Uglerod bu Uglerod atomi. Uglerod massasi

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 05:45

Organik va noorganik tabiatning juda xilma-xil birikmalarini hosil qila oladigan eng ajoyib elementlardan biri bu ugleroddir. Bu element oʻzining xossalari boʻyicha shu qadar gʻayrioddiyki, hatto Mendeleyev ham hali oshkor etilmagan xususiyatlar haqida gapirib, uning kelajagini bashorat qilgan edi.

Keyinchalik bu amalda tasdiqlandi. Bu sayyoramizning asosiy biogen elementi ekanligi ma'lum bo'lib, u mutlaqo barcha tirik mavjudotlarning bir qismidir. Bundan tashqari, har jihatdan tubdan farq qiluvchi, lekin ayni paytda faqat uglerod atomlaridan tashkil topgan shakllarda mavjud bo'lishga qodir.

Umuman olganda, bu tuzilma juda koʻp xususiyatlarga ega va biz ularni maqola davomida koʻrib chiqishga harakat qilamiz.

Uglerod: formula va elementlar tizimidagi joy

Davriy tizimda uglerod elementi IV (14-dagi yangi modelga ko'ra) guruhda, asosiy kichik guruhda joylashgan. Uning seriya raqami 6, atom og'irligi 12.011 C belgisi bilan elementning belgilanishi uning lotincha nomini bildiradi - carboneum. Uglerod mavjud bo'lgan bir necha xil shakllar mavjud. Shuning uchun uning formulasi boshqacha va muayyan modifikatsiyaga bog'liq.

Biroq, reaksiya tenglamalarini yozish uchun belgi xosdir,Albatta bor. Umuman olganda, sof shakldagi modda haqida gap ketganda, uglerod C ning molekulyar formulasi indekslanmasdan qabul qilinadi.

Element kashfiyoti tarixi

Bu elementning o'zi qadim zamonlardan beri ma'lum. Zero, tabiatdagi eng muhim foydali qazilmalardan biri bu ko‘mirdir. Shuning uchun qadimgi yunonlar, rimliklar va boshqa millatlar uchun u sir emas edi.

Bu navdan tashqari olmos va grafit ham ishlatilgan. Uzoq vaqt davomida ikkinchisi bilan juda ko'p chalkash vaziyatlar mavjud edi, chunki ko'pincha kompozitsiyani tahlil qilmasdan, bunday birikmalar grafit uchun olinadi, masalan:

• kumush qo'rg'oshin;
• temir karbid;
• molibden sulfid.

Ularning barchasi qora rangga bo'yalgan va shuning uchun grafit hisoblangan. Keyinchalik, bu tushunmovchilik bartaraf etildi va uglerodning bu shakli o'z-o'zidan paydo bo'ldi.

1725-yildan olmoslar katta tijorat ahamiyatiga ega boʻlib, 1970-yilda ularni sunʼiy yoʻl bilan olish texnologiyasi oʻzlashtirildi. 1779 yildan beri Karl Scheele ishi tufayli uglerod ko'rsatadigan kimyoviy xususiyatlar o'rganildi. Bu ushbu element sohasidagi bir qator muhim kashfiyotlar boshlanishi edi va uning barcha noyob xususiyatlarini aniqlash uchun asos bo'ldi.

Uglerod izotoplari va tabiatda tarqalishi

Ko'rib chiqilayotgan element eng muhim biogenlardan biri bo'lishiga qaramay, uning er qobig'i massasidagi umumiy miqdori 0,15% ni tashkil qiladi. Buning sababi u doimiy aylanishga, tabiatdagi tabiiy aylanishga bo'ysunadi.

Umuman olganda, bir nechtasi boruglerod o'z ichiga olgan mineral birikmalar. Bu tabiiy zotlar:

• dolomitlar va ohaktoshlar;
• antratsit;
• neft slanetsi;
• tabiiy gaz;
• komir;
• yog;
• lignit;
• torf;
• bitum.

Bundan tashqari, uglerod birikmalarining ombori bo'lgan tirik mavjudotlarni ham unutmasligimiz kerak. Axir ular oqsillarni, yog'larni, uglevodlarni, nuklein kislotalarni hosil qildilar, bu eng muhim tarkibiy molekulalarni anglatadi. Umuman olganda, quruq tana vaznini 70 kg dan konvertatsiya qilishda 15 sof elementga to'g'ri keladi. Hayvonlar, o'simliklar va boshqa mavjudotlar haqida gapirmasa ham, har bir insonda shunday.

