ما هو الكربون. الكربون - خصائص العنصر وخصائصه الكيميائية

هيكل الماس (أ)والجرافيت (ب)

كربون(لاتيني الكربونيوم) - C عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة للنظام الدوري لمندليف ، العدد الذري 6 ، الكتلة الذرية 12.011. يحدث في الطبيعة على شكل بلورات من الماس أو الجرافيت أو الفوليرين وأشكال أخرى وهو جزء من العضوية (الفحم والزيت والكائنات الحيوانية والنباتية ، وما إلى ذلك) والمواد غير العضوية (الحجر الجيري ، وصودا الخبز ، وما إلى ذلك). ينتشر الكربون على نطاق واسع ، لكن محتواه في قشرة الأرض لا يتجاوز 0.19٪.

يستخدم الكربون على نطاق واسع في شكل مواد بسيطة. بالإضافة إلى الماس الثمين ، وهو موضوع المجوهرات ، فإن الماس الصناعي له أهمية كبيرة - لتصنيع أدوات الطحن والقطع. يستخدم الفحم وغيره من أشكال الكربون غير المتبلورة لإزالة اللون ، والتنقية ، وامتصاص الغازات ، في مجالات التكنولوجيا التي تتطلب مواد ماصة ذات سطح مطور. الكربيدات ، مركبات الكربون مع المعادن ، وكذلك مع البورون والسيليكون (على سبيل المثال ، Al 4 C 3 ، SiC ، B 4 C) شديدة الصلابة وتستخدم لصنع أدوات الكشط والقطع. يوجد الكربون في الفولاذ والسبائك في الحالة الأولية وفي شكل كربيدات. يؤدي تشبع سطح المسبوكات الفولاذية بالكربون عند درجة حرارة عالية (الكربنة) إلى زيادة صلابة السطح ومقاومة التآكل بشكل كبير.

مرجع التاريخ

عُرف الجرافيت والماس والكربون غير المتبلور منذ العصور القديمة. من المعروف منذ فترة طويلة أنه يمكن تمييز المواد الأخرى بالجرافيت ، واقترح أ. مرتبك ، غالبًا ما يتم الخلط بين المواد ذات الخصائص الفيزيائية الخارجية المماثلة. ، مثل الموليبدينيت (كبريتيد الموليبدينوم) ، في وقت واحد تعتبر الجرافيت. من بين الأسماء الأخرى للجرافيت ، "الرصاص الأسود" ، "كربيد الحديد" ، "الرصاص الفضي" معروفة.

في عام 1779 ، وجد K. Scheele أنه يمكن أكسدة الجرافيت بالهواء لتكوين ثاني أكسيد الكربون. لأول مرة ، تم استخدام الماس في الهند والبرازيل ، واكتسبت الأحجار الكريمة أهمية تجارية في عام 1725 ؛ تم اكتشاف رواسب في جنوب إفريقيا عام 1867.

في القرن 20th المنتجون الرئيسيون للماس هم جنوب إفريقيا وزائير وبوتسوانا وناميبيا وأنغولا وسيراليون وتنزانيا وروسيا. يتم إنتاج الماس الاصطناعي ، الذي تم إنشاء التكنولوجيا الخاصة به في عام 1970 ، للأغراض الصناعية.

الخصائص

أربعة تعديلات بلورية للكربون معروفة:

• الجرافيت،
• الماس،
• كاربين
• لونسداليت.

الجرافيت- رمادي - أسود ، معتم ، دهني الملمس ، متقشر ، ناعم للغاية مع لمعان معدني. في درجة حرارة الغرفة والضغط العادي (0.1 MN / m2 ، أو 1 kgf / cm2) ، يكون الجرافيت مستقرًا من الناحية الديناميكية الحرارية.

الماس- مادة بلورية صلبة جدا. تحتوي البلورات على شبكة شعرية مكعبة الشكل. في درجة حرارة الغرفة والضغط العادي ، يكون الماس ثابتًا. لوحظ تحول ملحوظ للماس إلى جرافيت عند درجات حرارة أعلى من 1400 درجة مئوية في فراغ أو في جو خامل. عند الضغط الجوي ودرجة حرارة حوالي 3700 درجة مئوية ، يتصاعد الجرافيت.

يمكن الحصول على الكربون السائل عند ضغوط تزيد عن 10.5 مليون نيوتن / م 2 (105 كجم / سم 2) ودرجات حرارة أعلى من 3700 درجة مئوية. يتميز الكربون الصلب (فحم الكوك ، والسخام ، والفحم) أيضًا بحالة ذات بنية غير منظمة - ما يسمى بالكربون "غير المتبلور" ، وهو ليس تعديلًا مستقلاً ؛ يعتمد هيكلها على هيكل الجرافيت دقيق الحبيبات. يؤدي تسخين بعض أنواع الكربون "غير المتبلور" فوق 1500-1600 درجة مئوية بدون هواء إلى تحولها إلى جرافيت.

تعتمد الخواص الفيزيائية للكربون "غير المتبلور" بشدة على تشتت الجسيمات ووجود الشوائب. الكثافة ، السعة الحرارية ، التوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي للكربون "غير المتبلور" دائمًا أعلى من الجرافيت.

كاربينتم الحصول عليها بشكل مصطنع. إنه مسحوق بلوري ناعم من اللون الأسود (كثافة 1.9-2 جم / سم 3). مبني من سلاسل طويلة من الذرات منوضعت بالتوازي مع بعضها البعض.

لونسداليتوجدت في النيازك وتم الحصول عليها بشكل مصطنع ؛ لم يتم تحديد هيكلها وخصائصها بشكل نهائي.

خصائص الكربون
العدد الذري		6
الكتلة الذرية		12,011
النظائر:	مستقر	12, 13
	غير مستقر	8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
درجة حرارة الانصهار		3550 درجة مئوية
درجة حرارة الغليان		4200 درجة مئوية
كثافة		1.9-2.3 جم / سم 3 (جرافيت) 3.5-3.53 جم / سم 3 (ماسي)
صلابة (موس)		1-2
المحتوى في قشرة الأرض (الكتلة.)		0,19%
الأكسدة		-4; +2; +4

سبائك

صلب

يستخدم فحم الكوك في علم المعادن كعامل اختزال. الفحم - في قوالب ، للحصول على البارود (75٪ KNO 3 + 13٪ C + 12٪ S) ، لامتصاص الغازات (الامتزاز) ، وكذلك في الحياة اليومية. يستخدم السخام كحشو مطاط ، لتصنيع الدهانات السوداء - حبر الطباعة والحبر ، وكذلك في الخلايا الجلفانية الجافة. يستخدم الكربون الزجاجي لتصنيع المعدات للبيئات شديدة العدوانية ، وكذلك في الطيران والملاحة الفضائية.

يمتص الفحم المنشط المواد الضارة من الغازات والسوائل: يملأ الأقنعة الغازية وأنظمة التنقية ويستخدم في الطب للتسمم.

الكربون هو أساس جميع المواد العضوية. يتكون كل كائن حي إلى حد كبير من الكربون. الكربون هو أساس الحياة. عادة ما يكون مصدر الكربون للكائنات الحية هو ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أو الماء. نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، يدخل في سلاسل الغذاء البيولوجية التي تأكل فيها الكائنات الحية بعضها البعض أو بقايا بعضها البعض ، وبالتالي تستخرج الكربون لبناء أجسامها. تنتهي الدورة البيولوجية للكربون إما بالأكسدة والعودة إلى الغلاف الجوي ، أو بالتخلص منها على شكل فحم أو زيت.

ساهم استخدام النظير المشع 14 ج في نجاح البيولوجيا الجزيئية في دراسة آليات التخليق الحيوي للبروتين ونقل المعلومات الوراثية. إن تحديد النشاط المحدد لـ 14 درجة مئوية في البقايا العضوية الكربونية يجعل من الممكن الحكم على أعمارهم ، والتي تُستخدم في علم الحفريات وعلم الآثار.

مصادر

العناصر والمواد الكيميائية
العناصر الكيميائية	نتروجين. أرجون. هيدروجين. الهيليوم. حديد . الكالسيوم. الأكسجين. السيليكون. المغنيسيوم. المنغنيز.

(أول إلكترون)

كربون(الرمز الكيميائي C) عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من المجموعة الفرعية الرئيسية للفترة الثانية من النظام الدوري لمندليف ، الرقم التسلسلي 6 ، الكتلة الذرية للمزيج الطبيعي للنظائر 12.0107 جم / مول.

قصة

كربونعلى شكل فحم كان يستخدم في العصور القديمة لصهر المعادن. لطالما عُرفت التعديلات المتآصلة للكربون والماس والجرافيت. أسس أ. لافوازييه الطبيعة الأولية للكربون في أواخر ثمانينيات القرن الثامن عشر.

أصل الاسم

الاسم الدولي: كاربو - فحم.

الخصائص الفيزيائية

يوجد الكربون في العديد من التعديلات المتآصلة ذات الخصائص الفيزيائية المتنوعة للغاية. يرجع تنوع التعديلات إلى قدرة الكربون على تكوين روابط كيميائية من أنواع مختلفة.

نظائر الكربون

يتكون الكربون الطبيعي من نظيرين مستقرين - 12 درجة مئوية (98.892٪) و 13 درجة مئوية (1.108٪) ونظير مشع واحد 14 درجة مئوية (باعث بيتا ، T ½ = 5730 سنة) ، يتركزان في الغلاف الجوي والجزء العلوي من الأرض. قشرة. يتشكل باستمرار في الطبقات السفلية من الستراتوسفير نتيجة لتأثير نيوترونات الإشعاع الكوني على نوى النيتروجين عن طريق التفاعل: 14 نيوتن (ن ، ع) 14 درجة مئوية ، وأيضًا منذ منتصف الخمسينيات من القرن الماضي ، كرجل - منتج من محطات الطاقة النووية نتيجة اختبار القنابل الهيدروجينية.

