Carbon je akým prvkom. Technický uhlík, jeho prijatie

Cez uhlík sa myslí chemický prvok, s nekovovými vlastnosťami. Označuje sa písmenom C a považuje sa za chemický prvok štvrtej skupiny druhej periódy v periodickej tabuľke. Jeho sériové číslo je 6 a jeho atómová hmotnosť je 12,0107. Dnes existuje niekoľko typov uhlíkových modifikácií. Diamant, grafit sú uhlík, pričom sa líšia v štruktúre kryštálovej mriežky. Tam sú tiež fullerenes, carbin, a menej známy lonsdaleite, ktorý bol nájdený v meteoritoch, ktoré spadli na zem. Vo veľmi veľkých množstvách uhlíka sa nachádza aj uhlie, ktoré sa používa ako palivo. Vyrába tiež uhlíkové elektródy pre priemyselné pece atď.

Metódy výroby uhlíka v priemysle

Dnes existujú štyri najbežnejšie spôsoby produkcie sadzí. Sú založené na termooxidačnom rozklade plynných a kvapalných uhľovodíkov. V závislosti od použitých surovín však existujú: pec, lampa, tepelné a kanálové metódy. Okrem priemyselných metód existuje niekoľko spôsobov, ako sa môže vyrábať aj uhlík.

Skvelý spôsob, ako získať uhlík doma, je vytvoriť uhlíkovú zlúčeninu s cukrom. Pre tento experiment budete potrebovať koncentrát kyseliny sírovej, rukavice, cukor, vodu a kyselinu sírovú.

• Než sa dostanete uhlík, musíte si vziať sklenenú fľašu.
• Potom do nej nalejte nejaký cukor.
• Potom nalejte vodu do tej istej banky. Množstvo vody by malo byť o dva centimetre vyššie ako hladina cukru.
• Potom by ste mali byť veľmi opatrní, pretože sa musíte zaoberať kyselinou sírovou.
• Vezmite koncentrovanú kyselinu sírovú, potom opatrne v malých kvapkách pridajte do rovnakej banky s cukrom. Po určitom čase sa v banke vytvorí čistý uhlík.

Pri použití gumy existuje aj iná možnosť:

• Vezmite kovovú nádobu, ktorá má navyše tesne uzavreté veko a paru.
• Potom ponorte do tejto nádoby kus gumy.
• Potom musíte vložiť nádobu na plynový horák.
• Koniec parnej rúrky sa musí znížiť do nádoby. Počas vykurovania bez vzduchu, kaučuk nebude horieť, rozloží sa, zatiaľ čo plyny (metán, kvapalné uhľovodíky) vychádzajú z výfukovej rúry.
• Po určitom čase by mal uhlík zostať na dne nádrže. Vzorec tejto zlúčeniny bude obsahovať veľké množstvo C, to znamená uhlíka.

Jednoduchšia metóda je získať oxid uhoľnatý. Všimnite si, že predtým, než dostanete oxid uhoľnatý, musíte mať jednoduchý etylén. Keď sa spaľuje (C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O), dostanete oxid uhoľnatý a vodu.

Poznámka: Keď pracujete s kyselinou, musíte postupovať opatrne (noste rukavice a okuliare). Pri termickom rozklade gumy by sa tento experiment mal vykonávať iba vonku alebo vo vetranej miestnosti.

Pracovný plán:

úvod

Štruktúra uhlíkového atómu.

Distribúcia v prírode.

Výroba uhlíka.

Fyzikálne a chemické vlastnosti.

Národný hospodársky význam.

Uhlík v tele.

Referencie.

úvod

Uhlík (lat. Carboneum), C - chemický prvok skupiny IV, periodický
  Systém Mendeleev. Existujú dva stabilné izotopy 12C (98,892%) a 13C
(1,108 %).

Uhoľný uhlíok je známy už dávno. Uhlie slúžilo
  získavanie kovov z rúd, diamant - ako klenot.
  Oveľa neskôr sa grafit používal na výrobu téglikov a
  ceruzky.

V roku 1778 K. Scheele, zahrievanie grafitu s dusičnanom, zistil,
  ako aj pri vykurovaní uhlia s dusičnanmi sa emituje oxid uhličitý.
  Chemické zloženie diamantu bolo stanovené ako výsledok pokusov A. Lavoisiera
  (1772) o štúdiu spaľovania diamantov vo vzduchu a výskum S. Tennant
  (1797), ktorí dokázali, že sa vyrábajú rovnaké množstvá diamantu a uhlia
  oxidácia rovnaké množstvo oxidu uhličitého. Uhlík ako chemický
  prvok bol uznaný až v roku 1789 A. Lavoisierom. Latinský názov
  uhlie z karbónového uhlia.

Štruktúra uhlíkového atómu.

Jadro najstabilnejšieho izotopu uhlíka, hmotnosť 12 (prevalencia
  98,9%) má 6 protónov a 6 neutónov (12 nukleónov) usporiadaných v troch
  kvartetmi, každý obsahuje 2 protóny a dva neutrony podobné jadru
  hélium. Ďalší stabilný uhlíkový izotop je 13C (približne 1,1%) a v stopách
  v prírode existuje v prírode nestabilný izotop 14C s periódou
  polčas rozpadu 5730 rokov, ktorý má o-radenie. V normálnom uhlíku
Všetky tri izotopy vo forme CO2 sa podieľajú na cykle živých látok. Po smrti
  spotreba uhlíka v živom tele sa zastaví a môže byť datovaná
  C-obsahujúcich objektov, merajúcich hladinu rádioaktivity 14C. znížiť
  o-ožarovanie 14C02 v pomere k času, ktorý uplynul od smrti.
  V roku 1960 získal W. Libby výskum rádioaktívneho uhlíka.
  Nobelovu cenu.