Agar havo va suvning tarkibini, ya'ni gidrosferani va atmosferani hisobga oladigan bo'lsak, u holda CO_{2 formulasi bilan ifodalangan uglerod-kislorod aralashmasi mavjud.. Dioksid yoki karbonat angidrid havoni tashkil etuvchi asosiy gazlardan biridir. Aynan shu shaklda uglerodning massa ulushi 0,046% ni tashkil qiladi. Okean suvlarida undan ham ko'proq karbonat angidrid erigan.}

Element sifatidagi uglerodning atom massasi 12,011. Ma'lumki, bu qiymat tabiatda mavjud bo'lgan barcha izotopik turlarning tarqalishini hisobga olgan holda atom og'irliklari orasidagi o'rtacha arifmetik qiymat sifatida hisoblanadi (foizda).). Bu ko'rib chiqilayotgan moddaga ham tegishli. Uglerod mavjud bo'lgan uchta asosiy izotop mavjud. Bu:

• ¹²S - uning katta qismidagi massa ulushi 98,93%;
• ¹³C -1,07%;
• ¹⁴C - radioaktiv, yarim yemirilish davri 5700 yil, barqaror beta-emitter.

Namunalarning geoxronologik yoshini aniqlash amaliyotida radioaktiv izotopi ¹⁴S keng qo'llaniladi, bu uning uzoq parchalanish davri tufayli indikator hisoblanadi.

Elementning allotropik modifikatsiyalari

Uglerod oddiy modda sifatida bir necha shaklda mavjud boʻlgan elementdir. Ya'ni, u bugungi kunda ma'lum bo'lgan eng ko'p allotropik modifikatsiyani yaratishga qodir.

1. Kristalli o'zgarishlar - muntazam atom tipidagi panjarali kuchli tuzilmalar shaklida mavjud. Bu guruhga quyidagilar kiradi:

• olmoslar;
• fullerenes;
• grafitlar;
• karbinlar;
• lonsdaleites;
• uglerod tolalari va quvurlari.

Ularning barchasi kristall panjaraning tuzilishida farqlanadi, uning tugunlarida uglerod atomi joylashgan. Shunday qilib, mutlaqo noyob, o'xshash bo'lmagan xususiyatlar, ham fizik, ham kimyoviy.

2. Amorf shakllar - ular ba'zi tabiiy birikmalar tarkibiga kiruvchi uglerod atomidan hosil bo'ladi. Ya'ni, bu sof navlar emas, balki oz miqdorda boshqa elementlarning aralashmalari bilan. Bu guruhga quyidagilar kiradi:

• faollashgan uglerod;
• tosh va yog'och;
• soot;
• karbonli nanofoam;
• antratsit;
• shisha uglerod;
• texnik turdagi modda.

Ularni xususiyatlar ham birlashtiradikristall panjara tuzilmalari, tushuntiruvchi va namoyon bo'ladigan xususiyatlar.

3. Uglerodning klasterlar shaklidagi birikmalari. Bunday struktura ichida atomlar suv yoki boshqa elementlarning yadrolari bilan to'ldirilgan maxsus konformatsion bo'shliqda yopiladi. Misollar:

• uglerod nanokonalari;
• astrallar;
• dikarbon.

Amorf uglerodning fizik xossalari

Allotropik modifikatsiyalarning xilma-xilligi tufayli uglerod uchun umumiy jismoniy xususiyatlarni aniqlash qiyin. Muayyan shakl haqida gapirish osonroq. Masalan, amorf uglerod quyidagi xususiyatlarga ega.

1. Barcha shakllarning markazida grafitning nozik kristalli navlari yotadi.
2. Yuqori issiqlik quvvati.
3. Yaxshi elektr o'tkazuvchanlik xususiyatlari.
4. Uglerod zichligi taxminan 2 g/sm³.
5. 1600 ⁰C dan yuqori qizdirilganda grafit shakllariga oʻtish sodir boʻladi.

Sanoat maqsadlarida kuyik, ko'mir va tosh navlari keng qo'llaniladi. Ular sof shaklda uglerod modifikatsiyasining ko'rinishi emas, lekin uni juda ko'p miqdorda o'z ichiga oladi.

Kristalli uglerod

Uglerod atomlar ketma-ket ulangan har xil turdagi muntazam kristallarni hosil qiluvchi modda boʻlgan bir nechta variant mavjud. Natijada quyidagi o'zgartirishlar hosil bo'ladi.

