार्बन परमाणु समध्रुवीय रूप से बंधे होते हैं (जैसा कि हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं में होता है), लेकिन आसन्न परतों के परमाणुओं के बीच के बंधन प्रकृति में धात्विक होते हैं; यह इस तथ्य से स्पष्ट है कि परतों के लंबवत दिशा में ग्रेफाइट क्रिस्टल की विद्युत चालकता परत की दिशा में चालकता से ~100 गुना अधिक है। वह। ग्रेफाइट में एक दिशा में धातु के गुण होते हैं और दूसरी दिशा में अधातु के गुण होते हैं। ग्रेफाइट जाली की प्रत्येक परत में कार्बन परमाणुओं की व्यवस्था बिल्कुल वैसी ही है जैसी जटिल परमाणु सुगंधित यौगिकों के अणुओं में होती है। यह विन्यास ग्रेफाइट की तीव्र अनिसोट्रॉपी, असाधारण रूप से विकसित दरार, घर्षण-रोधी गुणों और इसके ऑक्सीकरण के दौरान सुगंधित यौगिकों के निर्माण को अच्छी तरह से समझाता है। ब्लैक कार्बन का अनाकार संशोधन स्पष्ट रूप से एक स्वतंत्र रूप (ओ. रफ) के रूप में मौजूद है। इसके लिए, सबसे अधिक संभावना फोम जैसी सेलुलर संरचना है, जो किसी भी नियमितता से रहित है; ऐसी कोशिकाओं की दीवारें सक्रिय परमाणुओं की परतों से बनती हैंकार्बन लगभग 3 परमाणु मोटा। व्यवहार में, कोयले का सक्रिय पदार्थ आम तौर पर बारीकी से दूरी वाले निष्क्रिय कार्बन परमाणुओं के एक खोल के नीचे होता है, जो ग्राफ़िक रूप से उन्मुख होता है, और बहुत छोटे ग्रेफाइट क्रिस्टलीय के समावेशन द्वारा प्रवेश किया जाता है। कोयले → ग्रेफाइट के परिवर्तन का संभवतः कोई विशिष्ट बिंदु नहीं है: दोनों संशोधनों के बीच एक निरंतर संक्रमण होता है, जिसके दौरान अनाकार कोयले के सी-परमाणुओं का यादृच्छिक भीड़ वाला द्रव्यमान ग्रेफाइट के नियमित क्रिस्टल जाली में बदल जाता है। उनकी यादृच्छिक व्यवस्था के कारण, अनाकार कोयले में कार्बन परमाणु अधिकतम अवशिष्ट आत्मीयता प्रदर्शित करते हैं, जो (वैलेंस बलों के साथ सोखने वाले बलों की पहचान के बारे में लैंगमुइर के विचारों के अनुसार) कोयले की विशेषता उच्च सोखना और उत्प्रेरक गतिविधि से मेल खाती है। क्रिस्टल जाली में उन्मुख कार्बन परमाणु अपनी सारी आत्मीयता (हीरे में) आपसी आसंजन पर खर्च करते हैं, या अधिकांशउसे (ग्रेफाइट में); यह रासायनिक गतिविधि और सोखना गतिविधि में कमी के अनुरूप है। हीरे में, सोखना केवल एक क्रिस्टल की सतह पर संभव है, जबकि ग्रेफाइट में, अवशिष्ट संयोजकता प्रत्येक सपाट जाली की दोनों सतहों (परमाणुओं की परतों के बीच "दरारों" में) पर दिखाई दे सकती है, जिसकी पुष्टि इस तथ्य से होती है कि ग्रेफाइट तरल पदार्थ में सूजन हो सकती है (HNO3) और ग्रेफाइटिक एसिड में इसके ऑक्सीकरण की क्रियाविधि।

