کربن - اتم کربن است .... جرم کربن

یکی از عناصر شگفت انگیز ترین، که قادر است به شکل انواع زیادی از ترکیبات از طبیعت آلی و معدنی، کربن است. این خواص غیر معمول از یک عنصر که هنوز مندلیف پیش بینی آینده ای بزرگ، نه به ذکر ویژگی های فاش هنوز است.

بعد از آن در عمل تایید شد. معلوم شد که او - عنصر زاد رئیس سیاره ما، که بخشی از کاملا تمام موجودات. علاوه بر این، قادر به موجود در فرم است که اساسا متفاوت را در تمام جهات، اما تنها از اتم های کربن تشکیل شده است.

به طور کلی، به خصوص در این ساختار بسیار زیاد است، آن را با آنها است و سعی خواهد کرد تا در این مقاله نگاه کنید.

کربن: فرمول و موقعیت در سیستم سلولی

سیستم تناوبی عنصر کربن واقع در IV (با توجه به جدید نمونه 14) گروه، زیر گروه اصلی است. آن شماره سریال 6 و اتمی وزن 12.011. علامت گذاری عنصر نشانه C نشان می دهد آن نام لاتین - carboneum. چند اشکال مختلف است که در آن کربن وجود دارد. فرمول آن خیلی متفاوت است و بستگی به تغییرات خاص.

با این حال، برای نوشتن یک معادلات واکنش نشان خاص، البته. به طور کلی، هنگامی که آن را یک ماده به صورت خالص، کربن گرفته فرمول مولکولی C بدون نمایه سازی است.

تاریخچه کشف عنصر

به خودی خود، این عنصر شده است از زمان های قدیم ترین شناخته شده است. پس از همه، یکی از مهم ترین کانی در طبیعت - آن زغال سنگ است. بنابراین، برای باستان یونانیان، رومیان و دیگر مردم اسرار او بود.

علاوه بر این گونه، هم از الماس و گرافیت استفاده می شود. با آخرین برای مدت طولانی آن را به حال بسیاری از موقعیت های پیچیده، به عنوان اغلب بدون تحلیل ترکیب گرافیت گرفته ترکیبات از قبیل:

• سرب نقره ای.
• کاربید آهن؛
• سولفید مولیبدن است.

همه آنها سیاه و سفید نقاشی شده بودند و به همین ترتیب به گرافیت در نظر گرفته شد. بعد از این سوء تفاهم، روشن شد و این شکل از کربن خود تبدیل شده است.

از آنجا که 1725 یک مقدار بزرگ تجاری به دست آوردن الماس، و در سال 1970، این فن آوری برای تولید و به صورت مصنوعی تسلط. از سال 1779، به لطف کار کارلا Sheele، مورد بررسی قرار خواص شیمیایی، نشان می دهد که کربن است. این آغاز یک سری از اکتشافات مهم در زمینه عنصر بود، و پایه ای برای روشن از تمام ویژگی های منحصر به فرد آن شد.

ایزوتوپهای کربن در طبیعت و توزیع

با وجود این واقعیت است که عنصر مورد سوال - یک ماده مغذی ضروری، محتوای خود را در کل 0.15٪ وزن پوسته است. این با این واقعیت که آن را به گردش خون مداوم، گردش خون طبیعی در طبیعت رخ می دهد در معرض.

به طور کلی ترکیبات بیشتر ممکن است به ذکر ماهیت معدنی، که در آن ترکیب شامل کربن است. این سنگ طبیعی، از جمله:

• دولومیت و سنگ آهک؛
• آنتراسیت؛
• نفت شیل؛
• گاز طبیعی.
• زغال سنگ؛
• نفت؛
• زغال سنگ قهوه ای ؛
• ذغال سنگ نارس؛
• قیر طبیعی.

علاوه بر این، ما باید در مورد موجودات زنده هستند که به سادگی یک مخزن از ترکیبات کربنی را فراموش نکنید. پس از همه، آنها توسط پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها، اسیدهای نوکلئیک، و در نتیجه مولکول ساختاری حیاتی ترین شکل گرفته است. به طور کلی، تبدیل توده بدون چربی بدن 70 کیلوگرم 15 سقوط بر روی یک عنصر خالص است. و تا هر کس، به ذکر حیوانات، گیاهان و دیگر موجودات است.

