אטומים זה ... פחמן - פחמן. משקל הפחמן

אחד האלמנטים המפתיעים ביותר, אשר מסוגל ליצור מגוון גדול של תרכובות של טבע אורגני ואי-אורגני, הוא פחמן. זה כל כך מאפייני יוצאי דופן של אלמנט שעדיין מנדלייב חזה לו עתיד מזהיר, שלא לדבר על התכונות נחשפו עדיין.

בהמשך הוא אישר בפועל. נודע כי הוא - אלמנט ביוגני הראשי של כוכב הלכת שלנו, שהוא חלק לחלוטין לכל היצורים. בנוסף, מסוגלים קיימים בצורות שונות מהותי מכל בחינות, אבל מורכב רק פחמן אטומים.

באופן כללי, ובמיוחד זה מבנה הרבה, זה איתם וינסו להסתכל על המאמר.

פחמן: הנוסחה ואת המיקום במערכת התא

ליד השולחן התקופתי של פחמן אלמנטים ממוקם IV (דפוס חדש 14) לקבוצה, תת-הקבוצות העיקריות. מספר 6 הסידורי שלו, ואת המשקל האטומי של 12.011. סימון אלמנט סימן C מציין את שמה בלטינית - carboneum. ישנם מספר אופנים שונים בהם פחמן קיים. הנוסחה היא אותה כל כך שונה ותלוי שינויים ספציפיים.

עם זאת, כדי לכתוב משוואות תגובה מייצגות ספציפיות, כמובן. באופן כללי, כאשר מדובר בחומר בצורה טהורה, C נוסחא מולקולרית נלקח פחמן בלי לאינדקס.

היסטוריה של גילוי האלמנט

כשלעצמה, אלמנט זה כבר ידוע מאז ימי קדם ביותר. אחרי הכל, אחד המינרלים החשובים ביותר בטבע - הוא פחם. לכן, עבור היוונים הקדמונים, הרומאים ועמים אחרים הסודות שהוא לא היה.

בנוסף מין זה, גם השתמשו יהלום וגרפיט. בשארית במשך זמן רב שהיה לו הרבה מצבים מסובכים, לעתים קרובות מבלי לנתח את ההרכב של תרכובות נלקח גרפיט כגון:

• עופרת כסף;
• קרביד הברזל;
• גופרתי מוליבדן.

כולם היו צבועים בשחור כך נחשבו גרפיט. מאוחר יותר הבנה זו הובהרה, וצורה זו של פחמן הפכה עצמה.

מאז 1725 ערך מסחרי רב של רכישת יהלומים, ובשנת 1970, שולט בטכנולוגיה לייצור אותם באופן מלאכותי. מאז 1779, הודות לעבודה קרלה Sheele, בחן את התכונות הכימיות, אשר מראה פחמן. זו הייתה תחילתה של סדרת תגליות חשובות בתחום של האלמנט, והפכה את בסיס ההבהרה של כל התכונות הייחודיות שלה.

איזוטופים של פחמן בטבע והפצה

למרות העובדה כי הרכיב נדון - חומר מזין חיוני, התוכן הכולל שלה הוא 0.15% במשקל של הקרום. זו מתרחשת בשל העובדה כי הוא נתון במחזור רציף, במחזור טבעי בטבע.

באופן כללי יותר תרכובות ניתן למנות בעל אופי מינרלים, בהם הרכב כולל פחמן. אלה הם סלעים טבעיים, כגון:

• הדולומיטים גיר;
• פחם;
• פצלי שמן;
• גז טבעי;
• פחם;
• שמן;
• הליגניט ;
• כבול;
• ביטומן.

בנוסף, אנחנו לא צריכים לשכוח את היצורים החיים כי הם פשוט מאגר של תרכובות פחמן. אחרי הכל, הם נוצרו על ידי חלבונים, שומנים, פחמימות, חומצות גרעין, ולכן המולקולה המבנית החיונית ביותר. באופן כללי, את ההמרה של מסת גוף רזה של 70 קילו 15 נפילות על אלמנט טהור. וכך כולם, שלא לדבר על בעלי חיים, צמחים ויצורים אחרים.

אם ניקח בחשבון את הרכב באוויר ובמים, כלומר, הידרוספירה, והאווירה כולה, קיימת כיום תערובת של חמצן פחמן, שביטא את הנוסחה CO _2. דו תחמוצת הפחמן או - אחד גזי המפתח, המרכיבים אוויר. בטופס זה בשבריר ההמוני של פחמן של 0.046%. נוסף מומס פחמן דו חמצני במימי האוקיינוסים.