कार्बन का तकनीकी महत्व. जहाँ तक बी. या एम. चारिंग और कोकिंग की प्रक्रियाओं के दौरान प्राप्त मुक्त कार्बन का, तो प्रौद्योगिकी में इसका उपयोग इसके रासायनिक (जड़ता, कम करने की क्षमता) और इसके भौतिक गुणों (गर्मी प्रतिरोध, विद्युत चालकता, सोखने की क्षमता) दोनों पर आधारित है। इस प्रकार, कोक और चारकोल, ज्वलनरहित ईंधन के रूप में उनके आंशिक प्रत्यक्ष उपयोग के अलावा, गैसीय ईंधन (जनरेटर गैसों) का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है; लौह और अलौह धातुओं के धातु विज्ञान में - धातु ऑक्साइड (Fe, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi) की कमी के लिए; रासायनिक प्रौद्योगिकी में - सल्फेट्स से सल्फाइड (Na, Ca, Ba) के उत्पादन में एक कम करने वाले एजेंट के रूप में, धातु ऑक्साइड से निर्जल क्लोराइड लवण (Mg, Al), घुलनशील ग्लास और फास्फोरस के उत्पादन में - कच्चे माल के रूप में कैल्शियम कार्बाइड, कार्बोरंडम और अन्य कार्बाइड कार्बन डाइसल्फ़ाइड, आदि का उत्पादन; निर्माण उद्योग में - एक थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के रूप में। रिटॉर्ट कोयला और कोक इलेक्ट्रोड के लिए सामग्री के रूप में काम करते हैं बिजली के ओवन, इलेक्ट्रोलाइटिक स्नान और गैल्वेनिक सेल, आर्क कोयले, रिओस्टेट, कम्यूटेटर ब्रश, पिघलने वाले क्रूसिबल आदि के निर्माण के लिए, साथ ही टावर-प्रकार के रासायनिक उपकरणों में एक नोजल के रूप में। उपरोक्त अनुप्रयोगों के अलावा, चारकोल का उपयोग स्टील के सीमेंटेशन के लिए केंद्रित कार्बन मोनोऑक्साइड, साइनाइड लवण का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, व्यापक रूप से एक अधिशोषक के रूप में उपयोग किया जाता है, कुछ सिंथेटिक प्रतिक्रियाओं के लिए उत्प्रेरक के रूप में, और अंत में काले पाउडर और अन्य विस्फोटक में शामिल किया जाता है और आतिशबाज़ी की रचनाएँ।

कार्बन का विश्लेषणात्मक निर्धारण. कार्बन को गुणात्मक रूप से किसी पदार्थ के नमूने को हवा तक पहुंच के बिना जलाने से निर्धारित किया जाता है (जो सभी पदार्थों के लिए उपयुक्त नहीं है) या, जो कि अधिक विश्वसनीय है, इसके संपूर्ण ऑक्सीकरण द्वारा, उदाहरण के लिए, कॉपर ऑक्साइड के साथ मिश्रण में कैल्सीनेशन द्वारा, और CO2 का निर्माण सामान्य अभिक्रियाओं द्वारा सिद्ध होता है। कार्बन की मात्रा निर्धारित करने के लिए, पदार्थ का एक नमूना ऑक्सीजन वातावरण में जलाया जाता है; परिणामी CO2 को क्षारीय घोल द्वारा ग्रहण किया जाता है और पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके वजन या आयतन द्वारा निर्धारित किया जाता है मात्रात्मक विश्लेषण. यह विधि न केवल कार्बनिक यौगिकों और तकनीकी कोयले में, बल्कि धातुओं में भी कार्बन निर्धारित करने के लिए उपयुक्त है।

इसे जीवन का आधार कहा जाता है। यह सभी कार्बनिक यौगिकों में पाया जाता है। केवल वही डीएनए जैसे लाखों परमाणुओं से अणु बनाने में सक्षम है।

क्या आपने नायक को पहचाना? यह कार्बन. विज्ञान को ज्ञात इसके यौगिकों की संख्या 10,000,000 के करीब है।

अन्य सभी तत्वों को मिलाकर भी उतना नहीं होगा। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि रसायन विज्ञान की दो शाखाओं में से एक का अध्ययन विशेष रूप से किया जाता है कार्बन यौगिकऔर हाई स्कूल में लिया जाता है.

हम आपको याद रखने के लिए आमंत्रित करते हैं स्कूल के पाठ्यक्रम, साथ ही इसे नए तथ्यों के साथ पूरक करें।

कार्बन क्या है?

