Ang organikong kimika ay ang kimika ng carbon atom. Numero mga organikong compound sampu-sampung beses na higit pa kaysa sa mga hindi organiko, na maaari lamang ipaliwanag Mga tampok ng carbon atom :
a) siya ay nasa gitna ng sukat ng electronegativity at ang pangalawang yugto, samakatuwid ay hindi kapaki-pakinabang para sa kanya na ibigay ang kanyang sarili at tanggapin ang mga electron ng ibang tao at makakuha ng positibo o negatibong singil;
b) espesyal na istraktura ng shell ng elektron - Hindi mga pares ng elektron at mga libreng orbital (mayroon lamang isa pang atom na may katulad na istraktura - hydrogen, na marahil kung bakit ang carbon at hydrogen ay bumubuo ng napakaraming compound - hydrocarbons).
Elektronikong istraktura ng carbon atom
C – 1s 2 2s 2 2p 2 o 1s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0
Sa graphical na anyo:
Ang isang carbon atom sa isang excited na estado ay may sumusunod na electronic formula:
*C – 1s 2 2s 1 2p 3 o 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1
Sa anyo ng mga cell:
Hugis ng s- at p-orbitals
Atomic orbital - ang rehiyon ng espasyo kung saan ang isang electron ay malamang na matagpuan, na may katumbas na quantum number.
Ito ay isang three-dimensional na electron na "contour map" kung saan tinutukoy ng wave function ang relatibong posibilidad na makahanap ng isang electron sa partikular na punto sa orbital.
Ang mga kamag-anak na laki ng mga atomic orbital ay tumataas habang tumataas ang kanilang mga enerhiya ( pangunahing quantum number- n), at ang kanilang hugis at oryentasyon sa espasyo ay tinutukoy ng mga quantum number l at m. Ang mga electron sa orbital ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang spin quantum number. Ang bawat orbital ay maaaring maglaman ng hindi hihigit sa 2 electron na may magkasalungat na spin.
Kapag bumubuo ng mga bono sa iba pang mga atomo, binabago ng carbon atom ang shell ng elektron nito upang ang pinakamalakas na mga bono ay nabuo, at, dahil dito, ang mas maraming enerhiya hangga't maaari ay pinakawalan, at ang sistema ay nakakuha ng pinakamalaking katatagan.
Ang pagpapalit ng electron shell ng isang atom ay nangangailangan ng enerhiya, na kung saan ay binabayaran ng pagbuo ng mas malakas na mga bono.
Ang pagbabagong-anyo ng shell ng elektron (hybridization) ay maaaring pangunahin ng 3 uri, depende sa bilang ng mga atom kung saan ang carbon atom ay bumubuo ng mga bono.
Mga uri ng hybridization:
sp 3 – ang isang atom ay bumubuo ng mga bono na may 4 na kalapit na mga atomo (tetrahedral hybridization):
Electronic formula ng sp 3 – hybrid carbon atom:
*С –1s 2 2(sp 3) 4 sa anyo ng mga cell
Ang anggulo ng bono sa pagitan ng mga hybrid na orbital ay ~109°.
Stereochemical formula ng carbon atom:
sp 2 – Hybridization ( estado ng valence) – ang isang atom ay bumubuo ng mga bono na may 3 kalapit na mga atomo (trigonal hybridization):
Electronic formula ng sp 2 – hybrid carbon atom:
*С –1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 sa anyo ng mga cell
Ang anggulo ng bono sa pagitan ng mga hybrid na orbital ay ~120°.
Stereochemical formula ng sp 2 - hybrid carbon atom:
sp– Hybridization (valence state) – ang isang atom ay bumubuo ng mga bono na may 2 kalapit na mga atomo (linear hybridization):
Electronic formula ng sp – hybrid carbon atom:
*С –1s 2 2(sp) 2 2p 2 sa anyo ng mga cell
Ang anggulo ng bono sa pagitan ng mga hybrid na orbital ay ~180°.
Stereochemical formula:
Ang s-orbital ay kasangkot sa lahat ng uri ng hybridization, dahil ito ay may kaunting enerhiya.
Ang muling pagsasaayos ng electron cloud ay nagbibigay-daan sa pagbuo ng pinakamalakas na posibleng mga bono at kaunting interaksyon ng mga atomo sa resultang molekula. Kung saan Maaaring hindi magkapareho ang mga hybrid na orbital, ngunit maaaring magkaiba ang mga anggulo ng bono, halimbawa CH 2 Cl 2 at CCl 4
2. Covalent bond sa mga carbon compound
Covalent bonds, katangian, pamamaraan at dahilan para sa pagbuo - kurikulum ng paaralan.
Paalala ko lang sa iyo:
1. Komunikasyon sa Edukasyon sa pagitan ng mga atomo ay maaaring isaalang-alang bilang resulta ng pagsasanib ng kanilang mga atomic na orbital, at kung mas epektibo ito (mas malaki ang overlap integral), mas malakas ang bono.
Ayon sa kinakalkula na data, ang mga relatibong overlap na kahusayan ng atomic orbitals na S rel ay tumaas tulad ng sumusunod:
Samakatuwid, ang paggamit ng mga hybrid na orbital, tulad ng sp 3 carbon orbitals, upang bumuo ng mga bono na may apat na hydrogen atoms ay nagreresulta sa mas malakas na mga bono.
2. Ang mga covalent bond sa mga carbon compound ay nabuo sa dalawang paraan:
A)Kung ang dalawang atomic orbital ay magkakapatong sa kanilang mga pangunahing axes, ang nagreresultang bono ay tinatawag - σ bond.
Geometry. Kaya, kapag ang mga bono ay nabuo na may mga atomo ng hydrogen sa methane, apat na hybrid sp 3 ~ orbital ng carbon atom ang magkakapatong sa mga s-orbital ng apat na mga atomo ng hydrogen, na bumubuo ng apat na magkaparehong malakas na σ bond na matatagpuan sa isang anggulo na 109°28" sa bawat isa. iba pa (karaniwang anggulo ng tetrahedral) Ang isang katulad na mahigpit na simetriko na istraktura ng tetrahedral ay lumitaw din, halimbawa, sa panahon ng pagbuo ng CCl 4; kung ang mga atom na bumubuo ng mga bono na may carbon ay hindi pantay, halimbawa sa kaso ng CH 2 C1 2, ang spatial na istraktura ay medyo naiiba mula sa ganap na simetriko, bagama't mahalagang ito ay nananatiling tetrahedral .
σ haba ng bono sa pagitan ng mga carbon atom ay nakasalalay sa hybridization ng mga atom at bumababa sa panahon ng paglipat mula sa sp 3 - hybridization sa sp. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang s orbital ay mas malapit sa nucleus kaysa sa p orbital, samakatuwid, mas malaki ang bahagi nito sa hybrid orbital, mas maikli ito, at samakatuwid ay mas maikli ang nabuong bono
B) Kung dalawang atomic p -Ang mga orbital na matatagpuan parallel sa isa't isa ay nagsasagawa ng lateral overlap sa itaas at sa ibaba ng eroplano kung saan matatagpuan ang mga atomo, pagkatapos ay ang nagresultang bono ay tinatawag - π (pi) -komunikasyon
Lateral overlap Ang mga atomic orbital ay hindi gaanong mahusay kaysa sa magkakapatong kasama ang pangunahing axis, kaya π - ang mga koneksyon ay hindi gaanong malakas kaysa sa σ - mga koneksyon. Ito ay ipinakita, sa partikular, sa katotohanan na ang enerhiya ng isang double carbon-carbon bond ay mas mababa sa dalawang beses ang enerhiya ng isang solong bono. Kaya, ang C-C bond energy sa ethane ay 347 kJ/mol, habang ang C = C bond energy sa ethene ay 598 kJ/mol lamang, at hindi ~ 700 kJ/mol.
Degree ng lateral overlap ng dalawang atomic 2p orbitals , at samakatuwid ay lakas π -Ang mga bono ay pinakamataas kung mayroong dalawang carbon atoms at apat na nakagapos sa kanila ang mga atom ay mahigpit na matatagpuan sa isang eroplano, ibig sabihin, kung sila coplanar , dahil lamang sa kasong ito ang atomic 2p orbitals ay eksaktong parallel sa isa't isa at samakatuwid ay may kakayahang maximum na overlap. Anumang paglihis mula sa coplanar state dahil sa pag-ikot sa paligid σ -bond na nagkokonekta sa dalawang carbon atoms ay hahantong sa pagbaba sa antas ng overlap at, nang naaayon, sa pagbaba ng lakas π -bond, na sa gayon ay nakakatulong na mapanatili ang flatness ng molekula.
Pag-ikot sa paligid ng isang carbon-carbon double bond ay hindi posible.
Pamamahagi π -Ang mga electron sa itaas at ibaba ng eroplano ng molekula ay nangangahulugan ng pagkakaroon mga lugar ng negatibong singil, handang makipag-ugnayan sa anumang mga electron-deficient reagents.
Ang mga atom ng oxygen, nitrogen, atbp. ay mayroon ding iba't ibang estado ng valence (hybridization), at ang kanilang mga pares ng elektron ay maaaring nasa parehong hybrid at p-orbital.
CARBON, C, elemento ng kemikal ng pangkat IV ng periodic table, atomic weight 12.00, serial number 6. Hanggang kamakailan lamang, ang carbon ay itinuturing na walang isotopes; Kamakailan lamang ay naging posible, gamit ang mga partikular na sensitibong pamamaraan, upang makita ang pagkakaroon ng C 13 isotope. Ang carbon ay isa sa esensyal na elemento sa pamamagitan ng pagkalat nito, sa kasaganaan at pagkakaiba-iba ng mga compound nito, sa pamamagitan ng biological na kahalagahan nito (bilang isang organogen), sa pamamagitan ng malawak na teknikal na paggamit ng carbon mismo at mga compound nito (bilang mga hilaw na materyales at bilang isang mapagkukunan ng enerhiya para sa mga pang-industriya at domestic na pangangailangan) , at sa wakas sa pamamagitan ng papel nito sa pag-unlad ng agham kemikal. Ang carbon sa malayang estado ay nagpapakita ng isang malinaw na kababalaghan ng allotropy, na kilala sa loob ng higit sa isang siglo at kalahati, ngunit hindi pa rin ganap na pinag-aralan, kapwa dahil sa matinding kahirapan sa pagkuha ng carbon sa isang purong kemikal na anyo, at dahil ang karamihan sa mga constants ng Ang mga allotropic modification ng carbon ay lubhang nag-iiba depende sa mga morphological features ng kanilang istraktura, na tinutukoy ng paraan at kondisyon ng produksyon.
