Karbon atomunun yapısı. Karbon atomunun değerlik durumları

Çok çeşitli organik ve inorganik bileşikler oluşturabilen en şaşırtıcı elementlerden biri karbondur. Bu, o kadar sıra dışı özelliklere sahip bir element ki Mendeleev, henüz açıklanmayan özelliklerden bahsederek onun için harika bir gelecek öngördü.

Daha sonra bu pratik olarak doğrulandı. Kesinlikle tüm canlıların bir parçası olan gezegenimizin ana biyojenik unsuru olduğu anlaşıldı. Ek olarak, her bakımdan kökten farklılık gösteren ancak aynı zamanda yalnızca karbon atomlarından oluşan formlarda var olma yeteneğine sahiptir.

Genel olarak bu yapının birçok özelliği vardır ve bunları yazı boyunca anlamaya çalışacağız.

Karbon: elementler sistemindeki formül ve konum

Periyodik tabloda karbon elementi ana alt grup olan IV. Grupta (yeni modele göre 14'te) yer almaktadır. Atom numarası 6 ve atom ağırlığı 12.011’dir. Bir elementin C işaretiyle belirtilmesi, adını Latince - carboneum olarak gösterir. Karbonun var olduğu birkaç farklı form vardır. Bu nedenle formülü değişir ve spesifik modifikasyona bağlıdır.

Ancak elbette reaksiyon denklemlerini yazmanın özel bir gösterimi vardır. Genel olarak saf haliyle bir maddeden bahsederken, indeksleme olmadan karbon C'nin moleküler formülü kabul edilir.

Element keşfinin tarihi

Bu elementin kendisi eski çağlardan beri bilinmektedir. Sonuçta doğadaki en önemli minerallerden biri kömürdür. Bu nedenle eski Yunanlılar, Romalılar ve diğer milletler için bir sır değildi.

Bu çeşitliliğin yanı sıra elmas ve grafit de kullanılmıştır. Uzun bir süre boyunca ikincisiyle ilgili pek çok kafa karıştırıcı durum vardı, çünkü bileşim analizi yapılmadan aşağıdaki gibi bileşikler sıklıkla grafit ile karıştırılıyordu:

• gümüş kurşun;
• demir karbür;
• Molibden sülfür.

Hepsi siyaha boyanmıştı ve bu nedenle grafit olarak kabul edildi. Daha sonra bu yanlış anlaşılma giderildi ve karbonun bu formu kendine dönüştü.

1725'ten beri elmaslar büyük ticari öneme sahip hale geldi ve 1970'te onları yapay olarak üretme teknolojisinde ustalaştı. 1779'dan beri Karl Scheele'nin çalışmaları sayesinde karbonun sergilediği kimyasal özellikler inceleniyor. Bu, bu element alanında bir dizi önemli keşfin başlangıcı oldu ve elementin tüm benzersiz özelliklerinin aydınlatılmasının temelini oluşturdu.

Karbon izotopları ve doğadaki dağılımı

Söz konusu element en önemli biyojenik elementlerden biri olmasına rağmen yer kabuğunun kütlesindeki toplam içeriği %0,15'tir. Bunun nedeni, doğanın doğal döngüsü olan sürekli dolaşıma tabi olmasıdır.

Genel olarak karbon içeren birçok mineral bileşiğini adlandırabiliriz. Bunlar aşağıdaki gibi doğal ırklardır:

• dolomitler ve kireçtaşları;
• antrasit;
• yağlı şist;
• doğal gaz;
• kömür;
• yağ;
• kahverengi kömür;
• turba;
• bitümler.

Ayrıca karbon bileşiklerinin deposu olan canlıları da unutmamalıyız. Sonuçta proteinleri, yağları, karbonhidratları, nükleik asitleri ve dolayısıyla en hayati yapısal molekülleri oluşturur. Genel olarak 70 kg kuru vücut kütlesinin 15'i saf elementten oluşur. Hayvanlar, bitkiler ve diğer canlılar bir yana, her insan için de durum böyledir.

Suyu, yani bir bütün olarak hidrosferi ve atmosferi düşünürsek, CO2 formülüyle ifade edilen bir karbon ve oksijen karışımı vardır. Dioksit veya karbondioksit, havayı oluşturan ana gazlardan biridir. Bu formda karbonun kütle oranı %0,046'dır. Dünya Okyanusunun sularında daha da fazla karbondioksit çözünüyor.

Bir element olarak karbonun atom kütlesi 12.011'dir. Bu değerin doğada var olan tüm izotopik çeşitlerin bollukları dikkate alınarak atom ağırlıkları arasındaki aritmetik ortalama (yüzde olarak) olarak hesaplandığı bilinmektedir. Bu, söz konusu maddeyle olur. Karbonun oluştuğu üç ana izotop vardır. Bu:

• 12 C - kütle oranı ezici bir çoğunlukla %98,93'tür;
• 13C - %1,07;
• 14 C - radyoaktif, yarı ömrü 5700 yıl, kararlı beta yayıcı.

Numunelerin jeokronolojik yaşını belirleme uygulamasında, uzun bozunma süresi nedeniyle bir gösterge olan radyoaktif izotop 14 C yaygın olarak kullanılmaktadır.

Elementin allotropik modifikasyonları

Karbon, basit bir madde olarak çeşitli şekillerde bulunan bir elementtir. Yani bugün bilinen en fazla sayıda allotropik modifikasyonu oluşturma kapasitesine sahiptir.

1. Kristalin varyasyonlar - düzenli atom tipi kafeslere sahip güçlü yapılar şeklinde bulunur. Bu grup aşağıdaki gibi çeşitleri içerir:

• elmaslar;
• fullerenler;
• grafit;
• karabinalar;
• lonsdaleitler;
• ve tüpler.

Hepsinin düğümlerinde bir karbon atomunun bulunduğu farklı kafesler var. Dolayısıyla hem fiziksel hem de kimyasal olarak tamamen benzersiz, farklı özellikler.

2. Amorf formlar - bazı doğal bileşiklerin bir parçası olan bir karbon atomundan oluşurlar. Yani bunlar saf çeşitler değil, diğer elementlerin küçük miktarlardaki karışımlarıdır. Bu grup şunları içerir:

• Aktif karbon;
• taş ve ahşap;
• is;
• karbon nanoköpüğü;
• antrasit;
• camsı karbon;
• Bir maddenin teknik çeşitliliği.

Ayrıca kristal kafesin özelliklerini açıklayan ve sergileyen yapısal özellikleriyle de birleşirler.

3. Kümeler halindeki karbon bileşikleri. Bu, atomların, içi boş, suyla veya diğer elementlerin çekirdekleriyle dolu özel bir yapıya kilitlendiği bir yapıdır. Örnekler:

• karbon nanokonları;
• astralenler;
• dikarbon.

Amorf karbonun fiziksel özellikleri

Allotropik modifikasyonların çok çeşitli olması nedeniyle karbonun genel fiziksel özelliklerini tanımlamak zordur. Belirli bir form hakkında konuşmak daha kolaydır. Örneğin amorf karbon aşağıdaki özelliklere sahiptir.

1. Tüm formlar ince kristalli grafit çeşitlerine dayanmaktadır.
2. Yüksek ısı kapasitesi.
3. İyi iletken özellikler.
4. Karbon yoğunluğu yaklaşık 2 g/cm3'tür.
5. 1600 0 C'nin üzerine ısıtıldığında grafit formlarına geçiş meydana gelir.

Kurum ve taş çeşitleri teknik amaçlarla yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf haliyle karbon modifikasyonunun bir tezahürü değildirler, ancak onu çok büyük miktarlarda içerirler.

Kristalin karbon

Karbonun, atomların seri olarak bağlandığı, çeşitli türlerde düzenli kristaller oluşturan bir madde olduğu çeşitli seçenekler vardır. Sonuç olarak, aşağıdaki değişiklikler oluşturulmuştur.

