Elementning xarakteristikasi

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

Izotoplar: 12 C (98,892%); 13 C (1,108%); 14 C (radioaktiv)

Yer qobig'idagi Klark og'irligi bo'yicha 0,48%. Joylashuv shakllari:

erkin shaklda (ko'mir, olmos);

karbonatlar tarkibida (CaCO 3, MgCO 3 va boshqalar);

qazib olinadigan yoqilg'ilar (ko'mir, neft, gaz) tarkibida;

CO 2 shaklida - atmosferada (hajm bo'yicha 0,03%);

okeanlarda - HCO 3 - anionlar shaklida;

tirik materiya tarkibida (-18% uglerod).

Uglerod birikmalarining kimyosi asosan organik kimyodir. Noorganik kimyo kursida quyidagi C li moddalar o'rganiladi: erkin uglerod, oksidlar (CO va CO 2), karbonat kislotasi, karbonatlar va bikarbonatlar.

Erkin uglerod. Allotropiya.

Erkin holatda uglerod 3 ta allotropik modifikatsiyani hosil qiladi: olmos, grafit va sun'iy ravishda olingan karbin. Uglerodning bu modifikatsiyalari kristall-kimyoviy tuzilishi va fizik xususiyatlari bilan farqlanadi.

Olmos

Olmos kristalida har bir uglerod atomi atrofida teng masofada joylashgan to'rtta boshqa atom bilan kuchli kovalent bog'lar bilan bog'langan.

Barcha uglerod atomlari sp 3 gibridlanish holatidadir. Olmosning atom kristalli panjarasi tetraedral tuzilishga ega.

Olmos rangsiz, shaffof, sinishi yuqori moddadir. U barcha ma'lum moddalar orasida eng yuqori qattiqlikka ega. Olmos mo'rt, o'tga chidamli, issiqlik va elektr tokini yomon o'tkazadi. Qo'shni uglerod atomlari orasidagi kichik masofalar (0,154 nm) olmosning ancha yuqori zichligini (3,5 g / sm 3) aniqlaydi.

Grafit

Grafitning kristall panjarasida har bir uglerod atomi sp 2 gibridlanish holatida bo‘ladi va bir qatlamda joylashgan uglerod atomlari bilan uchta kuchli kovalent bog‘ hosil qiladi. Bu bog'lanishlarni hosil qilishda har bir atomning uchta elektroni - uglerod ishtirok etadi, to'rtinchi valentlik elektronlari esa n-bog'larni hosil qiladi va nisbatan erkin (harakatchan). Ular grafitning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligini aniqlaydi.

Xuddi shu tekislikdagi qo'shni uglerod atomlari orasidagi kovalent bog'ning uzunligi 0,152 nm, turli qatlamlardagi C atomlari orasidagi masofa esa 2,5 marta katta, shuning uchun ular orasidagi bog'lanishlar zaifdir.

Grafit - shaffof, yumshoq, teginish uchun yog'li, kulrang-qora rangdagi metall nashrida; issiqlik va elektr tokini yaxshi o'tkazadi. Grafit olmosdan pastroq zichlikka ega va osonlik bilan ingichka bo'laklarga bo'linadi.

Nozik kristalli grafitning tartibsiz tuzilishi amorf uglerodning turli shakllarining tuzilishi asosida yotadi, ulardan eng muhimi koks, qo'ng'ir va qora ko'mirlar, kuyik va faol (faol) ugleroddir.

Karbin

Uglerodning bu allotropik modifikatsiyasi asetilenning katalitik oksidlanishi (degidropolikondensatsiyasi) orqali olinadi. Karbin ikki shaklga ega bo'lgan zanjirli polimerdir:

C=C-C=C-... va...=C=C=C=

Karbin yarimo'tkazgich xususiyatlariga ega.

Uglerodning kimyoviy xossalari

Oddiy haroratda uglerodning ikkala modifikatsiyasi (olmos va grafit) kimyoviy jihatdan inertdir. Grafitning nozik kristalli shakllari - koks, kuyikish, Faollashtirilgan uglerod- ko'proq reaktiv, lekin, qoida tariqasida, ular yuqori haroratgacha oldindan qizdirilgandan keyin.

C - faol kamaytiruvchi vosita:

1. Kislorod bilan o'zaro ta'siri

C + O 2 \u003d CO 2 + 393,5 kJ (O 2 dan ortiq)

2C + O 2 \u003d 2CO + 221 kJ (O 2 etishmasligi bilan)

Ko'mirni yoqish eng muhim energiya manbalaridan biridir.

2. Ftor va oltingugurt bilan o'zaro ta'siri.

C + 2F 2 = CF 4 uglerod tetraflorid

C + 2S \u003d CS 2 uglerod disulfidi

3. Koks sanoatda ishlatiladigan eng muhim qaytaruvchi moddalardan biridir. Metallurgiyada u oksidlardan metallar ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, masalan:

ZS + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + ZSO

C + ZnO = Zn + CO

4. Uglerod ishqoriy va ishqoriy tuproq metallar oksidlari bilan oʻzaro taʼsirlashganda qaytarilgan metall uglerod bilan birikib karbid hosil qiladi. Masalan: 3C + CaO \u003d CaC 2 + CO kaltsiy karbid

5. Koks kremniy olish uchun ham ishlatiladi:

2C + SiO 2 \u003d Si + 2CO

6. Koksning ortiqcha miqdori bilan kremniy karbid (karborund) SiC hosil bo'ladi.

"Suv gazi" ni olish (qattiq yoqilg'ini gazlashtirish)