تشكل وتآكل 14 درجة مئوية هو أساس طريقة التأريخ بالكربون المشع ، والتي تستخدم على نطاق واسع في الجيولوجيا الرباعية وعلم الآثار.

التعديلات المتآصلة للكربون

مخططات هيكل التعديلات المختلفة للكربون
أ: الماس، ب: الجرافيت، ج: lonsdaleite
د: فوليرين - بوكي بول سي 60، ه: الفوليرين C 540، F: الفوليرين سي 70
ز: كربون غير متبلور، ح: أنابيب الكربون

تآصل الكربون

لونسداليت

الفوليرين

أنابيب الكربون النانوية

كربون غير متبلور

الفحم الأسود الكربون الأسود

يمكن أن يكون لمدارات الإلكترون لذرة الكربون أشكال هندسية مختلفة ، اعتمادًا على درجة تهجين مداراتها الإلكترونية. هناك ثلاث أشكال هندسية أساسية لذرة الكربون.

رباعي السطوح -يتكون عن طريق خلط واحد s- وثلاثة إلكترونات p (sp 3 hybridization). تقع ذرة الكربون في وسط رباعي الوجوه ، متصلة بأربعة روابط σ مكافئة مع ذرات الكربون أو غيرها عند رؤوس رباعي الوجوه. تتوافق هندسة ذرة الكربون هذه مع التعديلات المتآصلة للماس الكربوني ولونسداليت. يحتوي الكربون على مثل هذا التهجين ، على سبيل المثال ، في الميثان والهيدروكربونات الأخرى.

ثلاثي الزوايا -يتم تشكيله عن طريق خلط مداري s- واثنين من مدارات الإلكترون (sp² التهجين). تحتوي ذرة الكربون على ثلاث روابط σ مكافئة موجودة في نفس المستوى بزاوية 120 درجة مع بعضها البعض. يستخدم المدار p ، الذي لا يشارك في التهجين ويقع بشكل عمودي على مستوى الروابط ، لتكوين روابط π مع ذرات أخرى. تعتبر هندسة الكربون هذه نموذجية للجرافيت والفينول وما إلى ذلك.

Digonal -يتكون عن طريق خلط إلكترون واحد s- وواحد p (sp-hybridization). في هذه الحالة ، يتم استطالة سحبتين من الإلكترونات على طول نفس الاتجاه وتبدو مثل الدمبل غير المتماثلة. يشكل الإلكترونان الآخران p روابط π. يشكل الكربون بهندسة الذرة هذه تعديلاً خاصًا متآثرًا - كاربين.

الجرافيت والماس

التعديلات البلورية الرئيسية والمدروسة جيدًا للكربون هي الماس والجرافيت. في ظل الظروف العادية ، يكون الجرافيت فقط مستقرًا من الناحية الديناميكية الحرارية ، بينما الماس والأشكال الأخرى غير مستقرة. عند الضغط الجوي ودرجات الحرارة التي تزيد عن 1200 كلفن يبدأ كالماز في التحول إلى جرافيت ، فوق 2100 كلفن يحدث التحول في ثوانٍ. ΔH 0 الانتقال - 1.898 كيلوجول / مول. عند الضغط الطبيعي ، يتسامى الكربون عند 3780 كلفن ، يوجد الكربون السائل فقط عند ضغط خارجي معين. النقاط الثلاثية: الجرافيت - السائل - البخار T = 4130 K ، p = 10.7 MPa. يحدث الانتقال المباشر للجرافيت إلى الماس عند 3000 كلفن وضغط 11-12 جيجا باسكال.

عند ضغوط أعلى من 60 جيجا باسكال ، يُفترض تكوين تعديل كثيف جدًا لـ C III (كثافة أعلى بنسبة 15-20٪ من الماس) مع التوصيل المعدني. عند الضغوط العالية ودرجات الحرارة المنخفضة نسبيًا (حوالي 1200 كلفن) ، يشكل الجرافيت عالي التوجه تعديلًا سداسيًا للكربون مع شبكة بلورية من wurtzite-lonsdaleite (أ = 0.252 نانومتر ، ج = 0.412 نانومتر ، مجموعة فضاء Р6 3 / tts) ، كثافة 3.51 g / cm³ ، أي نفس الماس. تم العثور على Lonsdaleite أيضًا في النيازك.

الماس متناهى الصغر (الماسات النانوية)

في الثمانينيات في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، وجد أنه في ظل ظروف التحميل الديناميكي للمواد المحتوية على الكربون ، يمكن أن تتشكل الهياكل الشبيهة بالماس ، والتي تسمى الماس متناهية الصغر (UDDs). حاليًا ، يستخدم مصطلح "الماس النانوي" بشكل متزايد. حجم الجسيمات في هذه المواد هو بضعة نانومتر. يمكن تحقيق شروط تكوين UDD أثناء تفجير المتفجرات مع توازن أكسجين سلبي كبير ، على سبيل المثال ، خليط من TNT مع RDX. يمكن أيضًا تحقيق مثل هذه الظروف أثناء تأثيرات الأجرام السماوية على سطح الأرض في وجود مواد تحتوي على الكربون (المواد العضوية ، والجفت ، والفحم ، وما إلى ذلك). وهكذا ، في منطقة سقوط نيزك Tunguska ، تم العثور على UDDs في نفايات الغابة.

كاربين

يسمى التعديل البلوري للكربون في التناغم السداسي مع بنية سلسلة من الجزيئات بالكاربين. السلاسل إما بوليين (-C≡C-) أو بولي كومولين (= C = C =). تُعرف عدة أشكال من الكاربين ، وتختلف في عدد الذرات في وحدة الخلية وحجم الخلية وكثافتها (2.68-3.30 جم / سم مكعب). يحدث الكاربين في الطبيعة على شكل شوايت معدنية (عروق بيضاء وشوائب في الجرافيت) ويتم الحصول عليها بشكل مصطنع عن طريق التجفيف المؤكسد للتكاثف من الأسيتيلين ، عن طريق عمل إشعاع الليزر على الجرافيت ، من الهيدروكربونات أو CCl 4 في البلازما منخفضة الحرارة.

كاربين مسحوق أسود ناعم الحبيبات (كثافة 1.9-2 جم / سم مكعب) بخصائص أشباه الموصلات. تم الحصول عليها في ظروف اصطناعية من سلاسل طويلة من الذرات كربونوضعت بالتوازي مع بعضها البعض.

Carbyne هو بوليمر خطي من الكربون. في جزيء كاربين ، ترتبط ذرات الكربون في سلاسل بالتناوب إما عن طريق روابط ثلاثية ومفردة (بنية بوليين) أو بشكل دائم عن طريق روابط مزدوجة (بنية بوليكومولين). تم الحصول على هذه المادة لأول مرة من قبل الكيميائيين السوفييت V.V. Korshak و A.M. Sladkov و V.I. Kasatochkin و Yu.P. Kudryavtsev في أوائل الستينيات. في معهد مركبات العناصر العضوية التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتيةللكاربين خصائص شبه موصلة ، وتحت تأثير الضوء تزداد موصليةته بشكل كبير. يعتمد التطبيق العملي الأول على هذه الخاصية - في الخلايا الضوئية.

الفوليرين والأنابيب النانوية الكربونية

يُعرف الكربون أيضًا في شكل جسيمات عنقودية C 60 و C 70 و C 80 و C 90 و C 100 وما شابه (الفوليرين) ، بالإضافة إلى الجرافينات والأنابيب النانوية.

كربون غير متبلور

يعتمد هيكل الكربون غير المتبلور على التركيب غير المنتظم للجرافيت أحادي البلورة (يحتوي دائمًا على شوائب). هذه هي فحم الكوك ، الفحم البني والصلب ، أسود الكربون ، السخام ، الكربون المنشط.

التواجد في الطبيعة

يبلغ محتوى الكربون في قشرة الأرض 0.1٪ بالكتلة. تم العثور على الكربون الحر في الطبيعة على شكل الماس والجرافيت. الكتلة الرئيسية للكربون على شكل كربونات طبيعية (الحجر الجيري والدولوميت) ، الوقود الأحفوري - أنثراسايت (94-97٪ C) ، الفحم البني (64-80٪ C) ، الفحم الأسود (76-95٪ C) ، الزيت الصخر الزيتي (56-97٪ C) 78٪ C) ، الزيت (82-87٪ C) ، الغازات الطبيعية القابلة للاحتراق (حتى 99٪ ميثان) ، الخث (53-56٪ C) ، وكذلك البيتومين ، إلخ. يوجد في الغلاف الجوي والغلاف المائي شكل ثاني أكسيد الكربون CO 2 ، في الهواء 0.046٪ CO2 بالكتلة ، في مياه الأنهار والبحار والمحيطات ~ 60 مرة أكثر. يوجد الكربون في النباتات والحيوانات (~ 18٪).
يدخل الكربون إلى جسم الإنسان مع الطعام (عادة حوالي 300 جرام في اليوم). يصل إجمالي محتوى الكربون في جسم الإنسان إلى حوالي 21٪ (15 كجم لكل 70 كجم من وزن الجسم). يشكل الكربون ثلثي كتلة العضلات وثلث كتلة العظام. يفرز من الجسم بشكل رئيسي مع هواء الزفير (ثاني أكسيد الكربون) والبول (اليوريا)
تتضمن دورة الكربون في الطبيعة دورة بيولوجية ، وإطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أثناء احتراق الوقود الأحفوري ، والغازات البركانية ، والينابيع المعدنية الساخنة ، والطبقات السطحية لمياه المحيط ، وما إلى ذلك. تتكون الدورة البيولوجية في الحقيقة أن الكربون في شكل ثاني أكسيد الكربون تمتصه النباتات من طبقة التروبوسفير. ثم ، من المحيط الحيوي ، يعود إلى الغلاف الجوي مرة أخرى: مع النباتات ، يدخل الكربون الكائنات الحية للحيوانات والبشر ، وبعد ذلك ، عندما تتحلل المواد الحيوانية والنباتية ، في التربة وفي شكل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

في حالة البخار وفي شكل مركبات تحتوي على النيتروجين والهيدروجين ، يوجد الكربون في الغلاف الجوي للشمس والكواكب ، ويوجد في النيازك الحجرية والحديدية.