Ang carbon ay bumubuo ng dalawang kristal na anyo - brilyante at grapayt at kilala rin sa amorphous na estado sa anyo ng tinatawag na. walang hugis na karbon. Ang pagkakakilanlan ng huli ay pinagtatalunan bilang isang resulta ng kamakailang pananaliksik: ang karbon ay nakilala na may grapayt, na isinasaalang-alang ang parehong bilang morphological varieties ng parehong anyo - "itim na carbon", at ang pagkakaiba sa kanilang mga katangian ay ipinaliwanag pisikal na istraktura at ang antas ng pagpapakalat ng sangkap. Gayunpaman, sa pinakadulo Kamakailan lamang ang mga katotohanan ay nakuha na nagpapatunay sa pagkakaroon ng karbon bilang isang espesyal na allotropic form (tingnan sa ibaba).
Mga likas na mapagkukunan at stock ng carbon. Sa mga tuntunin ng paglaganap sa kalikasan, ang carbon ay nasa ika-10 sa mga elemento, na bumubuo ng 0.013% ng atmospera, 0.0025% ng hydrosphere at humigit-kumulang 0.35% ng kabuuang masa ng crust ng lupa. Karamihan sa carbon ay nasa anyo ng mga compound ng oxygen: ang hangin sa atmospera ay naglalaman ng ~800 bilyong tonelada ng carbon sa anyo ng CO 2 dioxide; sa tubig ng mga karagatan at dagat - hanggang sa 50,000 bilyong tonelada ng carbon sa anyo ng CO 2, carbonic acid ions at bicarbonates; sa mga bato - hindi matutunaw na carbonates (calcium, magnesium at iba pang mga metal), at ang bahagi ng CaCO 3 lamang ay nagkakahalaga ng ~160·10 6 bilyong tonelada ng carbon. Ang mga malalaking reserbang ito, gayunpaman, ay hindi kumakatawan sa anumang halaga ng enerhiya; mas mahalaga ang mga nasusunog na carbonaceous na materyales - fossil coals, pit, pagkatapos ay langis, hydrocarbon gas at iba pang natural na bitumen. Ang reserba ng mga sangkap na ito sa crust ng lupa ay medyo makabuluhan din: ang kabuuang masa ng carbon sa fossil coals ay umabot sa ~6000 bilyong tonelada, sa langis ~10 bilyong tonelada, atbp. Sa malayang estado, ang carbon ay medyo bihira (diamond at bahagi ng graphite substance). Ang mga fossil coal ay naglalaman ng halos o walang libreng carbon: binubuo sila ng ch. arr. ng mataas na molekular na timbang (polycyclic) at napaka-matatag na mga compound ng carbon na may iba pang mga elemento (H, O, N, S) ay napakakaunti pa rin ang pinag-aralan. Mga carbon compound ng buhay na kalikasan (biosphere globo), na na-synthesize sa mga selula ng halaman at hayop, ay nakikilala sa pamamagitan ng isang matinding pagkakaiba-iba ng mga katangian at dami ng komposisyon; ang pinakakaraniwang mga sangkap sa mundo ng halaman - hibla at lignin - ay gumaganap din ng isang papel bilang mga mapagkukunan ng enerhiya. Ang carbon ay nagpapanatili ng isang patuloy na pamamahagi sa kalikasan salamat sa isang tuluy-tuloy na cycle, ang cycle na kung saan ay binubuo ng synthesis ng mga kumplikadong organikong sangkap sa mga selula ng halaman at hayop at ang reverse disaggregation ng mga sangkap na ito sa panahon ng kanilang oxidative decomposition (combustion, decay, respiration), na humahantong. sa pagbuo ng CO 2, na ginagamit muli ng mga halaman para sa synthesis. Ang pangkalahatang pamamaraan ng cycle na ito ay maaaring ipinakita sa sumusunod na anyo:
Paggawa ng carbon. Ang mga carbonaceous compound na pinagmulan ng halaman at hayop ay hindi matatag sa mataas na temperatura at, kapag pinainit sa hindi bababa sa 150-400°C nang walang access sa hangin, nabubulok, naglalabas ng tubig at mga pabagu-bagong carbon compound at nag-iiwan ng solidong non-volatile residue na mayaman sa carbon at kadalasan tinatawag na karbon. Ang prosesong pyrolytic na ito ay tinatawag na charring, o dry distillation, at malawakang ginagamit sa teknolohiya. Ang mataas na temperatura na pyrolysis ng fossil coals, langis at pit (sa temperatura na 450-1150°C) ay humahantong sa pagpapalabas ng carbon sa graphite form (coke, retort coal). Kung mas mataas ang temperatura ng charring ng mga panimulang materyales, mas malapit ang nagreresultang karbon o coke sa libreng carbon sa komposisyon at sa grapayt sa mga katangian.
Ang amorphous na karbon, na nabuo sa mga temperatura sa ibaba 800°C, ay hindi maaaring gawin. Itinuturing namin ito bilang libreng carbon, dahil naglalaman ito ng malaking halaga ng iba pang elemento na nakagapos sa kemikal, Ch. arr. hydrogen at oxygen. Sa mga teknikal na produkto, ang mga katangian ay pinakamalapit sa amorphous coal Naka-activate na carbon at uling. Ang purong karbon ay maaaring nakuha sa pamamagitan ng charring purong asukal o piperonal, espesyal na paggamot ng gas soot, atbp. Artipisyal na grapayt, na nakuha sa pamamagitan ng electrothermal na paraan, ay halos purong carbon sa komposisyon. Ang natural na grapayt ay palaging kontaminado ng mga dumi ng mineral at naglalaman din ng isang tiyak na halaga ng nakagapos na hydrogen (H) at oxygen (O); sa isang medyo dalisay na estado ito ay maaaring. nakuha lamang pagkatapos ng ilang espesyal na paggamot: mekanikal na pagpapayaman, paghuhugas, paggamot na may mga ahente ng oxidizing at calcination sa mataas na temperatura hanggang sa ganap na maalis ang mga pabagu-bagong sangkap. Sa teknolohiya ng carbon ang isa ay hindi kailanman nakikitungo sa ganap na purong carbon; Nalalapat ito hindi lamang sa mga natural na hilaw na materyales ng carbon, kundi pati na rin sa mga produkto ng pagpapayaman nito, pag-upgrade at thermal decomposition (pyrolysis). Nasa ibaba ang carbon content ng ilang carbonaceous na materyales (sa %):
Mga pisikal na katangian ng carbon. Ang libreng carbon ay halos ganap na natutunaw, hindi pabagu-bago, at sa ordinaryong temperatura ay hindi matutunaw sa alinman sa mga kilalang solvents. Natutunaw lamang ito sa ilang mga nilusaw na metal, lalo na sa mga temperatura na papalapit sa kumukulong punto ng huli: sa bakal (hanggang 5%), pilak (hanggang 6%) | ruthenium (hanggang 4%), kobalt, nikel, ginto at platinum. Sa kawalan ng oxygen, ang carbon ay ang pinaka-init-lumalaban materyal; estado ng likido para sa purong carbon ay hindi kilala, at ang pagbabago nito sa singaw ay nagsisimula lamang sa mga temperatura na higit sa 3000°C. Samakatuwid, ang pagpapasiya ng mga katangian ng carbon ay isinasagawa ng eksklusibo para sa solidong estado ng pagsasama-sama. Sa mga pagbabago sa carbon, ang brilyante ang may pinakamaraming pisikal na katangian; malaki ang pagkakaiba ng mga katangian ng grapayt sa iba't ibang sample nito (kahit ang pinakadalisay); Ang mga katangian ng amorphous na karbon ay higit na nagbabago. Ang pinakamahalagang pisikal na pare-pareho ng iba't ibang mga pagbabago sa carbon ay inihambing sa talahanayan.
Ang brilyante ay isang tipikal na dielectric, habang ang graphite at carbon ay may metallic electrical conductivity. Sa ganap na halaga, ang kanilang kondaktibiti ay nag-iiba sa isang napakalawak na hanay, ngunit para sa mga uling ito ay palaging mas mababa kaysa para sa mga graphite; sa mga graphite, lumalapit ang kondaktibiti ng mga tunay na metal. Ang kapasidad ng init ng lahat ng mga pagbabago sa carbon sa mga temperatura na >1000°C ay may pare-parehong halaga na 0.47. Sa mga temperatura sa ibaba -180°C, ang kapasidad ng init ng brilyante ay nagiging napakaliit at sa -27°C ito ay halos nagiging zero.
Mga kemikal na katangian ng carbon. Kapag pinainit sa itaas ng 1000°C, ang parehong brilyante at karbon ay unti-unting nagiging grapayt, na samakatuwid ay dapat ituring bilang ang pinaka-matatag (sa mataas na temperatura) na monotropikong anyo ng carbon. Ang pagbabagong-anyo ng amorphous coal sa graphite ay tila nagsisimula sa paligid ng 800°C at nagtatapos sa 1100°C (sa huling puntong ito, nawawala ang aktibidad ng adsorption ng karbon at kakayahang mag-reactivate, at ang electrical conductivity nito ay tumataas nang husto, na nananatiling halos pare-pareho sa hinaharap). Ang libreng carbon ay nailalarawan sa pamamagitan ng inertness sa mga ordinaryong temperatura at makabuluhang aktibidad sa mataas na temperatura. Ang amorphous na karbon ay ang pinaka-chemically active, habang ang brilyante ang pinaka-lumalaban. Halimbawa, ang fluorine ay tumutugon sa karbon sa temperatura na 15°C, na may grapayt lamang sa 500°C, at may brilyante sa 700°C. Kapag pinainit sa hangin, ang porous na karbon ay nagsisimulang mag-oxidize sa ibaba 100°C, grapayt sa humigit-kumulang 650°C, at brilyante sa itaas ng 800°C. Sa temperaturang 300°C at mas mataas, ang karbon ay nagsasama-sama ng sulfur upang bumuo ng carbon disulfide CS 2. Sa mga temperaturang higit sa 1800°C, ang carbon (karbon) ay nagsisimulang makipag-ugnayan sa nitrogen, na bumubuo (sa maliliit na dami) cyanogen C 2 N 2. Ang pakikipag-ugnayan ng carbon sa hydrogen ay nagsisimula sa 1200°C, at sa hanay ng temperatura na 1200-1500°C lamang ang methane CH 4 ay nabuo; sa itaas 1500°C - isang pinaghalong mitein, ethylene (C 2 H 4) at acetylene (C 2 H 2); sa mga temperatura ng pagkakasunud-sunod ng 3000 ° C halos eksklusibo acetylene ay nakuha. Sa temperatura ng electric arc, ang carbon ay pumapasok sa direktang kumbinasyon sa mga metal, silikon at boron, na bumubuo ng kaukulang mga karbida. Maaaring direkta o hindi direktang paraan. ang mga compound ng carbon na may lahat ng kilalang elemento ay nakuha, maliban sa mga gas ng zero group. Ang carbon ay isang di-metal na elemento na nagpapakita ng ilang mga palatandaan ng amphotericity. Ang carbon atom ay may diameter na 1.50 Ᾰ (1Ᾰ = 10 -8 cm) at naglalaman sa panlabas na globo ng 4 valence electron, na pantay na madaling ibigay o idinagdag sa 8; samakatuwid, ang normal na valency ng carbon, parehong oxygen at hydrogen, ay apat. Sa karamihan ng mga compound nito, ang carbon ay tetravalent; Maliit lamang na bilang ng mga compound ng divalent carbon (carbon monoxide at mga acetals nito, isonitriles, fulminate acid at mga salts nito) at trivalent carbon (ang tinatawag na "free radical") ang kilala.
