रसायन विज्ञान में कार्बन पत्र। कार्बन और इसके मुख्य अकार्बनिक यौगिक

C (कारबोनम), तत्वों की आवर्त सारणी के समूह IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) का एक अधातु रासायनिक तत्व। यह प्रकृति में हीरे के क्रिस्टल (चित्र 1), ग्रेफाइट या फुलरीन और अन्य रूपों के रूप में पाया जाता है और यह कार्बनिक (कोयला, तेल, पशु और पौधों के जीवों, आदि) और अकार्बनिक पदार्थों (चूना, बेकिंग सोडा, आदि) का हिस्सा है। कार्बन व्यापक है, लेकिन पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री केवल 0.19% है ( यह भी देखें  डायमंड; फुलरीन)।

कार्बन का उपयोग व्यापक रूप से सरल पदार्थों के रूप में किया जाता है। कीमती हीरों के अलावा, जो गहने का विषय हैं, औद्योगिक हीरे का बहुत महत्व है ?? पीस और काटने के उपकरण के निर्माण के लिए। चारकोल और कार्बन के अन्य अनाकार रूपों का उपयोग ब्लीचिंग, सफाई, गैस सोखने के लिए किया जाता है, प्रौद्योगिकी के क्षेत्रों में जिन्हें विकसित सतह के साथ सोखना की आवश्यकता होती है। कार्बाइड, धातुओं के साथ कार्बन यौगिक, साथ ही बोरान और सिलिकॉन (उदाहरण के लिए, अल 4 सी 3, सीसीसी, बी 4 सी) उच्च कठोरता द्वारा प्रतिष्ठित हैं और अपघर्षक और काटने के उपकरण बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। कार्बन स्टील का हिस्सा है और एलॉयल एलिमेंट अवस्था में और कार्बाइड्स के रूप में है। उच्च तापमान (सीमेंटेशन) पर कार्बन के साथ स्टील कास्टिंग की सतह की संतृप्ति सतह की कठोरता और पहनने के प्रतिरोध को काफी बढ़ा देती है। यह भी देखें  मिश्र धातु।

प्रकृति में, ग्रेफाइट के कई अलग-अलग रूप हैं; कुछ कृत्रिम रूप से प्राप्त होते हैं; अनाकार रूप हैं (उदाहरण के लिए, कोक और चारकोल)। ऑक्सीजन की कमी के साथ हाइड्रोकार्बन के दहन से सॉट, बोन चारकोल, लैंप कालिख, एसिटिलीन काल का निर्माण होता है। इसलिए बुलाया गया सफेद कार्बन  कम दबाव में पाइरोलाइटिक ग्रेफाइट के उच्चीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है ?? ये नुकीले किनारों के साथ ग्रेफाइट के पत्तों के सबसे छोटे पारदर्शी क्रिस्टल हैं।

सूर्यदेव Z.I. तेल कार्बन। एम।, 1980
रसायन विज्ञान हाइपरकोर्डिनेटेड कार्बन। एम।, 1990

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1. संक्षिप्त विवरण।
2. कार्बन परमाणुओं की संरचना की विशेषताएं।
3. भौतिक गुण।
4. कार्बन और उसके यौगिकों के रासायनिक गुण।

4.1। कार्बन मोनोऑक्साइड।

4.2. कार्बोनिक एसिड।

1. कार्बन और उसके यौगिकों का उपयोग।

1. संक्षिप्त विवरण।

कार्बन कार्बनिक, जैव-कार्बनिक यौगिकों और कई पॉलिमर का आधार है।

अधिकांश कार्बन यौगिक कार्बनिक पदार्थ हैं, लेकिन इस काम में हम तथाकथित अकार्बनिक कार्बन यौगिकों पर ध्यान देंगे। इनमें शामिल हैं - सरल पदार्थ (प्राकृतिक ग्रेफाइट, हीरा और कृत्रिम रूप से उत्पादित कारबिन), कार्बन ऑक्साइड, कार्बोनिक एसिड और कार्बोनिक एसिड द्वारा निर्मित कई लवण।

कार्बन का सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान 12.01 है, घनत्व (ग्रेफाइट का) 2.27 ग्राम / सेमी 3,

गलनांक tpl = 3370 ° C (बाहर जलता है), क्वथनांक tbip = 4200 ° C।

2. कार्बन परमाणुओं की संरचना की विशेषताएं।

कार्बन यौगिकों की विविधता और प्रचुरता को इसके परमाणु की संरचना द्वारा समझाया गया है। इसके बाहरी चार परमाणु कक्षाओं में कार्बन परमाणु में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं। और सभी चार परमाणु ऑर्बिटल्स रासायनिक बंधों के निर्माण में शामिल हैं।

विशेष रूप से, ग्रेफाइट और हीरे परमाणु क्रिस्टल लैटिस के साथ अलॉट्रोपिक संशोधन हैं जो उनकी संरचना में भिन्न हैं। इसलिए भौतिक और रासायनिक गुणों में अंतर।

एक हीरे में, प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य परमाणुओं के साथ जुड़ा होता है। अंतरिक्ष में, ये परमाणु केंद्र में स्थित हैं और टेट्राहेड्रा के कोने उनके कोने से जुड़े हुए हैं। यह एक बहुत ही सममित और टिकाऊ जंगला है।

हीरा प्रकृति का सबसे कठोर पदार्थ माना जाता है।

ग्रेफाइट में, तीन परमाणु आपस में जुड़े होते हैं, एक ही विमान में लेटे होते हैं। इसलिए, इन बांडों का गठन तीन इलेक्ट्रॉनों के साथ तीन परमाणु कक्षाओं की भागीदारी के साथ होता है। प्रत्येक परमाणु एक ही विमान में पड़े तीन अन्य लोगों से जुड़ा होता है। इन बंधों के निर्माण पर तीन इलेक्ट्रॉनों वाले तीन AO खर्च किए जाते हैं। एक इलेक्ट्रॉन के साथ चौथा ऑर्बिटल विमान के लंबवत है। आणविक कक्षाओं के एक क्षेत्र का निर्माण करते हुए, पूरे ग्रिड के शेष परमाणु ऑर्बिटल्स एक दूसरे के साथ ओवरलैप होते हैं। यह क्षेत्र आधे हिस्से पर काबिज है, जो हीरे के विपरीत, अच्छी धातु की चालकता के साथ ग्रेफाइट प्रदान करता है।