معظم مركبات الكربون ، وقبل كل شيء الهيدروكربونات ، لها طابع واضح للمركبات التساهمية. إن قوة الروابط الفردية والمزدوجة والثلاثية لذرات C فيما بينها ، والقدرة على تكوين سلاسل ودورات مستقرة من ذرات C تحدد وجود عدد كبير من المركبات المحتوية على الكربون التي تمت دراستها بواسطة الكيمياء العضوية.

الخواص الكيميائية

في درجات الحرارة العادية ، يكون الكربون خاملًا كيميائيًا ، وفي درجات حرارة عالية بما فيه الكفاية يتحد مع العديد من العناصر ، ويظهر خصائص اختزال قوية. يتناقص النشاط الكيميائي لأشكال مختلفة من الكربون في السلسلة: الكربون غير المتبلور ، الجرافيت ، الماس ؛ تشتعل في الهواء عند درجات حرارة أعلى من 300-500 درجة مئوية ، و 600-700 درجة مئوية ، و 850-1000 درجة مئوية ، على التوالي.

حالات الأكسدة +4 ، −4 ، نادرًا +2 (CO ، كربيدات معدنية) ، +3 (C 2 N 2 ، هالوسيانات) ؛ تقارب الإلكترون 1.27 فولت ؛ طاقة التأين أثناء الانتقال المتتالي من C 0 إلى C 4+ هي 11.2604 و 24.383 و 47.871 و 64.19 فولت على التوالي.

المركبات غير العضوية

يتفاعل الكربون مع العديد من العناصر لتشكيل الكربيدات.

منتجات الاحتراق هي أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ثاني أكسيد الكربون. يُعرف أيضًا بالأكسيد غير المستقر C 3 O 2 (نقطة الانصهار −111 درجة مئوية ، نقطة الغليان 7 درجة مئوية) وبعض الأكاسيد الأخرى. يبدأ الجرافيت والكربون غير المتبلور في التفاعل مع H 2 عند 1200 درجة مئوية ، مع F 2 عند 900 درجة مئوية ، على التوالي.

يشكل ثاني أكسيد الكربون مع الماء حمض كربونيك ضعيف - H 2 CO 3 ، والذي يشكل الأملاح - الكربونات. أكثر أنواع الكربونات انتشارًا على الأرض هي الكالسيوم (الطباشير والرخام والكالسيت والحجر الجيري والمعادن الأخرى) والمغنيسيوم (الدولوميت).

تشتمل أشكال الجرافيت على مركبات مع الهالوجينات والمعادن القلوية ومواد أخرى. عندما يتم تمرير تفريغ كهربائي بين أقطاب الكربون في وسط N 2 ، يتم تكوين السيانيد ، عند درجات حرارة عالية ، يتم الحصول على حمض الهيدروسيانيك عن طريق تفاعل الكربون مع خليط من H 2 و N 2. مع الكبريت ، يُعرف الكربون أيضًا بثاني كبريتيد الكربون CS 2 و CS و C 3 S 2. مع معظم المعادن ، والبورون والسيليكون ، يشكل الكربون كربيدات. تفاعل الكربون مع بخار الماء مهم في الصناعة: C + H 2 O \ u003d CO + H 2 (تغويز الوقود الصلب). عند تسخينه ، يقلل الكربون أكاسيد المعادن إلى معادن ، والتي تستخدم على نطاق واسع في علم المعادن.

مركبات العضوية

نظرًا لقدرة الكربون على تكوين سلاسل بوليمر ، توجد فئة ضخمة من المركبات القائمة على الكربون ، وهي أكثر عددًا بكثير من المركبات غير العضوية ، وهي عبارة عن دراسة الكيمياء العضوية. من بينها المجموعات الأكثر شمولاً: الهيدروكربونات ، البروتينات ، الدهون ، إلخ.

تشكل مركبات الكربون أساس الحياة الأرضية ، وتحدد خصائصها إلى حد كبير نطاق الظروف التي يمكن أن توجد فيها مثل هذه الأشكال من الحياة. من حيث عدد الذرات في الخلايا الحية ، تبلغ حصة الكربون حوالي 25٪ ، من حيث الكسر الكتلي ، حوالي 18٪.

طلب

يستخدم الجرافيت في صناعة القلم الرصاص. كما أنه يستخدم كمواد تشحيم في درجات حرارة عالية أو منخفضة بشكل خاص.

الماس ، بسبب صلابته الاستثنائية ، هو مادة كاشطة لا غنى عنها. فوهات طحن المثاقب لها طلاء ماسي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الماس متعدد الأوجه كأحجار كريمة في المجوهرات. نظرًا لندرته وخصائصه الزخرفية العالية ومجموعة من الظروف التاريخية ، يعد الماس دائمًا أغلى الأحجار الكريمة. الموصلية الحرارية العالية بشكل استثنائي للماس (حتى 2000 وات / م ك) تجعله مادة واعدة لتكنولوجيا أشباه الموصلات كركائز للمعالجات. لكن السعر المرتفع نسبيًا (حوالي 50 دولارًا للجرام) وتعقيد معالجة الماس يحدان من تطبيقه في هذا المجال.
في الصيدلة والطب ، تستخدم مركبات الكربون المختلفة على نطاق واسع - مشتقات حمض الكربونيك والأحماض الكربوكسيلية ، مختلف الدورات غير المتجانسة ، والبوليمرات والمركبات الأخرى. لذلك ، يستخدم الكربولين (الكربون المنشط) لامتصاص وإزالة السموم المختلفة من الجسم ؛ الجرافيت (على شكل مراهم) - لعلاج الأمراض الجلدية. نظائر الكربون المشعة - لأغراض البحث العلمي (تحليل الكربون المشع).

يلعب الكربون دورًا كبيرًا في حياة الإنسان. تطبيقاته متنوعة مثل هذا العنصر متعدد الجوانب نفسه.

الكربون هو أساس جميع المواد العضوية. يتكون كل كائن حي إلى حد كبير من الكربون. الكربون هو أساس الحياة. عادة ما يكون مصدر الكربون للكائنات الحية هو ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أو الماء. نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، يدخل في سلاسل الغذاء البيولوجية التي تلتهم فيها الكائنات الحية بعضها البعض أو بقايا بعضها البعض ، وبالتالي تستخرج الكربون لبناء أجسامها. تنتهي الدورة البيولوجية للكربون إما بالأكسدة والعودة إلى الغلاف الجوي ، أو بالتخلص منها على شكل فحم أو زيت.

الكربون على شكل وقود أحفوري: يعتبر الفحم والهيدروكربونات (النفط والغاز الطبيعي) من أهم مصادر الطاقة للبشرية.

عمل سام

الكربون جزء من الهباء الجوي ، ونتيجة لذلك قد يتغير المناخ الإقليمي وقد ينخفض ​​عدد الأيام المشمسة. يدخل الكربون إلى البيئة على شكل سخام كجزء من غازات عادم السيارات ، عندما يتم حرق الفحم في محطات الطاقة الحرارية ، أثناء تعدين الفحم المكشوف ، وتغويزه تحت الأرض ، والحصول على مركزات الفحم ، وما إلى ذلك. تركيز الكربون فوق الاحتراق المصادر 100-400 ميكروجرام / م 4-15.9 ميكروجرام / متر مكعب ، المناطق الريفية 0.5-0.8 ميكروجرام / متر مكعب. مع انبعاثات غاز الهباء الجوي من NPPs (6-15) يدخل الغلاف الجوي 10 9 بيكريل / يوم 14 CO 2.

يؤدي المحتوى العالي من الكربون في الهباء الجوي إلى زيادة عدد السكان ، وخاصة الجهاز التنفسي العلوي والرئتين. الأمراض المهنية هي بشكل رئيسي الجمرة والتهاب القصبات الهوائية. في هواء منطقة العمل MPC ، mg / m³: الماس 8.0 ، أنثراسايت وفحم الكوك 6.0 ، الفحم 10.0 ، أسود الكربون وغبار الكربون 4.0 ؛ في الهواء الجوي ، الحد الأقصى لمرة واحدة 0.15 ، المتوسط ​​اليومي 0.05 مجم / متر مكعب.

يتم تحديد التأثير السام لـ 14 درجة مئوية ، المتضمن في تكوين جزيئات البروتين (خاصة في DNA و RNA) ، من خلال التأثير الإشعاعي لجزيئات بيتا ونواة ارتداد النيتروجين (14 درجة مئوية (β) → 14 نيوتن) والتحول التأثير - تغيير في التركيب الكيميائي للجزيء نتيجة تحول ذرة C إلى ذرة N. التركيز المسموح به 14 درجة مئوية في هواء منطقة العمل DK A 1.3 Bq / l ، في هواء الغلاف الجوي DK ب 4.4 بيكريل / لتر ، في الماء 3.0.10 4 بيكريل / لتر ، الحد الأقصى المسموح به من خلال الجهاز التنفسي 3 ، 2.10 8 بيكريل / سنة.

