Hvor karbon er inneholdt. Karbon er karakteristisk for elementet og kjemiske egenskapene. Eksempler på løse problemer

Diamantstruktur (men) og grafitt (b)

Karbon (Latin. Carbonum.) - C, kjemisk element IV Gruppe av periodisk Mendeleev-system, Atomnummer 6, Atomvekt 12,011. Det finnes i naturen i form av diamantkrystaller, grafitt eller fyldigere og andre former og er en del av organisk (kull, olje, organismer av dyr og planter, etc.) og uorganiske stoffer (kalkstein, matoda, etc.). Karbon er utbredt, men innholdet i jordens skorpe er bare 0,19%.

Karbon er mye brukt i form av enkle stoffer. I tillegg til dyrebare diamanter som er gjenstand for smykker, er industrielle diamanter av stor betydning - for produksjon av sliping og skjæreverktøy. Kull og andre amorfe karbonformer brukes til misfarging, rengjøring, gasser adsorpsjon, innen teknologi hvor adsorbenter med en utviklet overflate er nødvendig. Karbider, karbonforbindelser med metaller, så vel som bor og silisium (for eksempel AL 4 C3, SIC, B 4 C) er karakterisert ved høy hardhet og brukes til fremstilling av et slipemiddel og skjæreverktøy. Karbon er en del av stål og legeringer i elementstilstand og i form av karbider. Metningen av overflaten av stålstøping av karbon ved høy temperatur (sementering) øker overflatehardheten betydelig og slitesterk.

Historisk referanse

Grafitt, diamant og amorf karbon er kjent fra antikken. Det er kjent at grafitt kan merkes et annet materiale, og navnet "grafitt" som kommer fra det greske ordet som betyr "skriving", foreslått av A.Verner i 1789. Imidlertid er historien om grafitt spedbarn, ofte mottatt stoffer med lignende eksternt Fysiske egenskaper for det., For eksempel molybdenitt (molybden sulfid), en gang betraktet grafitt. Blant andre grafittnavn er kjent "svart bly", "Carbide Iron", "Silver Lead".

I 1779 fant K. Nivået at grafitt kan oksyderes med luft for å danne karbondioksid. For første gang fant diamanter en søknad i India, og i Brasil kjøpte edelstener en kommersiell betydning i 1725; Depositumet i Sør-Afrika var åpen i 1867.

I det 20. århundre De viktigste produsentene av Diamond er Sør-Afrika, Zaire, Botswana, Namibia, Angola, Sierra Leone, Tanzania og Russland. Kunstige diamanter hvis teknologi ble opprettet i 1970, er produsert for industrielle formål.

Eiendommer

Fire krystallkarbonmodifikasjoner er kjent:

• grafitt,
• diamant,
• carbin,
• lonsdaleit.

Grafitt - Grå-svart, ugjennomsiktig, fett til berøring, skjellet, veldig myk masse med en metallglitter. Ved romtemperatur og normalt trykk (0,1 MN / M2, eller 1 KGF / cm 2) er grafitt termodynamisk stabil.

Diamant - Veldig vanskelig, krystallinsk substans. Krystaller har et kubisk grazenarisert rutenett. Ved romtemperatur og normalt trykk, diamant metastable. En merkbar omdannelse av diamant til grafitt observeres ved temperaturer over 1400 ° C i vakuum eller i en inert atmosfære. Ved atmosfærisk trykk og temperatur på ca. 3700 ° C er grafitt avledet.

Flytende karbon kan oppnås ved trykk over 10,5 mn / m2 (105 kgf / cm2) og temperaturer over 3700 ° C. For fast karbon (koks, sot, kull) er også preget av en tilstand med en uordnet struktur - det såkalte "amorfe" karbonet, som ikke utgjør en uavhengig modifikasjon; Grunnlaget for strukturen er strukturen av liten krystallinsk grafitt. Oppvarming Noen varianter av "amorf" karbon over 1500-1600 ° C uten lufttilgang, får dem til å forvandle seg til grafitt.

De fysiske egenskapene til "amorfe" karbon er svært avhengige av spredningen av partikler og tilstedeværelsen av urenheter. Tetthet, varmekapasitet, termisk ledningsevne og elektrisk ledningsevne av "amorf" karbon er alltid høyere enn grafitt.

Karbin. Mottatt kunstig. Det er et lite krystallinsk svart pulver (tetthet på 1,9-2 g / cm 3). Bygget av lange kjeder av atomer FRAlagt parallelt med hverandre.

Lonsdaleit. funnet i meteoritter og oppnådd kunstig; Dens struktur og egenskaper er endelig installert.

Karbonegenskaper
Atomnummer		6
Atommasse		12,011
Isotoper:	stabil	12, 13
	ustabil	8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
Smeltepunkt		3550 ° C.
Kokende temperatur		4200 ° C.
Tetthet		1,9-2,3 g / cm 3 (grafitt) 3,5-3,53 g / cm 3 (diamant)
Hardhet (moo)		1-2
Innhold i jordens skorpe (masse.)		0,19%
Oksidasjonsgrad		-4; +2; +4

Legeringer

Stål

Coke brukes i metallurgi som et reduksjonsmiddel. Kull - i smedminer, for å skaffe pulver (75% KNO 3 + 13% C + 12% s), for gasser (adsorpsjon), så vel som i hverdagen. Sør er brukt som fylling av gummi, for produksjon av svarte maling - typografisk maling og mascara, samt i tørre galvaniske elementer. Glasskarbonet brukes til fremstilling av instrumenter for svært aggressive medier, samt i luftfart og astronautikk.

Aktivert kull absorberer skadelige stoffer fra gasser og væsker: De er fylt med gassmasker, rengjøringssystemer, den brukes i medisin under forgiftning.

Karbon er grunnlaget for alle organiske stoffer. Enhver levende organisme er i stor grad laget av karbon. Karbon er grunnlaget for livet. Kullkilden til levende organismer er vanligvis CO 2 i atmosfæren eller vannet. Som et resultat av fotosyntese går det inn i biologiske matkjeder hvor levende vesener spiser hverandre eller resterne av hverandre og derved gruve karbon for bygging av sin egen kropp. Den biologiske karbonsyklusen slutter enten ved oksydasjon og returnerer til atmosfæren, eller begravelsen i form av kull eller olje.

Bruken av radioaktiv isotop 14 C bidro til suksessene til molekylærbiologi i studien av mekanismene for proteinbiosyntese og overføring av arvelig informasjon. Bestemmelsen av den spesifikke aktiviteten på 14 C i karbonholdige organiske rester gir deg mulighet til å dømme sin alder, som brukes i paleontologi og arkeologi.

Kilder

Kjemiske elementer og materialer
Kjemiske elementer	Nitrogen. Argon. Hydrogen. Helium. Jern Kalsium. Oksygen. Silisium. Magnesium. Mangan.

Definisjon

Karbon - Sjette element i det periodiske bordet. Betegnelse - med fra latin "Carbonum". Ligger i den andre perioden, IVA Group. Refererer til nonmetallam. Kjerneavgiften er 6.

Kull er i naturen både i fri tilstand og i form av mange forbindelser. Gratis karbon finnes i form av diamant og grafitt. I tillegg til fossilt kull er store akkumulasjoner av olje i jordens dyp. På jordens skorpe er det i store mengder karbonsyresalter, spesielt kalsiumkarbonat. Det er alltid karbondioksid i luften. Endelig består plante- og dyreorganismer av stoffer, i dannelsen av hvilket karbon deltar. Dermed er dette elementet en av de vanlige på jorden, selv om dets overordnede innhold i jordskorpen er bare ca. 0,1% (masse.).

Atomisk og molekylvekt av karbon

Den relative molekylvekten av stoffet (MR) er et tall som indikerer hvor mange ganger massen av dette molekylet er større enn 1/12 masse av karbonatomet, og den relative atommassen av elementet (AR) er hvor mange ganger Gjennomsnittlig vekt av kjemisk elementatomer er større enn 1/12 masser av karbonatom.

Siden i den frie tilstanden av karbon eksisterer i form av single-nation molekyler C, faller verdiene av atom og molekylemass sammen. De er lik 12.0064.

Allotropy og Allotropic Carbon Modifications

I den frie tilstanden av karbon eksisterer i form av en diamant som krystalliserer i kubisk og sekskantet (LonsDelit), og grafitt som tilhører sekskantet systemet (figur 1). Slike karbonformer som kull, koks eller sot har en uordnet struktur. Også er det også allotropiske modifikasjoner oppnådd av syntetiske midler - det er karbon og polykumilen - typer karbon, konstruert fra lineære kjedepolymerer som -C \u003d C- eller \u003d C \u003d C \u003d.

Fig. 1. Allotropic Carbon-modifikasjoner.

Allotropic karbon modifikasjoner er også kjent, med følgende navn: grafen, fullerene, nanorør, nanofiber, astlanela, glassgrense, kolossale nanorør; Amorf karbon, karbon nanople og karbon nano.

Karbonisotoper

I naturen eksisterer karbon i form av to stabile isotoper 12 C (98,98%) og 13 C (1,07%). Deres massetall er henholdsvis 12 og 13. Kjernen til karbonisotopatomet 12 C inneholder seks protoner og seks nøytroner, og 13C-isotopen er det samme antall protoner og fem nøytroner.

Det er en kunstig (radioaktiv) karbonisotop 14 ss halveringstid for 5730 år.

Kullioner

På det eksterne energinivået på karbonatomet er det fire elektroner som er valens:

1s 2 2s 2 2p 2.

Som et resultat av kjemisk interaksjon, kan karbon miste valenselektronene, dvs. Å være deres donor, og bli positivt ladet ioner eller ta elektroner av et annet atom, dvs. Å være deres akseptor, og bli til negativt ladede ioner:

C 0 -2E → C 2+;

C 0 -4E → C 4+;

Med 0 + 4e → med 4-.

Molekyl og karbonatom

I den frie tilstanden av karbon finnes det i form av enkeltnavn molekyler C. Vi presenterer noen egenskaper som karakteriserer atom- og karbonmolekylet:

Kulllegeringer

De mest berømte karbonlegeringene rundt om i verden er stål og støpejern. Stål er en aloy av jern med karbon, karboninnhold som ikke overstiger 2%. I støpejernet (også en jernlegering med karbon) er karboninnhold høyere - fra 2 til 4%.

Eksempler på løse problemer

Eksempel 1.

Oppgaven	Hvilket volum av karbonoksyd (IV) er uthevet (N.U.) under avfyringen av 500 g kalkstein som inneholder 0,1 massefraksjon av urenheter.
Beslutning	Vi skriver kalkstein roasting reaksjonsligning: CACO 3 \u003d CAO + CO 2 -. Vi finner mye ren kalkstein. For å gjøre dette, vil vi først definere sin massefraksjon uten urenheter: w Klar (CaCO3) \u003d 1 - W-nedgår \u003d 1 - 0,1 \u003d 0,9. m klar (CaCo 3) \u003d M (CaCO 3) × W Clear (CaCo 3); m klar (CaCo 3) \u003d 500 × 0,9 \u003d 450 Beregn mengden kalkstein substans: n (CaCO3) \u003d m klar (CaCO3) / m (CaCO3); n (CaCO3) \u003d 450/100 \u003d 4,5 mol. I henhold til reaksjonsligningen N (CaCO3): N (CO 2) \u003d 1: 1, betyr det n (CaCO3) \u003d N (CO 2) \u003d 4,5 mol. Deretter vil volumet av uthevet karbonoksid (IV) være lik: V (co 2) \u003d n (co 2) × v m; V (CO 2) \u003d 4,5 × 22,4 \u003d 100,8 l.
Svar	100,8 L.

Eksempel 2.

