Kohlenstoff ist... Kohlenstoffatom. Die Masse des Kohlenstoffs

Eines der erstaunlichsten Elemente, die in der Lage, die formung einer Vielzahl von organischen verbindungen und anorganischen Natur, ist Kohlenstoff. Es ist so ungewöhnliche Eigenschaften auf das Element, dass noch Mendelejew vorhergesagten ihm eine große Zukunft, sprechen über die noch ungelösten Besonderheiten.

Später es wurde bestätigt praktisch. Es ist bekannt geworden, dass er - der Nährstoff-Element unseres Planeten, das Teil ist absolut aller Lebewesen. Abgesehen davon, fähig zu existieren in solchen Formen, die sich grundlegend unterscheiden sich in jeder Hinsicht, aber dabei bestehen nur aus Kohlenstoff-Atomen.

Im Allgemeinen, Besonderheiten bei dieser Struktur eine Menge, gerade mit Ihnen und versuchen Sie zu verstehen, im Verlauf des Artikels.

Kohlenstoff: die Formel und die Stellung im System der Elemente

Im periodischen System Element Kohlenstoff befindet sich in IV (nach der neuen Mustervorlage in 14) der Gruppe, der Untergruppe. Seine Ordnungszahl 6, Atomgewicht 12,011. Die Bezeichnung des Elements vertraut ist, spricht Mit seinem Namen auf Latein - carboneum. Es gibt verschiedene Formen, in denen Kohlenstoff vorhanden. Seine Formel deshalb kann unterschiedlich sein und hängt von der jeweiligen Modifikation.

Aber für das schreiben von Gleichungen der Reaktionen die konkrete Bezeichnung gibt es natürlich auch. Im Allgemeinen, wenn man von der Substanz in reiner Form, angenommen Summenformel Mit Kohlenstoff, ohne Indexierung.

Die Geschichte der Entdeckung des Elements

Selbst ist dieses Element bekannt seit der Antike. Denn eines der wichtigsten Mineralien in der Natur ist die Steinkohle. Also für die alten Griechen, Römern und anderen Völkerschaften Geheimnis war es nicht.

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Abgesehen von dieser Sorte, auch die verwendeten Diamanten und Graphit. Mit dem letzten für eine lange Zeit gab es viele verwirrende Situationen, da oft ohne eine Analyse des Bestandes für Graphit nahmen solche verbindungen, wie:

• Silber-Blei;
• Eisen Karbid;
• Molybdän-Sulfid.

Sie waren Alle schwarz lackiert und wird daher als Graphit. Später dieses Missverständnis klargestellt wurde, und diese Form des Kohlenstoffs wurde von selbst.

Mit dem Jahr 1725 eine große kommerzielle Bedeutung sind Diamanten, und im Jahr 1970 gemeistert Technologie zur Herstellung Ihrer künstlichen Weg. Aus dem Jahr 1779, Dank der Werke von Karl Scheele, untersucht die chemischen Eigenschaften, die Kohlenstoff zeigt. Dies war der Beginn einer Reihe von wichtigen Entdeckungen im Bereich des Elements und war die Grundlage für die Klärung all seinen einzigartigen Eigenschaften.

Kohlenstoff-Isotope und die Ausbreitung in der Natur

Trotz der Tatsache, dass das betreffende Element ist eines der wichtigsten biogenen, seinen Allgemeinen Inhalt in der Masse der Erdkruste beträgt 0,15 %. So kommt von der Tatsache, dass es einer ständigen Zirkulation, natürlichen круговороту in der Natur.

Im Allgemeinen kann man nennen mehrere verbindungen mineralischer Natur, enthalten Kohlenstoff. Dies sind Natürliche Gesteine, wie:

• Die Dolomiten und Kalksteine;
• Anthrazit;
• Brennbare Schiefer;
• Erdgas;
• Steinkohle;
• öl;
• Braunkohle;
• Torf;
• Bitumen.

Außerdem sollte man nicht vergessen, Lebewesen, die einfach sind Depot Kohlenstoffverbindungen. Weil Sie gebildet sind Proteine, Fette, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren, und damit die wichtige strukturelle Moleküle. In der Regel auf die trockene Skalierung Körpergewicht von 70 kg 15 entfallen auf das Reine Element. Und so bei jedem Menschen, geschweige denn Tiere, Pflanzen und andere Wesen.