معلومات إضافية

- مركبات الكربون
- تحليل الكربون المشع
- حمض الكربوكسيليك

أشكال متآصلة من الكربون:

الماس
الجرافين
الجرافيت
كاربين
لونسداليت
أنابيب الكربون النانوية
الفوليرين

أشكال غير متبلورة:

السخام
أسود فاحم
فحم

نظائر الكربون:

غير مستقر (أقل من يوم): 8 درجات مئوية: كربون -8 ، 9 درجات مئوية: كربون -9 ، 10 درجات مئوية: كربون -10 ، 11 درجة مئوية: كربون -11
مستقر: 12 درجة مئوية: كربون -12 ، 13 درجة مئوية: كربون -13
من 10 إلى 10000 سنة: 14 درجة مئوية: الكربون 14
غير مستقر (أقل من يوم): 15 درجة مئوية: كربون -15 ، 16 درجة مئوية: كربون -16 ، 17 درجة مئوية: كربون -17 ، 18 درجة مئوية: كربون -18 ، 19 درجة مئوية: كربون -19 ، 20 درجة مئوية: كربون -20 ، 21 درجة مئوية: كربون -21 ، 22 ج: كربون -22

جدول النويدات

الكربون ، الكربونيوم ، سي (6)
الكربون (الكربون الإنجليزي ، الكربوني الفرنسي ، الكولينستوف الألماني) في شكل الفحم ، السخام والسخام معروف للبشرية منذ زمن بعيد ؛ منذ حوالي 100 ألف عام ، عندما أتقن أسلافنا النار ، تعاملوا مع الفحم والسخام كل يوم. على الأرجح ، أصبح الأشخاص الأوائل على دراية بالتعديلات المتآصلة للكربون - الماس والجرافيت ، وكذلك الفحم الأحفوري. ليس من المستغرب أن احتراق المواد الكربونية كان من أولى العمليات الكيميائية التي اهتمت بالإنسان. منذ اختفاء المادة المحترقة ، واستهلاكها بالنار ، تم اعتبار الاحتراق كعملية تحلل للمادة ، وبالتالي لم يُعتبر الفحم (أو الكربون) عنصرًا. العنصر هو النار ، الظاهرة المصاحبة للاحتراق ؛ في تعاليم عناصر العصور القديمة ، تعتبر النار عادة أحد العناصر. في مطلع القرنين السابع عشر والثامن عشر. نشأت نظرية اللاهوب التي طرحها بيشر وستال. أدركت هذه النظرية وجود مادة أولية خاصة في كل جسم قابل للاحتراق - سائل عديم الوزن - فلوجستون ، والتي تتبخر أثناء الاحتراق.

عندما يتم حرق كمية كبيرة من الفحم ، يتبقى القليل من الرماد ، يعتقد اللوجيستيون أن الفحم عبارة عن فلوجستون نقي تقريبًا. كان هذا هو التفسير ، على وجه الخصوص ، للتأثير "phlogistic" للفحم ، وقدرته على استعادة المعادن من "الجير" والخامات. في وقت لاحق ، بدأ علم اللغويات ، ريومور ، بيرغمان وآخرون بالفعل في فهم أن الفحم مادة أولية. ومع ذلك ، ولأول مرة ، تم التعرف على "الفحم النقي" من قبل لافوازييه ، الذي درس عملية حرق الفحم والمواد الأخرى في الهواء والأكسجين. في كتاب Guiton de Morveau و Lavoisier و Berthollet و Fourcroix "طريقة التسمية الكيميائية" (1787) ، ظهر اسم "الكربون" (carbone) بدلاً من "الفحم النقي" الفرنسي (charbone pur). تحت نفس الاسم ، يظهر الكربون في "جدول الأجسام البسيطة" في كتاب لافوازييه "كتاب الكيمياء الأولي". في عام 1791 ، كان الكيميائي الإنجليزي تينانت أول من حصل على الكربون الحر. قام بتمرير بخار الفوسفور فوق الطباشير المكلس ، مما أدى إلى تكوين فوسفات الكالسيوم والكربون. حقيقة أن الماس يحترق بدون بقايا عند تسخينه بقوة معروفة منذ فترة طويلة. في عام 1751 ، وافق الملك الفرنسي فرانسيس الأول على إعطاء الماس والياقوت لتجارب الحرق ، وبعد ذلك أصبحت هذه التجارب عصرية. اتضح أن الماس فقط يحترق ، والياقوت (أكسيد الألومنيوم مع خليط من الكروم) يقاوم التسخين طويل المدى عند بؤرة العدسة الحارقة دون ضرر. أقام لافوازييه تجربة جديدة في حرق الماس بمساعدة آلة حارقة كبيرة ، وتوصل إلى استنتاج مفاده أن الماس عبارة عن كربون بلوري. كان التآصل الثاني للكربون-الجرافيت في الفترة الكيميائية يعتبر بريقًا رصاصيًا معدلًا وكان يسمى بلومباغو ؛ فقط في عام 1740 اكتشف بوت عدم وجود أي شوائب من الرصاص في الجرافيت. درس Scheele الجرافيت (1779) ، وباعتباره متخصصًا في فلوجيستي ، فقد اعتبر أنه جسم كبريتي من نوع خاص ، وفحم معدني خاص يحتوي على "حمض الهواء" (CO2) وكمية كبيرة من الفلوجستون.

بعد عشرين عامًا ، حول Guiton de Morveau ، عن طريق التسخين اللطيف ، الماس إلى جرافيت ثم إلى حمض الكربونيك.

الاسم الدولي كاربونيوم يأتي من خط العرض. كاربو (فحم). الكلمة قديمة جدا. تتم مقارنتها بالحرق - للحرق ؛ جذر الملاحم ، كال ، غار روسي ، غال ، هدف ، سنسكريتية ستا تعني أن تغلي ، تطبخ. ترتبط كلمة "كاربو" بأسماء الكربون في اللغات الأوروبية الأخرى (كربون ، كربوني ، إلخ). يأتي Kohlenstoff الألماني من Kohle - فحم (kolo الألماني القديم ، kylla السويدية - للتسخين). الأوغوراتي الروسي القديم ، أو الأوغاراتي (حرق ، حرق) يحتوي على غار الجذر ، أو الجبال ، مع إمكانية الانتقال إلى الهدف ؛ الفحم في اليوجل الروسي القديم ، أو الفحم ، من نفس الأصل. تأتي كلمة Diamond (Diamante) من اليونانية القديمة - غير قابلة للتدمير ، صلبة ، صلبة ، وغرافيت من اليونانية - أكتب.

في بداية القرن التاسع عشر. في بعض الأحيان تم استبدال الكلمة القديمة فحم في الأدب الكيميائي الروسي بكلمة "فحم" (Sherer، 1807؛ Severgin، 1815)؛ منذ عام 1824 قدم سولوفيوف اسم الكربون.

كربون(لات. كاربونيوم) ، ج ، عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من نظام مندليف الدوري ، العدد الذري 6 ، الكتلة الذرية 12.011. يُعرف نظيران مستقران: 12 درجة مئوية (98.892٪) و 13 درجة مئوية (1.108٪). من النظائر المشعة أهمها 14 درجة مئوية مع نصف عمر (T ½ \ u003d 5.6 10 3 سنوات). تتشكل كميات صغيرة من 14 درجة مئوية (حوالي 2 10-10٪ بالكتلة) باستمرار في الغلاف الجوي العلوي تحت تأثير نيوترونات الإشعاع الكوني على نظير النيتروجين 14 ن. ويتحدد عمرها من خلال النشاط المحدد لنظير 14 درجة مئوية في بقايا أصل حيوي. يستخدم 14 C على نطاق واسع كمتتبع للنظائر.

مرجع التاريخ.عرف الكربون منذ العصور القديمة. خدم الفحم لاستعادة المعادن من الخامات والماس - كحجر ثمين. بعد ذلك بوقت طويل ، تم استخدام الجرافيت في صنع البوتقات وأقلام الرصاص.

في عام 1778 ، اكتشف K. Scheele ، تسخين الجرافيت مع الملح الصخري ، أنه في هذه الحالة ، وكذلك عند تسخين الفحم باستخدام الملح الصخري ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون. تم إنشاء التركيب الكيميائي للماس نتيجة لتجارب A. Lavoisier (1772) على احتراق الماس في الهواء ودراسات S. Tennant (1797) ، التي أثبتت أن كميات متساوية من الماس والفحم تعطي كميات متساوية من ثاني أكسيد الكربون أثناء الأكسدة. تم التعرف على الكربون كعنصر كيميائي في عام 1789 من قبل لافوازييه. الاسم اللاتيني carboneum carbon تم الحصول عليه من carbo - الفحم.

توزيع الكربون في الطبيعة.متوسط ​​محتوى الكربون في القشرة الأرضية هو 2.3 10-2٪ بالكتلة (1 10 -2 في ultrabasic ، 1 10 -2 - في القاعدة ، 2 10-2 - في المتوسط ​​، 3 10-2 - في الصخور الحمضية) . يتراكم الكربون في الجزء العلوي من قشرة الأرض (المحيط الحيوي): في المادة الحية 18٪ كربون ، خشب 50٪ ، فحم 80٪ ، زيت 85٪ ، أنثراسايت 96٪. يتركز جزء كبير من الكربون الموجود في الغلاف الصخري في الحجر الجيري والدولوميت.

عدد المعادن الخاصة بها كربون - 112 ؛ عدد كبير بشكل استثنائي من المركبات العضوية من الكربون - الهيدروكربونات ومشتقاتها.

يرتبط تراكم الكربون في القشرة الأرضية بتراكم العديد من العناصر الأخرى التي تمتصها المواد العضوية وترسبت على شكل كربونات غير قابلة للذوبان ، إلخ. يلعب ثاني أكسيد الكربون وحمض الكربونيك دورًا جيوكيميائيًا مهمًا في قشرة الأرض. يتم إطلاق كمية هائلة من ثاني أكسيد الكربون أثناء النشاط البركاني - في تاريخ الأرض كان المصدر الرئيسي للكربون في الغلاف الحيوي.