3. भौतिक गुण।

यहां, सबसे पहले, निश्चित रूप से, हमें सरल कार्बन यौगिकों की उच्च शक्ति पर ध्यान देना चाहिए।

हीरे और ग्रेफाइट सहित सरल और जटिल पदार्थों में कार्बन परमाणुओं के बीच बाध्यकारी ऊर्जा बहुत अधिक है। हीरे की कठोरता पहले ही कही जा चुकी है। परमाणुओं के बीच और एक ग्रेफाइट ग्रिड में मजबूत बंधन।

उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट फाइबर की तन्यता ताकत लोहे और तकनीकी स्टील की ताकत से काफी अधिक है।

Refractoriness ग्रेफाइट की एक और अनूठी संपत्ति है, क्योंकि ग्रेफाइट का गलनांक 3500 ° C से ऊपर होता है। प्रकृति में, ग्रेफाइट सबसे दुर्दम्य सरल पदार्थ है।

ग्रेफाइट की उच्च विद्युत चालकता पर्यावरण के साथ किसी भी परस्पर क्रिया उत्पादों की सतह पर अनुपस्थिति के कारण होती है, जैसे धातुओं पर ऑक्साइड।

इसके अलावा, ग्रेफाइट में रगड़ सतहों पर चिकनाई प्रभाव डालने की क्षमता होती है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि ग्रेफाइट क्रिस्टल में कार्बन परमाणु एक दूसरे से सपाट रूप से जुड़े होते हैं, और मेषों के बीच का बंधन कमजोर होता है और इसमें एक अंतर्वैयक्तिक प्रकृति होती है (जैसा कि आणविक अक्षांशों वाले पदार्थों में होता है)। नतीजतन, पहले से ही छोटे यांत्रिक बलों ने एक दूसरे के सापेक्ष ग्रिड के विस्थापन का कारण बना। यह एक स्नेहक के रूप में ग्रेफाइट की कार्रवाई का कारण बनता है।

4. कार्बन और उसके यौगिकों के रासायनिक गुण।

कार्बन के मुख्य रासायनिक गुणों में से एक इसके मजबूत कम करने वाले गुण हैं। केवल अपेक्षाकृत कम तापमान पर, कार्बन रासायनिक रूप से निष्क्रिय है।

आइए कार्बन के रासायनिक गुणों पर एक नज़र डालें:

ऑक्सीजन में दहन सी + ओ 2 = सीओ 2 + क्यू;

कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ सहभागिता С + СО 2 = 2СО;

ऑक्साइड से धातुओं की कमी 3 Fe + Fe 2 O 3 = 3CO 2 + 4Fe।

4.1। कार्बन मोनोऑक्साइड।

कार्बन मोनोऑक्साइड कार्बन और उससे युक्त पदार्थों के पूर्ण दहन का उत्पाद है।

ऑक्सीजन, कार्बन के साथ यौगिकों में, स्थितियों के आधार पर, +2 और +4 के मूल्यों को प्रदर्शित करता है।

जब कार्बन युक्त पदार्थों (जलाऊ लकड़ी, कोयला, प्राकृतिक गैस, मीथेन, शराब, आदि) के दहन के दौरान एक पारंपरिक लौ का तापमान प्रतिक्रिया करता है:

सी + ओ 2 = सीओ 2

यदि दूसरी ओर, तापमान बढ़ाने के लिए परिस्थितियां बनाई जाती हैं, उदाहरण के लिए, गर्मी सिंक कम हो जाता है (एक जलती हुई कोयला की एक मोटी परत के अंदर, एक ब्लास्ट फर्नेस में), तो प्रतिक्रियाएं आगे बढ़ती हैं:

C + O 2 = 2CO

CO 2 + C = 2CO

यह निम्नलिखित मामलों में भी बनता है:

जैव रासायनिक प्रक्रियाओं का ऑक्सीकरण, श्वसन, क्षय,

मीथेन दहन

सीएच 4 + ओ 2 = सीओ 2 + 2 एच 2 ओ

कार्बोनेट के साथ एसिड की सहभागिता

कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट का थर्मल अपघटन:

सीएसीओ 3 = सीएओ + सीओ 2

2 नाहो 3 = ना 2 सीओ 3 + सीओ 2 + एच 2 ओ

कार्बन मोनोऑक्साइड हवा की तुलना में भारी है, यह एक गंधहीन गैस, रंग और स्वाद है।

1. भंग होने पर, यह कार्बोनिक एसिड बनाने के लिए पानी के साथ संपर्क करता है:

सीओ 2 + एच 2 ओ = एच 2 सीओ 3

2. प्रमुख आक्साइड के साथ प्रतिक्रिया:

सीओ 2 + सीएओ = सीएसीओ 3

3. मैदान के साथ प्रतिक्रियाएं:

सीओ 2 + सीए (ओएच) 2 = सीएसीओ 3 + एच 2 ओ

4.2. कार्बोनिक एसिड।

कमजोर डिबासिक एसिड, जो पानी में कार्बन मोनोऑक्साइड सीओ 2 को भंग करके बनता है।

कार्बोनिक एसिड लवण की दो पंक्तियाँ देता है:

पानी में घुलनशील बाइकार्बोनेट्स (NaHCO 3 - बेकिंग सोडा, Na 2 CO 3 - सोडा, K 2 CO 3 - पोटैशियम),