V základnom stave tvoria elektróny 6 uhlíkov elektróny
  konfigurácia 1s22s22px12py12pz0. Štyri elektróny druhej úrovne
  sú valencia, ktorá zodpovedá pozícii uhlíka v skupine IVA
  periodický systém. Pre oddelenie elektrónu od atómu v plyne
  fáza vyžaduje veľkú energiu (asi 1070 kJ / mol), uhlík sa netvorí
  iónové väzby s inými prvkami, pretože by to vyžadovalo
  oddelenie elektrónu od tvorby pozitívneho iónu. majúce
  elektronegativita rovnajúca sa 2,5, uhlík nevykazuje a nie je silný
  elektrónová afinita, nie je aktívnym akceptorom
  elektróny. Preto nie je náchylný na tvorbu častíc s negatívom
  náboj. Ale s čiastočne iónovým charakterom väzby, niektoré zlúčeniny
  uhlík, napríklad karbidy. V zlúčeninách vykazuje uhlík
  oxidujúci stav 4. Tak sa môžu zúčastniť štyri elektróny
  spojenie, je potrebné vyparovať 2s elektróny a skákať
  jeden z týchto elektrónov v orbite 2pz; to tvorí 4
  tetraedrických väzieb s uhlom medzi 109 a. Valence zlúčeniny
  uhlíkové elektróny sú z nej len čiastočne čerpané, takže sú uhlíky
  tvorí silné kovalentné väzby medzi susednými atómami C - C
  pomocou spoločného elektronického páru. Energia zlomu takejto väzby je 335
  kJ / mol, zatiaľ čo pre Si - Si väzbu je len 210 kJ / mol,
  preto dlhé reťazce Si-Si sú nestabilné. Charakter kovalentnej väzby
  dokonca aj vo vysoko reaktívnych halogénových zlúčeninách s
  uhlík, CF4 a CC14. Atómy uhlíka sú schopné poskytnúť
  viazanie viac ako jedného elektrónu z každého atómu uhlíka; tak
  dvojitý C = C a triple C = C väzby. Ďalšie položky tiež
  tvoria väzby medzi svojimi atómami, ale iba uhlík je schopný
  tvoria dlhé reťazce. Preto sú známe tisíce uhlíkov
  zlúčeniny nazývané uhľovodíky, v ktorých je viazaný uhlík
  vodíka a iných atómov uhlíka za vzniku dlhých reťazcov alebo
  kruhové štruktúry.

V týchto zlúčeninách môže byť vodík nahradený inými atómami
často na kyslíku, dusíku a halogénoch, aby vytvorili veľa organických látok
  zlúčeniny. Medzi dôležité patria fluorované uhľovodíky -
  uhľovodíky, v ktorých je vodík nahradený atómom fluóru. Takéto zlúčeniny
  extrémne inertné a používajú sa ako plastové a mazacie
  materiály (fluórované uhľovodíky, t.j. uhľovodíky, v ktorých sú všetky atómy vodíka
  nahradené atómami fluóru) a chladivá s nízkou teplotou (chladivá,
  alebo freóny, - fluorochlórované uhľovodíky).

Distribúcia v prírode:

V atóme uhlíka na jeho vonkajších štyroch AO sú štyri elektróny.
  Preto sú všetky štyri AO zapojené do tvorby chemických väzieb.
  To vysvetľuje rozmanitosť a množstvo uhlíkových zlúčenín.

Prevažná väčšina uhlíkových zlúčenín patrí do tzv
  organickej hmoty. V tejto časti uvažujeme o vlastnostiach
  anorganické látky tvorené uhlíkmi - jednoduché látky, ich
  oxidov, kyseliny uhličitej a niektorých jej solí.

Uhlík tvorí niekoľko jednoduchých látok. Medzi nimi sú najdôležitejšie
  považované za diamant a grafit. Tieto alotropické modifikácie sú atómové
  krištáľové mriežky, ktoré sa vo svojich štruktúrach líšia. Odtiaľto
  rozdiel medzi ich fyzikálnymi a chemických vlastností.

V diamantu je každý atóm uhlíka naviazaný na štyri ďalšie atómy.
  priestor, tieto atómy sú umiestnené v strede a rohy štvorsteny,
  spojených ich vrcholmi. Je to veľmi symetrická a trvanlivá mriežka.
  Diamant je najťažšia látka na zemi.

V grafite je každý atóm spojený s tromi inými, ležiacimi v tom istom
  roviny. Tri AO sa vynakladajú na vytvorenie týchto dlhopisov troma
  pomocou elektrónov. Je umiestnená štvrtá orbitálna časť 2p-AO s jedným elektrónom
  kolmo na rovinu. Tieto zostávajúce atómové obežnej dráhy celej siete
  prekrývajúc, tvoriac oblasť molekulárnych orbitálov. Táto zóna
  nie úplne obsadené, ale polovica, ktorá poskytuje kov
  grafitovej elektrickej vodivosti (na rozdiel od diamantu).

Okrem elektrickej vodivosti má grafit ďalšie tri prakticky dôležité.
  Vlastnosti.