بالمقارنة مع متوسط ​​المحتوى في قشرة الأرض ، تستخرج البشرية الكربون من الأعماق (الفحم والنفط والغاز الطبيعي) بكميات كبيرة بشكل استثنائي ، لأن هذه الحفريات هي المصدر الرئيسي للطاقة.

لدورة الكربون أهمية جيوكيميائية كبيرة.

كما يتم توزيع الكربون على نطاق واسع في الفضاء ؛ في الشمس ، تحتل المرتبة الرابعة بعد الهيدروجين والهيليوم والأكسجين.

الخصائص الفيزيائية للكربون.العديد من التعديلات البلورية للكربون معروفة: الجرافيت ، الماس ، كاربين ، لونسداليت ، وغيرها. الجرافيت - رمادي - أسود ، معتم ، دهني الملمس ، متقشر ، كتلة ناعمة للغاية مع لمعان معدني. مبني من بلورات ذات هيكل سداسي: أ = 2.462Å ، ج = 6.701Å. في درجة حرارة الغرفة والضغط العادي (0.1 MN / m2 ، أو 1 kgf / cm2) ، يكون الجرافيت مستقرًا من الناحية الديناميكية الحرارية. الماس مادة بلورية صلبة للغاية. تحتوي البلورات على شبكة شعرية مكعبة الشكل: أ = 3.560. في درجة حرارة الغرفة والضغط العادي ، يكون الماس ثابتًا. لوحظ تحول ملحوظ للماس إلى جرافيت عند درجات حرارة أعلى من 1400 درجة مئوية في فراغ أو في جو خامل. عند الضغط الجوي ودرجة حرارة حوالي 3700 درجة مئوية ، يتصاعد الجرافيت. يمكن الحصول على الكربون السائل عند ضغوط تزيد عن 10.5 مليون نيوتن / م 2 (105 كجم / سم 2) ودرجات حرارة أعلى من 3700 درجة مئوية. يتميز الكربون الصلب (فحم الكوك ، والسخام ، والفحم) أيضًا بحالة ذات بنية غير منظمة - ما يسمى بالكربون "غير المتبلور" ، وهو ليس تعديلًا مستقلاً ؛ يعتمد هيكلها على هيكل الجرافيت دقيق الحبيبات. يؤدي تسخين بعض أنواع الكربون "غير المتبلور" فوق 1500-1600 درجة مئوية دون الوصول إلى الهواء إلى تحولها إلى جرافيت. تعتمد الخواص الفيزيائية للكربون "غير المتبلور" بشدة على صفاء الجسيمات ووجود الشوائب. دائمًا ما تكون الكثافة ، والقدرة الحرارية ، والتوصيل الحراري ، والتوصيل الكهربائي للكربون "غير المتبلور" أعلى من تلك الموجودة في الجرافيت. تم الحصول على كاربين بشكل مصطنع. إنه مسحوق أسود بلوري ناعم (كثافة 1.9-2 جم / سم 3). إنه مبني من سلاسل طويلة من ذرات C مكدسة بالتوازي مع بعضها البعض. تم العثور على Lonsdaleite في النيازك ويتم الحصول عليها بشكل مصطنع.

الخواص الكيميائية للكربون.تكوين غلاف الإلكترون الخارجي لذرة الكربون هو 2s 2 2p 2. يتميز الكربون بتكوين أربع روابط تساهمية بسبب إثارة غلاف الإلكترون الخارجي إلى حالة 2sp 3. لذلك ، فإن الكربون قادر بنفس القدر على جذب الإلكترونات والتبرع بها. يمكن إجراء الرابطة الكيميائية بسبب المدارات sp 3 - و sp 2 - و sp-hybrid ، والتي تتوافق مع أرقام التنسيق 4 و 3 و 2. عدد إلكترونات التكافؤ للكربون وعدد مدارات التكافؤ متماثل ؛ هذا هو أحد أسباب استقرار الرابطة بين ذرات الكربون.

أدت القدرة الفريدة لذرات الكربون على الاندماج مع بعضها البعض لتشكيل سلاسل ودورات قوية وطويلة إلى ظهور عدد كبير من مركبات الكربون المختلفة التي درستها الكيمياء العضوية.

في المركبات ، يعرض الكربون حالات الأكسدة -4 ؛ +2 ؛ +4. نصف القطر الذري 0.77Å ، نصف القطر التساهمي 0.77Å ، 0.67Å ، 0.60Å على التوالي في الروابط الفردية والمزدوجة والثلاثية ؛ نصف القطر الأيوني C4 - 2.60 درجة مئوية ، C 4+ 0.20 درجة. في ظل الظروف العادية ، يكون الكربون خاملًا كيميائيًا ؛ وفي درجات الحرارة المرتفعة ، يتحد مع العديد من العناصر ، مما يُظهر خصائص اختزال قوية. ينخفض ​​النشاط الكيميائي في السلسلة: الكربون "غير المتبلور" ، الجرافيت ، الماس ؛ يحدث التفاعل مع الأكسجين الجوي (الاحتراق) على التوالي عند درجات حرارة أعلى من 300-500 درجة مئوية و 600-700 درجة مئوية و 850-1000 درجة مئوية مع تكوين أول أكسيد الكربون (IV) CO 2 وأول أكسيد الكربون (II) CO.

يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء ليشكل حمض الكربونيك. في عام 1906 ، حصل O. Diels على ثاني أكسيد الكربون C 3 O 2. جميع أشكال الكربون مقاومة للقلويات والأحماض ولا تتأكسد ببطء إلا بواسطة عوامل مؤكسدة قوية جدًا (خليط الكروم ، خليط من HNO 3 و KClO 3 وغيرها). يتفاعل الكربون "غير المتبلور" مع الفلور في درجة حرارة الغرفة ، والجرافيت والماس - عند تسخينه. يحدث الاتصال المباشر للكربون بالكلور في قوس كهربائي ؛ مع البروم واليود لا يتفاعل الكربون ، لذلك يتم تصنيع العديد من هاليدات الكربون بشكل غير مباشر. من بين أوكسي هاليدات الصيغة العامة COX 2 (حيث X عبارة عن هالوجين) ، يشتهر كلوريد COCl (الفوسجين). الهيدروجين لا يتفاعل مع الماس. يتفاعل مع الجرافيت والكربون "غير المتبلور" عند درجات حرارة عالية في وجود محفزات (Ni، Pt): عند 600-1000 درجة مئوية ، يتشكل الميثان الميثان بشكل أساسي ، عند 1500-2000 درجة مئوية - الأسيتيلين C 2 H 2 ؛ قد توجد هيدروكربونات أخرى أيضًا في المنتجات ، على سبيل المثال C 2 H 6 ethane ، C 6 H 6 benzene. يبدأ تفاعل الكبريت مع الكربون "غير المتبلور" والجرافيت عند 700-800 درجة مئوية ، والماس عند 900-1000 درجة مئوية ؛ في جميع الحالات يتكون ثاني كبريتيد الكربون CS 2. يتم الحصول على مركبات الكربون الأخرى التي تحتوي على الكبريت (ثيوكسيد CS ، C 3 S 2 thione oxide ، COS sulphide و CSCl 2 thiophosgene) بشكل غير مباشر. عندما يتفاعل CS 2 مع كبريتيدات المعادن ، تتشكل ثيوكربونات - أملاح حمض ثيوكربونيك الضعيف. يحدث تفاعل الكربون مع النيتروجين لإنتاج السيانوجين (CN) 2 عندما يتم تمرير تفريغ كهربائي بين أقطاب الكربون في جو من النيتروجين. من بين مركبات الكربون المحتوية على النيتروجين ، سيانيد الهيدروجين HCN (حمض البروسيك) ومشتقاته العديدة: السيانيد والهالوسيانيد والنتريل وغيرها ذات أهمية عملية كبيرة.عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية ، يتفاعل الكربون مع العديد من المعادن ، مما يعطي الكربيدات. جميع أشكال الكربون ، عند تسخينها ، تقلل أكاسيد المعادن بتكوين معادن حرة (Zn ، Cd ، Cu ، Pb ، وغيرها) أو كربيدات (CaC 2 ، Mo 2 C ، WC ، TaC ، وغيرها). يتفاعل الكربون عند درجات حرارة أعلى من 600-800 درجة مئوية مع بخار الماء وثاني أكسيد الكربون (تغويز الوقود). السمة المميزة للجرافيت هي القدرة ، عند التسخين المعتدل إلى 300-400 درجة مئوية ، على التفاعل مع الفلزات والهاليدات القلوية لتكوين مركبات تضمين من النوع C 8 Me ، C 24 Me ، C 8 X (حيث X عبارة عن هالوجين ، أنا معدن). تُعرف مركبات تضمين الجرافيت بـ HNO 3 و H 2 SO 4 و FeCl 3 وغيرها (على سبيل المثال ، ثنائي كبريتات الجرافيت C 24 SO 4 H 2). جميع أشكال الكربون غير قابلة للذوبان في المذيبات العضوية وغير العضوية الشائعة ، ولكنها قابلة للذوبان في بعض المعادن المنصهرة (على سبيل المثال ، Fe ، Ni ، Co).

يتم تحديد الأهمية الاقتصادية للكربون من خلال حقيقة أن أكثر من 90 ٪ من جميع المصادر الأولية للطاقة المستهلكة في العالم هي وقود أحفوري ، وسيظل دورها المهيمن طوال العقود القادمة ، على الرغم من التطوير المكثف للطاقة النووية. يستخدم حوالي 10٪ فقط من الوقود المستخرج كمواد خام للتخليق العضوي الأساسي والتخليق البتروكيماوي ، لإنتاج البلاستيك وغيره.

