Značilnosti elementa

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

Izotopi: 12 C (98,892 %); 13 °C (1,108 %); 14 C (radioaktivno)

Clarke v zemeljski skorji je 0,48 % mase. Oblike lokacije:

v prosti obliki (premog, diamanti);

v sestavi karbonatov (CaCO 3, MgCO 3 itd.);

kot del fosilnih goriv (premog, nafta, plin);

v obliki CO 2 - v atmosferi (0,03% prostornine);

v Svetovnem oceanu - v obliki HCO 3 - anionov;

v sestavi žive snovi (-18 % ogljika).

Kemija ogljikovih spojin je v glavnem organska kemija. Pri anorganski kemiji preučujemo naslednje snovi, ki vsebujejo C: prosti ogljik, okside (CO in CO 2), ogljikovo kislino, karbonate in bikarbonate.

Prosti ogljik. Alotropija.

V prostem stanju ogljik tvori 3 alotropske modifikacije: diamant, grafit in umetno proizveden karbin. Te modifikacije ogljika se razlikujejo po kristalno kemijski strukturi in fizikalnih lastnostih.

Diamant

V diamantnem kristalu je vsak ogljikov atom povezan z močnimi kovalentnimi vezmi s štirimi drugimi, ki so okoli njega nameščeni na enaki razdalji.

Vsi ogljikovi atomi so v stanju sp 3 hibridizacije. Atomska kristalna mreža diamanta ima tetraedrsko strukturo.

Diamant je brezbarvna, prozorna, zelo lomna snov. Ima največjo trdoto med vsemi znanimi snovmi. Diamant je krhek, ognjevzdržen in slabo prevaja toploto ali elektriko. Majhne razdalje med sosednjimi atomi ogljika (0,154 nm) določajo precej visoko gostoto diamanta (3,5 g/cm3).

Grafit

V kristalni mreži grafita je vsak atom ogljika v stanju sp 2 hibridizacije in tvori tri močne kovalentne vezi z ogljikovimi atomi, ki se nahajajo v isti plasti. Pri tvorbi teh vezi sodelujejo trije elektroni vsakega ogljikovega atoma, četrti valenčni elektroni pa tvorijo n-vezi in so relativno prosti (mobilni). Določajo električno in toplotno prevodnost grafita.

Dolžina kovalentne vezi med sosednjimi atomi ogljika v isti ravnini je 0,152 nm, razdalja med atomi C v različnih plasteh pa je 2,5-krat večja, zato so vezi med njimi šibke.

Grafit je neprozorna, mehka, mastna na dotik snov sivo-črne barve s kovinskim leskom; dobro prevaja toploto in elektriko.

Grafit ima manjšo gostoto v primerjavi z diamantom in se zlahka razcepi na tanke kosmiče.

Neurejena struktura drobnokristalnega grafita je osnova za zgradbo različnih oblik amorfnega ogljika, med katerimi so najpomembnejši koks, rjavi in ​​črni premog, saje in aktivno oglje.

Carbin

Ta alotropna modifikacija ogljika je pridobljena s katalitično oksidacijo (dehidropolikondenzacijo) acetilena. Carbyne je verižni polimer, ki je na voljo v dveh oblikah:

С=С-С=С-... in...=С=С=С=

Carbyne ima polprevodniške lastnosti.

Kemijske lastnosti ogljika

Pri običajnih temperaturah sta obe modifikaciji ogljika (diamant in grafit) kemično inertni. Drobnokristalne oblike grafita - koks, saje, aktivno oglje - so bolj reaktivne, vendar praviloma po predgretju na visoko temperaturo.

C - aktivno redukcijsko sredstvo:

1. Interakcija s kisikom

C + O 2 = CO 2 + 393,5 kJ (v presežku O 2)

2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (s pomanjkanjem O 2)

Kurjenje premoga je eden najpomembnejših virov energije.

2. Interakcija s fluorom in žveplom.

C + 2F 2 = CF 4 ogljikov tetrafluorid

C + 2S = CS 2 ogljikov disulfid

3. Koks je eden najpomembnejših reducentov, ki se uporabljajo v industriji. V metalurgiji se uporablja za pridobivanje kovin iz oksidov, na primer:

ZS + Fe 2 O 3 = 2Fe + ZSO

C + ZnO = Zn + CO

4. Ko ogljik medsebojno deluje z oksidi alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin, se reducirana kovina poveže z ogljikom in tvori karbid. Na primer: 3S + CaO = CaC 2 + CO kalcijev karbid

5. Koks se uporablja tudi za proizvodnjo silicija:

2C + SiO 2 = Si + 2СО

6. Če je koksa v presežku, nastane silicijev karbid (karborund) SiC.

