Көмүртек бул Көмүртек атому. Көмүртектин массасы

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 05:34

Органикалык жана органикалык эмес табияттагы ар түрдүү кошулмаларды түзө алган эң таң калыштуу элементтердин бири бул көмүртек. Бул элемент өзүнүн касиеттери боюнча ушунчалык адаттан тыш болгондуктан, ал тургай Менделеев дагы ачыла элек өзгөчөлүктөр жөнүндө айтып, анын улуу келечегин алдын ала айткан.

Кийинчерээк бул иш жүзүндө тастыкталды. Бул биздин планетанын негизги биогендик элементи экени белгилүү болду, ал таптакыр бардык тирүү жандыктардын бир бөлүгү болуп саналат. Мындан тышкары, бардык жагынан түп-тамырынан бери айырмаланган, бирок ошол эле учурда көмүртек атомдорунан гана турган формаларда болууга жөндөмдүү.

Жалпысынан бул түзүмдүн көптөгөн өзгөчөлүктөрү бар жана биз аларды макаланын жүрүшүндө чечүүгө аракет кылабыз.

Көмүртек: элементтер системасындагы формула жана орду

Мезгилдик системада көмүртек элементи IV (14-жаңы модел боюнча) топто, негизги подгруппада жайгашкан. Анын сериялык номери 6, атомдук салмагы 12.011. С белгиси бар элементтин белгилениши анын латын тилиндеги атын көрсөтөт - carboneum. көмүртек бар болгон бир нече ар кандай түрлөрү бар. Демек, анын формуласы башкача жана конкреттүү өзгөртүүгө жараша болот.

Бирок, реакция теңдемелерин жазуу үчүн белгилер өзгөчө,Албетте бар. Жалпысынан, заттын таза түрүндө сөз болгондо, индекстештирилбестен, С көмүртектин молекулалык формуласы кабыл алынат.

Элементтин ачылыш таржымалы

Бул элементтин өзү байыркы замандан бери эле белгилүү. Анткени, жаратылыштагы эң маанилүү кендердин бири – көмүр. Ошондуктан байыркы гректер, римдиктер жана башка улуттар үчүн ал сыр болгон эмес.

Бул сорттон тышкары алмаз жана графит да колдонулган. Узак убакыт бою акыркысы менен көптөгөн чаташкан жагдайлар болгон, анткени көбүнчө курамын талдабастан, графит үчүн мындай кошулмалар алынган, мисалы:

• күмүш коргошун;
• темир карбиди;
• молибден сульфиди.

Алардын баары кара түскө боелгон, ошондуктан графит деп эсептелген. Кийинчерээк бул түшүнбөстүк жоюлуп, көмүртектин бул формасы өзүнөн-өзү болуп калды.

1725-жылдан тартып алмаздын соодалык мааниси зор, 1970-жылы аларды жасалма жол менен алуу технологиясы өздөштүрүлгөн. 1779-жылдан бери Карл Шееленин эмгегинин аркасында көмүртек көрсөткөн химиялык касиеттер изилденген. Бул бул элемент тармагындагы маанилүү ачылыштардын сериясынын башталышы болгон жана анын бардык уникалдуу өзгөчөлүктөрүн табууга негиз болгон.

Көмүртек изотоптору жана жаратылышта таралышы

Каралып жаткан элемент эң маанилүү биогендик элементтердин бири болгонуна карабастан, анын жер кыртышынын массасындагы жалпы курамы 0,15% түзөт. Бул анын тынымсыз жүгүртүүгө, табияттагы табигый циклге дуушар болгондугуна байланыштуу.

Жалпысынан бир нечеси баркөмүртек камтыган минералдык бирикмелер. Бул табигый породалар:

• доломит жана акиташ;
• антрацит;
• сланец;
• жаратылыш газы;
• көмүр;
• май;
• лигнит;
• торф;
• битум.

Мындан тышкары көмүртек кошулмаларынын сактагычы болгон тирүү жандыктар жөнүндө да унутпашыбыз керек. Анткени, алар белокторду, майларды, углеводдорду, нуклеиндик кислоталарды түзүшкөн, бул эң маанилүү структуралык молекулаларды билдирет. Жалпысынан алганда, 70 кг кургак дене салмагын айландыруу, 15 таза элементке туура келет. Жаныбарларды, өсүмдүктөрдү жана башка жандыктарды айтпаганда да, ар бир адамда ушундай болот.