Oppgaven	Hvor mye er en løsning som inneholder 0,05 massefraksjoner, eller 5% av klorodoren, for nøytralisering av 11,2 g kalsiumkarbonat?
Beslutning	Vi skriver ligningen av kalsiumkarbonat-nøytraliseringsreaksjonen med klorid: CACO 3 + 2HCL \u003d CACL 2 + H 2 O + CO 2 -. Finn mengden kalsiumkarbonatstoff: M (CaCO3) \u003d A R (Ca) + A R (C) + 3 × A R (O); M (CaCO3) \u003d 40 + 12 + 3 × 16 \u003d 52 + 48 \u003d 100 g / mol. n (CaCO3) \u003d M (CaCO3) / M (CaCO3); n (CaCO3) \u003d 11,2 / 100 \u003d 0,112 mol. I henhold til reaksjonsligningen N (CaCO3): N (HCL) \u003d 1: 2, betyr det n (HC1) \u003d 2 x N (CaCO3) \u003d 2 × 0,224 mol. Vi definerer massen av stoffet i klorproduktene som finnes i løsningen: M (HC1) \u003d A R (H) + A R (CL) \u003d 1 + 35,5 \u003d 36,5 g / mol. m (HC1) \u003d N (HC1) x M (HC1) \u003d 0,224 × 36,5 \u003d 8,176 Beregn massen av løsningen av kloroodorodor: m løsning (HCl) \u003d M (HC1) × 100 / W (HC1); m Løsning (HCL) \u003d 8.176 × 100/5 \u003d 163.52
Svar	163.52.

Karbon (fra latin: karbo "kull") er et kjemisk element med et symbol med og atomnummer 6. For å danne kovalente kjemiske bindinger, er fire elektroner tilgjengelige. Stoffet er ikke-metallisk og vridd. Tre karbonisotop er naturlig funnet, 12c og 13c er stabile, og 14C er en radioaktiv isotop, fading med en halveringstid på ca. 5730 år. Karbon er en av de få elementene som er kjent fra antikken. Karbon er det 15. mest vanlige elementet i jordskorpen, og det fjerde vanligste elementet i universet i vekt etter hydrogen, helium og oksygen. Overfloden av karbon, det unike utvalg av de organiske forbindelser og dens uvanlige evne til å danne polymerer ved temperaturer som vanligvis finnes på jorden, slik at dette elementet kan tjene som et vanlig element for alle kjente livsformer. Dette er det nest vanligste elementet i menneskekroppen med masse (ca 18,5%) etter oksygen. Kullatomer kan tilknyttes annerledes, kalt karbon Altypes. De mest berømte allotrups er grafitt, diamant og amorf karbon. De fysiske egenskapene til karbon er stor, avhengig av allotropisk form. For eksempel er grafitt ugjennomsiktig og svart, og diamanten er veldig gjennomsiktig. Grafitt er myk nok til å danne en stripe på papir (derav navnet og navnet sitt, fra det greske verbet "γράφειν", som betyr "skriving"), mens diamanten er det mest kjente materialet i naturen. Grafitt er en god elektrisk leder, og diamanten har en lav elektrisk ledningsevne. Under normale forhold har diamant, karbon nanorør og grafen den høyeste termiske ledningsevnen blant alle kjente materialer. Alle karbon allotropika er faste stoffer under normale forhold, og grafitt er den mest termodynamisk stabile form. De er kjemisk stabile og krever høye temperaturer for å reagere selv med oksygen. Den vanligste tilstanden av karbonoksydasjon i uorganiske forbindelser er +4 og +2 - i karboksylkomplekser av karbonmonoksyd og overgangsmetall. De største kildene til uorganisk karbon er begrensetoner, dolomitter og karbondioksid, men betydelige mengder oppstår fra organiske sedimenter av kull, torv, olje og metanatklemmene. Karbon danner et stort antall forbindelser, mer enn noe annet element, med nesten en ti millioner mengde forbindelser som er beskrevet til foreliggende, og likevel er dette tallet bare en del av antall teoretisk mulige forbindelser under standardbetingelser. Av denne grunn blir karbon ofte referert til som "konge av elementer".

Kjennetegn

Carbon Allotropics inkluderer grafitt, en av de milde til kjente stoffer og diamant, det vanskeligste naturlige stoffet. Karbon er lett forbundet med andre små atomer, inkludert andre karbonatomer, og er i stand til å danne mange bærekraftige kovalente bindinger med egnede flerifacetatiserte atomer. Det er kjent at karbon danner nesten ti millioner forskjellige forbindelser, det overveldende flertallet av alle kjemiske forbindelser. Kull har også det høyeste sublimeringspunktet blant alle elementene. Ved atmosfærisk trykk har den ikke et smeltepunkt, siden dets trippelpunkt er 10,8 ± 0,2 MPa og 4600 ± 300 K (~ 4330 ° C eller 7,820 ° F), slik at den deles ved en temperatur på ca. 3900 K. Grafitt er mye mer reaktivt enn en diamant, under standardforhold, til tross for at det er mer termodynamisk stabilt, siden det delocalled PI-systemet er mye mer sårbart for angrepet. Graphite kan for eksempel oksyderes med varm konsentrert salpetersyre under standardbetingelser til meledinsyre C6 (CO2H) 6, som beholder sekskantede grafittenheter når den større strukturen blir ødelagt. Karbon fjernes i en karbonbue, hvor temperaturen er ca. 5800 K (5,530 ° C, 9 980 ° F). Således, uavhengig av dens allotropiske form, forblir karbon fast ved høyere temperaturer enn de høyeste smeltetemperaturene, så som wolfram eller rhenium. Selv om termodynamisk karbon er tilbøyelig til oksidasjon, er det mer motstandsdyktig mot oksidasjon enn elementer som jern og kobber, som er mer svake reduksjonsmidler ved romtemperatur. Karbon - sjette element med elektronisk konfigurasjon av hovedstaten 1S22S22P2, hvorav fire eksterne elektroner er valenselektroner. Dens første fire ioniseringsenergier 1086,5, 2352,6, 4620,5 og 6222,7 KJ / mol, mye høyere enn i mer alvorlige elementer i gruppe 14. Karbonelektor er 2,5, som er betydelig høyere enn den for tyngre elementer 14 i gruppen (1,8- 1,9), men nær de fleste nærliggende ikke-metaller, samt til noen overgangsmetaller av den andre og tredje raden. Kovalente karbonradier er vanligvis tatt som 77,2 pm (cc), 66,7 pm (c \u003d c) og 60,3 pm (C≡C), selv om de kan variere avhengig av koordineringsnummeret og på det som er forbundet med karbon. Generelt reduseres en kovalent radius med en reduksjon i koordineringsnummeret og øker rekkefølgen av relasjoner. Karbonforbindelser utgjør grunnlaget for alle kjente former for liv på jorden, og den karbon-salpiske syklusen gir litt energi skilt av solen og andre stjerner. Selv om karbon danner et ekstraordinært utvalg av forbindelser, er de fleste karbonformene ikke relativt reagere under normale forhold. Med standard temperaturer og trykk kan karbon tåle alt unntatt de sterkeste oksidasjonsmidler. Det reagerer ikke med svovelsyre, saltsyre, klor eller alkalier. Ved forhøyede temperaturer reagerer karbon med oksygen for å danne karbonoksider og fjerner oksygen fra metalloksyder, forlater elementet metall. Denne eksoterme reaksjonen brukes i jernholdig metallurgi for smeltejern og karbonovervåking i stål:

FE3O4 + 4 C (s) → 3 fe (s) + 4 co (g)

med grå med dannelsen av karbon disulfid og med ferge i reaksjonen av kullgass:

C (S) + H2O (G) → CO (G) + H2 (G)

Kull er kombinert med noen metaller ved høye temperaturer med dannelsen av metallkarbider, slik som sementert jernkarbid i stål og wolframkarbid, mye brukt som et slipemiddel og for fremstilling av harde tips for skjæreverktøy. Carbon Allotropic System dekker en rekke ekstremer:

Noen typer grafitt brukes til termisk isolasjon (for eksempel brannfaste hindringer og varmeskjold), men noen andre former er gode termiske ledere. Diamant er den mest kjente naturlige termiske ledningen. Grafitt er ugjennomsiktig. Diamant er veldig gjennomsiktig. Grafitt krystalliserer i et sekskantet system. Diamant krystalliserer i det kubiske systemet. Amorf karbon er helt isotropisk. Karbon nanorør er et av de mest berømte anisotropiske materialene.

Allhotropics of Carbon.

Atomkarbon er en meget kortvarig type, og derfor stabiliseres karbon i forskjellige polytomiske strukturer med forskjellige molekylære konfigurasjoner som kalles altypes. Tre i forhold til det velkjente karbonet Altytreop er amorf karbon, grafitt og diamant. Tidligere vurdert eksotisk, fyldigere er for tiden typisk syntetisert og brukt i studier; De inkluderer baccologists, karbon nanotubes, karbon nano-nanofolk. Flere andre eksotiske allotropov, som LANSLYTITE, GLASS-karbon, karbon nanofuum og lineær acetylenkarbon (karbon), ble også oppdaget. Fra og med 2009 regnes grafen som det sterkeste materialet blant alle som er testet. Prosessen med å skille den fra grafitt vil kreve noe ytterligere teknologisk utvikling før det blir økonomisk for industrielle prosesser. I tilfelle suksess, kan grafen brukes i bygging av romheiser. Det kan også brukes til å lagre hydrogen for bruk i hydrogenbaserte motorer i kjøretøy. Den amorfe form er et sett med karbonatomer i ikke-krystallinsk, uregelmessig, glassholdig tilstand, og ikke inneholdt i krystallmakrostrukturen. Den er tilstede i form av et pulver og er hovedkomponenten av stoffer som trekull, en lampe røyk (sot) og aktivert karbon. Under normalt trykk har karbon en grafittform hvor hvert atom er trigonalt forbundet med tre andre atomer i et plan som består av smeltede sekskantede ringer, som i aromatiske hydrokarboner. Det oppnådde nettverket er todimensjonalt, og de oppnådde flate arkene foldes og foldes fritt gjennom de svake kreftene av van der Waals. Dette gir grafitt sin mykhet og splitting egenskaper (arkene lett gled over hverandre). På grunn av delokaliseringen av en av de eksterne elektronene i hvert atom med dannelsen av π-skyen, bærer grafitt strøm, men bare i planet av hvert kovalent tilknyttet ark. Dette fører til lavere karbon elektrisk ledningsevne enn for de fleste metaller. Delokalisering forklarer også energifestabiliteten til grafitt på diamanten ved romtemperatur. Ved svært høye trykk danner Carbon en mer kompakt allotrop, en diamant som har nesten dobbelt så stor tetthet enn grafitt. Her er hvert atom tetrahedrisk forbundet med fire andre, som danner et tredimensjonalt nettverk av rynket seks ledige ringer av atomer. Diamanten har den samme kubiske strukturen som silisium og germanium, og på grunn av styrken av karbon-karbonbånd, er det det mest solide naturlige stoffet, som måles ved motstand mot riper. I motsetning til den vanlige troen på at "diamanter er evige", er de termodynamisk ustabile under normale forhold og blir til grafitt. På grunn av aktiveringsens høye energibeskyttelse er overgangen i form av grafitt så sakte ved normal temperatur som den er umåtelig. Under noen forhold krystalliseres karbon som en lokalitet, en sekskantet krystallgitter med alle kovalent tilkoblede atomer og egenskaper som ligner diamantegenskapene. Fullerenes er en syntetisk krystallinsk formasjon med en grafittlignende struktur, men i stedet for fekassonene av fullerenes består av pentagoner (eller til og med syv-sint) karbonatomer. Mangler (eller flere) atomer deformerer ark i sfærer, ellipser eller sylindere. Egenskapene til Fullerenes (delt inn i Bascols, BakTylubs og Nanobada) er ennå ikke fullt analysert og representerer et intensivt område med forskning av nanomaterialer. Navnene "Fullerene" og "Bakol" er knyttet til navnet Richard of Buckminster Fuller, en populærer av geodesiske kupler som ligner på fyllingsstrukturen. Bakaboler er ganske store molekyler dannet helt fra karbonbånd trigonalt, danner sfæroider (den mest kjente og enkleste er en buxinisterfellerin C60 med en form for en fotball). Karbon nanorør er strukturelt lik Bakibol, bortsett fra at hvert atom er forbundet med en trigonalt i et buet ark som danner en hul sylinder. Nanobada ble først presentert i 2007 og er hybridmaterialer (Baccabols er kovalent knyttet til den ytre veggen av nanorørene), som kombinerer egenskapene til begge i samme struktur. Fra andre Allotropov oppdaget, er Carbon Nano Beam en ferromagnetisk allotropist oppdaget i 1997. Den består av en klyngemontering av lavt tetthets karbonatomer som strekker seg sammen i et løs tredimensjonalt nettverk, hvor atomene er utløst forbundet med seks frø ringer. Det refererer til antall lettere faste stoffer med en tetthet på ca. 2 kg / m3. På samme måte inneholder glasslignende karbon en høy andel av lukket porøsitet, men i motsetning til vanlig grafitt er grafittlag ikke kompliserte som sider i boken, men har en mer tilfeldig plassering. Linjær acetylenkarbon har en kjemisk struktur - (C ::: C) n-. Kull i denne modifikasjonen er lineær med orbital hybridisering SP og er en polymer med vekslende enkelt- og trippelbindinger. Denne karbinen er betydelig interesse for nanoteknologi, siden jungmodulen er førti ganger mer enn det faste materialet - diamant. I 2015 annonserte teamet fra University of North Carolina utviklingen av en annen Alhotreop, som de kalte Q-Carbon, skapt av en svært energilaserpuls med lav holdbarhet på amorf karbonstøv. Det er rapportert at Q-Carbon utviser Ferromagnetisme, fluorescens og har en hardhet overlegen til diamanter.