Proizvodnja “vodnega plina” (uplinjanje trdnega goriva)

S prehajanjem vodne pare skozi vroč premog dobimo vnetljivo zmes CO in H 2, imenovano vodni plin:

C + H 2 O = CO + H 2

7. Reakcije z oksidacijskimi kislinami.

Pri segrevanju aktivno oglje ali oglje reducira anione NO 3 - in SO 4 2- iz koncentriranih kislin:

C + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

V talinah KNO 3 in NaNO 3 zdrobljen premog intenzivno gori s tvorbo bleščečega plamena:

5C + 4KNO 3 = 2K 2 CO 3 + ZCO 2 + 2N 2

C - nizko aktivni oksidant:

1. Tvorba soli podobnih karbidov z aktivnimi kovinami.

Znatno oslabitev nekovinskih lastnosti ogljika se kaže v tem, da se njegove funkcije kot oksidanta kažejo v veliko manjši meri kot njegove redukcijske funkcije.

2. Samo v reakcijah z aktivnimi kovinami se atomi ogljika pretvorijo v negativno nabite ione C -4 in (C=C) 2-, pri čemer tvorijo soli podobne karbide:

ZS + 4Al = Al 4 C 3 aluminijev karbid

2C + Ca = CaC 2 kalcijev karbid

3. Ionski karbidi so zelo nestabilne spojine, ki se zlahka razgradijo pod delovanjem kislin in vode, kar kaže na nestabilnost negativno nabitih ogljikovih anionov:

Al 4 C 3 + 12H 2 O = ZSN 4 + 4Al(OH) 3

CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2

4. Tvorba kovalentnih spojin s kovinami

V talinah zmesi ogljika s prehodnimi kovinami nastajajo karbidi pretežno s kovalentno vrsto vezi. Njihove molekule imajo spremenljivo sestavo, snovi kot celota pa so blizu zlitinam. Takšni karbidi so zelo stabilni; so kemično inertni glede na vodo, kisline, alkalije in številne druge reagente.

5. Interakcija z vodikom

Pri visokih T in P se v prisotnosti nikljevega katalizatorja ogljik združi z vodikom:

C + 2НН 2 → СНН 4

Reakcija je zelo reverzibilna in nima praktičnega pomena.

Ogljik je morda eden najbolj impresivnih elementov kemije na našem planetu, ki ima edinstveno sposobnost tvorjenja velikega števila različnih organskih in anorganskih vezi.

Z eno besedo, ogljikove spojine z edinstvenimi lastnostmi so osnova življenja na našem planetu.

Kaj je ogljik

V kemijski tabeli D.I. Mendelejev ogljik je številka šest, spada v skupino 14 in je označen s "C".

Fizikalne lastnosti

Je vodikova spojina, ki spada v skupino bioloških molekul, katere molska masa in molekulska masa je 12,011, tališče pa 3550 stopinj.

Oksidacijsko stanje danega elementa je lahko: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4, gostota pa 2,25 g/cm3.

V agregatnem stanju je ogljik trdna snov, kristalna mreža pa je atomska.

Ogljik ima naslednje alotropske modifikacije:

• grafit;
• fuleren;
• karabin

Atomska zgradba

Atom snovi ima elektronsko konfiguracijo oblike - 1S 2 2S 2 2P 2. Na zunanji ravni ima atom 4 elektrone, ki se nahajajo v dveh različnih orbitalah.

Če vzamemo vzbujeno stanje elementa, postane njegova konfiguracija 1S 2 2S 1 2P 3.

Poleg tega je atom snovi lahko primarni, sekundarni, terciarni in kvartarni.

Kemijske lastnosti

V normalnih pogojih je element inerten in pri povišanih temperaturah komunicira s kovinami in nekovinami:

• sodeluje s kovinami, kar povzroči nastanek karbidov;
• reagira s fluorom (halogen);
• pri povišanih temperaturah medsebojno deluje z vodikom in žveplom;
• ko se temperatura dvigne, zagotavlja redukcijo kovin in nekovin iz oksidov;
• pri 1000 stopinjah sodeluje z vodo;
• zasveti, ko temperatura naraste.

Proizvodnja ogljika

Ogljik v naravi najdemo v obliki črnega grafita ali zelo redko v obliki diamanta. Nenaravni grafit se proizvaja z reakcijo koksa s silicijevim dioksidom.