Sa oxygen, ang carbon ay bumubuo ng dalawang normal na oxide: acidic carbon dioxide CO 2 at neutral carbon monoxide CO. Bilang karagdagan, mayroong isang numero mga carbon suboxide naglalaman ng higit sa 1 C atom at walang teknikal na kahalagahan; Sa mga ito, ang pinakakilala ay ang suboxide ng komposisyon C 3 O 2 (isang gas na may kumukulo na +7 ° C at isang natutunaw na punto ng -111 ° C). Ang unang produkto ng pagkasunog ng carbon at ang mga compound nito ay CO 2, na nabuo ayon sa equation:
C+O 2 = CO 2 +97600 cal.
Ang pagbuo ng CO sa panahon ng hindi kumpletong pagkasunog ng gasolina ay resulta ng pangalawang proseso ng pagbawas; Ang ahente ng pagbabawas sa kasong ito ay ang carbon mismo, na sa mga temperatura na higit sa 450°C ay tumutugon sa CO 2 ayon sa equation:
CO 2 +C = 2СО -38800 cal;
ang reaksyong ito ay nababaligtad; sa itaas ng 950°C, halos kumpleto na ang conversion ng CO 2 sa CO, na isinasagawa sa mga hurno na gumagawa ng gas. Ang energetic na pagbabawas ng kakayahan ng carbon sa mataas na temperatura ay ginagamit din sa produksyon ng water gas (H 2 O + C = CO + H 2 -28380 cal) at sa mga prosesong metalurhiko upang makakuha ng libreng metal mula sa oxide nito. Iba-iba ang reaksyon ng mga allotropic na anyo ng carbon sa pagkilos ng ilang oxidizing agent: halimbawa, ang pinaghalong KCIO 3 + HNO 3 ay walang epekto sa brilyante, ang amorphous na karbon ay ganap na na-oxidized sa CO 2, habang ang graphite ay gumagawa ng mga aromatic compound - graphitic acid. na may empirical formula (C 2 OH) x pataas mellitic acid C 6 (COOH) 6 . Ang mga compound ng carbon na may hydrogen - hydrocarbons - ay napakarami; mula sa kanila, karamihan sa iba pang mga organikong compound ay ginawa ng genetically, na, bilang karagdagan sa carbon, kadalasang kasama ang H, O, N, S at mga halogens.
Ang pambihirang pagkakaiba-iba ng mga organikong compound, kung saan hanggang sa 2 milyon ay kilala, ay dahil sa ilang mga tampok ng carbon bilang isang elemento. 1) Ang carbon ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malakas na bono ng kemikal sa karamihan ng iba pang mga elemento, parehong metal at di-metal, dahil sa kung saan ito ay bumubuo ng medyo matatag na mga compound sa pareho. Kapag ito ay pinagsama sa iba pang mga elemento, ang carbon ay may napakakaunting tendensya na bumuo ng mga ion. Karamihan sa mga organikong compound ay nasa uri ng homeopolar at hindi naghihiwalay sa ilalim ng normal na mga kondisyon; Ang pagsira sa mga intramolecular bond sa kanila ay madalas na nangangailangan ng paggasta ng isang malaking halaga ng enerhiya. Kapag hinuhusgahan ang lakas ng mga koneksyon, dapat, gayunpaman, makilala ng isa; a) absolute bond strength, sinusukat sa thermochemically, at b) ang kakayahan ng bond na masira sa ilalim ng impluwensya ng iba't ibang reagents; ang dalawang katangiang ito ay hindi palaging nagtutugma. 2) Ang mga carbon atom ay nagbubuklod sa isa't isa nang may pambihirang kadalian (non-polar), na bumubuo ng mga carbon chain, bukas o sarado. Ang haba ng naturang mga kadena ay tila hindi napapailalim sa anumang mga paghihigpit; Kaya, ang mga medyo matatag na molekula na may bukas na mga kadena ng 64 na mga atomo ng carbon ay kilala. Ang pagpapahaba at pagiging kumplikado ng mga bukas na kadena ay hindi nakakaapekto sa lakas ng koneksyon ng kanilang mga link sa isa't isa o sa iba pang mga elemento. Sa mga saradong chain, ang 6- at 5-membered na singsing ay pinakamadaling mabuo, bagama't kilala ang mga ringed chain na naglalaman ng 3 hanggang 18 carbon atoms. Ang kakayahan ng mga carbon atoms na magkaugnay nang maayos ay nagpapaliwanag ng mga espesyal na katangian ng grapayt at ang mekanismo ng mga proseso ng charring; nililinaw din nito ang katotohanan na ang carbon ay hindi kilala sa anyo ng diatomic C 2 molecules, na maaaring asahan sa pamamagitan ng pagkakatulad sa iba pang mga light non-metallic na elemento (sa vapor form, carbon ay binubuo ng monatomic molecules). 3) Dahil sa di-polar na katangian ng mga bono, maraming mga carbon compound ang may chemical inertness hindi lamang sa panlabas (kabagalan ng reaksyon), kundi pati na rin sa loob (kahirapan ng intramolecular rearrangements). Ang pagkakaroon ng malalaking "passive resistances" ay lubos na nagpapalubha sa kusang pagbabago ng mga hindi matatag na anyo sa mga matatag, kadalasang binabawasan ang rate ng naturang pagbabago sa zero. Ang resulta nito ay ang posibilidad ng pagpapatupad Malaking numero isomeric na mga anyo, halos pantay na matatag sa mga ordinaryong temperatura.
Allotropy at atomic na istraktura ng carbon. Ang pagsusuri sa X-ray ay naging posible upang mapagkakatiwalaang maitatag ang atomic na istraktura ng brilyante at grapayt. Ang parehong paraan ng pananaliksik ay nagbigay liwanag sa tanong ng pagkakaroon ng ikatlong allotropic modification ng carbon, na mahalagang tanong tungkol sa amorphousness o crystallinity ng karbon: kung ang karbon ay isang amorphous formation, hindi ito magagawa. hindi kinilala sa grapayt o diyamante, ngunit dapat ituring bilang isang espesyal na anyo ng carbon, bilang isang indibidwal na simpleng sangkap. Sa brilyante, ang mga atomo ng carbon ay nakaayos sa paraang ang bawat atom ay namamalagi sa gitna ng isang tetrahedron, ang mga vertice nito ay 4 na katabi na mga atomo; ang bawat isa sa huli ay ang sentro ng isa pang katulad na tetrahedron; ang mga distansya sa pagitan ng mga katabing atom ay 1.54 Ᾰ (ang gilid ng isang elementary cube ng crystal lattice ay 3.55 Ᾰ). Ang istraktura na ito ay ang pinaka-compact; ito ay tumutugma sa mataas na katigasan, densidad at chemical inertness ng brilyante (unipormeng pamamahagi ng mga puwersa ng valence). Ang magkaparehong koneksyon ng mga carbon atom sa brilyante na sala-sala ay kapareho ng sa mga molekula ng karamihan sa mga organikong compound ng mataba na serye (tetrahedral na modelo ng carbon). Sa mga graphite na kristal, ang mga carbon atom ay nakaayos sa mga siksik na layer, na may pagitan na 3.35-3.41 Ᾰ mula sa isa't isa; ang direksyon ng mga layer na ito ay tumutugma sa mga cleavage plane at sliding plane sa panahon ng mga mekanikal na pagpapapangit. Sa eroplano ng bawat layer, ang mga atom ay bumubuo ng isang grid na may hexagonal na mga cell (mga kumpanya); ang gilid ng naturang hexagon ay 1.42-1.45 Ᾰ. Sa katabing mga layer, ang mga hexagons ay hindi nakahiga sa isa sa ilalim ng isa: ang kanilang vertical coincidence ay paulit-ulit lamang pagkatapos ng 2 layer sa ikatlo. Ang tatlong mga bono ng bawat carbon atom ay nasa parehong eroplano, na bumubuo ng mga anggulo ng 120°; Ang ika-4 na bono ay nakadirekta nang halili sa isang direksyon o iba pa mula sa eroplano hanggang sa mga atomo ng mga kalapit na layer. Ang mga distansya sa pagitan ng mga atomo sa isang layer ay mahigpit na pare-pareho, ngunit ang distansya sa pagitan ng mga indibidwal na layer ay maaaring maging nagbago panlabas na impluwensya: kaya, kapag pinindot sa ilalim ng presyon hanggang sa 5000 atm, ito ay bumababa sa 2.9 Ᾰ, at kapag ang grapayt ay lumubog sa puro HNO 3, ito ay tumataas sa 8 Ᾰ. Sa eroplano ng isang layer, ang mga carbon atom ay nakagapos sa homeopolarly (tulad ng sa mga hydrocarbon chain), ngunit ang mga bono sa pagitan ng mga atomo ng mga katabing layer ay medyo metal sa kalikasan; ito ay maliwanag mula sa katotohanan na ang electrical conductivity ng graphite crystals sa direksyon na patayo sa mga layer ay ~100 beses na mas mataas kaysa sa conductivity sa direksyon ng layer. yun. Ang grapayt ay may mga katangian ng isang metal sa isang direksyon at ang mga katangian ng isang di-metal sa kabilang direksyon. Ang pagkakaayos ng mga carbon atom sa bawat layer ng graphite lattice ay eksaktong kapareho ng sa mga molekula ng kumplikadong nuclear aromatic compound. Ang pagsasaayos na ito ay mahusay na nagpapaliwanag ng matalim na anisotropy ng grapayt, bukod-tanging nabuong cleavage, mga katangian ng antifriction at ang pagbuo ng mga aromatic compound sa panahon ng oksihenasyon nito. Ang amorphous na pagbabago ng itim na carbon ay tila umiiral bilang malayang anyo(O. Ruff). Para dito, ang pinaka-malamang ay isang foam-like cellular na istraktura, na walang anumang regularidad; ang mga dingding ng naturang mga selula ay nabuo sa pamamagitan ng mga patong ng mga aktibong atomo carbon mga 3 atom ang kapal. Sa pagsasagawa, ang aktibong substansiya ng karbon ay karaniwang nasa ilalim ng isang shell ng malapit na espasyo na hindi aktibong mga atomo ng carbon, na nakatuon sa graphically, at natagos ng mga inklusyon ng napakaliit na graphite crystallites. Malamang na walang tiyak na punto ng pagbabagong-anyo ng karbon → grapayt: sa pagitan ng parehong mga pagbabago ay may tuluy-tuloy na paglipat, kung saan ang random na masikip na masa ng C-atoms ng amorphous coal ay binago sa isang regular na kristal na sala-sala ng grapayt. Dahil sa kanilang random na pag-aayos, ang mga carbon atom sa amorphous na karbon ay nagpapakita ng maximum na natitirang affinity, na (ayon sa mga ideya ni Langmuir tungkol sa pagkakakilanlan ng mga puwersa ng adsorption na may mga puwersa ng valence) ay tumutugma sa mataas na adsorption at catalytic na aktibidad kaya katangian ng karbon. Ang mga carbon atom na naka-orient sa crystal lattice ay gumugugol ng lahat ng kanilang pagkakaugnay (sa brilyante) sa mutual adhesion, o karamihan kanya (sa grapayt); Ito ay tumutugma sa pagbaba sa aktibidad ng kemikal at aktibidad ng adsorption. Sa brilyante, ang adsorption ay posible lamang sa ibabaw ng isang kristal, habang sa grapayt, ang natitirang valency ay maaaring lumitaw sa parehong mga ibabaw ng bawat flat lattice (sa "mga bitak" sa pagitan ng mga layer ng mga atomo), na kinumpirma ng katotohanan na ang grapayt maaaring bumaga sa mga likido (HNO 3) at ang mekanismo ng oksihenasyon nito sa graphitic acid.