Аба менен суунун курамын, башкача айтканда, бүтүндөй гидросфераны жана атмосфераны карай турган болсок, анда CO_{2 формуласы менен туюнтулган көмүртек-кычкылтек аралашмасы бар.. Диоксид же көмүр кычкыл газы абаны түзгөн негизги газдардын бири. Дал ушул формада көмүртектин массалык үлүшү 0,046% түзөт. Океандардын сууларында андан да көп көмүр кычкыл газы эрийт.}

Элемент катары көмүртектин атомдук массасы 12,011. Бул чоңдук табиятта бар бардык изотоптук түрлөрдүн атомдук салмагынын ортосундагы арифметикалык орточо сан катары, алардын таралышын эске алуу менен (пайыз менен) эсептеле турганы белгилүү.). Бул сөз болуп жаткан затка да тиешелүү. Көмүртектин үч негизги изотопу бар. Бул:

• ¹²С - анын массалык үлүшү 98,93%;
• ¹³C -1,07%;
• ¹⁴C - радиоактивдүү, жарым ажыроо мезгили 5700 жыл, туруктуу бета эмитент.

Үлгүлөрдүн геохронологиялык жашын аныктоо практикасында ¹⁴С радиоактивдүү изотопу кеңири колдонулат, бул анын узак ажыроо мезгилине байланыштуу индикатор болуп саналат.

Элементтин аллотроптук модификациялары

Көмүртек бир нече формада жөнөкөй зат катары бар элемент. Башкача айтканда, ал бүгүнкү күндө белгилүү болгон эң көп сандагы аллотроптук модификацияларды түзүүгө жөндөмдүү.

1. Кристаллдык вариациялар - үзгүлтүксүз атомдук типтеги торлору бар күчтүү структуралар түрүндө болот. Бул топко төмөнкүдөй сорттор кирет:

• бриллианттар;
• fullerenes;
• графиттер;
• карбиндер;
• lonsdaleites;
• көмүртек булалары жана түтүктөр.

Алардын баары кристалл торчосунун түзүлүшү боюнча айырмаланат, түйүндөрүндө көмүртек атому бар. Демек, физикалык да, химиялык да таптакыр уникалдуу, окшош эмес касиеттер.

2. Аморфтук формалар – алар кээ бир табигый кошулмалардын курамына кирген көмүртек атомунан түзүлөт. Башкача айтканда, бул таза сорттору эмес, бирок аз өлчөмдө башка элементтердин кирлери менен. Бул топко төмөнкүлөр кирет:

• активдүү көмүр;
• таш жана жыгач;
• көө;
• көмүртек нанофом;
• антрацит;
• айнектүү көмүртек;
• заттын техникалык түрү.

Аларды өзгөчөлүктөр да бириктиреткристалл торчосунун структуралары, түшүндүрүүчү жана көрүнүүчү касиеттери.

3. Кластер түрүндөгү көмүртектин бирикмелери. Мындай түзүлүштөгү атомдор ичинден өзгөчө конформациялык көңдөйгө жабылган, суу же башка элементтердин ядролору менен толтурулган. Мисалдар:

• көмүртек нанокону;
• astralens;
• дикарбон.

Аморфтук көмүртектин физикалык касиеттери

Аллотроптук модификациялардын көп түрдүүлүгүнөн улам, көмүртектин жалпы физикалык касиеттерин аныктоо кыйынга турат. Конкреттүү форма жөнүндө айтуу оңой. Мисалы, аморфтук көмүртек төмөнкү мүнөздөмөлөргө ээ.

1. Бардык формалардын өзөгүн графиттин майда кристаллдуу түрлөрү түзөт.
2. Жогорку жылуулук сыйымдуулугу.
3. Жакшы өткөргүч касиеттери.
4. Көмүртек тыгыздыгы болжол менен 2 г/см³.
5. 1600 ⁰Cден жогору ысытылганда графит формасына өтүү пайда болот.

Көө, көмүр жана таш сорттору өнөр жайлык максатта кеңири колдонулат. Алар көмүртектин таза түрүндөгү модификациясынын көрүнүшү эмес, бирок аны өтө чоң өлчөмдө камтыйт.

Кристаллдык көмүр

Көмүртек ар кандай типтеги регулярдуу кристаллдарды түзүүчү зат болуп саналган бир нече варианттар бар, мында атомдор катар менен байланышкан. Натыйжада, төмөнкү өзгөртүүлөр түзүлдү.