पहले तो, कार्बन तत्व- समग्र। अपने नए मानक में, पदार्थ समूह 14 में स्थित है।

प्रणाली के पुराने संस्करण में, कार्बन चौथे समूह के मुख्य उपसमूह में है।

तत्व का पदनाम अक्षर C है। पदार्थ की क्रम संख्या 6 है, यह अधातुओं के समूह से संबंधित है।

जैविक कार्बनप्रकृति में खनिज के साथ सहअस्तित्व रखता है। तो, फुलरीन पत्थर अपने शुद्ध रूप में छठा तत्व है।

उपस्थिति में अंतर कई प्रकार की क्रिस्टल जाली संरचना के कारण होता है। खनिज कार्बन की ध्रुवीय विशेषताएँ भी इस पर निर्भर करती हैं।

उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट नरम होता है, और यह अकारण नहीं है कि इसे लिखने वाली पेंसिलों और पृथ्वी पर बाकी सभी लोगों में मिलाया जाता है। इसलिए, कार्बन के गुणों पर ही विचार करना तर्कसंगत है, न कि उसके संशोधनों पर।

कार्बन के गुण

आइए सभी अधातुओं में समान गुणों से शुरुआत करें। वे विद्युत ऋणात्मक होते हैं, अर्थात वे अन्य तत्वों के साथ बनने वाले सामान्य इलेक्ट्रॉन युग्मों को आकर्षित करते हैं।

यह पता चला है कि कार्बन गैर-धातु ऑक्साइड को धातु की स्थिति में कम कर सकता है।

हालाँकि, छठा तत्व गर्म होने पर ही ऐसा करता है। सामान्य परिस्थितियों में, पदार्थ रासायनिक रूप से निष्क्रिय होता है।

अधातुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉन स्तर में धातुओं की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं।

यही कारण है कि छठे तत्व के परमाणु अपने कण किसी को देने के बजाय अपनी कक्षा का एक अंश पूरा करते हैं।

धातुओं के लिए, बाहरी कोश पर न्यूनतम इलेक्ट्रॉनों के साथ, विदेशी कणों को आकर्षित करने की तुलना में दूर के कणों को छोड़ना आसान होता है।

छठे पदार्थ का मुख्य रूप परमाणु है। सिद्धांत रूप में, हमें इस बारे में बात करनी चाहिए कार्बन अणु. अधिकांश अधातुएँ अणुओं से बनी होती हैं।

हालाँकि, कार्बन और - अपवादों की एक परमाणु संरचना होती है। इसी के कारण तत्वों के संबंध भिन्न-भिन्न होते हैं उच्च तापमानपिघलना.

एक और विशिष्ट संपत्तिकार्बन के अनेक रूप - . उसी के लिए, यह अधिकतम 10 अंक के बराबर है।

चूँकि हम छठे पदार्थ के रूपों के बारे में बात कर रहे हैं, आइए हम बताते हैं कि क्रिस्टलीय उनमें से केवल एक है।

कार्बन परमाणुहमेशा क्रिस्टल जाली में पंक्तिबद्ध न रहें। एक अनाकार किस्म है.

इसके उदाहरण:- लकड़ी, कोक, कांचयुक्त कार्बन। ये यौगिक हैं, लेकिन इनमें कोई क्रमबद्ध संरचना नहीं है।

यदि किसी पदार्थ को दूसरे पदार्थ के साथ मिलाया जाए तो गैसें भी बन सकती हैं। क्रिस्टलीय कार्बन 3700 डिग्री के तापमान पर उनमें परिवर्तित हो जाता है।

सामान्य परिस्थितियों में, कोई तत्व गैसीय होता है, उदाहरण के लिए, कार्बन मोनोआक्साइड.

लोग इसे कार्बन मोनोऑक्साइड कहते हैं। हालाँकि, इसके गठन की प्रतिक्रिया अधिक सक्रिय और तेज़ होती है, अगर फिर भी, गर्मी चालू हो।

गैसीय यौगिक कार्बनसाथ ऑक्सीजनकुछ। उदाहरण के लिए, मोनोऑक्साइड भी है।

सामान्य परिस्थितियों में यह गैस रंगहीन और जहरीली होती है। ऐसा कार्बन मोनोआक्साइडअणु में त्रिबंध होता है।

