Углерод и его соединения.

uglerod

Углерод

Среди множества химических элементов углерод является одним из важнейших на Земле.  Значение углеродных соединений в жизни человека трудно оценить. Он окружает нас повсюду. На углеродной основе построена вся жизнь на нашей планете. Символ углерода – С. В земной коре находится 0,14% углерода. Его модификации в природе представлены алмазом и графитом, которые благодаря различному строению кристаллических решеток, значительно отличаются по своим свойствам. Углерод является основой  животного и растительного мира. Он встречается в виде залежей карбонатов кальция и магния; в виде углекислого газа. Углерод всегда присутствует в воздухе и в растворенном виде в воде. Все горючие ископаемые имеют в своем составе углерод. Большие количества углерода присутствуют в углях.

На холоде все модификации углерода малоактивны, а при нагревании его активность сильно возрастает, и он хорошо вступает в реакции с кислородом.

Способность атомов углерода образовывать ковалентные (атомные) и слабополярные связи с атомами кислорода, водорода и других элементов лежит в основе особенностей органической химии. Поэтому органическую химию часто называют химией углеводородов и их производных. Углеродные соединения играют очень большое значение в существовании самого человека.

Алмаз, как известно, представляет собой самое твердое вещество среди природних

Almaz

Алмаз

минеральных соединений. Он устойчив к действию кислот и щелочей. Однако, несмотря на свою твердость, алмаз является очень хрупким.В чистом кислороде сгорает, образуя диоксид углерода (углекислый газ).

В конце XVIIвека флорентийские ученые Джузеппе Аверани и Чиприано Тарджони провели интересный эксперимент, в котором пытались сплавить несколько мелких алмазов в один крупный. Для этого мелкие минералы алмазов нагрели солнечными лучами с помощью зажигательного стекла (фокусирующей линзы). В итоге, алмазы просто сгорели на воздухе. И только через сто лет, в 1772 г. французский химик Антуан Лавуазье не только повторил опыт итальянцев, но и смог объяснить причины исчезновения алмазов. А в 1797 г. английский химик Смитсон Теннант  сумел доказать идентичность природы таких, казалось бы на первый взгляд, разных природных образований, как алмаз и уголь.

После этого множество раз исследователи пытались получить алмазы искусственным путем из графита и угля, но попытки были неудачными. Иногда после этих опытов находили мелкие кристаллы, похожие на алмазы.

Синтез алмазов стал возможен в 1939 г., когда советскому физику Александру Ильичу Лейпунскому удалось рассчитать условия, при которых графит может превращаться в алмаз. А для этого нужно было обеспечить давление около 60000 ат., и температуру 1600 – 2000 °С). Уже в 50 – х гг. XX в. в нескольких странах почти одновременно в промышленных условиях были получены искусственные алмазы.

В настоящее время алмаз получают искусственным путем  из графита при сильном нагревании и под большим давлением. Алмазы применяют при бурении твердых пород (алмазное бурение), при шлифовании особо твердых материалов, для резки стекла, ну и конечно же в ювелирной отрасли.

grafitovy karandash

Графитовый карандаш

Графит – это очень мягкая и жирная на ощупь серая чешуйчатая масса. Способность карандашного грифеля оставлять след на бумаге проявляется благодаря особенностям строения кристаллической структуры графита. В графите атомы углерода, лежащие в одной плоскости, образуют правильные шестиугольники. Шестиугольники с общими гранями связаны между собой в пачки-плоскости. Связи между углеродными атомами разных пачек малопрочны и расстояние между ними в 2,5 раза больше, чем между соседними атомами одной плоскости. Поэтому достаточно незначительного усилия, чтобы расщепить графитовый кристалл на отдельные чешуйки. Зато намного труднее разрушить связи между атомами углерода, лежащими в одной плоскости. Именно прочность этих связей лежит в основе  высокой химической устойчивости графита. Графит хорошо проводит электричество и тепло. Проявляет высокую стойкость к повышенной температуре, выдерживая 3700 °С и к действию большинства химических реагентов. На него не действуют даже горячие щелочи и кислоты, за исключением концентрированной азотной кислоты. Благодаря этим необычным свойствам, его применяют в различных областях народного хозяйства – электротехнике, металлургии, производстве пороха, атомной промышленности. Графит высочайшей чистоты используется в атомных реакторах как эффективный замедлитель нейтронов. При сгорании в чистом кислороде также, как  алмаз, образует углекислый газ. Графит используется для изготовления карандашей, тиглей, устойчивой черной краски, электродов.