1. - dört tetrahedronun bağlı olduğu kübik. Sonuç olarak, her atomun tüm kovalent kimyasal bağları mümkün olduğu kadar doymuş ve güçlüdür. Bu, fiziksel özellikleri açıklar: karbon yoğunluğu 3300 kg/m3. Yüksek sertlik, düşük ısı kapasitesi, elektriksel iletkenlik eksikliği - bunların hepsi kristal kafes yapısının sonucudur. Teknik olarak üretilen elmaslar var. Yüksek sıcaklık ve belirli bir basıncın etkisi altında grafitin bir sonraki modifikasyona geçişi sırasında oluşurlar. Genel olarak, mukavemeti kadar yüksektir - yaklaşık 3500 0 C.
2. Grafit. Atomlar önceki maddenin yapısına benzer şekilde düzenlenmiştir, ancak yalnızca üç bağ doymuştur ve dördüncüsü daha uzun ve daha az güçlü hale gelir, altıgen kafes halkalarının "katmanlarını" birbirine bağlar. Sonuç olarak, grafitin dokunulduğunda yumuşak, yağlı siyah bir madde olduğu ortaya çıktı. İyi bir elektrik iletkenliğine sahiptir ve yüksek bir erime noktasına sahiptir - 3525 0 C. Süblimleşme yeteneğine sahiptir - sıvıyı atlayarak (3700 0 C sıcaklıkta) katıdan gaz haline süblimleşme. Karbonun yoğunluğu 2,26 g/cm3 olup, elmasın yoğunluğundan çok daha düşüktür. Bu onların farklı özelliklerini açıklar. Kristal kafesin katmanlı yapısından dolayı kurşun kalem uçları yapmak için grafit kullanılabilir. Kağıdın üzerinden geçirildiğinde pullar soyuluyor ve kağıt üzerinde siyah bir iz bırakıyor.
3. Fullerenler. Sadece geçen yüzyılın 80'lerinde keşfedildiler. Karbonların, merkezinde boşluk bulunan özel dışbükey kapalı bir yapı halinde birbirine bağlandığı modifikasyonlardır. Dahası, kristalin şekli düzenli bir organizasyona sahip bir çokyüzlüdür. Atom sayısı eşittir. Fulleren C 60'ın en ünlü formu. Araştırma sırasında benzer bir maddenin örnekleri bulundu:

• meteorlar;
• dip çökeltileri;
• folguritler;
• şungitler;
• gaz halinde bulundukları dış uzay.

Kristalin karbonun tüm çeşitleri büyük pratik öneme sahiptir çünkü teknolojide çok sayıda yararlı özelliğe sahiptirler.

Kimyasal aktivite

Moleküler karbon, kararlı konfigürasyonu nedeniyle düşük kimyasal reaktivite sergiler. Yalnızca atoma ek enerji vererek ve dış seviyedeki elektronları buharlaşmaya zorlayarak reaksiyona girmeye zorlanabilir. Bu noktada değerlik 4 olur. Dolayısıyla bileşiklerde +2, +4, -4 oksidasyon durumuna sahiptir.

Basit maddelerle (hem metaller hem de metal olmayanlar) hemen hemen tüm reaksiyonlar, yüksek sıcaklıkların etkisi altında meydana gelir. Söz konusu element ya bir oksitleyici madde ya da bir indirgeyici madde olabilir. Bununla birlikte, ikinci özellikler özellikle onda belirgindir ve metalurji ve diğer endüstrilerdeki kullanımına dayanan da budur.

Genel olarak kimyasal etkileşimlere girebilme yeteneği üç faktöre bağlıdır:

• karbon dağılımı;
• allotropik modifikasyon;
• reaksiyon sıcaklığı.

Böylece, bazı durumlarda aşağıdaki maddelerle etkileşim meydana gelir:

• metal olmayanlar (hidrojen, oksijen);
• metaller (alüminyum, demir, kalsiyum ve diğerleri);
• metal oksitler ve bunların tuzları.

Asitlerle ve alkalilerle, çok nadiren halojenlerle reaksiyona girmez. Karbonun en önemli özelliği kendi aralarında uzun zincirler oluşturabilmesidir. Bir döngü halinde kapanıp dallar oluşturabilirler. Bugün sayıları milyonları bulan organik bileşiklerin oluşumu bu şekilde gerçekleşir. Bu bileşiklerin temeli iki elementtir - karbon ve hidrojen. Bileşim ayrıca başka atomları da içerebilir: oksijen, nitrojen, kükürt, halojenler, fosfor, metaller ve diğerleri.

Temel bağlantılar ve özellikleri

Karbon içeren birçok farklı bileşik vardır. Bunlardan en ünlüsünün formülü CO 2 - karbondioksittir. Bununla birlikte, bu okside ek olarak, CO - monoksit veya karbon monoksitin yanı sıra C302 altoksiti de vardır.

Bu elementi içeren tuzlar arasında en yaygın olanları kalsiyum ve magnezyum karbonatlardır. Dolayısıyla, kalsiyum karbonatın doğada şu formda bulunması nedeniyle adında birkaç eşanlamlısı vardır:

• tebeşir;
• mermer;
• kireçtaşı;
• dolomit

Alkali toprak metal karbonatların önemi, sarkıt ve dikitlerin yanı sıra yeraltı suyunun oluşumunda aktif katılımcılar olmaları gerçeğiyle ortaya çıkmaktadır.

Karbonik asit, karbon oluşturan başka bir bileşiktir. Formülü H2CO3'tür. Bununla birlikte, olağan haliyle son derece kararsızdır ve çözelti içinde hemen karbondioksit ve suya ayrışır. Bu nedenle çözelti olarak kendisi değil, yalnızca tuzları bilinmektedir.

Doğrudan sentezler yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda ve düşük ürün verimleriyle meydana geldiğinden, karbon halojenürler esas olarak dolaylı olarak elde edilir. En yaygın olanlardan biri CCL 4 - karbon tetraklorürdür. Solunması halinde zehirlenmeye neden olabilecek zehirli bir bileşik. Metanda radikal fotokimyasal ikame reaksiyonları ile elde edilir.

Metal karbürler, oksidasyon durumu 4 olan karbon bileşikleridir. Bor ve silikon ile kombinasyonların mevcut olması da mümkündür. Bazı metallerin (alüminyum, tungsten, titanyum, niyobyum, tantal, hafniyum) karbürlerinin ana özelliği, yüksek mukavemet ve mükemmel elektrik iletkenliğidir. Bor karbür B 4 C elmastan sonra en sert maddelerden biridir (Mohs'a göre 9,5). Bu bileşikler teknolojide ve kimya endüstrisinde hidrokarbon kaynağı olarak kullanılır (su ile kalsiyum karbür, asetilen ve kalsiyum hidroksit oluşumuna yol açar).

Birçok metal alaşımı karbon kullanılarak yapılır, böylece kaliteleri ve teknik özellikleri önemli ölçüde artar (çelik bir demir ve karbon alaşımıdır).

Çok sayıda organik karbon bileşiği, aynı atomlarla birleşerek çeşitli yapılarda uzun zincirler oluşturabilen temel bir element olduğu için özel ilgiyi hak ediyor. Bunlar şunları içerir:

• alkanlar;
• alkenler;
• arenalar;
• proteinler;
• karbonhidratlar;
• nükleik asitler;
• alkoller;
• karboksilik asitler ve diğer birçok madde sınıfı.

Karbon uygulaması

Karbon bileşiklerinin ve bunların allotropik modifikasyonlarının insan yaşamındaki önemi çok büyüktür. Durumun gerçekten böyle olduğunu açıkça belirtmek için en küresel endüstrilerden birkaçının adını verebilirsiniz.

1. Bu element, insanların enerji elde ettiği her türlü organik yakıtı oluşturur.
2. Metalurji endüstrisi, bileşiklerinden metal elde etmek için karbonu güçlü bir indirgeyici madde olarak kullanır. Karbonatlar da burada yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. İnşaat ve kimya endüstrisi, yeni maddeleri sentezlemek ve gerekli ürünleri üretmek için büyük miktarlarda karbon bileşikleri tüketir.

Ekonominin bu tür sektörlerini şu şekilde de adlandırabilirsiniz:

• nükleer endüstri;
• takı yapımı;
• teknik ekipman (yağlayıcılar, ısıya dayanıklı potalar, kalemler vb.);
• kayaların jeolojik yaşının belirlenmesi - radyoaktif gösterge 14 C;
• Karbon, filtre üretiminde kullanılmasına izin veren mükemmel bir adsorbandır.