Teknikal na kahalagahan ng carbon. Tungkol naman sa b. o m. ng libreng carbon na nakuha sa mga proseso ng charring at coking, kung gayon ang paggamit nito sa teknolohiya ay batay sa parehong kemikal nito (inertness, pagbabawas ng kakayahan) at ang mga pisikal na katangian nito (heat resistance, electrical conductivity, adsorption capacity). Kaya, ang coke at uling, bilang karagdagan sa kanilang bahagyang direktang paggamit bilang walang apoy na gasolina, ay ginagamit upang makabuo ng gas na panggatong (generator gases); sa metalurhiya ng ferrous at non-ferrous na mga metal - para sa pagbawas ng mga metal oxide (Fe, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi); sa teknolohiyang kemikal - bilang isang pagbabawas ng ahente sa paggawa ng sulfides (Na, Ca, Ba) mula sa sulfates, anhydrous chloride salts (Mg, Al), mula sa metal oxides, sa paggawa ng natutunaw na baso at posporus - bilang isang hilaw na materyal para sa ang produksyon ng calcium carbide, carborundum at iba pang carbides carbon disulfide, atbp.; sa industriya ng konstruksiyon - bilang isang thermal insulating material. Ang retort coal at coke ay nagsisilbing mga materyales para sa mga electrodes ng mga electric furnace, electrolytic bath at galvanic cells, para sa paggawa ng arc coals, rheostats, commutator brushes, melting crucibles, atbp., at bilang isang nozzle din sa tower-type chemical equipment. Bilang karagdagan sa mga aplikasyon sa itaas, ang uling ay ginagamit upang makabuo ng puro carbon monoxide, cyanide salts, para sa sementasyon ng bakal, ay malawakang ginagamit bilang isang adsorbent, bilang isang katalista para sa ilang mga sintetikong reaksyon, at sa wakas ay kasama sa itim na pulbos at iba pang mga paputok. at pyrotechnic compositions.
Analytical na pagpapasiya ng carbon. Ang carbon ay natutukoy nang husay sa pamamagitan ng pagsunog ng isang sample ng isang sangkap na walang access sa hangin (na hindi angkop para sa lahat ng mga sangkap) o, na mas maaasahan, sa pamamagitan ng kumpletong oksihenasyon nito, halimbawa, sa pamamagitan ng calcination sa isang halo na may tansong oksido, at ang pagbuo ng CO 2 ay napatunayan ng mga ordinaryong reaksyon. Upang mabilang ang carbon, ang isang sample ng sangkap ay sinusunog sa isang oxygen na kapaligiran; ang resultang CO 2 ay kinukuha ng alkali solution at tinutukoy ng timbang o dami gamit ang mga conventional method ng quantitative analysis. Ang pamamaraang ito ay angkop para sa pagtukoy ng carbon hindi lamang sa mga organikong compound at teknikal na uling, kundi pati na rin sa mga metal.
Sa artikulong ito titingnan natin ang isang elemento na bahagi ng periodic table D.I. Mendeleev, lalo na ang carbon. Sa modernong katawagan, ito ay itinalaga ng simbolong C, kasama sa ikalabing-apat na grupo at isang "kalahok" ng ikalawang yugto, may ikaanim na serial number, at ang a.u.m nito. = 12.0107.
Atomic orbitals at ang kanilang hybridization
Simulan natin ang pagtingin sa carbon kasama ang mga orbital nito at ang kanilang hybridization - ang mga pangunahing tampok nito, salamat sa kung saan ito ay humahanga pa rin sa mga siyentipiko sa buong mundo. Ano ang kanilang istraktura?
Ang hybridization ng carbon atom ay nakaayos sa paraang ang mga valence electron ay sumasakop sa mga posisyon sa tatlong orbital, ibig sabihin: ang isa ay nasa 2s orbital, at ang dalawa ay nasa 2p orbital. Ang huling dalawa sa tatlong orbital ay bumubuo ng isang anggulo na 90 degrees na may paggalang sa isa't isa, at ang 2s orbital ay may spherical symmetry. Gayunpaman, ang anyo ng pag-aayos ng mga orbital na isinasaalang-alang ay hindi nagpapahintulot sa amin na maunawaan kung bakit ang carbon, kapag pumapasok sa mga organikong compound, ay bumubuo ng mga anggulo ng 120, 180 at 109.5 degrees. Ang formula para sa elektronikong istraktura ng carbon atom ay nagpapahayag ng sarili sa sumusunod na anyo: (He) 2s 2 2p 2.
Ang paglutas ng kontradiksyon na lumitaw ay ginawa sa pamamagitan ng pagpapasok sa sirkulasyon ng konsepto ng hybridization ng atomic orbitals. Upang maunawaan ang triangular, variant na katangian ng C, kinakailangan na lumikha ng tatlong anyo ng representasyon tungkol sa hybridization nito. Ang pangunahing kontribusyon sa paglitaw at pag-unlad ng konseptong ito ay ginawa ni Linus Pauling.
Mga katangiang pisikal
Tinutukoy ng istruktura ng carbon atom ang pagkakaroon ng ilang partikular na pisikal na katangian. Ang mga atomo ng elementong ito ay bumubuo ng isang simpleng sangkap - carbon, na may mga pagbabago. Ang mga pagkakaiba-iba sa mga pagbabago sa istraktura nito ay maaaring magbigay sa nagresultang sangkap ng iba't ibang mga katangian ng husay. Ang dahilan para sa pagkakaroon ng isang malaking bilang ng mga pagbabago sa carbon ay ang kakayahang magtatag at bumuo ng iba't ibang uri ng mga bono na may likas na kemikal.
Ang istraktura ng carbon atom ay maaaring mag-iba, na nagpapahintulot na magkaroon ito ng isang tiyak na bilang ng mga isotopic form. Ang carbon na matatagpuan sa kalikasan ay nabuo gamit ang dalawang isotopes sa isang matatag na estado - 12 C at 13 C - at isang isotope na may mga radioactive na katangian - 14 C. Ang huling isotope ay puro sa itaas na mga layer ang crust ng Earth at sa atmospera. Dahil sa impluwensya ng cosmic radiation, lalo na ang mga neutron nito, sa nucleus ng nitrogen atoms, nabuo ang radioactive isotope 14 C. Pagkatapos ng kalagitnaan ng ikalimampu ng ikadalawampu siglo, nagsimula itong mahulog sa kapaligiran bilang isang produktong gawa ng tao na nabuo sa panahon ng operasyon ng mga nuclear power plant, at dahil sa paggamit ng hydrogen bomb. Nasa proseso ng pagkabulok ng 14 C na nakabatay ang radiocarbon dating technique, na natagpuan ang malawak na aplikasyon nito sa arkeolohiya at geolohiya.
Pagbabago ng carbon sa allotropic form
Mayroong maraming mga sangkap sa kalikasan na naglalaman ng carbon. Ginagamit ng tao ang istraktura ng carbon atom para sa kanyang sariling mga layunin kapag lumilikha iba't ibang sangkap, kung saan:
- Mga kristal na carbon (mga diamante, carbon nanotubes, mga hibla at wire, fullerenes, atbp.).
- Amorphous carbons (activated carbon at uling, iba't ibang uri coke, carbon black, soot, nanofoam at anthracite).
- Cluster forms ng carbon (dicarbons, nanocones at astralen compounds).
Mga tampok na istruktura ng istraktura ng atom
Ang elektronikong istraktura ng isang carbon atom ay maaaring magkaroon ng iba't ibang mga geometry, na nakasalalay sa antas ng hybridization ng mga orbital na taglay nito. Mayroong 3 pangunahing uri ng geometry:
- Tetrahedral - nilikha dahil sa pag-aalis ng apat na electron, ang isa ay s-electrons, at tatlo ang nabibilang sa p-electrons. Ang C atom ay sumasakop sa isang sentral na posisyon sa tetrahedron at konektado ng apat na katumbas na sigma bond sa iba pang mga atomo na sumasakop sa vertex ng tetrahedron na ito. Ang geometric na kaayusan ng carbon ay maaaring makabuo ng mga allotropes tulad ng brilyante at lonsdaleite.