लेकिन आइए शुद्ध तत्व की ओर लौटें। रासायनिक दृष्टि से काफी निष्क्रिय होने के बावजूद, यह न केवल धातुओं के साथ, बल्कि उनके ऑक्साइड के साथ भी बातचीत कर सकता है, और, जैसा कि गैसों के बारे में बातचीत से देखा जा सकता है, ऑक्सीजन के साथ।

के साथ प्रतिक्रिया भी संभव है हाइड्रोजन. कार्बनयदि कोई एक कारक "खेलता है", या सभी एक साथ काम करते हैं तो परस्पर क्रिया करेंगे: तापमान, एलोट्रोपिक अवस्था, फैलाव।

उत्तरार्द्ध किसी पदार्थ के कणों के सतह क्षेत्र और उनके द्वारा व्याप्त मात्रा के अनुपात को संदर्भित करता है।

एलोट्रॉपी एक ही पदार्थ के कई रूपों की संभावना है, अर्थात, क्रिस्टलीय, अनाकार, या कार्बन गैस.

हालाँकि, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि कारक कैसे मेल खाते हैं, तत्व एसिड और क्षार के साथ बिल्कुल भी प्रतिक्रिया नहीं करता है। कार्बन और लगभग सभी हैलोजन की उपेक्षा करता है।

अक्सर, छठा पदार्थ स्वयं से जुड़ जाता है, जिससे सैकड़ों और लाखों परमाणुओं के समान बड़े पैमाने के अणु बनते हैं।

गठित अणु, कार्बन प्रतिक्रियाऔर भी कम तत्वों और कनेक्शनों के साथ।

कार्बन का अनुप्रयोग

तत्व और उसके व्युत्पन्नों का अनुप्रयोग उनकी संख्या जितनी ही व्यापक है। कार्बन सामग्रीकिसी व्यक्ति के जीवन में जितना प्रतीत होता है उससे कहीं अधिक है।

फार्मेसी से सक्रिय कार्बन छठा पदार्थ है। में से - वह वही है.

पेंसिल में ग्रेफाइट भी कार्बन है, जिसकी परमाणु रिएक्टरों और विद्युत मशीन संपर्कों में भी आवश्यकता होती है।

मीथेन ईंधन भी सूची में है। कार्बन डाईऑक्साइडउत्पादन के लिए आवश्यक है और सूखी बर्फ, यानी एक रेफ्रिजरेंट हो सकता है।

कार्बन डाइऑक्साइड एक परिरक्षक के रूप में कार्य करता है, सब्जियों के भंडारण को भरता है, और कार्बोनेट का उत्पादन करने के लिए भी आवश्यक है।

उदाहरण के लिए, बाद वाले का उपयोग निर्माण में किया जाता है। कार्बोनेट साबुन बनाने और कांच उत्पादन में उपयोगी है।

कार्बन सूत्रकोक से भी मेल खाता है। यह धातु विज्ञानियों के लिए उपयोगी है।

अयस्क के गलाने और उससे धातुओं के निष्कर्षण के दौरान कोक एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है।

यहां तक कि साधारण कालिख में भी कार्बन का उपयोग उर्वरक और भराव के रूप में किया जाता है।

सोचा नहीं क्यों कार के टायररंग की? यह कालिख है. यह रबर को मजबूती देता है।

कालिख जूते की पॉलिश, छपाई की स्याही और काजल में भी पाई जाती है। लोकप्रिय नामहमेशा उपयोग नहीं किया जाता. उद्योगपति कालिख मंगाते हैं प्रंगार काला.

कार्बन द्रव्यमाननैनोटेक्नोलॉजी के क्षेत्र में इसका उपयोग शुरू हो गया है। अल्ट्रा-छोटे ट्रांजिस्टर बनाए गए हैं, साथ ही ऐसी ट्यूब भी बनाई गई हैं जो 6-7 गुना अधिक मजबूत हैं।

गैर-धातु के लिए बहुत कुछ। वैसे, वैज्ञानिकों से. उन्होंने कार्बन ट्यूब और ग्राफीन से एक एयरजेल बनाया।

यह एक टिकाऊ सामग्री भी है। भारी लगता है. लेकिन, वास्तव में, एयरजेल हवा से हल्का होता है।

में लौह कार्बनजिसे कार्बन स्टील कहा जाता है उसे बनाने के लिए जोड़ा गया। वह सामान्य से अधिक सख्त है.