Wenn wir Bedenken, der Zusammensetzung der Luft und des Wassers, das heißt гидросферу im Allgemeinen und Atmosphäre, hier ist es eine Mischung aus Kohlenstoff-Sauerstoff, ausgedrückt durch die Formel MIT₂. Kohlendioxid oder Kohlenstoffdioxid - eines der wichtigsten Gase, die Bestandteile der Luft. In dieser Form wird der Massenanteil des Kohlenstoffs beträgt 0,046%. Noch mehr aufgelöst Kohlendioxid in den Gewässern des Ozeans.

Atomare Masse von Kohlenstoff als Element beträgt 12,011. Es ist bekannt, dass dieser Wert errechnet sich als arithmetisches Mittel zwischen den atomaren gewichten aller Isotope in der Natur vorhandenen Arten, unter Berücksichtigung deren Prävalenz (in Prozent). So ist es auch bei der betrachteten Stoffe. Es gibt drei wichtigsten Isotops, als die Carbon. Es ist:

• ¹²Mit - sein Massenanteil beträgt in der überwiegenden Mehrzahl der 98,93 %;
• ¹³C - 1,07 %;
• ¹⁴C - radioaktiv, Halbwertszeit von 5700 Jahren, stetige ß-Strahler.

In der Praxis die Bestimmung геохронологического Alter der Proben weit verbreitet radioaktive Isotope ¹⁴Mit, das ist ein Indikator, der aufgrund seiner langwierigen Zerfall.

Аллотропные Modifikation des Elements

Kohlenstoff ist ein Element, das in der Form einer einfachen Substanz gibt es in verschiedenen Formen. Das heißt, er ist in der Lage, die formung der größte der heute bekannten Anzahl der allotropen Modifikationen.

1. Kristalline Variationen - gibt es in Form von starken Strukturen mit den richtigen Gittern atomaren Typ. Zu dieser Gruppe gehören solche Sorten, как:

• алмазы;
• фуллерены;
• графиты;
• карбины;
• лонсдейлиты;
• Kohlenstoff-Fasern und Röhren.

Alle unterscheiden sich in der Struktur der Kristallgitter, die in den Knoten - Kohlenstoffatom. Daher eine ganz einzigartige, nicht vergleichbare Eigenschaften, sowohl physische als auch Chemische.

2. Amorphe Formen - Sie bildet das Kohlenstoffatom, das Teileinige der natürlichen verbindungen. Das heißt, es ist keine Reine Sorte, sondern mit Beimengungen anderer Elemente in geringen Mengen. Zu dieser Gruppe zählen:

• Aktivkohle;
• Stein-und Holzkohle;
• Ruß;
• Kohlensäure нанопена;
• Anthrazit;
• Glaskohlenstoff;
• Technische Variante des Stoffes.

Auch kombiniert Merkmale der Struktur des Kristallgitters erklären und проявляемые Eigenschaften.

3. Verbindungen, die Kohlenstoff in Form von Clustern. Eine solche Struktur, bei der die Atome werden in einer speziellen hohlen Konformation von innen, заполняемую Wasser oder Kerne anderer Elemente. Beispiele:

• Carbon наноконусы;
• астралены;
• диуглерод.

Die Physikalischen Eigenschaften amorphen Kohlenstoff

Wegen der großen Vielfalt Von allotropen Modifikationen, markieren einige Allgemeine physikalische Eigenschaften für Kohlenstoff schwierig. Redet es sich leichter über eine Besondere Form. So zum Beispiel amorphes Kohlenstoff besitzt die folgenden Eigenschaften.

1. Die Grundlage aller Formen - feinkörnigen Sorten von Graphit.
2. Hohe Wärmekapazität.
3. Gute Durchführung von Eigenschaften.
4. Dichte von Kohlenstoff von etwa 2 G/cm³.
5. Beim erhitzen über 1600 ⁰Mit übergang in Graphit-Form.

Ruß, Kohle und Stein-Sorten finden Breite Anwendung für technische Zwecke. Sie sind nicht die Manifestation der Modifikation von Kohlenstoff in reiner Form, jedoch enthalten Sie in sehr großen Mengen.

Kristalline Kohlenstoff

Es gibt mehrere Möglichkeiten, in denen Kohlenstoff - Substanz, bilden die richtigen Kristalle verschiedener Art, wo die Atome sind in Reihe. Das Ergebnis ist die Bildung von folgenden Modifikationen.