Issiq ko'mir orqali suv bug'ini o'tkazish orqali CO va H 2 ning yonuvchan aralashmasi olinadi, bu suv gazi deb ataladi:

C + H 2 O \u003d CO + H 2

7. Oksidlovchi kislotalar bilan reaksiyalar.

Faollashtirilgan yoki ko'mir qizdirilganda konsentrlangan kislotalardan NO 3 - va SO 4 2 - anionlarini tiklaydi:

C + 4HNO 3 \u003d CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 \u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

8. Erigan nitratlar bilan reaksiyalar ishqoriy metallar

KNO 3 va NaNO 3 eritmalarida ezilgan ko'mir ko'r-ko'rona olov paydo bo'lishi bilan intensiv yonadi:

5C + 4KNO 3 \u003d 2K 2 CO 3 + ZCO 2 + 2N 2

C - past faol oksidlovchi:

1. Bilan tuzga o'xshash karbidlarning hosil bo'lishi faol metallar.

Uglerodning metall bo'lmagan xususiyatlarining sezilarli darajada zaiflashishi uning oksidlovchi vosita sifatidagi funktsiyalari qaytaruvchi funktsiyalarga qaraganda ancha kam darajada namoyon bo'lishi bilan ifodalanadi.

2. Faqat faol metallar bilan reaktsiyalarda uglerod atomlari manfiy zaryadlangan C -4 va (C \u003d C) 2- ionlariga o'tib, tuzga o'xshash karbidlarni hosil qiladi:

ZS + 4Al \u003d Al 4 C 3 alyuminiy karbid

2C + Ca \u003d CaC 2 kaltsiy karbid

3. Ion tipidagi karbidlar juda beqaror birikmalar bo’lib, ular kislota va suv ta’sirida oson parchalanadi, bu manfiy zaryadlangan uglerod anionlarining beqarorligini ko’rsatadi:

Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d ZSN 4 + 4Al (OH) 3

CaC 2 + 2H 2 O \u003d C 2 H 2 + Ca (OH) 2

4. Metallar bilan kovalent birikmalarning hosil bo'lishi

O'tish metallari bilan uglerod aralashmalarining eritmalarida karbidlar asosan kovalent turdagi bog'lanish bilan hosil bo'ladi. Ularning molekulalari o'zgaruvchan tarkibga ega va moddalar umuman qotishmalarga yaqin. Bunday karbidlar yuqori darajada chidamli, ular suv, kislotalar, ishqorlar va boshqa ko'plab reagentlarga nisbatan kimyoviy jihatdan inertdir.

5. Vodorod bilan o'zaro ta'siri

Yuqori T va Pda nikel katalizatori ishtirokida uglerod vodorod bilan birlashadi:

C + 2HH 2 → CNN 4

Reaksiya juda teskari va amaliy ahamiyatga ega emas.

Olmosning tuzilishi (a) va grafit (b)

Uglerod(lotin karboniy) - C, Mendeleyev davriy tizimining IV guruhining kimyoviy elementi, atom raqami 6, atom massasi 12.011. Tabiatda olmos, grafit yoki fulleren kristallari shaklida va boshqa shakllarda uchraydi va organik (ko'mir, neft, hayvonot va o'simlik organizmlari va boshqalar) tarkibiga kiradi. organik moddalar(ohaktosh, Pishiriq sodasi va boshq.). Uglerod keng tarqalgan, ammo uning er qobig'idagi miqdori atigi 0,19% ni tashkil qiladi.

Uglerod oddiy moddalar shaklida keng qo'llaniladi. Mavzu bo'lgan qimmatbaho olmoslardan tashqari zargarlik buyumlari, katta ahamiyatga ega sanoat olmoslari bor - silliqlash va kesish asboblarini ishlab chiqarish uchun. Ko'mir va uglerodning boshqa amorf shakllari gazlarni rangsizlantirish, tozalash, adsorbsiyalash uchun, rivojlangan sirtga ega adsorbentlar talab qilinadigan texnologiya sohalarida qo'llaniladi. Karbidlar, uglerodning metallar bilan, shuningdek, bor va kremniy bilan birikmalari (masalan, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) yuqori qattiqlik bilan ajralib turadi va abraziv va kesish asboblarini tayyorlash uchun ishlatiladi. Uglerod po'lat va qotishmalarda elementar holatda va karbidlar shaklida mavjud. Po'lat quyma sirtining uglerod bilan to'yinganligi at yuqori harorat(tsementlash) sirt qattiqligi va aşınma qarshiligini sezilarli darajada oshiradi.

Tarix ma'lumotnomasi

Grafit, olmos va amorf uglerod qadimgi davrlardan beri ma'lum. Boshqa materiallarni grafit bilan belgilash mumkinligi uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lib, "grafit" nomidan kelib chiqadi. yunoncha so'z, "yozish" degan ma'noni anglatuvchi 1789 yilda A. Verner tomonidan taklif qilingan. Biroq, grafitning tarixi chalkash, ko'pincha tashqi o'xshash moddalarga ega. jismoniy xususiyatlar, masalan, molibdenit (molibden sulfid), bir vaqtning o'zida grafit hisoblangan. Grafitning boshqa nomlari qatorida "qora qo'rg'oshin", "temir karbid", "kumush qo'rg'oshin" ma'lum.

