Carbon - dit ... koolstofatomen. carbon Weight

Een van de meest verrassende elementen, die in staat is een grote verscheidenheid aan verbindingen met organische en anorganische natuurproduct, koolstof. Het is zo ongewone eigenschappen van een element dat nog steeds Mendelejev voorspelde een grote toekomst, niet te vergeten de functies nog bekendgemaakt.

Later werd bevestigd in de praktijk. Het werd bekend dat hij - de chief biogene element van onze planeet, die deel uitmaakt van absoluut alle wezens. Bovendien, kunnen voorkomen in een vorm die radicaal verschillend in alle opzichten, maar slechts uit koolstofatomen.

In het algemeen, in het bijzonder in deze structuur zijn veel, het is met hen en zal proberen om te kijken naar het artikel.

Koolstof: de formule en de positie in het celsysteem

Het periodiek systeem van de elementen koolstof in IV (volgens de nieuwe monster 14) -groep, de belangrijkste subgroepen. Het serienummer 6 en het atoomgewicht van 12.011. Markering element teken C geeft zijn naam in het Latijn - Carboneum. Er zijn verschillende vormen waarin koolstof bestaat. De formule is zo verschillend en is afhankelijk van de specifieke modificaties.

Echter brief reactievergelijkingen vertegenwoordigen specifieke natuurlijk. In het algemeen, wanneer het een stof in zuivere vorm, die koolstof molecuulformule C zonder indexering.

Geschiedenis van de ontdekking van het element

Op zichzelf is dit element is bekend sinds de oudheid. Immers, een van de meest belangrijke mineralen in de natuur - het is steenkool. Daarom is voor de oude Grieken, Romeinen en andere volkeren geheimen was hij niet.

In aanvulling op deze soort, ook gebruik van de diamant en grafiet. Met de laatste voor een lange tijd het had een hoop ingewikkelde situaties, zoals vaak zonder het analyseren van de samenstelling van het grafiet genomen verbindingen zoals:

• zilver lood;
• ijzercarbide;
• molybdeensulfide.

Ze waren allemaal zwart geschilderd en dus werden beschouwd als grafiet. Later werd dit misverstand opgehelderd, en deze vorm van koolstof heeft zichzelf geworden.

Sinds 1725 een grote handelswaarde verwerven diamanten, in 1970, beheerst de technologie voor het kunstmatig te produceren. Sinds 1779, dankzij het werk Karla Sheele, onderzochten de chemische eigenschappen, die koolstof toont. Dit was het begin van een reeks belangrijke ontdekkingen op het gebied van het element, en werd de basis voor de verduidelijking van al haar unieke eigenschappen.

Isotopen van koolstof in aard en de verdeling

Ondanks het feit dat het betreffende element - een essentiële voedingsstof, het totale gehalte 0,15% in gewicht van de korst. Dit gebeurt door het feit dat het wordt onderworpen aan continue circulatie, natuurlijke circulatie in Nature.

In het algemeen kunnen meer verbindingen worden genoemd minerale aard, waarbij de samenstelling carbon. Dit zijn natuurlijke gesteenten, zoals:

• dolomiet en kalksteen;
• antraciet;
• schalieolie;
• aardgas;
• kolen;
• olie;
• bruinkool ;
• turf;
• bitumen.

Daarnaast moeten we niet vergeten over de levende dingen die gewoon een opslagplaats van koolstofverbindingen. Immers, worden ze gevormd door eiwitten, vetten, koolhydraten, nucleïnezuren, en dus de meest essentiële structurele molecuul. In het algemeen is de omzetting van vetvrije massa van 70 kg 15 valt op een zuivere element. En dus iedereen, niet om de dieren, planten en andere wezens te noemen.

Als we kijken naar de samenstelling van de lucht en het water, dat wil zeggen, hydrosfeer en atmosfeer als geheel aanwezig is een mengsel van koolstof-zuurstof, met de formule CO _{2 uitgedrukt.} Of kooldioxide - een van de belangrijkste gassen, lucht bestanddelen. In deze vorm is de massafractie van koolstof van 0,046%. Meer opgeloste kooldioxide in het water van de oceanen.