Nenaravni diamanti se proizvajajo z uporabo toplote in pritiska skupaj s katalizatorji. To stopi kovino in nastali diamant pride ven kot oborina.

Dodajanje dušika povzroči rumenkaste diamante, dodajanje bora pa modrikaste diamante.

Zgodovina odkritja

Ogljik so ljudje uporabljali že od antičnih časov. Grki so poznali grafit in premog, diamante pa so najprej našli v Indiji. Mimogrede, ljudje so pogosto jemali podobne spojine kot grafit. Toda kljub temu se je grafit pogosto uporabljal za pisanje, saj je celo beseda "grapho" iz grščine prevedena kot "pišem".

Trenutno se grafit uporablja tudi pri pisanju, zlasti ga najdemo v svinčnikih. V začetku 18. stoletja se je v Braziliji začela trgovina z diamanti, odkrili so številna nahajališča in že v drugi polovici 20. stoletja so se ljudje naučili pridobivati ​​nenaravne drage kamne.

Trenutno se v industriji uporabljajo nenaravni diamanti, pravi diamanti pa se uporabljajo v nakitu.

Vloga ogljika v človeškem telesu

Ogljik vstopi v človeško telo skupaj s hrano, čez dan - 300 g, skupna količina snovi v človeškem telesu pa je 21% telesne teže.

Ta element je sestavljen iz 2/3 mišic in 1/3 kosti. In plin se odstrani iz telesa skupaj z izdihanim zrakom ali s sečnino.

Omeniti velja: Brez te snovi je življenje na Zemlji nemogoče, saj ogljik tvori vezi, ki pomagajo telesu v boju proti uničujočemu vplivu okoliškega sveta.

Tako je element sposoben oblikovati dolge verige ali obroče atomov, ki zagotavljajo osnovo za številne druge pomembne vezi.

Pojavnost ogljika v naravi

Element in njegove spojine lahko najdemo povsod. Najprej ugotavljamo, da snov predstavlja 0,032% celotne količine zemeljske skorje.

En sam element lahko najdemo v premogu. In kristalni element najdemo v alotropskih modifikacijah. Prav tako nenehno narašča količina ogljikovega dioksida v zraku.

Večja koncentracija elementa v okolju lahko najdemo kot spojine z različnimi elementi. Na primer, ogljikov dioksid je v zraku v količini 0,03%. Minerali, kot sta apnenec ali marmor, vsebujejo karbonate.

Vsi živi organizmi vsebujejo spojine ogljika z drugimi elementi. Poleg tega ostanki živih organizmov postanejo nahajališča, kot sta nafta in bitumen.

Uporaba ogljika

Spojine tega elementa se pogosto uporabljajo na vseh področjih našega življenja in njihov seznam je lahko neskončen, zato jih bomo navedli nekaj:

• grafit se uporablja v svinčnikih in elektrodah;
• diamanti se pogosto uporabljajo v nakitu in vrtanju;
• ogljik se uporablja kot redukcijsko sredstvo za odstranjevanje elementov, kot sta železova ruda in silicij;
• aktivno oglje, sestavljeno predvsem iz tega elementa, se pogosto uporablja v medicini, industriji in vsakdanjem življenju.

Ogljik je znan že od antičnih časov. Leta 1778 je K. Scheele pri segrevanju grafita s solino ugotovil, da se v tem primeru, kot pri segrevanju premoga s solino, sprošča ogljikov dioksid. Kemična sestava diamanta je bila ugotovljena kot rezultat poskusov A. Lavoisiera (1772) pri preučevanju zgorevanja diamanta v zraku in študij S. Tennanta (1797), ki je dokazal, da enake količine diamanta in premoga proizvedejo enako količine ogljikovega dioksida med oksidacijo. Ogljik kot kemični element je priznal šele leta 1789 A. Lavoisier. IN začetku XIX V. stara beseda premog v ruski kemijski literaturi je bila včasih nadomeščena z besedo "karbonat" (Scherer, 1807; Severgin, 1815); Od leta 1824 je Solovjev uvedel ime ogljik. Karbon je dobil latinsko ime carbonum od carbo - premog.

Prejem:

Nepopolno zgorevanje metana: CH 4 + O 2 = C + 2H 2 O (saje);
Suha destilacija lesa, premoga (oglje, koks).