Po prvé, refraktérnosť. Je bod topenia grafitu nad 3500? C -
  je to najviac žiaruvzdorná jednoduchá látka na Zemi.

Po druhé, absencia akýchkoľvek výrobkov na jeho povrchu.
  interakcie s prostredím (na kovoch to sú oxidy),
  zvyšujúce sa elektrický odpor.

Po tretie, schopnosť mať mazací účinok na trenie
  povrchom. V grafitovom kryštáliku sú medzi atómami uhlíka pevne spojené
v plochých mriežkach a spojenie medzi mriežkami je slabé, má
  intermolekulárnej povahy, ako v látkach s molekulárnymi mriežkami.
  Preto už malé mechanické sily spôsobujú posun mriežok
  ktoré určujú vplyv grafitu ako lubrikantu.

Väzbová energia medzi atómami uhlíka v jednoduchých a komplexných látkach, v
  vrátane diamantu a grafitu. Veľmi veľké. O tvrdosti diamantu už
  hovoril. Silná väzba medzi atómami a grafitovou mriežkou. napríklad,
  pevnosť v ťahu grafitového vlákna je oveľa vyššia ako sila
  železa a technickej ocele.

Na základe grafitu sa vytvárajú takzvané kompozitné materiály,
  najmä uhlíkových plastov, v ktorých sú grafitové vlákna na matrici
  z epoxidovej živice. V súčasnosti sa čoraz viac používajú kompozitné materiály
  leteckej a vesmírnej technológie (lebo okrem sily sú ľahké;
  porovnajte hustotu grafitu, p = 2,3 g / cm3, s hustotou "ľahkého" hliníka,
  p = 2,7 g / cm3 a ešte viac železo, p = 7,9 g / cm3), ako aj v lodiarstve, kde
  Odolnosť proti korózii je obzvlášť cenná.

Zlúčeniny uhlíkatého uhlíka

Oxid uhoľnatý (IV) Kysličník uhličitý

Má alotropické modifikácie: diamant, grafit, karbín, fullerén atď.

Zobrazuje obnovovacie vlastnosti

Svetlá v kyslíku: C + O2 = CO2 + Q

Interakcia s oxidom uhoľnatým (IV): C + CO2 = 2CO

Obnovuje kovy z ich oxidov: 3C + Fe2O3 = 3CO2 + 4Fe

recepcia

Nekompletné spaľovanie metánu: CH4 + O2 = C + 2H2O je bezfarebný plyn bez chuti, bez zápachu,
  ťažšie ako vzduch

Oxid kyseliny

Po rozpustení reaguje s vodou: CO2 + H2O = H2CO3

Reaguje so základmi:

CO2 + Ca (OH) 2 = CaC03 + H20

5. Reaguje s hlavnými oxidmi:

6. Vzniká v reakciách

A) Spálenie uhlíka v kyslíku:

B) oxidácia oxidu uhoľnatého (II):

B) spaľovanie metánu:

CH4 + O2 = C02 + 2H20

G) interakcia kyselín s uhličitanmi:

CaC03 + 2HCI = CaCl2 + CO2 + H2O

D) tepelný rozklad uhličitanov, hydrogenuhličitanov:

2 NaHC03 = Na2C03 + CO2 + H20

E) oxidácia biochemických procesov dýchania, rozpadu.

1. Non-Durable Molecule. Slabá kyselina dvojsýtna. Vo vodnom roztoku
  existujú rovnováhy.

2. Interakcia s alkalickými roztokmi ako roztok oxidu uhličitého v
  vody s tvorbou soli kyseliny (hydrogenuhličitanu) a média
  (Karbón)

CO2 + NaOH = NaHC03

CO2 + 2NaOH = Na2C03 +

3. Nútený od solí so silnejšími kyselinami.

CaC03 + 2HCI = CaCl2 + CO2 + H2O

4. Soli kyseliny uhličitej sa hydrolyzujú.

Uhlík je chemicky inertný len pri relatívne nízkych teplotách a
  vysoko - to je jeden z najsilnejších redukčných činidiel. Hlavná chemikália
používanie uhlíka - redukcia kovov, najmä železa,
  z rúd.

Oxidy uhlíka.

So štyrmi elektrónmi vo vonkajšej energetickej hladine bol uhlík v
  zlúčeniny s kyslíkom v závislosti od podmienok vykazujú valencie
  +2 a +4.

Pri spaľovaní uhlíkatých látok (drevo, uhlie, zemný plyn
  metán, alkohol atď.) pri teplote konvenčného plameňa, reakcia je:

C + O2 = C02

Ak sú však vytvorené podmienky na zvýšenie teploty (napríklad znížiť
  chladič, ktorý sa môže vyskytovať vo vnútri hrubých vrstiev horiaceho uhlia
  vrátane vysokej pece), potom reakcie pokračujú:

C + 02 = 2CO

CO2 + C = 2CO

Produkt úplného spaľovania uhlíka a látok, ktoré ho obsahujú, je
  oxid uhoľnatý (IV) CO2 - oxid uhličitý. Tvorí ho dýchanie
  živé organizmy a ich zvyšky hnijú. Súčasne oxid uhličitý
  (spolu s vodou) je hlavnou látkou spotrebovanou v rastlinách
  proces ich rastu.

S rastúcim tlakom je oxid uhličitý už pri izbovej teplote.
  skvapalnený. Kvapalný CO2 je naplnený niektorými typmi hasiacich prístrojov.