De atoommassa van koolstof als een element 12.011. Het is bekend dat deze waarde wordt berekend door het rekenkundig gemiddelde tussen de atoomgewichten van alle natuurlijk voorkomende isotoop variëteiten, gezien de prevalentie (percentage). Zo is het ook in de stof in kwestie. Er zijn drie belangrijke isotoop, die in de vorm van koolstof. Ze zijn:

• ¹² C - een massagehalte in de overgrote meerderheid van 98,93%;
• ^13C - 1,07%;
• ^14C - een halveringstijd van 5700 jaar, een stabiele beta-straler.

In de praktijk bepalen geochronologisch verouderde monsters gebruikte radioactieve isotoop ^14C, die een indicator, vanwege zijn langdurige verval.

Allotrope modificatie van het element

Carbon - is een element dat in de vorm van enkelvoudige substantie bestaat in verschillende vormen. Dat wil zeggen, het in staat is de grootste bekende om het aantal allotropic modificaties heden vormen.

1. Kristal variatie - bestaan in de vorm van een vaste structuur met een regelmatig raster van atomaire type. Tot deze groep behoren dergelijke rassen zoals:

• diamanten;
• fullerenen;
• grafiet;
• karabijnen;
• lonsdaleite;
• koolstofvezels en de buis.

Al deze verschillende kristallijne roosterstructuur, waarbij knooppunten - koolstofatoom. Vandaar dat een volstrekt uniek, niet dezelfde eigenschappen, zowel fysiek als chemisch.

2. Amorfe vormen - vormen van koolstof atoom in de structuur van bepaalde natuurlijke verbindingen. Dat wil zeggen, het is niet zuiver rassen, en met onzuiverheden van andere elementen in kleine hoeveelheden. Deze groep omvat:

• actieve kool;
• steen en hout;
• zwart;
• Carbon Nanofoam;
• antraciet;
• glazig;
• Technisch zuiver materiaal.

Ze combineren ook functies van het kristalrooster structuur uit te leggen en vertoonde eigenschappen.

3. Koolstofverbindingen in de vorm van clusters. Een dergelijke structuur, waarbij atomen in een speciale conformatie van binnen hol zijn gesloten, wordt gevuld met water of kernen van andere elementen. voorbeelden:

• carbon nanocone;
• astralenes;
• Dicarbon.

Fysische eigenschappen van amorfe koolstof

Vanwege de grote verscheidenheid aan modificaties allotropic toewijzen enkele algemene fysische eigenschappen van de koolstof moeilijk. Makkelijker om te praten over een specifieke vorm. Bijvoorbeeld, de amorfe koolstof heeft de volgende kenmerken.

1. In het hart van alle vormen - fijnkorrelige variëteiten van grafiet.
2. Hoge warmtecapaciteit.
3. Goede geleider eigenschappen.
4. Carbon dichtheid van ongeveer 2 g / ^cm3.
5. Als boven 1600 C verhit ⁰ overgang voorkomt grafietvormen.

Roet, houtskool en steen rassen worden op grote schaal gebruikt voor industriële doeleinden. Ze zijn niet een manifestatie voor het modificeren van koolstof in zuivere vorm, maar het bevat een zeer groot bedrag.

kristallijne koolstof

Er zijn verschillende manieren waarop een koolstof - stof vormen regelmatige kristallen van verschillende soorten, waarbij de atomen sequentieel verbonden. Door de vorming van de volgende modificaties.