1. Diamant. Struktur - kubischen, in sich vereint vier Tetraeder. Dadurch werden alle kovalenten chemischen Bindungen jedes atoms maximal gesättigt und langlebig. Es erklärt physikalische Eigenschaften: Dichte Kohlenstoff-3300 kg/m³. Hohe Härte, geringe Wärmekapazität, keine elektrische Leitfähigkeit - all dies ist das Ergebnis der Struktur des Kristallgitters. Es gibt technisch die erhaltenen Diamanten. Bilden sich beim übergang von Graphit in folgende änderung unter dem Einfluss hoher Temperatur und einen bestimmten Druck. In der Regel der Schmelzpunkt von Diamant ist so hoch, wie die Stärke - etwa 3500 ⁰S.
2. Graphit. Die Atome befinden sich ähnlich der Struktur des vorherigen Stoffes, jedoch ist die Sättigung nur drei Beziehungen, und die vierte wird länger und weniger solide, es verbindet die Ebenen hexagonaler Gitter Ringe. Das Ergebnis ist, dass Graphit - weiches, fettiges anfühlen Stoff schwarz. Besitzt eine gute elektrische Leitfähigkeit und hat einen hohen Schmelzpunkt - 3525 ⁰C zur Sublimation Fähig - возгонке aus dem festen Zustand in den gasförmigen Zustand unter Umgehung des flüssigen (bei einer Temperatur von 3700 ⁰). Die Dichte der Kohlenstoff - 2,26 G/cm^3, Was viel niedriger als bei Diamant. Dies erklärt Ihre verschiedenen Eigenschaften. Wegen der Schichtstruktur des Kristallgitters möglich ist die Verwendung von Graphit für die Herstellung von Schiefer einfachen Bleistifte. Bei der Durchführung durch Papier Flitter, schälen und auf dem Papier hinterlassen Spuren in der Farbe schwarz.
3. Fullerene. Geöffnet wurden erst in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts. Sind eine Modifikation, in denen Kohlenwasserstoffe verbinden sich untereinander in eine Besondere konvexe geschlossene Struktur, die die leere in der Mitte. Darüber hinaus ist die Form der Kristall - Polyeder, der richtigen Organisation. Eine gerade Anzahl von Atomen. Die bekannteste Form des Fulleren Mit₆₀. Proben solcher Substanzen gefunden wurden bei Studien:

• Meteoriten;
• Bodensedimenten;
• фольгуритов;
• шунгитов;
• Weltraum, wo die waren in Form von Gasen.

Alle Arten von kristallinem Kohlenstoff haben eine wichtige praktische Bedeutung, da eine Reihe von nützlichen Eigenschaften in der Technik.

Reaktivität

Ein Molekularer Kohlenstoff zeigt eine geringe Chemische Aktivität aufgrund seiner stabilen Konfiguration. Zu zwingen, seine Reaktionen eingehen können, nur indem Sie das Atom zusätzliche Energie und zwingt die Elektronen in der äußeren Ebene Dampf. In diesem Moment Wertigkeit wird gleich 4. Also in den Gelenken, er hat einen Grad der Oxidation + 2, + 4, - 4.

Fast alle Reaktionen mit einfachen Stoffen wie Metallen und nicht-Metallen, fahren unter dem Einfluss von hohen Temperaturen. Das betreffende Element kann als Oxidationsmittel und Reduktionsmittel. Aber die letzten Eigenschaften ausgeprägt war bei ihm besonders stark, gerade darauf beruht seine Anwendung in der Metallindustrie und anderen Branchen.

Im Allgemeinen einzugehen Fähigkeit in einer chemischen Reaktion hängt von drei Faktoren ab:

• Dispergierbarkeit von Kohlenstoff;
• аллотропной Modifikation;
• Reaktionstemperatur.

So, in einigen Fällen geschieht die Interaktion mit folgenden Substanzen:

• Nicht-Metallen (Wasserstoff, Sauerstoff);
• Metalle (Aluminium, Eisen, Kalzium und andere);
• Metalloxiden und deren Salzen.

Mit Säuren und Alkalien reagiert nicht mit Halogenen, sehr selten. Wichtigste Eigenschaften von Kohlenstoff - Fähigkeit bilden lange Ketten untereinander. Sie können sich zurückziehen in eine Schleife, die formung einer Abzweigung. So wird die Bildung von organischen verbindungen, die heute die Millionen. Die Grundlage dieserverbindungen von zwei Elementen - Kohlenstoff, Wasserstoff. Auch in enthalten sind und andere Atome: Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Halogene, Phosphor, Metalle und andere.

Grundlegende verbindungen und deren Charakteristik

Es gibt viele verschiedene verbindungen enthalten Kohlenstoff. Die Formel der berühmtesten von Ihnen - MIT₂ - Kohlendioxid. Aber abgesehen von diesem OXID, gibt es noch CO - Kohlenmonoxid oder Kohlenmonoxid, sowie недооксид Mit₃O₂.