1. Olmos. Tuzilishi kubik bo'lib, unda to'rtta tetraedra bog'langan. Natijada, har bir atomning barcha kovalent kimyoviy aloqalarimaksimal darajada to'yingan va bardoshli. Bu jismoniy xususiyatlarni tushuntiradi: uglerodning zichligi 3300 kg/m³. Yuqori qattiqlik, past issiqlik sig'imi, elektr o'tkazuvchanligining etishmasligi - bularning barchasi kristall panjara tuzilishining natijasidir. Texnik jihatdan olingan olmoslar mavjud. Ular yuqori harorat va ma'lum bosim ta'sirida grafitning keyingi modifikatsiyaga o'tish jarayonida hosil bo'ladi. Umuman olganda, olmosning erish nuqtasi kuchga teng - taxminan 3500 ⁰C.
2. Grafit. Atomlar avvalgi moddaning tuzilishiga o'xshash tarzda joylashtirilgan, ammo faqat uchta bog'lanish to'yingan, to'rtinchisi esa uzunroq va kamroq kuchli bo'lib, panjaraning olti burchakli halqalarining "qatlamlarini" bog'laydi. Natijada, grafit teginish uchun yumshoq, yog'li qora modda ekanligi ma'lum bo'ldi. U yaxshi elektr o'tkazuvchanligiga ega va yuqori erish nuqtasiga ega - 3525 ⁰C. Sublimatsiyaga qodir - suyuq holatni chetlab o'tib, qattiq holatdan gazsimon holatga o'tish (3700 ⁰S haroratda). Uglerodning zichligi 2,26 g/sm^3, , bu olmosnikidan ancha past. Bu ularning turli xususiyatlarini tushuntiradi. Kristall panjaraning qatlamli tuzilishi tufayli qalam o'qlarini ishlab chiqarish uchun grafitdan foydalanish mumkin. Qog'oz bo'ylab surilganda, parchalar tozalanadi va qog'ozda qora iz qoldiradi.
3. Fullerenlar. Ular faqat o'tgan asrning 80-yillarida ochilgan. Ular uglerodlar markazda joylashgan maxsus konveks yopiq strukturada o'zaro bog'langan modifikatsiyalardir.bo'shliq. Va kristallning shakli - ko'pburchak, to'g'ri tashkilot. Atomlar soni juft. Fullerenning eng mashhur shakli S₆₀. Tadqiqot davomida shunga o'xshash moddaning namunalari topildi:

• meteoritlar;
• pastki cho'kmalar;
• folgurit;
• shungite;
• tashqi fazo, gazlar shaklida mavjud.

Kristalli uglerodning barcha turlari katta amaliy ahamiyatga ega, chunki ular muhandislikda foydali boʻlgan bir qator xususiyatlarga ega.

Reaktivlik

Molekulyar uglerod barqaror konfiguratsiyasi tufayli past reaktivlikni namoyish etadi. Uni faqat atomga qo'shimcha energiya berish va tashqi darajadagi elektronlarni bug'lanishga majburlash orqali reaktsiyalarga kirishga majbur qilish mumkin. Bu vaqtda valentlik 4 ga aylanadi. Shuning uchun birikmalarda u + 2, + 4, - 4 oksidlanish darajasiga ega.

Oddiy moddalar, ham metallar, ham metall bo'lmaganlar bilan deyarli barcha reaksiyalar yuqori haroratlar ta'sirida boradi. Ko'rib chiqilayotgan element ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi vosita bo'lishi mumkin. Biroq, oxirgi xususiyatlar unda ayniqsa yaqqol namoyon bo'ladi va bu uni metallurgiya va boshqa sohalarda qo'llash uchun asosdir.

Umuman olganda, kimyoviy ta'sir o'tkazish qobiliyati uchta omilga bog'liq:

• uglerodning dispersiyasi;
• allotropik modifikatsiya;
• reaktsiya harorati.

Shunday qilib, ba'zi hollarda quyidagilar bilan o'zaro ta'sir mavjudmoddalar:

• metal boʻlmaganlar (vodorod, kislorod);
• metalllar (alyuminiy, temir, k altsiy va boshqalar);
• metall oksidlari va ularning tuzlari.

Kislotalar va ishqorlar bilan, juda kamdan-kam hollarda galogenlar bilan reaksiyaga kirishmaydi. Uglerodning eng muhim xossalari bir-biri bilan uzun zanjirlar hosil qilish qobiliyatidir. Ular tsiklda yopilishi, shoxlarni hosil qilishi mumkin. Bugungi kunda millionlab organik birikmalarning hosil bo'lishi shunday. Ushbu birikmalarning asosini ikkita element - uglerod, vodorod tashkil qiladi. Boshqa atomlarni ham kiritish mumkin: kislorod, azot, oltingugurt, galogenlar, fosfor, metallar va boshqalar.

Asosiy birikmalar va ularning xarakteristikalari

Uglerodni o'z ichiga olgan juda ko'p turli xil birikmalar mavjud. Ulardan eng mashhurining formulasi CO₂ - karbonat angidriddir. Biroq, bu oksidga qo'shimcha ravishda, CO - monooksid yoki uglerod oksidi, shuningdek, suboksid C₃O₂ ham mavjud.