1. Diamond. Structuur - kubische, die zijn verbonden met vier tetraëders. Hierdoor covalente chemische bindingen elk atoom van maximale verzadiging en sterk. Dit verklaart de fysische eigenschappen van koolstof dichtheid 3300 kg / ^m3. Hoge hardheid, lage soortelijke warmte, zonder elektrische geleidbaarheid - dit alles is een gevolg van de kristalroosterstructuur. Er zijn technisch geproduceerd diamanten. Gevormd bij de overgang van grafiet in de volgende modificatie onder invloed van hoge temperatuur en een bepaalde druk. In het algemeen diamant smelttemperatuur zo hoog is als de sterkte - ongeveer 3500 ⁰ C.
2. Graphite. De atomen zijn gegroepeerd als de structuur van de voorgaande stoffen, maar verzadiging komt slechts drie verbindingen en de vierde wordt langer en minder duurzaam, verbindt de "lagen" hexagonaal rooster ringen. Het resultaat is dat het grafiet - de zachte, vettig aanvoelt materiaal in het zwart. Het heeft goede elektrische geleidbaarheid en een hoge smelttemperatuur - 3525 ⁰ C. sublimeerbare - gesublimeerd van vaste naar gasvormige toestand, het omzeilen van de vloeistof (bij de temperatuur van 3700 ⁰ C). Carbon Dichtheid - 2,26 g / ^cm3, wat veel lager is dan die van diamant. Dit is goed voor hun verschillende eigenschappen. Door de gelaagde structuur van het kristalrooster is mogelijk om grafiet te gebruiken voor het vervaardigen handgrepen eenvoudig potloden. Bij het uitvoeren van vlokken exfoliëren papier en laat een spoor op papier in het zwart.
3. Fullerenen. Het was alleen geopend in de jaren '80 van de vorige eeuw. Zij vertegenwoordigen een modificatie, waarin de koolstofatomen onderling zijn verbonden in een speciale gesloten convexe structuur met een holle kern. En de vorm van het kristal - een veelvlak, de juiste organisatie. Het aantal atomen even is. De bekendste vorm van de fullereen _C60. Monsters van dit materiaal werden gevonden in de studies:

• meteorieten;
• sedimenten;
• folguritov;
• Shungites;
• ruimte waarin gas in de vorm.

Alle varianten van kristallijn koolstof zijn van praktisch belang, omdat ze beschikken over een aantal nuttige eigenschappen in de techniek.

reactiviteit

Moleculaire koolstof een lage reactiviteit vanwege de stabiele configuratie. Waardoor het mogelijk is alleen reageren informeren atoom extra energie en dwingt het buitenste niveau elektronen stoom. Op dit moment gelijk is aan de valentie van 4. Derhalve wordt, heeft in de verbindingen met de oxidatietoestand + 2, + 4, - 4.

Bijna alle reacties met enkelvoudige stoffen zoals metalen en niet-metalen, ontstaan onder invloed van hoge temperaturen. Bekeken element kan zowel oxidatiemiddel en een reductiemiddel. Echter, de laatste had de eigenschappen uitgedrukt in het bijzonder sterk, op basis van dit verzoek in het metallurgische en andere industrieën.

In het algemeen is de mogelijkheid om in chemische interactie aan te gaan, hangt af van drie factoren:

• koolstofdispersie;
• allotrope modificatie;
• reactietemperatuur.

Dus, in sommige gevallen, het een wisselwerking met de volgende stoffen:

• -metalen (waterstof, zuurstof);
• metalen (aluminium, ijzer, calcium, etc.);
• metaaloxiden en zouten daarvan.

Met zuren en logen niet reageert met halogenen is zeer zeldzaam. De belangrijkste eigenschappen van koolstof - de mogelijkheid om lange ketens met elkaar vormen. Kunnen worden afgesloten in een lusvorm vertakking. Sinds de oprichting van organische verbindingen, die vandaag nummer in de miljoenen. De basis van deze twee verbindingen element - koolstof, waterstof. Ook de structuur kan ook andere atomen zuurstof, stikstof, zwavel, halogenen, fosfor en andere metalen.

Basic verbindingen en hun karakterisering

Er zijn vele verschillende verbindingen in een samenstelling die koolstof bevat. Formule bekendste hiervan - _CO2 - koolstofdioxide. Maar naast oxide, er CO - koolmonoxide of koolmonoxide en nedooksid _{C3 O2.}

Onder de zouten, waarin het actieve bestanddeel bevatten, de meest voorkomende zijn de calcium- en magnesiumcarbonaat. Aldus calciumcarbonaat een aantal synoniemen in de titel, zoals in de natuur in de vorm:

• krijt;
• marmer;
• kalksteen;
• dolomiet.