الكربون في الجسم.الكربون هو أهم عنصر حيوي يشكل أساس الحياة على الأرض ، والوحدة الهيكلية لعدد كبير من المركبات العضوية المشاركة في بناء الكائنات الحية وضمان نشاطها الحيوي (البوليمرات الحيوية ، بالإضافة إلى العديد من المواد النشطة بيولوجيًا منخفضة الوزن الجزيئي - الفيتامينات والهرمونات والوسطاء وغيرهم). يتكون جزء كبير من الطاقة التي تتطلبها الكائنات الحية في الخلايا بسبب أكسدة الكربون. يعتبر ظهور الحياة على الأرض في العلم الحديث بمثابة عملية معقدة لتطور مركبات الكربون.

يرجع الدور الفريد للكربون في الطبيعة الحية إلى خصائصه التي لا يمتلكها أي عنصر آخر في النظام الدوري. بين ذرات الكربون ، وكذلك بين الكربون والعناصر الأخرى ، تتشكل روابط كيميائية قوية ، ومع ذلك ، يمكن كسرها في ظل ظروف فسيولوجية معتدلة نسبيًا (يمكن أن تكون هذه الروابط مفردة ومزدوجة وثلاثية). إن قدرة الكربون على تكوين 4 روابط تكافؤ مكافئة مع ذرات كربون أخرى تجعل من الممكن بناء هياكل عظمية كربونية من أنواع مختلفة - خطية ، متفرعة ، دورية. من المهم أن ثلاثة عناصر فقط - C و O و H - تشكل 98٪ من الكتلة الكلية للكائنات الحية. هذا يحقق اقتصادًا معينًا في الطبيعة الحية: مع التنوع الهيكلي اللامحدود تقريبًا لمركبات الكربون ، فإن عددًا قليلاً من أنواع الروابط الكيميائية يجعل من الممكن تقليل عدد الإنزيمات اللازمة لتفكك وتركيب المواد العضوية بشكل كبير. تكمن السمات الهيكلية لذرة الكربون في الأساس لأنواع مختلفة من التماثل في المركبات العضوية (تبين أن القدرة على التماثل البصري كانت حاسمة في التطور الكيميائي الحيوي للأحماض الأمينية والكربوهيدرات وبعض القلويات).

وفقًا للفرضية المقبولة عمومًا لـ AI Oparin ، كانت المركبات العضوية الأولى على الأرض من أصل غير حيوي. الميثان (CH 4) وسيانيد الهيدروجين (HCN) الموجودان في الغلاف الجوي الأساسي للأرض يعملان كمصادر للكربون. مع ظهور الحياة ، فإن المصدر الوحيد للكربون غير العضوي ، الذي تتشكل بسببه جميع المواد العضوية للغلاف الحيوي ، هو أول أكسيد الكربون (IV) (CO 2) ، الموجود في الغلاف الجوي ، والمذاب أيضًا في المياه الطبيعية في المحيط الحيوي. شكل HCO 3. يتم تنفيذ أقوى آلية لاستيعاب (استيعاب) الكربون (في شكل ثاني أكسيد الكربون) - التمثيل الضوئي - في كل مكان بواسطة النباتات الخضراء (يتم استيعاب حوالي 100 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا). على الأرض ، هناك أيضًا طريقة تطورية أقدم لامتصاص ثاني أكسيد الكربون عن طريق التخليق الكيميائي. في هذه الحالة ، لا تستخدم الكائنات الدقيقة التخليقية كيميائيًا الطاقة المشعة للشمس ، ولكن طاقة أكسدة المركبات غير العضوية. تستهلك معظم الحيوانات الكربون مع الطعام على شكل مركبات عضوية جاهزة. اعتمادًا على طريقة استيعاب المركبات العضوية ، من المعتاد التمييز بين الكائنات ذاتية التغذية والكائنات غيرية التغذية. يعد استخدام الكائنات الحية الدقيقة في التخليق الحيوي للبروتين والمغذيات الأخرى ، باستخدام الهيدروكربونات البترولية كمصدر وحيد للكربون ، إحدى المشكلات العلمية والتقنية الحديثة المهمة.

محتوى الكربون في الكائنات الحية على أساس المادة الجافة هو: 34.5-40٪ للنباتات والحيوانات المائية ، 45.4-46.5٪ للنباتات والحيوانات الأرضية ، و 54٪ للبكتيريا. في عملية النشاط الحيوي للكائنات ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تنفس الأنسجة ، يحدث التحلل التأكسدي للمركبات العضوية مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون في البيئة الخارجية. يتم إطلاق الكربون أيضًا كجزء من المنتجات النهائية الأكثر تعقيدًا لعملية التمثيل الغذائي. بعد موت الحيوانات والنباتات ، يتم تحويل جزء من الكربون مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون نتيجة لعمليات التحلل التي تقوم بها الكائنات الحية الدقيقة. هذه هي الطريقة التي يدور بها الكربون في الطبيعة. يتم تمعدن جزء كبير من الكربون ويشكل رواسب من الكربون الأحفوري: الفحم والنفط والحجر الجيري وغيرها. بالإضافة إلى وظيفتها الرئيسية - مصدر للكربون - يشارك ثاني أكسيد الكربون المذاب في المياه الطبيعية والسوائل البيولوجية في الحفاظ على حموضة البيئة المثالية لعمليات الحياة. كجزء من كربونات الكالسيوم 3 ، يشكل الكربون الهيكل الخارجي للعديد من اللافقاريات (على سبيل المثال ، أصداف الرخويات) ، ويوجد أيضًا في الشعاب المرجانية وقشر بيض الطيور وغيرها.مركبات الكربون مثل HCN ، CO ، CCl 4 ، والتي سادت في علاوة على ذلك ، تحولت الأرض الأولية ، في عملية التطور البيولوجي ، إلى مضادات استقلاب قوية للتمثيل الغذائي.

بالإضافة إلى نظائر الكربون المستقرة ، فإن المشعة 14 درجة مئوية منتشرة في الطبيعة (تحتوي على حوالي 0.1 ميكروكوري في جسم الإنسان). ترتبط العديد من التطورات الرئيسية في دراسة التمثيل الغذائي ودورة الكربون في الطبيعة باستخدام نظائر الكربون في الأبحاث البيولوجية والطبية. لذلك ، بمساعدة ملصق الكربون المشع ، تم إثبات إمكانية تثبيت H 14 CO 3 - بواسطة النباتات والأنسجة الحيوانية ، وتم تحديد تسلسل تفاعلات التمثيل الضوئي ، ودراسة تبادل الأحماض الأمينية ، ومسارات التخليق الحيوي للعديد من الأنشطة النشطة بيولوجيًا تم تتبع المركبات وما إلى ذلك. ساهم استخدام 14 درجة مئوية في نجاح البيولوجيا الجزيئية في آليات دراسة التخليق الحيوي للبروتين ونقل المعلومات الوراثية. إن تحديد النشاط المحدد لـ 14 درجة مئوية في البقايا العضوية المحتوية على الكربون يجعل من الممكن الحكم على أعمارهم ، والتي تُستخدم في علم الحفريات وعلم الآثار.

الكربون (C) هو العنصر السادس في الجدول الدوري لمندلييف ويبلغ وزنه الذري 12. ينتمي العنصر إلى غير فلزات وله نظير 14 درجة مئوية. جزيئات الكربون.

ذرة كربون

موقع الكربون في الجدول الدوري لمندليف:

• الرقم التسلسلي السادس
• المجموعة الرابعة
• الفترة الثانية.

أرز. 1. موقع الكربون في الجدول الدوري.

بناءً على البيانات الواردة في الجدول ، يمكننا أن نستنتج أن بنية ذرة عنصر الكربون تشتمل على غلافين ، توجد عليهما ستة إلكترونات. تكافؤ الكربون ، وهو جزء من المواد العضوية ، ثابت ويساوي IV. هذا يعني أن هناك أربعة إلكترونات في المستوى الإلكتروني الخارجي ، واثنان في المستوى الداخلي.

من بين الإلكترونات الأربعة ، يشغل اثنان منها مدارًا كرويًا 2 ثانية ، ويحتل الإلكترونان المتبقيان مدارًا 2p على شكل دمبل. في الحالة المثارة ، ينتقل إلكترون واحد من المدار 2s إلى أحد المدارات 2p. عندما ينتقل إلكترون من مدار إلى آخر ، يتم إنفاق الطاقة.

وبالتالي ، فإن ذرة الكربون المثارة لها أربعة إلكترونات غير متزاوجة. يمكن التعبير عن تكوينه بالصيغة 2s 1 2p 3. هذا يجعل من الممكن تكوين أربع روابط تساهمية مع عناصر أخرى. على سبيل المثال ، في جزيء الميثان (CH 4) ، يشكل الكربون روابط مع أربع ذرات هيدروجين - رابطة واحدة بين مداري s للهيدروجين والكربون وثلاث روابط بين مدارات p للكربون والمدارات s للهيدروجين.

يمكن تمثيل مخطط بنية ذرة الكربون كـ + 6C) 2) 4 أو 1s 2 2s 2 2p 2.

أرز. 2. هيكل ذرة الكربون.

الخصائص الفيزيائية

يتواجد الكربون بشكل طبيعي على شكل صخور. العديد من التعديلات المتآصلة للكربون معروفة:

• الجرافيت؛
• الماس؛
• كاربين.
• فحم؛
• السخام.

كل هذه المواد تختلف في بنية الشبكة البلورية. أصعب مادة - الماس - لها شكل مكعب من الكربون. في درجات الحرارة العالية ، يتحول الماس إلى جرافيت بهيكل سداسي.