Doğada bisiklet

Doğada bulunan karbon kütlesi, dünya çevresinde her saniye döngüsel olarak meydana gelen sabit bir döngüye dahildir. Böylece atmosferdeki karbon kaynağı olan CO 2, bitkiler tarafından emilir ve solunum sırasında tüm canlılar tarafından salınır. Atmosfere girdiğinde tekrar emilir ve döngü böylece devam eder. Bu durumda, organik kalıntıların ölümü, karbonun salınmasına ve toprakta birikmesine yol açar; buradan canlı organizmalar tarafından tekrar emilir ve gaz halinde atmosfere salınır.

TANIM

Karbon- Periyodik Tablonun altıncı elementi. Tanım - Latince “karboneum”dan C. İkinci periyotta ise IVA grubu yer alıyor. Metal olmayanları ifade eder. Nükleer yük 6'dır.

Karbon doğada hem serbest halde hem de çok sayıda bileşik halinde bulunur. Serbest karbon elmas ve grafit formunda oluşur. Fosil kömürün yanı sıra dünyanın derinliklerinde büyük miktarda petrol birikintileri bulunmaktadır. Karbonik asit tuzları, özellikle kalsiyum karbonat, yer kabuğunda büyük miktarlarda bulunur. Havada her zaman karbondioksit bulunur. Son olarak bitki ve hayvan organizmaları, oluşumunda karbonun yer aldığı maddelerden oluşur. Bu nedenle, bu element Dünya üzerinde en yaygın olanlardan biridir, ancak yer kabuğundaki toplam içeriği yalnızca %0,1 (ağırlıkça) civarındadır.

Karbonun atomik ve moleküler kütlesi

Bir maddenin bağıl moleküler kütlesi (Mr), belirli bir molekülün kütlesinin bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden kaç kat daha büyük olduğunu gösteren bir sayıdır ve bir elementin bağıl atom kütlesi (Ar), Bir kimyasal elementin ortalama atom kütlesinin, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden kaç katı olduğu.

Serbest durumda karbon, tek atomlu moleküller C formunda mevcut olduğundan, atomik ve moleküler kütlelerinin değerleri çakışmaktadır. 12.0064'e eşittirler.

Karbonun allotropisi ve allotropik modifikasyonları

Serbest durumda karbon, kübik ve altıgen (lonsdaleit) sistemde kristalleşen elmas ve altıgen sisteme ait olan grafit formunda bulunur (Şekil 1). Kömür, kok veya is gibi karbon formları düzensiz bir yapıya sahiptir. Sentetik olarak elde edilen allotropik modifikasyonlar da vardır - bunlar karbin ve polikümülendir - -C= C- veya = C = C= tipi doğrusal zincirli polimerlerden oluşturulan karbon çeşitleri.

Pirinç. 1. Karbonun allotropik modifikasyonları.

Aşağıdaki adlara sahip karbonun allotropik modifikasyonları da bilinmektedir: grafen, fulleren, nanotüpler, nanofiberler, astralen, camsı karbon, devasa nanotüpler; amorf karbon, karbon nanotomurcukları ve karbon nanoköpüğü.

Karbon izotopları

Doğada karbon, 12 C (%98,98) ve 13 C (%1,07) olmak üzere iki kararlı izotop halinde bulunur. Kütle sayıları sırasıyla 12 ve 13'tür. 12C karbon izotopunun bir atomunun çekirdeği altı proton ve altı nötron içerir ve 13C izotopu aynı sayıda proton ve beş nötron içerir.

5730 yıllık yarı ömre sahip, 14 C karbonun yapay (radyoaktif) bir izotopu vardır.

Karbon iyonları

Karbon atomunun dış enerji seviyesinde değerlik elektronları olan dört elektron bulunur:

1s 2 2s 2 2p 2 .

Kimyasal etkileşimin bir sonucu olarak karbon, değerlik elektronlarını kaybedebilir; onların donörü olabilir ve pozitif yüklü iyonlara dönüşebilir veya başka bir atomdan elektron kabul edebilir. onların alıcısı olun ve negatif yüklü iyonlara dönüşün:

C0-2e → C2+;

C0-4e → C4+;

C 0 +4e → C 4- .

Molekül ve karbon atomu

Serbest durumda karbon, tek atomlu C molekülleri formunda bulunur. Karbon atomunu ve molekülünü karakterize eden bazı özellikler şunlardır:

Karbon alaşımları

Dünya çapında en ünlü karbon alaşımları çelik ve dökme demirdir. Çelik, karbon içeriği% 2'yi aşmayan bir demir ve karbon alaşımıdır. Dökme demirde (aynı zamanda bir demir ve karbon alaşımı), karbon içeriği daha yüksektir -% 2 ila 4 arasında.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

ÖRNEK 2

KARBON, C, periyodik sistemin IV. grubunun kimyasal elementi, atom ağırlığı 12.00, atom numarası 6. Yakın zamana kadar karbonun izotopları olmadığı düşünülüyordu; C 13 izotopunun varlığının tespiti ancak son zamanlarda özellikle hassas yöntemler kullanılarak mümkün olmuştur. Karbon, yaygınlığı, bileşiklerinin sayısı ve çeşitliliği, biyolojik önemi (organojen olarak), karbonun kendisinin ve bileşiklerinin yaygın teknik kullanımı (hammadde ve kaynak olarak) açısından en önemli unsurlardan biridir. endüstriyel ve evsel ihtiyaçlar için enerji) ve son olarak kimya biliminin gelişimindeki rolü açısından. Serbest haldeki karbon, bir buçuk asırdan fazla bir süredir bilinen, ancak hem kimyasal olarak saf bir formda karbon elde etmenin son derece zor olması hem de karbonun sabitlerinin çoğu nedeniyle hala tam olarak incelenmemiş olan belirgin bir allotropi olgusu sergiler. Karbonun allotropik modifikasyonları, üretim yöntemi ve koşulları tarafından belirlenen yapılarının morfolojik özelliklerine bağlı olarak büyük ölçüde değişir.

Karbon iki kristal form oluşturur - elmas ve grafit ve aynı zamanda amorf halde sözde formda da bilinir. amorf kömür. İkincisinin bireyselliği, son araştırmaların bir sonucu olarak tartışmalıdır: kömür, her ikisi de aynı formun morfolojik çeşitleri - “siyah karbon” olarak dikkate alınarak grafit ile tanımlandı ve özelliklerindeki fark, fiziksel yapı ve derece ile açıklandı. maddenin dağılımı. Ancak çok yakın zamanda kömürün özel bir allotropik form olarak varlığını doğrulayan gerçekler elde edildi (aşağıya bakınız).

Doğal kaynaklar ve karbon stokları. Doğadaki yaygınlık açısından karbon, elementler arasında 10. sırada yer alır ve atmosferin %0,013'ünü, hidrosferin %0,0025'ini ve yer kabuğunun toplam kütlesinin yaklaşık %0,35'ini oluşturur. Karbonun çoğu oksijen bileşikleri formundadır: atmosferik hava, CO2 dioksit formunda ~800 milyar ton karbon içerir; okyanusların ve denizlerin suyunda - CO2, karbonik asit iyonları ve bikarbonatlar şeklinde 50.000 milyar tona kadar karbon; kayalarda çözünmeyen karbonatlar (kalsiyum, magnezyum ve diğer metaller) ve tek başına CaCO3'ün payı ~160.10 6 milyar ton karbona karşılık gelir. Ancak bu devasa rezervler herhangi bir enerji değerini temsil etmiyor; yanıcı karbonlu malzemeler çok daha değerlidir - fosil kömürler, turba, ardından petrol, hidrokarbon gazları ve diğer doğal bitümler. Bu maddelerin yerkabuğundaki rezervi de oldukça önemlidir: Fosil kömürlerdeki toplam karbon kütlesi ~6000 milyar tona, petroldeki ~10 milyar tona vb. ulaşır. Serbest durumda, karbon oldukça nadirdir (elmas ve parça) grafit maddesi). Fosil kömürler neredeyse hiç serbest karbon içermez veya içermez: Ch'den oluşurlar. varış. Yüksek molekül ağırlıklı (polisiklik) ve diğer elementlerle (H, O, N, S) çok kararlı karbon bileşikleri hala çok az araştırılmıştır. Bitki ve hayvan hücrelerinde sentezlenen canlı doğadaki karbon bileşikleri (dünyanın biyosferi), olağanüstü çeşitlilikte özellikler ve bileşim miktarlarıyla ayırt edilir; Bitki dünyasında en yaygın maddeler olan lif ve lignin de enerji kaynağı olarak rol oynar. Karbon, bitki ve hayvan hücrelerinde karmaşık organik maddelerin sentezi ve bu maddelerin oksidatif ayrışma (yanma, bozunma, solunum) sırasında ters ayrışmasından oluşan sürekli bir döngü sayesinde doğada sabit bir dağılım sağlar. bitkilerin yeniden sentez için kullandığı CO2 oluşumuna yol açar. Bu döngünün genel şeması şu şekilde olabilir: aşağıdaki formda sunulmuştur:

Karbon üretimi. Bitkisel ve hayvansal kökenli karbonlu bileşikler, yüksek sıcaklıklarda kararsızdır ve havaya erişim olmadan en az 150-400°C'ye ısıtıldığında ayrışır, su ve uçucu karbon bileşikleri açığa çıkar ve karbon açısından zengin, uçucu olmayan katı bir kalıntı bırakır ve genellikle kömür denir. Bu pirolitik işleme kömürleştirme veya kuru damıtma denir ve teknolojide yaygın olarak kullanılır. Fosil kömürlerin, petrolün ve turbanın (450-1150°C sıcaklıkta) yüksek sıcaklıkta pirolizi, grafit formundaki karbonun (kok, imbikli kömür) salınmasına yol açar. Başlangıç ​​malzemelerinin kömürleşme sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, ortaya çıkan kömür veya kok, bileşim açısından serbest karbona ve özellikler açısından grafite o kadar yakın olur.

800°C'nin altındaki sıcaklıklarda oluşan amorf kömür bunu yapamaz. biz onu serbest karbon olarak kabul ediyoruz çünkü önemli miktarda kimyasal olarak bağlı diğer elementleri içeriyor, Ch. varış. hidrojen ve oksijen. Teknik ürünlerden aktif karbon ve kurum, özellikleri bakımından amorf karbona en yakın olanlardır. En saf kömür olabilir saf şekerin veya piperonalin kömürleştirilmesi, gaz kurumunun özel işlenmesi vb. ile elde edilir. Elektrotermal yollarla elde edilen yapay grafit, bileşim olarak neredeyse saf karbondur. Doğal grafit her zaman mineral safsızlıklarıyla kirlenir ve ayrıca belirli miktarda bağlı hidrojen (H) ve oksijen (O) içerir; nispeten saf bir durumda olabilir. yalnızca bir dizi özel işlemden sonra elde edilir: mekanik zenginleştirme, yıkama, oksitleyici maddelerle işlem ve uçucu maddeler tamamen giderilene kadar yüksek sıcaklıklarda kalsinasyon. Karbon teknolojisinde hiçbir zaman tamamen saf karbonla ilgilenilmez; Bu sadece doğal karbon hammaddeleri için değil, aynı zamanda zenginleştirme, iyileştirme ve termal ayrışma (piroliz) ürünleri için de geçerlidir. Aşağıda bazı karbonlu malzemelerin karbon içeriği (% olarak) verilmiştir:

Karbonun fiziksel özellikleri. Serbest karbon neredeyse tamamen eriyebilir, uçucu değildir ve normal sıcaklıklarda bilinen çözücülerin hiçbirinde çözünmez. Yalnızca bazı erimiş metallerde, özellikle de kaynama noktasına yaklaşan sıcaklıklarda çözünür: demirde (%5'e kadar), gümüşte (%6'ya kadar) | rutenyum (%4'e kadar), kobalt, nikel, altın ve platin. Oksijenin yokluğunda karbon ısıya en dayanıklı malzemedir; Saf karbonun sıvı hali bilinmemektedir ve buhara dönüşümü ancak 3000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda başlamaktadır. Bu nedenle, karbonun özelliklerinin belirlenmesi yalnızca katı agregasyon durumu için gerçekleştirildi. Karbon modifikasyonları arasında elmas en sabit fiziksel özelliklere sahiptir; Grafitin çeşitli numunelerindeki (en saf olanları bile) özellikleri önemli ölçüde farklılık gösterir; Amorf kömürün özellikleri daha da değişkendir. Çeşitli karbon modifikasyonlarının en önemli fiziksel sabitleri tabloda karşılaştırılmıştır.

Elmas tipik bir dielektriktir, grafit ve karbon ise metalik elektrik iletkenliğine sahiptir. Mutlak değerde iletkenlikleri çok geniş bir aralıkta değişir, ancak kömürlerde bu her zaman grafitlerden daha düşüktür; Grafitlerde gerçek metallerin iletkenliği yaklaşır. 1000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda tüm karbon modifikasyonlarının ısı kapasitesi 0,47'lik sabit bir değere yönelir. -180°C'nin altındaki sıcaklıklarda elmasın ısı kapasitesi yok denecek kadar küçülür ve -27°C'de neredeyse sıfır olur.

Karbonun kimyasal özellikleri. 1000°C'nin üzerine ısıtıldığında, hem elmas hem de kömür yavaş yavaş grafite dönüşür; dolayısıyla bu, karbonun en kararlı (yüksek sıcaklıklarda) monotropik formu olarak kabul edilmelidir. Amorf kömürün grafite dönüşümü görünüşe göre 800°C civarında başlıyor ve 1100°C'de bitiyor (bu son noktada kömür adsorbsiyon aktivitesini ve yeniden aktifleşme yeteneğini kaybediyor ve elektriksel iletkenliği keskin bir şekilde artarak gelecekte neredeyse sabit kalıyor). Serbest karbon, normal sıcaklıklarda eylemsizlik ve yüksek sıcaklıklarda önemli aktivite ile karakterize edilir. Amorf kömür kimyasal olarak en aktif olanıdır, elmas ise en dayanıklı olanıdır. Örneğin flor, kömürle 15°C sıcaklıkta, grafitle yalnızca 500°C'de ve elmasla 700°C'de reaksiyona girer. Havada ısıtıldığında gözenekli kömür 100°C'nin altında, grafit yaklaşık 650°C'de ve elmas 800°C'nin üzerinde oksitlenmeye başlar. 300°C ve üzerindeki sıcaklıklarda kömür kükürt ile birleşerek karbon disülfür CS2'yi oluşturur. 1800°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda karbon (kömür) nitrojenle etkileşime girmeye başlar ve (küçük miktarlarda) siyanojen C2N2 oluşturur. Karbonun hidrojenle etkileşimi 1200°C'de başlar ve 1200-1500°C sıcaklık aralığında yalnızca metan CH4 oluşur; 1500°C'nin üzerinde - metan, etilen (C2H4) ve asetilen (C2H2) karışımı; 3000°C civarındaki sıcaklıklarda neredeyse yalnızca asetilen elde edilir. Elektrik arkının sıcaklığında karbon, metaller, silikon ve bor ile doğrudan birleşerek karşılık gelen karbürleri oluşturur. Doğrudan veya dolaylı yollar olabilir. Sıfır grubun gazları dışında bilinen tüm elementlere sahip karbon bileşikleri elde edildi. Karbon, bazı amfoterlik belirtileri sergileyen metalik olmayan bir elementtir. Karbon atomunun çapı 1,50 Ᾰ (1Ᾰ = 10 -8 cm)'dir ve dış kürede eşit derecede kolaylıkla vazgeçilebilen veya 8'e eklenen 4 değerlik elektronu içerir; bu nedenle hem oksijen hem de hidrojenin normal değeri dörttür. Bileşiklerinin büyük çoğunluğunda karbon dört değerliklidir; Sadece az sayıda iki değerlikli karbon (karbon monoksit ve asetalleri, izonitriller, fulminat asit ve tuzları) ve üç değerlikli karbon ("serbest radikal" olarak adlandırılan) bileşikleri bilinmektedir.