Fizikalne lastnosti:

Znanih je več kristalnih modifikacij ogljika: grafit, diamant, karbin, grafen.
Grafit- sivo-črna, neprozorna, na otip mastna, luskasta, zelo mehka masa s kovinskim leskom. Pri sobni temperaturi in normalnem tlaku (0,1 Mn/m2 ali 1 kgf/cm2) je grafit termodinamično stabilen. Pri atmosferskem tlaku in temperaturi okoli 3700°C grafit sublimira. Tekoči ogljik je mogoče dobiti pri tlakih nad 10,5 Mn/m2 (1051 kgf/cm2) in temperaturah nad 3700°C. Struktura finokristalnega grafita je podlaga za strukturo "amorfnega" ogljika, ki ne predstavlja samostojne modifikacije (koks, saje, oglje). Segrevanje nekaterih vrst "amorfnega" ogljika nad 1500-1600 °C brez dostopa do zraka povzroči njihovo pretvorbo v grafit. Fizikalne lastnosti "amorfnega" ogljika so zelo odvisne od razpršenosti delcev in prisotnosti nečistoč. Gostota, toplotna kapaciteta, toplotna prevodnost in električna prevodnost "amorfnega" ogljika so vedno višje od grafita.
Diamant- zelo trda, kristalinična snov. Kristali imajo na ploskvi osredotočeno kubično mrežo: a=3,560. Pri sobni temperaturi in normalnem tlaku je diamant metastabilen. Opazno pretvorbo diamanta v grafit opazimo pri temperaturah nad 1400 °C v vakuumu ali inertni atmosferi.
Carbin pridobljeno umetno. Je drobnokristaliničen črn prah (gostota 1,9 - 2 g/cm3). Zgrajena iz dolgih verig atomov C, ki so razporejeni vzporedno drug z drugim.
Grafen- monomolekularna plast (plast, debela eno molekulo) ogljikovih atomov, ki so tesno zapakirani v dvodimenzionalno mrežo, oblikovano kot satovje. Grafen sta prva pridobila in proučevala Alexander Geim in Konstantin Novoselov, ki sta za to odkritje postala nagrajenca Nobelova nagrada v fiziki 2010.

Kemijske lastnosti:

Ogljik je neaktiven, na hladnem reagira samo s F2 (tvori CF4). Pri segrevanju reagira s številnimi nekovinami in kompleksnimi snovmi, pri čemer ima redukcijske lastnosti:
CO 2 + C = CO nad 900 °C
2H 2 O + C = CO 2 + H 2 nad 1000 °C ali H 2 O + C = CO + H 2 nad 1200 °C
CuO + C = Cu + CO
HNO 3 + 3C = 3 CO 2 + 4 NO + 2 H 2 O
Šibke oksidacijske lastnosti se kažejo v reakcijah s kovinami, vodikom
Ca + C = CaC 2 kalcijev karbid
Si + C = CSi karborund
CaO + C = CaC 2 + CO

Najpomembnejše povezave:

Oksidi CO, CO 2
Ogljikova kislina H 2 CO 3, kalcijevi karbonati (kreda, marmor, kalcit, apnenec),
Karbidi SaS 2
Organske snovi, npr. ogljikovodiki, beljakovine, maščobe

Uporaba:

Grafit se uporablja v industriji svinčnikov in se uporablja tudi kot mazivo pri posebej visokih ali nizkih temperaturah. Diamant se uporablja kot abrazivni material, dragih kamnov v nakitu. Brusilni nastavki svedrov so prevlečeni z diamantom. V farmakologiji in medicini se uporabljajo ogljikove spojine - derivati ​​ogljikove kisline in karboksilnih kislin, različni heterocikli, polimeri itd. Tako se karbolen (aktivno oglje) uporablja za absorpcijo in odstranjevanje različnih toksinov iz telesa; grafit (v obliki mazil) - za zdravljenje kožnih bolezni; radioaktivni izotopi ogljika - za znanstveno raziskovanje(radiokarbonsko datiranje). Ogljik v obliki fosilnih goriv: premog in ogljikovodiki (nafta, zemeljski plin) je eden najpomembnejših virov energije za človeštvo.

Karpenko D.
Državna univerza HF Tyumen 561gr.

Viri:
Ogljik // Wikipedia. Datum posodobitve: 18.01.2019. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=97565890 (datum dostopa: 04.02.2019).

Eden najbolj neverjetnih elementov, ki se lahko oblikujejo ogromno različne spojine organske in anorganske narave je ogljik. To je element s tako nenavadnimi lastnostmi, da mu je Mendelejev napovedal veliko prihodnost, ko je govoril o lastnostih, ki še niso bile razkrite.

Kasneje se je to praktično potrdilo. Postalo je znano, da je glavni biogeni element našega planeta, ki je del absolutno vseh živih bitij. Poleg tega je sposoben obstajati v oblikah, ki se v vseh pogledih radikalno razlikujejo, hkrati pa so sestavljene samo iz ogljikovih atomov.