- Trigonal - utang ang hitsura nito sa pag-aalis ng tatlong orbital, kung saan ang isa ay s- at dalawa ay p-. Mayroong tatlong sigma bonds dito, na nasa isang katumbas na posisyon sa isa't isa; nakahiga sila sa isang karaniwang eroplano at nagpapanatili ng isang anggulo ng 120 degrees na may paggalang sa bawat isa. Ang libreng p-orbital ay matatagpuan patayo sa sigma bond plane. Ang graphite ay may katulad na structural geometry.
- Diagonal - lumilitaw dahil sa paghahalo ng s- at p-electrons (sp hybridization). Ang mga ulap ng elektron ay umaabot sa pangkalahatang direksyon at may hugis ng isang asymmetrical na dumbbell. Ang mga libreng electron ay lumilikha ng mga π bond. Ang istrukturang geometry na ito sa carbon ay nagbibigay ng hitsura ng carbyne, isang espesyal na anyo ng pagbabago.
Mga carbon atom sa kalikasan
Ang istraktura at mga katangian ng carbon atom ay matagal nang isinasaalang-alang ng tao at ginagamit upang makakuha ng isang malaking bilang ng iba't ibang mga sangkap. Ang mga atomo ng elementong ito, dahil sa kanilang natatanging kakayahan na bumuo ng iba't ibang mga bono ng kemikal at ang pagkakaroon ng orbital hybridization, ay lumikha ng maraming iba't ibang mga allotropic modification na may partisipasyon ng isang elemento lamang, mula sa mga atomo ng parehong uri - carbon.
Sa kalikasan, ang carbon ay matatagpuan sa crust ng lupa; ay may anyo ng mga diamante, grapayt, iba't ibang nasusunog na likas na yaman, halimbawa, langis, anthracite, brown coal, shale, pit, atbp. Ito ay bahagi ng mga gas na ginagamit ng mga tao sa industriya ng enerhiya. Ang carbon sa dioxide nito ay pumupuno sa hydrosphere at atmospera ng Earth, na umaabot hanggang 0.046% sa hangin, at hanggang animnapung beses na higit pa sa tubig.
Sa katawan ng tao, ang C ay nakapaloob sa isang halaga na humigit-kumulang katumbas ng 21%, at pinalabas pangunahin sa pamamagitan ng ihi at hanging ibinuga. Ang parehong elemento ay nakikilahok sa biological cycle; ito ay nasisipsip ng mga halaman at natupok sa mga proseso ng photosynthesis.
Ang mga carbon atom, dahil sa kanilang kakayahang magtatag ng iba't ibang mga covalent bond at bumuo ng mga kadena at kahit na mga cycle mula sa kanila, ay maaaring lumikha ng isang malaking bilang ng mga organikong sangkap. Bilang karagdagan, ang elementong ito ay bahagi ng solar atmosphere, na pinagsama sa hydrogen at nitrogen.
Mga katangian ng kemikal na kalikasan
Ngayon tingnan natin ang istraktura at mga katangian ng carbon atom mula sa isang kemikal na pananaw.
Mahalagang malaman na ang carbon ay nagpapakita ng mga inert na katangian sa normal na temperatura, ngunit maaaring magpakita sa amin ng pagbabawas ng mga katangian sa ilalim ng impluwensya ng mataas na temperatura. Ang mga pangunahing estado ng oksihenasyon ay: + - 4, minsan +2, at +3 din.
Nakikilahok sa mga reaksyon na may malaking bilang ng mga elemento. Maaaring tumugon sa tubig, hydrogen, halogens, alkali metal, acid, fluorine, sulfur, atbp.
Ang istraktura ng carbon atom ay nagbibigay ng isang hindi kapani-paniwalang malaking bilang ng mga sangkap, na pinaghihiwalay sa isang hiwalay na klase. Ang ganitong mga compound ay tinatawag na organic at batay sa C. Ito ay posible dahil sa pag-aari ng mga atomo ng elementong ito upang bumuo ng mga polymer chain. Kabilang sa mga pinakatanyag at malawak na grupo ay ang mga protina (protina), taba, carbohydrates at hydrocarbon compound.
Mga paraan ng pagpapatakbo
Dahil sa natatanging istraktura ng carbon atom at ang mga kasamang katangian nito, ang elemento ay malawakang ginagamit ng mga tao, halimbawa, sa paglikha ng mga lapis, smelting metal crucibles - grapayt ay ginagamit dito. Ang mga diamante ay ginagamit bilang mga abrasive, alahas, drill bits, atbp.
Ang pharmacology at gamot ay tumatalakay din sa paggamit ng carbon sa iba't ibang mga compound. Ang elementong ito ay bahagi ng bakal, nagsisilbing batayan para sa bawat organikong sangkap, nakikilahok sa proseso ng photosynthesis, atbp.
Ang toxicity ng elemento
Ang istraktura ng atom ng elementong carbon ay kinabibilangan ng presensya mapanganib na impluwensya sa buhay na bagay. Ang carbon ay pumapasok sa mundo sa paligid natin bilang resulta ng pagkasunog ng karbon sa mga thermal power plant, ay bahagi ng mga gas na ginawa ng mga kotse, sa kaso ng coal concentrate, atbp.
Ang porsyento ng nilalaman ng carbon sa mga aerosol ay mataas, na nangangailangan ng pagtaas sa porsyento ng mga taong nagkakasakit. Ang upper respiratory tract at baga ay kadalasang apektado. Ang ilang mga sakit ay maaaring mauri bilang occupational, halimbawa, dust bronchitis at mga sakit ng pneumoconiosis group.
Ang 14 C ay nakakalason, at ang lakas ng impluwensya nito ay tinutukoy ng pakikipag-ugnayan ng radiation sa mga β-particle. Ang atom na ito ay kasama sa komposisyon ng mga biyolohikal na molekula, kabilang ang mga matatagpuan sa deoxy- at ribonucleic acid. Ang katanggap-tanggap na halaga ng 14 C sa hangin ng isang lugar ng trabaho ay itinuturing na 1.3 Bq/l. Ang maximum na dami ng carbon na pumapasok sa katawan sa panahon ng paghinga ay tumutugma sa 3.2*10 8 Bq/taon.
Ang nilalaman ng artikulo
CARBON, C (carboneum), isang non-metallic na kemikal na elemento ng pangkat IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) ng periodic table ng mga elemento. Ito ay matatagpuan sa kalikasan sa anyo ng mga kristal na brilyante (Larawan 1), grapayt o fullerene at iba pang anyo at bahagi ng organiko (karbon, langis, mga organismo ng hayop at halaman, atbp.) at mga di-organikong sangkap(apog, baking soda at iba pa.).
Ang carbon ay laganap, ngunit ang nilalaman nito sa crust ng lupa ay 0.19% lamang.
Ang carbon ay malawakang ginagamit sa anyo ng mga simpleng sangkap. Bilang karagdagan sa mga mahalagang diamante, na siyang paksa ng alahas, pinakamahalaga may mga pang-industriya na diamante - para sa paggawa ng mga tool sa paggiling at pagputol.
Ang uling at iba pang mga amorphous na anyo ng carbon ay ginagamit para sa decolorization, purification, gas adsorption, at sa mga lugar ng teknolohiya kung saan kinakailangan ang mga adsorbent na may nabuong surface. Ang mga karbida, mga compound ng carbon na may mga metal, pati na rin ang boron at silikon (halimbawa, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na tigas at ginagamit para sa paggawa ng mga nakasasakit at mga tool sa pagputol. Ang carbon ay bahagi ng mga bakal at haluang metal sa elemental na estado at sa anyo ng mga karbida. Ang saturation ng ibabaw ng steel castings na may carbon sa mataas na temperatura (sementasyon) ay makabuluhang pinatataas ang katigasan ng ibabaw at wear resistance. Tingnan din MGA haluang metal.
Mayroong maraming iba't ibang anyo ng grapayt sa kalikasan; ang ilan ay nakuha sa artipisyal na paraan; May mga amorphous form (halimbawa, coke at charcoal). Ang soot, bone char, lamp black, at acetylene black ay nabubuo kapag ang mga hydrocarbon ay sinusunog sa kawalan ng oxygen. tinatawag na puting carbon nakuha sa pamamagitan ng sublimation ng pyrolytic graphite sa ilalim ng pinababang presyon - ito ay maliliit na transparent na kristal ng mga dahon ng grapayt na may matulis na mga gilid.
Makasaysayang sanggunian.
Ang graphite, brilyante at amorphous na carbon ay kilala mula pa noong unang panahon. Matagal nang alam na ang grapayt ay maaaring gamitin upang markahan ang iba pang mga materyales, at ang pangalang "grapayt" mismo, na nagmula sa salitang Griyego na nangangahulugang "magsulat", ay iminungkahi ni A. Werner noong 1789. Gayunpaman, ang kasaysayan ng grapayt ay kumplikado; ang mga sangkap na may katulad na panlabas na pisikal na katangian ay kadalasang napagkakamalan para dito, tulad ng molybdenite (molybdenum sulfide), sa isang pagkakataon ay itinuturing na grapayt. Kabilang sa iba pang mga pangalan para sa graphite ang "black lead," "iron carbide," at "silver lead." Noong 1779, itinatag ni K. Scheele na ang grapayt ay maaaring ma-oxidized sa hangin upang mabuo carbon dioxide.
Ang mga diamante ay unang ginamit sa India, at sa Brazil ang mga hiyas ay naging mahalaga sa komersyo noong 1725; ang mga deposito sa South Africa ay natuklasan noong 1867. Noong ika-20 siglo. Ang mga pangunahing producer ng brilyante ay South Africa, Zaire, Botswana, Namibia, Angola, Sierra Leone, Tanzania at Russia. Ang mga diamante na gawa ng tao, na ang teknolohiya ay nilikha noong 1970, ay ginawa para sa mga layuning pang-industriya.
Allotropy.
