Węgiel - to... Atom węgla. Masa węgla

Jednym z najbardziej niesamowitych elementów, który jest w stanie tworzyć ogromną ilość różnorodnych związków organicznej i nieorganicznej przyrody, jest węgiel. To jest tak niezwykłe właściwości element, co jeszcze Mendelejew przewidział mu wielką przyszłość, mówiąc o nie objawionych aż funkcji.

Później się to sprawdziło w praktyce. Okazało się, że to główny składnik odżywczy element naszej planety, wchodzący w skład absolutnie wszystkich żywych istot. Oprócz tego, w stanie istnieć w takich formach, które diametralnie różnią się pod każdym względem, ale składa się tylko z atomów węgla.

W ogóle, cech u tej struktury jest wiele, to właśnie z nimi i postaramy się zrozumieć w trakcie artykułu.

Węgiel: formuła i położenie w układzie elementów

W układzie okresowym pierwiastek węgiel znajduje się w IV (nowy wzór 14) grupie, głównej grupie. Jego numer 6, a masa atomowa 12,011. Oznaczenie elementu zna mówi o jego tytule po łacinie - carboneum. Istnieje kilka różnych form, w których istnieje węgiel. Formuła go więc bywa różna i zależy od konkretnej modyfikacji.

Jednak do pisania równań reakcji oznaczenie konkretnego, oczywiście, jest. W ogóle, kiedy się mówi o materii w czystej postaci, przyjęta formuła molekularna węgla, bez indeksowania.

Historia odkrycia elementu

Sam w sobie ten element znany z najniższej starożytności. Przecież jeden z najważniejszych minerałów w przyrodzie - to węgiel kamienny. Dlatego dla starożytnych greków, rzymian i innych ludów tajemnicą nie był.

Bardziej:

Główne etapy rozwoju psychiki w филогенезе

Rozwój psychiki w филогенезе charakteryzuje się kilkoma etapami. Rozważmy dwie główne historie związane z tym procesem.Филогенез - to historyczny rozwój, obejmującego miliony lat ewolucji, historię rozwoju różnych gatunków organizmów żywych.Ontogenez...

Co to jest gronkowiec i metody jego leczenia

Wielu w swoim życiu miał do czynienia z zakażeniem gronkowca. Dlatego konieczne jest posiadanie pełnej informacji o tej chorobie, aby w pełni zrozumieć, co dzieje się w organizmie. Więc co to jest gronkowiec? To bakterie, lub jedną z ich odmian, z kt...

Co studiuje morfologia

 Przed podjęciem się, że studiuje morfologia, należy zauważyć, że sam studiuje ten dział gramatyki. Tak, morfologia studiuje słowo jako część mowy, a także sposoby jego edukacji, jego formy, struktury i gramatyki wartości, a także poszczególne j...

Oprócz tej odmiany, także używali diamenty i grafit. Z ostatnim długi czas było wiele trudnych sytuacji, ponieważ często bez analizy składu za grafit brali takie połączenia, jak:

• Srebrny ołowiu;
• Węglik żelaza;
• Siarczek molibdenu.

Wszystkie były pomalowane na czarny kolor i dlatego zostały uznane za grafitem. Później to nieporozumienie było wyjaśniono, i ta forma węgla stała się sama sobą.

Z 1725 roku wielkie komercyjne znaczenie zyskują diamenty, a w 1970 opanowali technologię uzyskać je sztucznie. Z 1779 roku, dzięki pracy Carl Scheele, są badane właściwości chemiczne, które wykazuje węgiel. To zapoczątkowało szereg najważniejszych odkryć w dziedzinie tego elementu i jest podstawą do wyjaśnienia wszystkich jego unikalnych cech.

Izotopy węgla i rozpowszechnienie w przyrodzie

Mimo, że dany element - jeden z najważniejszych związków, jego całkowita zawartość w masie skorupy ziemskiej wynosi 0,15 %. Tak dzieje się od tego, że jest on poddawany ciągłej cyrkulacji, naturalnego obiegu w przyrodzie.

W ogóle można nazwać kilka połączeń mineralnego charakteru, w skład których wchodzi węgiel. To takie naturalne rasy, jak:

• Dolomity i wapienie;
• Antracyt;
• łupki palne;
• Gaz ziemny;
• Węgiel kamienny;
• Naftowej;
• Węgiel brunatny;
• Torf;
• Asfalt.