Na splošno ima ta struktura veliko funkcij in poskušali jih bomo razumeti med potekom članka.

Ogljik: formula in položaj v sistemu elementov

V periodnem sistemu se element ogljik nahaja v skupini IV (po novem modelu v 14), glavni podskupini. Njegovo atomsko število je 6, atomska teža pa 12,011. Oznaka elementa z znakom C označuje njegovo ime v latinščini - carboneum. Obstaja več različnih oblik, v katerih obstaja ogljik. Njegova formula se torej spreminja in je odvisna od specifične modifikacije.

Vendar pa seveda obstaja poseben zapis za pisanje reakcijskih enačb. Na splošno, ko govorimo o snovi v njeni čisti obliki, je sprejeta molekulska formula ogljika C, brez indeksiranja.

Zgodovina odkrivanja elementov

Ta element je znan že od antičnih časov. Navsezadnje je eden najpomembnejših mineralov v naravi premog. Zato za stare Grke, Rimljane in druge narode ni bila skrivnost.

Poleg te sorte so bili uporabljeni tudi diamanti in grafit. S slednjim je bilo dolgo časa veliko nejasnih situacij, saj so se spojine brez analize sestave pogosto zamenjale za grafit:

• srebrni svinec;
• železov karbid;
• Molibdenov sulfid.

Vsi so bili pobarvani v črno in so zato veljali za grafitne. Kasneje je bil ta nesporazum pojasnjen in ta oblika ogljika je postala sama.

Od leta 1725 so diamanti postali velikega komercialnega pomena, leta 1970 pa so obvladali tehnologijo njihove umetne proizvodnje. Od leta 1779, zahvaljujoč delu Karla Scheeleja, študirajo kemijske lastnosti, ki ogljik razstavlja. To je služilo kot začetek številnih pomembnih odkritij na področju tega elementa in postalo osnova za pojasnitev vseh njegovih edinstvenih lastnosti.

Ogljikovi izotopi in porazdelitev v naravi

Kljub dejstvu, da je zadevni element eden najpomembnejših biogenih, je njegova skupna vsebnost v masi zemeljske skorje 0,15%. To se zgodi, ker je predmet stalnega kroženja, naravnega cikla narave.

Na splošno lahko imenujemo več mineralnih spojin, ki vsebujejo ogljik. To so naravne pasme, kot so:

• dolomiti in apnenci;
• antracit;
• oljni skrilavec;
• zemeljski plin;
• premog;
• olje;
• rjavi premog;
• šota;
• bitumni.

Poleg tega ne smemo pozabiti na živa bitja, ki so preprosto skladišče ogljikovih spojin. Navsezadnje tvori beljakovine, maščobe, ogljikove hidrate, nukleinske kisline in s tem najbolj vitalne strukturne molekule. Na splošno od 70 kg suhe telesne mase 15 predstavlja čisti element. In tako je za vsakega človeka, da o živalih, rastlinah in drugih bitjih niti ne govorimo.

Če upoštevamo vodo, to je hidrosfero kot celoto in atmosfero, potem obstaja mešanica ogljika in kisika, izražena s formulo CO 2. Dioksid ali ogljikov dioksid je eden glavnih plinov, ki sestavljajo zrak. V tej obliki je masni delež ogljika 0,046%. Še več ogljikovega dioksida je raztopljenega v vodah Svetovnega oceana.

Atomska masa ogljika kot elementa je 12,011. Znano je, da se ta vrednost izračuna kot aritmetična sredina med atomskimi utežmi vseh izotopskih sort, ki obstajajo v naravi, ob upoštevanju njihove abundance (v odstotkih). To se zgodi z zadevno snovjo. Obstajajo trije glavni izotopi, v katerih se pojavlja ogljik. To:

• 12 C - njegov masni delež je v veliki večini 98,93%;
• 13 C - 1,07 %;
• 14 C - radioaktiven, razpolovna doba 5700 let, stabilen beta sevalec.

V praksi določanja geokronološke starosti vzorcev se pogosto uporablja radioaktivni izotop 14 C, ki je indikator zaradi dolge razpadne dobe.

Alotropske modifikacije elementa

Ogljik je element, ki kot enostavna snov obstaja v več oblikah. To pomeni, da je sposoben oblikovati največje število danes znanih alotropskih modifikacij.