अघुलनशील (MgCO 3, CaCO 3)।

हाइड्रोकार्बन और कार्बोनेट के गठन की प्रतिक्रियाएं:

CO 2 + NaOH = NaHCO 3

CO 2 + 2NOH = Na 2 CO3 + H 2 O

कार्बोनिक एसिड के लवण हाइड्रोलाइज्ड होते हैं।

कार्बोनिक एसिड को मजबूत एसिड द्वारा लवण से विस्थापित किया जाता है:

सीएसीओ 3 + 2 एचसीआई = सीएसीआई 2 + सीओ 2 + एच 2 ओ

5. कार्बन और उसके यौगिकों का उपयोग।

उद्योग में, कार्बन (ग्रेफाइट) को अक्सर स्नेहक के रूप में उपयोग किया जाता है।

इसके अलावा, ग्रेफाइट के आधार पर, तथाकथित मिश्रित सामग्री का उत्पादन किया जाता है, विशेष रूप से, कार्बन प्लास्टिक, जिसमें ग्रेफाइट फाइबर एपॉक्सी राल के एक मैट्रिक्स पर स्थित होते हैं।

ग्रेफाइट के संक्षारण प्रतिरोध का उपयोग जहाज निर्माण में किया जाता है।

ये मिश्रित सामग्री विमानन और अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। आखिरकार, ताकत के अलावा, वे हल्के होते हैं। यह "प्रकाश" एल्यूमीनियम, पी = 2.7 ग्राम / सेमी 3, और अधिक लोहे, पी = 7.9 ग्राम / सेमी 3 के घनत्व के साथ ग्रेफाइट, पी = 2.3 ग्राम / सेमी 3 की घनत्व की तुलना करने के लिए पर्याप्त है, इस मूल्य के बारे में आश्वस्त होने के लिए गुण।

और, निश्चित रूप से, हम सभी जानते हैं कि हीरे का उपयोग गहने उद्योग में सभी प्रकार के गहने के निर्माण के लिए किया जाता है, और विभिन्न उद्योगों में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जहां उनकी उच्च शक्ति संपत्ति का उपयोग किया जाता है।

एमओयू "निकिफोरोवस्काया सेकेंडरी सेकेंडरी स्कूल or1"

कार्बन और इसके मुख्य अकार्बनिक यौगिक

अमूर्त

पूर्ण: छात्र 9 वी कक्षा

सिदोरोव अलेक्जेंडर

शिक्षक: सखारोवा एल.एन.

दिमित्रिक्का 2009

परिचय

अध्याय I कार्बन के बारे में सब कुछ

1.1। प्रकृति में कार्बन

1.2। एलोट्रोपिक कार्बन संशोधन

1.3। कार्बन के रासायनिक गुण

1.4। कार्बन का उपयोग

अध्याय II अकार्बनिक कार्बन यौगिक

निष्कर्ष

साहित्य

परिचय

कार्बन (लाट। कार्बोनियम) C आवधिक प्रणाली के समूह IV का एक रासायनिक तत्व है: परमाणु संख्या 6, परमाणु द्रव्यमान 12,011 (1)। कार्बन परमाणु की संरचना पर विचार करें। कार्बन परमाणु के बाहरी ऊर्जा स्तर में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं। रेखांकन ड्रा करें:

कार्बन को प्राचीन काल से जाना जाता है, और इस तत्व के खोजकर्ता का नाम अज्ञात है।

XVII सदी के अंत में। फ्लोरेंटाइन वैज्ञानिकों एवेर्नी और टार्डज़ोनी ने कई छोटे हीरों को एक बड़े में फ्यूज़ करने की कोशिश की और धूप से कांच के गिलास की मदद से उन्हें गर्म किया। हीरे गायब हो गए, हवा में जल गए। 1772 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ ए लवॉज़ियर ने दिखाया कि सीओ 2 हीरे के दहन के दौरान बनता है। केवल 1797 में, अंग्रेजी वैज्ञानिक एस। टेनेंट ने ग्रेफाइट और कोयले की प्रकृति की पहचान साबित की। कोयले और हीरे की समान मात्रा के दहन के बाद, कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) की मात्रा समान हो गई।

कार्बन यौगिकों की विविधता, इसके परमाणुओं की एक दूसरे के साथ गठबंधन करने की क्षमता और अन्य तत्वों के परमाणुओं के विभिन्न तरीकों से होने के कारण, अन्य तत्वों के बीच कार्बन की विशेष स्थिति निर्धारित करती है।

सिर मैं । सभी कार्बन के बारे में

1.1। प्रकृति में कार्बन

कार्बन प्रकृति में पाया जाता है, दोनों मुक्त अवस्था में और यौगिकों के रूप में।

फ्री कार्बन हीरे, ग्रेफाइट और कार्बाइन के रूप में पाया जाता है।

हीरे बहुत दुर्लभ हैं। सबसे बड़ा ज्ञात हीरा, कलिनन, 1905 में दक्षिण अफ्रीका में पाया गया था, इसका वजन 621.2 ग्राम था, और इसे 10 × 6.5 × 5 सेमी मापा गया था। सबसे बड़े और सबसे सुंदर हीरे में से एक मॉस्को में डायमंड फंड में संग्रहित है। दुनिया - "ईगल्स" (37.92 ग्राम)।

हीरे को इसका नाम ग्रीक से मिला। "अदमस" - अजेय, अविनाशी। सबसे महत्वपूर्ण हीरे के भंडार दक्षिण अफ्रीका, ब्राजील और याकुतिया में स्थित हैं।

जर्मनी में ग्रेफाइट की बड़ी मात्रा में, श्रीलंका में, साइबेरिया में, अल्ताई में स्थित हैं।

मुख्य कार्बन युक्त खनिज हैं: मैग्नेसाइट MgCO 3, कैल्साइट (चूना पत्थर, चूना पत्थर, संगमरमर, चाक) CaCO 3, डोलोमाइट CaMg (CO 3) 2, आदि।