1779 yilda K. Scheele grafitni havo bilan oksidlanib, karbonat angidrid hosil qilish mumkinligini aniqladi. Birinchi marta olmos Hindistonda qo'llanila boshlandi va Braziliyada qimmatbaho toshlar 1725 yilda tijorat ahamiyatiga ega bo'ldi; depozitlar Janubiy Afrika 1867 yilda ochilgan.

20-asrda Asosiy olmos ishlab chiqaruvchilari - Janubiy Afrika, Zair, Botsvana, Namibiya, Angola, Syerra-Leone, Tanzaniya va Rossiya. Texnologiyasi 1970 yilda yaratilgan sun'iy olmos sanoat maqsadlarida ishlab chiqariladi.

Xususiyatlari

Uglerodning to'rtta kristalli modifikatsiyasi ma'lum:

• grafit,
• olmos,
• karabin,
• lonsdaleit.

Grafit- kulrang-qora, shaffof bo'lmagan, teginish uchun yog'li, qobiqli, metall nashrida juda yumshoq massa. Xona haroratida va normal bosimda (0,1 MN/m2 yoki 1 kgf/sm2) grafit termodinamik jihatdan barqaror.

Olmos- juda qattiq, kristall modda. Kristallar kubik yuz markazli panjaraga ega. Xona haroratida va normal bosimda olmos metastabildir. Olmosning grafitga sezilarli o'zgarishi vakuumda yoki inert atmosferada 1400 ° C dan yuqori haroratlarda kuzatiladi. Atmosfera bosimida va taxminan 3700 ° S haroratda grafit sublimatsiyalanadi.

Suyuq uglerodni 10,5 MN / m2 (105 kgf / sm2) dan yuqori bosim va 3700 ° S dan yuqori haroratlarda olish mumkin. Qattiq uglerod (koks, kuyikish, ko'mir) ham tartibsiz tuzilishga ega bo'lgan davlat bilan tavsiflanadi - "amorf" uglerod deb ataladi, bu mustaqil modifikatsiya emas; uning tuzilishi nozik taneli grafit tuzilishiga asoslangan. "Amorf" uglerodning ba'zi navlarini havosiz 1500-1600 ° C dan yuqori isitish ularning grafitga aylanishiga olib keladi.

"Amorf" uglerodning fizik xususiyatlari zarrachalarning tarqalishiga va aralashmalarning mavjudligiga juda bog'liq. "Amorf" uglerodning zichligi, issiqlik sig'imi, issiqlik o'tkazuvchanligi va elektr o'tkazuvchanligi har doim grafitdan yuqori.

Karbin sun'iy ravishda olingan. Bu qora rangdagi nozik kristalli kukun (zichligi 1,9-2 g / sm 3). Atomlarning uzun zanjirlaridan qurilgan Bilan bir-biriga parallel yotqizilgan.

Lonsdaleit meteoritlarda topilgan va sun'iy ravishda olingan; uning tuzilishi va xossalari nihoyat aniqlanmagan.

Uglerodning xossalari
atom raqami		6
Atom massasi		12,011
Izotoplar:	barqaror	12, 13
	beqaror	8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
Erish harorati		3550 ° S
Qaynatish harorati		4200°S
Zichlik		1,9-2,3 g / sm 3 (grafit) 3,5-3,53 g / sm 3 (olmos)
Qattiqlik (Mohs)		1-2
Yer qobig'idagi tarkib (massa)		0,19%
Oksidlanish holatlari		-4; +2; +4

Qotishmalar

Chelik

Koks metallurgiyada qaytaruvchi sifatida ishlatiladi. Ko'mir - zarbxonalarda porox (75% KNO 3 + 13% C + 12% S) olish uchun, gazlarni singdirish (adsorbsiya), shuningdek kundalik hayotda. Soot kauchuk plomba sifatida, qora bo'yoqlar - bosma siyoh va siyoh ishlab chiqarish uchun, shuningdek quruq galvanik kameralarda ishlatiladi. Shishasimon uglerod yuqori agressiv muhitlar uchun uskunalar ishlab chiqarishda, shuningdek, aviatsiya va astronavtikada qo'llaniladi.

Faollashtirilgan ko'mir gazlar va suyuqliklardan zararli moddalarni o'zlashtiradi: ular gaz maskalarini, tozalash tizimlarini to'ldiradi, u tibbiyotda zaharlanish uchun ishlatiladi.

Uglerod barcha organik moddalarning asosidir. Har bir tirik organizm asosan ugleroddan iborat. Uglerod hayotning asosidir. Tirik organizmlar uchun uglerod manbai odatda atmosfera yoki suvdan CO 2 dir. Fotosintez natijasida u biologik kiradi oziq-ovqat zanjirlari, bunda tirik mavjudotlar bir-birlarini yoki bir-birining qoldiqlarini eyishadi va shu bilan o'z tanalarini qurish uchun uglerodni ajratib olishadi. biologik tsikl uglerod oksidlanadi va atmosferaga qayta chiqariladi yoki ko'mir yoki neft sifatida ko'miladi.

Radioaktiv izotop 14 C dan foydalanish molekulyar biologiyaning oqsil biosintezi va uzatish mexanizmlarini o'rganishdagi muvaffaqiyatiga hissa qo'shdi. irsiy ma'lumotlar. Uglerodli organik qoldiqlardagi 14 C ning o'ziga xos faolligini aniqlash ularning yoshini aniqlash imkonini beradi, bu paleontologiya va arxeologiyada qo'llaniladi.

