Výroba a používanie uhlíka. Uhlík a jeho zlúčeniny

(lat. Carboneum), C - chemický prvok s atómovým číslom 6, atómová hmotnosť 12,011. V periodickej tabuľke prvkov Mendeleeva sa uhlík nachádza v skupine IV. Konfigurácia vonkajšej elektrónovej vrstvy uhlíkového atómu 2s2 2p2. V zlúčeninách uhlík vykazuje oxidačné stavy -4; +2; 4. Uhlík sa nachádza v prírode, a to ako vo voľnom stave, tak aj vo forme zlúčenín. Voľný uhlík sa nachádza vo forme diamantu, grafitu a karbynu. Rozmanitosť uhlíkových zlúčenín, vzhľadom na schopnosť ich atómov navzájom sa kombinovať a atómy iných prvkov rôznymi spôsobmi, určuje špeciálnu polohu uhlíka medzi ostatnými prvkami.

Uhoľný uhlíok je známy už dávno. Drevené uhlie sa používalo na obnovu kovov z rúd, diamantov ako drahokam. Oveľa neskôr sa na výrobu kelímkov a ceruziek použil grafit.
  Na konci XVII storočia. Florentinskí vedci Averani a Tardzhoni sa pokúsili zmiešať niekoľko malých diamantov do jedného veľkého a zahriať ich pomocou zapáleného skla slnečným svetlom. Diamanty zmizli, zapálili sa vo vzduchu.
  V roku 1772 francúzsky chemik A. Lavoisier ukázal, že počas spaľovania diamantu sa tvorí oxid uhličitý, čím sa stanovuje jeho chemické zloženie. V roku 1778 K. Scheele zahrievaním grafitu s dusičnanom zistil, že oxid uhličitý bol uvoľnený súčasne s vykurovaním uhlia dusičnanmi. Uhlík ako chemický prvok bol uznaný až v roku 1789 A. Lavoisierom.
  A až v roku 1797 dokázal anglický vedec S. Tennant identitu povahy grafitu a uhlia. Po spaľovaní rovnakého množstva uhlia a diamantu sa objemy oxidu uhoľnatého (IV) ukázali byť rovnaké.
  Latinský názov karbon sarkónium získaný zo surového uhlia.

Uhlík sa nachádza v prírode, a to ako vo voľnom stave, tak aj vo forme zlúčenín. Voľný uhlík sa nachádza vo forme diamantu, grafitu a karbynu.
Diamanty sú veľmi zriedkavé. Najväčší známy diamant, Cullinan, sa našiel v Južnej Afrike v roku 1905, vážil 621,2 g a meral 10 × 6,5 × 5 cm. Jeden z najväčších a najkrajších diamantov je uložený v diamantovom fonde v Moskve. svet - "Eagles" (37,92 g). Najvýznamnejšie diamantové ložiská sa nachádzajú v Južnej Afrike, Brazílii a Jakutsku.
  Veľké ložiská grafitu sa nachádzajú v Nemecku, na Srí Lanke, na Sibíri v Altai.
  Priemerný obsah uhlíka v zemskej kôre je 2,3 × 10 - 2% hmotnostných (1 × 10 - 2 v ultrabázickom prostredí, 1 × 10 - 2 v hlavnej časti, 2 × 10 - 2 v strede, 3 × 10 - 2 v kyslých horninách ). Uhlie sa hromadí v hornej časti zemskej kôry (biosféra): 18% uhlíka v živých látkach, 50% v dreve, 80% v uhlia, 85% v oleji, 96% antracit. Významná časť uhlíka litosféry je koncentrovaná vo vápencoch a dolomitoch.
  Počet uhlíkových nerastov je 112; počet organických zlúčenín uhlíka - uhľovodíkov a ich derivátov - je mimoriadne veľký. Medzi hlavné minerály obsahujúce uhlík patria: magnezit MgCO 3, vápenec, vápenec, mramor, krieda) CaCO 3, dolomit CaMg (CO 3) 2 atď. Akumulácia uhlíka v zemskej kôre je spojená s akumuláciou mnohých ďalších prvkov sorbovaných organickou hmotou vyzrážané ako nerozpustné uhličitany atď.
  Všetky horľavé minerály - ropa, plyn, rašelina, kameň a hnedé uhlie, bridlica - sú postavené na uhlíkovom základe. Niektoré fosílne uhlie s obsahom až 99% C majú blízke zloženie k uhlíku. V porovnaní s priemerným obsahom zemskej kôry ľudstvo v extrémne veľkých množstvách extrahuje uhlík z podložia (uhlie, ropa, zemný plyn), pretože Tieto skameneliny sú hlavnými zdrojmi energie.
  Vo forme oxidu uhoľnatého (IV) je uhlíkom C02 zložka atmosféry. Veľké množstvo CO 2 sa rozpustí v hydrosfére.
  Uhlík je tiež rozšírený vo vesmíre; na Slnku, zaujme 4. miesto po vodíku, héliu a kyslíku.