हालाँकि, छठे तत्व का द्रव्यमान अंश एक जोड़े या तीन प्रतिशत से अधिक नहीं होना चाहिए। अन्यथा, स्टील के गुणों में गिरावट आती है।

यह सूची लम्बी होते चली जाती है। लेकिन हमें अंतहीन कार्बन कहां से मिल सकता है? क्या इसका खनन या संश्लेषण किया जाता है? हम इन प्रश्नों का उत्तर एक अलग अध्याय में देंगे।

कार्बन खनन

कार्बन डाईऑक्साइड, मीथेन, अलग से कार्बन, रासायनिक रूप से, यानी जानबूझकर संश्लेषण द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। हालाँकि, यह लाभदायक नहीं है.

कार्बन गैसऔर इसके ठोस संशोधनों को कोयले के साथ निकालना आसान और सस्ता है।

हर साल पृथ्वी की गहराई से लगभग 2 बिलियन टन निकाला जाता है। विश्व को कार्बन ब्लैक प्रदान करने के लिए पर्याप्त है।

जहाँ तक, उन्हें किम्बिर्लाइट पाइप से निकाला जाता है। ये ऊर्ध्वाधर भूवैज्ञानिक निकाय हैं, लावा द्वारा सीमेंट किए गए चट्टान के टुकड़े।

यहीं वे पाए जाते हैं. इसलिए, वैज्ञानिकों का सुझाव है कि खनिज मैग्मा के समान स्थान पर हजारों किलोमीटर की गहराई पर बनता है।

इसके विपरीत, ग्रेफाइट जमा क्षैतिज होते हैं और सतह के पास स्थित होते हैं।

इसलिए, खनिज का खनन काफी सरल और सस्ता है। हर साल लगभग 500,000 टन ग्रेफाइट उपमृदा से निकाला जाता है।

सक्रिय कार्बन प्राप्त करने के लिए, आपको कोयले को गर्म करना होगा और इसे पानी की भाप की धारा से उपचारित करना होगा।

वैज्ञानिकों ने यह भी पता लगा लिया है कि मानव शरीर में प्रोटीन को दोबारा कैसे बनाया जाए। उनका आधार भी है कार्बन. नाइट्रोजनऔर हाइड्रोजन इसके समीपवर्ती अमीनो समूह है।

आपको ऑक्सीजन की भी जरूरत है. यानी प्रोटीन अमीनो एसिड पर बनते हैं। यह हर किसी की जुबान पर नहीं है, लेकिन यह जीवन के लिए बाकियों से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है।

उदाहरण के लिए, शरीर को बहुत कम लोकप्रिय सल्फ्यूरिक, नाइट्रिक और हाइड्रोक्लोरिक एसिड की आवश्यकता होती है।

तो कार्बन एक ऐसी चीज़ है जिसके लिए भुगतान करना चाहिए। आइए जानें कि छठे तत्व से विभिन्न वस्तुओं के लिए मूल्य प्रसार कितना बड़ा है।

कार्बन की कीमत

जीवन के लिए, जैसा कि समझना आसान है, कार्बन अमूल्य है। जीवन के अन्य क्षेत्रों की तरह, कीमत उत्पाद के नाम और उसकी गुणवत्ता पर निर्भर करती है।

उदाहरण के लिए, यदि उनमें तृतीय-पक्ष समावेशन शामिल नहीं है तो वे अधिक भुगतान करते हैं।

एयरजेल के नमूनों की अब तक प्रति कई वर्ग सेंटीमीटर कीमत दसियों डॉलर है।

लेकिन, भविष्य में, निर्माता रोल में सामग्री की आपूर्ति करने का वादा करते हैं और इसे सस्ते में मांगते हैं।

कार्बन ब्लैक यानी कालिख 5-7 रूबल प्रति किलो के हिसाब से बिकती है। तदनुसार, वे प्रति टन लगभग 5,000-7,000 रूबल का भुगतान करते हैं।

हालाँकि, अधिकांश विकसित देशों में लागू किए जा रहे कार्बन टैक्स से कीमतें बढ़ सकती हैं।

कार्बन उद्योग को दोषी ठहराया गया ग्रीनहाउस प्रभाव. उद्यमों को उत्सर्जन, विशेष रूप से CO2, के लिए भुगतान करना आवश्यक है।

यह मुख्य ग्रीनहाउस गैस है और साथ ही वायु प्रदूषण का सूचक भी है। यह जानकारी मरहम में एक मक्खी है.