Het belang van aardalkalimetaalcarbonaten uiting in het feit dat ze actief aan het proces van vorming van druipstenen en grondwater.

Koolzuur - een verbinding die een koolstof vormt. De formule - H ₂ CO _3. In de gebruikelijke vorm, is het uiterst onstabiel en onmiddellijk in de oplossing uiteenvalt in kooldioxyde en water. Dus alleen bekende zouten daarvan, maar zij zelf niet als oplossing.

carbon halogeniden - verkrijgt hoofdzakelijk op indirecte wijze, directe syntheses alleen bij zeer hoge temperaturen en lage opbrengst. Een van de meest voorkomende - CCL ₄ - tetrachloorkoolstof. Een toxische verbinding die vergiftiging kunnen veroorzaken bij inademing. Verkregen door radicale fotochemische reacties van substitutie van waterstofatomen in methaan.

Metaalcarbiden - koolstofverbinding, waarin zij een oxidatietoestand 4. Ook mogelijke bestaan van associaties met borium en silicium. De belangrijkste eigenschap van bepaalde metaalcarbiden (aluminium, wolfraam, titaan, niobium, tantaal, hafnium) - hoge sterkte en uitstekende elektrische geleidbaarheid. Boorcarbide _B4C - een van de vaste stof na ruit (9,5 Mohs). Deze verbindingen worden toegepast in de techniek, alsmede de chemische industrie als bron van koolwaterstoffen (calciumcarbide met water leidt tot de vorming van acetyleen en calciumhydroxide).

Vele metaallegeringen vervaardigd van koolstof aanzienlijk waardoor de kwaliteit en specificaties verhogen (staal - een legering van ijzer en koolstof).

Individuele aandacht talrijke organische koolstofverbinding, waarin - een fundamenteel element dat kan worden verbonden met dezelfde atomen in de lange ketens van verschillende structuren. Deze omvatten:

• alkanen;
• alkenen;
• arena;
• eiwitten;
• koolhydraten;
• nucleïnezuren;
• alcoholen;
• carbonzuur en vele andere klassen van stoffen.

Het gebruik van koolstof

Begrip koolstofverbindingen en allotropic modificaties van mensenlevens is zeer hoog. U kunt een aantal van de meest globale industrieën noemen, maken duidelijk dat dit waar is.

1. Dit element vormt van alle soorten van fossiele brandstoffen waaruit een persoon energie ontvangt.
2. Metallurgische industrie gebruikt kool als sterk reductiemiddel metalen produceren uit hun verbindingen. Er worden veel gebruikt als carbonaten.
3. Bouw- en chemische industrie verbruiken grote hoeveelheid koolstofverbindingen in de synthese van nieuwe en tot de gewenste producten te verkrijgen.

hebben ook deze sectoren van de economie, zoals:

• nucleaire industrie;
• sieraden maken;
• materiaal (smering, hoge temperatuur kroezen, potloden, etc.);
• bepaling van de geologische leeftijd van rotsen - radioactieve tracer ¹⁴ C;
• carbon - geweldig adsorbens dat kan worden gebruikt voor het fabriceren.

Cyclus in de natuur

De massa koolstof in de natuur, is opgenomen in een constante cyclus, die cyclisch wordt uitgevoerd elke seconde wereldwijd. Zo atmosferische koolstofbron - wordt CO ₂ opgenomen door planten en alle andere levende wezens wordt vrijgegeven tijdens de ademhaling. Eenmaal in de atmosfeer, wordt het weer geabsorbeerd, zodat de cyclus gaat verder. Aldus uitsterven organische resten resulteert in het vrijkomen van koolstof en de accumulatie ervan in de grond, waar het dan opnieuw geabsorbeerd door levende organismen en in de atmosfeer als een gas afgevoerd.