Prírodný uhlík pozostáva z dvoch izotopov 12 C (98,892%) a 13 C (1,108%). Navyše sa v atmosfére nachádzajú nevýznamné nečistoty zo 14C rádioaktívneho izotopu, ktorý sa vyrába umelým spôsobom.
Sú známe štyri modifikácie kryštalického uhlíka: grafit, diamant, carbin a lonsdaleite. Grafit je šedo-čierny, nepriehľadný, mastný na dotyk, šupinatá, veľmi jemná hmotnosť s kovovým leskom. Pri izbovej teplote a pri normálnom tlaku (0,1 Mn / m2 alebo 1 kg / cm2) je grafit termodynamicky stabilný. Diamant je veľmi tvrdá kryštalická látka. Kryštály majú kruhovú mriežku na stredovej ploche: a = 3,560B. Pri teplote miestnosti a normálnom tlaku je diamant metastabilný. Zaznamenaná transformácia diamantu na grafit sa pozoruje pri teplotách nad 1400 ° C vo vákuu alebo v inertnej atmosfére. Pri atmosférickom tlaku a teplote okolo 3700 ° C sa grafit sublimuje. Tekutý uhlík sa môže získať pri tlakoch nad 10,5 MN / m 2 (1051 kgf / cm2) a teplotách nad 3700 ° C Tuhý uhlík (koks, sadze, uhlie) je tiež charakterizovaný stavom s neusporiadanou štruktúrou, "amorfným" uhlíkom, ktorý nepredstavuje samostatnú modifikáciu; V srdci svojej štruktúry je štruktúra kryštalického grafitu. Ohrev niektorých odrôd "amorfného" uhlíka nad 1500-1600 ° С bez prístupu vzduchu spôsobuje ich premenu na grafit. Fyzikálne vlastnosti "amorfného" uhlíka silne závisia od disperzie častíc a prítomnosti nečistôt. Hustota, tepelná kapacita, tepelná vodivosť a elektrická vodivosť "amorfného" uhlíka sú vždy vyššie ako grafit. Carbin získal umelo. Je to 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 štruktúra a vlastnosti nie sú úplne stanovené.
  Konfigurácia vonkajšieho plášťa atómu uhlíka 2s2 2p2. Uhlík sa vyznačuje tvorbou štyroch kovalentných väzieb v dôsledku excitácie vonkajšieho elektrónového plášťa do stavu 2sp3. Preto je uhlík rovnako schopný prilákať a darovať elektróny. Chemická väzba môže byť spôsobená orbitálnymi sp3-, sp2- a sp-hybridmi, ktoré zodpovedajú koordinačným číslam 4.3 a 2. Počet valenčných elektrónov uhlíka a počet valenčných orbitálov sú rovnaké; To je jeden z dôvodov stability väzby medzi atómami uhlíka.
  Jedinečná schopnosť atómov uhlíka kombinovať s tvorbou silných a dlhých reťazcov a cyklov viedla k vzniku obrovského počtu rôznych zlúčenín uhlíka študovaných organickou chémiou.
V zlúčeninách uhlík vykazuje oxidačné stavy -4; +2; 4. Atómový rádius 0,77B, kovalentné polomery 0,77B, 0,67B, 0,60B, v jednotlivých, dvojitých a trojitých väzbách; iónový rádius C4 je 2,60B, C4 + 0,20B.

Elementálny uhlík tvorí tri alotropické modifikácie: diamant, grafit, karbín.

  diamant  - bezfarebná, transparentná kryštalická látka, mimoriadne silne lúče lúče svetla. Atóm uhlíka v diamante je v stave sp3 hybridizácie. V excitovanom stave dochádza k odparovaniu valenčných elektrónov v uhlíkových atómoch a tvorbe štyroch nespálených elektrónov. Pri vytváraní chemických väzieb získajú elektrónové oblaky rovnaký predĺžený tvar a sú usporiadané v priestore tak, aby ich osi smerovali k vrcholom štvorstenca. Keď sa vrcholy týchto oblakov prekrývajú s oblakmi iných atómov uhlíka, vzniknú kovalentné väzby v uhle 109 ° 28 "a vytvára sa atómová kryštálová mriežka charakteristická pre diamant.
  Každý atóm uhlíka v diamante je obklopený štyrmi inými, ktoré sa nachádzajú od stredu štvorsteny po vrcholy (pozri obrázok). Vzdialenosť medzi atómami v tetrahedre je 0,154 nm. Sila všetkých väzieb je rovnaká. Takže atómy v diamante sú "veľmi" balené. Pri 20 ° C je hustota diamantu 3,515 g / cm3. To vysvetľuje jeho výnimočnú tvrdosť. Diamond nesprávne vedie elektrický prúd.
  V roku 1961 začala sovietska únia priemyselná výroba syntetických diamantov z grafitu. Pri priemyselnej syntéze diamantov sa používajú tlaky tisíce MPa a teploty od 1500 do 3000 ° C. Spôsob sa uskutočňuje v prítomnosti katalyzátorov, ktoré môžu slúžiť niektorým kovom, napríklad Ni. Prevažná časť diamantov tvoria malé kryštály a diamantový prach.
  Pri zahrievaní bez prístupu vzduchu nad 1000 ° C sa diamant zmení na grafit. Pri 1750 ° C dochádza rýchlo k premene diamantu na grafit.

grafit  - šedo-čierna kryštalická látka s kovovým leskom, mastnou na dotyk, ktorá je ešte menej tvrdá ako papier.
Atómy uhlíka v grafitových kryštáloch sú v stave sp2 hybridizácie: každá z nich tvorí tri kovalentné väzby σ so susednými atómami. Úhly medzi smermi spojov sú 120 °. Výsledkom je mriežka zložená z pravých šesťuholníkov (pozri obrázok). Vzdialenosť medzi susednými jadrami atómov uhlíka vo vnútri vrstvy je 0,142 nm. Štvrtý elektrón vonkajšej vrstvy každého uhlíkového atómu v grafite je obsadený p-orbitálom, ktorý sa nezúčastňuje hybridizácie.
  Nehybridné elektrónové oblaky atómov uhlíka sú orientované kolmo k rovine vrstvy a vzájomne sa prekrývajú, vytvárajú delokalizované σ-väzby. Priľahlé vrstvy v grafitovom kryštáliku sú od seba vzdialené 0,335 nm a slabo prepojené, hlavne silami van der Waalsových. Preto grafit má nízku mechanickú pevnosť a ľahko sa rozdelí na váhy, ktoré sú samy o sebe veľmi trvanlivé. Väzba medzi uhlíkovými vrstvami v grafite je čiastočne kovová. To vysvetľuje skutočnosť, že grafit vedie elektrinu dobre, ale stále nie je tak dobrý ako kovy.
  Fyzikálne vlastnosti v grafite sa veľmi líšia v smeroch - kolmých a rovnobežných s vrstvami atómov uhlíka.
  Keď sa zahrieva bez vzduchu, grafit nepodlieha žiadnym zmenám na 3700 ° C. Pri tejto teplote sa sublimuje, nie sa topí.
  Umelý grafit sa získava z najlepších druhov uhlia pri 3000 ° C v elektrických peciach bez prístupu vzduchu.
  Grafit je termodynamicky stabilný v širokom rozsahu teplôt a tlakov, a preto je akceptovaný ako štandardný stav uhlíka. Hustota grafitu je 2,265 g / cm3.