اگر ما در نظر ترکیب هوا و آب، که شده است، هیدروسفر و اتمسفر به عنوان یک کل است، در حال حاضر ترکیبی از کربن، اکسیژن، بیان شده توسط CO فرمول ₂ وجود _دارد. دی اکسید و یا دی اکسید کربن - یکی از گازهای کلیدی، ترکیبات هوا. در این فرم کسر جرمی کربن 0.046٪. بیشتر دی اکسید کربن حل شده در آب های اقیانوس ها.

جرم اتمی کربن به عنوان یک عنصر 12.011 است. مشخص شده است که این مقدار به عنوان میانگین حسابی بین وزن های اتمی تمام انواع ایزوتوپ طبیعی محاسبه، با توجه به شیوع آنها (به عنوان یک درصد). پس از آن در ماده مورد سوال است. سه ایزوتوپ اصلی است، که در قالب کربن وجود دارد. آنها عبارتند از:

• ¹² C - کسر جرمی آن در اکثریت قریب به اتفاق 98.93٪؛
• ¹³ C - 1.07٪؛
• ¹⁴ C - یک رادیواکتیو نیمه عمر 5700 سال، یک پایدار تابنده بتا.

در عمل از تعیین geochronological ساله نمونه معمول مورد استفاده رادیواکتیو ایزوتوپ ¹⁴ C، که است که یک شاخص، به دلیل آن طولانی مدت فروپاشی.

اصلاح چند شکلی از عنصر

کربن - یک عنصر، که آن را در قالب ساده ماده وجود دارد در اشکال مختلف. به این معنا که آن را قادر به تشکیل بزرگترین شناخته شده تا به امروز تعدادی از تغییرات شکلی است.

1. تنوع کریستال - در قالب یک ساختار جامد را با یک شبکه به طور منظم از نوع اتمی وجود دارد. این گروه شامل انواع مانند:

• الماس؛
• فولرن.
• گرافیتهای؛
• کارابین؛
• لونسدالیت (lonsdalite)؛
• الیاف کربن و لوله.

همه این ساختار متفاوت شبکه کریستالی، که در آن گره - اتم کربن است از این رو، خواص کاملا منحصر به فرد، مشابه نیست، هم فیزیکی و شیمیایی.

2. اشکال آمورف - اشکال اتم کربن در ساختار ترکیبات طبیعی است. این است که، آن است که انواع خالص نیست و با ناخالصی از عناصر دیگر در مقادیر کوچک. این گروه شامل:

• کربن فعال.
• سنگ و چوب.
• سیاه و سفید؛
• نانوفوم کربن؛
• آنتراسیت؛
• شیشه؛
• مواد درجه فنی.

آنها همچنین از ویژگی های کریستال ساختار شبکه از توضیح و خواص به نمایش گذاشته ترکیب.

3. ترکیبات کربن به شکل خوشه. چنین ساختار، که در آن اتم ها در یک ترکیب خاص در داخل توخالی بسته است، با آب و یا هسته از عناصر دیگر پر شده است. مثال:

• nanocone کربن؛
• astralenes؛
• Dicarbon.

خواص فیزیکی از کربن آمورف

با توجه به طیف گسترده ای از تغییرات چند شکلی را به خود اختصاص برخی خواص فیزیکی به طور کلی از کربن دشوار است. راحت تر به یک فرم خاص صحبت کنید. به عنوان مثال، کربن آمورف دارای مشخصات زیر است.

1. در قلب تمام اشکال - ریز دانه انواع گرافیت.
2. ظرفیت گرمایی بالا.
3. خواص هادی خوب است.
4. تراکم کربن در حدود 2 گرم / سانتی متر ^3.
5. زمانی که بالاتر از 1600 سانتیگراد گرم ⁰ گذار در قالب گرافیت رخ می دهد.

دوده، زغال چوب انواع و سنگ به طور گسترده ای برای مقاصد صنعتی استفاده می شود. آنها جلوه ای از اصلاح کربن در شکل خالص نیست، اما حاوی مقدار بسیار بزرگ است.

کربن کریستالی

راه های مختلفی که در آن یک کربن وجود دارد - ماده تشکیل کریستال به طور منظم از انواع مختلف، که در آن اتم ها پی در پی متصل می شود. به عنوان یک نتیجه از تشکیل تغییرات زیر.