Karbon, oksijenle birlikte iki normal oksit oluşturur: asidik karbon dioksit CO2 ve nötr karbon monoksit CO. Ayrıca bir dizi var karbon altoksitleri 1'den fazla C atomu içeren ve teknik önemi olmayan; Bunlardan en iyi bilineni C3O2 bileşiminin altoksitidir (kaynama noktası +7 ° C ve erime noktası -111 ° C olan bir gaz). Karbonun ve bileşiklerinin yanmasının ilk ürünü, aşağıdaki denkleme göre oluşan CO2'dir:

C+O2 = CO2 +97600 kal.

Yakıtın eksik yanması sırasında CO oluşumu ikincil bir indirgeme işleminin sonucudur; Bu durumda indirgeyici madde, 450°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda aşağıdaki denkleme göre CO2 ile reaksiyona giren karbonun kendisidir:

CO2 +C = 2СО -38800 cal;

bu reaksiyon tersine çevrilebilir; 950°C'nin üzerinde CO2'nin CO'ya dönüşümü neredeyse tamamlanır ve bu, gaz üreten fırınlarda gerçekleştirilir. Karbonun yüksek sıcaklıklardaki enerjik indirgeme yeteneği aynı zamanda su gazı üretiminde (H 2 O + C = CO + H 2 -28380 cal) ve oksitinden serbest metal elde etmek için metalurjik işlemlerde de kullanılır. Allotropik karbon formları bazı oksitleyici maddelerin etkisine farklı tepki verir: örneğin, bir KCIO3 + HNO3 karışımının elmas üzerinde hiçbir etkisi yoktur, amorf kömür tamamen CO2'ye oksitlenir, grafit ise aromatik bileşikler - grafitik asitler üretir ampirik formül (C 2 OH) x'ten itibaren melitik asit C6(COOH)6. Hidrojenli karbon bileşikleri - hidrokarbonlar - oldukça fazladır; onlardan, karbona ek olarak çoğunlukla H, O, N, S ve halojenleri içeren diğer organik bileşiklerin çoğu genetik olarak üretilir.

2 milyona kadar bilinen organik bileşiklerin olağanüstü çeşitliliği, bir element olarak karbonun belirli özelliklerinden kaynaklanmaktadır. 1) Karbon, hem metalik hem de metalik olmayan diğer elementlerin çoğuyla güçlü bir kimyasal bağla karakterize edilir ve bu nedenle her ikisiyle de oldukça kararlı bileşikler oluşturur. Karbonun diğer elementlerle birleştiğinde iyon oluşturma eğilimi çok azdır. Çoğu organik bileşik homeopolar tiptedir ve normal koşullar altında ayrışmaz; İçlerindeki molekül içi bağların kırılması çoğu zaman önemli miktarda enerji harcamayı gerektirir. Ancak bağlantıların gücünü değerlendirirken şunu ayırt etmek gerekir; a) termokimyasal olarak ölçülen mutlak bağ kuvveti ve b) çeşitli reaktiflerin etkisi altında bağın kırılma yeteneği; bu iki özellik her zaman örtüşmez. 2) Karbon atomları birbirlerine olağanüstü kolaylıkla (polar olmayan) bağlanarak açık veya kapalı karbon zincirleri oluştururlar. Bu tür zincirlerin uzunluğu görünüşe göre herhangi bir kısıtlamaya tabi değildir; Böylece 64 karbon atomlu açık zincirlere sahip oldukça kararlı moleküller bilinmektedir. Açık zincirlerin uzaması ve karmaşıklığı, bunların birbirleriyle veya diğer unsurlarla olan bağlantılarının gücünü etkilemez. Kapalı zincirler arasında 6 ve 5 üyeli halkalar en kolay şekilde oluşturulur, ancak 3 ila 18 karbon atomu içeren halkalı zincirler de bilinmektedir. Karbon atomlarının birbirine bağlanma yeteneği, grafitin özel özelliklerini ve kömürleşme süreçlerinin mekanizmasını iyi açıklamaktadır; aynı zamanda karbonun diatomik C2 molekülleri formunda bilinmediği gerçeğini de açıkça ortaya koyar; bu, diğer hafif metalik olmayan elementlerle (buhar formunda karbon tek atomlu moleküllerden oluşur) analoji yoluyla beklenebilir. 3) Bağların polar olmayan doğasından dolayı, birçok karbon bileşiği yalnızca harici olarak (reaksiyonun yavaşlaması) değil, aynı zamanda dahili olarak da (molekül içi yeniden düzenlemelerin zorluğu) kimyasal eylemsizliğe sahiptir. Büyük "pasif dirençlerin" varlığı, kararsız formların kendiliğinden kararlı formlara dönüşmesini büyük ölçüde karmaşıklaştırır ve çoğu zaman bu dönüşümün oranını sıfıra düşürür. Bunun sonucu, normal sıcaklıklarda neredeyse eşit derecede kararlı olan çok sayıda izomerik formun gerçekleştirilmesi olasılığıdır.

Allotropi ve karbonun atomik yapısı . X-ışını analizi, elmas ve grafitin atomik yapısını güvenilir bir şekilde oluşturmayı mümkün kıldı. Aynı araştırma yöntemi, esas olarak kömürün amorfluğu veya kristalliğiyle ilgili bir sorun olan, karbonun üçüncü bir allotropik modifikasyonunun varlığı sorununa ışık tutuyor: eğer kömür amorf bir oluşumsa, o zaman olamaz. ne grafit ne de elmasla özdeşleştirilir, ancak karbonun özel bir formu, bireysel ve basit bir madde olarak düşünülmelidir. Elmasta karbon atomları, her bir atom, köşeleri 4 bitişik atom olan bir tetrahedronun merkezinde yer alacak şekilde düzenlenmiştir; ikincisinin her biri sırasıyla başka bir benzer tetrahedronun merkezidir; bitişik atomlar arasındaki mesafeler 1,54 Ᾰ'dir (kristal kafesin temel küpünün kenarı 3,55 Ᾰ'dir). Bu yapı en kompakt olanıdır; elmasın yüksek sertliğine, yoğunluğuna ve kimyasal eylemsizliğine (değerlik kuvvetlerinin eşit dağılımı) karşılık gelir. Elmas kafesteki karbon atomlarının karşılıklı bağlantısı, yağlı serideki çoğu organik bileşiğin molekülleriyle aynıdır (dört yüzlü karbon modeli). Grafit kristallerinde karbon atomları, birbirlerinden 3,35-3,41 Ᾰ aralıklı yoğun katmanlar halinde düzenlenir; Bu katmanların yönü, mekanik deformasyonlar sırasında yarılma düzlemleri ve kayma düzlemleri ile çakışmaktadır. Her katmanın düzleminde atomlar, altıgen hücrelerden (şirketlerden) oluşan bir ızgara oluşturur; böyle bir altıgenin kenar uzunluğu 1,42-1,45 Ᾰ'dir. Bitişik katmanlarda altıgenler birbirinin altında yer almaz: dikey çakışmaları yalnızca üçüncü katmandaki 2 katmandan sonra tekrarlanır. Her karbon atomunun üç bağı aynı düzlemde bulunur ve 120°'lik açılar oluşturur; 4. bağ, düzlemden komşu katmanların atomlarına bir yönde veya başka bir yönde dönüşümlü olarak yönlendirilir. Bir katmandaki atomlar arasındaki mesafeler kesinlikle sabittir ancak tek tek katmanlar arasındaki mesafe sabittir. dış etkilerle değişir: örneğin 5000 atm'ye kadar basınç altında basıldığında 2,9 Ᾰ'a düşer ve grafit konsantre HNO3'te şiştiğinde 8 Ᾰ'ye yükselir. Bir katmanın düzleminde, karbon atomları homeopolar olarak bağlanır (hidrokarbon zincirlerinde olduğu gibi), ancak bitişik katmanların atomları arasındaki bağlar doğası gereği oldukça metaliktir; Bu, grafit kristallerinin katmanlara dik yöndeki elektriksel iletkenliğinin, katman yönündeki iletkenlikten ~100 kat daha yüksek olduğu gerçeğinden açıkça anlaşılmaktadır. O. Grafit bir yönde metal özelliklerine, diğer yönde ise metal olmayan özelliklere sahiptir. Grafit kafesinin her katmanındaki karbon atomlarının düzeni, karmaşık nükleer aromatik bileşiklerin moleküllerindekiyle tamamen aynıdır. Bu konfigürasyon, grafitin keskin anizotropisini, olağanüstü gelişmiş bölünmeyi, sürtünme önleme özelliklerini ve oksidasyon sırasında aromatik bileşiklerin oluşumunu iyi açıklamaktadır. Siyah karbonun amorf modifikasyonu görünüşe göre bağımsız bir form olarak mevcuttur (O. Ruff). Onun için en muhtemel olanı, herhangi bir düzenlilikten yoksun, köpük benzeri bir hücresel yapıdır; bu tür hücrelerin duvarları aktif atom katmanlarından oluşur karbon yaklaşık 3 atom kalınlığındadır. Uygulamada, kömürün aktif maddesi genellikle yakın aralıklı aktif olmayan karbon atomlarından oluşan, grafitsel olarak yönlendirilmiş bir kabuğun altında bulunur ve çok küçük grafit kristalitlerin katılımıyla nüfuz eder. Muhtemelen kömür → grafitin belirli bir dönüşüm noktası yoktur: her iki modifikasyon arasında sürekli bir geçiş vardır ve bu sırada amorf kömürün rastgele kalabalık C atomları kütlesi, düzenli bir grafit kristal kafesine dönüşür. Amorf kömürdeki karbon atomları, rastgele dizilimlerinden dolayı maksimum bir artık afinite sergiler; bu (Langmuir'in adsorpsiyon kuvvetlerinin valans kuvvetleriyle özdeşliği hakkındaki fikirlerine göre), kömürün karakteristik özelliği olan yüksek adsorpsiyon ve katalitik aktiviteye karşılık gelir. Kristal kafeste yönlendirilen karbon atomları, ilgilerinin tamamını (elmasta) veya çoğunu (grafitte) karşılıklı yapışmaya harcar; Bu, kimyasal aktivitede ve adsorpsiyon aktivitesinde bir azalmaya karşılık gelir. Elmasta adsorpsiyon yalnızca tek bir kristalin yüzeyinde mümkündür, grafitte ise her bir düz kafesin her iki yüzeyinde (atom katmanları arasındaki "çatlaklarda") artık değerlik görünebilir; bu, grafitin sıvılarda şişebilir (HNO 3) ve grafitik asite oksidasyonunun mekanizması.