karabína  - jemnozrnný čierny prášok. Vo svojej kryštalickej štruktúre sú atómy uhlíka spojené v striedavých jednoduchých a trojitých väzbách v lineárnych reťazcoch:
-С = С - С≡С - С≡С-
  Táto látka bola najskôr získaná V.V. Korshakom, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin, Yu.P. Kudryavtsevym na začiatku 60. rokov XX. Storočia.
  Následne sa ukázalo, že karbina môže existovať v rôznych formách a obsahuje ako polyacetylénové, tak aj polymérne reťazce, v ktorých sú atómy uhlíka spojené dvojitými väzbami:
= C = C = C = C = C = C =
  Karbín bol neskôr nájdený v prírode - v meteorickej látke.
Carbin má polovodičové vlastnosti, pod pôsobením svetla sa jeho vodivosť značne zvyšuje. V dôsledku existencie rôznych typov väzieb a rôznych spôsobov kladenia reťazcov atómov uhlíka v kryštálovej mriežke sa fyzikálne vlastnosti karbidu môžu značne líšiť. Pri zahrievaní bez prístupu vzduchu nad 2000 ° C je karbina stabilná, pri teplotách okolo 2300 ° C je pozorovaný jej prechod na grafit.

Predtým sa predpokladalo, že drevené uhlie, sadze a koks majú podobnú kompozíciu ako čistý uhlík a líšia sa vlastnosťami od diamantu a grafitu, predstavujú nezávislé alotropické modifikácie uhlíka ("amorfný uhlík"). Zistilo sa však, že tieto látky pozostávajú z najmenších kryštalických častíc, v ktorých sú atómy uhlíka viazané rovnakým spôsobom ako v grafite.
uhlie  - jemne mletý grafit. Vzniká pri tepelnom rozklade zlúčenín obsahujúcich uhlík bez prívodu vzduchu. Uhlie sa významne líšia v vlastnostiach v závislosti od látky, z ktorej boli získané a spôsobu výroby. Vždy obsahujú nečistoty, ktoré ovplyvňujú ich vlastnosti. Najdôležitejšie typy uhlia sú koks, drevené uhlie a sadze.
  Koks sa získava zahrievaním uhlia bez prístupu vzduchu. Uhlie sa vytvára, keď sa drevo zahrieva bez vzduchu. Sadza je veľmi jemný grafitový kryštalický prášok. Vzniká spaľovaním uhľovodíkov (zemný plyn, acetylén, terpentín atď.) S obmedzeným prístupom vzduchu.
Aktívne uhlíky sú porézne priemyselné adsorbenty pozostávajúce predovšetkým z uhlíka. Adsorpcia sa týka absorpcie plynov a rozpustených látok na povrchu. Aktívne uhlíky sa získavajú z tuhých palív (rašelina, hnedé a čierne uhlie, antracit), drevo a jeho spracované produkty (drevené uhlie, piliny, odpad z papiera), odpad z kože, materiály živočíšneho pôvodu, ako sú kosti. Uhlie, ktoré sa vyznačujú vysokou mechanickou trvanlivosťou, sa vyrábajú z plášťa kokosového orecha a iných orechov z kôstkov ovocia. Štruktúra uhlia je reprezentovaná pórom všetkých veľkostí, avšak adsorpčná kapacita a rýchlosť adsorpcie sú určené obsahom mikropórov v jednotke hmotnosti alebo objemu granúl. Pri výrobe aktívneho uhlia sa počiatočný materiál najprv vystaví tepelnému spracovaniu bez vzduchu, v dôsledku čoho sa z neho odvádza vlhkosť a časť živice. To vytvára veľkú štruktúru pórov uhlia. Na získanie mikroporéznej štruktúry sa aktivácia uskutočňuje buď oxidáciou s plynom alebo parou, alebo reakciou s chemickými činidlami.

Za normálnych podmienok je uhlík chemicky inertný, pri vysokých teplotách sa spája s mnohými prvkami, ktoré vykazujú silné redukčné vlastnosti. Ako vyplýva zo štruktúry hlavných foriem uhlíka, uhlie reaguje ľahšie než grafit a najmä diamant. Grafit je nielen reaktívnejší ako diamant, ale reakciou s určitými látkami môže tvoriť výrobky, ktoré diamant nevytvára.
  Všetky formy uhlíka sú odolné voči kyselinám a sú pomaly oxidované len veľmi silnými oxidačnými činidlami (chrómová zmes, zmes koncentrátorov, HNO 3 a KCIO 3 atď.). Uhlie sa napríklad oxiduje horúcimi koncentrovanými kyselinami sírovou a dusičnou:
C + 2H2S04 = C02 + 2S02 + 2H20,
3C + 4HN03 = 3C02 + 4NO + 2 H20.
  Akákoľvek forma uhlíka odolného voči zásadám.
  "Amorfný" uhlík reaguje s fluórom pri izbovej teplote, grafitu a diamantu - pri zahrievaní. Priama kombinácia uhlíka s chlórom sa vyskytuje v elektrickom oblúku; uhlík nereaguje s brómom a jódom, preto sa nepriamo syntetizujú početné uhlíkové zlúčeniny s halogenidmi - halogenidy. Z oxyhalogenidov všeobecného vzorca COX2 (kde X je halogén) je najznámejší chloridový oxid COCI2 (fosgén, pozri chemikálie vo vojenských záležitostiach).
  Ako oxidačné činidlo reaguje uhlík s niektorými kovmi pri teplotách nad 1000 o C, čím vzniká karbid:
CS + 4Al = Al4C3 (karbid hliníka).
Všetky formy uhlíka redukujú oxidy kovov pri zahrievaní za vzniku voľných kovov (Zn, Cd, Cu, Pb atď.) Alebo karbidov (CaC2, Mo2C, WC, TaC atď.).
C + 2CuO = C02 + 2Cu,
C + 2ZnO = CO 2 + 2Zn.
Na týchto reakciách je založený najdôležitejší proces metalurgie - tavenie kovov z rúd. V iných prípadoch, napríklad pri interakcii s oxidom vápenatým, sa vytvárajú karbidy:
CaO + ZS = CaC2 + CO.
  Vodík, uhlie a grafit vytvárajú uhľovodíky. Najjednoduchší zástupca - metán CH4 - sa môže získať v prítomnosti Ni katalyzátora pri vysokej teplote (600-1000 ° C):
C + 2H2 -\u003e CH4.
  Pri interakcii s kyslíkom vykazuje uhlík znižujúce vlastnosti. Pri úplnom spaľovaní uhlíka akejkoľvek alotropickej modifikácie vzniká oxid uhoľnatý (IV) - oxid uhličitý:
C + O2 = C02.
  V prípade neúplného spaľovania vzniká oxid uhoľnatý (CO) - oxid uhoľnatý:
C + 02 = 2SO.
Obe reakcie sú exotermické.
  Uhlík reaguje pri teplotách nad 600 - 800 ° C vodnou parou a oxidom uhličitým.
Všetky formy uhlíka sú nerozpustné v bežných anorganických a organických rozpúšťadlách, ale rozpúšťajú sa v niektorých roztavených kovoch (napríklad Fe, Ni, Co).