Manbalar

Kimyoviy elementlar va materiallar
Kimyoviy elementlar	Azot. Argon. Vodorod. Geliy. Temir . Kaltsiy. Kislorod. Kremniy. Magniy. Marganets.

Erdagi organik hayot uglerod birikmalari bilan ifodalanadi. Element asosiy komponentlarning bir qismidir hujayra tuzilmalari: oqsillar, uglevodlar va yog'lar, shuningdek, irsiyat moddasining asosini tashkil qiladi - dezoksiribonuklein kislotasi. Noorganik tabiatda uglerod hosil bo'lgan eng keng tarqalgan elementlardan biridir er qobig'i va sayyora atmosferasi. Organik kimyo kimyo fanining bo'limi sifatida to'liq kimyoviy element uglerod va uning birikmalarining xususiyatlariga bag'ishlangan. Bizning maqolamiz uglerodning fizik-kimyoviy xususiyatlarini va uning xususiyatlarining xususiyatlarini ko'rib chiqadi.

Mendeleyev davriy sistemasidagi elementning o‘rni

Uglerod kichik guruhi IV guruhning asosiy kichik guruhi bo'lib, u ugleroddan tashqari kremniy, germaniy, qalay va qo'rg'oshinni ham o'z ichiga oladi. Ro'yxatdagi barcha elementlar tashqi energiya darajasining bir xil tuzilishiga ega, ularda to'rtta elektron joylashgan. Bu ularning kimyoviy xossalarining o'xshashligini aniqlaydi. Oddiy holatda kichik guruh elementlari ikki valentli bo'lib, ularning atomlari qo'zg'aluvchan holatga o'tganda, ular 4 ga teng valentlikni namoyon qiladi. Fizik va Kimyoviy xossalari uglerod uning atomining elektron qobiqlari holatiga bog'liq. Shunday qilib, kislorod bilan reaksiyaga kirishganda, zarralari qo'zg'almas holatda bo'lgan element indifferent oksidi CO hosil qiladi. Qo'zg'atilgan holatdagi uglerod atomlari kislotali xususiyatga ega bo'lgan karbonat angidridga oksidlanadi.

Tabiatdagi uglerod shakllari

Olmos, grafit va karbin oddiy modda sifatida uglerodning uchta allotropik modifikatsiyasidir. Shaffof kristallar bilan yuqori daraja tabiatdagi eng qattiq birikmalar bo'lgan yorug'lik nurlarining sinishi - bu olmoslar. Ular issiqlikni yomon o'tkazuvchilar va dielektriklardir. Kristal panjara atomik, juda kuchli. Unda elementning har bir atomi boshqa to'rtta zarracha bilan o'ralgan bo'lib, muntazam tetraedr hosil qiladi.

Uglerod hosil qiluvchi grafitning butunlay boshqacha fizik-kimyoviy xossalari. To'q kulrang kristall moddasi teginish uchun yog'li. U qatlamli tuzilishga ega, atomlar qatlamlari orasidagi masofalar juda katta, ularning jozibador kuchlari zaif. Shuning uchun, grafit tayoqchaga bosilganda, modda yupqa bo'laklarga bo'linadi. Ular qog'ozda qorong'u iz qoldiradilar. Grafit issiqlik o'tkazuvchanligi va elektr o'tkazuvchanligi bo'yicha metallardan bir oz pastroqdir.

Elektr tokini o'tkazish qobiliyati moddaning kristalining tuzilishi bilan izohlanadi. Unda uglerod zarralari kuchli kovalent aloqalar yordamida yana uchtasi bilan bog'lanadi. kimyoviy bog'lanishlar. Har bir atomning to'rtinchi valentlik elektroni erkin qoladi va moddaning qalinligida harakatlana oladi. Salbiy zaryadlangan zarralarning yo'naltirilgan harakati va ko'rinishini keltirib chiqaradi elektr toki. Grafitni qo'llash sohalari xilma-xildir. Shunday qilib, u elektrotexnikada elektrodlar ishlab chiqarish va elektroliz jarayoni uchun ishlatiladi, ular yordamida, masalan, sof gidroksidi metallar olinadi. Grafit yadroviy reaktorlarda neytron moderatori sifatida ularda sodir bo'ladigan zanjirli reaktsiyalar tezligini nazorat qilish uchun qo'llanilishini topdi. Ma'lumki, moddadan mexanizmlarning ishqalanish qismlarida shifer tayoqchalari yoki moylash materiallari sifatida ishlatiladi.

Karbin nima?

Shishasimon porloq qora kristall kukun - karbin. U 20-asrning o'rtalarida Rossiyada sintez qilingan. Ushbu modda qattiqligida grafitdan oshib ketadi, kimyoviy jihatdan passiv, yarimo'tkazgichning xususiyatlariga ega va uglerodning eng barqaror modifikatsiyasi hisoblanadi. Bog'lanish grafitdan kuchliroqdir. Uglerodning kimyoviy xossalari bir-biridan farq qiladigan bunday shakllari ham mavjud. Bular kuyikish, ko'mir va koksdir.

Har xil xususiyatlar uglerodning allotropik modifikatsiyalari ularning kristall panjaralarining tuzilishi bilan izohlanadi. Bu rangsiz va hidsiz o'tga chidamli moddadir. DA organik erituvchilar erimaydigan, lekin qattiq eritmalar hosil qilish qobiliyatiga ega - qotishmalar, masalan, temir bilan.