सभी दहनशील खनिज - तेल, गैस, पीट, पत्थर और भूरा कोयला, शेल - कार्बन आधार पर बनाए जाते हैं। 99% C तक के कुछ जीवाश्म अंग कार्बन की संरचना में करीब हैं।

पृथ्वी के क्रस्ट का 0.1% कार्बन खाता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) सीओ 2 कार्बन के रूप में वायुमंडल का एक घटक है। सीओ 2 की एक बड़ी मात्रा जलमंडल में भंग हो जाती है।

1.2। एलोट्रोपिक कार्बन संशोधन

मौलिक कार्बन तीन एलोट्रोपिक संशोधनों का निर्माण करता है: हीरा, ग्रेफाइट, कारबिन।

1. हीरा - एक रंगहीन, पारदर्शी क्रिस्टलीय पदार्थ, प्रकाश की किरणों को अत्यधिक मजबूती से अपवर्तित करता है। हीरे में कार्बन परमाणु 3 संकरण की स्थिति में हैं। उत्तेजित अवस्था में, कार्बन परमाणुओं में वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का वाष्पीकरण होता है और चार अप्रभावित इलेक्ट्रॉनों का निर्माण होता है। जब रासायनिक बंधन बनते हैं, तो इलेक्ट्रॉन बादल उसी लम्बी आकृति को प्राप्त करते हैं और उन्हें अंतरिक्ष में व्यवस्थित किया जाता है ताकि उनकी कुल्हाड़ियों को टेट्राहेड्रोन के कोने तक निर्देशित किया जा सके। जब इन बादलों के कोने अन्य कार्बन परमाणुओं के बादलों के साथ ओवरलैप होते हैं, तो सहसंयोजक बंधन 109 ° 28 "के कोण पर उत्पन्न होते हैं, और हीरे की एक परमाणु क्रिस्टल जाली विशेषता बनती है।

एक हीरे में प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य लोगों से घिरा होता है, जो टेट्राहेड्रा के शीर्ष से दिशाओं में स्थित होता है। टेट्राहेड्रा में परमाणुओं के बीच की दूरी 0.154 एनएम है। सभी बंधों की ताकत समान है। इस प्रकार, एक हीरे में परमाणुओं को बहुत कसकर "पैक" किया जाता है। 20 डिग्री सेल्सियस पर, हीरे का घनत्व 3.515 ग्राम / सेमी 3 है। यह इसकी असाधारण कठोरता की व्याख्या करता है। हीरा विद्युत प्रवाह को खराब तरीके से संचालित करता है।

1961 में, सोवियत संघ ने ग्रेफाइट से सिंथेटिक हीरे का औद्योगिक उत्पादन शुरू किया।

हीरे के औद्योगिक संश्लेषण में, हजारों एमपीए के दबाव और 1500 से 3000 डिग्री सेल्सियस के तापमान का उपयोग किया जाता है। यह प्रक्रिया उत्प्रेरक की उपस्थिति में आयोजित की जाती है, जो कुछ धातुओं की सेवा कर सकती है, उदाहरण के लिए नी। बनाए गए हीरे के थोक छोटे क्रिस्टल और हीरे की धूल हैं।

1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर हवा के उपयोग के बिना गर्म होने पर, एक हीरा ग्रेफाइट में बदल जाता है। 1750 डिग्री सेल्सियस पर, हीरे को ग्रेफाइट में बदलने से जल्दी होता है।

हीरे की संरचना

2. ग्रेफाइट एक धूसर-काले क्रिस्टलीय पदार्थ है, जो धातु की चमक के साथ होता है, जो स्पर्श के लिए तैलीय होता है, कागज के लिए भी कठोरता से हीन।

ग्रेफाइट क्रिस्टल में कार्बन परमाणु 2 संकरण की स्थिति में होते हैं: उनमें से प्रत्येक में पड़ोसी परमाणुओं के साथ तीन सहसंयोजक graph बंध बनते हैं। कनेक्शन की दिशाओं के बीच के कोण 120 ° हैं। परिणाम नियमित हेक्सागोन्स से बना एक ग्रिड है। परत के अंदर कार्बन परमाणुओं के आसन्न नाभिक के बीच की दूरी 0.142 एनएम है। ग्रेफाइट में प्रत्येक कार्बन परमाणु की बाहरी परत के चौथे इलेक्ट्रॉन को संकरण में भाग न लेने वाले पी-ऑर्बिटल द्वारा कब्जा कर लिया जाता है।

कार्बन परमाणुओं के गैर-हाइब्रिड इलेक्ट्रॉन बादल परत के विमान के लिए लंबवत होते हैं, और एक दूसरे के साथ अतिव्यापी होते हैं, डेलोकाइज्ड bonds-बॉन्ड बनाते हैं। ग्रेफाइट क्रिस्टल में आसन्न परतें 0.335 एनएम से अलग होती हैं और कमजोर रूप से परस्पर जुड़ी होती हैं, मुख्यतः वैन डेर वाल्स बलों द्वारा। इसलिए, ग्रेफाइट में कम यांत्रिक शक्ति होती है और आसानी से तराजू में विभाजित हो जाती है, जो स्वयं बहुत टिकाऊ होती है। ग्रेफाइट में कार्बन परतों के बीच का बंधन आंशिक रूप से धातु है। यह इस तथ्य की व्याख्या करता है कि ग्रेफाइट अच्छी तरह से बिजली का संचालन करता है, लेकिन फिर भी धातुओं के रूप में अच्छा नहीं है।

ग्रेफाइट संरचना

ग्रेफाइट में भौतिक गुण दिशाओं में बहुत भिन्न होते हैं - लंबवत और कार्बन परमाणुओं की परतों के समानांतर।