Utbredelse

Karbon er den fjerde i forekomsten av det kjemiske elementet i universet i vekt etter hydrogen, helium og oksygen. Carbon fylt i sol, stjerner, kometer og atmosfærer av de fleste planeter. Noen meteoritter inneholder mikroskopiske diamanter som ble dannet når solsystemet fortsatt var en protoplanetisk disk. Mikroskopiske diamanter kan også dannes ved intensivt trykk og høy temperatur i steder for eksponering for meteoritt. I 2014 annonserte NASA en oppdatert database for sporing av polycykliske aromatiske hydrokarboner (PAU) i universet. Mer enn 20% karbon i universet kan være forbundet med PAH, komplekse forbindelser med karbon og hydrogen uten oksygen. Disse forbindelsene vises i den globale hypotesen av Pau, hvor de antagelig spiller en rolle i abiogenesen og livsdannelsen. Det ser ut til at Pau ble dannet "etter et par milliarder år" etter en stor eksplosjon, utbredt i universet og er forbundet med nye stjerner og eksoplaneter. Det anslås at jordens faste skall generelt inneholder 730 CNM-karbon, mens 2000 ppm er inneholdt i kjernen og 120 pm i den kombinerte mantel og skorpen. Siden jordens masse er 5,9 72 × 1024 kg, vil det bety 4360 millioner karbongigaton. Det er mye større enn mengden karbon i havene eller atmosfæren (under). I kombinasjon med oksygen i karbondioksid er karbon i jordens atmosfære (ca. 810 karbongigaton) og oppløses i alle vannlegemer (ca. 36.000 karbongigaton). I biosfæren er det ca 1900 karbon gigaton. Hydrokarboner (som kull, olje og naturgass) inneholder også karbon. Kull "reserver" (og ikke "ressurser") står for ca 900 Gigaton C, kanskje 18.000 HT-ressurser. Oljereserver utgjør ca. 150 gigaton. Beviste naturgasskilder er ca. 175,1012 kubikkmeter (som inneholder ca 105 karbon gigatoner), men 900 1012 kubikkmeter "ikke-tradisjonelle" innskudd, som skifergass, anslås i studier, som er ca. 540 karbon gigaton. Karbon ble også oppdaget i metanhydrater i polarområder og under havet. Ifølge forskjellige estimater er mengden av dette karbonet 500, 2500 gt eller 3000 gt. Tidligere var mengden av hydrokarboner mer. Ifølge en kilde, i perioden fra 1751 til 2008, ble ca. 347 karbongigatoner kastet i atmosfæren i form av karbondioksid i atmosfæren fra å brenne fossile brensler. En annen kilde legger til mengden tilsatt atmosfæren fra 1750 til 879 GT, og den totale mengden i atmosfæren, havet og jorden (for eksempel torv sump) er nesten 2000 gt. Karbon er en integrert del (12 vekt%) av meget store masser av karbonat bergarter (kalkstein, dolomitt, marmor, etc.). Kull inneholder en meget stor mengde karbon (antrasitt inneholder 92-98% karbon) og er den største kommersielle kilden til mineralkarbon, som står for 4.000 gigaton eller 80% av fossile brensler. Som for individuelle Altostrops of Carbon, er grafitt inneholdt i store mengder i USA (hovedsakelig i New York og Texas), i Russland, Mexico, Grønland og India. Naturlige diamanter finnes i fjellet Kimberlite inneholdt i gamle vulkanske "hals" eller "rør". De fleste diamantfelt er i Afrika, spesielt i Sør-Afrika, Namibia, Botswana, Republikken Kongo og Sierra Leone. Diamantfelt ble også funnet i Arkansas, Canada, russisk arktisk, Brasil, så vel som i Nord-og Vest-Australia. Nå er diamanter også fjernet fra bunnen av havet ved Kapp av godt håp. Diamanter finnes naturlig, men nå produseres omtrent 30% av alle industrielle diamanter i USA. Carbon-14 er dannet i de øvre lagene av troposfæren og stratosfæren i høyder på 9-15 km i reaksjonen, som er avsatt av de kosmiske strålene. Termiske nøytroner er produsert, som står overfor nitrogen-14-kjerner, danner karbon-14 og proton. Således inneholder 1,2 × 1010% av atmosfærisk karbondioksid karbon-14. Asteroider rik på karbon er relativt dominert i de ytre delene av belte av asteroider i vårt solsystem. Disse asteroider har ikke blitt direkte undersøkt av forskere. Asteroider kan brukes i et hypotetisk kull basert på verdensrommet, noe som kan være mulig i fremtiden, men er for tiden teknologisk umulig.

Karbonisotoper

Karbonisotoper er atomkjerner som inneholder seks protoner pluss en rekke nøytroner (fra 2 til 16). Kull har to stabile funnet i naturen, isotopen. Carbon-12 isotop (12c) danner 98,93% karbon på jorden, og karbon-13 (13c) danner de resterende 1,07%. Konsentrasjonen på 12C økes ytterligere i biologiske materialer, fordi de biokjemiske reaksjonene diskriminerer 13C. I 1961 vedtok den internasjonale unionen av ren og anvendt kjemi (JUPAK) isotopisk karbon-12 som grunnlag for atomskalaer. Kullidentifikasjon i eksperimenter med nukleær magnetisk resonans (NMR) utføres med en isotop 13c. Carbon-14 (14C) er et naturlig radioisotop opprettet i den øvre atmosfæren (nedre stratosfære og øvre troposfæren) ved å samhandle med nitrogen med kosmiske stråler. Det er i spormengder på jorden i en mengde på opptil 1 del per billioner (0.0000000001%), hovedsakelig i atmosfæren og overflatesedimenter, spesielt torv og andre organiske materialer. Denne isotopen desintegrerer i løpet av β-utslipp 0,158 MEV. På grunn av en relativt kort periode på halveringstid, 5730 år, er 14C praktisk talt fraværende i de gamle bergarter. I atmosfæren og i levende organismer er mengden 14C nesten konstant, men reduseres i organismer etter døden. Dette prinsippet brukes i radiokarbon dating, oppfunnet i 1949, som var mye brukt til å bestemme alderen på karbonmaterialer med alderen opptil 40.000 år. Det er 15 kjente karbonisotoper og det minste livet av dem fra dem har 8C, som desintegrerer på grunn av utslipp av protoner og alfa-henfall og har en halveringstid på 1.98739 × 10-21 s. Eksotisk 19C viser atomkrafthals, som betyr at radiusen er mye større enn det kan forventes dersom kjernen var en sfære av konstant tetthet.

Utdanning i stjernene

Dannelsen av en karbonkjerner krever en nesten samtidig tredobbelt kollisjon av alfa-partikler (heliumkjerner) inne i kjernen i en gigantisk eller supergigant stjerne, som er kjent som den trippel alfa-prosessen, siden produktene av ytterligere reaksjoner av heliumkjernesyntesen med Hydrogen eller annen heliumkjerne er produsert av henholdsvis litium-5 og beryllium. -8, som begge er svært ustabile og nesten umiddelbart forsvunnet tilbake i mindre kjerner. Dette skjer i temperaturer på mer enn 100 megakalvin og konsentrasjonen av helium, som er uakseptabelt under forhold med rask ekspansjon og avkjøling av det tidlige universet, og derfor var det ingen signifikante mengder karbon under en stor eksplosjon. Ifølge den moderne teorien om fysisk kosmologi dannes karbon inne i stjernene i den horisontale grenen ved kollisjon og transformasjonen av de tre heliumkjerner. Når disse stjernene dør som en supernova, blir karbon forsvunnet i rommet i form av støv. Dette støvet blir et komposittmateriale for dannelsen av stjernede systemer i den andre eller tredje generasjonen med accreated planeter. Solsystemet er et av disse stjernene med en overflod av karbon, slik at livets eksistens som vi vet det. Cno-syklusen er en ekstra fusjonsmekanisme som styrer stjernene der karbon fungerer som katalysator. Rotasjonsoverganger av forskjellige isotopiske former for karbonmonoksyd (for eksempel 12CO, 13CO og 18CO) detekteres i det subglimeter bølgelengdeområdet og brukes i studien av nygenererte stjerner i molekylære skyer.

Karbonsyklus

På jordiske forhold, konverteringen av ett element til et annet - fenomenet er svært sjeldne. Derfor er mengden karbon på jorden effektivt konstant. Således, i prosessene som karbonbruk, må den oppnås fra et sted og avhendes andre steder. Karbonbaner i miljøet danner en karbonsyklus. For eksempel ekstrakter fotosyntetiske installasjoner karbondioksid fra atmosfæren (eller sjøvann) og bygger den i biomasse, som i Calvin-syklusen, karbonfikseringsprosessen. Noen av denne biomassen spises av dyr, mens noen karbon utverger dyr i form av karbondioksid. Karbonsyklusen er mye mer komplisert enn denne korte syklusen; For eksempel løses en viss mengde karbondioksid i havene; Hvis bakterier ikke absorberer det, kan den døde grønnsaks- eller dyrestoffet bli olje eller kull, som fremhever karbon ved brenning.