أرز. 3. المشابك البلورية من الجرافيت والماس.

الخواص الكيميائية

يحدد التركيب الذري للكربون وقدرته على ربط أربع ذرات من مادة أخرى الخصائص الكيميائية للعنصر. يتفاعل الكربون مع المعادن لتشكيل الكربيدات:

• Ca + 2C → CaC 2 ؛
• Cr + C → CrC ؛
• 3Fe + C → Fe 3 C.

يتفاعل أيضًا مع أكاسيد المعادن:

• 2ZnO + C → 2Zn + CO 2 ؛
• PbO + C → Pb + CO ؛
• SnO 2 + 2C → Sn + 2CO.

في درجات الحرارة العالية ، يتفاعل الكربون مع غير المعادن ، ولا سيما الهيدروجين ، مكونًا الهيدروكربونات:

C + 2H 2 → CH 4.

مع الأكسجين ، يشكل الكربون ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون:

• C + O 2 → CO 2 ؛
• 2C + O 2 → 2CO.

يتشكل أول أكسيد الكربون أيضًا عند التفاعل مع الماء.

يعد الكربون أحد أكثر العناصر المدهشة التي يمكن أن تشكل مجموعة كبيرة ومتنوعة من المركبات ذات الطبيعة العضوية وغير العضوية. هذا العنصر غير معتاد في خصائصه لدرجة أن مندليف تنبأ بمستقبل عظيم له ، متحدثًا عن ميزات لم يتم الكشف عنها بعد.

في وقت لاحق تم تأكيد ذلك عمليا. أصبح معروفًا أنه العنصر الحيوي الرئيسي لكوكبنا ، والذي يعد جزءًا من جميع الكائنات الحية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توجد في أشكال مختلفة جذريًا من جميع النواحي ، ولكنها في نفس الوقت تتكون فقط من ذرات الكربون.

بشكل عام ، هذه البنية لها العديد من الميزات ، وسنحاول التعامل معها في سياق المقال.

الكربون: الصيغة والموقع في نظام العناصر

في النظام الدوري ، يوجد عنصر الكربون في المجموعة الرابعة (وفقًا للنموذج الجديد في 14) المجموعة الفرعية الرئيسية. عددها الذري 6 ووزنها الذري 12.011. يشير تعيين العنصر بعلامة C إلى اسمه باللاتينية - carboneum. هناك العديد من الأشكال المختلفة التي يوجد فيها الكربون. لذلك ، فإن صيغته مختلفة وتعتمد على التعديل المحدد.

ومع ذلك ، هناك بالطبع تعيين محدد لكتابة معادلات التفاعل. بشكل عام ، عند الحديث عن مادة في شكلها النقي ، يتم اعتماد الصيغة الجزيئية للكربون C ، دون فهرسة.

تاريخ اكتشاف العنصر

في حد ذاته ، هذا العنصر معروف منذ العصور القديمة. بعد كل شيء ، يعد الفحم أحد أهم المعادن في الطبيعة. لذلك ، بالنسبة لليونانيين والرومان والجنسيات الأخرى القدماء ، لم يكن سرًا.

بالإضافة إلى هذا التنوع ، تم استخدام الماس والجرافيت أيضًا. كانت هناك العديد من المواقف المربكة مع هذا الأخير لفترة طويلة ، لأنه في كثير من الأحيان ، بدون تحليل التركيب ، تم أخذ هذه المركبات من أجل الجرافيت ، مثل:

• الرصاص الفضي
• كربيد الحديد
• كبريتيد الموليبدينوم.

تم طلاءهم جميعًا باللون الأسود وبالتالي تم اعتبارهم من الجرافيت. في وقت لاحق ، تم إزالة سوء الفهم هذا ، وأصبح هذا النوع من الكربون هو نفسه.

منذ عام 1725 ، أصبح الماس ذا أهمية تجارية كبيرة ، وفي عام 1970 ، تم إتقان تقنية الحصول عليه بشكل مصطنع. منذ عام 1779 ، وبفضل عمل Karl Scheele ، تمت دراسة الخصائص الكيميائية التي يعرضها الكربون. كانت هذه بداية لعدد من الاكتشافات المهمة في مجال هذا العنصر وأصبحت أساسًا لتوضيح جميع ميزاته الفريدة.

نظائر الكربون وتوزيعه في الطبيعة

على الرغم من حقيقة أن العنصر قيد الدراسة هو أحد أهم العناصر الحيوية ، إلا أن محتواه الكلي في كتلة قشرة الأرض يبلغ 0.15٪. هذا يرجع إلى حقيقة أنه يخضع لدوران مستمر ، الدورة الطبيعية في الطبيعة.

بشكل عام ، هناك العديد من المركبات المعدنية التي تحتوي على الكربون. هذه سلالات طبيعية مثل:

• الدولوميت والحجر الجيري.
• أنثراسايت.
• الصخر الزيتي؛
• غاز طبيعي؛
• فحم؛
• نفط؛
• الفحم البني؛
• الخث.
• القار.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب ألا ننسى الكائنات الحية ، التي هي مجرد مستودع لمركبات الكربون. بعد كل شيء ، قاموا بتكوين البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية ، مما يعني الجزيئات الهيكلية الأكثر حيوية. بشكل عام ، في تحويل وزن الجسم الجاف من 70 كجم ، 15 يسقط على عنصر نقي. وهكذا الحال مع كل شخص ، ناهيك عن الحيوانات والنباتات والمخلوقات الأخرى.

إذا أخذنا في الاعتبار أيضًا الماء ، أي الغلاف المائي ككل والغلاف الجوي ، فهناك مزيج من الكربون والأكسجين معبر عنه بالصيغة CO 2. يعد ثاني أكسيد أو ثاني أكسيد الكربون أحد الغازات الرئيسية التي يتكون منها الهواء. في هذا الشكل يكون الجزء الكتلي للكربون 0.046٪. يتم إذابة المزيد من ثاني أكسيد الكربون في مياه المحيطات.

الكتلة الذرية للكربون كعنصر هي 12.011. من المعروف أن هذه القيمة تُحسب على أنها المتوسط ​​الحسابي بين الأوزان الذرية لجميع الأنواع النظيرية الموجودة في الطبيعة ، مع مراعاة وفرتها (كنسبة مئوية). هذا هو الحال أيضا بالنسبة للمادة المعنية. هناك ثلاثة نظائر رئيسية يوجد فيها الكربون. هو - هي:

• 12 ج - نسبة الكتلة في الغالبية العظمى منه هي 98.93٪ ؛
• 13 ج - 1.07٪ ؛
• 14 درجة مئوية - نشاط إشعاعي ، نصف عمر 5700 سنة ، باعث بيتا ثابت.

في ممارسة تحديد العمر الجغرافي الزمني للعينات ، يتم استخدام النظير المشع 14 C على نطاق واسع ، وهو مؤشر بسبب فترة اضمحلاله الطويلة.

التعديلات المتآصلة لعنصر

الكربون عنصر موجود كمادة بسيطة في عدة أشكال. أي أنها قادرة على تشكيل أكبر عدد من التعديلات المتآصلة المعروفة اليوم.

1. الاختلافات البلورية - توجد في شكل هياكل قوية ذات شبكات منتظمة من النوع الذري. تشمل هذه المجموعة أصنافًا مثل:

• الماس؛
• الفوليرين.
• الجرافيت.
• القربينات.
• lonsdaleites.
• وأنابيب.

كلهم يختلفون في المشابك ، في العقد التي توجد بها ذرة كربون. ومن هنا تأتي الخصائص الفريدة وغير المتشابهة ، الفيزيائية والكيميائية.

2. الأشكال غير المتبلورة - تتشكل بواسطة ذرة كربون ، وهي جزء من بعض المركبات الطبيعية. أي ، هذه ليست أصنافًا نقية ، ولكن بها شوائب من عناصر أخرى بكميات صغيرة. تشمل هذه المجموعة:

• كربون مفعل؛
• الحجر والخشب
• السخام؛
• نانوفوم الكربون
• أنثراسايت.
• كربون زجاجي
• النوع التقني للمادة.

كما أنها متحدة من خلال السمات الهيكلية للشبكة البلورية ، والتي تشرح وتوضح الخصائص.

3. مركبات الكربون على شكل عناقيد. مثل هذا الهيكل ، الذي يتم فيه إغلاق الذرات في تشكيل خاص مجوف من الداخل ، مملوء بالماء أو نوى عناصر أخرى. أمثلة:

• نانوكونات الكربون
• النجوم.
• ديكاربون.

الخصائص الفيزيائية للكربون غير المتبلور

نظرًا للتنوع الكبير في التعديلات المتآصلة ، من الصعب تحديد أي خصائص فيزيائية مشتركة للكربون. من الأسهل التحدث عن شكل معين. على سبيل المثال ، يحتوي الكربون غير المتبلور على الخصائص التالية.

1. في قلب جميع الأشكال توجد أنواع من الجرافيت دقيقة الحبيبات.
2. سعة حرارية عالية.
3. خصائص موصلة جيدة.
4. كثافة الكربون حوالي 2 جم / سم 3.
5. عند التسخين فوق 1600 درجة مئوية ، يكون هناك انتقال إلى أشكال الجرافيت.

تستخدم أصناف السخام والحجر على نطاق واسع للأغراض الهندسية. إنها ليست مظهرًا من مظاهر تعديل الكربون في شكله النقي ، ولكنها تحتوي عليه بكميات كبيرة جدًا.

الكربون البلوري

هناك العديد من الخيارات التي يكون فيها الكربون مادة تشكل بلورات منتظمة من أنواع مختلفة ، حيث ترتبط الذرات في سلسلة. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل التعديلات التالية.