Ushbu elementni o'z ichiga olgan tuzlar orasida eng keng tarqalgani k altsiy va magniy karbonatlaridir. Shunday qilib, k altsiy karbonatning nomi bir nechta sinonimlarga ega, chunki u tabiatda quyidagi shaklda uchraydi:

• bo'r;
• marmar;
• ohaktosh;
• dolomit.

Ishqoriy tuproq metall karbonatlarining ahamiyati ular stalaktitlar va stalagmitlar hamda yer osti suvlarining shakllanishida faol ishtirok etishlarida namoyon boʻladi.

Karbonat kislotasi uglerod hosil qiluvchi yana bir birikma. Uning formulasiH₂CO₃. Biroq, odatdagi shaklda, u juda beqaror va eritmada darhol karbonat angidrid va suvga parchalanadi. Shuning uchun eritma sifatida faqat uning tuzlari ma'lum, o'zi emas.

Uglerod galogenidlari - asosan bilvosita olinadi, chunki to'g'ridan-to'g'ri sintez faqat juda yuqori haroratlarda va mahsulotning past rentabelligida sodir bo'ladi. Eng keng tarqalganlaridan biri - CCL₄ - uglerod tetraklorid. Nafas olishda zaharlanishga olib kelishi mumkin bo'lgan toksik birikma. Metandagi vodorod atomlarini radikal fotokimyoviy almashtirish reaksiyalari natijasida olingan.

Metal karbidlar uglerodli birikmalar boʻlib, ularda oksidlanish darajasi 4 ga teng. Bor va kremniy bilan bogʻlanish ham mumkin. Ba'zi metallar (alyuminiy, volfram, titan, niobiy, tantal, gafniy) karbidlarining asosiy xususiyati yuqori quvvat va mukammal elektr o'tkazuvchanligidir. Bor karbid V₄S olmosdan keyingi eng qattiq moddalardan biridir (Mohs bo'yicha 9,5). Ushbu birikmalar mashinasozlikda, shuningdek, kimyo sanoatida uglevodorodlar olish manbalari sifatida ishlatiladi (suv bilan k altsiy karbid asetilen va k altsiy gidroksid hosil bo'lishiga olib keladi).

Ko'pgina metall qotishmalari uglerod yordamida ishlab chiqariladi va shu bilan ularning sifati va texnik xususiyatlarini sezilarli darajada oshiradi (po'lat - temir va uglerod qotishmasi).

Alohida e'tibor uglerodning ko'plab organik birikmalariga loyiqdir, ularda u bir xil atomlar bilan turli tuzilishdagi uzun zanjirlarga birlasha oladigan asosiy element hisoblanadi. Bunga quyidagilar kiradi:

• alkanlar;
• alkenlar;
• arenalar;
• oqsillar;
• uglevodlar;
• nuklein kislotalar;
• spirtli ichimliklar;
• karboksilik kislotalar va boshqa ko'plab moddalar sinflari.

Ugleroddan foydalanish

Uglerod birikmalarining va uning allotropik modifikatsiyalarining inson hayotidagi ahamiyati juda katta. Bu haqiqat ekanligini tushunish uchun bir nechta eng global tarmoqlarni nomlashingiz mumkin.

1. Bu element inson energiya oladigan barcha turdagi qazib olinadigan yoqilg'ilarni hosil qiladi.
2. Metallurgiya sanoati ugleroddan ularning birikmalaridan metallar olish uchun eng kuchli qaytaruvchi vosita sifatida foydalanadi. Bu erda karbonatlar ham keng qo'llaniladi.
3. Qurilish va kimyo sanoati yangi moddalarni sintez qilish va kerakli mahsulotlarni olish uchun katta miqdorda uglerod birikmalarini iste'mol qiladi.

Iqtisodiyotning shunday tarmoqlarini ham nomlashingiz mumkin:

• yadro sanoati;
• zargarlik buyumlari;
• texnik jihozlar (moylash materiallari, issiqqa chidamli tigellar, qalamlar va boshqalar);
• toshlarning geologik yoshini aniqlash - radioaktiv izlovchi ¹⁴S;
• uglerod ajoyib adsorbent boʻlib, uni filtrlar tayyorlash uchun mos qiladi.

Tabiatdagi aylanish

Tabiatda topilgan uglerod massasi dunyo bo'ylab har soniyada aylanadigan doimiy tsiklga kiritilgan. Shunday qilib, uglerodning atmosfera manbai - CO₂ so'riladi.o'simliklardir va nafas olish jarayonida barcha tirik mavjudotlar tomonidan chiqariladi. Atmosferaga tushgandan so'ng, u yana so'riladi va shuning uchun tsikl to'xtamaydi. Shu bilan birga, organik qoldiqlarning nobud bo'lishi uglerodning ajralib chiqishiga va uning erda to'planishiga olib keladi, u erdan u yana tirik organizmlar tomonidan so'riladi va gaz shaklida atmosferaga chiqariladi.