Karbonforbindelser

Kull kan danne svært lange kjeder av sammenhengende karbon-karbonbindinger, en egenskap kalt dannelsen av kjeder. Karbon-karbonbindinger er stabile. Takket være Catanation (kjederformasjon), er karbonformer utallige tilkoblinger. Vurderingen av unike forbindelser viser at en større mengde av dem inneholder karbon. En lignende uttalelse kan gjøres for hydrogen, fordi de fleste organiske forbindelser også inneholder hydrogen. Den enkleste formen av et organisk molekyl er et hydrokarbon - en stor familie av organiske molekyler, som består av hydrogenatomer forbundet med en kjede av karbonatomer. Kjedelengde, sidekjeder og funksjonsgrupper påvirker egenskapene til organiske molekyler. Karbon er funnet i alle former for berømt organisk liv og er grunnlaget for organisk kjemi. Når du kombinerer med hydrogen, danner karbon forskjellige hydrokarboner, som er viktige for industrien som kjølemidler, smøremidler, løsningsmidler, som kjemiske råvarer for produksjon av plast og petroleumsprodukter, samt fossile brensler. I kombinasjon med oksygen og hydrogen kan karbon danne mange grupper av viktige biologiske forbindelser, inkludert sukkerarter, lignas, chitiner, alkoholer, fett og aromatiske estere, karotenoider og terpener. Med nitrogen danner karbonalkaloider, og med tilsetning av svovel danner også antibiotika, aminosyrer og gummiprodukter. Med tilsetning av fosfor til disse andre elementene danner det DNA og RNA, bærerne av den kjemiske kodeksen og adenosinerfosfatet (ATP), det viktigste molekylet av energioverføring i alle levende celler.

Uorganiske forbindelser

Vanligvis karbonholdige forbindelser som er forbundet med mineraler eller som ikke inneholder hydrogen eller fluor, behandlet separat fra klassiske organiske forbindelser; Denne definisjonen er ikke streng. Blant dem er enkle karbonoksider. Det mest berømte oksydet er karbondioksid (CO2). Når dette stoffet var hovedkomponenten i paleoatmoosfæren, men i dag er den sekundære komponenten i jordens atmosfære. Når det er oppløst i vann, danner dette stoffet karbondioksid (H2CO3), men som de fleste forbindelser med flere enkeltkoblede oksygen på ett karbon, er det ustabilt. Imidlertid dannes resonans stabiliserte karbonationer gjennom dette mellomproduktet. Noen viktige mineraler er karbonater, spesielt kalsitt. Kull disulfid (CS2) er lik. Et annet vanlig oksyd er karbonmonoksid (CO). Den er dannet med ufullstendig forbrenning og er en fargeløs gass uten lukt. Hvert molekyl inneholder en trippelbinding og er ganske polar, noe som fører til at det hele tiden er forbundet med hemoglobinmolekyler, forskyvning av oksygen, som har en lavere affinitet av binding. Cyanid (CN-) har en lignende struktur, men han oppfører seg som halogenidioner (pseudogalogen). For eksempel kan det danne cyanogennitridmolekyl (CN) 2), som ligner diatomale halogenider. Andre uvanlige oksyder er karbonunderoksyd (C3O2), ustabilt karbonmonoksyd (C2O), karbonrioksyd (CO3), Cyclopentanepepton (C5O5), cykloheksanegexon (C6O6) og mellittanhydrid (C12O9). Med reaktive metaller, som wolfram, danner karbon enten karbider (C4-) eller acetylider (C2-2) med dannelsen av legeringer med høye smeltetemperaturer. Disse anionene er også forbundet med metan og acetylen, som begge er svært svake syrer. Under ElectoThy 2.5 foretrekker karbon å danne kovalente bindinger. Flere karbider er kovalente gitter, som Carborund (SIC), som ligner en diamant. Men selv de mest polare og saltvannskarbitene er imidlertid ikke helt ioniske forbindelser.

Metallometalliske tilkoblinger

Organometalliske forbindelser, per definisjon, inneholder minst en karbonmetallforbindelse. Det er et bredt spekter av slike forbindelser; Hovedklassene inkluderer alkylmetallalkylforbindelser (for eksempel tetraetylelyl), η2-alkenforbindelser (for eksempel zeise-salt) og η3-allylforbindelser (for eksempel allylpalladiumkloriddimer); Metallocenene som inneholder cyklopentadienylligander (for eksempel ferrocen); og karbeniske metaller komplekser. Det er mange karbonyler av metaller (for eksempel tetracarboonylnicel); Noen arbeidere mener at karbonmonoksydligand er rent uorganisk, ikke metallo-organisk, forbindelse. Selv om det antas at karbon utelukkende danner fire bindinger, rapporteres det på en interessant forbindelse som inneholder et oktakedral heksakoordinert karbonatom. Kasjonen av denne forbindelsen er 2+. Dette fenomenet forklares av de gylne ligands aurofilitet. I 2016 ble det bekreftet at heksametylbenzen inneholder et seks-tone karbonatom, og med ikke vanlig fire.

Historie og etymologi

Det engelske karbonnavnet (karbon) kommer fra latinsk karbo, som betegner "kull" og "trekull", herfra det franske ordet Charbon, som betyr "trekull". På tysk, nederlandsk og dansk, karbontitler - Kohlenstoff, Koolstof og Kulstof betyr henholdsvis alle bokstavelig talt et kullstoff. Karbon ble oppdaget i forhistoriske tider og var kjent i sot og trekullsformer i de tidligste menneskelige sivilisasjonene. Diamanter var kjent, sannsynligvis allerede i 2500 f.Kr.. I Kina, og karbon i form av trekull ble gjort i romertiden av samme kjemi som i dag, ved oppvarming av tre i en pyramide, dekket med leire for å eliminere luft. I 1722 viste Rene Antooman Ferho Deamamur at jern blir til stål gjennom absorpsjonen av noe stoff som nå er kjent som karbon. I 1772 viste Antoine Lavauzier at diamanter er karbonform; Da han brente prøver av trekull og diamant og fant at ingen av dem produserte ingen vann, og at begge stoffene ga en lik mengde karbondioksid per gram. I 1779 viste Karl Wilhelm Shelele at grafitt, som ble ansett som en blyform, i stedet var identisk med trekull, men med en liten urenhet av jern og at han ga "aircroinsyre" (som er karbondioksid) under oksidasjon av salpetersyre. I 1786 bekreftet franske forskere Claude Louis Bertoll, Gaspard Montj og K. A. Vandermond at grafitt hovedsakelig var karbon, da det ble oksidert i oksygen, nesten det samme som Lavoisie gjorde med en diamant. En viss mengde jern forblir igjen, som ifølge franske forskere var nødvendig for strukturen av grafitt. I sin publikasjon tilbød de navnet Carbone (Carbonum Latin Word) for et element i grafitt, som ble utgitt som gass ved brenning av grafitt. Deretter oppførte Antoine Lavoisier karbon som et element i sin 789 lærebok. Den nye karbon alllestop, fullerene, som ble oppdaget i 1985, inkluderer nanostrukturerte former, for eksempel baccakes og nanorør. Deres oppdagelser - Robert Kerl, Harold Malo og Richard Smallley - mottok Nobelprisen i kjemi i 1996. Den resulterende fornyede interessen i nye skjemaer fører til åpningen av ytterligere eksotiske allotrops, inkludert glass-lignende karbon, og realiseringen som "amorfe karbon" ikke er strengt amorf.

Produksjon

Grafitt

Kommersielt levedyktige naturlige forekomster av grafitt finnes i mange deler av verden, men de mest økonomiske viktige kildene ligger i Kina, India, Brasil og Nord-Korea. Grafittavsetninger har en metamorfs opprinnelse, detektert i kombinasjon med kvarts, glimmer og feltbytter i skifer, gneis og metamorfe sandstein og limestones i form av linser eller levde, noen ganger tykk på noen få meter eller mer. Grafittbestander i Borroudle, Cumberland, England, var i begynnelsen av en tilstrekkelig størrelse og renhet, så til 1800-tallet ble blyantene bare gjort ved å se blokker fra naturlig grafitt på stripene før de stikker stripene i skogen. I dag oppnås mindre grateavsetninger ved å slipe foreldrenes rase og svømme lettere grafitt på vann. Det er tre typer naturlig grafitt - amorf, skumlet eller krystallinsk. Amorf grafitt har den laveste kvaliteten og er den vanligste. I motsetning til vitenskapen refererer i amorfindustrien til en meget liten størrelse på krystallet, og ikke til hele fraværet av en krystallstruktur. Ordet "amorf" brukes til å betegne produkter med en lav mengde grafitt og er den billigste grafittet. Store innskudd av amorf grafitt ligger i Kina, Europa, Mexico og USA. Flat grafitt er mindre vanlig og har en høyere kvalitet enn amorf; Det ser ut som separate plater som krystalliseres i metamorfe bergarter. Prisen på granulær grafitt kan fire ganger overstige prisen på amorf. Cachet grafitt av god kvalitet kan resirkuleres i utvidbar grafitt for mange applikasjoner, for eksempel anti-epires. Primære grafittavsetninger ligger i Østerrike, Brasil, Canada, Kina, Tyskland og Madagaskar. Væske eller klump grafitt er den mest sjeldne, mest verdifulle og høye kvalitetstypen av naturlig grafitt. Det er i blodårene langs de påtrengende kontaktene i faste scener, og er kommersielt utvunnet bare i Sri Lanka. Ifølge USGS utgjorde World Natural Graphite Production i 2010 1,1 millioner tonn, mens 800.000 tonn ble produsert i Kina, 130.000 tonn i Brasil - 76.000 tonn, i Nord-Korea - 30.000 tonn og Canada - 25.000 tonn. Ingen naturlig grafitt ble utvunnet i USA, men i 2009 ble 118 000 tonn syntetisk grafitt produsert med en estimert verdi på 998 millioner dollar.

Diamant

Diamantforsyninger styres av et begrenset antall bedrifter, samt høyt konsentrert på et lite antall steder rundt om i verden. Bare en veldig liten brøkdel av diamantmalm består av ekte diamanter. Ruda knuses der det er nødvendig å ta tiltak for å forhindre ødeleggelse av store diamanter i denne prosessen, og deretter sorteres partiklene etter tetthet. I dag er diamanter utvunnet i fraksjoner med rike diamanter ved hjelp av røntgenfluorescens, hvorpå de siste trinnene i sorteringen utføres manuelt. Før bruk av røntgenbruk ble separasjonen utført ved bruk av smøremidler; Det er kjent at diamanter ble oppdaget bare i alluviale sedimenter i Sør-India. Det er kjent at diamanter er mer tilbøyelige til å holde seg til masse enn andre mineraler i malm. India var lederen i produksjonen av diamanter fra øyeblikket av deres åpning i om det 9. århundre f.Kr. til midten av 1800-tallet i vår tid, men det kommersielle potensialet til disse kildene var utmattet innen utgangen av 1800-tallet, og av Den tiden var India brasilisert av Brasil, hvor de første diamanter ble funnet i 1725. Diamantproduksjon av primære innskudd (kimberlitter og lamproitts) begynte bare på 1870-tallet, etter oppdagelsen av diamantfelt i Sør-Afrika. Diamantproduksjonen økte over tid, og bare 4,5 milliarder karat ble akkumulert fra denne datoen. Omtrent 20% av denne mengden ble fortsatt utvunnet de siste 5 årene, og i løpet av de siste ti årene begynte 9 nye innskudd, og 4 flere venter på en rask oppdagelse. De fleste av disse innskuddene ligger i Canada, Zimbabwe, Angola og en ting i Russland. I USA ble diamanter oppdaget i Arkansas, Colorado og Montana. I 2004 førte den slående oppdagelsen av den mikroskopiske diamanten i USA til utgivelsen i januar 2008 massevalg av prøver av kimberlite rør i den eksterne delen av Montana. I dag er de fleste kommersielt levedyktige diamantfelt plassert i Russland, Botswana, Australia og Den demokratiske republikken Kongo. I 2005 gjorde Russland nesten en femtedel av den globale fasen av diamanter, ifølge den britiske geologiske tjenesten. I Australia nådde det rikeste diamantiske røret toppproduksjonsnivåer i 42 metriske tonn (41 tonn, 46 korte tonn) per år på 1990-tallet. Det er også kommersielle felt, den aktive produksjonen av hvilken som utføres i de nordvestlige territoriene i Canada, Sibir (hovedsakelig på Yakutia, for eksempel i fredrøret og i et vellykket rør), i Brasil, som Vel som i Nord-og Vest-Australia.