Uglerodning kimyoviy xossalari

Uglerod reaksiyaga kirishadigan moddaga qarab, u ikki tomonlama xususiyatni namoyon qilishi mumkin: ham qaytaruvchi, ham oksidlovchi. Masalan, koksni metallar bilan eritib, ularning birikmalari - karbidlar olinadi. Vodorod bilan reaksiyaga kirishib, uglevodorodlar hosil bo'ladi. Bular organik birikmalar, masalan, metan, etilen, asetilen bo'lib, ularda metallardagi kabi uglerod oksidlanish darajasi -4 ga teng. Qayta tiklash kimyoviy reaksiyalar Biz o'rganayotgan uglerod, uning kislorod, galogenlar, suv va asosiy oksidlar bilan o'zaro ta'sirida namoyon bo'ladi.

Uglerod oksidlari

Ko'mirni kislorod miqdori past havoda yoqish orqali, uglerod oksidi- ikki valentli uglerod oksidi. Bu rangsiz, hidsiz va juda zaharli. Nafas olish jarayonida qon gemoglobin bilan birlashib, uglerod oksidi bo'ylab tarqaladi inson tanasi, zaharlanishga, keyin esa asfiksiyadan o'limga olib keladi. Tasniflashda modda inferent oksidlar o'rnini egallaydi, suv bilan reaksiyaga kirishmaydi, unga asos ham, kislota ham mos kelmaydi. 4 valentlikka ega bo'lgan uglerodning kimyoviy xossalari ilgari muhokama qilingan xususiyatlardan farq qiladi.

Karbonat angidrid

15 haroratda va bir atmosfera bosimida rangsiz gazsimon modda qattiq fazaga o'tadi. Bu quruq muz deb ataladi. CO 2 molekulalari qutbsiz, ammo kislorod va uglerod atomlari orasidagi kovalent bog'lanish qutbli. Murakkab kislotali oksidlarga tegishli. Suv bilan o'zaro ta'sirlashganda, u karbonat kislota hosil qiladi. Karbonat angidrid va oddiy moddalar o'rtasidagi reaktsiyalar ma'lum: metallar va metall bo'lmaganlar, masalan, magniy, kaltsiy yoki koks bilan. Ularda u oksidlovchi vosita rolini o'ynaydi.

Karbonat angidridga sifatli reaktsiya

O'rganilayotgan gaz haqiqatan ham uglerod oksidi CO 2 ekanligiga ishonch hosil qilish uchun noorganik kimyoda quyidagi tajriba o'tkaziladi: modda ohak suvining shaffof eritmasidan o'tkaziladi. Kaltsiy karbonatning oq cho'kmasining cho'kishi tufayli eritmaning loyqaligini kuzatish reagent aralashmasida karbonat angidrid molekulalarining mavjudligini tasdiqlaydi. Gazning kaltsiy gidroksid eritmasi orqali keyingi o'tishi bilan CaCO 3 cho'kmasi suvda eruvchan tuz bo'lgan kaltsiy bikarbonatga aylanishi tufayli eriydi.

Yuqori o'choq jarayonida uglerodning roli

Uglerodning kimyoviy xossalari ishlatiladi sanoat ishlab chiqarish uning rudalaridan temir: magnit, qizil yoki jigarrang temir rudasi. Ular orasida uglerod va oksidlarning - uglerod oksidi va karbonat angidridning qaytaruvchi xususiyatlari bo'ladi. Yuqori pechda sodir bo'ladigan jarayonlarni quyidagi reaktsiyalar ketma-ketligi sifatida ko'rsatish mumkin:

• Birinchidan, koks 1850 ° C gacha qizdirilgan havo oqimida karbonat angidrid hosil bo'lishi bilan yonadi: C + O 2 = CO 2.
• Issiq ugleroddan o'tib, u uglerod oksidiga qaytariladi: CO 2 + C = 2CO.
• Uglerod oksidi temir javhari bilan reaksiyaga kirishadi, natijada temir oksidi hosil bo'ladi: 3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2Fe 3 O 4 + CO 2, Fe 3 O 4 + CO \u003d 3FeO + CO 2.
• Temir ishlab chiqarish reaktsiyasi quyidagi shaklga ega bo'ladi: FeO + CO \u003d Fe + CO 2

Eritilgan temir uglerod va uglerod oksidi aralashmasini o'zida eritib yuboradi, natijada modda - sementit hosil bo'ladi.

Domna pechida eritilgan quyma temir, temirdan tashqari, 4,5% gacha uglerod va boshqa aralashmalarni o'z ichiga oladi: marganets, fosfor, oltingugurt. Cho‘yandan bir qancha jihatlari bilan, masalan, dumalab, zarb qilish qobiliyati bilan farq qiluvchi po‘lat tarkibida bor-yo‘g‘i 0,3-1,7% uglerod bor. Chelik buyumlar topildi keng qo'llanilishi deyarli barcha tarmoqlarda: mashinasozlik, metallurgiya, tibbiyot.

Maqolamizda uglerod va uning birikmalarining qanday kimyoviy xossalari ishlatilishini bilib oldik turli sohalar inson faoliyati.

Ushbu kitobda "uglerod" so'zi tez-tez uchraydi: yashil barg va temir haqidagi hikoyalarda, plastmassa va kristallar haqida va boshqa ko'plab hikoyalarda. Uglerod - "ko'mir ko'taruvchi" - eng ajoyiblaridan biri kimyoviy elementlar. Uning tarixi Yerdagi hayotning paydo bo'lishi va rivojlanishi tarixidir, chunki u Yerdagi barcha hayotning bir qismidir.