Karbonun teknik önemi. B'ye gelince. veya m. kömürleştirme ve koklaştırma işlemleri sırasında elde edilen serbest karbonun teknolojideki kullanımı hem kimyasal (inertlik, indirgeme kabiliyeti) hem de fiziksel özelliklerine (ısı direnci, elektriksel iletkenlik, adsorpsiyon kapasitesi) dayanmaktadır. Böylece kok ve odun kömürü, alevsiz yakıt olarak kısmi doğrudan kullanımlarına ek olarak, gazlı yakıt (jeneratör gazları) üretmek için kullanılır; demir ve demir dışı metallerin metalurjisinde - metal oksitlerin (Fe, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi) indirgenmesi için; kimya teknolojisinde - sülfatlardan sülfitlerin (Na, Ca, Ba), susuz klorür tuzlarının (Mg, Al), metal oksitlerden üretiminde indirgeyici madde olarak, çözünür cam ve fosfor üretiminde - hammadde olarak kalsiyum karbür, karborundum ve diğer karbürler, karbon disülfür vb. üretimi; inşaat sektöründe - ısı yalıtım malzemesi olarak. İmbik kömürü ve kok, elektrikli fırınların, elektrolitik banyoların ve galvanik hücrelerin elektrotları, ark kömürleri, reostatlar, komütatör fırçaları, eritme potaları vb. üretimi için malzeme olarak ve ayrıca kule tipi kimyasal ekipmanlarda bir ağızlık olarak hizmet eder. Yukarıdaki uygulamalara ek olarak kömür, konsantre karbon monoksit üretmek için kullanılır, siyanür tuzları, çeliğin sementasyonu için kullanılır, bazı sentetik reaksiyonlar için bir katalizör olarak bir adsorban olarak yaygın şekilde kullanılır ve son olarak kara barut ve diğer patlayıcılara dahil edilir. ve piroteknik bileşimler.

Karbonun analitik tespiti. Karbon, bir maddenin numunesinin havaya erişimi olmadan kömürleştirilmesi (bu, tüm maddeler için uygun değildir) veya çok daha güvenilir olan, kapsamlı oksidasyonu, örneğin bakır oksitli bir karışım içinde kalsinasyon yoluyla niteliksel olarak belirlenir ve CO2'nin oluşumu sıradan reaksiyonlarla kanıtlanmıştır. Karbon miktarını belirlemek için maddenin bir numunesi oksijen atmosferinde yakılır; elde edilen CO2 bir alkali çözelti ile yakalanır ve geleneksel kantitatif analiz yöntemleri kullanılarak ağırlık veya hacim olarak belirlenir. Bu yöntem yalnızca organik bileşiklerde ve teknik kömürlerde değil aynı zamanda metallerde de karbonun belirlenmesi için uygundur.

Hayatın temeli denir. Tüm organik bileşiklerde bulunur. Milyonlarca atomdan DNA gibi moleküller oluşturabilen tek kişi odur.

Kahramanı tanıdın mı? Bu karbon. Bileşiklerinin bilim tarafından bilinen sayısı 10.000.000'e yakındır.

Birleştirilen diğer tüm unsurların bu kadarı olmayacak. Kimyanın iki dalından birinin özel olarak çalışılması şaşırtıcı değildir. karbon bileşikleri ve lisede öğretilir.

Okul müfredatını hatırlamanızı ve onu yeni gerçeklerle tamamlamanızı öneririz.

Karbon nedir

İlk önce, element karbon– kompozit. Yeni standartta madde 14. grupta yer almaktadır.

Sistemin eski versiyonunda karbon 4. grubun ana alt grubunda yer almaktadır.

Elementin tanımı C harfidir. Maddenin seri numarası 6'dır, metal olmayanlar grubuna aittir.

Organik karbon Doğada minerallerle bir arada bulunur. Yani fulleren taşı saf haliyle 6. elementtir.

Görünümdeki farklılıklar çeşitli kristal kafes yapılarından kaynaklanmaktadır. Mineral karbonun polar özellikleri de buna bağlıdır.

Örneğin grafit yumuşaktır ve yazı kalemlerine ve Dünya'daki diğer herkese eklenmesi boşuna değildir. Bu nedenle karbonun modifikasyonlarını değil, kendisinin özelliklerini dikkate almak mantıklıdır.

Karbonun özellikleri

Tüm ametallerin ortak özellikleriyle başlayalım. Elektronegatiftirler, yani diğer elementlerle oluşan ortak elektron çiftlerini çekerler.

Karbonun metal olmayan oksitleri metal durumuna indirgeyebildiği ortaya çıktı.

Ancak 6. element bunu yalnızca ısıtıldığında yapar. Normal koşullar altında madde kimyasal olarak inerttir.

Ametallerin dış elektron seviyelerinde metallerden daha fazla elektron bulunur.

Bu nedenle 6. elementin atomları, parçacıklarını birilerine vermek yerine, kendi yörüngelerinin bir kısmını tamamlama eğilimindedir.

Dış kabuklarında minimum miktarda elektron bulunan metaller için, yabancı parçacıkları çekmek yerine uzaktaki parçacıkları vermek daha kolaydır.

6. maddenin ana şekli atomdur. Teorik olarak şunu konuşmalıyız: karbon molekülü. Ametallerin çoğu moleküllerden oluşur.

Ancak karbon c ve - istisnaları atomik bir yapıya sahiptir. Bu nedenle element bileşiklerinin erime noktaları yüksektir.

Birçok karbon formunun bir başka ayırt edici özelliği de. Aynı şekilde maksimum 10 puana eşittir.

6. maddenin formlarından bahsettiğimize göre kristalin bunlardan sadece biri olduğunu belirtelim.

Karbon atomları her zaman kristal bir kafes şeklinde sıralanmazlar. Amorf bir çeşitlilik vardır.

Örnekler şunları içerir: odun, kok, camsı karbon. Bunlar bileşiklerdir ancak düzenli bir yapıya sahip değildirler.

Bir madde başkalarıyla birleşirse gazlar da oluşabilir. Kristal karbon 3700 derece sıcaklıkta bunlara dönüşür.

Normal koşullar altında bir element gaz halindedir, örneğin: karbonmonoksit.