המסה האטומית של פחמן כמרכיב היא 12.011. זה ידוע כי ערך זה מחושב כממוצע אריתמטי בין המשקלים האטומיים של כל הזנים איזוטופ הטבעיים, נתון השכיחות שלהם (באחוזים). אז הוא נמצא החומר מדובר. ישנם שלושה איזוטופים עיקריים, אשר הוא בצורה של פחמן. הם:

• ¹² C - חלק המסה שלו ברוב המכריע של 98.93%;
• ¹³ C - 1.07%;
• ¹⁴ C - זמן מחצית חיים רדיואקטיבי של 5700 שנים, א-פולט בטא יציב.

בתרגול של קביעת geochronological בגילי דגימות נפוצות רדיואקטיבית איזוטופ ¹⁴ C, שהוא אינדיקטור, בגלל שלה ארוך תקופה של דעיכה.

שינוי allotropic של האלמנט

פחמן - הוא מרכיב אשר הוא בצורת חומר פשוט קיים בכמה צורות. כלומר, הוא מסוגל ליצור הגדול ביותר הידוע עד כה את מספר שינויי allotropic.

1. וריאציה קריסטל - קיימים בצורה של מבנה מוצק עם סריג רגיל מסוג אטומי. בקבוצה זו נכללים כזה זנים כמו:

• יהלומים;
• פולרנים;
• graphites;
• הקרבינים;
• lonsdaleite;
• סיבי פחמן ואת הצינור.

כל מבנה הסריג הגבישי השונה אלה, שבהם צומת - אטום פחמן. לפיכך, מאפיינים ייחודיים, לא דומים לחלוטין, הן פיזי וכימי.

2. צורות אמורפיות - צורות של אטום פחמן במבנה של תרכובות טבעיות מסוימות. כלומר, זה לא זנים טהורים, ועם זיהומים של אלמנטים אחרים בכמויות קטנות. קבוצה זו כוללת:

• פחם פעיל;
• אבן ועץ;
• שחור;
• פחמן nanofoam;
• פחם;
• מזוגג;
• חומר כיתה טכני.

הם גם משלבים אלמנטים של המבנה הגבישי של מסביר ומאפיינים הציגו.

3. תרכובות פחמן בצורת אשכולות. מבנה כזה, שבו אטומים סגורים קונפורמציה בפנים חלולה מיוחדת, מלא מים או גרעינים של אלמנטים אחרים. דוגמאות:

• פחמן nanocone;
• astralenes;
• Dicarbon.

תכונות פיסיקליות של פחמן אמורפי

בשל המגוון הרחב של שינויי allotropic להקצות כמה תכונות פיסיקליות כלליות של פחמן קשה. קל יותר לדבר על צורה מסוימת. למשל, פחמן אמורפי יש את המאפיינים הבאים.

1. בליבה של כל צורות - דקי-גרגירים סוגים של גרפיט.
2. קיבול חום גבוה.
3. תכונות מנצח טובות.
4. צפיפות פחמן של כ 2 גרם / ס"מ ^3.
5. כאשר מחומם מעל 1600 C ⁰ המעבר מתרחשת בתוך תבניות גרפיט.

זפת, פחם זנים ואבן נמצאים בשימוש נרחב למטרות תעשייתיות. הם אינם ביטוי של שינוי פחמן בצורתו הטהורה, אבל הוא מכיל כמות גדולה מאוד.

פחמן גבישים

ישנן מספר דרכים שבהן פחמן - חומר ויוצרים גבישים קבוע מסוגים שונים, בהם האטומים מחוברים ברצף. כתוצאת ההיווצרות של השינויים הבאים.