applikasjoner

Kull er nødvendig for alle kjente levende systemer. Uten det er livets eksistens umulig, som vi kjenner henne. Den viktigste økonomiske bruken av karbon, unntatt mat og tre, refererer til hydrokarboner, først og fremst til fossilt brensel med metangass og råolje. Råolje behandles av raffinaderi for bensin, parafin og andre produkter. Cellulose er en naturlig karbonholdig polymer produsert av planter i form av et tre, bomull, lin og cannabis. Cellulose brukes hovedsakelig for å opprettholde plantens struktur. Kommersielt verdifulle karbonpolymerer av animalsk opprinnelse inkluderer ull, kashmir og silke. Plast er laget av syntetiske karbonpolymerer, ofte med oksygen- og nitrogenatomer som inngår gjennom jevne mellomrom til hovedpolymerkjeden. Råvarer for mange av disse syntetiske stoffene kommer fra råolje. Bruken av karbon og dets forbindelser er ekstremt variert. Karbon kan danne legeringer med jern, det vanligste er karbonstål. Grafitt er kombinert med leire, forming "bly" som brukes i blyanter som brukes til skriving og tegning. Det brukes også som smøring og pigment som et støpemateriale i produksjon av glass, i elektroder for tørre batterier og galvanisering og galvanoplastikk, i børster for elektriske motorer og som nøytron-retarder i atomreaktorer. Kull brukes som et materiale for fremstilling av kunstverk, som en grill for en grill, for smeltejern og har mange andre applikasjoner. Tre, kull og olje brukes som drivstoff for energiproduksjon og oppvarming. Høykvalitets diamanter brukes i produksjon av smykker, og industrielle diamanter brukes til boring, kutting og polering av verktøy for bearbeiding av metaller og stein. Plast er laget av fossile hydrokarboner, og karbonfiber laget av pyrolyse av syntetiske polyesterfibre brukes til å forsterke plast med dannelsen av avanserte, lette komposittmaterialer. Karbonfiber er laget av pyrolyse av ekstruderte og strakte tråder av polyakrylonitril (PAN) og andre organiske stoffer. Den krystallstrukturen og mekaniske egenskapene til fiberen er avhengig av typen kildemateriale og påfølgende behandling. Kullfibre laget av panne har en struktur som ligner smale grafitttråder, men varmebehandling kan ombestille strukturen til et kontinuerlig ark. Som et resultat har fibrene en høyere spesifikk strekkfasthet enn stål. Carbon Sot brukes som et svart pigment i trykte maling, oljemaling og akvareller av artister, karbonpapir, bilfinish, blekk og laserskrivere. Carbon Sot brukes også som et fyllstoff i gummiprodukter, for eksempel dekk og plastforbindelser. Aktivert karbon brukes som en absorberende og adsorbent i filtermaterialer i en slik rekke anvendelser som gassmasker, vannrensing og kjøkkendeksler, samt i medisin for å absorbere giftstoffer, giftstoffer eller gasser fra fordøyelsessystemet. Karbon brukes i kjemisk reduksjon ved høye temperaturer. Coke brukes til å gjenopprette jernmalm i kjertelen (smelting). Herdingstål oppnås på grunn av oppvarming av de ferdige stålkomponentene i karbonpulveret. Silisiumkarbider, wolfram, bor og titan er blant de vanskeligste materialene og brukes som slipemidler for kutting og sliping. Karbonforbindelser utgjør de fleste materialene som brukes i klær, som naturlige og syntetiske tekstiler og lær, så vel som nesten alle indre flater i et annet enn glass, stein og metall.

Diamanter

Diamantindustrien er delt inn i to kategorier, hvorav en er av høy kvalitet diamanter (edelstener), og de andre - industrielle klassen diamanter. Selv om det er en stor handel i både diamanttyper, virker begge markedene helt annerledes. I motsetning til edle metaller, for eksempel gull eller platina, blir ikke diamanter av edelstener ikke handlet som varer: på salgs diamant er det en betydelig godtgjørelse, og diamant videresalgsmarkedet er ikke veldig aktivt. Industrielle diamanter er verdsatt, hovedsakelig for deres hardhet og termisk ledningsevne, mens de hemologiske egenskapene til klarhet og farger er hovedsakelig irrelevante. Omtrent 80% av de minte diamanter (lik ca. 100 millioner karat eller 20 tonn per år) er ikke egnet for bruk, og brukes i industrien (diamantskrap). Syntetiske diamanter, oppfunnet på 1950-tallet, funnet nesten umiddelbart industrielle applikasjoner; Hvert år produseres 3 milliarder karat (600 tonn) syntetiske diamanter. Diamant dominerende industriell bruk er kutting, boring, sliping og polering. De fleste av disse applikasjonene krever ikke store diamanter; Faktisk kan de fleste av diamantene av dyrebar kvalitet, med unntak av små diamanter, brukes i industrien. Diamanter settes inn i tipsene til bore- eller sagbladene eller er malt i pulver til bruk i sliping og polering. Spesialiserte applikasjoner inkluderer bruk i laboratorier som lagring for høytrykkseksperimenter, høyytelseslager og begrenset bruk i spesialiserte vinduer. Takket være prestasjonene i produksjonen av syntetiske diamanter, blir nye applikasjoner praktisk talt gjennomførbare. Mye oppmerksomhet er betalt til mulig bruk av diamant som halvleder egnet for mikrochips, og på grunn av sin eksepsjonelle termiske ledningsevne som en radiator i elektronikk.

Kull i det periodiske elementer av elementer er plassert i den andre perioden i IVA-gruppen. Elektronisk konfigurasjon av karbonatom lS 2 2S 2 2P 2.Når det er spent, oppnås en elektronstilstand, hvorfire fire uberørte elektroner er plassert på fire eksterne atom-orbitaler:

Dette forklarer hvorfor karbon i forbindelsene vanligvis er reisende. Likestilling i karbonatomet i antall valenselektroner med antall valensorbitals, så vel som det unike forholdet mellom kjernens ladning og atomradiusen rapporterte det evnen til like lett å feste og gi elektroner avhengig av egenskapene til partneren (§ 9.3.1). Som et resultat er karbon preget av forskjellige grader av oksidasjon fra -4 til +4 og den enkle hybridiseringen av attomiske orbitaler etter type sP 3, SP 2og sP 1.i dannelsen av kjemiske bindinger (sekt. 2.1.3):

Alt dette gir karbon muligheten til å danne vanlige, doble og trippelobligasjoner, ikke bare blant seg selv, men også med atomer av andre elementer-organogen. Molekyler dannet samtidig kan ha en lineær, forgrenet og syklisk struktur.

På grunn av mobiliteten til vanlige elektroner-MO, dannet med deltakelse av karbonatomer, oppstår deres skift mot atomen til et mer elektronegativt element (induktiv effekt), noe som fører til polaritet ikke bare i denne forbindelse, men også molekylene generelt . Imidlertid danner karbon, på grunn av den gjennomsnittlige elektronegabilitetsverdien (0E0 \u003d 2,5) svakt lolær kommunikasjon med atomene til andre elementorganene (tabell 12.1). I nærvær av konjugatbindinger i molekyler (avsnitt 2.1.3), oppstår bevegelige elektroner og damp-elektroniske par med justering av elektronetthet og koblingslengder i disse systemene i molekyler.

Fra stillingen av reaktiviteten til forbindelsene spiller polariserbarheten til koblinger en stor rolle (seksjon 2.1.3). Jo større polariserbarheten i forbindelsen, desto høyere er reaktiviteten. Avhengigheten av polariserbarheten av karbonholdige bindinger på deres natur reflekterer følgende serier:

Alle vurderte data på egenskapene til karbonholdige bindinger indikerer at karbon i forbindelser dannes, på den ene side, ganske sterke kovalente bindinger blant seg selv og med andre organogene, og på den annen side er de generelle elektroniske parene av disse tilkoblingene ganske labilic. Som et resultat kan det oppstå både en økning i reaktiviteten til disse obligasjonene og stabiliseringen. Det er disse funksjonene i karbonholdige forbindelser og gjør karbonorganen nummer ett.

Syre-grunnleggende egenskaper av karbonforbindelser.Karbonoksyd (4) er surt oksyd, og den passende hydroksyd-kullsyre H2CO3 er svakt syre. Molekylet av karbonoksyd (4) er ikke-polar, og derfor er det dårlig oppløst i vann (0,03 mol / l ved 298 k). Samtidig er CO2 H2O-hydratet dannet i bryteren, hvor CO2 er i hulrommet i tilknyttet vannmolekyler, og så blir dette hydratet sakte og reversibelt blir til H2CO3. Det meste av karbonoksydet oppløst i vann (4) er i form av hydrat.

I kroppen i erytrocytter av blod under virkningen av karbonanhydrase enzym-likevekt mellom hydratet CO2 H2O og H2CO3 satt meget raskt. Dette gjør at du kan forsømme tilstedeværelsen av CO2 i form av hydrat i erytrocytet, men ikke i blodplasmaet, hvor det ikke er karbanenshydrase. De resulterende H2CO3 dissociatene i fysiologiske forhold til bikarbonatanionen, og i et mer alkalisk medium - til karbonat anion:

Kalsyre eksisterer bare i løsning. Den danner to rader med salter - hydrokarbonater (NaCanosis, CA (NS03) 2) og karbonater (Na2SOS, SASOZ). I vann oppløses bikarbonater bedre enn karbonater. I vandige løsninger av karbonsyre salter, spesielt karbonater, er lett hydrolysert ved anion, og skaper et alkalisk miljø:

Stoffer som drikking soda nahc03; Mel Sasoz, hvit magnesia 4mgc03 * mg (OH) 2 * H2O, hydrolysert med en bildedannelse av et alkalisk medium, anvendes som antacida (nøytraliserende syrer) for å redusere økt surhet av magesaft:

Kombinasjonen av kulinsyre og hydrokarbonation (H2CO3, NSO3 (-)) danner et hydrokarbonatbuffersystem (sekt. 8,5) -Clavny buffersystem av blodplasma, som sikrer konstans av blod pH ved pH \u003d 7,40 ± 0,05.

Tilstedeværelsen av kalsium og magnesiumhydrokarbonater i naturvannet forårsaker sin tidlige stivhet. Når det kokes slik vann, elimineres dets stivhet. Dette skyldes hydrolysen av HCO3-anion (-)), den termiske dekomponering av kullsyre og avsetning av kalsium- og magnesiumkasjoner i form av uoppløselig CAS03 og Mg (OH) 2 forbindelser:

Dannelsen av Mg (OH) 2 er forårsaket av den totale hydrolysen i henhold til magnesiumkatien, som strømmer under disse betingelsene på grunn av den mindre oppløseligheten av Mg (0H) 2 sammenlignet med MGC03.

I medisinsk og biologisk praksis, i tillegg til koalinsyre, er det nødvendig å håndtere andre karbonholdige syrer. Dette er først og fremst et stort sett av forskjellige organiske syrer, så vel som HCN Sinylsyre. Fra stillingen av sure egenskaper er kraften til disse syrene forskjellig:

Disse forskjellene skyldes allsidig påvirkning av atomer i molekylet, naturen av dissociating av kommunikasjon og motstanden av anion, dvs. dens evne til å delocalisere ladningen.