S klesajúcim tlakom dochádza k varu kvapalného oxidu uhoľnatého. S týmto jeho
  teplota prudko klesá, pretože je známa tvorba pórov
  z fyziky sa vynakladá veľké množstvo tepla. V dôsledku CO2
  Stvrdne. V pevnej forme (tzv. Suchý ľad) sa aplikuje
  ako chladiace médium. Pri atmosférickom tlaku nie je "suchý ľad"
  tavia a podobne ako jód, fosfor, uhlík je sublimovaný, len keď
  výrazne nižšiu teplotu (-75 ° C).

Priemerný obsah uhlíka v zemskej kôre je 2,3 * 10-2% hmotnostných (1 x 10 - 2 palcov)
  ultrabázická, 1 x 10-2 v hlavnom, 2 x 10-2 v strede, 3 x 10-2 v kyslom prostredí
  skalné útvary). Uhlie sa hromadí v hornej časti zemskej kôry
  (biosféra): v živých látkach, 18% uhlíka, v dreve, 50% v kameňoch
  uhlie 80%, olej 85%, antracit 96%. Takže časť uhlíka
  Litosféra je koncentrovaná vo vápencoch a dolomitom.

Počet uhlíkových nerastov je 112; veľmi veľké množstvo
  organické zlúčeniny uhlíka - uhľovodíky a ich deriváty.

Akumulácia uhlíka v kôre súvisí s akumuláciou mnohých ďalších
  prvky sorbované organickou hmotou a vyzrážané ako
  nerozpustné uhličitany atď.

V porovnaní s priemerným obsahom zemskej kôry je to ľudstvo
  výnimočne veľké množstvá uhlíka sa získavajú z hlbín (uhlie,
  ropa, zemný plyn), pretože Tieto skameneliny sú hlavnými zdrojmi energie.

Uhlík je tiež rozšírený vo vesmíre; na Slnku zaujíma štvrtý
  miesto po vodíku, héliu a kyslíku.

Výroba uhlíka

Suchá destilácia

drevo
  uhlie

drevené uhlie
   koks

Aktivovaný uhlík

Najčistejším uhlíkom je sadze

Chemické vlastnosti

Neaktívne, za studena - len s F2 (CF4

Redukčné činidlo (mierne (Oxidujúce

1) O2 + C (C02 pod 500 (C (

   (rozsvieti sa

CO2 + C (CO nad 900 (C (

2) H20 + C (CO + H2 nad 1200 ° C

2H2O + C (C02 + C02 + H2 nad 1000 ° C

3) CuO + C (Cu + CO at (t

Cu + 2 + 2e (CuO je oxidačné činidlo, je znížená

Co-2e (C + 2 - redukčné činidlo, oxidované

4) HNO3 + 3C (3C02 + 4N0 + 2H2O

Zriedená H2SO4

Cu + 2 + 2e (CuO je oxidačné činidlo, je znížená

Co-2e (C + 2 - redukčné činidlo, oxidované

1) Ca + 2C (Ca ((karbid vápenatý

C + Si (CSi Carborundum

Iným spôsobom:

CaO + C (CaC2 + CO

2) 2H2 + C (C-4H + 4

Zvážte z hľadiska viery:

4H0-4e (4H + - redukčné činidlo, oxiduje

C0 + 4e (C-4 je oxidačné činidlo, je znížená

Uhlík môže byť ako oxidačným činidlom tak redukčným činidlom.

Oxid uhoľnatý (IV)

Bez farby a zápachu, rozpustný vo vode; -76 (C - suchý ľad, Príprava: v
  priemysel spaľovania vápna

CaCO3 (CaO + C02 (

V laboratóriu - vytesnenie silnou kyselinou CaCO3 + 2HCl (CaCl2 +

Oxidačné vlastnosti sú mierne: len pri vysokých teplotách,
  s kovmi, afinitu kyslíku, ktorá je väčšia ako afinita kyslíka (Mg, K)

2Mg + C02 (2MgO + C)

Oxid kyseliny pri rozpustení vo vode vytvára malé množstvo
  kyseliny uhličitej

1. 2NaOH + CO2 (

Na2C03 + H20 + C02 (

S touto metódou možno získať soli kyseliny uhličitej. Iným spôsobom:

2. Výmena reakcie

BaCl2 + Na2C03 (

   (BaC03 (+ 2NaCl

Soli: 1) uhličitany, rozpustné vo vode - iba alkalické a NH + 4 silné
  hydrolýzy.

Po zahriatí sa pridá Ca (HCO3) 2 (CaCO3 +

CaCO3 (CO2 + CaO

Uhličitany alkalických kovov sa tavia bez rozkladu.

Kvalitatívna reakcia

  "Varenie" - silná kyselina

CaC03 + 2HCl (CaCl2 +

CO2 spôsobuje zákal vápennej a barytovej vody Ca (OH) 2+

CO2 (CaCO3 + H20

Rozpustenie, ktoré vedie k zničeniu starých vápencových hôr.

CaCO3 + H20 + CO2 ((Ca (HCO3) 2) Oxid uhoľnatý (II)

CO (oxid uhoľnatý)

Bezfarebný plyn, bez zápachu, jedovatý, pretože sa viaže na hemoglobín
  v krvi. Nesprávne rozpustný vo vode. Prijímanie: pálenie s nedostatkom O2

2CH4 + 302 (2CO (+

V laboratóriu: akcia je koncentrovaná. H2SO4

HCOOH (CO (+ H20)

Kyselina šťaveľová H2C2O4 (CO (+ C02 (+

Redukčný Fe2O3 +

3CO (2Fe + 3CO2 (

O2 + 2CO (2CO2 (

Bez tvorby soli, ale pri t = 200 (C, 20 atm

O - Na organické zlúčeniny karbidov CH4
  priamou interakciou s kovmi.