1. יהלום. מבנה - מעוקב, אשר מחוברים ארבעה tetrahedrons. כתוצאה מכך, קשרים כימיים קוולנטיים כל אטום של רוויה מקסימלית וחזקה. זה מסביר את התכונות הפיסיקליות של קילו צפיפות הפחמן 3300 / m ^3. קשיות גבוהה, חום סגולי נמוך, בהיעדר מוליכות חשמלית - כל זה הוא תוצאה של המבנה הגבישי. ישנם יהלומים טכניים מיוצרים. נוצר על המעבר של גרפיט השינוי הבא תחת השפעת הטמפרטורה גבוהה בלחץ מסוים. באופן כללי, טמפרטורת התכת יהלום היא גבוהה ככל כוחו - על 3500 ⁰ ג
2. גרפיט. האטומים מסודרים כמו מבנה החומרים הקודמים, אבל הרוויה מתרחשת רק שלושה קישורים, ואת הרביעי הופך יותר ופחות עמיד, זה מתחבר הטבעות "שכבות" סריג משושה. התוצאה היא כי גרפיט - רך, שמנוני לחומר מגע בשחור. יש לו מוליכות חשמלית טובה ויש לו טמפרטורת התכה גבוהה - 3525 ⁰ ג sublimable - סובלימציה ממצב מוצק למצב גזי, תוך עקיפת נוזלי (בטמפרטורה של 3700 ⁰ C). צפיפות פחמן - 2.26 g / ^cm3, וזה הרבה יותר נמוך מזה של יהלום. זה מסביר מאפיינים השונים שלהם. בגלל המבנה השכבתי של הסריג הגבישי ניתן להשתמש גרפיט לייצור ידיות הן עפרונות פשוטים. כאשר מנהלי פתיתים לקלף נייר ולהשאיר עקבות על נייר שחור.
3. פולרנים. זה היה פתוח רק בשנות ה -80 של המאה הקודמת. הם מייצגים שינוי, שבו פחמנים קשורים במבנה קמור סגור מיוחד בעל מרכז חלול. וגם צורת הגביש - פאון, הארגון הנכון. מספר אטומי הוא אפילו. הצורה הידועה ביותר של פולרן C _60. דוגמאות של חומר זה נמצאו מחקרים:

• מטאוריטים;
• המשקעים;
• folguritov;
• שונגיטים;
• מרחב שבו הכיל גז בצורה.

כל זנים של גבישי פחמן הוא מעשה חשיבות, שכן הם בעלי מספר שימושי המאפיינים באמנות.

תגובתיות

מולקולרי הפחמן הוא נמוך תגובתיות בשל שלה יציבת תצורה. מתן האפשרות להגיב רק ליידע אנרגיה נוספת אטומה ומאלצי אלקטרונים ברמה החיצוניים קיטור. בשלב זה הופך שווה ולנסים של 4. לכן, יש לו את התרכובות של מדינת החמצון + 2, + 4, - 4.

כמעט כל התגובות עם חומרים פשוטים כגון מתכות nonmetals, מתרחש תחת השפעת הטמפרטורות גבוהות. אלמנט נצפה יכול להיות גם סוכן חמצון ו סוכן צמצום. עם זאת, אלה האחרונים היו המאפיינים הביעו במיוחד בחום, המבוססים על יישום זה בתעשיות המתכות אחרות שלה.

באופן כללי, היכולת להיכנס לתוך אינטראקציה כימית תלויה בשלושה גורמים:

• פיזור פחמן;
• שינוי allotropic;
• טמפרטורת תגובה.

לפיכך, במקרים מסוימים, הוא מקיים אינטראקציה עם החומרים הבאים:

• nonmetals (מימן, חמצן);
• מתכות (אלומיניום, ברזל, סידן, וכו ');
• תחמוצות מתכת והמלחים שלהם.

עם חומצות ובסיסים אינו מגיב עם הלוגנים הוא נדיר מאוד. המאפיינים החשובים ביותר של פחמן - היכולת ליצור שרשראות ארוכות עם השני. הם יכולים להיות סגורים בתוך הסתעפות בצורת לולאה. מאז הקמתה של תרכובות אורגניות, אשר מספר היום מיליונים. הבסיס של שני אלה אלמנט תרכובות - פחמן, מימן. כמו כן המבנה עשוי לכלול גם אטומים אחרים של חמצן, חנקן, גופרית, הלוגנים, זרחן, ומתכות אחרות.

תרכובות בסיסיות והאפיון שלהם

ישנן תרכובות שונות בתוך רכב הכולל פחמן. פורמולה המפורסם ביותר של אלה - CO ₂ - פחמן דו-חמצני. עם זאת, ב תחמוצת בנוסף, יש CO - פחמן חד או פחמן חד חמצני nedooksid C ₃ O _2.

בין המלחים, אשר כולל את המרכיב הפעיל, הנפוץ ביותר הם קרבונטים סידן ומגנזיום. לפיכך סידן פחמתי יש מספר מילים נרדפות בכותרת, כפי מצוי בטבע בצורה:

• גיר;
• שיש;
• גיר;
• דולומיט.