जब हवा के बिना गर्म किया जाता है, तो ग्रेफाइट 3700 डिग्री सेल्सियस में किसी भी परिवर्तन से नहीं गुजरता है। इस तापमान पर, यह पिघलता है, पिघलता नहीं।

बिना एयर एक्सेस के इलेक्ट्रिक भट्टियों में 3000 डिग्री सेल्सियस पर कोयले के सर्वश्रेष्ठ ग्रेड से कृत्रिम ग्रेफाइट प्राप्त किया जाता है।

ग्रेफाइट थर्मोडायनामिक रूप से तापमान और दबावों की एक विस्तृत श्रृंखला पर स्थिर होता है; इसलिए, इसे कार्बन की मानक अवस्था के रूप में स्वीकार किया जाता है। ग्रेफाइट का घनत्व 2.265 ग्राम / सेमी 3 है।

3. कार्बिन - महीन दाने वाला काला पाउडर। इसकी क्रिस्टल संरचना में, कार्बन परमाणुओं को रैखिक श्रृंखलाओं में एकल और ट्रिपल बॉन्ड से जोड़ा जाता है:

--С≡С - С≡С - С−С–

यह पदार्थ पहली बार वी.वी. कोर्शाकोम, ए.एम. स्लादकोव, वी.आई. कासाटोचिन, यू.पी. XX सदी के शुरुआती 60 के दशक में कुद्र्यावत्सेवम।

इसके बाद, यह दिखाया गया कि कारबिन अलग-अलग रूपों में मौजूद हो सकता है और इसमें पॉलीसिटिलीन और पॉलीकमाइलीन दोनों श्रृंखलाएं होती हैं, जिसमें कार्बन परमाणु दोहरे बंधन से जुड़े होते हैं:

C = C = C = C = C = C =

कार्बिन बाद में प्रकृति में पाया गया था - एक उल्का पदार्थ में।

कार्बिन में अर्धचालक गुण होते हैं, प्रकाश की क्रिया के तहत, इसकी चालकता बहुत बढ़ जाती है। क्रिस्टल जाली में विभिन्न प्रकार के बांडों और कार्बन परमाणुओं की चेन बिछाने के विभिन्न तरीकों के अस्तित्व के कारण, कार्बीने के भौतिक गुण व्यापक रूप से भिन्न हो सकते हैं। जब 2000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर हवा के उपयोग के बिना गर्म किया जाता है, तो कारबिन स्थिर होता है, लगभग 2300 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, ग्रेफाइट के लिए इसका संक्रमण मनाया जाता है।

प्राकृतिक कार्बन में दो समस्थानिक होते हैं

पहले यह माना जाता था कि लकड़ी का कोयला, कालिख और कोक शुद्ध कार्बन की संरचना के समान हैं और हीरे और ग्रेफाइट से गुणों में भिन्न होते हैं, कार्बन के एक स्वतंत्र एलोट्रोपिक संशोधन ("अनाकार कार्बन") का प्रतिनिधित्व करते हैं। हालांकि, यह पाया गया कि इन पदार्थों में सबसे छोटे क्रिस्टलीय कण होते हैं जिसमें कार्बन परमाणु ग्रेफाइट की तरह ही बंधे होते हैं।

4. कोयला - बारीक पिसा हुआ ग्रेफाइट। यह बिना हवा के उपयोग के कार्बन युक्त यौगिकों के थर्मल अपघटन के दौरान बनता है। जिस पदार्थ से उन्हें प्राप्त किया जाता है और उत्पादन की विधि के आधार पर गुण गुणों में काफी भिन्नता होती है। उनमें हमेशा अशुद्धियाँ होती हैं जो उनके गुणों को प्रभावित करती हैं। कोयले के सबसे महत्वपूर्ण प्रकार कोक, चारकोल और कालिख हैं।

कोयले को हवा के उपयोग के बिना कोयले को गर्म करके प्राप्त किया जाता है।

चारकोल तब बनता है जब लकड़ी हवा के बिना गर्म होती है।

Soot एक बहुत ही बढ़िया ग्रेफाइट क्रिस्टलीय पाउडर है। हवा के सीमित उपयोग के साथ हाइड्रोकार्बन (प्राकृतिक गैस, एसिटिलीन, तारपीन, आदि) के दहन द्वारा गठित।

सक्रिय कार्बन मुख्य रूप से कार्बन से युक्त झरझरा औद्योगिक adsorbents हैं। सोखना गैसों और विलेय के ठोस की सतह द्वारा अवशोषण को संदर्भित करता है। सक्रिय कार्बन ठोस ईंधन (पीट, भूरा और काला कोयला, एन्थ्रेसाइट), लकड़ी और इसके संसाधित उत्पादों (लकड़ी का कोयला, चूरा, कागज अपशिष्ट), चमड़े के उद्योग के कचरे, जानवरों की उत्पत्ति की सामग्री, जैसे हड्डियों से प्राप्त होते हैं। उच्च यांत्रिक स्थायित्व में भिन्न कोयले, नारियल और अन्य नट के खोल से, फलों के पत्थरों से बनाते हैं। कोयले की संरचना को सभी आकारों के छिद्रों द्वारा दर्शाया जाता है, हालाँकि, सोखने की क्षमता और सोखने की दर को बड़े पैमाने पर या कणिकाओं की मात्रा की एक इकाई में माइक्रोप्रोर्स की सामग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है। सक्रिय कार्बन के उत्पादन में, प्रारंभिक सामग्री को पहले हवा के बिना गर्मी उपचार के अधीन किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप राल से नमी और भाग को हटा दिया जाता है। यह कोयले की एक बड़ी छिद्र संरचना बनाता है। एक सूक्ष्म संरचना प्राप्त करने के लिए, सक्रियण या तो गैस या भाप के साथ ऑक्सीकरण द्वारा या रासायनिक अभिकर्मकों के साथ उपचार द्वारा किया जाता है।