Uhlík tvorí dva oxidy - oxid uhoľnatý (CO) a oxid uhoľnatý (CO).
  Oxid uhoľnatý (II) CO  - známy ako oxidu uhoľnatého  - bezfarebný, slabo rozpustný vo vode a veľmi jedovatý. Pri vdychovaní do krvi sa rýchlo kombinuje s hemoglobínom, čím vytvára silnú zlúčeninu karboxyhemoglobínu, čím sa zbavuje hemoglobínu schopnosti prenášať kyslík.
  Pri inhalácii vzduchu obsahujúceho 0,1% CO môže osoba náhle stratiť vedomie a zomrieť. Oxid uhoľnatý vzniká pri neúplnom spaľovaní paliva, čo je dôvod, prečo je nebezpečné predčasne uzavrieť komíny.
  Oxid uhoľnatý (II) sa pripisuje, ako už viete, oxidom, ktorý nie je soľou, pretože ako nekovový oxid musí reagovať so zásadami a zásaditými oxidmi na vytvorenie soli a vody, čo však nie je pozorované.
2CO + 02 = 2CO2.
  Oxid uhoľnatý (II) je schopný odoberať kyslík z oxidov kovov, t.j. na regeneráciu kovov z ich oxidov.
Fe2O3 + SOA = 2Fe + SOA 2.
Je to vlastnosť oxidu uhoľnatého (II) používaného v metalurgii pri tavení železa.
Oxid uhoľnatý (IV) CO 2  - všeobecne známe ako oxid uhličitý  - bezfarebný plyn bez zápachu. Je to asi jeden a pol násobne ťažší ako vzduch. Za normálnych podmienok sa jeden objem oxidu uhličitého rozpustí v 1 objeme vody.
Pri tlaku asi 60 atm sa oxid uhličitý zmení na bezfarebnú kvapalinu. Keď sa kvapalný oxid uhličitý odparí, časť z neho sa mení na pevnú snehovú hmotu, ktorá je v priemysle komprimovaná, to je "suchý ľad", ktorý je známy, ktorý sa používa na skladovanie potravinárskych výrobkov. Už viete, že tuhý oxid uhličitý má molekulárnu mriežku schopnú sublimácie.
  Oxid uhličitý CO 2 je typický oxid kyseliny: reaguje s alkalickými látkami (napríklad spôsobuje zakalenie vápennej vody) so zásaditými oxidmi a vodou.
  Nehorí a neudržiava spaľovanie, a preto sa používa na hasenie požiarov. Horčík však stále spaľuje oxid uhličitý, aby vytvoril oxid a uvoľnil uhlík vo forme sadzí.
C02 + 2Mg = 2MgO + C.
  Oxid uhličitý sa získava pôsobením na soli kyseliny uhličitej - uhličitany roztokmi kyseliny chlorovodíkovej, dusičnej a dokonca aj kyseliny octovej. V laboratóriu sa oxid uhličitý vytvára pôsobením kyseliny chlorovodíkovej na kriedu alebo mramoru.
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H20 + C02.
  V priemysle sa oxid uhličitý získava spaľovaním vápenca:
CaCO3 = CaO + C2.
  Oxid uhličitý sa okrem už uvedenej aplikácie používa aj na výrobu šumivých nápojov a na výrobu sódy.
  Keď sa oxid uhličitý rozpustí vo vode, vytvára sa kyselina uhličitá H 2 CO 3, ktorá je veľmi nestabilná a ľahko sa rozkladá na jej počiatočné zložky - oxid uhličitý a vodu.
  Ako kyselina dvojsýtna vytvára kyselina uhličitá dva rady solí: stredné uhličitany, ako je CaC03 a kyslé hydrogenuhličitany, ako je Ca (HCO3) 2. Z uhličitanov vo vode sú rozpustné len soli draslíka, sodíka a amoniaku. Kyslé soli sú všeobecne rozpustné vo vode.
  Pri prebytku oxidu uhličitého v prítomnosti vody môžu byť uhličitany konvertované na hydrogenuhličitany. Ak sa teda oxid uhličitý prepadne vápennou vodou, najskôr sa kvôli vysrážanému vo vode nerozpustnému uhličitanu vápenatému zakalí, ale pri ďalšom prenose oxidu uhličitého zmizne oblačnosť v dôsledku tvorby rozpustného hydrogenuhličitanu vápenatého:
CACO 3 + H 2O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2.
Práve prítomnosť tejto soli vysvetľuje dočasnú tvrdosť vody. Prečo dočasné? Keď sa zohreje, rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý sa znova prevedie na nerozpustný uhličitan:
Ca (HCO3) 2 = CaC03 + H20 + Co2.
Táto reakcia vedie k vytvoreniu stupnice na stenách kotlov, parných vykurovacích potrubí a domácich varných kanvíc av prírode v dôsledku tejto reakcie sa zdržujú podivné stalaktity visiace z jaskýň smerom dole, smerom k ktorým stúpajú stalagmity zospodu.
  Iné vápenaté a horečnaté soli, najmä chloridy a sírany, poskytujú vodu konštantnú tuhosť. Varená trvalá tvrdosť vody nemožno odstrániť. Je potrebné použiť iný uhličitan sodný Na2C03, ktorý premieňa tieto Ca2 + ióny na sediment, napríklad:
L2 + Na2C03 = CaC03 + 2NaCl.
Soda môže byť tiež použitá na odstránenie dočasnej tvrdosti vody.
  Uhličitany a hydrogenuhličitany sa môžu detegovať pomocou kyslých roztokov: pri pôsobení kyselín sa pozoruje charakteristický "vrieť" v dôsledku uvoľňovaného oxidu uhličitého.
Táto reakcia je kvalitatívnou reakciou na soli kyseliny uhličitej.

