V tej knjigi se beseda "ogljik" pojavlja precej pogosto: v zgodbah o zelenem listju in železu, o plastiki in kristalih ter v mnogih drugih. Ogljik - "rojstvo premoga" - je eden najbolj neverjetnih kemični elementi. Njegova zgodovina je zgodovina nastanka in razvoja življenja na Zemlji, saj je del vsega živega na Zemlji.

Kako izgleda ogljik?

Naredimo nekaj poskusov. Vzemimo sladkor in ga segrevamo brez zraka. Najprej se bo stopilo, porjavelo, nato pa počrnelo in se spremenilo v premog ter sproščalo vodo. Če zdaj ta premog segrejete v prisotnosti , bo zgorel brez ostanka in se spremenil v . Zato je sladkor sestavljen iz premoga in vode (mimogrede, sladkor se imenuje ogljikov hidrat), "sladkorni" premog pa je očitno čisti ogljik, ker ogljikov dioksid je kombinacija ogljika in kisika. To pomeni, da je ogljik črn mehak prah.

Vzemimo siv mehak grafitni kamen, ki vam je dobro znan po svinčnikih. Če ga segrejete v kisiku, bo tudi zgorel brez ostanka, čeprav nekoliko počasneje kot premog, ogljikov dioksid pa bo ostal v napravi, kjer je zgorel. Ali to pomeni, da je tudi grafit čisti ogljik? Seveda, ampak to še ni vse.

Če diamant, prozoren bleščeč dragi kamen in najtrši od vseh mineralov, segrejemo v kisiku v isti napravi, bo tudi on zgorel in se spremenil v ogljikov dioksid. Če diamant segrevate brez dostopa kisika, se bo spremenil v grafit in pri zelo visoki pritiski in temperaturah je mogoče iz grafita dobiti diamant.

Torej, premog, grafit in diamant so različne oblike obstoja istega elementa - ogljika.

Še bolj neverjetna je sposobnost ogljika, da "sodeluje" v ogromnem številu različnih spojin (zato se beseda "ogljik" tako pogosto pojavlja v tej knjigi).

104 elementi periodnega sistema tvorijo več kot štirideset tisoč raziskanih spojin. In poznanih je že preko milijon spojin, katerih osnova je ogljik!

Razlog za to raznolikost je, da so atomi ogljika lahko povezani med seboj in z drugimi atomi z močnimi vezmi, ki tvorijo kompleksne vezi v obliki verig, obročev in drugih oblik. Tega ni sposoben noben element v tabeli razen ogljika.

Obstaja neskončno število oblik, ki jih je mogoče zgraditi iz ogljikovih atomov, in zato neskončno število možnih spojin. To so lahko zelo preproste snovi, na primer svetilni plin metan, v molekuli katerega so štirje atomi vezani na en atom ogljika, in tako zapletene, da zgradba njihovih molekul še ni ugotovljena. Takšne snovi vključujejo

Nemogoče je na kratko opisati, kaj je ogljik. Navsezadnje je on osnova življenja. Ta element najdemo v vseh organskih spojinah in le on lahko tvori molekule DNK iz milijonov atomov. Njegove lastnosti so številne, zato je vredno o tem govoriti podrobneje.

Formula, zapis, značilnosti

Ta element, ki se nahaja v tabeli pod zaporedno številko šest, je označen s simbolom "C". Elektronski strukturna formula ogljik izgleda takole: 1s 2 2s 2 2p 2. Njegova masa je 12,0107 amu. Ta snov ima:

• Dva nesparjena elektrona v osnovnem stanju. Kaže valenco II.
• Štirje nesparjeni elektroni v vzbujenem stanju. Kaže valenco IV.

Treba je opozoriti, da je določena masa ogljika v zemeljski skorji. 0,023 % če smo natančni. V glavnem se kopiči v zgornjem delu, v biosferi. Večina Masa ogljika v litosferi se kopiči v dolomitih in apnencih v obliki karbonatov.

telesne lastnosti

Kaj je torej ogljik? To je snov, ki obstaja v ogromno različnih alotropskih modifikacijah in njihovih fizične lastnosti Seznam lahko traja dolgo. In raznolikost snovi je določena s sposobnostjo ogljika, da tvori kemične vezi različnih vrst.

Glede lastnosti ogljika, kako preprosta snov? Lahko jih povzamemo na naslednji način:

• Pri normalnih pogojih je gostota 2,25 g/cm³.
• Vrelišče je 3506,85 °C.
• Molarna toplotna kapaciteta - 8,54 J/(K.mol).
• Kritična temperatura fazni prehod(ko plin ne kondenzira pri nobenem tlaku) - 4130 K, 12 MPa.
• Molarna prostornina 5,3 cm³/mol.