Sinylsyre, eller Cyanorrode, HCN - fargeløs, volatil væske (T kip \u003d26 ° C) med lukten av bitter mandel blandet med vann i noen forhold. I vandige løsninger oppfører det seg som svært svak syre, hvor saltene kalles cyanider. Cyanider av alkaliske og jordalkaliske jordmetaller er oppløselige i vann, mens de hydrolyseres av anion, på grunn av hvilke deres vandige løsninger lukter med blå syre (lukten av bitter mandel) og har pH\u003e 12:

Med langsiktige effekter av CO2 som er inneholdt i luften, dekomponeres cyanider med frigjøring av blå syre:

Som et resultat av denne reaksjonen, kaliumcyanid (kaliumcyanid) og dets løsninger med langvarig lagring som mister sin toksisitet. Cyanidanion er en av de sterkeste uorganiske giftene, siden det er en aktiv ligand og enkelt danner stabile komplekse forbindelser med enzymer som inneholder Fe 3+ og Cu2 (+) som ionicompleks (sek. 10.4).

Redox egenskaper.Siden karbon i forbindelser kan utvise noen grader av oksidasjon fra -4 til +4, så under reaksjonen, kan fri karbon gi og feste elektroner, som virker i henhold til et reduksjonsmiddel eller oksydasjonsmiddel, avhengig av egenskapene til det andre reagenset:

I samspillet mellom sterke oksidasjonsmidler med organiske stoffer, kan det forekomme ufullstendig eller fullstendig oksidasjon av karbonatomer av disse forbindelsene.

Under betingelser med anaerob oksidasjon med mangel på eller i fravær av oksygen, kan karbonatomer av en organisk forbindelse, avhengig av innholdet av oksygenatomer i disse forbindelsene og eksterne forhold, bli til C02, CO, C og til og med CH 4 , og de resterende organogene blir forvandlet til H2O, NH3 og H2S.

I kroppen er den komplette oksydasjon av organiske forbindelser med oksygen i nærvær av oksidase-enzymer (aerob oksidasjon) beskrevet av ligningen:

Av de ovennevnte ligningene av oksidasjonsreaksjoner, kan det ses at i organiske forbindelser endres graden av oksidasjon bare karbonatomer, og atomene til de gjenværende organogenene beholder sin oksidasjonsgrad.

Med hydrogeneringsreaksjoner, dvs. tilsetning av hydrogen (reduksjonsmiddel) ved flere bindinger, som danner karbonatomene, reduserer oksidasjonsgraden (oksiderende):

Organiske reaksjoner av substitusjon med forekomsten av en ny mellomliggende binding, for eksempel i NUREZ-reaksjonen, er også oksidative reaksjoner hvor karbonatomer virker som oksiderende midler og metallatomer-removers:

Dette observeres i dannelsen av dannelsen av metallorganiske forbindelser:

Samtidig, i reaksjonene av alkylering med forekomsten av et nytt mellombinding, spiller rollen til oksydasjonsmiddelet og reduksjonsmiddelet karbonatomene til substratet og reagenset henholdsvis:

Som et resultat av reaksjonene i polarreagenset reduserer et av karbonatomene graden av oksydasjon, som viser egenskapene til oksidanten, og den andre øker graden av oksidasjon, som snakker med et reduksjonsmiddel:

I disse tilfellene, reaksjonen av intramolekylær oksidasjonsgjenoppretting av karbonatomene i substratet, dvs. prosessen dysmoteringunder handlingen av et reagens som ikke viser redoksegenskaper.

Typiske reaksjoner av intramolekylær dumping av organiske forbindelser på grunn av deres karbonatomer er reaksjonene av dekarboksylering av aminosyrer eller ketoksyrer, så vel som reaksjonen av omarrangering og isomerisering av organiske forbindelser, som ble vurdert i snitt. 9.3. Eksemplene på organiske reaksjoner, så vel som reaksjonen fra seksjonen. 9.3 overbevisende indikerer at karbonatomer i organiske forbindelser kan være oksidasjonsmidler og reduksjonsmidler.

Kullatom i forbindelse- Oksyderingsmidler, hvis det som følge av reaksjonen, øker antallet av obligasjoner med atomer av mindre elektronegative elementer .

Kullatom i forbindelse- Reduksjonsmiddel Hvis antall tilkoblinger med atomer av flere elektronegative elementer øker som følge av reaksjonen(ULEMPER), fordi, repulkerer de generelle elektronene i disse koblingene fra seg selv, øker det aktuelle karbonatomet sin oksidasjonsgrad.

Således er mange reaksjoner i organisk kjemi på grunn av den oksidative og reduktive dualiteten av karbonatomer redoks. Imidlertid, i motsetning til slike reaksjoner av uorganisk kjemi, kan omfordeling av elektroner mellom oksydasjonsmidlet og reduksjonsmidlet i organiske forbindelser være ledsaget av forskyvningen av det totale elektroniske paret kjemisk binding til atomet som utfører oksidasjonsrollen middel. I dette tilfellet kan denne forbindelsen opprettholdes, men i tilfelle av en sterk polarisasjon kan den brytes.

Komplette egenskaper av karbonforbindelser.I karbonatomet i forbindelser er det ingen sårbare elektroniske par, og derfor kan bare karbonforbindelser som inneholder flere relasjoner med sin deltakelse være ligander. Spesielt aktivt i prosessene for kompleksasjon -electrons av den trippelpolarkommunikasjonen av karbonmonoksyd (2) og anion av sytinsyren.

I karbonoksydmolekylet (2) danner karbon- og oksygenatomer en og en-celle på grunn av den gjensidige overlapping av de to 2R-atom-orbitaler på utvekslingsmekanismen. Tredje kommunikasjon, dvs. en annen konkurranse, dannet i henhold til donor-akseptormekanismen. Acceptoren er de frie 2R-atomet eller -bitene av karbonatomet, og donoren er et oksygenatom, som gir et settbart par elektroner med 2P orbitaler:

Økt mangfold av kommunikasjonen gir dette molekylet, høy stabilitet og tröghet under normale forhold fra posisjonen til syrebasen (CO - det ulempeoksidet) og redoksegenskaper (medreduksjonsmiddel T\u003e1000 k). Samtidig gjør det det en aktiv ligand i kompleksasjonsreaksjoner med atomer og D-metallkatser, hovedsakelig med jern, som den danner pentarbonyljern - avfallsgiftig væske:

Evnen til å danne komplekse forbindelser med D-Metals Cations er årsaken til giftigheten av karbonoksyd (H) for levende systemer (seksjon. 10.4) på grunn av strømmen av reversible reaksjoner med hemoglobin og oksymoglobin inneholdende Fe 2+ kation, med dannelsen av karboksygemoglobin:

Disse likevektene skiftes mot dannelsen av karboksygemoglobin NNBSO, hvis stabilitet er 210 ganger større enn oksygemoglobin nnbo2. Dette fører til akkumulering av karboksygemoglobin i blodet og derfor til en reduksjon i evnen til å bære oksygen.

I anonylsyre anion er CN også inneholdt lett polariserbare - elektroner, og derfor danner det effektivt komplekser med D-metaller, inkludert metaller i livet som er inkludert i enzymer. Derfor er cyanider svært giftige forbindelser (sek. 10,4).

Karbon syklus i naturen.Karbonsyklusen i naturen er basert hovedsakelig understreket oksydasjonen og gjenvinningen av karbon (figur 12.3).

Fra atmosfæren og hydrosfæren av planter assimilere (1) karbonoksid (4). En del av plantemassen forbrukes (2) av mann og dyr. Åndedyren av dyr og rotting av deres gjenstander (3), så vel som pustet av planter, rotting av døde planter og brennende tre (4) returnere atmosfæren og hydrosfæren CO2. Prosessen med mineralisering av planter (5) og dyr (6) med dannelsen av torv, fossilt kull, olje, gass fører til karbonovergang til naturlige fossiler. I samme retning oppstår syre-hovedreaksjoner (7) mellom CO2 og forskjellige bergarter med dannelsen av karbonater (medium, sur og grunnleggende):

Denne uorganiske delen av syklusen fører til tapet av CO2 i atmosfæren og hydrosfæren. Menneskelig aktivitet på forbrenning og behandling av kull, olje, gass (8), brensel (4), tvert imot, med et overskudd beriker miljøet av karbonoksid (4). I lang tid var det tillit at CO2-konsentrasjonen i atmosfæren er i lang tid, takket være fotosyntesen, forblir konstant. Imidlertid er imidlertid en økning i CO2-innhold i atmosfæren på grunn av menneskelig aktivitet ikke kompensert av dets naturlige tap. Den totale opptaket av CO2 i atmosfæren vokser i geometrisk progresjon med 4-5% per år. I henhold til beregninger i 2000 vil CO2-innhold i atmosfæren nå ca 0,04% i stedet for 0,03% (1990).

Etter å ha vurdert egenskapene og egenskapene til karbonholdige forbindelser, bør det igjen understreke den ledende rollen som karbon

Fig. 12.3.Carbon Court B. natur

organen nr. 1: Først danner karbonatomer skjelettet av organiske forbindelsesmolekyler; For det andre spiller karbonatomer en nøkkelrolle i oksidative og reduksjonsprosesser, siden at atomene i alle organogenene er den mest karakteristiske for karbonet, er den mest karakteristiske oksidasjons- og reduksjonsdomualiteten. Lær mer om egenskapene til organiske forbindelser - se IV-modulen "Grunnleggende om bioorganisk kjemi".

Generelle egenskaper og biologisk rolle av R-elementene i IVA-gruppen.Elektroniske karbon-kolleger er elementene i IVA-gruppen: Silisium Si, Germanium Ge, Tin SN og Lead PB (se tabell 1.2). Radiene av atomer av disse elementene øker naturlig med en økning i sekvensnummeret, og deres ioniseringsenergi og elektronegabilitet er naturligvis avtagende (sekt. 1,3). Derfor de to første elementene i gruppen: Karbon og silisium - typiske ikke-metaller, og Tyskland, Tinn, bly -metals, som de er mest karakteristiske for retur av elektroner. I GE-SN-PB er metallegenskaper forbedret.

Fra posisjonen til redoksegenskapene er elementene C, Si, GE, SN og PB under normale forhold tilstrekkelig motstandsdyktige med hensyn til luft og vann (SN- og PB-metaller - på grunn av dannelsen av en oksydfilm på overflaten). Samtidig, blyforbindelser (4) - sterke oksidasjonsmidler:

Omfattende egenskaper er mest karakteristiske for bly, siden dens PB 2+ kationer er sterke komplekser i sammenligning med kationene av de gjenværende P-elementene i IVA-gruppen. Lead Cations danner sterke komplekser med Bioligands.

Elementene i IVA-gruppen varierer skarpt både av innholdet i kroppen og i den biologiske rollen. Karbon spiller en grunnleggende rolle i kroppens vitale aktivitet, hvor innholdet er ca. 20%. Innholdet i kroppen av de resterende elementene IVA-gruppen er innen 10 -6 -10 -3%. Samtidig, hvis silisium og germanium utvilsomt spiller en viktig rolle i kroppens liv, er tinnet og spesielt bly giftig. Således, med veksten av atommassen av IVA-elementene, øker toksisiteten av deres forbindelser.

Støv som består av SiO2-kullkull eller silisiumpartikler, med en systematisk effekt på lungene forårsaker sykdommer - pneumokoniose. I tilfelle av kullstøv, er dette en antrake-profesjonell form for gruvearbeidere. Ved innånding av støv som inneholder SI02, oppstår silikose. Mekanismen for utvikling av pneumokoniose er ennå ikke etablert. Det antas at med langvarig kontakt av silikatkorn med biologiske væsker dannes polycreen syre SI02 YH2O i en gel tilstand, hvis avsetning i celler fører til deres død.