यह आपको यह समझने की अनुमति देता है कि दुनिया की हर चीज़ की तरह कार्बन के भी फायदे ही नहीं, बल्कि नकारात्मक पहलू भी हैं।

पृथ्वी पर जैविक जीवन का प्रतिनिधित्व कार्बन यौगिकों द्वारा किया जाता है। तत्व सेलुलर संरचनाओं के मुख्य घटकों का हिस्सा है: प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट और वसा, और आनुवंशिकता के पदार्थ का आधार भी बनाता है - डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड। अकार्बनिक प्रकृति में, कार्बन सबसे आम तत्वों में से एक है भूपर्पटीऔर ग्रह का वातावरण। रासायनिक विज्ञान की एक शाखा के रूप में कार्बनिक रसायन विज्ञान पूरी तरह से रासायनिक तत्व कार्बन और उसके यौगिकों के गुणों के प्रति समर्पित है। हमारा लेख कार्बन की भौतिक और रासायनिक विशेषताओं और इसके गुणों की विशेषताओं पर विचार करेगा।

मेंडलीफ की आवर्त सारणी में तत्व का स्थान

कार्बन का एक उपसमूह है मुख्य उपसमूहसमूह IV, जिसमें कार्बन के अलावा सिलिकॉन, जर्मेनियम, टिन और सीसा भी शामिल है। इन सभी तत्वों की बाहरी ऊर्जा स्तर की संरचना समान होती है, जिस पर चार इलेक्ट्रॉन स्थित होते हैं। इससे उनके रासायनिक गुणों की समानता निर्धारित होती है। सामान्य अवस्था में, उपसमूह के तत्व द्विसंयोजक होते हैं, और जब उनके परमाणु उत्तेजित अवस्था में जाते हैं, तो वे 4 की संयोजकता प्रदर्शित करते हैं। कार्बन के भौतिक और रासायनिक गुण उसके परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक कोश की स्थिति पर निर्भर करते हैं। इस प्रकार, ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया में, एक तत्व जिसके कण अउत्तेजित अवस्था में होते हैं, उदासीन ऑक्साइड CO बनाते हैं। उत्तेजित अवस्था में कार्बन परमाणु कार्बन डाइऑक्साइड में ऑक्सीकृत हो जाते हैं, जो अम्लीय गुण प्रदर्शित करता है।

प्रकृति में कार्बन के रूप

हीरा, ग्रेफाइट और कार्बाइन एक साधारण पदार्थ के रूप में कार्बन के तीन एलोट्रोपिक संशोधन हैं। प्रकाश किरणों के अपवर्तन की उच्च डिग्री वाले पारदर्शी क्रिस्टल, जो प्रकृति में सबसे कठोर यौगिक हैं, हीरे हैं। वे खराब तरीके से गर्मी का संचालन करते हैं और ढांकता हुआ होते हैं। क्रिस्टल जाली परमाणु है, बहुत मजबूत है। इसमें किसी तत्व का प्रत्येक परमाणु चार अन्य कणों से घिरा होता है, जिससे एक नियमित चतुष्फलक बनता है।

ग्रेफाइट बनाने वाले कार्बन के भौतिक और रासायनिक गुण पूरी तरह से भिन्न होते हैं। यह छूने में चिकना है क्रिस्टलीय पदार्थगहरा भूरा रंग. इसकी संरचना परत-दर-परत होती है, परमाणुओं की परतों के बीच की दूरी काफी बड़ी होती है, जबकि उनकी आकर्षक शक्तियां कमजोर होती हैं। इसलिए, जब ग्रेफाइट की छड़ पर दबाव डाला जाता है, तो पदार्थ पतले गुच्छों में छूट जाता है। वे कागज पर गहरा निशान छोड़ जाते हैं। ग्रेफाइट तापीय रूप से सुचालक होता है और विद्युत चालकता में धातुओं से थोड़ा कम होता है।