1.3। कार्बन के रासायनिक गुण

साधारण तापमान पर, हीरा, ग्रेफाइट, कोयला रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं, लेकिन उच्च तापमान पर उनकी गतिविधि बढ़ जाती है। कार्बन के मुख्य रूपों की संरचना से निम्नानुसार, ग्रेफाइट और विशेष रूप से हीरे की तुलना में कोयला अधिक आसानी से प्रतिक्रिया करता है। ग्रेफाइट केवल हीरे की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील नहीं है, लेकिन, कुछ पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके, यह उन उत्पादों को बना सकता है जो हीरे का निर्माण नहीं करते हैं।

1. ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में, कार्बन उच्च तापमान पर कुछ धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे कार्बाइड बनता है:

CS + 4Al = Al 4 C 3 (एल्यूमीनियम कार्बाइड)।

2. हाइड्रोजन के साथ, कोयला और ग्रेफाइट हाइड्रोकार्बन बनाते हैं। सबसे सरल प्रतिनिधि - मीथेन सीएच 4 - एक उच्च तापमान (60-1000 फीट) पर नी उत्प्रेरक की उपस्थिति में प्राप्त किया जा सकता है:

3. ऑक्सीजन के साथ बातचीत करते समय, कार्बन गुणों को कम करने का प्रदर्शन करता है। किसी भी एलोट्रोपिक संशोधन के कार्बन के पूर्ण दहन के साथ, कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) बनता है:

सी + ओ 2 = सीओ 2।

अपूर्ण दहन कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO का उत्पादन करता है:

C + O 2 = 2SO।

दोनों प्रतिक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं।

4. धातु के आक्साइड (जस्ता, तांबा, सीसा, आदि) के साथ बातचीत करते समय विशेष रूप से उज्ज्वल रूप से कोयले के गुणों को कम किया जाता है, उदाहरण के लिए:

C + 2CuO = CO 2 + 2Cu,

С + 2ZnO = СО 2 + 2Zn।

इन प्रतिक्रियाओं पर धातु विज्ञान की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया आधारित है - अयस्कों से धातुओं का गलाना।

अन्य मामलों में, उदाहरण के लिए, जब कैल्शियम ऑक्साइड के साथ बातचीत होती है, तो कार्बाइड बनते हैं:

काओ + जेडएस = सीएसी 2 + सीओ।

5. कोयला गर्म केंद्रित सल्फ्यूरिक और नाइट्रिक एसिड द्वारा ऑक्सीकरण किया जाता है:

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O,

ЗС + 4НNО 3 = 2СО 2 + 4NO + 2Н 2 हे।

क्षार के लिए कार्बन का कोई भी रूप!

1.4। कार्बन का उपयोग

हीरे का उपयोग विभिन्न ठोस पदार्थों के प्रसंस्करण के लिए किया जाता है, ड्रिलिंग चट्टानों के लिए काटने, पीसने, ड्रिलिंग और उत्कीर्णन के लिए। पीसने और काटने के बाद, हीरे को हीरे में बदल दिया जाता है, जिसका उपयोग आभूषण के रूप में किया जाता है।

ग्रेफाइट आधुनिक उद्योग के लिए सबसे मूल्यवान सामग्री है। ढलाई के सांचे, पिघलने वाले क्रूसिबल और अन्य आग रोक उत्पाद ग्रेफाइट से बनाए जाते हैं। इसके उच्च रासायनिक प्रतिरोध के कारण, ग्रेफाइट का उपयोग पाइपों के निर्माण के लिए किया जाता है और अंदर से ग्रेफाइट प्लेटों के साथ लाइन किया जाता है। विद्युत उद्योग में ग्रेफाइट की महत्वपूर्ण मात्रा का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोड के निर्माण में। ग्रेफाइट का उपयोग पेंसिल और कुछ पेंट के निर्माण के लिए, स्नेहक के रूप में किया जाता है। न्यूट्रॉन को धीमा करने के लिए परमाणु रिएक्टरों में बहुत शुद्ध ग्रेफाइट का उपयोग किया जाता है।

रैखिक कार्बन बहुलक - कार्बिन - अर्धचालक के निर्माण के लिए एक आशाजनक सामग्री के रूप में वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित करता है, जो उच्च तापमान, और अति-मजबूत फाइबर पर काम कर सकता है।

चारकोल का उपयोग धातुकर्म उद्योग में, लोहार में किया जाता है।

कोक का उपयोग अयस्कों से धातुओं के गलाने में एक कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है।

ताकत बढ़ाने के लिए रबर के भराव के रूप में सॉट का उपयोग किया जाता है, इसलिए कार के टायर काले होते हैं। Soot का उपयोग मुद्रण स्याही, काजल, जूता पॉलिश के एक घटक के रूप में किया जाता है।

सक्रिय कार्बन का उपयोग विभिन्न पदार्थों को साफ करने, निकालने और अलग करने के लिए किया जाता है। सक्रिय कार्बन का उपयोग गैस मास्क के लिए भराव के रूप में और चिकित्सा में शर्बत के रूप में किया जाता है।

सिर द्वितीय । अकार्बनिक कार्बन यौगिक

कार्बन दो ऑक्साइड बनाता है - कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO और कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO 2।

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO एक रंगहीन, गंधहीन गैस है, जो पानी में घुलनशील है। इसे कार्बन मोनोऑक्साइड कहा जाता है, क्योंकि यह बहुत जहरीला होता है। जब रक्त में सांस लेते हैं, तो यह जल्दी से हीमोग्लोबिन के साथ जुड़ जाता है, जिससे एक मजबूत यौगिक कार्बोक्सीमोग्लोबिन बनता है, जिससे हीमोग्लोबिन को ऑक्सीजन ले जाने की क्षमता से वंचित किया जाता है।