Uhol uhlíka je určený skutočnosťou, že viac ako 90% všetkých primárnych zdrojov energie spotrebovanej vo svete pochádza z fosílnych palív, ktorých dominantná úloha bude pokračovať v najbližších desaťročiach napriek intenzívnemu rozvoju jadrovej energie. Len približne 10% extrahovaného paliva sa používa ako surovina pre hlavnú organickú syntézu a petrochemickú syntézu, pre výrobu plastových hmôt atď.
  Diamanty sa používajú na spracovanie rôznych pevných materiálov, na rezanie, brúsenie, vŕtanie a gravírovanie skla, na vŕtanie skál. Po brúsení a rezaní sú diamanty premenené na diamanty, ktoré sa používajú ako šperky.
  Grafit je najhodnotnejším materiálom pre moderný priemysel. Odliatky, taviace tégliky a iné žiaruvzdorné výrobky sú vyrobené z grafitu. Vďaka vysokej chemickej odolnosti sa grafit používa na výrobu rúr a prístrojov, ktoré sú z vnútornej strany lemované grafitovými platňami. Významné množstvo grafitu sa používa v elektrotechnickom priemysle, napríklad pri výrobe elektród. Grafit sa používa na výrobu ceruziek a niektorých náterov ako maziva. Veľmi čistý grafit sa používa v jadrových reaktoroch na spomalenie neutrónov.
  Lineárny uhlíkový polymér - karbín - priťahuje pozornosť vedcov ako sľubného materiálu pre výrobu polovodičov, ktoré môžu pracovať pri vysokých teplotách a ultra silné vlákna.
  Uhlie sa používa v metalurgickom priemysle, v kováčstve.
  Koks sa používa ako redukčné činidlo pri tavení kovov z rúd.
Sadze sa používajú ako gumová náplň na zvýšenie pevnosti, takže pneumatiky pre automobily sú čierne. Sadze sa používajú ako súčasť tlačiarenských farieb, riasenky, leštiace prostriedky.
  Aktívne uhlíky sa používajú na čistenie, extrakciu a oddeľovanie rôznych látok. Aktívne uhlíky sa používajú ako plnidlá na plynové masky a ako sorbent v medicíne.

Uhlík je najdôležitejšou živinou, ktorá tvorí základ života na Zemi, štruktúrnej jednotky obrovského množstva organických zlúčenín, ktoré sa podieľajú na konštrukcii organizmov a ich živobytie (biopolyméry, ako aj početné nízkomolekulárne biologicky aktívne látky - vitamíny, hormóny, mediátory atď.). Významná časť energie, ktorú vyžadujú organizmy, vzniká v bunkách v dôsledku oxidácie uhlíka. Vznik života na Zemi sa v modernej vede považuje za komplexný proces vývoja uhlíkových zlúčenín.
  Unikátna úloha uhlíka v živote je spôsobená jeho vlastnosťami, ktoré spoločne nemajú žiadny iný prvok periodického systému. Medzi atómami uhlíka a tiež medzi uhlíkom a inými prvkami sa vytvárajú silné chemické väzby, ktoré však môžu byť zlomené v relatívne miernych fyziologických podmienkach (tieto väzby môžu byť jednoduché, dvojité alebo trojité). Schopnosť uhlíka tvoriť 4 ekvivalentné valenčné väzby s inými atómami. Uhlík umožňuje vytvárať uhlíkové kostry rôznych typov - lineárne, rozvetvené, cyklické. Je dôležité, že iba tri prvky - C, O, H - tvoria 98% celkovej hmotnosti živých organizmov. Tým sa dosahuje určitá nákladová efektívnosť v živote: s takmer neobmedzenou štrukturálnou rôznorodosťou uhlíkových zlúčenín umožňuje malý počet typov chemických väzieb výrazné zníženie počtu enzýmov potrebných na štiepenie a syntézu organických látok. Štruktúrne črty uhlíkového atómu sú základom rôznych typov izomerizácie organických zlúčenín (schopnosť opticky izomerizovať bola rozhodujúca v biochemickom vývoji aminokyselín, sacharidov a niektorých alkaloidov).
Podľa hypotézy o pôvode života na Zemi, A.I. Oparin, prvé organické zlúčeniny na Zemi mali abiogénny pôvod. Zdroje uhlíka boli (CH4) a kyanovodík (HCN) obsiahnuté v primárnej atmosfére Zeme. S vývinom života je jediným zdrojom anorganického uhlíka, vďaka ktorému sa tvorí všetka organická hmota biosféry, oxid uhličitý (CO 2), ktorý je v atmosfére a tiež rozpustený v prírodných vodách vo forme HCO3. Najsilnejší mechanizmus asimilácie (asimilácie) uhlíka (vo forme CO 2) - fotosyntézy - sa vykonáva všade zelenými rastlinami. Na Zemi existuje aj evolučne starší spôsob asimilácie CO 2 chemosyntézou; v tomto prípade chemosyntetické mikroorganizmy nepoužívajú sálavú energiu Slnka, ale energiu oxidácie anorganických zlúčenín. Väčšina zvierat konzumuje uhlík z potravy vo forme hotových organických zlúčenín. V závislosti od metódy asimilácie organických zlúčenín je zvykom rozlišovať autotrofné organizmy a heterotrofné organizmy (pozri Metabolizmus ako základ bunkovej aktivity). Použitie bielkovín a iných živín mikroorganizmov, ktoré využívajú ropné uhľovodíky ako jediný zdroj uhlíka na biosyntézu, je jedným z najdôležitejších moderných vedeckých a technických problémov.