Kung ang mga yunit ng istruktura ng isang sangkap (mga atom para sa mga elementong monoatomic o mga molekula para sa mga elementong polyatomic at mga compound) ay magagawang pagsamahin sa isa't isa sa higit sa isang kristal na anyo, ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na allotropy. Ang carbon ay may tatlong allotropic modification: brilyante, grapayt at fullerene. Sa brilyante, ang bawat carbon atom ay may 4 na tetrahedral na nakaayos na mga kapitbahay, na bumubuo ng isang kubiko na istraktura (Larawan 1, A). Ang istrukturang ito ay tumutugma sa pinakamataas na covalency ng bono, at lahat ng 4 na electron ng bawat carbon atom ay bumubuo ng mataas na lakas na C–C na mga bono, i.e. Walang mga conduction electron sa istraktura. Samakatuwid, ang brilyante ay nailalarawan sa pamamagitan ng kakulangan ng conductivity, mababang thermal conductivity, at mataas na tigas; ito ang pinakamahirap na kilalang sangkap (Fig. 2). Ang pagsira sa C–C bond (haba ng bono 1.54 Å, kaya covalent radius 1.54/2 = 0.77 Å) sa isang tetrahedral na istraktura ay nangangailangan ng malaking halaga ng enerhiya, kaya ang brilyante, kasama ang pambihirang tigas, ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na punto ng pagkatunaw (3550 °). C).
Ang isa pang allotropic na anyo ng carbon ay graphite, na may ibang katangian mula sa brilyante. Ang graphite ay isang malambot na itim na substansiya na gawa sa madaling na-exfoliated na mga kristal, na nailalarawan sa pamamagitan ng magandang electrical conductivity ( paglaban sa kuryente 0.0014 Ohm cm). Samakatuwid, ang grapayt ay ginagamit sa mga arc lamp at furnace (Larawan 3), kung saan kinakailangan upang lumikha ng mataas na temperatura. Ang high purity graphite ay ginagamit sa mga nuclear reactor bilang isang neutron moderator. Ang punto ng pagkatunaw nito sa altapresyon katumbas ng 3527° C. Sa normal na presyon, ang graphite ay nagsa-sublimate (mga paglipat mula sa solid patungo sa gas) sa 3780° C.
Istraktura ng grapayt (Larawan 1, b) ay isang sistema ng fused hexagonal rings na may haba ng bond na 1.42 Å (mas maikli kaysa sa brilyante), ngunit ang bawat carbon atom ay may tatlo (sa halip na apat, tulad ng sa brilyante) na covalent bond na may tatlong kapitbahay, at ang ikaapat na bono ( 3.4 Å) ay masyadong mahaba para sa isang covalent bond at mahinang nagbubuklod ng magkatulad na mga layer ng graphite sa isa't isa. Ito ang ikaapat na electron ng carbon na tumutukoy sa thermal at electrical conductivity ng graphite - ang mas mahaba at hindi gaanong malakas na bono na ito ay bumubuo ng mas kaunting compactness ng graphite, na makikita sa mas mababang tigas nito kumpara sa brilyante (graphite density 2.26 g/cm 3, brilyante - 3.51 g /cm 3). Para sa parehong dahilan, ang grapayt ay madulas sa pagpindot at madaling naghihiwalay ng mga natuklap ng sangkap, kung kaya't ito ay ginagamit upang gumawa ng pampadulas at mga lead ng lapis. Ang mala-lead na ningning ng tingga ay higit sa lahat dahil sa pagkakaroon ng grapayt.
Ang mga carbon fiber ay may mataas na lakas at maaaring gamitin upang gumawa ng rayon o iba pang mataas na carbon yarns.
Sa mataas na presyon at temperatura sa pagkakaroon ng isang katalista tulad ng bakal, ang grapayt ay maaaring mag-transform sa diamante. Ang prosesong ito ay ipinatupad para sa pang-industriyang produksyon ng mga artipisyal na diamante. Ang mga kristal na brilyante ay lumalaki sa ibabaw ng katalista. Ang graphite-diamond equilibrium ay umiiral sa 15,000 atm at 300 K o sa 4000 atm at 1500 K. Ang mga artipisyal na diamante ay maaari ding makuha mula sa mga hydrocarbon.
Ang mga amorphous na anyo ng carbon na hindi bumubuo ng mga kristal ay kinabibilangan ng uling, na nakuha sa pamamagitan ng pag-init ng kahoy nang walang access sa hangin, lamp at gas soot, na nabuo sa mababang temperatura ng pagkasunog ng mga hydrocarbon na may kakulangan ng hangin at condensed sa malamig na ibabaw, bone char – isang admixture sa calcium phosphate sa panahon ng proseso ng pagkasira tissue ng buto, pati na rin ang karbon (isang likas na sangkap na may mga impurities) at coke, isang tuyong nalalabi na nakuha sa pamamagitan ng mga coking fuel sa pamamagitan ng dry distillation ng coal o petroleum residues (bituminous coals), i.e. pagpainit nang walang air access. Ang coke ay ginagamit para sa pagtunaw ng cast iron at sa ferrous at non-ferrous na metalurhiya. Sa panahon ng coking, ang mga produktong gas ay nabuo din - coke oven gas (H 2, CH 4, CO, atbp.) At mga produktong kemikal, na mga hilaw na materyales para sa paggawa ng gasolina, pintura, pataba, mga gamot, mga plastik, atbp. Ang isang diagram ng pangunahing kagamitan para sa paggawa ng coke - isang coke oven - ay ipinapakita sa Fig. 3.
Ang iba't ibang uri ng karbon at soot ay may nabuong ibabaw at samakatuwid ay ginagamit bilang mga adsorbents para sa paglilinis ng gas at mga likido, at bilang mga catalyst din. Upang makakuha ng iba't ibang anyo ng carbon na ginagamit nila mga espesyal na pamamaraan teknolohiyang kemikal. Ang artificial graphite ay ginawa sa pamamagitan ng calcining anthracite o petroleum coke sa pagitan ng carbon electrodes sa 2260 ° C (Acheson process) at ginagamit sa paggawa ng mga lubricant at electrodes, lalo na para sa electrolytic production ng mga metal.
Istraktura ng carbon atom.
Ang nucleus ng pinaka-matatag na carbon isotope, mass 12 (98.9% abundance), ay may 6 na proton at 6 na neutron (12 nucleon), na nakaayos sa tatlong quartets, bawat isa ay naglalaman ng 2 proton at dalawang neutron, katulad ng helium nucleus. Ang isa pang matatag na isotope ng carbon ay 13 C (mga 1.1%), at sa mga bakas na dami mayroong umiiral sa kalikasan ng isang hindi matatag na isotope 14 C na may kalahating buhay na 5730 taon, na mayroong b- radiation. Ang lahat ng tatlong isotopes ay nakikilahok sa normal na carbon cycle ng nabubuhay na bagay sa anyo ng CO 2 . Pagkatapos ng kamatayan ng isang buhay na organismo, huminto ang pagkonsumo ng carbon at ang mga bagay na naglalaman ng C ay maaaring mapetsahan sa pamamagitan ng pagsukat ng antas ng 14 C radioactivity. Bawasan b-14 CO 2 radiation ay proporsyonal sa oras na lumipas mula noong kamatayan. Noong 1960, si W. Libby ay ginawaran ng Nobel Prize para sa kanyang pananaliksik na may radioactive carbon.
Sa ground state, 6 na electron ng carbon ang bumubuo ng electron configuration 1 s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0 . Apat na electron ng pangalawang antas ang valence, na tumutugma sa posisyon ng carbon sa pangkat IVA ng periodic table ( cm. PERIODIC SYSTEM OF ELEMENTS). Dahil ang malaking enerhiya ay kinakailangan upang alisin ang isang electron mula sa isang atom sa gas phase (approx. 1070 kJ/mol), ang carbon ay hindi bumubuo ng mga ionic bond sa iba pang mga elemento, dahil ito ay mangangailangan ng pag-alis ng isang electron upang bumuo ng isang positibong ion. Ang pagkakaroon ng electronegativity na 2.5, ang carbon ay hindi nagpapakita ng malakas na electron affinity at, nang naaayon, ay hindi isang aktibong electron acceptor. Samakatuwid, hindi madaling makabuo ng isang butil na may negatibong singil. Ngunit ang ilang mga carbon compound ay umiiral na may bahagyang ionic na katangian ng bono, halimbawa carbides. Sa mga compound, ang carbon ay nagpapakita ng estado ng oksihenasyon na 4. Upang ang apat na electron ay makasali sa pagbuo ng mga bono, kailangan ang pagpapares ng 2 s-mga electron at ang pagtalon ng isa sa mga electron na ito ng 2 p z-orbital; sa kasong ito, 4 na tetrahedral bond ang nabuo na may anggulo sa pagitan ng mga ito na 109°. Sa mga compound, ang mga valence electron ng carbon ay bahagyang na-withdraw mula dito, kaya ang carbon ay bumubuo ng malakas na covalent bond sa pagitan ng mga kalapit na C–C atoms gamit ang isang shared electron pair. Ang breaking energy ng naturang bond ay 335 kJ/mol, samantalang para sa Si–Si bond ito ay 210 kJ/mol lamang, kaya mahaba –Si–Si– chain ay hindi matatag. Ang covalent na katangian ng bono ay napanatili kahit sa mga compound ng mataas na reaktibo na mga halogens na may carbon, CF 4 at CCl 4. Ang mga carbon atom ay may kakayahang mag-donate ng higit sa isang electron mula sa bawat carbon atom upang bumuo ng isang bono; Ito ay kung paano nabuo ang dobleng C=C at triple CєC bond. Ang iba pang mga elemento ay bumubuo rin ng mga bono sa pagitan ng kanilang mga atomo, ngunit ang carbon lamang ang nagagawa mahabang tanikala. Samakatuwid, para sa carbon, libu-libong mga compound ang kilala, na tinatawag na hydrocarbons, kung saan ang carbon ay nakagapos sa hydrogen at iba pang mga carbon atoms upang bumuo ng mahabang chain o ring structures. Cm. ORGANIC CHEMISTRY.
Sa mga compound na ito, posibleng palitan ang hydrogen ng iba pang mga atomo, kadalasan ay may oxygen, nitrogen at halogens upang makabuo ng iba't ibang mga organikong compound. Ang mga fluorocarbon ay mahalaga sa kanila - mga hydrocarbon kung saan ang hydrogen ay pinapalitan ng fluorine. Ang mga naturang compound ay labis na hindi gumagalaw, at ginagamit ang mga ito bilang plastic at lubricant (fluorocarbons, i.e. hydrocarbons kung saan ang lahat ng hydrogen atoms ay pinapalitan ng fluorine atoms) at bilang low-temperature na nagpapalamig (chlorofluorocarbons, o freons).