İnsanlar buna karbon monoksit diyor. Bununla birlikte, yine de ısı açıldığında oluşumunun reaksiyonu daha aktif ve daha hızlıdır.

Gazlı bileşikler karbonİle oksijen bazı. Örneğin monoksit de vardır.

Bu gaz normal şartlarda renksiz ve zehirlidir. Çok karbonmonoksit Molekülünde üçlü bağ bulunur.

Ama saf elemente dönelim. Kimyasal açıdan oldukça inert olmasına rağmen, yalnızca metallerle değil, aynı zamanda onların oksitleriyle ve gazlarla ilgili konuşmalardan da görülebileceği gibi oksijenle de etkileşime girebilir.

Reaksiyon ayrıca mümkündür hidrojen. Karbon faktörlerden biri veya hepsi bir arada "oynadığında" etkileşime girecektir: sıcaklık, allotropik durum, dağılım.

İkincisi, bir maddenin parçacıklarının yüzey alanının kapladıkları hacme oranını ifade eder.

Allotropi, aynı maddenin çeşitli formlarının (kristalin, amorf veya karbon gazı.

Ancak faktörler nasıl çakışırsa çakışsın element asitler ve alkalilerle hiçbir şekilde reaksiyona girmez. Karbonu ve neredeyse tüm halojenleri göz ardı eder.

Çoğu zaman, 6. madde kendine bağlanarak yüzlerce ve milyonlarca atomdan oluşan aynı büyük ölçekli molekülleri oluşturur.

oluşan moleküller, karbon reaksiyonu daha da az öğe ve bağlantıyla.

Karbon uygulaması

Element ve türevlerinin uygulama alanları sayıları kadar geniştir. Karbon içeriği Bir insanın hayatında göründüğünden daha fazlası vardır.

Eczaneden alınan aktif karbon 6. maddedir. itibaren - o aynı.

Kurşun kalemlerdeki grafit aynı zamanda nükleer reaktörlerde ve elektrikli makine kontaklarında da ihtiyaç duyulan karbondur.

Metan yakıtı da listede yer alıyor. Karbon dioksitüretim için gerekli ve kuru buz yani soğutucu olabilir.

Karbondioksit, sebze deposunu dolduran bir koruyucu görevi görür ve aynı zamanda karbonat üretmek için de gereklidir.

İkincisi, örneğin inşaatta kullanılır. Karbonat ise sabun yapımında ve cam üretiminde faydalıdır.

Karbon formülü aynı zamanda kolaya da karşılık gelir. Metalurjistler için faydalıdır.

Kok, cevherin eritilmesi ve metallerin çıkarılması sırasında indirgeyici madde olarak görev yapar.

Sıradan kurum bile gübre ve dolgu maddesi olarak kullanılan karbondur.

Araba lastiklerinin neden renkli olduğunu hiç merak ettiniz mi? Bu kurum. Kauçuğa dayanıklılık kazandırır.

Kurum ayrıca ayakkabı cilalarında, baskı mürekkeplerinde ve maskarada da bulunur. Popüler isim her zaman kullanılmaz. Sanayiciler is istiyor karbon siyahı.

Karbon kütlesi Nanoteknoloji alanında kullanılmaya başlandı. Ultra küçük transistörlerin yanı sıra 6-7 kat daha güçlü tüpler de yapıldı.

Metal olmayanlar için bu kadar. Bu arada, bilim adamları . Karbon tüplerden ve grafenden bir aerojel oluşturdular.

Aynı zamanda dayanıklı bir malzemedir. Ağır geliyor. Ama aslında aerojel havadan daha hafiftir.

İÇİNDE demir karbon Karbon çeliği denilen şeyi yapmak için eklendi. Her zamankinden daha zor.

Ancak 6. elementin kütle oranı yüzde birkaçı, üçü geçmemelidir. Aksi halde çeliğin özellikleri düşer.

Liste uzayıp gidiyor. Peki karbonu sonsuza kadar nereden alabiliriz? Çıkarılmış mı yoksa sentezlenmiş mi? Bu soruları ayrı bir bölümde cevaplayacağız.

Karbon madenciliği

Karbon dioksit, metan, ayrı ayrı karbon, kimyasal olarak, yani kasıtlı sentez yoluyla elde edilebilir. Ancak bu karlı değildir.

Karbon gazı ve katı modifikasyonlarının kömürle birlikte çıkarılması daha kolay ve daha ucuzdur.

Her yıl dünyanın bağırsaklarından yaklaşık 2 milyar ton çıkarılıyor. Dünyaya karbon siyahı sağlamaya yetecek kadar.

Kimbirlit borularından elde ediliyorlar. Bunlar dikey jeolojik gövdelerdir, lavlarla çimentolanmış kaya parçalarıdır.

Bulundukları yer burası. Bu nedenle bilim adamları, mineralin binlerce kilometre derinlikte magma ile aynı yerde oluştuğunu öne sürüyorlar.

Grafit yatakları ise tam tersine yataydır ve yüzeye yakın konumdadır.

Bu nedenle mineralin çıkarılması oldukça basit ve ucuzdur. Her yıl toprak altından yaklaşık 500.000 ton grafit çıkarılıyor.

Aktif karbon elde etmek için kömürü ısıtmanız ve su buharı akışıyla işlemeniz gerekir.

Bilim adamları insan vücudundaki proteinlerin nasıl yeniden oluşturulacağını bile buldular. Bunların temeli de karbon. Azot ve hidrojen ona bitişik amino grubudur.

Ayrıca oksijene de ihtiyacınız var. Yani proteinler amino asitler üzerine inşa edilmiştir. Herkesin ağzında olmasa da hayat için diğerlerinden çok daha önemlidir.

Örneğin vücudun çok daha az popüler olan sülfürik, nitrik ve hidroklorik asitlere ihtiyacı vardır.

Yani karbon, ödemeye değer bir şeydir. 6. elementten farklı mallar için fiyat farkının ne kadar büyük olduğunu bulalım.

Karbonun fiyatı

Yaşam için, anlaşılması kolay olduğu gibi, karbon paha biçilemezdir. Hayatın diğer alanlarında olduğu gibi fiyat etiketi de ürünün ismine ve kalitesine göre değişmektedir.

Örneğin, üçüncü taraf katkıları içermiyorlarsa daha fazla ödeme yaparlar.

Aerojel örnekleri şu ana kadar birkaç santimetrekare için onlarca dolara mal oldu.

Ancak gelecekte üreticiler malzemeyi rulo halinde tedarik edeceklerine ve ucuza talep edeceklerine söz veriyorlar.

Karbon siyahı yani is kilosu 5-7 rubleye satılıyor. Buna göre ton başına yaklaşık 5.000-7.000 ruble ödüyorlar.

Ancak gelişmiş ülkelerin çoğunda uygulamaya konulan karbon vergisi fiyatların yükselmesine neden olabilir.

Sera etkisinin nedeninin karbon endüstrisi olduğu düşünülmektedir. İşletmelerin emisyonlar, özellikle de CO2 için ödeme yapması gerekmektedir.

Ana sera gazıdır ve aynı zamanda hava kirliliğinin bir göstergesidir. Bu bilgi merhemdeki bir sinektir.

Dünyadaki diğer her şey gibi karbonun da sadece iyi tarafı değil, dezavantajı da olduğunu anlamanızı sağlar.

Dünyadaki organik yaşam karbon bileşikleriyle temsil edilir. Element, hücresel yapıların ana bileşenlerinin bir parçasıdır: proteinler, karbonhidratlar ve yağlar ve ayrıca kalıtım maddesinin - deoksiribonükleik asitin temelini oluşturur. İnorganik doğada karbon, yer kabuğunu ve gezegenin atmosferini oluşturan en yaygın elementlerden biridir. Kimya biliminin bir dalı olarak organik kimya, tamamen kimyasal element karbonun ve bileşiklerinin özelliklerine adanmıştır. Makalemiz karbonun fiziksel ve kimyasal özelliklerini ve özelliklerinin özelliklerini ele alacaktır.