Oprócz tego, nie należy zapominać i o żywych istotach, które są po prostu magazynem węglowych połączeń. Przecież im wykształceni, tłuszcze, białka, węglowodany, kwasy nukleinowe, a więc najbardziej istotne strukturalne cząsteczki. W ogóle na przeliczanie suchej masy ciała 70 kg 15 przypada na czystą pozycję. I tak jest u każdego człowieka, nie mówiąc już o zwierzętach, roślinach i innych stworzeń.

Jeśli wziąć pod uwagę skład powietrza i wody, czyli гидросферу w ogóle i atmosferę, to tutaj jest mieszanka węgiel-tlen, wyrażana wzorem Z₂. Dwutlenek lub dwutlenek węgla - jeden z głównych gazów tworzących powietrze. To właśnie w tej formie, udział masowy węgla wynosi 0,046%. Jeszcze więcej roztworze dwutlenku węgla w wodach oceanu Światowego.

Masa Atomowa węgla jako elementu wynosi 12,011. Wiadomo, że ta wartość jest obliczana jako średnia arytmetyczna między jądrowej wagą wszystkich istniejących w przyrodzie izotopu odmian, z uwzględnieniem ich występowania (w procentach). Tak dzieje się i u danej substancji. Istnieją trzy główne izotopów, w postaci których znajduje się węgiel. To:

• ¹² - jego udział masowy w zdecydowanej większości stanowi 98,93 %;
• ¹³Z - 1,07 %;
• ¹⁴Z - radioaktywny, okres półtrwania wynosi 5700 lat, stały betta-emiter.

W praktyce określenia геохронологического wieku próbek powszechnie stosuje się radioaktywny izotop ¹⁴, który jest wskaźnikiem, dzięki swojemu długiemu okresowi rozpadu.

Аллотропные modyfikacji elementu

Węgiel - to taki element, który w postaci prostego materii istnieje w wielu formach. Czyli jest w stanie kształtować największe z obecnie znanych liczba odmian alotropowych modyfikacji.

1. Krystaliczne odmiany - istnieją w postaci trwałych struktur z odpowiednimi kratkami atomowego typu. Do tej grupy należą takie odmiany, как:

• алмазы;
• фуллерены;
• графиты;
• карбины;
• лонсдейлиты;
• Włókna węglowe i rurki.

Wszystkie one różnią się budową sieci krystalicznej, w węzłach których atom węgla. Stąd zupełnie wyjątkowe, nie podobne właściwości fizyczne i chemiczne.

2. Amorficzne formy - je tworzy atom węgla, wchodzący w składniektórych związków naturalnych. Czyli to nie jest czyste odmiany, a z domieszkami innych elementów w małych ilościach. Do tej grupy wchodzą:

• Węgiel aktywowany;
• Kamienny i węgiel;
• Sadza;
• Węglowa нанопена;
• Antracyt;
• стеклоуглерод;
• Techniczne rodzaj substancji.

Je również łączą cechy budowy sieci krystalicznej, wyjaśniających i wystawiane właściwości.

3. Związki węgla w postaci klastrów. Taka struktura, w której atomy są zamknięte w wyjątkową matrycę od wewnątrz kształtu, wypełniony wodą lub jąder innych pierwiastków. Przykłady:

• Węglowe наноконусы;
• астралены;
• диуглерод.

Właściwości Fizyczne amorficznego węgla

Ze względu na dużą różnorodność odmian alotropowych modyfikacji, wyróżnić jakieś ogólne właściwości fizyczne węgla trudne. Łatwiej jest mówić o konkretnej formie. Tak więc, na przykład, bezpostaciowy węgiel posiada następujące cechy.

1. W oparciu o wszystkich kształtach - мелкокристаллические odmiany grafitu.
2. Wysoka pojemność cieplna.
3. Dobre проводниковые właściwości.
4. Gęstość węgla około 2 g/cm³.
5. Po nagrzaniu powyżej 1600 ⁰, następuje przejście do grafitowe formy.

Sadza, węgiel i kamień odmiany które znajdują szerokie zastosowanie w celach technicznych. Nie są one przejawem modyfikacji węgla w czystej postaci, jednak zawierają go w bardzo dużych ilościach.

Krystaliczny węgiel

Istnieje kilka opcji, w których węgiel - substancja tworząca odpowiednie kryształy różnego rodzaju, w którym atomy są połączone szeregowo. W wyniku tego następuje powstawanie takich modyfikacji.