Noong 1980s, natuklasan ng mga physicist ng US ang napaka mga kawili-wiling koneksyon carbon, kung saan ang mga carbon atom ay konektado sa 5- o 6-gons, na bumubuo ng isang C 60 molecule sa hugis ng isang guwang na bola na may perpektong simetrya ng isang soccer ball. Dahil ang disenyong ito ang batayan ng "geodesic dome" na naimbento ng Amerikanong arkitekto at inhinyero na si Buckminster Fuller, bagong klase ang mga compound ay tinatawag na "buckminsterfullerenes" o "fullerenes" (at mas maikli - "phasyballs" o "buckyballs"). Fullerenes - ang ikatlong pagbabago ng purong carbon (maliban sa brilyante at grapayt), na binubuo ng 60 o 70 (o higit pa) na mga atomo - ay nakuha sa pamamagitan ng pagkilos ng laser radiation sa pinakamaliit na particle ng carbon. Ang mga fullerenes ng mas kumplikadong mga hugis ay binubuo ng ilang daang carbon atoms. Ang diameter ng C molecule ay 60 ~ 1 nm. Sa gitna ng naturang molekula ay may sapat na espasyo upang mapaunlakan ang isang malaking atomo ng uranium.
Karaniwang atomic mass.
Noong 1961, pinagtibay ng International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) at Physics ang masa ng carbon isotope 12 C bilang isang yunit ng atomic mass, na inaalis ang dati nang umiiral na sukat ng oxygen ng atomic na masa. Mass ng atom Ang carbon sa sistemang ito ay 12.011, dahil ito ang average para sa tatlong natural na isotopes ng carbon, na isinasaalang-alang ang kanilang kasaganaan sa kalikasan. Cm. ATOMIC MASS.
Mga kemikal na katangian ng carbon at ilan sa mga compound nito.
Ilang pisikal at Mga katangian ng kemikal carbon ay ibinigay sa artikulo CHEMICAL ELEMENTS. Ang reaktibiti ng carbon ay nakasalalay sa pagbabago, temperatura at pagpapakalat nito. Sa mababang temperatura lahat ng mga anyo ng carbon ay medyo hindi gumagalaw, ngunit kapag pinainit sila ay na-oxidized ng atmospheric oxygen, na bumubuo ng mga oxide:
Ang pinong dispersed carbon sa sobrang oxygen ay maaaring sumabog kapag pinainit o mula sa isang spark. Bilang karagdagan sa direktang oksihenasyon, mayroong higit pa makabagong pamamaraan pagkuha ng mga oxide.
Carbon suboxide
Ang C 3 O 2 ay nabuo sa pamamagitan ng dehydration ng malonic acid sa P 4 O 10:
C 3 O 2 ay mayroon mabaho, madaling mag-hydrolyze, muling bumubuo ng malonic acid.
Carbon(II) monoxide Ang CO ay nabuo sa panahon ng oksihenasyon ng anumang pagbabago ng carbon sa ilalim ng mga kondisyon ng kakulangan ng oxygen. Ang reaksyon ay exothermic, 111.6 kJ/mol ay inilabas. Ang coke ay tumutugon sa tubig sa puting init na temperatura: C + H 2 O = CO + H 2 ; umuusbong pinaghalong gas tinatawag na "water gas" at ito ay isang gas na panggatong. Ang CO ay nabuo din sa panahon ng hindi kumpletong pagkasunog ng mga produktong petrolyo; ito ay matatagpuan sa kapansin-pansing dami sa mga tambutso ng sasakyan; ito ay nakuha sa panahon ng thermal dissociation ng formic acid:
Ang estado ng oksihenasyon ng carbon sa CO ay +2, at dahil ang carbon ay mas matatag sa estado ng oksihenasyon +4, ang CO ay madaling na-oxidize ng oxygen sa CO 2: CO + O 2 → CO 2, ang reaksyong ito ay lubos na exothermic (283 kJ /mol). Ginagamit ang CO sa industriya sa isang pinaghalong H2 at iba pang mga nasusunog na gas bilang isang fuel o gaseous reducing agent. Kapag pinainit sa 500° C, ang CO ay bumubuo ng C at CO 2 sa isang kapansin-pansing lawak, ngunit sa 1000° C, ang equilibrium ay naitatag sa mababang konsentrasyon ng CO 2. Ang CO ay tumutugon sa murang luntian, na bumubuo ng phosgene - COCl 2, ang mga reaksyon sa iba pang mga halogens ay nagpapatuloy nang katulad, sa reaksyon sa sulfur carbonyl sulfide COS ay nakuha, na may mga metal (M) CO ay bumubuo ng mga carbonyl ng iba't ibang komposisyon M(CO) x, na mga kumplikadong compound. Ang iron carbonyl ay nabuo kapag ang hemoglobin ng dugo ay tumutugon sa CO, na pumipigil sa reaksyon ng hemoglobin sa oxygen, dahil ang iron carbonyl ay isang mas malakas na compound. Bilang isang resulta, ang pag-andar ng hemoglobin bilang isang carrier ng oxygen sa mga cell ay naharang, na pagkatapos ay mamatay (at ang mga selula ng utak ay pangunahing apektado). (Kaya isa pang pangalan para sa CO – “carbon monoxide”). Mayroon nang 1% (vol.) CO sa hangin ay mapanganib para sa mga tao kung sila ay nasa ganoong kapaligiran nang higit sa 10 minuto. Ang ilang mga pisikal na katangian ng CO ay ibinigay sa talahanayan.
Carbon dioxide, o carbon monoxide (IV) Ang CO 2 ay nabuo sa pamamagitan ng pagkasunog ng elemental na carbon sa sobrang oxygen na may paglabas ng init (395 kJ/mol). Ang CO 2 (ang maliit na pangalan ay "carbon dioxide") ay nabuo din sa panahon ng kumpletong oksihenasyon ng CO, mga produktong petrolyo, gasolina, mga langis at iba pang mga organikong compound. Kapag ang carbonates ay natunaw sa tubig, ang CO 2 ay inilabas din bilang resulta ng hydrolysis:
Ang reaksyong ito ay kadalasang ginagamit sa laboratory practice para makagawa ng CO 2 . Ang gas na ito ay maaari ding makuha sa pamamagitan ng calcination ng metal bicarbonates:
sa panahon ng interaksyon ng gas-phase ng superheated steam na may CO:
kapag nagsusunog ng mga hydrocarbon at ang kanilang mga oxygen derivatives, halimbawa:
Pareho silang nag-oxidize produktong pagkain sa isang buhay na organismo na may paglabas ng thermal at iba pang uri ng enerhiya. Sa kasong ito, ang oksihenasyon ay nangyayari sa ilalim ng banayad na mga kondisyon sa pamamagitan ng mga intermediate na yugto, ngunit panghuling produkto pareho - CO 2 at H 2 O, tulad ng, halimbawa, sa panahon ng agnas ng mga asukal sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme, lalo na sa panahon ng pagbuburo ng glucose:
Ang malakihang produksyon ng carbon dioxide at metal oxides ay isinasagawa sa industriya sa pamamagitan ng thermal decomposition ng carbonates:
Ang CaO ay ginagamit sa malalaking dami sa teknolohiya ng produksyon ng semento. Ang thermal stability ng carbonates at ang pagkonsumo ng init para sa kanilang decomposition ayon sa pagtaas ng scheme na ito sa serye ng CaCO 3 ( Tingnan din PAG-Iwas SA SUNOG AT PAG-PROTEKSYON SA SUNOG).
Elektronikong istraktura ng mga carbon oxide.
Ang elektronikong istraktura ng anumang carbon monoxide ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng tatlong pantay na posibleng mga scheme na may iba't ibang mga pagsasaayos ng mga pares ng elektron - tatlong mga resonant na anyo:
Ang lahat ng mga carbon oxide ay may linear na istraktura.
Carbonic acid.
Kapag ang CO 2 ay tumutugon sa tubig, ang carbonic acid H 2 CO 3 ay nabuo. Sa isang saturated solution ng CO 2 (0.034 mol/l), ilan lamang sa mga molecule ang bumubuo ng H 2 CO 3, at karamihan sa CO 2 ay nasa hydrated state CO 2 CHH 2 O.
Carbonates.
Ang mga carbonates ay nabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga metal oxide sa CO 2, halimbawa, Na 2 O + CO 2 Na 2 CO 3.
Maliban sa alkali metal carbonates, ang natitira ay halos hindi matutunaw sa tubig, at ang calcium carbonate ay bahagyang natutunaw sa carbonic acid o isang solusyon ng CO 2 sa tubig sa ilalim ng presyon:
Ang mga prosesong ito ay nangyayari sa tubig sa lupa na dumadaloy sa limestone layer. Sa mga kondisyon mababang presyon at ang pagsingaw mula sa tubig sa lupa na naglalaman ng Ca(HCO 3) 2, CaCO 3 ay idineposito. Ganito ang paglaki ng mga stalactites at stalagmite sa mga kuweba. Ang kulay ng mga kagiliw-giliw na geological formations ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga impurities sa tubig ng bakal, tanso, mangganeso at chromium ions. Ang carbon dioxide ay tumutugon sa mga metal hydroxides at ang kanilang mga solusyon upang bumuo ng mga bikarbonate, halimbawa:
CS 2 + 2Cl 2 ® CCl 4 + 2S
Ang CCl 4 tetrachloride ay isang hindi nasusunog na substansiya, na ginagamit bilang isang solvent sa mga proseso ng dry cleaning, ngunit hindi inirerekomenda na gamitin ito bilang isang flame arrester, dahil sa mataas na temperatura ay nabuo ang nakakalason na phosgene (isang gas na nakakalason na sangkap). Ang CCl 4 mismo ay nakakalason din at, kung malalanghap sa kapansin-pansing dami, ay maaaring maging sanhi ng pagkalason sa atay. Ang CCl 4 ay nabuo din ng photochemical reaction sa pagitan ng methane CH 4 at Cl 2; sa kasong ito, ang pagbuo ng mga produkto ng hindi kumpletong chlorination ng mitein - CHCl 3, CH 2 Cl 2 at CH 3 Cl - ay posible. Ang mga reaksyon ay nangyayari nang katulad sa iba pang mga halogen.
Mga reaksyon ng grapayt.
Ang graphite bilang isang pagbabago ng carbon, na nailalarawan sa pamamagitan ng malalaking distansya sa pagitan ng mga layer ng hexagonal ring, ay pumapasok sa hindi pangkaraniwang mga reaksyon, halimbawa, ang mga alkali metal, halogens at ilang mga asing-gamot (FeCl 3) ay tumagos sa pagitan ng mga layer, na bumubuo ng mga compound tulad ng KC 8, KC 16 (tinatawag na interstitial, inclusion o clathrates). Ang mga malakas na ahente ng oxidizing tulad ng KClO 3 sa isang acidic na kapaligiran (sulfuric o nitric acid) ay bumubuo ng mga sangkap na may malaking volume ng crystal lattice (hanggang 6 Å sa pagitan ng mga layer), na ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mga atomo ng oxygen at pagbuo ng mga compound. sa ibabaw nito, bilang resulta ng oksihenasyon, nabuo ang mga pangkat ng carboxyl (–COOH) ) – mga compound tulad ng oxidized graphite o mellitic (benzene hexacarboxylic) acid C 6 (COOH) 6. Sa mga compound na ito, ang ratio ng C:O ay maaaring mag-iba mula 6:1 hanggang 6:2.5.