Všetka smrteľná životnosť je založená na uhlíku. Každá molekula živého organizmu je postavená na základe uhlíkového skeletu. Atómy uhlíka neustále migrujú z jednej časti biosféry (úzkeho plášťa Zeme, kde život existuje) druhému. Použitím uhlíkového cyklu v prírode ako príkladu môžeme sledovať obraz života na našej planéte v dynamike.
  Hlavné uhlíkové zásoby na Zemi sú vo forme oxidu uhličitého v atmosfére a rozpustené v oceánoch, to znamená oxidu uhličitého (CO 2). Najskôr zvážte molekuly oxidu uhličitého v atmosfére. Rastliny absorbujú tieto molekuly, potom sa v procese fotosyntézy uhlíkový atóm premení na rôzne organické zlúčeniny a tak sa začlení do štruktúry rastlín. Ďalej existuje niekoľko možností:
1. Uhoľ môže zostať v rastlinách, kým rastliny zomrú. Potom sa ich molekuly dostanú do potravy k rozkladačom (organizmom, ktoré sa živia mŕtvou organickou hmotou a súčasne ju zničia jednoduchými anorganickými zlúčeninami), ako sú huby a termity. Nakoniec sa uhlík vráti do atmosféry ako CO 2;
2. Rastliny môžu byť konzumované bylinožravcami. V tomto prípade sa uhlík buď vráti do atmosféry (v procese dýchania zvierat a keď sa rozloží po smrti), alebo by býložravé zvieratá konzumujú mäsožravce (a potom sa uhlík opäť vráti do atmosféry rovnakým spôsobom);
3. rastliny môžu zomrieť a skončiť pod zemou. Potom sa nakoniec premení na fosílne palivá - napríklad uhlie.
  V prípade rozpustenia pôvodnej molekuly CO 2 v morskej vode je možné aj niekoľko možností:
- oxid uhličitý sa môže jednoducho vrátiť do atmosféry (tento druh vzájomnej výmeny plynu medzi oceánmi a atmosférou sa stáva neustále);
- uhlík môže vstúpiť do tkanív morských rastlín alebo zvierat. Potom sa bude postupne hromadiť vo forme sedimentov na dne oceánov a nakoniec sa zmení na vápenec alebo z usadenín sa opäť zmení na morskú vodu.
  Ak je uhlík súčasťou sedimentu alebo fosílnych palív, odstraňuje sa z atmosféry. Počas existencie Zeme bol takto odstránený uhlík nahradený oxidom uhličitým, ktorý sa dostal do atmosféry počas vulkanických erupcií a iných geotermálnych procesov. V moderných podmienkach sa do týchto prírodných faktorov pridávajú aj emisie z ľudských fosílnych palív. Kvôli účinku CO 2 na skleníkový efekt sa štúdium uhlíkového cyklu stalo dôležitou úlohou pre vedcov, ktorí skúmajú atmosféru.
  Súčasťou tohto vyhľadávania je určenie množstva CO 2, ktoré sa nachádza v rastlinných tkanivách (napríklad v novo vysadenom lese) - vedci nazývajú uhlie. Keďže vlády rôznych krajín sa snažia dosiahnuť medzinárodnú dohodu o obmedzení emisií CO 2, otázka vyváženého pomeru záchvatov a emisií uhlíka v jednotlivých štátoch sa stala hlavnou kosťou konfliktu pre priemyselné krajiny. Vedci však pochybujú, že akumulácia oxidu uhličitého v atmosfére môže byť zastavená len plantážami.
  Uhlíka neustále cirkuluje v suchozemskej biosfére prostredníctvom uzavretých vzájomne prepojených ciest. V súčasnosti sa účinky prirodzených procesov pridávajú do spaľovania fosílnych palív.

uhlík

CARBON   s; m.  Chemický prvok (C), najdôležitejšia zložka všetkých organických látok v prírode. Atómy uhlíka Percento obsahu uhlíka. Bez uhlíka je život nemožný.

◁    Uhlík, th, th V atómov.  Carbonated, th, th. Obsahuje uhlík. Wth steel.

(lat. Carboneum), chemický prvok skupiny IV periodického systému. Hlavnými modifikáciami kryštálov sú diamant a grafit. Za normálnych podmienok je uhlík chemicky inertný; pri vysokých teplotách kombinuje s mnohými prvkami (silné redukčné činidlo). Obsah uhlíka v zemskej kôre je 6,5 · 10 16 ton, v zložení horľavých nerastov (uhlie, zemný plyn, ropa atď.), Ako aj v atmosférickom oxide uhličitom (6 · 10 11 t) a hydrosféry (1014 t). Hlavnými uhlíkatými minerálmi sú uhličitany. Uhlík má jedinečnú schopnosť tvoriť obrovské množstvo zlúčenín, ktoré môžu obsahovať takmer neobmedzený počet atómov uhlíka. Rozmanitosť uhlíkových zlúčenín určuje vznik jedného z hlavných častí chémie - organickej chémie. Uhlík je biogénny prvok; jeho zlúčeniny zohrávajú osobitnú úlohu v životne dôležitej činnosti rastlinných a živočíšnych organizmov (priemerný obsah uhlíka je 18%). Uhlík je rozšírený vo vesmíre; na Slnku, zaujme 4. miesto po vodíku, héliu a kyslíku.