Vredno je navesti tudi karbonske modifikacije.

Najbolj znane kristalne snovi so: diamant, karbin, grafit, nanodiamant, fulerit, lonsdaleit, fuleren in ogljikova vlakna.

Med amorfne tvorbe spadajo: les, fosil in Aktivno oglje, antracit, koks, steklasti ogljik, saje, saje in nanopena.

Vendar nič od naštetega ni čista alotropna oblika obravnavane snovi. To so le kemične spojine, v katerih je ogljik v visoki koncentraciji.

Struktura

Zanimivo je, da elektronske orbitale ogljikovega atoma niso enake. Imajo različne geometrije. Vse je odvisno od stopnje hibridizacije. Obstajajo tri najpogostejše geometrije:

• Tetraedrski. Nastane ob mešanju treh p-elektronov in enega s-elektrona. To geometrijo atoma ogljika opazimo v lonsdaleitu in diamantu. Metan in drugi ogljikovodiki imajo podobno zgradbo.
• Trigonalno. Ta geometrija nastane z mešanjem dveh p-elektronov in ene s-elektronske orbitale. Drug p-element ne sodeluje pri hibridizaciji, sodeluje pa pri tvorbi π-vezi z drugimi atomi. Ta struktura je značilna za fenol, grafit in druge modifikacije.
• Digonalno. Ta struktura nastane zaradi mešanja s- in p-elektronov (enega po enega). Zanimivo je, da elektronski oblaki izgledajo kot asimetrične uteži. Raztegnjeni so vzdolž te smeri. Še dva p elektrona tvorita zloglasne π vezi. Ta geometrija je značilna za karbin.

Ne tako dolgo nazaj, leta 2010, so znanstveniki z Univerze v Nottinghamu odkrili spojino, v kateri so bili štirje atomi v isti ravnini. Njegovo ime je monomerni dilitio metandij.

Molekule

Vredno jih je omeniti ločeno. Atomi obravnavane snovi se lahko združijo, kar povzroči nastanek kompleksnih molekul ogljika. Od nasičenih Na, C 2 in H 2, med katerimi je privlačnost prešibka, se ločijo po nagnjenosti k kondenzaciji v trdno stanje. Molekule ogljika lahko ostanejo v plinastem stanju le, če se vzdržuje visoka temperatura. V nasprotnem primeru se bo snov takoj strdila.

Pred časom so ga v ZDA, v nacionalnem laboratoriju Berkeley, sintetizirali nova oblika trden ogljik. To je C36. In njegova molekula je sestavljena iz 36 ogljikovih atomov. Snov nastane skupaj s fulereni C60. To se zgodi med dvema grafitnima elektrodama, v pogojih plamena razelektritve obloka. Znanstveniki domnevajo, da imajo molekule nove snovi zanimive kemično-električne lastnosti, ki še niso bile raziskane.

Grafit

Zdaj lahko podrobneje govorimo o najbolj znanih modifikacijah snovi, kot je ogljik.

Grafit je samorodni mineral s plastovito strukturo. Tu so njegove značilnosti:

• Zelo dobro prevaja tok.
• Je razmeroma mehka snov zaradi nizke trdote.
• Pri segrevanju v odsotnosti zraka kaže stabilnost.
• Ne topi se.
• Na občutek je masten in spolzek.
• Naravni grafit vsebuje 10-12% nečistoč. Praviloma so to oksidi železa in gline.

Če govorimo o kemijskih lastnostih, je treba omeniti, da ta snov tvori tako imenovane inkluzijske spojine s solmi in alkalnimi kovinami. Grafit reagira tudi s kisikom pri visokih temperaturah in zgori v ogljikov dioksid. Toda stik z neoksidirajočimi kislinami ne povzroči nobenega rezultata - ta snov se preprosto ne raztopi v njih.

Grafit se uporablja na različnih področjih. Uporablja se pri izdelavi obložnih plošč in talilnih lončkov, pri izdelavi grelnih elementov in elektrod. Brez sodelovanja grafita je nemogoče dobiti sintetične diamante. Ima tudi vlogo moderatorja nevtronov v jedrskih reaktorjih. In, seveda, svinčniki so narejeni iz njega z mešanjem s kaolinom. In to je le del področij, kjer se uporablja.

Diamant

Je metastabilen mineral, ki lahko obstaja neomejeno dolgo, deloma zaradi moči in gostote ogljika. Diamant je najtrša snov na Mohsovi lestvici in zlahka reže steklo.