Elementin Mendeleev'in periyodik tablosundaki yeri

Karbon alt grubu, karbona ek olarak silikon, germanyum, kalay ve kurşunu da içeren grup IV'ün ana alt grubudur. Bu elementlerin tümü, üzerinde dört elektronun yer aldığı dış enerji seviyesiyle aynı yapıya sahiptir. Bu onların kimyasal özelliklerinin benzerliğini belirler. Normal durumda, alt grubun elemanları iki değerlidir ve atomları uyarılmış duruma geçtiğinde 4 değerlik sergilerler. Karbonun fiziksel ve kimyasal özellikleri, atomunun elektronik kabuklarının durumuna bağlıdır. Böylece, parçacıkları uyarılmamış durumda olan bir element, oksijenle reaksiyona girerek kayıtsız oksit CO'yu oluşturur. Uyarılmış bir durumdaki karbon atomları, asidik özellikler sergileyen karbondioksite oksitlenir.

Doğadaki karbon formları

Elmas, grafit ve karbin, basit bir madde olarak karbonun üç allotropik modifikasyonudur. Doğadaki en sert bileşikler olan ışık ışınlarının yüksek derecede kırılmasına sahip şeffaf kristaller elmaslardır. Isıyı zayıf iletirler ve dielektriktirler. Kristal kafes atomiktir ve çok güçlüdür. İçinde, bir elementin her atomu diğer dört parçacıkla çevrelenerek düzenli bir tetrahedron oluşturur.

Grafiti oluşturan karbonun fiziksel ve kimyasal özellikleri tamamen farklıdır. Dokunulduğunda yağlı, koyu gri kristal bir maddedir. Katman katman bir yapıya sahiptir, atomların katmanları arasındaki mesafeler oldukça büyük olmasına rağmen çekim kuvvetleri zayıftır. Bu nedenle, bir grafit çubuğa basıldığında, madde ince pullar halinde pul pul dökülür. Kağıt üzerinde koyu bir iz bırakırlar. Grafit termal olarak iletkendir ve elektriksel iletkenlik açısından metallerden biraz daha düşüktür.

Elektrik akımını iletme yeteneği, maddenin kristalinin yapısı ile açıklanmaktadır. İçinde karbon parçacıkları güçlü kovalent kimyasal bağlar kullanılarak diğer üçüne bağlanır. Her atomun dördüncü değerlik elektronu serbest kalır ve madde içinde hareket edebilir. Negatif yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketi elektrik akımının ortaya çıkmasına neden olur. Grafitin uygulama alanları çeşitlidir. Bu nedenle, elektrik mühendisliğinde elektrotların üretiminde ve örneğin alkali metallerin saf formda elde edildiği elektroliz işleminin gerçekleştirilmesinde kullanılır. Grafit, nükleer reaktörlerde nötron moderatörü olarak meydana gelen zincir reaksiyonlarının hızını kontrol etmek için uygulama alanı buldu. Mekanizmaların sürtünme kısımlarında maddenin kayrak çubukları veya yağlayıcı olarak kullanıldığı bilinmektedir.

Karbin nedir?

Camsı parlaklığa sahip siyah kristal toz karabinadır. 20. yüzyılın ortalarında Rusya'da sentezlendi. Bu madde sertlik açısından grafitten üstündür, kimyasal olarak pasiftir, yarı iletken özelliklere sahiptir ve karbonun en kararlı modifikasyonudur. Bağlantı grafitten daha güçlüdür. Kimyasal özellikleri birbirinden farklı olan karbon formları da vardır. Bunlar is, kömür ve koktur.

Karbonun allotropik modifikasyonlarının çeşitli özellikleri, kristal kafeslerinin yapısıyla açıklanmaktadır. Refrakter bir maddedir, renksiz ve kokusuzdur. Organik çözücülerde çözünmez, ancak katı çözeltiler (örneğin demir içeren alaşımlar) oluşturma yeteneğine sahiptir.

Karbonun kimyasal özellikleri

Karbonun reaksiyona girdiği maddeye bağlı olarak ikili özellikler sergileyebilir: hem indirgeyici madde hem de oksitleyici madde. Örneğin, kokun metallerle kaynaştırılmasıyla bunların bileşikleri elde edilir - karbürler. Hidrojenle reaksiyon hidrokarbonlar üretir. Bunlar, metallerde olduğu gibi karbonun -4 oksidasyon durumuna sahip olduğu metan, etilen, asetilen gibi organik bileşiklerdir. Özelliklerini incelediğimiz karbonun indirgeyici kimyasal reaksiyonları oksijen, halojenler, su ve bazik oksitlerle etkileşimi sırasında ortaya çıkar.

Karbon oksitler

Kömürün düşük oksijen içeriğine sahip havada yakılmasıyla, karbon monoksit (iki değerlikli karbon oksit) üretilir. Renksiz, kokusuz ve oldukça zehirlidir. Solunum sırasında kandaki hemoglobin ile birleşen karbon monoksit insan vücuduna yayılarak zehirlenmelere ve ardından boğulma sonucu ölüme neden olur. Sınıflandırmada madde kayıtsız oksitlerin yerini alır, suyla reaksiyona girmez ve ne bir baza ne de bir asite karşılık gelmez. Değeri 4 olan karbonun kimyasal özellikleri, daha önce tartışılan özelliklerden farklıdır.

Karbon dioksit

15°C sıcaklıkta ve bir atmosfer basıncında renksiz gaz halindeki bir madde katı faza geçer. Buna kuru buz denir. Oksijen ve karbon atomları arasındaki kovalent bağ polar olmasına rağmen CO2 molekülleri polar değildir. Bileşik asit oksitlere aittir. Su ile etkileşime girerek karbonat asidi oluşturur. Karbondioksit ile basit maddeler arasındaki reaksiyonlar bilinmektedir: metaller ve metal olmayanlar, örneğin magnezyum, kalsiyum veya kok ile. İçlerinde oksitleyici bir ajanın rolünü oynar.

Karbon dioksite kalitatif reaksiyon

İncelenen gazın gerçekten karbon monoksit C02 olduğundan emin olmak için inorganik kimyada aşağıdaki deney gerçekleştirilir: madde berrak bir kireç suyu çözeltisinden geçirilir. Beyaz bir kalsiyum karbonat çökeltisinin çökelmesi nedeniyle çözeltinin bulanıklığının gözlemlenmesi, reaktif karışımında karbondioksit moleküllerinin varlığını doğrular. Gaz bir kalsiyum hidroksit çözeltisinden daha fazla geçirildiğinde CaCO3 çökeltisi, suda çözünür bir tuz olan kalsiyum bikarbonata dönüşmesi nedeniyle çözünür.

Yüksek fırın prosesinde karbonun rolü

Karbonun kimyasal özellikleri, cevherlerinden endüstriyel demir üretiminde kullanılır: manyetik, kırmızı veya kahverengi demir cevheri. Bunların başında karbon ve oksitlerin (karbon dioksit ve karbon dioksit) indirgeyici özellikleri gelecektir. Yüksek fırında meydana gelen işlemler aşağıdaki reaksiyon dizisi ile temsil edilebilir:

• İlk olarak kok, 1.850 °C'ye ısıtılan hava akımında karbondioksit oluşumuyla yanıyor: C + O 2 = CO 2.
• Sıcak karbondan geçerek karbon monoksite indirgenir: CO 2 + C = 2CO.
• Karbon monoksit demir cevheri ile reaksiyona girerek demir oksitle sonuçlanır: 3Fe203 + CO = 2Fe304 + CO2, Fe304 + CO = 3FeO + CO2.
• Demir üretimine yönelik reaksiyon şu şekilde olacaktır: FeO + CO = Fe + CO2

Erimiş demir, bir karbon ve karbon monoksit karışımını çözerek bir madde - sementit elde edilir.

Yüksek fırında eritilen dökme demir, demire ek olarak% 4,5'e kadar karbon ve diğer yabancı maddeleri içerir: manganez, fosfor, kükürt. Haddelenebilme ve dövülebilme özelliği gibi çeşitli yönlerden dökme demirden farklı olan çelik, yalnızca %0,3 ila 1,7 oranında karbon içerir. Çelik ürünler neredeyse tüm endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır: makine mühendisliği, metalurji, tıp.

Makalemizde karbonun ve bileşiklerinin hangi kimyasal özelliklerinin insan faaliyetinin çeşitli alanlarında kullanıldığını öğrendik.