Uglerod nimaga o'xshaydi?

Keling, ba'zi tajribalar qilaylik. Shakarni oling va havosiz qizdiring. U avval eriydi, jigarrang rangga aylanadi, keyin esa qora rangga aylanadi va ko'mirga aylanadi va suv chiqaradi. Agar hozir bu ko'mirni ishtirokida qizdirsak, u qoldiqsiz yonadi va aylanadi. Shunday qilib, shakar ko'mir va suvdan (shakar, aytmoqchi, uglevod deb ataladi) va "shakar" ko'mirdan iborat edi - bu, aftidan, toza uglerod chunki karbonat angidrid uglerod va kislorod birikmasidir. Demak, uglerod qora, yumshoq kukundir.

Keling, qalamlar tufayli sizga yaxshi ma'lum bo'lgan kulrang yumshoq grafit toshini olaylik. Agar u kislorodda qizdirilsa, u ham ko'mirdan bir oz sekinroq bo'lsa-da, qoldiqsiz yonadi va karbonat angidrid yoqilgan qurilmada qoladi. Demak, grafit ham sof uglerodmi? Albatta, lekin bu hammasi emas.

Agar olmos xuddi shu asbobda kislorodda qizdirilsa, shaffof porlash paydo bo'ladi qimmatbaho tosh, barcha minerallarning eng qattiqi, u ham yonib, karbonat angidridga aylanadi. Agar siz olmosni kislorodsiz qizdirsangiz, u grafitga aylanadi va juda ham yuqori bosimlar va haroratlarda grafitdan olmos olish mumkin.

Shunday qilib, ko'mir, grafit va olmos turli shakllar bitta va bir xil element - uglerodning mavjudligi.

Bundan ham ajablanarlisi shundaki, uglerodning juda ko'p turli xil birikmalarda "ishtirok etish" qobiliyatidir (shuning uchun "uglerod" so'zi ushbu kitobda tez-tez uchraydi).

Davriy tizimning 104 elementi qirq mingdan ortiq o'rganilgan birikmalarni hosil qiladi. Va milliondan ortiq birikmalar allaqachon ma'lum, ularning asosi ugleroddir!

Bu xilma-xillikning sababi shundaki, uglerod atomlari bir-biri bilan va boshqa atomlar bilan birlasha oladi. kuchli aloqa, zanjirlar, halqalar va boshqa shakllar shaklida kompleks hosil qiluvchi. Jadvaldagi ugleroddan tashqari hech qanday element bunga qodir emas.

Uglerod atomlaridan qurish mumkin bo'lgan cheksiz sonli raqamlar va shuning uchun cheksiz miqdordagi mumkin bo'lgan birikmalar mavjud. Bu juda bo'lishi mumkin oddiy moddalar, masalan, yorug'lik gazi metan, uning molekulasida to'rtta atom bitta uglerod atomi bilan bog'langan va shu qadar murakkabki, ularning molekulalarining tuzilishi hali aniqlanmagan. Bunday moddalarga quyidagilar kiradi

Uglerod (C) odatiy metall bo'lmagan; ichida davriy tizim IV guruhning 2-davrida, asosiy kichik guruhda. Tartib raqami 6, Ar = 12,011 amu, yadro zaryadi +6.

Jismoniy xususiyatlar: uglerod ko'plab allotropik modifikatsiyalarni hosil qiladi: olmos eng qattiq moddalardan biri grafit, ko'mir, kuyik.

Uglerod atomida 6 ta elektron bor: 1s 2 2s 2 2p 2 . Oxirgi ikkita elektron alohida p-orbitallarda joylashgan va juftlashtirilmagan. Aslida, bu juftlik bitta orbitalni egallashi mumkin edi, ammo bu holda elektronlararo itarilish kuchli kuchayadi. Shu sababli, ulardan biri 2p x, ikkinchisi esa 2p y ni oladi , yoki 2p z-orbitallar.

Tashqi qatlamning s- va p-kichik darajalari energiyalari orasidagi farq kichik, shuning uchun atom juda oson qo'zg'aluvchan holatga o'tadi, bunda 2s-orbitaldan ikkita elektrondan biri erkin holatga o'tadi. 2r. 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 konfiguratsiyaga ega boʻlgan valentlik holati yuzaga keladi. . Aynan shu uglerod atomining holati olmos panjarasi - tetraedralga xosdir fazoviy tartibga solish gibrid orbitallar, bir xil uzunlik va bog'lanish energiyasi.

Ma'lumki, bu hodisa deyiladi sp 3 - gibridlanish, va olingan funksiyalar sp 3 -gibriddir . To'rtta sp 3 bog'lanishining shakllanishi uglerod atomini uchtadan ko'ra barqarorroq holat bilan ta'minlaydi rr- va bitta s-s-bog'. Uglerod atomida sp 3 gibridlanishidan tashqari sp 2 va sp gibridlanishi ham kuzatiladi. . Birinchi holda, o'zaro bog'liqlik mavjud s- va ikkita p-orbital. Bir xil tekislikda bir-biriga 120 ° burchak ostida joylashgan uchta ekvivalent sp 2 - gibrid orbitallar hosil bo'ladi. Uchinchi orbital p o'zgarmagan va tekislikka perpendikulyar yo'naltirilgan sp2.