1. Kristalne variacije - obstajajo v obliki močnih struktur s pravilnimi rešetkami atomskega tipa. Ta skupina vključuje sorte, kot so:

• diamanti;
• fulereni;
• grafiti;
• karabini;
• lonsdaleites;
• in cevi.

Vsi imajo različne rešetke, na vozliščih katerih je ogljikov atom. Od tod povsem edinstvene, različne fizikalne in kemične lastnosti.

2. Amorfne oblike – tvori jih ogljikov atom, ki je del nekaterih naravnih spojin. To pomeni, da to niso čiste sorte, ampak s primesmi drugih elementov v majhnih količinah. IN ta skupina vključuje:

• aktivno oglje;
• kamen in les;
• saje;
• ogljikova nanopena;
• antracit;
• stekleni ogljik;
• tehnična različica snovi.

Združujejo jih tudi strukturne značilnosti kristalne mreže, ki pojasnjujejo in izkazujejo lastnosti.

3. Ogljikove spojine v obliki grozdov. To je struktura, v kateri so atomi od znotraj zaklenjeni v posebno votlo konformacijo, napolnjeno z vodo ali jedri drugih elementov. Primeri:

• ogljikovi nanokonusi;
• astraleni;
• dikarbon.

Fizikalne lastnosti amorfnega ogljika

Zaradi široke palete alotropskih modifikacij izpostavite nekatere pogoste fizikalne lastnosti težko za ogljik. Lažje je govoriti o določeni obliki. Na primer, amorfni ogljik ima naslednje lastnosti.

1. Vse oblike temeljijo na drobnokristalnih različicah grafita.
2. Visoka toplotna zmogljivost.
3. Dobre prevodne lastnosti.
4. Gostota ogljika je približno 2 g/cm3.
5. Pri segrevanju nad 1600 0 C pride do prehoda v grafitne oblike.

Saje in kamnite sorte se pogosto uporabljajo za tehnične namene. Niso manifestacija modifikacije ogljika v čisti obliki, vendar ga vsebujejo v zelo velikih količinah.

Kristalni ogljik

Obstaja več možnosti, v katerih je ogljik snov, ki tvori pravilne kristale različnih vrst, kjer so atomi povezani zaporedno. Posledično se oblikujejo naslednje modifikacije.

1. - kubična, v kateri so povezani štirje tetraedri. Posledično so vse kovalentne kemične vezi vsakega atoma čim bolj nasičene in močne. To pojasnjuje fizikalne lastnosti: gostota ogljika je 3300 kg/m 3. Visoka trdota, nizka toplotna kapaciteta, pomanjkanje električne prevodnosti - vse to je posledica strukture kristalne mreže. Obstajajo tehnično izdelani diamanti. Nastanejo med prehodom grafita v naslednjo modifikacijo pod vplivom visoke temperature in določenega tlaka. Na splošno je tako visoka kot trdnost - približno 3500 0 C.
2. Grafit. Atomi so razporejeni podobno kot v prejšnji snovi, le tri vezi so nasičene, četrta pa postane daljša in manj močna; povezuje "plasti" šesterokotnih mrežnih obročev. Kot rezultat se izkaže, da je grafit na dotik mehka, mastna črna snov. Ima dobro električno prevodnost in ima visoko tališče - 3525 0 C. Sposoben sublimacije - sublimacije iz trdnega v plinasto stanje, mimo tekočine (pri temperaturi 3700 0 C). Gostota ogljika je 2,26 g/cm3, kar je precej manj kot gostota diamanta. To pojasnjuje njihove različne lastnosti. Zaradi plastne strukture kristalne mreže je možno uporabiti grafit za izdelavo svincev preprosti svinčniki. Ko gremo po papirju, se luske odluščijo in na papirju pustijo črno sled.
3. fulereni. Odkrili so jih šele v 80. letih prejšnjega stoletja. So modifikacije, pri katerih so ogljiki med seboj povezani v posebno konveksno zaprto strukturo s praznino v sredini. Poleg tega je oblika kristala polieder pravilne organizacije. Število atomov je sodo. Najbolj znana oblika fulerena C 60. Med raziskavo so našli vzorce podobne snovi:

• meteoriti;
• talni sedimenti;
• folguriti;
• šungiti;
• vesolje, kjer so bili vsebovani v obliki plinov.

Vse sorte kristalnega ogljika so velikega praktičnega pomena, saj imajo številne uporabne lastnosti v tehnologiji.