CARBON (lat. Carboneum, z uhľovodíkov), C (čítaj "t"), chemický prvok s atómovým číslom 6, atómová hmotnosť 12,011. Prírodný uhlík sa skladá z dvoch stabilných nuklidov: 12 C, 98,892 hmotnostných% a 13 C - 1,108%. V prirodzenej zmesi nuklidov je rádioaktívny nuklid 14C (b -radiátor, polčas rozpadu 5730 rokov) vždy prítomný v stopových množstvách. Stále sa vytvára v dolných vrstvách atmosféry pod pôsobením neutrónov kozmického žiarenia na izotopoch dusíka 14 N:
  14 7 N + 1 0 n = 14 6 C + 1 1 H.
Uhlík sa nachádza v skupine IVA, v druhom období periodického systému. Konfigurácia vonkajšej elektrónovej vrstvy atómu v základnom stave 2 s 2 p 2   , Najdôležitejšie oxidačné stavy sú +2 +4, -4, valencie IV a II.
Polomer neutrálneho uhlíkového atómu je 0,077 nm. Polomer C 4+ iónov je 0,029 nm (koordinačné číslo 4), 0,030 nm (koordinačné číslo 6). Postupné ionizačné energie neutrálneho atómu sú 11,260, 24,382, 47,883, 64,492 a 392,09 eV. Polárna elektronegativita (cm.  POLING Linus) 2,5.
Historické zázemie
  Uhoľný uhlíok je známy už dávno. Uhlie sa používa na regeneráciu kovov z rúd, diamantov (cm.  DIAMOND (minerálne))  - ako klenot. V roku 1789, francúzsky chemik A. L. Lavoisier (cm.  Krásna Antoine Laurentová)  dospel k záveru o základnom charaktere uhlíka.
Umelé diamanty najprv získali švédski vedci v roku 1953, ale nemali čas na zverejnenie výsledkov. V decembri 1954 boli získané umelé diamanty a na začiatku roka 1955 výsledky publikovali zamestnanci spoločnosti General Electric. (cm.  GENERAL ELECTRIC)
V ZSSR boli umelé diamanty prvýkrát získané v roku 1960 skupinou vedcov pod vedením V. N. Bakyula a LF Vereshchagina (cm.  VERESHCHAGIN Leonid Fedorovich) .
V roku 1961 skupina sovietských chemikov pod vedením V. Korshaka syntetizovala lineárnu modifikáciu uhlíka - karbínu. Čoskoro bola karbina objavená v meteoritovom kráte Ries (Nemecko). V roku 1969 sa v ZSSR syntetizovali kosoštvorcové kyslíky pri bežnom tlaku, ktoré mali vysokú pevnosť a prakticky bez chýb.
V roku 1985 Kroto (cm.  Croto Harold)  objavil novú formu uhlíka - fullerénov (cm.  fullerény)C 60 a C 70 v hmotnostnom spektre grafitu odparovaním laserovým ožiarením. Lonsdaleit bol získaný pri vysokých tlakoch.
Byť v prírode
  Obsah zemskej kôry je 0,48% hmotnosti. Akumuluje v biosfére: v živých látkach 18% uhlia, v dreve 50%, rašelina 62%, prírodné horľavé plyny 75%, horľavá bridlica 78%, čierne uhlie a lignit 80%, ropa 85%, antracit 96%. Významná časť uhoľnej litosféry je koncentrovaná vo vápencoch a dolomitom. Uhlík v oxidačnom stave +4 je súčasťou karbonátových hornín a minerálov (krieda, vápenec, mramor, dolomity). Oxid uhličitý CO 2 (0,046% hmotnostných) je konštantnou zložkou atmosférického vzduchu. Oxid uhličitý v rozpustenej forme je vždy prítomný vo vode riek, jazier a morí.
V atmosfére hviezd, planét a meteoritov sa nachádzali látky obsahujúce uhlík.
recepcia
  Od staroveku bolo uhlie získané neúplným spaľovaním dreva. V 19. storočí bolo uhlie v metalurgii nahradené uhlím (koksom).
V súčasnej dobe priemyselná výroba čistého uhlíka s použitím praskania (cm.  praskanie)  metán zemného plynu (cm.  metán)  CH 4:
CH4 = C + 2H2
Uhlie na lekárske účely sa pripravuje spaľovaním kôry kokosových orechov. Na laboratórne použitie je čisté uhlie, ktoré neobsahuje nehorľavé nečistoty, získané neúplným spálením cukru.
Fyzikálne a chemické vlastnosti
  Uhlík je nekovový.
Rozmanitosť uhlíkových zlúčenín sa vysvetľuje schopnosťou jeho atómov viazať sa navzájom, vytvárať štruktúry, vrstvy, reťazce, cykly. Sú známe štyri alotropické modifikácie uhlíka: diamant, grafit, karbina a fullerit. Uhlie sa skladá z najmenších kryštálov s narušenou grafitovou štruktúrou. Jeho hustota je 1,8-2,1 g / cm3. Sadza je vysoko drvený grafit.
Diamant je minerál s kruhovou tvárnou mriežkou. C atómy v diamante sú v sp 3   - hybridizovaný stav. Každý atóm vytvára 4 kovalentné s-väzby so štyrmi susednými atómami C umiestnenými na vrcholoch tetraedra, v strede ktorého je atóm C. Vzdialenosti medzi atómami v tetraedre sú 0,154 nm. Elektronická vodivosť chýba, pásová medzera je 5,7 eV. Zo všetkých jednoduchých látok má diamant maximálny počet atómov na jednotku objemu. Jeho hustota je 3,51 g / cm3. Mohs tvrdosť (cm.  MOOS SCALE)  vzatý ako 10. Diamant môže byť poškriabaný iba iným diamantom; ale je krehký a keď ho zasiahne, rozpadá sa na kusy nepravidelného tvaru. Termodynamicky stabilná len pri vysokých tlakoch. Avšak pri 1800 ° C dochádza rýchlo k premene diamantu na grafit. Reverzná transformácia grafitu na diamant sa vyskytuje pri 2700 ° C a tlaku 11-12 GPa.
Grafit je vrstvená tmavošedá hmota s hexagonálnou kryštálovou mriežkou. Termodynamicky stabilné v širokom rozsahu teplôt a tlakov. Skladá sa z rovnobežných vrstiev tvorených pravidelnými hexagonmi atómov C. Atómy uhlíka každej vrstvy sú umiestnené oproti centrom hexagónov umiestnených v susedných vrstvách; poloha vrstiev sa opakuje cez jednu a každá vrstva sa posúva vzhľadom na druhú v horizontálnom smere o 0,1418 nm. Vo vnútri vrstvy väzby medzi atómami, kovalentné, sa vytvoril sp 2   hybridné orbitály. Spojenia medzi vrstvami sú vytvorené slabým van der Waalsom (cm.  INTERMOLEKULÁRNA INTERAKCIA)  sily, preto je grafit ľahko stratifikovaný. Tento stav stabilizuje štvrtú delokalizovanú p-väzbu. Grafit má dobrú elektrickú vodivosť. Hustota grafitu je 2,1 až 2,5 kg / dm3.
Pri všetkých alotropických modifikáciách je za normálnych podmienok uhlík chemicky neaktívny. Pri chemických reakciách vstupuje iba pri zahrievaní. V tomto prípade klesá chemická aktivita uhlíka v sérii sadzí-uhlie-grafit-diamant. Sóda vo vzduchu sa zahrieva na 300 ° C, diamant - pri 850-1000 ° C. Počas spaľovania sa vytvára oxid uhličitý CO 2 a CO. Vyhrievanie oxidu uhličitého s uhlím tiež produkuje oxid uhoľnatý (II):
C02 + C = 2CO
C + H20 (prehriata para) = CO + H 2
Syntetický oxid uhoľnatý C 2 O 3.
C02 je kyslý oxid, reaguje so slabou, nestabilnou kyselinou uhličitou H2C03, ktorá existuje len vo vysoko riedených studených vodných roztokoch. Soli kyseliny uhličitej - uhličitany (cm.  karbonát)  (K2C03, CaC03) a hydrogenuhličitany (cm.  uhľovodíky)  (NaHC03, Ca (HCO3) 2).
S vodíkom (cm.  vodík)  grafit a aktívne uhlie reagujú pri teplotách nad 1200 ° C, čím vzniká zmes uhľovodíkov. Reakciou s fluórom pri 900 ° C vzniká zmes fluórovaných uhľovodíkov. Pri prechode elektrickým výbojom medzi uhlíkovými elektródami v dusíkovej atmosfére získajte azúrový plyn (CN) 2; ak je prítomný vodík v zmesi plynov, vzniká kyselina kyanovodíková HCN. Pri veľmi vysokých teplotách grafit reaguje so sírou, (cm.  SERA)  kremík, bór, tvorba karbidov - CS 2, SiC, B 4 C.
Karbidy sa vyrábajú interakciou grafitu s kovmi pri vysokých teplotách: karbid sodný Na2C2, karbid vápenatý CaC2, karbid horečnatý Mg2C3, karbid hliníka Al4C3. Tieto karbidy sa ľahko rozkladajú vodou na hydroxid kovu a zodpovedajúci uhľovodík:
Al4C3 + 12H20 = 4Al (OH) 3 + 3CH4
Pri prechodových kovoch vytvára uhlík kovové chemicky odolné karbidy, napríklad karbid železa (cementit) Fe3C, karbid chrómu Cr2C3 a karbid volfrámu WС. Karbidy sú kryštalické látky, povaha chemickej väzby môže byť odlišná.
Pri zahrievaní uhlie obnovuje veľa kovov z ich oxidov:
FeO + C = Fe + CO,
2CuO + C = 2Cu + C02
Pri zahrievaní znižuje síru (VI) na síru (IV) z koncentrovanej kyseliny sírovej:
2H2S04 + C = C02 + 2S02 + 2H20
Pri 3500 ° C a normálnom tlaku dochádza k sublimácii uhlíka.
prihláška
  Viac ako 90% všetkých primárnych zdrojov energie spotrebovanej vo svete pochádza z fosílnych palív. 10% extrahovaného paliva sa používa ako surovina pre hlavnú organickú a petrochemickú syntézu na výrobu plastov.
Fyziologický účinok
Uhlík - najdôležitejší živinový prvok, je štruktúrnou jednotkou organických zlúčenín, ktoré sa podieľajú na konštrukcii organizmov a ich živobytie (biopolyméry, vitamíny, hormóny, neurotransmitery a iné). Obsah uhlíka v živých organizmoch na sušinu je 34,5-40% u vodných rastlín a zvierat, 45,4-46,5% u suchozemských rastlín a zvierat a 54% v baktériách. V procese vitálnej činnosti organizmov dochádza k oxidačnému rozkladu organických zlúčenín pri uvoľňovaní CO2 do vonkajšieho prostredia. Oxid uhličitý (cm.  OXIDU UHLIČITÉHO)  , rozpustený v biologických kvapalinách a prírodných vodách, sa podieľa na udržiavaní kyslosti životného prostredia, ktorá je optimálna pre život. V zložení CaCO3 vytvára uhlík vonkajší skelet mnohých bezstavovcov, obsiahnutých v koraloch, vaječný škrup.
Pri rôznych výrobných procesoch sa častice uhlia, sadze, grafitu, diamantu dostávajú do atmosféry a sú vo forme aerosólov. MPC pre uhlíkový prach v pracovných priestoroch 4,0 mg / m 3 pre uhlie 10 mg / m 3.