1. الماس. ساختار - مکعب، که به چهار tetrahedrons متصل می شود. در نتیجه، شیمیایی کووالانسی هر اتم از حداکثر اشباع و قوی است. این توضیح می دهد که خواص فیزیکی چگالی کربن 3300 کیلوگرم / متر ^3. سختی بالا، گرمای ویژه پایین، فقدان هدایت الکتریکی - این همه یک نتیجه از ساختار شبکه کریستال است. الماس از لحاظ فنی تولید وجود دارد. تشکیل در انتقال از گرافیت در تغییر زیر تحت تاثیر درجه حرارت بالا و فشار معینی. در مورد 3500 ⁰ C. - به طور کلی، دمای ذوب الماس به عنوان بالا به عنوان قدرت است
2. گرافیت. اتم ها مانند ساختار مواد قبلی مرتب، اما اشباع رخ می دهد تنها سه لینک، و چهارم می شود طولانی تر و کمتر با دوام، آن را "لایه" حلقه شبکه شش ضلعی متصل می شود. نتیجه این است که گرافیت - نرم، چرب به مواد لمسی در سیاه و سفید. دارای خاصیت هدایت الکتریکی خوب است درجه حرارت بالا ذوب و - 3525 ⁰ C. sublimable - دهیدراته از جامد به حالت گازی، دور زدن مایع (در دمای 3700 ⁰ C). تراکم کربن - 2.26 g / ^{cm3 است،} که بسیار پایین تر از الماس. این حساب برای خواص مختلف است. از آنجا که از لایه لایه ساختار کریستال شبکه است امکان استفاده از گرافیت برای تولید دستگیره ساده مداد. هنگام انجام دانههای لایه برداری کاغذ و ترک اثری بر روی کاغذ در سیاه و سفید.
3. فولرن. آن باز فقط در 80s از قرن گذشته. آنها نشان دهنده یک تغییر، که در آن کربن هستند به هم پیوسته در یک ویژه بسته محدب ساختار داشتن یک توخالی مرکز. و به شکل کریستال - یک چند وجهی، سازمان درست است. حتی تعداد اتم. فرم بهترین و شناخته شده فولرین C _{60 است.} نمونه از این مواد در مطالعات نشان داده شده است:

• شهاب سنگ؛
• رسوبات؛
• folguritov؛
• شونگیتس؛
• فضای که در آن گاز موجود در فرم.

همه انواع کربن کریستالی از اهمیت عملی هستند، چرا که آنها دارای تعدادی از خواص مفید در هنر است.

واکنش

کربن مولکولی دارای واکنش پذیری کم با توجه به پیکربندی پایدار آن است. آن را ممکن است به واکنش نشان می دهند تنها اطلاع رسانی اتم انرژی اضافی و وادار کردن الکترونهای تراز بیرونی به بخار است. در این زمان به ظرفیت 4. بنابراین برابر می شود، آن را در ترکیبات حالت اکسیداسیون + 2، + 4، - 4.

تقریبا همه از واکنش با مواد ساده مانند فلزات و گازهای نجیب، تحت تاثیر دمای بالا رخ می دهد. مشاهده عنصر را می توان هر دو عامل اکسید کننده و یک عامل کاهنده. با این حال، دوم بود خواص بیان به خصوص به شدت، بر اساس این نرم افزار در خود متالورژی و صنایع دیگر.

به طور کلی، توانایی برای ورود به تداخل شیمیایی سه عامل بستگی دارد:

• پراکندگی کربن؛
• اصلاح چند شکلی.
• دمای واکنش است.

بنابراین، در برخی موارد، آن با مواد زیر در تعامل:

• گازهای نجیب (هیدروژن، اکسیژن)؛
• فلزات (آلومینیوم، آهن، کلسیم، و غیره)؛
• اکسیدهای فلزی و نمک خود را.

با اسیدها و بازها با هالوژنها واکنش نشان نمی دهند بسیار نادر است. خواص مهم ترین کربن - توانایی تشکیل زنجیره طولانی با یکدیگر. آنها را می توان بسته به حلقه شکل شاخه. از آنجا که تشکیل ترکیبات آلی، که تعداد امروز در میلیون ها نفر. اساس این دو ترکیب عنصر - کربن، هیدروژن. همچنین ساختار ممکن است اتم های دیگر از اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، هالوژنها، فسفر، و دیگر فلزات باشد.

ترکیبات اولیه و خواص آنها

بسیاری از ترکیبات مختلف در یک ترکیب است که شامل کربن وجود دارد. فرمول معروف ترین این - CO ₂ - دی اکسید کربن. با این حال، در اکسید علاوه بر این، شرکت وجود دارد - مونوکسید یا مونوکسید کربن و nedooksid C ₃ O _2.

در میان نمک، که شامل عنصر فعال، شایع ترین کلسیم و منیزیم کربنات هستند. بنابراین کربنات کلسیم است که تعدادی از مترادف در عنوان، به عنوان است که در طبیعت به شکل پیدا شده است:

• گچ؛
• سنگ مرمر؛
• سنگ آهک؛
• دولومیت.