1. Бриллиант. Түзүлүшү куб болуп саналат, анда төрт тетраэдра бириктирилген. Натыйжада, ар бир атомдун бардык коваленттүү химиялык байланыштарымаксималдуу каныккан жана бышык. Бул физикалык касиеттерди түшүндүрөт: көмүртектин тыгыздыгы 3300 кг/м³. Жогорку катуулук, аз жылуулук сыйымдуулугу, электр өткөргүчтүгүнүн жоктугу - мунун баары кристалл тордун түзүлүшүнүн натыйжасы. Техникалык жактан алынган алмаздар бар. Алар жогорку температуранын жана белгилүү басымдын таасири астында графиттин кийинки модификацияга өтүшү учурунда пайда болот. Жалпысынан алганда, алмаздын эрүү чекити күч сыяктуу эле жогору - болжол менен 3500 ⁰C.
2. Графит. Атомдор мурунку заттын түзүлүшүнө окшош жайгашкан, бирок үч гана байланыш каныккан, ал эми төртүнчүсү узунураак жана азыраак бекем болуп, тордун алты бурчтуу шакекчелеринин "катмарларын" бириктирет. Натыйжада графит тийгенде жумшак, майлуу кара зат экени аныкталды. Ал жакшы электр өткөрүмдүүлүккө ээ жана жогорку эрүү температурасына ээ - 3525 ⁰C. Сублимацияга жөндөмдүү - суюк абалды айланып өтүү менен катуу абалдан газ абалына өтүү (3700 ⁰С температурада). Көмүртектин тыгыздыгы 2,26 г/см^3, алмаздыкынан бир топ төмөн. Бул алардын ар кандай касиеттерин түшүндүрөт. Кристалл торчосунун катмарлуу түзүлүшүнөн улам, карандаш сымдарын жасоо үчүн графитти колдонууга болот. Кагазды сүзгөндө, кабыктар сыйрылып, кагазда кара так калат.
3. Фуллерендер. Алар өткөн кылымдын 80-жылдарында гана ачылган. Алар көмүртектердин ортосунда атайын томпок жабык түзүлүштө туташтырылган модификациялар.боштук. Ал эми кристаллдын формасы - көп жактуу, туура уюштуруу. Атомдордун саны жуп. Фуллерендин эң белгилүү түрү С₆₀. Окшош заттын үлгүлөрү изилдөө учурунда табылган:

• метеориттер;
• төмөнкү чөкмөлөр;
• фолгурит;
• шунгит;
• газ түрүндө камтылган космос мейкиндиги.

Кристаллдык көмүртектин бардык түрлөрү абдан чоң практикалык мааниге ээ, анткени алар инженерияда пайдалуу бир катар касиеттерге ээ.

Реактивдүүлүк

Молекулярдык көмүртек туруктуу конфигурациясынан улам төмөн реактивдүүлүктү көрсөтөт. Ал атомго кошумча энергия берип, сырткы деңгээлдеги электрондорду бууланууга мажбурлоо менен гана реакцияларга кирүүгө аргасыз болот. Бул учурда валенттүүлүк 4 болот. Демек, кошулмаларда ал + 2, + 4, - 4 кычкылдануу даражасына ээ.

Жөнөкөй заттар менен болгон бардык реакциялар, металлдар да, металл эместер да жогорку температуранын таасири астында жүрөт. Каралып жаткан элемент кычкылдандыргыч жана калыбына келтирүүчү агент да болушу мүмкүн. Бирок акыркы касиеттер анда өзгөчө айкын көрүнүп турат жана бул аны металлургия жана башка өнөр жай тармактарында колдонуу үчүн негиз болуп саналат.

Жалпысынан химиялык өз ара аракеттенүү жөндөмдүүлүгү үч фактордон көз каранды:

• көмүртектин дисперсиясы;
• аллотроптук модификация;
• реакция температурасы.

Ошентип, кээ бир учурларда төмөндөгүлөр менен өз ара аракеттенүү барзаттар:

• металл эместер (суутек, кычкылтек);
• металлдар (алюминий, темир, кальций жана башкалар);
• металл оксиддери жана алардын туздары.

Кислоталар жана щелочтор менен реакцияга кирбейт, өтө сейрек галогендер менен. Көмүртектин эң негизги касиеттери бири-бири менен узун чынжырларды түзө билүү. Алар циклде жабылып, бутактарды түзө алышат. Бүгүнкү күндө миллиондогон органикалык бирикмелердин пайда болушу мына ушундай. Бул кошулмалардын негизин эки элемент - көмүртек, суутек түзөт. Башка атомдор да камтылышы мүмкүн: кычкылтек, азот, күкүрт, галогендер, фосфор, металлдар жана башкалар.

Негизги кошулмалар жана алардын мүнөздөмөлөрү

Көмүртек камтыган көптөгөн түрдүү кошулмалар бар. Алардын эң белгилүү формуласы CO₂ - көмүр кычкыл газы. Бирок, бул оксидден тышкары CO - оксиди же көмүртек кычкылы, ошондой эле субоксиди C₃O₂.