Sp gibridlanishida s va p orbitallari ustma-ust tushadi. Hosil bo'lgan ikkita ekvivalent gibrid orbital o'rtasida 180 ° burchak hosil bo'ladi, atomlarning har birining ikkita p-orbitali esa o'zgarishsiz qoladi.

Uglerodning allotropiyasi. olmos va grafit

Grafit kristalida uglerod atomlari parallel tekisliklarda joylashgan bo'lib, ulardagi muntazam olti burchakli burchaklarni egallaydi. Uglerod atomlarining har biri uchta qo'shni sp 2 gibrid aloqalari bilan bog'langan. Parallel tekisliklar o'rtasida ulanish van der Waals kuchlari tufayli amalga oshiriladi. Har bir atomning erkin p-orbitallari kovalent bog'lanish tekisliklariga perpendikulyar yo'naltirilgan. Ularning bir-birining ustiga chiqishi uglerod atomlari orasidagi qo'shimcha p-bog'lanishni tushuntiradi. Shunday qilib, dan uglerod atomlari moddada bo'lgan valentlik holati, bu moddaning xususiyatlari bog'liq.

Uglerodning kimyoviy xossalari

Eng xarakterli oksidlanish holatlari: +4, +2.

Da past haroratlar uglerod inert, lekin qizdirilganda uning faolligi ortadi.

Uglerod kamaytiruvchi vosita sifatida:

- kislorod bilan
C 0 + O 2 - t ° \u003d CO 2 karbonat angidrid
kislorod etishmasligi bilan - to'liq bo'lmagan yonish:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O uglerod oksidi

- ftor bilan
C + 2F 2 = CF 4

- bug 'bilan
C 0 + H 2 O - 1200 ° \u003d C + 2 O + H 2 suv gazi

- metall oksidlari bilan. Shu tarzda rudadan metall eritiladi.
C 0 + 2CuO - t ° \u003d 2Cu + C +4 O 2

- kislotalar bilan - oksidlovchi moddalar:
C 0 + 2H 2 SO 4 (konk.) \u003d C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S 0 + 4HNO 3 (konk.) = S +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- oltingugurt bilan uglerod disulfidi hosil qiladi:
C + 2S 2 \u003d CS 2.

Oksidlovchi vosita sifatida uglerod:

- ba'zi metallar bilan karbidlar hosil qiladi

4Al + 3C 0 \u003d Al 4 C 3

Ca + 2C 0 \u003d CaC 2 -4

- vodorod - metan bilan (shuningdek, ko'p miqdordagi organik birikmalar)

C 0 + 2H 2 \u003d CH 4

- kremniy bilan karborund hosil qiladi (elektr pechda 2000 ° C da):

Tabiatda uglerodni topish

Erkin uglerod olmos va grafit shaklida uchraydi. Aralashmalar shaklida uglerod minerallarda uchraydi: bo'r, marmar, ohaktosh - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 * CaCO 3; bikarbonatlar - Mg (HCO 3) 2 va Ca (HCO 3) 2, CO 2 havoning bir qismidir; uglerod asosiy hisoblanadi ajralmas qismi tabiiy organik birikmalar - gaz, neft, ko'mir, torf, tirik organizmlarning bir qismi bo'lgan organik moddalar, oqsillar, yog'lar, uglevodlar, aminokislotalar tarkibiga kiradi.

Noorganik uglerod birikmalari

Na C 4+ ionlari, na C 4- - hech qanday normal ostida emas kimyoviy jarayonlar hosil bo'lmaydi: uglerod birikmalarida turli xil qutbli kovalent bog'lar mavjud.

Uglerod oksidi (II) SO

Uglerod oksidi; rangsiz, hidsiz, suvda kam eriydi, organik erituvchilarda eriydi, zaharli, bp = -192 ° S; t kv. = -205 ° S.

Kvitansiya
1) Sanoatda (gaz generatorlarida):
C + O 2 = CO 2

2) Laboratoriyada - H 2 SO 4 (kons.) ishtirokida chumoli yoki oksalat kislotaning termik parchalanishi:
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 \u003d CO + CO 2 + H 2 O

Kimyoviy xossalari

Da normal sharoitlar CO inert; qizdirilganda - qaytaruvchi vosita; tuz hosil qilmaydigan oksid.

1) kislorod bilan

2C +2 O + O 2 \u003d 2C +4 O 2

2) metall oksidlari bilan

C +2 O + CuO \u003d Cu + C +4 O 2

3) xlor bilan (yorug'likda)

CO + Cl 2 - hn \u003d COCl 2 (fosgen)

4) gidroksidi eritmalar bilan reaksiyaga kirishadi (bosim ostida)

CO + NaOH = HCOONa (natriy formati)

5) o'tish metallari bilan karbonillar hosil qiladi

Ni + 4CO - t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO - t° = Fe(CO) 5

Uglerod oksidi (IV) CO2

Karbonat angidrid, rangsiz, hidsiz, suvda eruvchanligi - 0,9V CO 2 1V H 2 O da eriydi (da). normal sharoitlar); havodan og'irroq; t°pl.= -78,5°C (qattiq CO 2 «quruq muz» deb ataladi); yonishni qo'llab-quvvatlamaydi.