Den giftige effekten av bly er kjent for menneskeheten i lang tid. Bruken av bly for produksjon av retter og vannrør førte til masseforgiftning av mennesker. For tiden fortsetter ledningen å være en av de viktigste miljøforurensende stoffene, siden leder av blyforbindelser i atmosfæren er over 400.000 tonn årlig. Bly akkumulerer hovedsakelig i skjelettet i form av et lavløselig fosfat RZ (P04) 2, og i demineraliseringen av bein er det en vanlig toksisk effekt på kroppen. Derfor refererer bly til kumulative giftstoffer. Toksisiteten av blyforbindelser er primært forbundet med sine komplekse dannende egenskaper og større affinitet for biolygandam, spesielt inneholdende sulfhydrylgrupper (-sh):

Dannelsen av komplekse forbindelser av blyioner med proteiner, fosfolipider og nukleotider fører til deres denaturering. Ofte hemmer blyioner metallkomponentene i EM 2+, forskyvning av kationene av livet av livet:

Bly og dets forbindelser tilhører giftstoffer som hovedsakelig virker i nervesystemet, blodkar og blod. I dette tilfellet påvirker blyforbindelser syntesen av protein, energibalansen av celler og deres genetiske apparater.

I medisin, som bindende ytre antiseptiske midler brukes: bly acetat PB (SNZSOO) 2 Zn2O (bly karakterer) og bly (2) rbooksyd (bly gips). Ledestioner av disse forbindelsene reagerer med proteiner (albumin) av cytoplasmaet av mikrobielle celler og vev, danner gellignende albuminater. Dannelsen av geler dreper mikrober, og i tillegg gjør det det vanskelig å trenge inn i vevcellene, noe som reduserer den lokale inflammatoriske responsen.

(første elektron)

Karbon (Kjemisk symbol c) Kjemisk element i den fjerde gruppen av hovedundergruppen i den andre perioden av det periodiske Mendeleev-systemet, sekvensnummer 6, er atommassen av den naturlige blanding av isotoper 12,0107 g / mol.

Historie

Karbon I form av trekull ble det brukt i dyp antikk for smelting av metaller. Allotropiske modifikasjoner av karbon-diamant og grafitt er lenge kjent. Den grunnleggende karakteren av karbon er etablert av A. Lavoisier på slutten av 1780-tallet.

Opprinnelse av navn

Internasjonalt navn: Carbō - Kull.

Fysiske egenskaper

Karbon eksisterer i en rekke allotropiske modifikasjoner med svært forskjellige fysiske egenskaper. En rekke modifikasjoner skyldes karbon evne til å danne kjemiske obligasjoner av forskjellige typer.

Karbonisotoper

Naturlig karbon består av to stabile isotoper - 12 C (98,892%) og 13 C (1,108%) og en radioaktiv isotop 14 C (β-emitter, t ½ \u003d 5730), fokusert i atmosfæren og den øvre delen av jordskorpen . Det er konstant dannet i de nedre lagene av stratosfæren som følge av effekten av kosmiske strålingsuttrinn på nitrogenkjernen i reaksjonen: 14 N (N, P) 14 C, så vel som fra midten av 1950-tallet, som en Teknologisk produkt av NPP, og som følge av testing av hydrogenbomber.

På dannelsen og forfallet på 14 sekunder er metoden for radiokarbon dating basert, mye brukt i kvaternær geologi og arkeologi.

Allotropiske karbonmodifikasjoner

Ordningene i strukturen av forskjellige karbonmodifikasjoner
eN.: diamant, b.: grafitt, c.: Lonsdaleit.
d.: Fullerene Buccol C 60, e.: Fullerene C 540, f.: Fullerene C 70
g.: Amorf karbon, h.: Karbon nanotube

Allhotropy Carbon.

lonsdaleit.

fulleren

karbon nanorør

amorf karbon

Kull karbon saleg.

Elektroniske orbitaler av karbonatom kan ha forskjellig geometri, avhengig av graden av hybridisering av sine elektroniske orbitaler. Det er tre grunnleggende geometri av karbonatom.

Tetrahedrician -den dannes ved blanding av en S- og tre P-elektroner (SP 3-hybridisering). Karbonatomet er plassert i midten av tetrahedronen, er forbundet med fire ekvivalente σ-bindinger med karbonatomer eller andre i tetrahedronens hjørner. Slike geometri av karbonatomet tilsvarer allotropiske modifikasjoner av karbondiamant og Lansdalet. Slike hybridisering har karbon, for eksempel i metan og andre hydrokarboner.

Trigonal - Den dannes når man blander en S- og to P-elektroniske orbitaler (SPM-hybridisering). Kullatomet har tre like σ-bindinger plassert i ett plan i en vinkel på 120 ° til hverandre. Ikke deltar i hybridiseringen av P-Orbital, som ligger vinkelrett på σ-obligasjonsplanene, brukes til å danne π-binding med andre atomer. Slike karbongeometri er karakteristisk for grafitt, fenol, etc.

Digidal -den dannes ved blanding av en S og en P-elektron (SP-hybridisering). Samtidig er to elektroniske skyer langstrakte langs en retning og har form av asymmetriske dumbbells. To andre P-elektroner gir π-obligasjoner. Kull med en slik atomgeometri danner en spesiell allotropisk modifikasjon - Carbin.

Grafitt og diamant

Grunnleggende og godt studerte krystallinske modifikasjoner av karbon-diamant og grafitt. Under normale forhold, termodynamisk stabil bare grafitt og diamant og andre former for metastable. Ved atmosfærisk trykk og temperaturer over 1200 Kalmaz begynner å bevege seg inn i grafitt, over 2100, er KPR utført i sekunder. ΔH 0 overgang - 1.898 KJ / mol. Under normalt trykk er karbon sublimert ved 3780 K. flytende karbon eksisterer bare på et bestemt eksternt trykk. Triple Points: Grafitt-væskepar T \u003d 4130 K, P \u003d 10,7 MPa. Den direkte overgangen av grafitt i diamanten skjer ved 3000 kI trykk på 11-12 GPA.

Med et trykk på mer enn 60 GPA antas det å danne en meget tett modifikasjon med III (tetthet med 15-20% høyere enn diamantens tetthet) som har en metallisk ledningsevne. Ved høyt trykk og relativt lave temperaturer (ca. 1200 k), en sekskantet modifikasjon av karbon med en krystallgatt av type Wurcita-Lonsdylit (A \u003d 0,252 nM, C \u003d 0,412 nm, romlig gruppe P6 3 / TTS), 3,51 Tetthet g / cm³, det vil si det samme som diamanten. Lonsdaleit finnes også i Meteoritter.

Ultradisperse Diamonds (NanoAlmas)

På 1980-tallet. I USSR ble det funnet at i forholdene med dynamisk lasting av karbonholdige materialer kan diamantlignende strukturer som ble kalt ultrafine diamanter bli dannet. For tiden er begrepet "nanoalmas" i økende grad brukt. Partikkelstørrelse i slike mødre er nanometer. Dannelsen av dannelsen av fjernkontrollen kan implementeres i detonering av eksplosiver med en signifikant negativ oksygenbalanse, slik som blandingene av TNT med heksogen. Slike forhold kan også implementeres med de himmelske kroppsrammer om jordens overflate i nærvær av karbonholdige materialer (organisk, torv, kull, etc.). Så, i høstsonen til tungusisk meteoritt i skogen ble det oppdaget.

Karbin.

Krystallmodifikasjon av karbon svart av sekskantet singonia med en kjedestruktur av molekyler kalles karbiner. Kjeder har enten en polyenisk struktur (-C≡C-), eller polykumulering (\u003d C \u003d C \u003d). Det er kjent flere former for karbin, karakterisert ved antall atomer i elementære celle, cellestørrelser og tetthet (2,68-3,30 g / cm3). Karbiner forekommer i naturen i form av en semiralsemiral (hvite legemer og inneslutninger i grafitt) og oppnådd ved kunstig oksiderende dehydropolisering av acetylen, virkningen av laserstråling på grafitt, fra hydrokarboner eller CCl 4 i lavtemperaturplasma.

Carbiner er et lite krystallinsk svart pulver (tetthet på 1,9-2 g / cm³), har halvlederegenskaper. Mottatt i kunstige forhold fra lange kjeder av atomer karbonlagt parallelt med hverandre.

Karbon karbon lineær polymer. I karbonmolekylet er karbonatomer forbundet med kjedene vekselvis enten trippel- og enkeltbindinger (polyenovalstruktur) eller konstant doble tilkoblinger (polykumulativ struktur). Dette stoffet ble først oppnådd av sovjetiske kjemikere V.V. Korshuk, A.M. Sladekov, V.I. Kasketkin og Yu.P. Kudryavtsev i begynnelsen av 60-tallet. i Institutt for elementorganiske forbindelser av vitenskapsakademiet i USSR . Karbinen har halvlederegenskaper, og under påvirkning av lys øker dens ledningsevne sterkt. På denne eiendommen er den første praktiske applikasjonen basert på fotoceller.

Fullsenter og karbon nanotubes

Karbon er også kjent i form av klyngepartikler med 60, C70, C 80, C 90, C 100 og lignende (fullerene), så vel som grafen og nanorør.

Amorf karbon

Strukturen til det amorfe karbonet er basert på den uordnet struktur av enkeltkrystallet (inneholder alltid urenheter) grafitt. Det er koks, brun og steinkuller, karbon, sot, aktivt kull.

Finne i naturen

Karboninnhold i jordskorpen er 0,1 vekt%. Gratis karbon er i naturen i form av diamant og grafitt. Hovedmassen av karbon i form av naturkarbonater (kalkstein og dolomitter), brennbare fossiler - antrasitt (94-97% c), brune kuler (64-80% c), steinklute (76-95% c), brennbart skifer (56-78% c), olje (82-87% c), brennbare naturgasser (opptil 99% metan), torv (53-56% c), så vel som bitumener, etc. i atmosfæren og hydrosfæren er i form av karbondioksid CO 2, i luften 0,046% CO 2 i vekt, i vannet i elver, hav og hav på ~ 60 ganger mer. Karbon er en del av planter og dyr (~ 18%).
I menneskekroppen kommer karbon med mat (normalt ca 300 g per dag). Det totale karboninnholdet i menneskekroppen når ca 21% (15kg ved 70 kg kroppsvekt). Karbon er 2/3 masser av muskler og 1/3 av massen av beinvev. Utskilles fra kroppen hovedsakelig med utåndet luft (karbondioksid) og urin (urea)
Karbonkretsen i naturen inkluderer en biologisk syklus, frigjøringen av CO 2 inn i atmosfæren under forbrenningen av fossile brensler, fra vulkanske gasser, varme mineralkilder, fra overflatelag av oceanisk vann, etc. Den biologiske syklusen er det karbon i Form av CO 2 absorberes fra troposfæren ved planter. Deretter returneres fra biosfæren igjen tilbake til Geopa: Karbonplanter faller inn i organismen av dyr og mennesker, og deretter med rotting av dyr og plante materialer, i jorda og i form av CO 2 inn i atmosfæren.

I en damptilstand og i form av forbindelser med nitrogen og hydrogen, er karbon funnet i solens atmosfære, planeter, det finnes i stein og jernmeteoritter.

De fleste karbonforbindelser, og fremfor alle hydrokarboner, har en uttalt karakter av kovalente forbindelser. Styrken til enkle, doble og trippelbindinger av atomer med hverandre, evnen til å danne stabile kjeder og sykluser fra atomer C fører til at eksistensen av et stort antall karbonholdige forbindelser studeres av organisk kjemi.

Kjemiske egenskaper

Ved normale temperaturer er karbon kjemisk inert, med ganske høyt forbundet med mange elementer, manifesterer sterke rehabiliteringsegenskaper. Den kjemiske aktiviteten til forskjellige former for karbon reduseres i en rad: Amorft karbon, grafitt, diamant, i luft de brenner ned ved temperaturer henholdsvis 300-500 ° C, 600-700 ° C og 850-1000 ° C.