1. - مكعب ، حيث يتم توصيل أربعة رباعي الأسطح. نتيجة لذلك ، تكون جميع الروابط الكيميائية التساهمية لكل ذرة مشبعة وقوية إلى أقصى حد. وهذا يفسر الخصائص الفيزيائية: كثافة الكربون 3300 كجم / م 3. صلابة عالية ، سعة حرارية منخفضة ، نقص في التوصيل الكهربائي - كل هذا ناتج عن هيكل الشبكة البلورية. هناك الماس الذي تم الحصول عليه تقنيًا. تتشكل أثناء انتقال الجرافيت إلى التعديل التالي تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة وضغط معين. بشكل عام ، تكون عالية مثل القوة - حوالي 3500 درجة مئوية.
2. الجرافيت. يتم ترتيب الذرات بشكل مشابه لبنية المادة السابقة ، ومع ذلك ، هناك ثلاث روابط فقط مشبعة ، والرابع يصبح أطول وأقل قوة ، ويربط "طبقات" الحلقات السداسية للشبكة. نتيجة لذلك ، اتضح أن الجرافيت مادة سوداء دهنية ناعمة الملمس. لديها موصلية كهربائية جيدة ولها نقطة انصهار عالية - 3525 درجة مئوية وهي قادرة على التسامي - التسامي من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية ، متجاوزًا الحالة السائلة (عند درجة حرارة 3700 درجة مئوية). كثافة الكربون 2.26 جم / سم 3 ، وهي أقل بكثير من كثافة الماس. هذا يفسر خصائصهم المختلفة. نظرًا للهيكل متعدد الطبقات للشبكة البلورية ، فمن الممكن استخدام الجرافيت لتصنيع خيوط الرصاص. عند حملها على الورق ، تقشر المقاييس وتترك علامة سوداء على الورقة.
3. الفوليرين. تم افتتاحها فقط في الثمانينيات من القرن الماضي. إنها تعديلات يتم فيها ربط الكربون في هيكل مغلق محدب خاص مع فراغ في المركز. وشكل البلورة - متعدد الوجوه ، التنظيم الصحيح. عدد الذرات زوجي. أشهر أشكال الفوليرين سي 60. تم العثور على عينات من مادة مماثلة أثناء البحث:

• النيازك.
• رواسب القاع
• فولغوريتيس.
• shungites.
• الفضاء الخارجي ، حيث تم احتواؤها في شكل غازات.

جميع أنواع الكربون البلوري لها أهمية عملية كبيرة ، حيث أن لها عددًا من الخصائص المفيدة تقنيًا.

النشاط الكيميائي

يُظهر الكربون الجزيئي تفاعلًا منخفضًا بسبب تكوينه المستقر. يمكن إجبارها على الدخول في تفاعلات فقط عن طريق نقل طاقة إضافية إلى الذرة وإجبار إلكترونات المستوى الخارجي على التبخر. عند هذه النقطة ، تصبح التكافؤ 4. لذلك ، في المركبات ، يكون لها حالة أكسدة تبلغ + 2 ، + 4 ، - 4.

تتم تقريبًا جميع التفاعلات مع المواد البسيطة ، سواء المعدنية أو غير المعدنية ، تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. يمكن أن يكون العنصر المعني عامل مؤكسد وعامل اختزال. ومع ذلك ، فإن الخصائص الأخيرة واضحة بشكل خاص فيه ، وعلى هذا يعتمد استخدامه في الصناعات المعدنية وغيرها من الصناعات.

بشكل عام ، تعتمد القدرة على الدخول في تفاعل كيميائي على ثلاثة عوامل:

• تشتت الكربون
• تعديل مؤثر
• درجة حرارة التفاعل.

وبالتالي ، في بعض الحالات ، يحدث التفاعل مع المواد التالية:

• غير المعادن (الهيدروجين والأكسجين) ؛
• المعادن (الألمنيوم والحديد والكالسيوم وغيرها) ؛
• أكاسيد المعادن وأملاحها.

لا يتفاعل مع الأحماض والقلويات ، ونادرًا ما يتفاعل مع الهالوجينات. إن أهم خصائص الكربون هي القدرة على تكوين سلاسل طويلة مع بعضها البعض. يمكنهم أن يغلقوا في دورة ، وتشكيل الفروع. هذه هي الطريقة التي يتم بها تكوين المركبات العضوية ، والتي يبلغ عددها اليوم بالملايين. أساس هذه المركبات عنصرين - الكربون والهيدروجين. يمكن أيضًا تضمين ذرات أخرى في التركيب: الأكسجين والنيتروجين والكبريت والهالوجينات والفوسفور والمعادن وغيرها.

المركبات الأساسية وخصائصها

هناك العديد من المركبات المختلفة التي تحتوي على الكربون. الصيغة الأكثر شهرة هي ثاني أكسيد الكربون - ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك ، بالإضافة إلى هذا الأكسيد ، يوجد أيضًا أول أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون ، وكذلك ثاني أكسيد الكربون الفرعي C 3 O 2.

من بين الأملاح التي تحتوي على هذا العنصر ، الأكثر شيوعًا هي كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم. لذلك ، فإن كربونات الكالسيوم لها عدة مرادفات في الاسم ، لأنها تحدث في الطبيعة على شكل:

• الطباشير.
• رخام؛
• حجر الكلس؛
• الدولوميت.

تتجلى أهمية كربونات المعادن الأرضية القلوية في حقيقة أنها مشاركين نشطين في عمليات تكوين الهوابط والصواعد ، وكذلك المياه الجوفية.

حمض الكربونيك مركب آخر يشكل الكربون. صيغته هي H 2 CO 3. ومع ذلك ، في شكله المعتاد ، فهو غير مستقر للغاية ويتحلل على الفور إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في المحلول. لذلك ، تُعرف أملاحها فقط ، وليس نفسها ، كحل.

هاليدات الكربون - يتم الحصول عليها بشكل غير مباشر ، حيث لا يحدث التوليف المباشر إلا في درجات حرارة عالية جدًا وبإنتاجية منخفضة للمنتج. واحدة من أكثرها شيوعًا - CCL 4 - رابع كلوريد الكربون. مركب سام يمكن أن يسبب التسمم إذا تم استنشاقه. تم الحصول عليها عن طريق تفاعلات الاستبدال الكيميائية الضوئية الجذرية في الميثان.

كربيدات المعادن عبارة عن مركبات كربونية تظهر فيها حالة أكسدة قدرها 4. كما يمكن الارتباط بالبورون والسيليكون. الخاصية الرئيسية للكربيدات لبعض المعادن (الألمنيوم ، التنجستن ، التيتانيوم ، النيوبيوم ، التنتالوم ، الهافنيوم) هي القوة العالية والتوصيل الكهربائي الممتاز. يعتبر كربيد البورون B 4 C من أكثر المواد صلابة بعد الماس (9.5 حسب موس). تستخدم هذه المركبات في الهندسة ، وكذلك في الصناعة الكيميائية ، كمصادر لإنتاج الهيدروكربونات (يؤدي كربيد الكالسيوم مع الماء إلى تكوين الأسيتيلين وهيدروكسيد الكالسيوم).

يتم تصنيع العديد من السبائك المعدنية باستخدام الكربون ، مما يزيد بشكل كبير من جودتها وخصائصها التقنية (الفولاذ سبيكة من الحديد والكربون).

تستحق العديد من مركبات الكربون العضوية اهتمامًا خاصًا ، حيث يعتبر الكربون عنصرًا أساسيًا قادرًا على الاندماج مع نفس الذرات في سلاسل طويلة من الهياكل المختلفة. وتشمل هذه:

• الألكانات.
• الألكينات.
• الساحات.
• البروتينات.
• الكربوهيدرات.
• احماض نووية؛
• الكحوليات.
• الأحماض الكربوكسيلية والعديد من فئات المواد الأخرى.

تطبيق الكربون

أهمية مركبات الكربون وتعديلاتها المتآصلة في حياة الإنسان عالية جدا. يمكنك تسمية عدد قليل من أكثر الصناعات العالمية لتوضيح أن هذا صحيح.

1. يشكل هذا العنصر جميع أنواع الوقود العضوي الذي يتلقى الإنسان منه الطاقة.
2. تستخدم صناعة المعادن الكربون كأقوى عامل اختزال للحصول على المعادن من مركباتها. تستخدم الكربونات أيضًا على نطاق واسع هنا.
3. تستهلك صناعة البناء والكيماويات كمية هائلة من مركبات الكربون لتخليق مواد جديدة والحصول على المنتجات اللازمة.

يمكنك أيضًا تسمية قطاعات الاقتصاد مثل:

• الصناعة النووية؛
• تجارة المجوهرات
• المعدات التقنية (مواد التشحيم ، والبوتقات المقاومة للحرارة ، وأقلام الرصاص ، وما إلى ذلك) ؛
• تحديد العمر الجيولوجي للصخور - التتبع الإشعاعي 14 درجة مئوية ؛
• يعتبر الكربون مادة ماصة ممتازة ، مما يجعل من الممكن استخدامه لتصنيع المرشحات.

دورة في الطبيعة

يتم تضمين كتلة الكربون الموجودة في الطبيعة في دورة ثابتة تدور كل ثانية حول العالم. وبالتالي ، فإن المصدر الجوي للكربون - ثاني أكسيد الكربون - تمتصه النباتات وتطلقه جميع الكائنات الحية أثناء عملية التنفس. مرة واحدة في الغلاف الجوي ، يتم امتصاصه مرة أخرى ، وبالتالي لا تتوقف الدورة. في الوقت نفسه ، يؤدي موت المخلفات العضوية إلى إطلاق الكربون وتراكمه في الأرض ، حيث يتم امتصاصه مرة أخرى بواسطة الكائنات الحية ويتم إطلاقه في الغلاف الجوي على شكل غاز.