Атом углерода является единственным атомом периодической системы химических элементов, который в состоянии  максимальной валентности не имеет неподеленных пар и свободных орбит. Валентность – это способность атомов, вступая в химические соединения, отдавать или принимать электроны. Обычно она указывает на то, сколько атомов водорода может связать или заместить в соединении атом данного элемента, т. е. число валентности представляет собой число электронов атома химического элемента, участвующих в образовании соединений. Углерод находится в IV группе элементов периодической системы, и его атом имеет четыре валентных электрона. Валентные электроны одного атома углерода образуют пары с валентными электронами других атомов (углерода, водорода, кислорода и т. д.). Специфические свойства атома углерода состоят в способности образовывать практически бесконечные цепи.

Свойства соединений углерода определяются не только их качественным и количественным составом, но и структурой молекул. Для органических соединений характерно явление изомерии. Изомеры – это химические соединения, имеющие одинаковый состав и молекулярную массу. Отличаются между собой только порядком связи атомов в молекуле и расположением их в пространстве. Углерод, способен образовывать неисчислимое множество разнообразных соединений. Причиной этого является структура молекул. Число известных современной науке органических соединений углерода  достигает пяти миллионов.

С кислородом углерод образует два соединения окись углерода СО и двуокись углерода СО2.

Окись углерода (угарный газ) СО – бесцветный газ, не имеющий запаха. Он слабо растворим в воде. Его плотность меньше воздуха. При вдыхании вызывает смерть от удушья. При сгорании образует углекислый газ.

Диоксид углерода (углекислый газ) СО2 - бесцветный газ, без запаха, имеет слегка

uglekisly gaz

Углекислый газ

кисловатый вкус. Главным образом образуется при гниении и горении органических веществ. Присутствует в атмосфере планеты Земля и в минеральных источниках, хорошо пропускает ультрафиолетовые лучи и поглощает инфракрасное излучение. Играет огромную роль в фотосинтезе растительного покрова. Негорюч, вызывает удушье. Он тяжелее воздуха, в воде растворяется частично, образуя с ней угольную кислоту. Под давлением превращается в бесцветную жидкость, которая  при охлаждении до – 76 °С застывает, превращаясь в сухой лед, что позволяет использовать его для охлаждения продуктов вместо обычного льда. При взаимодействии с углеродом восстанавливается до окиси углерода. Двуокись углерода применяется для получения газированной воды, соды и других карбонатов, а также в технологическом процессе получения сахара. Используется диоксид углерода и при тушении пожаров.

Углерод с водородом дает очень большое количество соединений.

Угольная кислота Н2СО3 – термически неустойчивая, легко разлагающаяся слабая кислота, существует только в водних растворах. Угольная кислота образуется, когда углекислый газ пропускают через воду.

Образует соли – карбонаты, из которых вытесняется менее летучими кислотами. Большинство солей углекислоты не растворимы в воде.

Среди солей угольной кислоты очень важное значение имеет карбонат натрия (сода) Na2CO3

Это белое кристаллическое вещество, хорошо растворяется в воде. Сода применяется для смягчения воды, в производстве стекла и бумаги, в красильной промышленности, а также для получения других солей.

Дисульфид углерода (сероуглерод) СS2 – бесцветная, сильно светопреломляющая жидкость; при хранении на свету приобретает отвратительный запах. Это очень сильный нервный яд, огнеопасен, легко испаряется, слабо растворяется в воде, смешивается с большинством органических растворителей, сгорает с выделением тепла. Смесь сероуглерода с воздухом взрывоопасна.

Используется в производстве вискозы, а также в качестве растворителя для смолы, каучука, некоторых  масел и жиров.

 

Если статья Вам понравилась и оказалась для вас полезной, то поделитесь ей с другими:

Хочу себе плагин с такими кнопками

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Анти-спам: выполните заданиеWordPress CAPTCHA