विद्युत धारा संचालित करने की क्षमता को पदार्थ के क्रिस्टल की संरचना द्वारा समझाया गया है। इसमें, कार्बन कण मजबूत सहसंयोजक रासायनिक बंधों का उपयोग करके तीन अन्य से जुड़े होते हैं। प्रत्येक परमाणु का चौथा संयोजी इलेक्ट्रॉन मुक्त रहता है और पूरे पदार्थ में घूमने में सक्षम होता है। नकारात्मक आवेशित कणों की निर्देशित गति उपस्थिति का कारण बनती है विद्युत प्रवाह. ग्रेफाइट के अनुप्रयोग के क्षेत्र विविध हैं। इस प्रकार, इसका उपयोग इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में इलेक्ट्रोड के निर्माण और इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया को पूरा करने के लिए किया जाता है, जिसकी सहायता से वे प्राप्त करते हैं, उदाहरण के लिए, क्षारीय धातुअपने शुद्धतम रूप में. ग्रेफाइट ने परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में होने वाली श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की गति को नियंत्रित करने के लिए आवेदन पाया है। यह तंत्र के हिस्सों को रगड़ने में पदार्थ को स्लेट की छड़ या स्नेहक के रूप में उपयोग करने के लिए जाना जाता है।

कार्बाइन क्या है?

कांच जैसी चमक वाला काला क्रिस्टलीय पाउडर कार्बाइन है। इसे 20वीं सदी के मध्य में रूस में संश्लेषित किया गया था। यह पदार्थ कठोरता में ग्रेफाइट से बेहतर है, रासायनिक रूप से निष्क्रिय है, इसमें अर्धचालक गुण हैं और यह कार्बन का सबसे स्थिर संशोधन है। कनेक्शन ग्रेफाइट से अधिक मजबूत है. कार्बन के ऐसे रूप भी हैं जिनके रासायनिक गुण एक दूसरे से भिन्न होते हैं। ये कालिख, लकड़ी का कोयला और कोक हैं।

कार्बन के एलोट्रोपिक संशोधनों की विभिन्न विशेषताओं को उनकी संरचना द्वारा समझाया गया है क्रिस्टल जाली. यह एक दुर्दम्य पदार्थ है, रंगहीन और गंधहीन। में ऑर्गेनिक सॉल्वेंटअघुलनशील, लेकिन ठोस घोल बनाने में सक्षम - मिश्र धातु, उदाहरण के लिए, लोहे के साथ।

कार्बन के रासायनिक गुण

उस पदार्थ के आधार पर जिसके साथ कार्बन प्रतिक्रिया करता है, यह दोहरे गुण प्रदर्शित कर सकता है: एक कम करने वाला एजेंट और एक ऑक्सीकरण एजेंट दोनों। उदाहरण के लिए, कोक को धातुओं के साथ संलयन करने से उनके यौगिक - कार्बाइड प्राप्त होते हैं। हाइड्रोजन के साथ अभिक्रिया से हाइड्रोकार्बन उत्पन्न होता है। ये कार्बनिक यौगिक हैं, उदाहरण के लिए, मीथेन, एथिलीन, एसिटिलीन, जिसमें धातुओं की तरह, कार्बन की ऑक्सीकरण अवस्था -4 होती है। मज़बूत कर देनेवाला रासायनिक प्रतिक्रिएंकार्बन, जिसके गुण हम अध्ययन करते हैं वह ऑक्सीजन, हैलोजन, पानी और बुनियादी ऑक्साइड के साथ बातचीत के दौरान प्रकट होते हैं।

कार्बन ऑक्साइड

कम ऑक्सीजन सामग्री वाले कोयले को हवा में जलाने से कार्बन मोनोऑक्साइड उत्पन्न होता है - डाइवैलेंट कार्बन ऑक्साइड। यह रंगहीन, गंधहीन और अत्यधिक विषैला होता है। श्वसन के दौरान रक्त में हीमोग्लोबिन के साथ मिलकर कार्बन मोनोऑक्साइड पूरे शरीर में फैल जाती है मानव शरीर को, जिससे जहर खाया गया और फिर दम घुटने से मौत हो गई। वर्गीकरण में, पदार्थ उदासीन ऑक्साइड का स्थान लेता है, पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, और किसी क्षार या एसिड के अनुरूप नहीं होता है। कार्बन के रासायनिक गुण, जिसकी संयोजकता 4 है, पहले चर्चा की गई विशेषताओं से भिन्न हैं।