חשיבותה של קרבונטים מתכת הארץ אלקליין לידי ביטוי את העובדה כי הם משתתפים פעילים בתהליכי היווצרות של נטיפים וזקיפים, ומי תהום.

פחמן דו חמצני - תרכובת אחרת המהווה פחמן. הנוסחה שלו - H ₂ CO _3. עם זאת, בצורה המקובלת, הוא לא יציב מאוד ומיד בפתרון מתפרק פחמן דו-חמצני ומים. לכן, הידוע מלחי רק ממנו, אבל זה לא כשלעצמו, כפתרון.

הלידים פחמן - מתקבלים בעיקר בדרכים עקיפות, כמו סינתזות ישירות הן רק בטמפרטורות מאוד גבוהות תשואה נמוכה. אחת הנפוצה ביותר - CCL ₄ - פחמן טטרא. תרכובת רעילה שיכול לגרום להרעלה ידי שאיפה. מתקבל על ידי תגובות פוטו רדיקליות של החלפה של אטומי המימן ב מתאן.

קרבידים מתכת - תרכובת פחמן, בהן יש לה מדינה חמצון 4. כמו כן קיומו האפשרי של עמותות עם בורון סיליקון. המאפיין העיקרי של כמה קרבידים מתכת (אלומיניום, טונגסטן, טיטניום, ניוביום, טנטלום, הפניום) - חוזק גבוה ומוליכות חשמלית מעולה. בורון קרביד B ₄ C - אחד מוצק אחרי יהלום (9.5 Mohs). תרכובות אלה משמשים באמנות, כמו גם את התעשייה הכימית כמקורות של פחמימנים (קרביד סידן במים מוביל להיווצרות של אצטילן סידן הידרוקסיד).

סגסוגות מתכת רבות מיוצרים באמצעות פחמן משמעותי ובכך מגדילות האיכות והמפרטים שלהם (פלדה - סגסוגת של ברזל ופחמן).

תשומת לב אישית תרכובת פחמן רבה אורגנית, בה הוא - יסוד מוסד שניתן לחבר עם מאותם אטומי השרשרות הארוכות של מבנים שונים. אלה כוללים:

• אלקאנים;
• אלקנים;
• בזירה;
• חלבונים;
• פחמימות;
• חומצות גרעין;
• אלכוהול;
• חומצה קרבוקסילית וכיתות רבות נוספות של חומרים.

שימוש פחמן

כלומר של תרכובות פחמן והשינויים שלה allotropic של חיי אדם הוא גבוה מאוד. אתה יכול לקרוא בחלק מענפי המשק העולמי ביותר, להבהיר כי זה נכון.

1. אלמנט זה יוצר כל מיני דלקים מאובנים שממנו אדם מקבל אנרגיה.
2. הברזל בתעשיית הפלדה משתמשת פחמן כחומר מחזר חזק כדי לייצר מתכות מן התרכובות שלהם. יש נמצא בשימוש נרחב כמו קרבונטים.
3. הבנייה והתעשייה הכימית צורכים כמות גדולה של תרכובות פחמן בסינתזה של חומרים חדשים כדי להשיג את המוצרים הדרושים.

כמו כן כוללות סקטורים כגון הכלכלה, כגון:

• תעשיית הגרעין;
• צורפות;
• ציוד (שימון, כורי היתוך בטמפרטורה גבוהה, עפרונות, וכו ');
• קביעת גיל גיאולוגי של סלעי - רדיואקטיבי ¹⁴ ג;
• פחמן - סופח נפלא שיכול לשמש לייצור מסנן.

מחזור בטבע

המסה של הווה הפחמן בטבע, נכללה במחזור קבוע, אשר מבוצע באופן מחזורי בכל שנייה ברחבי העולם. לפיכך, מקור הפחמן באטמוספירה - CO ₂ נספג על ידי צמחים וכל היצורים החיים האחרים הוא שוחרר במהלך הנשימה. לאחר באטמוספרה, הוא נספג שוב, ולכן המחזור ממשיך. לפיכך הכחדה אורגנית ושאריות גורמים לשחרור של פחמן שלה הצטברות באדמה, מקום שבו הוא נמצא שוב נספג על ידי אורגניזמים חיים ולפרוק לאטמוספרה כגז.