Ima visoko toplotno prevodnost, disperzijo in lomni količnik. Je odporen proti obrabi, za taljenje pa je potrebna temperatura 4000 °C in tlak približno 11 GPa. Njegova posebnost je luminiscenca, sposobnost žarenja v različnih barvah.

To je redka, čeprav pogosta snov. Starost mineralov se po nekaterih študijah lahko giblje od 100 milijonov do 2,5 milijarde let. Odkriti so bili diamanti nezemeljskega izvora, morda celo predsončnega.

Ta mineral je našel svojo uporabo v nakitu. Brušeni diamant, imenovan diamant, je drag, vendar sta zaradi dragocenosti in lepote še bolj priljubljena. Mimogrede, ta snov se uporablja tudi pri izdelavi rezalnikov, svedrov, nožev itd. Zaradi svoje izjemne trdote se mineral uporablja v številnih panogah.

Carbin

Če nadaljujemo s temo, kaj je ogljik, moramo povedati nekaj besed o njegovi modifikaciji, kot je karbin. Videti je kot črn, fino kristaliničen prah in ima polprevodniške lastnosti. Sovjetski znanstveniki so ga v zgodnjih 60-ih letih umetno pridobili.

Posebnost te snovi je, da se njena prevodnost poveča pod vplivom svetlobe. Zato so ga začeli uporabljati v fotovoltaičnih celicah.

Grafen

To je prvi dvodimenzionalni kristal na svetu. Ta modifikacija ima večjo mehansko togost kot grafit in rekordno visoko toplotno prevodnost ~5,10 3 W.m−1.K−. Grafenski nosilci naboja imajo visoko mobilnost, zato ima snov možnosti za uporabo v različne aplikacije. Menijo, da bi lahko postal prihodnja osnova nanoelektronike in celo nadomestil silicij v integriranih vezjih.

Grafen se proizvaja umetno v znanstvenih laboratorijih. Da bi to naredili, je potrebno uporabiti mehansko ločitev grafitnih plasti od visoko usmerjene snovi. Tako dobimo kakovostne vzorce z zahtevano mobilnostjo nosilca.

Njegove lastnosti niso v celoti raziskane, vendar so znanstveniki že opazili nekaj zanimivega. Na primer, v grafenu ni Wingerjeve kristalizacije. In v dvojni plasti snovi obnašanje elektronov spominja na značilnost tekočih kristalov. Če se upoštevajo parametri cepitve na kristalu, bo mogoče dobiti nanostrukturo grafenske škatle.

Toksičnost

To temo je vredno omeniti na koncu zgodbe o tem, kaj je ogljik. Dejstvo je, da se ta snov sprosti v ozračje skupaj z izpušnimi plini avtomobilov. In tudi med zgorevanjem premoga, podzemnim uplinjanjem in številnimi drugimi procesi.

Povečane vsebnosti te snovi v zraku povzročajo povečanje števila bolezni. To še posebej velja za pljuča in zgornje dihalne poti. A toksični učinek je posledica interakcije sevalne narave z β-delci, kar vodi do dejstva, da kemična sestava spreminjajo se molekule in spreminjajo se tudi lastnosti snovi.

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. Ne zavedam se organska kemija 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 atom ogljika povezan z močnimi kovalentnimi vezmi s štirimi drugimi, ki so nameščeni okoli njega 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 atomi ogljika, 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.

Pod strukturo je neurejena struktura drobnokristalnega grafita različne oblike amorfni ogljik, med katerimi so najpomembnejši koks, rjavi in ​​črni premog, saje, aktivno (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

8. Reakcije s staljenimi nitrati alkalijskih kovin

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, zlahka se 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.

V tem članku si bomo ogledali element, ki je del periodnega sistema D.I. Mendelejev, in sicer ogljik. V sodobni nomenklaturi je označen s simbolom C, vključen je v štirinajsto skupino in je "udeleženec" drugega obdobja, ima šesto serijska številka, in njegov a.e.m. = 12,0107.

Atomske orbitale in njihova hibridizacija

Začnimo si ogledati ogljik z njegovimi orbitalami in njihovo hibridizacijo - njegovimi glavnimi značilnostmi, zaradi katerih še vedno preseneča znanstvenike po vsem svetu. Kakšna je njihova struktura?

Hibridizacija ogljikovega atoma je urejena tako, da valenčni elektroni zavzamejo položaje v treh orbitalah, in sicer: eden je v orbitali 2s, dva pa v orbitali 2p. Zadnji dve od treh orbital med seboj tvorita kot 90 stopinj, orbitala 2s pa ima sferično simetrijo. Vendar pa ta oblika razporeditve obravnavanih orbital ne omogoča razumevanja, zakaj ogljik pri vstopu v organske spojine tvori kote 120, 180 in 109,5 stopinj. Formula za elektronsko zgradbo ogljikovega atoma se izraža v naslednji obliki: (He) 2s 2 2p 2.