Unter den Salzen, deren Zusammensetzung beinhaltet dieses Element, die häufigsten sind die carbonate von Calcium und Magnesium. So, Calciumcarbonat hat mehrere Synonyme im Titel, so wie in der Natur kommt in Form von:

• Kreide;
• Marmor
• Kalkstein;
• Dolomit.

Wichtig carbonate der Erdalkalimetalle zeigt sich darin, dass Sie aktive Teilnehmer der Prozesse der Bildung von Stalaktiten und Stalagmiten sowie des Grundwassers.

Kohlensäure - noch eine Verbindung, die Kohlenstoff bildet. Formel - N₂₃. Allerdings in der normalen Form ist es äußerst instabil ist und sofort in Lösung zerfällt in Kohlendioxid und Wasser. Deshalb sind nur Ihre Salze, und nicht Sie selbst, wie die Lösung.

Halogenide des Kohlenstoffs - ergeben sich im wesentlichen indirekt, da eine direkte синтезы sind nur bei sehr hohen Temperaturen und mit einer geringeren Ausbeute des Produktes. Eine der häufigsten - CCL₄ - tetrachlormethan. Giftige Verbindung, die beim einatmen zu Vergiftungen führen. Erhalten bei den Reaktionen der radikalen photochemische Substitution der Wasserstoffatome im Methan.

Karbide der Metalle - Kohlenstoff-verbindungen, in denen er zeigt die Oxidationsstufe + 4. Auch die mögliche Existenz von Verbänden mit Bor und Silizium. Die wichtigste Eigenschaft Carbide einigen Metallen (Aluminium, Wolfram, Titan, Niob, Tantal, Hafnium) - es ist eine hohe Festigkeit und gute elektrische Leitfähigkeit. Borcarbid In₄ - eine der härtesten Substanzen nach dem Diamant (9,5 Mohs Härte). Diese verbindungen werden in der Technik sowie in der chemischen Industrie, als Quellen für die Herstellung von Kohlenwasserstoffen (Calciumcarbid mit Wasser führt zur Bildung von Acetylen und Calciumhydroxid).

Viele Legierungen von Metallen hergestellt mit der Verwendung von Kohlenstoff, erheblich steigern dadurch Ihre Qualität und technische Eigenschaften (Stahl - eine Legierung aus Eisen mit Kohlenstoff).

Besondere Aufmerksamkeit verdienen zahlreiche organische verbindungen von Kohlenstoff, in denen er - das grundlegende Element, die fähig ist, die Verbindung mit denselben Atomen in lange Ketten von unterschiedlicher Struktur. Dazu gehören:

• Alkane;
• Alkene;
• Arena;
• Proteine;
• Kohlenhydrate;
• Nukleinsäuren;
• Alkohole;
• Carbonsäuren und viele andere Klassen von Stoffen.

Die Verwendung von Carbon

Wert Kohlenstoffverbindungen und seine allotropen Modifikationen im Leben eines Menschen ist sehr groß. Nennen Sie einige der globalen Branchen, damit klar ist, dass es wirklich so ist.

1. Dieses Element bildet alle Arten von fossilen Brennstoffen, aus der der Mensch bekommt die Energie.
2. Metallverarbeitung verwendet Kohlenstoff als das stärkste Reduktionsmittel für die Gewinnung von Metallen aus Ihren verbindungen. Hier finden Breite Anwendung carbonate.
3. Bau-und Chemische Industrie verbrauchen enorme Mengen an Kohlenstoffverbindungen für die Synthese neuer Substanzen und Beschaffung der erforderlichen Produkte.

Auch kann man solche Wirtschaftszweig, wie:

• Nuklear-Industrie;
• Schmuckherstellung;
• Technische Ausrüstung (Fett, hitzebeständige Tiegel, Bleistifte, etc.);
• Bestimmung des geologischen Alters der Gesteine - radioaktiver Indikator ¹⁴Mit;
• Carbon - schöne Adsorbens, wodurch die Nutzung für die Herstellung von filtern.

Der Kreislauf in der Natur

Die Masse des Kohlenstoffs, die sich in der Natur, ist in ständiger Kreislauf, der zyklisch verkehren jede Sekunde rund um den Globus. So, atmosphärischer Kohlenstoff-Quelle - MIT₂, die von Pflanzen absorbiert und hebt sich von allen lebenden Wesen im Laufe der Atmung. Der Einstieg in die Atmosphäre, es wieder absorbiert, und so wird der Zyklus nicht beendet. Dabei Absterben der organischen Rückständen führt zur Freisetzung von Kohlenstoff und die Ansammlung im Boden, von wo er dann wieder lebenden Organismen absorbiert und wird in die Atmosphäre in Form von Gas.