Kemična aktivnost

Molekularni ogljik kaže nizko kemijsko reaktivnost zaradi svoje stabilne konfiguracije. K reakciji ga je mogoče prisiliti le tako, da atomu dodamo dodatno energijo in prisilimo elektrone zunanje ravni, da izhlapijo. Na tej točki valenca postane 4. Zato ima v spojinah oksidacijsko stanje + 2, + 4, - 4.

Skoraj vse reakcije s preprostimi snovmi, tako kovinami kot nekovinami, potekajo pod vplivom visokih temperatur. Zadevni element je lahko oksidant ali reducent. Vendar pa so slednje lastnosti pri njem še posebej izrazite in prav na tem temelji njegova uporaba v metalurški in drugih panogah.

Na splošno sposobnost vstopa v kemična reakcija odvisno od treh dejavnikov:

• disperzija ogljika;
• alotropna modifikacija;
• reakcijska temperatura.

Tako v nekaterih primerih pride do interakcije z naslednjimi snovmi:

• nekovine (vodik, kisik);
• kovine (aluminij, železo, kalcij in drugi);
• kovinski oksidi in njihove soli.

Ne reagira s kislinami in alkalijami, zelo redko s halogeni. Najpomembnejša lastnost ogljika je sposobnost, da med seboj tvorijo dolge verige. Lahko se zaprejo v cikel in tvorijo veje. Tako nastanejo organske spojine, ki jih je danes na milijone. Osnova teh spojin sta dva elementa - ogljik in vodik. Sestava lahko vključuje tudi druge atome: kisik, dušik, žveplo, halogene, fosfor, kovine in druge.

Osnovne povezave in njihove značilnosti

Obstaja veliko različnih spojin, ki vsebujejo ogljik. Formula najbolj znanega med njimi je CO 2 - ogljikov dioksid. Vendar pa poleg tega oksida obstaja tudi CO - monoksid ali ogljikov monoksid, pa tudi suboksid C 3 O 2.

Med solmi, ki vsebujejo ta element, so najpogostejši kalcijevi in ​​magnezijevi karbonati. Tako ima kalcijev karbonat v svojem imenu več sinonimov, saj se v naravi pojavlja v obliki:

• kreda;
• marmor;
• apnenec;
• dolomit

Pomen karbonatov zemeljskoalkalijskih kovin se kaže v tem, da so aktivni udeleženci pri nastajanju stalaktitov in stalagmitov ter podtalnice.

Ogljikova kislina je še ena spojina, ki tvori ogljik. Njegova formula je H 2 CO 3. Vendar pa je v svoji običajni obliki izjemno nestabilno in takoj razpade na ogljikov dioksid in vodo v raztopini. Zato poznamo le njegove soli, ne pa tudi njega samega kot raztopino.

Ogljikove halogenide pridobivamo predvsem posredno, saj neposredne sinteze potekajo le z zelo visoke temperature in z nizkim izkoristkom produkta. Eden najpogostejših je CCL 4 – ogljikov tetraklorid. Strupena spojina, ki lahko pri vdihavanju povzroči zastrupitev. Pridobljeno z radikalnimi fotokemičnimi substitucijskimi reakcijami v metanu.

Kovinski karbidi so ogljikove spojine, v katerih ima oksidacijsko stanje 4. Možno je tudi, da obstajajo kombinacije z borom in silicijem. Glavna lastnost karbidov nekaterih kovin (aluminij, volfram, titan, niobij, tantal, hafnij) je visoka trdnost in odlična električna prevodnost. Borov karbid B 4 C je ena najtrših snovi za diamantom (9,5 po Mohsu). Te spojine se uporabljajo v tehnologiji, pa tudi v kemični industriji kot viri ogljikovodikov (kalcijev karbid z vodo povzroči nastanek acetilena in kalcijevega hidroksida).

Številne kovinske zlitine so izdelane z uporabo ogljika, s čimer se znatno poveča njihova kakovost in tehnične specifikacije(jeklo je zlitina železa in ogljika).

Posebno pozornost si zaslužijo številne organske spojine ogljika, v katerih je temeljni element, ki se lahko združuje z istimi atomi v dolge verige različnih struktur. Ti vključujejo:

• alkani;
• alkeni;
• arene;
• beljakovine;
• ogljikovi hidrati;
• nukleinske kisline;
• alkoholi;
• karboksilne kisline in številne druge skupine snovi.

Uporaba ogljika

Pomen ogljikovih spojin in njihovih alotropskih modifikacij v življenju človeka je zelo velik. Lahko naštejete nekaj najbolj globalnih industrij, da bo jasno, da je temu res tako.