Rešitev nastalega protislovja je bila dosežena z uvedbo koncepta hibridizacije atomskih orbital v obtok. Da bi razumeli trikotno, variantno naravo C, je bilo treba ustvariti tri oblike predstavitve o njegovi hibridizaciji. K nastanku in razvoju tega koncepta je največ prispeval Linus Pauling.

Fizične lastnosti

Struktura ogljikovega atoma določa prisotnost številnih določenih fizičnih značilnosti. Atomi tega elementa tvorijo preprosto snov - ogljik, ki ima modifikacije. Spremembe v njeni strukturi lahko dajo nastali snovi različne kvalitativne lastnosti. Razlog za razpoložljivost velika količina modifikacije ogljika je v njegovi sposobnosti vzpostavljanja in tvorbe različnih vrst vezi kemijske narave.

Struktura ogljikovega atoma se lahko spreminja, kar mu omogoča določeno število izotopskih oblik. Ogljik, ki ga najdemo v naravi, nastane iz dveh izotopov v stabilnem stanju - 12 C in 13 C - in izotopa z radioaktivnimi lastnostmi - 14 C. Slednji je koncentriran v zgornje plasti zemeljski skorji in v ozračju. Zaradi vpliva kozmičnega sevanja, in sicer njegovih nevtronov, na jedro dušikovih atomov nastane radioaktivni izotop 14 C. Po sredini petdesetih let dvajsetega stoletja je začel padati v okolju kot umetni izdelek, ki je nastal med delovanjem jedrskih elektrarn in zaradi uporabe vodikove bombe. Na procesu razpada 14 C temelji tehnika radiokarbonskega datiranja, ki je našla svojo široko uporabo v arheologiji in geologiji.

Modifikacija ogljika v alotropni obliki

V naravi je veliko snovi, ki vsebujejo ogljik. Človek pri ustvarjanju uporablja strukturo ogljikovega atoma za svoje namene različne snovi, med katerimi so:

1. Kristalni ogljik (diamanti, ogljikove nanocevke, vlakna in žice, fulereni itd.).
2. amorfna ogljika (aktivno oglje in oglje, različne vrste koks, saje, saje, nanopena in antracit).
3. Skupaste oblike ogljika (dikarboni, nanokoni in astralenske spojine).

Strukturne značilnosti atomske strukture

Elektronska struktura ogljikovega atoma ima lahko različne geometrije, ki so odvisne od stopnje hibridizacije orbital, ki jih ima. Obstajajo 3 glavne vrste geometrije:

1. Tetraedarski - nastane zaradi premika štirih elektronov, od katerih je eden s-elektronov, trije pa pripadajo p-elektronom. Atom C zavzema osrednji položaj v tetraedru in je povezan s štirimi enakovrednimi sigma vezmi z drugimi atomi, ki zasedajo vrh tega tetraedra. Ta geometrijska razporeditev ogljika lahko proizvede alotrope, kot sta diamant in lonsdaleit.
2. Trigonalni - svoj videz dolguje premiku treh orbital, od katerih je ena s- in dve p-. Tu so tri sigma vezi, ki so med seboj v enakovrednem položaju; ležijo v skupni ravnini in med seboj držijo kot 120 stopinj. Prosta p-orbitala se nahaja pravokotno na ravnino sigma vezi. Grafit ima podobno strukturno geometrijo.
3. Diagonala - pojavi se zaradi mešanja s- in p-elektronov (sp hibridizacija). Elektronski oblaki se raztezajo vzdolž splošne smeri in imajo obliko asimetrične bučice. Prosti elektroni ustvarjajo π vezi. Ta geometrijska struktura v ogljiku povzroča videz karbina, posebne oblike modifikacije.

Ogljikovi atomi v naravi

Človek že dolgo razmišlja o strukturi in lastnostih ogljikovega atoma in se uporablja za pridobivanje velikega števila različnih snovi. Atomi tega elementa zaradi svoje edinstvene sposobnosti tvorbe različnih kemičnih vezi in prisotnosti orbitalne hibridizacije ustvarjajo veliko različnih alotropskih modifikacij s sodelovanjem samo enega elementa iz atomov iste vrste - ogljika.