कार्बन डाईऑक्साइड

बेरंग गैसीय पदार्थ 15 के तापमान और एक वायुमंडल के दबाव पर यह ठोस चरण में चला जाता है। इसे सूखी बर्फ कहते हैं. CO 2 अणु अध्रुवीय होते हैं, हालाँकि ऑक्सीजन और कार्बन परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन ध्रुवीय होता है। यौगिक एसिड ऑक्साइड से संबंधित है। पानी के साथ क्रिया करके यह कार्बोनेट अम्ल बनाता है। कार्बन डाइऑक्साइड और सरल पदार्थों के बीच प्रतिक्रियाएं ज्ञात हैं: धातु और गैर-धातु, उदाहरण के लिए, मैग्नीशियम, कैल्शियम या कोक के साथ। उनमें यह ऑक्सीकरण एजेंट की भूमिका निभाता है।

कार्बन डाइऑक्साइड के प्रति गुणात्मक प्रतिक्रिया

यह सुनिश्चित करने के लिए कि अध्ययनाधीन गैस वास्तव में कार्बन मोनोऑक्साइड CO2 है, अकार्बनिक रसायन विज्ञान में निम्नलिखित प्रयोग किया जाता है: पदार्थ को एक स्पष्ट समाधान के माध्यम से पारित किया जाता है नीबू का रास. वर्षा के कारण घोल की गंदलापन का अवलोकन सफेद तलछटकैल्शियम कार्बोनेट अभिकर्मक मिश्रण में कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं की उपस्थिति की पुष्टि करता है। जब गैस को आगे कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड के घोल से गुजारा जाता है, तो CaCO 3 अवक्षेप कैल्शियम बाइकार्बोनेट, पानी में घुलनशील नमक में परिवर्तित होने के कारण घुल जाता है।

ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया में कार्बन की भूमिका

कार्बन के रासायनिक गुणों का उपयोग किया जाता है औद्योगिक उत्पादनइसके अयस्कों से लोहा: चुंबकीय, लाल या भूरा लौह अयस्क। इनमें प्रमुख हैं कार्बन और ऑक्साइड - कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड के अपचायक गुण। ब्लास्ट फर्नेस में होने वाली प्रक्रियाओं को प्रतिक्रियाओं के निम्नलिखित अनुक्रम के रूप में दर्शाया जा सकता है:

सबसे पहले, कोक कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण के साथ 1,850 डिग्री सेल्सियस तक गर्म हवा की धारा में जलता है: सी + ओ 2 = सीओ 2।
गर्म कार्बन से गुजरते हुए, यह कार्बन मोनोऑक्साइड में बदल जाता है: CO 2 + C = 2CO।
कार्बन मोनोऑक्साइड लौह अयस्क के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप लौह ऑक्साइड बनता है: 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2, Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2।
लोहा प्राप्त करने की प्रतिक्रिया होगी अगला दृश्य: FeO + CO = Fe + CO 2

पिघला हुआ लोहा कार्बन और कार्बन मोनोऑक्साइड के मिश्रण को घोलता है, जिसके परिणामस्वरूप एक पदार्थ बनता है - सीमेंटाइट।

ब्लास्ट फर्नेस में गलाए गए कच्चे लोहे में लोहे के अलावा 4.5% तक कार्बन और अन्य अशुद्धियाँ होती हैं: मैंगनीज, फास्फोरस, सल्फर। स्टील, जो कई मायनों में कच्चे लोहे से भिन्न होता है, जैसे कि इसकी लुढ़कने और गढ़ने की क्षमता में, इसमें केवल 0.3 से 1.7% कार्बन होता है। स्टील उत्पादों का व्यापक रूप से लगभग सभी उद्योगों में उपयोग किया जाता है: मैकेनिकल इंजीनियरिंग, धातु विज्ञान, चिकित्सा।

हमारे लेख में हमने पाया कि मानव गतिविधि के विभिन्न क्षेत्रों में कार्बन और उसके यौगिकों के कौन से रासायनिक गुणों का उपयोग किया जाता है।