2 skupiny.

I. Karbidy kovovej povahy. Prechodné Me + C. Elektronické
  vodivosť, kovový lesk.

II. Iónové karbidy sú elektropozitívne, bezfarebné, transparentné,
  Nevykonávajte elektrický prúd.

1) Al4C3 + 12H20 (

  (4Al (OH) 3 + 3CH4 (

C Be2C - rovnaká reakcia

2) CaC2 + 2H20 (

  (Ca (OH) 2 + C2H2 (

Na2C2; k2c2; SrC2; BaC2; Cu2C2

Počas hydrolýzy - acetylén a nenasýtené uhľovodíky z Mg2C2; Fe3C,
  lanthanoidy.

Fyzikálne a chemické vlastnosti:

Sú známe štyri modifikácie kryštalického uhlíka: grafit, diamant,
  karbon a lonsdaleite. Grafit - šedo-čierny, nepriehľadný, mastný
  dotyk, šupinatá, veľmi jemná hmotnosť s kovovým leskom. na
  izbová teplota a normálny tlak (0,1 Mn / m2 alebo 1 kg / cm2)
  grafit je termodynamicky stabilný. Diamant - veľmi pevné, kryštalické
  substancie. Kryštály majú kruhovú mriežku orientovanú na tvár:
  a = 3,560 (pri teplote miestnosti a normálnom tlaku, diamant
  metastabilné. Zaznamenaná transformácia diamantu na grafit je pozorovaná na
  - teploty nad 1400 ° C vo vákuu alebo v inertnej atmosfére
  atmosférický tlak a teplota okolo 3700 ° C (substrát C grafitu).
  Tekutý uhlík možno získať pri tlakoch nad 10,5 Mn / m2 (1051
  kgf / cm2) a teploty nad 3700 ° C. Pre tuhé uhlie (koks, sadze,
  uhlie) je tiež charakteristický pre stav s neusporiadanou štruktúrou
  "Amorfný" uhlík, ktorý nie je samostatný
  modifikácie; jeho štruktúra je založená na štruktúre kryštalickej
  grafit. Niektoré typy amorfného uhlíka sú ohrievané vyššie
  1500-1600 ° C (bez prístupu vzduchu spôsobuje ich premenu na grafit.
  Fyzikálne vlastnosti "amorfného" uhlíka sú veľmi závislé
  disperzie častíc a prítomnosť nečistôt. Hustota, tepelná kapacita,
  tepelná vodivosť a elektrická vodivosť "amorfného" uhlíka je vždy vyššia,
  než grafit. Carbin získal umelo. On reprezentuje
  jemnozrnný čierny prášok (hustota 1,9 - 2 g / cm3).
  Vyrobené z dlhých reťazcov atómov C položených rovnobežne navzájom.
  Lonsdaleite nájdený v meteoritoch a umelo získaný; jeho štruktúru a
  vlastnosti nie sú úplne stanovené.

Konfigurácia vonkajšieho plášťa atómu uhlíka 2s22p2. Pre uhlík
  charakterizované tvorbou štyroch kovalentných väzieb v dôsledku
  budenie vonkajšieho elektrónového obalu do stavu 2sp3. teda
  uhlík je rovnako schopný prilákať a rozdávať
  elektróny. Chemické väzby sa môžu vyskytnúť na úkor sp3-, sp2- a
sp-hybridné orbitály, ktoré zodpovedajú koordinačným číslam 4.3
  a 2. počet valenčných elektrónov uhlíka a počet valenčných orbitálov.
  rovnako; To je jeden z dôvodov stability väzby medzi atómami uhlíka.

Jedinečná schopnosť atómov uhlíka spojiť sa navzájom
  tvorba silných a dlhých reťazcov a cyklov viedla k vzniku
  obrovský počet rozmanitých zložiek uhlíka, ktoré sa skúmali
  organická chémia.

V zlúčeninách uhlík vykazuje oxidačné stavy -4; +2; 4. jadrový
  polomer 0,77 (kovalentné polomery 0,77 (0,67 (0,60)
  jednoduché, dvojité a trojité väzby; iónový rádius C4 je 2,60 (C4 + 0,20 (.
  Za normálnych podmienok je uhlík pri vysokých teplotách chemicky inertný.
  spája sa s mnohými prvkami, ktoré vykazujú silnú obnovu
  Vlastnosti.

Všetky formy uhlíka sú odolné voči zásadám a kyselinám a sú pomaly oxidované.
  len veľmi silné oxidačné činidlá (zmes chrómu, zmes koncentrátorov.
  HNO3 a KCIO3 atď.). "Amorfný" uhlík reaguje s fluórom pri izbovej teplote.
  teplota, grafit a diamant - pri zahrievaní. Priame pripojenie
   uhlík s chlórom sa vyskytuje v elektrickom oblúku; s brómom a jódom
  uhlík nereaguje, preto početné uhličitany
  nepriamo syntetizované. Z oxyhalogenidov všeobecného vzorca COX2 (kde
  X - halogén) je najznámejší chlorid oxidu uhličitého COCl2 (fosgén).