जब 0.1% सीओ युक्त हवा में साँस लेते हैं, तो एक व्यक्ति अचानक चेतना खो सकता है और मर सकता है। कार्बन मोनोऑक्साइड ईंधन के अधूरे दहन के दौरान बनता है, यही वजह है कि समय से पहले चिमनी को बंद करना इतना खतरनाक है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) को जिम्मेदार ठहराया जाता है, जैसा कि आप पहले से ही जानते हैं, गैर-नमक बनाने वाले आक्साइड को, क्योंकि एक गैर-धातु ऑक्साइड के रूप में, इसे नमक और पानी बनाने के लिए क्षार और बुनियादी ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करनी चाहिए, लेकिन यह नहीं देखा गया है।

2CO + O 2 = 2CO 2।

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) धातु आक्साइड से ऑक्सीजन लेने में सक्षम है, अर्थात। धातुओं को अपने आक्साइड से उबरने के लिए।

Fe 2 O 3 + SOA = 2Fe + SOA 2।

यह कार्बन मोनोऑक्साइड (II) की संपत्ति है जिसका उपयोग धातु में लोहे के गलाने में किया जाता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO 2 - आमतौर पर कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में जाना जाता है - एक रंगहीन, गंधहीन गैस है। यह हवा से लगभग डेढ़ गुना भारी है। सामान्य परिस्थितियों में, 1 मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड पानी की 1 मात्रा में भंग हो जाता है।

लगभग 60 एटीएम के दबाव के साथ, कार्बन डाइऑक्साइड रंगहीन तरल में बदल जाता है। जब तरल कार्बन डाइऑक्साइड वाष्पित हो जाता है, तो इसका एक हिस्सा ठोस बर्फ के समान द्रव्यमान में बदल जाता है, जो उद्योग में संकुचित होता है, यह आपके लिए ज्ञात "सूखी बर्फ" है, जिसका उपयोग खाद्य उत्पादों के भंडारण के लिए किया जाता है। आप पहले से ही जानते हैं कि ठोस कार्बन डाइऑक्साइड में एक आणविक जाली है, जो उच्च बनाने की क्रिया में सक्षम है।

कार्बन डाइऑक्साइड सीओ 2 एक विशिष्ट एसिड ऑक्साइड है: यह क्षार (उदाहरण के लिए, यह चूने के पानी की अशांति का कारण बनता है) के साथ प्रतिक्रिया करता है, बुनियादी आक्साइड और पानी के साथ।

यह जलता नहीं है और दहन को बनाए नहीं रखता है, और इसलिए आग बुझाने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, मैग्नीशियम ऑक्साइड बनाने और कालिख के रूप में कार्बन छोड़ने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड में जलता रहता है।

सीओ 2 + 2 एमजी = 2 एमजीओ + सी।

कार्बन डाइऑक्साइड कार्बोनिक एसिड के लवणों पर अभिनय करके प्राप्त किया जाता है - हाइड्रोक्लोरिक, नाइट्रिक और यहां तक ​​कि एसिटिक एसिड के समाधान के साथ कार्बोनेट। प्रयोगशाला में, चाक या संगमरमर पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड की कार्रवाई से कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन होता है।

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 0 + C0 2।

उद्योग में, कार्बन डाइऑक्साइड चूना पत्थर द्वारा प्राप्त किया जाता है:

सीएसीओ 3 = सीएओ + सी 2।

कार्बन डाइऑक्साइड, पहले से ही उल्लेख किए गए आवेदन के अलावा, अपशिष्ट पेय के निर्माण और सोडा के उत्पादन के लिए भी उपयोग किया जाता है।

जब कार्बन (IV) ऑक्साइड पानी में घुल जाता है, तो कार्बोनिक एसिड H 2 CO 3 बनता है, जो बहुत अस्थिर होता है और आसानी से अपने प्रारंभिक घटकों - कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में विघटित हो जाता है।

डिबासिक एसिड के रूप में, कार्बोनिक एसिड लवण की दो पंक्तियाँ बनाता है: मध्यम - कार्बोनेट, जैसे कि CaCO 3, और अम्लीय - बाइकार्बोनेट, जैसे Ca (HCO 3) 2। पानी में कार्बोनेट्स से, केवल पोटेशियम, सोडियम और अमोनियम के लवण घुलनशील हैं। एसिड लवण आमतौर पर पानी में घुलनशील होते हैं।

पानी की उपस्थिति में कार्बन डाइऑक्साइड की अधिकता के साथ, कार्बोनेट को बाइकार्बोनेट में परिवर्तित किया जा सकता है। इसलिए, अगर कार्बन डाइऑक्साइड को चूने के पानी से गुजारा जाता है, तो यह पहले से अवक्षेपित पानी-अघुलनशील कैल्शियम कार्बोनेट के कारण बादल बन जाएगा, लेकिन कार्बन डाइऑक्साइड के आगे संचरण के साथ, घुलनशील कैल्शियम कार्बोनेट के गठन के परिणामस्वरूप बादल गायब हो जाते हैं:

CACO 3 + H 2 O + СO 2 = Са (НСО 3) 2।

यह इस नमक की उपस्थिति है जो पानी की अस्थायी कठोरता की व्याख्या करता है। अस्थायी क्यों? क्योंकि गर्म होने पर, घुलनशील कैल्शियम बाइकार्बोनेट को फिर से अघुलनशील कार्बोनेट में बदल दिया जाता है:

Ca (НСО 3) 2 = СаСO 3 Н + Н 2 0 + С0 2।

इस प्रतिक्रिया से बॉयलरों की दीवारों पर स्टीम हीटिंग पाइप और घरेलू केतली के पैमाने बन जाते हैं और प्रकृति में इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, गुफाओं से नीचे लटकने वाले अजीब स्टैलेक्टाइटिस नीचे लटक रहे हैं, जिसकी ओर से नीचे से डंठल बढ़ते हैं।