1. Ta element tvori vse vrste organskega goriva, iz katerega človek pridobiva energijo.
2. Metalurška industrija uporablja ogljik kot močno redukcijsko sredstvo za pridobivanje kovin iz njihovih spojin. Tudi karbonati se tu pogosto uporabljajo.
3. Gradbeništvo in kemična industrija porabita ogromne količine ogljikovih spojin za sintezo novih snovi in ​​proizvodnjo potrebnih izdelkov.

Take sektorje gospodarstva lahko poimenujete tudi kot:

• jedrska industrija;
• izdelava nakita;
• tehnična oprema (maziva, toplotno odporni lončki, svinčniki itd.);
• ugotavljanje geološke starosti kamnin - radioaktivni indikator 14 C;
• Ogljik je odličen adsorbent, kar omogoča njegovo uporabo za izdelavo filtrov.

Kroži v naravi

Masa ogljika, ki jo najdemo v naravi, je vključena v stalni cikel, ki se ciklično pojavlja vsako sekundo po vsem svetu. Tako atmosferski vir ogljika CO 2 absorbirajo rastline, oddajajo pa ga vsa živa bitja pri dihanju. Ko vstopi v ozračje, se ponovno absorbira in tako se cikel nadaljuje. V tem primeru odmiranje organskih ostankov povzroči sproščanje ogljika in njegovo kopičenje v tleh, od koder ga nato živi organizmi ponovno absorbirajo in v obliki plina sprostijo v ozračje.

Ogljik (C) je šesti element periodnega sistema z atomsko maso 12. Element je nekovina in ima izotop 14 C. Struktura ogljikovega atoma je osnova vse organske kemije, saj vse organske snovi vključujejo molekule ogljika .

ogljikov atom

Položaj ogljika v periodnem sistemu Mendelejeva:

• šesta zaporedna številka;
• četrta skupina;
• drugo obdobje.

riž. 1. Položaj ogljika v periodnem sistemu.

Na podlagi podatkov iz tabele lahko sklepamo, da zgradba atoma elementa ogljika vključuje dve lupini, na katerih se nahaja šest elektronov. Valenca ogljika v organskih snoveh je konstantna in enaka IV. To pomeni, da ima zunanja elektronska raven štiri elektrone, notranja pa dva.

Od štirih elektronov dva zasedata sferično 2s orbitalo, preostala dva pa zasedata 2p orbitalo v obliki ročice. V vzbujenem stanju se en elektron iz orbitale 2s premakne na eno od orbital 2p. Ko se elektron premakne iz ene orbite v drugo, se energija porabi.

Tako ima vzbujen ogljikov atom štiri neparne elektrone. Njegovo konfiguracijo lahko izrazimo s formulo 2s 1 2p 3. To omogoča tvorbo štirih kovalentnih vezi z drugimi elementi. Na primer, v molekuli metana (CH4) ogljik tvori vezi s štirimi vodikovimi atomi - eno vez med s-orbitalami vodika in ogljika ter tri vezi med p-orbitalami ogljika in s-orbitalami vodika.

Strukturo ogljikovega atoma lahko predstavimo kot +6C) 2) 4 ali 1s 2 2s 2 2p 2.

riž. 2. Zgradba ogljikovega atoma.

Fizikalne lastnosti

Ogljik se naravno pojavlja v obliki kamnin. Znanih je več alotropskih modifikacij ogljika:

• grafit;
• diamant;
• karabin;
• premog;
• saje.

Vse te snovi se razlikujejo po zgradbi svoje kristalne mreže. Najtrša snov, diamant, ima kubično obliko ogljika. Pri visokih temperaturah se diamant spremeni v grafit s heksagonalno strukturo.

riž. 3. Kristalne mreže grafit in diamant.

Kemijske lastnosti

Atomska struktura ogljika in njegova sposobnost, da veže štiri atome druge snovi, določata kemijske lastnosti elementa. Ogljik reagira s kovinami in tvori karbide:

• Ca + 2C → CaC 2;
• Cr + C → CrC;
• 3Fe + C → Fe 3 C.

Reagira tudi s kovinskimi oksidi:

• 2ZnO + C → 2Zn + CO 2 ;
• PbO + C → Pb + CO;
• SnO 2 + 2C → Sn + 2CO.

Pri visokih temperaturah ogljik reagira z nekovinami, zlasti vodikom, in tvori ogljikovodike:

C + 2H 2 → CH 4.

S kisikom ogljik tvori ogljikov dioksid in ogljikov monoksid:

• C + O 2 → CO 2;
• 2C + O 2 → 2СО.

Ogljikov monoksid nastaja tudi pri interakciji z vodo.