Pri teplotách vyšších ako 1000 (C uhlíka interaguje s mnohými
  kovy, poskytujúce karbidy. Všetky formy uhlíka pri zahrievaní
  redukovať oxidy kovov na vytvorenie voľných kovov (Zn,
  Cd, Cu, Pb atď.) Alebo karbidy (CaC2, Mo2C, WC, TaC atď.). uhlík
  reaguje pri teplotách nad 600 - 800 ° C (vodná para a oxid uhličitý)
  plyn.

Všetky formy uhlíka sú nerozpustné v bežných anorganických a organických
  rozpúšťadlá, ale rozpúšťajú sa v niektorých roztavených kovoch
  (napríklad Fe, Ni, Co).

Národný ekonomický význam:

Uhlíka je určená skutočnosťou, že viac ako 90% všetkých primárnych zdrojov
  spotreba energie vo svete pochádza z ekologického paliva
  ktorej vedúca úloha zostane v nadchádzajúcich desaťročiach,
  napriek intenzívnemu rozvoju jadrovej energetiky. Len asi 10%
  vyťažené palivo sa používa ako surovina pre hlavné
  organickej syntézy a petrochemickej syntézy
  plastové hmoty atď.

Uhlík v tele:

Uhlík je najdôležitejšou živinou, ktorá tvorí základ života
  Zem, štruktúrna jednotka obrovského množstva organických zlúčenín,
zapojených do výstavby organizmov a ich živobytia
  (biopolyméry, ako aj početné biologicky nízke molekulové hmotnosti
  aktívne látky - vitamíny, hormóny, mediátory atď.). značný
  časť energie, ktorú organizmy potrebujú, sa produkuje v bunkách
  oxidáciou uhlíka. Vznik života na Zemi je vidieť
  modernej vedy ako komplexného procesu vývoja uhlíkových zlúčenín.

Unikátna úloha uhlíka vo voľnej prírode je spôsobená jeho vlastnosťami,
  ktoré žiadny iný prvok periodickej
  Systém. Medzi atómami uhlíka a tiež medzi uhlíkom a inými
  prvky vytvárajú silné chemické väzby, ktoré však môžu
  byť zlomené v relatívne miernych fyziologických podmienkach (tieto spojenia
  môže byť jeden, dvojitý a trojitý). Schopnosť uhlíka
  tvoria 4 ekvivalentné valenčné väzby s inými atómami. uhlík
  vytvára príležitosť postaviť uhlíkové kostry rôznych typov -
  lineárny, rozvetvený, cyklický. Je dôležité, že iba tri
  prvok - C, O, H - tvorí 98% celkovej hmotnosti živých organizmov. Týmto
  určitá ziskovosť sa dosahuje v živote: prakticky
  neobmedzená štrukturálna rozmanitosť zlúčenín uhlíka je malá
  počet typov chemických väzieb umožňuje veľa znížiť
  enzýmy potrebné na rozklad a syntézu organických látok.
  Vlastnosti štruktúry atómu uhlíka sú základom rôznych typov
  izomerizácia organických zlúčenín (optická schopnosť izomerizácie
  sa ukázali byť rozhodujúce v biochemickom vývoji aminokyselín, uhľohydrátov a uhľovodíkov
  niektoré alkaloidy).

Podľa hypotézy A.I. Oparina, prvých organických zlúčenín na Zemi
  mal abiogénny pôvod. Zdroje uhlíka, ktoré slúžili (CH4) a
  Kyanid vodíka (HCN) obsiahnutý v primárnej atmosfére Zeme. C
  výskyt života je jediným zdrojom anorganického uhlíka,
  vďaka ktorému sa tvorí všetka organická hmota biosféry, je
  oxid uhličitý (CO2) v atmosfére, ako aj rozpustený v
  prírodné vody vo forme HCO3. Najvýkonnejší mechanizmus učenia
  (asimilácia) uhlíka (vo forme CO2) - fotosyntéza
  všade zelené rastliny. Na Zemi existuje a evolučne viac
  starodávny spôsob asimilácie CO2 pomocou chemosyntézy; v tomto prípade
  mikroorganizmy - chemosyntézy nepoužívajú žiarivú energiu slnka, ale
  oxidačná energia anorganické zlúčeniny, Väčšina zvierat
spotrebúvajú uhlík z potravy vo forme hotových organických zlúčenín.
  v závislosti od metódy asimilácie odobratých organických zlúčenín
  rozlišovať medzi autotrofnými organizmami a heterotrofnými organizmami. prihláška
  na biosyntézu bielkovín a iných živín mikroorganizmov,
  pričom ako jediný zdroj uhlíka používajú uhľovodíky
  ropa - jeden z najdôležitejších moderných vedeckých a technických problémov.

Okrem stabilných izotopov uhlíka je v prírode rozšírená.
  rádioaktívny 14C (obsahuje asi 0,1 μcc v ľudskom tele).
  Používanie izotopov uhlíka v biologických a medicínskych
  Výskum zahŕňa mnoho veľkých pokrokov v štúdiu výmeny
  látok a uhlíkový cyklus v prírode. Takže pomocou rádiokarbonu
  bolo dokázané, že etikety fixujú rastliny a tkanivá H14CO3
  zvierat, bola stanovená, sledovaná sekvencia fotosyntéznej reakcie
  výmeny aminokyselín, vysledovali dráhy biosyntézy mnohých biologicky
  aktívne zlúčeniny atď. Použitie zlúčeniny 14C prispelo k úspechu
  molekulárnej biológie pri štúdiu mechanizmov biosyntézy a prenosu bielkovín
  dedičná informácia. Určenie špecifickej aktivity 14C
  organické zvyšky obsahujúce uhlík vám umožnia posúdiť ich vek,
  čo sa používa v paleontológii a archeológii.