1. Diament. Struktura - sześcienna, w której łączą się cztery czworościanu. W rezultacie, wszystkie ковалентные związki chemiczne każdego atomu maksymalnie nasycone i trwałe. To wyjaśnia właściwości fizyczne: gęstość węgla 3300 kg/m³. Wysoka twardość, niska pojemność cieplna, brak przewodnictwa elektrycznego - to wszystko jest wynikiem struktury sieci krystalicznej. Istnieją technicznie otrzymane diamenty. Powstają przy przejściu grafitu w następnej modyfikacji pod wpływem wysokiej temperatury i określonego ciśnienia. Ogólnie temperatura topnienia diamentu tak samo wysoka, jak i trwałość - około 3500 ⁰C.
2. Grafit. Atomy znajdują się podobnie jak w strukturze poprzedniego substancji, jednak dzieje się nasycenie tylko trzech związków, a czwarta staje się dłuższa i mniej trwałe, ona łączy się między sobą na "warstwy" гексагональных pierścieni kraty. W rezultacie okazuje się, że grafit - miękki, tłusty w dotyku substancja koloru czarnego. Ma dobrą przewodność elektryczną i ma wysoką temperaturę topnienia - 3525 ⁰C. jest w Stanie do sublimacji - возгонке ze stanu stałego w gazowy z pominięciem ciekłe (o temperaturze 3700 ⁰). Gęstość węgla - 2,26 g/cm^3, Co znacznie poniżej jednego diamentu. To wyjaśnia ich różne właściwości. Ze względu na warstwową strukturę sieci krystalicznej, możliwe jest wykorzystanie grafitu do budowy грифелей prostych ołówków. W badaniach na papierze łuski odkleić i pozostawić na papierze ślad koloru czarnego.
3. Fulereny. Otwarte były tylko w latach 80-tych ubiegłego stulecia. Stanowią modyfikacje, w których węglowodany połączone są ze sobą w szczególny wypukły zamkniętą strukturę, która ma w sercu pustkę. Kształt kryształu - wielościan, właściwej organizacji. Liczba atomów parzystą. Najbardziej znana forma фуллерен Z₆₀. Próbki takiego substancji znaleziono w badaniach:

• Meteorytów;
• Osadów dennych;
• фольгуритов;
• шунгитов;
• Przestrzeni kosmicznej, gdzie przetrzymywano w postaci gazów.

Wszystkie odmiany krystalicznego węgla mają ważne znaczenie praktyczne, ponieważ mają wiele przydatnych w technice właściwości.

Reaktywność

Cząsteczkowy węgiel wykazuje niską aktywność chemiczną z powodu swojej stabilnej konfiguracji. Zmusić go do wchodzić w reakcje można tylko dostarczyć atomowi dodatkową energię i zmuszając elektrony zewnętrznego poziomu распариться. W tym momencie valence staje się równa 4. Dlatego w związkach ma stopień utlenienia + 2, + 4, - 4.

Prawie wszystkie odpowiedzi z prostych substancji, jak metalami, jak i неметаллами, odbywają się pod wpływem wysokich temperatur. Dany element może być utleniaczem, jak i redukującym. Jednak ostatnie właściwości widoczne u niego szczególnie mocno właśnie na tym opiera się jego stosowanie w metalurgii i innych gałęziach przemysłu.

W ogóle zdolność do zawarcia chemicznych interakcji zależy od trzech czynników:

• Dyspersji węgla;
• аллотропной modyfikacji;
• Temperatury reakcji.

W Ten sposób, w szeregu przypadków zdarza się interakcje z następującymi substancjami:

• неметаллами (wodór, tlen);
• Metale (aluminium, żelazo, wapń i inne);
• Tlenków metali i ich soli.

Z kwasami i alkaliami nie reaguje, halogenów bardzo rzadko. Najważniejsze z właściwości węgla - zdolność tworzyć długie łańcuchy między sobą. Mogą wycofać się w cykl, tworzyć rozgałęzienia. Tak się dzieje edukacja związków organicznych, które na dzień dzisiejszy są obliczane przez miliony. Podstawą tychpołączenia dwóch elementów - węgiel, wodór. Również w skład mogą wchodzić inne atomy: tlen, azot, siarka, halogenki, fosfor, metale i inne.

Podstawowe połączenia i ich charakterystyka

Istnieje wiele różnych związków, w skład których wchodzi węgiel. Formuła najbardziej znanego z nich - Z₂ - dwutlenek węgla. Jednak oprócz tego tlenku, jest jeszcze CO - tlenek lub tlenek węgla, a także недооксид Z₃O₂.