Carbides.
Ang carbon ay bumubuo ng iba't ibang mga compound na tinatawag na carbide na may mga metal, boron at silikon. Ang pinaka-aktibong mga metal (IA–IIIA subgroups) ay bumubuo ng mga karbid na parang asin, halimbawa Na 2 C 2, CaC 2, Mg 4 C 3, Al 4 C 3. Sa industriya, ang calcium carbide ay nakuha mula sa coke at limestone gamit ang mga sumusunod na reaksyon:
Ang mga carbide ay hindi konduktibo sa kuryente, halos walang kulay, na nag-hydrolyze upang bumuo ng mga hydrocarbon, halimbawa
CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2
Ang acetylene C 2 H 2 na nabuo ng reaksyon ay nagsisilbing panimulang materyal sa paggawa ng maraming organikong sangkap. Ang prosesong ito ay kawili-wili dahil ito ay kumakatawan sa isang paglipat mula sa mga hilaw na materyales ng di-organikong kalikasan hanggang sa synthesis ng mga organikong compound. Ang mga karbida na bumubuo ng acetylene sa hydrolysis ay tinatawag na acetylenides. Sa silicon at boron carbide (SiC at B 4 C), ang bono sa pagitan ng mga atom ay covalent. Ang mga transition na metal (mga elemento ng B-subgroup) kapag pinainit ng carbon ay bumubuo rin ng mga carbide ng variable na komposisyon sa mga bitak sa ibabaw ng metal; ang bono sa kanila ay malapit sa metal. Ang ilang mga carbide ng ganitong uri, halimbawa WC, W 2 C, TiC at SiC, ay nakikilala sa pamamagitan ng mataas na tigas at refractoriness, at may mahusay na electrical conductivity. Halimbawa, ang NbC, TaC at HfC ay ang pinaka-matigas na sangkap (mp = 4000–4200° C), diniobium carbide Nb 2 C ay isang superconductor sa 9.18 K, TiC at W 2 C ay malapit sa tigas sa brilyante, at tigas B 4 C (structural analogue ng brilyante) ay 9.5 sa Mohs scale ( cm. kanin. 2). Ang mga inert carbide ay nabuo kung ang radius ng transition metal
Nitrogen derivatives ng carbon.
Kasama sa grupong ito ang urea NH 2 CONH 2 - isang nitrogen fertilizer na ginagamit sa anyo ng isang solusyon. Ang urea ay nakuha mula sa NH 3 at CO 2 sa pamamagitan ng pagpainit sa ilalim ng presyon:
Ang Cyanogen (CN) 2 ay may maraming katangian na katulad ng mga halogens at kadalasang tinatawag na pseudohalogen. Ang cyanide ay nakukuha sa pamamagitan ng banayad na oksihenasyon ng cyanide ion na may oxygen, hydrogen peroxide o Cu 2+ ion: 2CN – ® (CN) 2 + 2e.
Ang cyanide ion, bilang isang electron donor, ay madaling bumubuo ng mga kumplikadong compound na may mga transition metal ions. Tulad ng CO, ang cyanide ion ay isang lason, na nagbubuklod sa mahahalagang iron compound sa isang buhay na organismo. Ang mga cyanide complex ions ay may pangkalahatang formula -0.5 x, Saan X– numero ng koordinasyon ng metal (complexing agent), empirically katumbas ng dalawang beses ang estado ng oksihenasyon ng metal ion. Ang mga halimbawa ng naturang kumplikadong mga ion ay (ang istraktura ng ilang mga ion ay ibinigay sa ibaba) tetracyanonickelate(II) ion 2–, hexacyanoferrate(III) 3–, dicyanoargentate –:
Mga Carbonyl.
Ang carbon monoxide ay may kakayahang direktang tumugon sa maraming mga metal o metal ions, na bumubuo ng mga kumplikadong compound na tinatawag na carbonyls, halimbawa Ni(CO) 4, Fe(CO) 5, Fe 2 (CO) 9, 3, Mo(CO) 6, 2 . Ang pagbubuklod sa mga compound na ito ay katulad ng pagbubuklod sa mga cyano complex na inilarawan sa itaas. Ang Ni(CO) 4 ay isang pabagu-bagong sangkap na ginagamit upang paghiwalayin ang nikel mula sa iba pang mga metal. Ang pagkasira ng istraktura ng cast iron at bakal sa mga istruktura ay kadalasang nauugnay sa pagbuo ng mga carbonyl. Ang hydrogen ay maaaring maging bahagi ng mga carbonyl, na bumubuo ng carbonyl hydride, tulad ng H 2 Fe (CO) 4 at HCo (CO) 4, na nagpapakita mga katangian ng acid at tumutugon sa alkali:
H 2 Fe(CO) 4 + NaOH → NaHFe(CO) 4 + H 2 O
Ang carbonyl halides ay kilala rin, halimbawa Fe(CO)X 2, Fe(CO) 2 X 2, Co(CO)I 2, Pt(CO)Cl 2, kung saan ang X ay anumang halogen.
Hydrocarbon.
Ang isang malaking bilang ng mga carbon-hydrogen compound ay kilala
Ang carbon ay marahil ang pangunahing at pinakakahanga-hangang elemento ng kemikal sa Earth, dahil sa tulong nito ay nabuo ang napakalaking dami ng iba't ibang mga compound, parehong inorganic at organic. Ang carbon ang batayan ng lahat ng nabubuhay na nilalang; masasabi nating ang carbon, kasama ng tubig at oxygen, ang batayan ng buhay sa ating planeta! Ang carbon ay may iba't ibang anyo na hindi magkatulad sa kanilang mga katangiang physicochemical o sa hitsura. Ngunit lahat ng ito ay carbon!
Kasaysayan ng pagtuklas ng carbon
Ang carbon ay kilala sa sangkatauhan mula pa noong sinaunang panahon. Ang graphite at karbon ay ginamit ng mga sinaunang Griyego, at natagpuang ginagamit ang mga diamante sa India. Totoo, ang mga compound na katulad ng hitsura ay kadalasang napagkakamalang grapayt. Gayunpaman, ang grapayt ay malawakang ginagamit noong sinaunang panahon, partikular sa pagsusulat. Kahit na ang pangalan nito ay nagmula sa salitang Griyego na "grapho" - "Isinulat ko". Ang graphite ay ginagamit na ngayon sa mga lapis. Ang mga diamante ay nagsimulang ikalakal sa unang pagkakataon sa Brazil noong unang kalahati ng ika-18 siglo, mula noong panahong iyon maraming mga deposito ang natuklasan, at noong 1970 ang teknolohiya para sa paggawa ng mga diamante sa artipisyal na paraan ay binuo. Ang ganitong mga artipisyal na diamante ay ginagamit sa industriya, habang ang mga natural, naman, ay ginagamit sa alahas.
Carbon sa kalikasan
Ang pinakamahalagang halaga ng carbon ay nakolekta sa atmospera at hydrosphere sa anyo ng carbon dioxide. Ang kapaligiran ay naglalaman ng humigit-kumulang 0.046% na carbon, at higit pa ang natutunaw sa Karagatang Pandaigdig.
Bilang karagdagan, tulad ng nakita natin sa itaas, ang carbon ay ang batayan ng mga buhay na organismo. Halimbawa, ang isang 70 kg na katawan ng tao ay naglalaman ng humigit-kumulang 13 kg ng carbon! Ito ay nasa isang tao lamang! At ang carbon ay matatagpuan din sa lahat ng halaman at hayop. Kaya isaalang-alang...
Carbon cycle sa kalikasan
Mga pagbabago sa allotropic ng carbon
Ang carbon ay isang natatanging elemento ng kemikal na bumubuo ng tinatawag na allotropic modification, o, mas simple, iba't ibang hugis. Ang mga pagbabagong ito ay nahahati sa mala-kristal, walang hugis at sa anyo ng mga kumpol.
Ang mga pagbabago sa kristal ay may regular na kristal na sala-sala. Kasama sa pangkat na ito ang: brilyante, fullerite, graphite, lonsdaleite, carbon fibers at tubes. Ang karamihan sa mga mala-kristal na pagbabago ng carbon ay nasa unang lugar sa ranggo na "Ang pinakamahirap na materyales sa mundo."
Mga allotropic na anyo ng carbon: a) lonsdaleite; b) brilyante;c) grapayt; d) walang hugis na carbon; e) C60 (fullerene); e) graphene;
g) single-walled nanotube
Ang mga amorphous na anyo ay nabuo sa pamamagitan ng carbon na may maliliit na admixture ng iba mga elemento ng kemikal. Ang mga pangunahing kinatawan ng pangkat na ito: karbon (bato, kahoy, aktibo), soot, anthracite.
Ang pinaka-kumplikado at high-tech na mga compound ay mga carbon compound sa anyo ng mga kumpol. Ang mga kumpol ay isang espesyal na istraktura kung saan ang mga carbon atom ay nakaayos sa paraang bumubuo sila ng isang guwang na hugis, na napuno mula sa loob ng mga atomo ng iba pang mga elemento, halimbawa, tubig. Walang gaanong kinatawan sa pangkat na ito; kabilang dito ang mga carbon nanocone, astralens at dicarbon.
Graphite - ang "madilim na bahagi" ng brilyantePaglalapat ng carbon
Ang carbon at ang mga compound nito ay may malaking kahalagahan sa buhay ng tao. Ang mga pangunahing uri ng gasolina sa Earth - natural gas at langis - ay nabuo mula sa carbon. Ang mga carbon compound ay malawakang ginagamit sa mga kemikal at metalurhiko na industriya, konstruksiyon, mekanikal na inhinyero at gamot. Ang mga allotropic modification sa anyo ng mga diamante ay ginagamit sa alahas, fullerite at lonsdaleite sa rocket science. Ang iba't ibang mga pampadulas para sa mga mekanismo, teknikal na kagamitan at marami pa ay ginawa mula sa mga carbon compound. Ang industriya ay kasalukuyang hindi magagawa nang walang carbon; ito ay ginagamit sa lahat ng dako!