Referencie.

1. Akhmetov N.S. Anorganická chémia. Proc. študentská príručka 8-9 cl.
  wk. s hĺbkou. štúdium chémie. V 2 častiach - časť 1, časť 2, - 2. vydanie. -
  M .: Enlightenment, 1990 - 208 s.

2. Akhmetov N.S. Všeobecná a anorganická chémia. Proc. manuál pre univerzity,
  M .: Vysoká škola, 1988 - 470 s.

3. Babich L. V., Balezin S.A., Glikina FB, Zak E.G. Workshop o
  anorganická chémia. Proc. príspevok pre vysoké školy, M .: Vysoká škola, 1989 -
  300 s

4. Bashlak A.T. "Čo môže zapáliť oxid uhličitý", dobre. "Chemie v škole",
  1991, č. 5, str. 58.

Sadze (GOST 7885-86) sú typom priemyselných uhlíkových výrobkov, ktoré sa používajú hlavne pri výrobe gumy ako plniva, čím sa zlepšujú jeho užitočné výkonové vlastnosti. Na rozdiel od koksu a smoly, pozostáva z takmer jedného uhlíka, vyzerá to ako sadze.

oblasť použitia

Pri výrobe pneumatík sa používa približne 70% vyrábaných sadzí, z toho 20% - na výrobu gumových výrobkov. Tiež uhlíkovo-technické sa uplatňuje pri výrobe farieb a lakov a prijímaní tlačových farieb, kde hrá rolu čierneho pigmentu.

Ďalšou oblasťou použitia je oplášťovanie plastov a káblov. Tu sa výrobok pridáva ako plnivo a dodáva produktom špeciálne vlastnosti. V malom množstve použitých sadzí av iných odvetviach.

vlastnosť

Sadze sú produktom procesu, ktorý zahŕňa najnovšie technické technológie a kvôli svojej čistote a prísne definovanému súboru fyzikálnych a chemických vlastností nemá nič spoločné so sadzi, ktorá vzniká ako kontaminovaný vedľajší produkt zo spaľovania uhlia a vykurovacieho oleja alebo keď pracujú s neregulovanými spaľovacími motormi. , Podľa všeobecne uznávanej medzinárodnej klasifikácie sú sadze označované ako uhlíkaté čierne (čierne uhlíky preložené z angličtiny), sadze v angličtine - sadze. To znamená, že tieto pojmy v súčasnosti nie sú v žiadnom prípade zmiešané.

Zosilňovací účinok spôsobený plnením kaučukov so sadzou nebol pre rozvoj gumárenského priemyslu rovnako dôležitý ako objavovanie fenoménu síry. V kaučukových zmesiach má uhlík z veľkého množstva použitých zložiek hmotnosť na druhom mieste po kaučuku. Vplyv ukazovateľov kvality sadzí na vlastnosti gumových výrobkov je oveľa vyšší ako ukazovatele kvality hlavnej zložky - gumy.

Vystužovacie vlastnosti

Zlepšenie fyzikálnych vlastností materiálu zavedením plniva sa nazýva výstuž (výstuž) a také plnivá sa nazývajú spevňovače (sadze, zrážaný oxid kremičitý). Zo všetkých zosilňovačov má technický uhlík skutočne jedinečné vlastnosti. Ešte pred vulkanizáciou sa viaže na kaučuk a táto zmes sa nedá úplne rozdeliť na sadze a gumu rozpúšťadlami.

Pevnosť gumy získanej z najdôležitejších elastomérov:

V tabuľke sú uvedené vlastnosti vulkanizátov získaných z rôznych typov kaučuku bez náplne a plnených sadzí. Z vyššie uvedených údajov je zrejmé, ako významne plnenie s uhlíkom vedie k meraniu pevnosti v ťahu gumy. Mimochodom, iné dispergované prášky používané v gumových zmesiach na dodanie požadovanej farby alebo lacnejšej zmesi - krieda, kaolín, mastenec, oxid železa a ďalšie nemajú spevňujúce vlastnosti.

štruktúra

Čisté prírodné uhlíky sú diamanty a grafit. Majú kryštalickú štruktúru, ktorá sa od seba výrazne líši. Metóda röntgenovej difrakcie stanovila podobnosť v štruktúre umelého materiálu z prírodného grafitu a sadzí. Atómy uhlíka v grafite tvoria veľké vrstvy kondenzovaných aromatických kruhových systémov s interatómovou vzdialenosťou 0,142 nm. Tieto grafitové vrstvy kondenzovaných aromatických systémov sa nazývajú základné roviny. Vzdialenosť medzi rovinami je striktne definovaná a je 0,335 nm. Všetky vrstvy sú umiestnené paralelne. Hustota grafitu je 2,26 g / cm3.

Na rozdiel od grafitu, ktorý má trojrozmerné usporiadanie, technický uhlík sa vyznačuje iba dvojrozmerným usporiadaním. Pozostáva z dobre vyvinutých grafitových rovin umiestnených približne rovnobežne navzájom, ale premiestnených vzhľadom na susedné vrstvy - to znamená, že roviny sú ľubovoľne orientované vzhľadom na normálnu.