Wśród soli, w skład których wchodzi ten element, najbardziej popularne są węglany wapnia i magnezu. Tak, węglan wapnia ma kilka synonimów w tytule, tak jak w przyrodzie występuje w postaci:

• Mela;
• Marmuru;
• Wapienia;
• Dolomitu.

Ważne węglanowych щелочноземельных metali przejawia się w tym, że są aktywni uczestnicy procesu edukacji stalaktytów i stalagmitów, a także wód podziemnych.

Kwas Węglowy - jeszcze jedno połączenie, które tworzy węgiel. Formuła jej - N₂O₃. Jednak w normalnej formie jest niestabilna i od razu w roztworze rozpada się na dwutlenek węgla i wodę. Dlatego znane tylko jej soli, a nie ona sama, jako roztwór.

Halogenki węgla - są głównie w sposób pośredni, ponieważ bezpośrednie synteza idą tylko w bardzo wysokich temperaturach i z niską wydajnością produktu. Jedną z najbardziej popularnych - CCL₄ - тетрахлорметан. Toksyczna połączenie, które w przypadku wdychania spowodować zatrucie. Otrzymują w reakcjach radykalnego фотохимического zastąpienie atomów wodoru w metanu.

Węgliki metali - związki węgla, w których wykazuje stopień utleniania 4. Jest również możliwe istnienie stowarzyszeń z boru i krzemu. Najważniejsze właściwości węglików niektórych metali (aluminium, wolframu, tytanu, niobu, tantalu, hafnu) - wysoka trwałość i doskonała przewodność. Węglik boru W₄ - jedną z najtwardszych substancji po diamentu (9,5 w skali Mohsa). Dane połączenia są wykorzystywane w technice, a także w przemyśle chemicznym, jako źródła pozyskiwania węglowodorów (węglik wapnia z wodą prowadzi do powstania acetylenu i wodorotlenku wapnia).

Wielu stopów metali są wykonane z użyciem węgla, znacznie zwiększając tym samym ich jakość i parametry techniczne (stal - stop żelaza z węglem).

Na Szczególną uwagę zasługują liczne związki organiczne węgla, w których jest on podstawowym elementem, w stanie łączyć się z takimi samymi atomami w długie łańcuchy o różnej strukturze. Do nich można zaliczyć:

• Alkany;
• алкены;
• Areny;
• Białka;
• Węglowodany;
• Kwasy nukleinowe;
• Alkohole;
• Kwasy karboksylowe i wiele innych klas substancji.

Zastosowanie węgla

Znaczenie związków węgla i jego odmian alotropowych zmian w życiu człowieka jest bardzo duża. Można wymienić kilka najbardziej globalnych branż, aby stało się jasne, że to jest naprawdę tak.

1. Ten element tworzy wszystkie rodzaje paliw kopalnych, z którego człowiek czerpie energię.
2. Przemysł Metalurgiczny wykorzystuje węgiel jako najsilniejszy czynnik redukujący do otrzymywania metali z ich połączeń. Tutaj znajdują szerokie zastosowanie węglany.
3. Budownictwo i przemysł chemiczny zużywa ogromną ilość związków węgla do syntezy nowych substancji i uzyskania niezbędnych produktów.

Można Również nazwać takie gałęzie przemysłu, jak:

• Przemysł jądrowy;
• Biżuteria -;
• Sprzęt techniczny (smarowania, żaroodporne naczynia do spalań, tygle, ołówki i inne);
• Określenie geologicznego wieku skał - radioaktywny wskaźnik ¹⁴;
• Węgiel - piękny adsorbentu, co pozwala na wykorzystanie go do produkcji filtrów.

Cykl w przyrodzie

Masa węgla, znajdującego się w przyrodzie, jest włączona w stały cykl, który cyklicznie odbywa się w każdej sekundzie na całym globie. Tak, wolnossący źródło węgla - Z₂, jest wchłaniany przez rośliny i wyróżnia się wszystkimi żywymi istotami w procesie oddychania. Przedostając się do atmosfery, jest ponownie wchłaniany, i tak cykl się nie kończy. Przy tym zamieranie pozostałości organicznych prowadzi do uwalniania węgla i gromadzenia się go w ziemi, skąd następnie jest ponownie wchłaniane przez organizmy żywe i wydalane do atmosfery w postaci gazu.