Бул элементти камтыган туздардын арасында эң кеңири тарагандары кальций жана магний карбонаттары. Ошентип, кальций карбонатынын аталышында бир нече синонимдер бар, анткени ал табиятта төмөнкү формада кездешет:

• бор;
• мрамор;
• акиташ;
• доломит.

Жердеги щелочтуу металл карбонаттарынын мааниси алардын сталактиттердин жана сталагмиттердин, ошондой эле жер астындагы суулардын пайда болушуна активдүү катышуучулар болгондугунан көрүнүп турат.

Карбон кислотасы көмүртекти пайда кылган дагы бир кошулма. Анын формуласыH₂CO₃. Бирок, анын кадимки түрүндө, ал өтө туруксуз жана дароо көмүр кычкыл газына жана эритмеде сууга ажырайт. Демек, эритме катары өзү эмес, анын туздары гана белгилүү.

Галоген көмүртектери - негизинен кыйыр түрдө алынат, анткени түз синтез өтө жогорку температурада жана продуктунун аз түшүмдүүлүгү менен гана жүрөт. таралган бири - CCL₄ - көмүртек төрт хлориди. Дем алууда ууланууга алып келиши мүмкүн болгон уулуу кошулма. Метандагы суутек атомдорун радикалдуу фотохимиялык алмаштыруу реакцияларынан алынган.

Металл карбиддери 4 кычкылдануу даражасын көрсөткөн көмүртек бирикмелери. Бор жана кремний менен бирикмелердин болушу да мүмкүн. Кээ бир металлдардын (алюминий, вольфрам, титан, ниобий, тантал, гафний) карбиддеринин негизги касиети жогорку бекемдиги жана электрди мыкты өткөргүчтүгү болуп саналат. Бор карбиди В₄С алмаздан кийинки эң катуу заттардын бири (Mohs боюнча 9,5). Бул кошулмалар машина курууда, ошондой эле химиялык өнөр жайда углеводороддорду алуу булактары катары колдонулат (суу менен кальций карбиди ацетилен жана кальций гидроксидинин пайда болушуна алып келет).

Көптөгөн металл эритмелери көмүртектин жардамы менен жасалат, ошону менен алардын сапатын жана техникалык мүнөздөмөлөрүн бир топ жогорулатат (болот темир менен көмүрдүн эритмеси).

Көмүртектин көптөгөн органикалык бирикмелерине өзгөчө көңүл бурулат, анда ал бир эле атомдор менен ар кандай түзүлүштөгү узун чынжырларга биригип кетүүгө жөндөмдүү негизги элемент. Аларга төмөнкүлөр кирет:

• алкандар;
• алкендер;
• arenas;
• белоктар;
• карбонгидрат;
• нуклеиндик кислоталар;
• спирттер;
• карбон кислоталары жана башка көптөгөн класстар.

Көмүртекти колдонуу

Көмүртек кошулмаларынын жана анын аллотроптук модификацияларынын адам жашоосундагы мааниси өтө жогору. Мунун чын экенин айкындоо үчүн бир нече эң дүйнөлүк тармактарды атасаңыз болот.

1. Бул элемент адам энергия алган бардык күйүүчү майларды түзөт.
2. Металлургия өнөр жайы көмүртекти алардын кошулмаларынан металл алуу үчүн эң күчтүү калыбына келтирүүчү агент катары колдонот. Бул жерде карбонаттар да кеңири колдонулат.
3. Курулуш жана химия өнөр жайы жаңы заттарды синтездөө жана керектүү продукцияны алуу үчүн көмүртек кошулмаларын эбегейсиз көп керектешет.

Сиз экономиканын мындай тармактарын да атай аласыз:

• өзөктүк өнөр;
• зергер буюмдар;
• техникалык жабдуулар (майлоочу майлар, ысыкка чыдамдуу тигелдер, карандаштар ж.б.);
• тоо тектердин геологиялык жашын аныктоо - радиоактивдүү траектор ¹⁴С;
• көмүртек - бул эң сонун адсорбент, бул аны чыпкаларды жасоого ылайыктуу кылат.

Табигаттагы циркуляция

Жаратылышта табылган көмүртек массасы жер шарын ар бир секундада айланып турган туруктуу циклге кирет. Ошентип, көмүртектин атмосфера булагы - CO₂, сиңет.өсүмдүктөр жана дем алуу процессинде бардык тирүү жандыктар тарабынан бөлүнүп чыгат. Атмосферага түшкөндөн кийин ал кайра сиңет, ошондуктан цикл токтобойт. Ошол эле учурда органикалык калдыктардын өлүшү көмүртектин бөлүнүп чыгышына жана анын жерге топтолушуна алып келет, андан кийин ал кайрадан тирүү организмдер тарабынан сиңип, газ түрүндө атмосферага чыгат.