Kvitansiya

1. Karbonat kislota tuzlarining (karbonatlar) termal parchalanishi. Ohaktoshni yoqish:

CaCO 3 - t ° \u003d CaO + CO 2

1. Kuchli kislotalarning karbonatlar va bikarbonatlarga ta'siri:

CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2

KimyoviyxususiyatlariCO2
Kislota oksidi: asosiy oksidlar va asoslar bilan reaksiyaga kirishib, karbonat kislota tuzlarini hosil qiladi

Na 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 \u003d NaHCO 3

Da ko'tarilgan harorat oksidlovchi xususiyatni namoyon qilishi mumkin

C +4 O 2 + 2Mg - t ° \u003d 2Mg +2 O + C 0

Sifatli reaktsiya

Ohak suvining loyqaligi:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯( oq cho'kma) + H2O

CO 2 uzoq vaqt davomida ohak suvidan o'tganda yo'qoladi, chunki. erimaydigan kaltsiy karbonat eriydigan bikarbonatga aylanadi:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2

karbonat kislota va uningtuz

H2CO3 - Zaif kislota faqat suvli eritmada mavjud:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Ikkita asos:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Kislota tuzlari - bikarbonatlar, bikarbonatlar
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- O'rta tuzlar - karbonatlar

Kislotalarning barcha xossalari xarakterlidir.

Karbonatlar va bikarbonatlar bir-biriga aylanishi mumkin:

2NaHCO 3 - t ° \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d 2NaHCO 3

Metall karbonatlar (ishqoriy metallardan tashqari) qizdirilganda oksid hosil qilish uchun dekarboksilatlanadi:

CuCO 3 - t ° \u003d CuO + CO 2

Sifatli reaktsiya- kuchli kislota ta'sirida "qaynoq":

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

Karbidlar

kaltsiy karbid:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

Rux, kadmiy, lantan va seriy karbidlari suv bilan reaksiyaga kirishganda asetilen ajralib chiqadi:

2 LaC 2 + 6 H 2 O \u003d 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C va Al 4 C 3 metan hosil qilish uchun suv bilan parchalanadi:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O \u003d 4 Al (OH) 3 \u003d 3 CH 4.

Texnologiyada titan karbidlari TiC, volfram W 2 C (qattiq qotishmalar), silikon SiC (karborund - abraziv va isitgichlar uchun material sifatida) qo'llaniladi.

siyanidlar

sodani ammiak va uglerod oksidi atmosferasida isitish orqali olinadi:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO \u003d 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Hidrosiyan kislotasi HCN organik sintezda keng qo'llaniladigan muhim kimyo sanoati mahsulotidir. Uning jahon ishlab chiqarishi yiliga 200 ming tonnaga etadi. Sianid anionining elektron tuzilishi uglerod oksidi (II) ga o'xshaydi, bunday zarralar izoelektronik deb ataladi:

C = O:[:C = N:]-

Sianidlar (0,1-0,2%) suv eritmasi) oltin qazib olishda ishlatiladi:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 \u003d 2 K + 2 KOH.

Sianid eritmalari oltingugurt bilan qaynatilganda yoki qattiq moddalar eritilganda, tiosiyanatlar:
KCN + S = KSCN.

Kam faol metallarning siyanidlari qizdirilganda siyanid olinadi: Hg (CN) 2 \u003d Hg + (CN) 2. siyanid eritmalari oksidlanadi siyanatlar:

2KCN + O2 = 2KOCN.

Siyan kislotasi ikki shaklda mavjud:

H-N=C=O; H-O-C = N:

1828 yilda Fridrix Wöhler (1800-1882) ammoniy siyanatdan karbamid oldi: NH 4 OCN \u003d CO (NH 2) 2 suvli eritmani bug'lantirish orqali.

Ushbu hodisa odatda sintetik kimyoning "hayotiy nazariya" ustidan g'alabasi sifatida ko'riladi.

Sian kislotasining izomeri mavjud - fulminik kislota

H-O-N=C.
Uning tuzlari (simob fulminati Hg(ONC) 2) zarbali tutashtirgichlarda ishlatiladi.

Sintez karbamid(karbamid):

CO 2 + 2 NH 3 \u003d CO (NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 S va 100 atm.

Karbamid karbonat kislotasining amidi bo'lib, uning "azot analogi" - guanidin ham mavjud.

Karbonatlar

Uglerodning eng muhim noorganik birikmalari karbonat kislota tuzlari (karbonatlar). H 2 CO 3 zaif kislotadir (K 1 \u003d 1,3 10 -4; K 2 \u003d 5 10 -11). Karbonat tamponini qo'llab-quvvatlaydi karbonat angidrid balansi atmosferada. Okeanlar juda katta bufer sig'imiga ega, chunki ular ochiq tizimdir. Asosiy bufer reaktsiyasi uglerod kislotasining dissotsiatsiyasi paytidagi muvozanatdir:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

Kislotalikning pasayishi bilan atmosferadan karbonat angidridning qo'shimcha so'rilishi kislota hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Kislotalikning oshishi bilan karbonat jinslari (okeandagi qobiqlar, bo'r va ohaktosh konlari) eriydi; bu gidrokarbonat ionlarining yo'qolishini qoplaydi:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (tv.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Qattiq karbonatlar eruvchan uglevodorodlarga aylanadi. Aynan shu ortiqcha karbonat angidridni kimyoviy eritish jarayoni "issiqxona effekti" ga qarshi turadi - global isish karbonat angidrid bilan Yerning termal nurlanishini yutishi tufayli. Dunyodagi soda ishlab chiqarishning taxminan uchdan bir qismi (natriy karbonat Na 2 CO 3) shisha ishlab chiqarishda ishlatiladi.