Z obrazového hľadiska sa štruktúra grafitu porovnáva s úhľadne zloženým balíčkom kariet a štruktúra sadzí s balíčkom kariet, v ktorých sú karty posunuté. V ňom je medziplanárna vzdialenosť väčšia ako vzdialenosť grafitu a je 0,350-0,365 nm. Preto hustota sadzí je nižšia a je v rozmedzí 1,76-1,9 g / cm3, v závislosti od značky (zvyčajne 1,8 g / cm3).

farbenie

Pigmentové (farbiace) sadze sa používajú pri výrobe tlačiarenských farieb, náterov, plastov, vlákien, papiera a stavebných materiálov. Sú zaradené do:

• vysokofarebné sadze (HC);
• stredné zafarbenie (MS);
• normálne farebné (RC);
• nízke farbenie (LC).

Tretie písmeno udáva spôsob výroby - rúra (F) alebo kanál (C). Príklad označenia: Farebná pec HCF - Hiqh.

Farbivá schopnosť výrobku súvisí s veľkosťou jeho častíc. V závislosti od ich veľkosti je uhlíkový technický rozdelený do skupín:

klasifikácia

Sadze gumy podľa stupňa spevňujúceho účinku sa delia na:

• Vysoko spevňujúca (obetná, pevná). Je priradená so zvýšenou trvanlivosťou a odolnosťou proti oderu. Veľkosť častíc je malá (18-30 nm). Aplikované v dopravných pásoch, behúňach pneumatík.
• Polo-spevnenie (rám, mäkké). Veľkosť častíc je priemerná (40 - 60 nm). Aplikujte vo všestranných gumových výrobkoch, jatočných telách pneumatík.
• Nízky posilňovač. Veľkosť častíc je veľká (nad 60 nm). V priemysle pneumatík sa využíva šetrne. Poskytuje potrebnú silu pri zachovaní vysokej elasticity v gumových výrobkoch.

Úplná klasifikácia sadzí je uvedená v norme ASTM D1765-03, ktorú prijali všetci globálni výrobcovia výrobku a jeho spotrebitelia. Klasifikuje najmä rozsah špecifického povrchu častíc:

Výroba sadzí

Existujú tri technológie na výrobu priemyselných sadzí, ktoré využívajú cyklus neúplného spaľovania uhľovodíkov:

• rúra;
• kanál;
• trubice;
• plazma.

Existuje tiež tepelná metóda, pri ktorej dochádza k rozkladu acetylénu alebo zemného plynu pri vysokých teplotách.

Mnoho značiek odvodených z rôznych technológií má rôzne vlastnosti.

Výrobná technológia

Teoreticky je možné získať sadze všetkými vyššie uvedenými metódami, avšak viac ako 96% vyrobeného produktu sa získa metódou pece z kvapalných surovín. Metóda umožňuje získať rôzne druhy sadzí so špecifickou sadou vlastností. Napríklad viac ako 20 stupňov sadzí sa vyrába na základe sadzí.

Všeobecná technológia je nasledujúca. Vzduch zahriaty na teplotu 800 ° C sa privádza do reaktora, ktorý je vyložený vysoko žiaruvzdornými materiálmi. V dôsledku spaľovania zemného plynu sa vytvárajú produkty úplného spaľovania s teplotou 1820 - 1900 ° C, obsahujúce určitý podiel voľného kyslíka. Vo vysokoteplotných produktoch kompletných kvapalných uhľovodíkových surovín vstrekovaných kompletným spaľovaním sa dôkladne premieša a zahreje na 200 až 300 ° C. Pyrolýza surovín sa uskutočňuje pri prísne kontrolovanej teplote, ktorá v závislosti od značky vyrábaných sadzí má rozdielne hodnoty od 1400 do 1750 ° C.

V určitej vzdialenosti od miesta dodávky surovín sa termo-oxidačná reakcia zastaví pomocou vstrekovania vody. vytvorený pyrolýzou sadze   a reakčné plyny vstupujú do ohrievača vzduchu, v ktorom dávkujú časť svojho tepla do vzduchu použitého v procese, zatiaľ čo teplota zmesi uhlík-plyn klesá z 950 až 1000 ° C na 500 až 600 ° C

Po ochladení na 260 až 280 ° C v dôsledku dodatočnej injekcie vody sa zmes sadzí a plynov posunie do vakuového filtra, kde sa technický uhlík oddelí od plynov a privádza sa do filtračnej násypky. Vyhradené sadze z filtračného bunkera cez plynovodné potrubie sú dodávané ventilátorom (turbínový ventilátor) na oddelenie granulácie.

Výrobcovia sadzí

Celosvetová produkcia sadzí presahuje 10 miliónov ton. Takáto veľká potreba výrobku je vysvetlená predovšetkým svojimi jedinečnými vystužovacími vlastnosťami. Lokomotívy priemyslu sú:

• Aditya Birla Group (India) - asi 15% trhu.
• Cabot Corporation (USA) - 14% trhu.
• Orion Engineered Carbons (Luxembursko) - 9%.

Najväčší výrobcovia uhlíka v Rusku:

• Omsktekhuglerod LLC - 40% ruského trhu. Továrne v Omsku, Volgograd, Mogilyov.
• OJSC "Jaroslavl Technický uhlík" - 32%.
• OAO Nizhnekamsktekhuglerod - 17%.