Graden av oksidasjon er +4, -4, sjelden +2 (CO, karbider av metaller), +3 (C2N2, halogencyanis); Electron Affinity 1.27 EV; Ioniseringens energi med en sekvensiell overgang fra C 0 til C4+, henholdsvis 11 2604, 24,383, 47,871 og 64,19 EV.

Uorganiske forbindelser

Carbon reagerer med mange elementer med dannelsen av karbider.

CO-karog karbondioksid CO 2. Også kjent er også kjent oksid med 3 o2 (smeltepunkt -111 ° C, kokepunkt 7 ° C) og noen andre oksyder. Grafitt og amorf karbon begynner å reagere med H2 ved 1200 ° C, med henholdsvis F 2 - henholdsvis 900 ° C.

CO 2 med vann danner svak kulinsyre, H 2 CO 3, som danner solidarboner. Kalsiumkarbonater (kritt, marmor, kalsitt, kalkstein, etc. mineraler) og magnesium (Dolomitt) er mest distribuert på jorden.

Grafitt med halogener, alkaliske metaller, etc. Stoffer danner inkluderingsforbindelser. Når den elektriske utladningen mellom kullelektroder i medium N2, dannes en cyan ved høye temperaturer med karbonreaksjon med en blanding H2 og N2, en sinylsyre oppnås. Med grå karbon gir CS 2 servo karbon, CS og C3S 2 er også kjent. Med de fleste metaller, danner borer og silisiumkarbon. Det er viktig i bransjen av karbonreaksjon med vanndamp: C + H20 \u003d CO + H2 (forgasning av faste brensler). Ved oppvarmet, gjenoppretter karbonmetalloksider til metaller, som er mye brukt i metallurgi.

Organiske forbindelser

Takket være karbonens evne til å danne polymerkjeder, er det en stor klasse av karbonbaserte forbindelser, som er betydelig større enn den uorganiske og studerer organisk kjemi. Blant dem er de mest omfattende gruppene: hydrokarboner, proteiner, fettstoffer, etc.

Karbonforbindelser utgjør grunnlaget for jordens liv, og deres egenskaper bestemmer i stor grad rekkevidden av forhold hvor slike former for liv kan eksistere. I henhold til antall atomer i levende celler, er karbonfraksjon ca. 25%, ved massenfraksjonen på ca. 18%.

applikasjon

Grafitt brukes i blyantindustrien. Den brukes også som et smøremiddel ved ekstremt høye eller lave temperaturer.

Diamond på grunn av eksepsjonell hardhet, uunnværlig slipemiddel. Diamantspraying har slipende dyser Borminhin. I tillegg brukes fasetterte diamanter - diamanter som edelstener i smykker. På grunn av sjeldenhet, høye dekorative egenskaper og belegg av historiske omstendigheter, er diamanten alltid den dyreste perlen. En eksepsjonelt høy termisk ledningsevne av diamant (opp til 2000 w / mk) gjør det til et lovende materiale for halvlederutstyr som substrater for prosessorer. Men den relativt høye prisen (ca. 50 dollar / gram) og kompleksiteten til diamantbehandling begrenser bruken i dette området.
I farmakologi og medisin er forskjellige forbindelser av karbonderivater av koalinsyre og karboksylsyrer, forskjellige heterocykler, polymerer og andre tilkoblinger mye brukt. Så, Carricul (Activated Carbon) brukes til absorpsjon og fjerning fra kroppen av forskjellige toksiner; grafitt (i form av salver) - for behandling av hudsykdommer; Radioaktive karbonisotoper - for vitenskapelig forskning (Radiokarbonanalyse).

Karbon spiller en stor rolle i menneskelivet. Dens søknader er like forskjellige som dette multi-kabelelementet selv.

Karbon er grunnlaget for alle organiske stoffer. Enhver levende organisme er i stor grad laget av karbon. Karbon er grunnlaget for livet. Kullkilden til levende organismer er vanligvis CO 2 i atmosfæren eller vannet. Som et resultat av fotosyntese går det inn i biologiske matkjeder der levende vesener fortærer hverandre eller resterne av hverandre og dermed gruvedrift av karbon for bygging av sin egen kropp. Den biologiske karbonsyklusen slutter enten ved oksydasjon og returnerer til atmosfæren, eller begravelsen i form av kull eller olje.

Kull i form av fossile brensler: kull og hydrokarboner (olje, naturgass) - en av de viktigste energikilder for menneskeheten.

Giftig handling

Karbon er en del av atmosfæriske aerosoler, som et resultat av hvilket det regionale klimaet kan endres, vil antall solfylte dager reduseres. Kullet kommer inn i det omkringliggende mediet i form av en hydrofluorin eksosgassblanding, når det brenner kull på TPPS, med åpen utvikling av kull, underjordisk forgasning, oppnår kullkonsentrater og annen karbonkonsentrasjon over forbrenningskilder 100-400 μg / m³, større byer 2, 4-15,9 μg / m³, landlige områder på 0,5-0,8 μg / m³. Med gass-aerosolutslipp av atomkraftverk, (6-15) .10 9 BK / SUT 14 CO 2 går inn i atmosfæren.

Det høye karboninnholdet i atmosfæriske aerosoler fører til en økning i forekomsten av befolkningen, spesielt den øvre luftveiene og lungene. Profesjonelle sykdommer - hovedsakelig antrakes og støvbronkitt. I luften av arbeidsområdet til MPC, Mg / m³: Diamant 8,0, antrasitt og koks 6,0, stein kull 10,0, teknisk karbon og karbonstøv 4.0; I atmosfærisk luft, maksimal engang 0,15, gjennomsnittlig daglig 0,05 mg / m³.

Den giftige effekten 14 C, som ble en del av proteinmolekylene (spesielt i DNA og RNA), bestemmes av strålingseffekten av betaen av partikler og nitrogenutvinningsnuklei (14 C (β) → 14 N) og transmutasjonseffekten av det kjemiske sammensetningen av molekylet som et resultat av omdannelsen av et atom med på atom n. Tillatbar konsentrasjon på 14 s i luften av arbeidsområdet i DK A 1,3 BK / L, i atmosfærisk luft DK B 4.4 BK / L, i vann 3.0.10 4 BK / L, maksimal tillatt opptak gjennom respiratoriske organer 3, 2,10 8 f.Kr. / år.

Tilleggsinformasjon

- Karbonforbindelser
- Radio Carbon Analysis
- Ortocarboan syre

Allotropiske karbonformer:

Diamant
Grafen
Grafitt
Karbin.
Lonsdaleit.
Karbon nanorør
Fulleren

Amorfe former:

Sot
Teknisk karbon
Kull

Karbonisotoper:

Ustabil (mindre enn en dag): 8c: karbon-8, 9c: karbon-9, 10c: karbon-10, 11c: karbon-11
Stabil: 12c: Carbon-12, 13C: Carbon-13
10-10.000 år: 14c: karbon-14
Ustabil (mindre enn en dag): 15c: karbon-15, 16c: karbon-16, 17c: karbon-17, 18c: karbon-18, 19c: karbon-19, 20c: karbon-20, 21c: karbon-21, 22c: Carbon-22.

Tabell nuklider

Kull, Carbonum, C (6)
Kull (ENG. Karbon, Franz. Carbone, den. Kohlenstoff) i form av kull, sot og sot er kjent for menneskeheten fra tid immemorial; For omtrent 100 tusen år siden, da våre forfedre fanget ild, var de daglig håndtering av kull og sot. Sannsynligvis ble veldig tidlige mennesker kjent med allotropiske karbonmoduser - diamant og grafitt, så vel som fossilt kull. Det er ikke overraskende at brenningen av karbonholdige stoffer var en av de første kjemiske prosessene som er interessert i en person. Siden den brennende substansen forsvant, fortalte av brann, ble brenningen ansett som prosessen med dekomponering av stoffet, og derfor ble kull (eller karbon) ikke ansett som et element. Elementet var en brann - et fenomen som følger med forbrenning; I øvelsene på antikken på elementer, vises ilden vanligvis som en av elementene. Ved avslag på XVII - XVIII århundre. En phlogiston teori utvidet husdyr og et panel oppsto. Denne teorien anerkjente tilstedeværelsen av et spesielt elementært stoff i hver brennbar kropp - det vektløse væsken - Phlogiston, catering i brenningsprosessen.

Ved forbrenning av en stor mengde kull, forblir bare litt aske, den flogistiske trodde at kull var nesten ren phlogiston. Dette ble spesielt forklart, den "flogistiske" -handling av kull - dens evne til å gjenopprette metaller fra "Ryime" og malm. Siste flogistikk, Reomyur, Bergman og andre, har allerede begynt å forstå at kullet er et elementært stoff. Men for første gang ble et "rent kull" anerkjent av lavoisier, som studerte forbrenningsprosessen i luften og oksygen av kull og andre stoffer. I Book of Hiton de Morso, Lavoisier, Bertolls og Furkrua "Metode for kjemisk nomenklatur" (1787), dukket opp navnet "Carbon" (Carbone) i stedet for det franske "Clean Coal" (Charbone Pur). Under samme navn vises karbon i "tabellen med enkle kropper" i "Elementary TextBook of Chemistry" Lavoisier. I 1791 ble den engelske kjemikeren Tennant først mottatt gratis karbon; Han savnet fosforparet over kalsinerte kritt, som et resultat av hvilket kalsiumfosfat og karbon ble dannet. Det faktum at diamanten brenner med sterk oppvarming uten balanse, har det vært kjent i lang tid. Tilbake i 1751 ble den franske kong Franz enige om å gi diamant og rubin for å brenne eksperimenter, hvorpå disse eksperimenter selv ble fasjonable. Det viste seg at bare diamantbrenner, og Ruby (aluminiumoksid med kromopptak) tåler langvarig oppvarming i fokuset på brannlassen. Lavoisier har satt en ny diamantbrennende opplevelse med en stor brannmaskin, konkludert med at diamanten er krystallinsk karbon. Den andre altotropen av karbon-grafitt i den alochemiske perioden ble ansett som en modifisert bly glitter og ble kalt Plumbago; Bare i 1740 fant Pott mangelen på bly i grafitt noen urenhet. The Shelele utforsket grafitt (1779) og å være flocistry fant den med en svovelkropp av en spesiell type, spesielt mineralkull som inneholdt det tilhørende "fly" (CO2,) og en stor mengde Phlogiston.

Tjue år senere ble Hyton de Morvo av forsiktig oppvarming diamant til grafitt, og deretter i kullsyre.

Det internasjonale navnet Carbonum kommer fra Lat. Karbo (kull). Ordet er veldig gammel opprinnelse. Det sammenlignes med Crampare - Brenn; Root Sag, Cal, Russisk Gar, Gal, Mål, Sanskrit Stowe betyr koking, kokk. Med ordet "karbo" er relatert til navnene på karbon og på andre europeiske språk (karbon, charbone, etc.). Tysk Kohlenstoff kommer fra Kohle - kull (Starogerman Kolo, svensk Kylla - oppvarmet). Gamle russisk raffinaderi, eller Ugrati (brenn, banket) har en rot av garder eller fjell, med en mulig overgang til målet; Kull i gamle russiske jugil, eller kull, samme opprinnelse. Ordet Almaz (Diamante) kommer fra gammel gresk - ufordelaktig, adamant, solid og grafitt fra gresk - jeg skriver.

I begynnelsen av XIX århundre. Det gamle ordet kull i russisk kjemisk litteratur ble noen ganger erstattet av ordet "hjemme" (Sherler, 1807; ServeGine, 1815); Fra 1824 introduserte Solovyov navnet CO2.