अन्य कैल्शियम और मैग्नीशियम लवण, विशेष रूप से क्लोराइड और सल्फेट्स में, पानी को एक निरंतर कठोरता देते हैं। पानी की स्थायी कठोरता को उबालने से खत्म नहीं किया जा सकता है। हमें एक और कार्बोनेट - सोडा का उपयोग करना होगा।

Na 2 CO 3, जो इन Ca 2+ आयनों को तलछट में परिवर्तित करता है, उदाहरण के लिए:

L 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 2 + 2NaCl।

सोडा का उपयोग अस्थायी पानी की कठोरता को खत्म करने के लिए भी किया जा सकता है।

कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट को एसिड समाधानों का उपयोग करके पता लगाया जा सकता है: जब उन पर एसिड द्वारा कार्रवाई की जाती है, तो मुक्त कार्बन डाइऑक्साइड के कारण एक विशेषता "उबलते" मनाया जाता है।

यह प्रतिक्रिया कार्बोनिक एसिड के लवण के लिए एक गुणात्मक प्रतिक्रिया है।

निष्कर्ष

सभी नश्वर जीवन कार्बन पर आधारित है। एक जीवित जीव का प्रत्येक अणु कार्बन कंकाल के आधार पर बनाया गया है। कार्बन परमाणु लगातार जीवमंडल के एक भाग (पृथ्वी के संकीर्ण खोल, जहां जीवन मौजूद है) से दूसरे भाग में जाते हैं। उदाहरण के रूप में प्रकृति में कार्बन चक्र का उपयोग करते हुए, हम अपने ग्रह पर जीवन की तस्वीर को गतिकी में खोज सकते हैं।

पृथ्वी पर मुख्य कार्बन भंडार वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में हैं और महासागरों में, अर्थात् कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) में विघटित हैं। वायुमंडल में पहले कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं पर विचार करें। पौधे इन अणुओं को अवशोषित करते हैं, फिर प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में एक कार्बन परमाणु को विभिन्न कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित किया जाता है और इस प्रकार पौधों की संरचना में शामिल किया जाता है। इसके अलावा, कई विकल्प हैं:

1. पौधों के मरने तक कार्बन पौधों में रह सकता है। तब उनके अणु भोजन में डीकंपोजर्स (जीव जो मृत कार्बनिक पदार्थों को खिलाते हैं और एक ही समय में इसे सरल अकार्बनिक यौगिकों में नष्ट कर देते हैं) जैसे कि कवक और दीमक में चले जाएंगे। आखिरकार, कार्बन CO 2 के रूप में वायुमंडल में वापस आ जाएगा;

2. पौधे जड़ी-बूटियों द्वारा खाए जा सकते हैं। इस मामले में, कार्बन या तो वायुमंडल में वापस आ जाएगा (जानवरों की सांस लेने की प्रक्रिया में और जब वे मृत्यु के बाद विघटित होते हैं), या मांसाहारी जानवरों को मांसाहारियों द्वारा खाया जाएगा (और फिर कार्बन फिर से उसी तरह वातावरण में लौट आएगा);

3. पौधे भूमिगत होकर मर सकते हैं और समाप्त हो सकते हैं। फिर अंततः वे जीवाश्म ईंधन में बदल जाएंगे - उदाहरण के लिए, कोयला।

समुद्री जल में मूल सीओ 2 अणु के विघटन के मामले में, कई विकल्प भी संभव हैं:

कार्बन डाइऑक्साइड बस वायुमंडल में लौट सकता है (महासागरों और वायुमंडल के बीच इस प्रकार का पारस्परिक गैस विनिमय हर समय होता है);

कार्बन समुद्री पौधों या जानवरों के ऊतकों में प्रवेश कर सकता है। फिर यह धीरे-धीरे महासागरों के तल पर तलछट के रूप में जमा हो जाएगा और अंततः चूना पत्थर में बदल जाएगा या तलछट से फिर से समुद्र के पानी में बदल जाएगा।

यदि कार्बन तलछट या जीवाश्म ईंधन का हिस्सा है, तो इसे वायुमंडल से हटा दिया जाता है। पृथ्वी के अस्तित्व के दौरान, इस प्रकार हटाए गए कार्बन को कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था, जो ज्वालामुखी विस्फोट और अन्य भूतापीय प्रक्रियाओं के दौरान वायुमंडल में प्रवेश किया था। आधुनिक परिस्थितियों में, मानव जीवाश्म ईंधन से उत्सर्जन को इन प्राकृतिक कारकों में भी जोड़ा जाता है। ग्रीनहाउस प्रभाव पर सीओ 2 के प्रभाव के कारण, वातावरण का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों के लिए कार्बन चक्र का अध्ययन एक महत्वपूर्ण कार्य बन गया है।

इस खोज का एक हिस्सा पौधों के ऊतकों में पाए गए सीओ 2 की मात्रा निर्धारित कर रहा है (उदाहरण के लिए, एक नए लगाए गए जंगल में) - वैज्ञानिक कार्बन सिंक कहते हैं। जैसा कि विभिन्न देशों की सरकारें सीओ 2 उत्सर्जन को सीमित करने के लिए एक अंतरराष्ट्रीय समझौते पर पहुंचने की कोशिश कर रही हैं, व्यक्तिगत देशों में सिंक और कार्बन उत्सर्जन के संतुलित अनुपात का मुद्दा औद्योगिक देशों के लिए विवाद की एक प्रमुख हड्डी बन गया है। हालांकि, वैज्ञानिकों को संदेह है कि वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड के संचय को केवल वृक्षारोपण से रोका जा सकता है।

कार्बन बंद स्थैतिक रास्तों के माध्यम से स्थलीय जीवमंडल में लगातार घूम रहा है। वर्तमान में, जीवाश्म ईंधन के जलने के प्रभावों को प्राकृतिक प्रक्रियाओं में जोड़ा जा रहा है।

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