اهمیت قلیایی کربناتها که یک فلز در این واقعیت است که آنها از شرکت کنندگان فعال در فرآیندهای تشکیل استالاکتیت و استالاگمیت و آبهای زیرزمینی هستند آشکار می شود.

دی اکسید کربن - ترکیب دیگر که کربن تشکیل می دهد. فرمول آن - H ₂ CO _3. با این حال، در فرم معمول، آن است که بسیار ناپایدار، و بلافاصله در محلول را به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود. بنابراین، تنها نمک شناخته شده آن، بلکه آن است که به خودی خود نیست، به عنوان یک راه حل.

کربن هالیدهای - به دست آمده به طور عمده توسط غیر مستقیم یعنی، به عنوان مستقیم سنتز تنها در بسیار بالا درجه حرارت و کم عملکرد. یکی از رایج ترین - CCL ₄ - تتراکلرید کربن. یک ترکیب سمی است که می تواند مسمومیت از طریق استنشاق شود. به دست آمده توسط واکنش های فتوشیمیایی رادیکال جایگزینی اتمهای هیدروژن در متان است.

کاربیدهای فلزی - ترکیبات کربن، که در آن آن را تا به حالت اکسیداسیون 4. همچنین احتمال وجود ارتباط با بور و سیلیکون. ویژگی اصلی کاربیدهای برخی از فلزات (آلومینیوم، تنگستن، تیتانیم، نیوبیم، تانتالیم، هافنیم) - این یک قدرت بالا و هدایت الکتریکی بسیار عالی است. کاربید بور B ₄ C - یکی از جامد پس از الماس (9.5 موس). این ترکیبات در هنر، و همچنین صنایع شیمیایی به عنوان منابع هیدروکربن استفاده می شود (کاربید کلسیم با آب منجر به تشکیل از استیلن و هیدروکسید کلسیم).

بسیاری از آلیاژهای فلزی با استفاده از کربن به طور قابل توجهی موجب افزایش کیفیت و مشخصات خود را (- آلیاژی از آهن و کربن فولاد) ساخته شده است.

فردی توجه متعدد ترکیبات کربن آلی، که در آن - یک عنصر اساسی است که می تواند با اتم مشابه در زنجیره طولانی از ساختارهای مختلف متصل می شود. اینها عبارتند از:

• آلکان؛
• آلکن ها؛
• عرصه.
• پروتئین؛
• کربوهیدرات؛
• اسیدهای نوکلئیک؛
• الکل؛
• کربوکسیلیک اسید و بسیاری دیگر از مواد.

استفاده از کربن

معنی از ترکیبات کربن و تغییرات شکلی خود را از زندگی انسان بسیار بالا است. شما می توانید برخی از صنایع جهانی ترین پاسخ، آن را روشن است که این درست است.

1. این عنصر به شکل انواع سوخت های فسیلی که از آن فرد انرژی دریافت می کند.
2. متالورژی صنعت استفاده کربن به عنوان یک عامل کاهنده قوی برای تولید فلزات از خود ترکیبات است. وجود دارد به طور گسترده ای به عنوان کربناتها استفاده می شود.
3. ساخت و ساز و صنایع شیمیایی مصرف مقدار زیادی از ترکیبات کربن در سنتز مواد جدید و به دست آوردن محصولات مورد نیاز است.

همچنین شامل چنین بخش از اقتصاد، از قبیل:

• صنعت هسته ای؛
• ساخت طلا و جواهر؛
• تجهیزات (روانکاری، بوته درجه حرارت بالا، مداد، و غیره)؛
• تعیین سن زمین شناسی سنگ - ردیاب رادیواکتیو ¹⁴ C؛
• کربن - جاذب فوق العاده است که می تواند برای تولید فیلتر استفاده می شود.

چرخه در طبیعت

جرم حاضر کربن در طبیعت است، در یک چرخه ثابت، که چرخه ای در هر ثانیه در سراسر جهان انجام شده است. بنابراین، جو کربن منبع - CO ₂ جذب شده توسط گیاهان و دیگر موجودات زنده است آزاد در طی تنفس. در جو، آن است که دوباره جذب می شود، و این چرخه همچنان ادامه دارد. بنابراین انقراض بقایای آلی نتایج در انتشار کربن و تجمع آن در زمین، که در آن و سپس دوباره توسط موجودات زنده ها جذب شده و تخلیه شده را به اتمسفر زمین مانند یک گاز است.