V naravi se ogljik nahaja v zemeljski skorji; je v obliki diamantov, grafita, različnih gorljivih naravnih virov, na primer nafte, antracita, rjavega premoga, skrilavca, šote itd. Je del plinov, ki jih ljudje uporabljajo v energetski industriji. Ogljikov dioksid napolnjuje hidrosfero in atmosfero Zemlje, v zraku ga je do 0,046 %, v vodi pa do šestdesetkrat več.

V človeškem telesu je C v količini približno 21 % in se izloča predvsem z urinom in izdihanim zrakom. Isti element sodeluje v biološkem ciklu, rastline ga absorbirajo in porabijo med procesi fotosinteze.

Atomi ogljika lahko zaradi svoje sposobnosti vzpostavljanja različnih kovalentnih vezi in iz njih gradijo verige in celo cikle ustvarijo ogromno organskih snovi. Poleg tega je ta element del sončne atmosfere, saj je v kombinaciji z vodikom in dušikom.

Lastnosti kemijske narave

Zdaj pa si oglejmo strukturo in lastnosti ogljikovega atoma s kemijskega vidika.

Pomembno je vedeti, da ima ogljik pri normalnih temperaturah inertne lastnosti, pod vplivom visokih temperatur pa lahko pokaže redukcijske lastnosti. Glavna oksidacijska stanja so: + - 4, včasih +2 in tudi +3.

Sodeluje v reakcijah z velikim številom elementov. Lahko reagira z vodo, vodikom, halogeni, alkalijskimi kovinami, kislinami, fluorom, žveplom itd.

Struktura ogljikovega atoma povzroča neverjetno ogromno število snovi, ki so ločene v ločen razred. Takšne spojine se imenujejo organske in temeljijo na C. To je mogoče zaradi lastnosti atomov tega elementa, da tvorijo polimerne verige. Med najbolj znanimi in obsežnimi skupinami so beljakovine (proteini), maščobe, ogljikovi hidrati in ogljikovodikove spojine.

Metode delovanja

Zaradi edinstvene strukture atoma ogljika in njegovih spremljajočih lastnosti se element široko uporablja pri ljudeh, na primer pri izdelavi svinčnikov, taljenju kovinskih lončkov - tukaj se uporablja grafit. Diamanti se uporabljajo kot abrazivi, nakit, svedri itd.

Farmakologija in medicina se ukvarjata tudi z uporabo ogljika v različnih spojinah. Ta element je del jekla, služi kot osnova za vsako organsko snov, sodeluje v procesu fotosinteze itd.

Strupenost elementa

Struktura atoma elementa ogljika vključuje prisotnost nevaren vpliv na živo snov. Ogljik prihaja v svet okoli nas kot posledica izgorevanja premoga v termoelektrarnah, je del plinov, ki jih proizvajajo avtomobili, v primeru premogovega koncentrata itd.

Odstotek vsebnosti ogljika v aerosolih je visok, kar posledično pomeni večanje odstotka obolelih ljudi. Najpogosteje so prizadeti zgornji Airways in pljuča. Nekatere bolezni lahko uvrstimo med poklicne, na primer prašni bronhitis in bolezni skupine pnevmokonioze.

14 C je strupen, moč njegovega vpliva pa določa interakcija sevanja z β-delci. Ta atom je vključen v sestavo bioloških molekul, vključno s tistimi, ki jih najdemo v deoksi- in ribonukleinskih kislinah. Za sprejemljivo količino 14 C v zraku delovnega prostora se šteje 1,3 Bq/l. Največja količina ogljika, ki vstopi v telo med dihanjem, ustreza 3,2*10 8 Bq/leto.

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 struktura atoma elementa ogljika vključuje dve lupini, na katerih se nahaja šest elektronov. Valenca ogljika, vključenega v sestavo organska snov, je konstantna in enaka IV. To pomeni, da ima zunanja elektronska raven štiri elektrone, notranja pa dva.

Od štirih elektronov dva zasedata sferično orbitalo 2s, preostala dva pa zasedata orbitalo dumbbell 2p. V vzbujenem stanju preide en elektron iz 2s orbitale v eno od 2p orbital. 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.

Fizične 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. večina trdna- diamant - ima kubično obliko ogljika. pri visoke temperature diamant se spremeni v grafit s heksagonalno strukturo.

riž. 3. Kristalne mreže grafita in diamanta.

Kemijske lastnosti

Atomska struktura ogljika in njegova sposobnost, da veže štiri atome druge snovi, določata Kemijske lastnosti element. 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:

C + H 2 O → CO + H 2 .

Koncentrirane kisline oksidirajo ogljik in tvorijo ogljikov dioksid:

• 2H 2 SO 4 + C → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;
• 4HNO 3 + C → CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O.

Ocena poročila

Povprečna ocena: 4.1. Skupaj prejetih ocen: 75.