Encyklopedický slovník. 2009 .

Pozrite sa, aký uhlík je v iných slovníkoch:

Tabuľka nuklidov Všeobecné informácie Názov, symbol Uhlík 14, 14C Alternatívne názvy pre uhľovodíky, rádioaktívne uhľovodíky Neutróny 8 Protóny 6 Vlastnosti nuklidu Atómová hmotnosť ... Wikipédia

Tabuľka nuklidov Všeobecné informácie Názov, symbol Uhlík 12, 12C Neutróny 6 Protóny 6 Vlastnosti nuklidu Atómová hmotnosť 12,0000000 (0) ... Wikipedia

Tabuľka nuklidov Všeobecné informácie Názov, symbol Uhlík 13, 13C Neutróny 7 Protóny 6 Vlastnosti nuklidu Atómová hmotnosť 13,0033548378 (10) ... Wikipédia

  - (lat. Carboneum) C, chemický. prvok IV periodickej tabuľky, atómové číslo 6, atómová hmotnosť 12,011. Hlavnými modifikáciami kryštálov sú diamant a grafit. Za normálnych podmienok je uhlík chemicky inertný; vo vysokej ... ... Veľký encyklopedický slovník

  - (Carboneum), C, chemický prvok skupiny IV periodického systému, atómové číslo 6, atómová hmotnosť 12,011; nekovovú. Obsah v kôre 2,3 až 10 2 hmotnostných%. Hlavnými kryštalickými formami uhlíka sú diamant a grafit. Carbon je hlavnou zložkou ... ... Moderná encyklopédia

uhlík  - (Carboneum), C, chemický prvok skupiny IV periodického systému, atómové číslo 6, atómová hmotnosť 12,011; nekovovú. Obsah v zemskej kôre 2,3'10 2% hmotnosti. Hlavnými kryštalickými formami uhlíka sú diamant a grafit. Carbon je hlavnou zložkou ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

CARBON - (1) chemická látka prvok, symbol C (lat. Carboneum), at. a. 6, at. m 12,011. Existuje niekoľko alotropických modifikácií (foriem) (diamant, grafit a zriedka karbín, chaoit a lonsdaleit v meteoritových kráterov). Od roku 1961 bola prijatá hmotnosť atómu 12C izotopu ... Veľká polytechnická encyklopédia

Uhlík sa nachádza v prírode, a to ako vo voľnom stave, tak aj vo forme zlúčenín. Voľný uhlík sa nachádza vo forme diamantu a grafitu. Niektoré fosílne uhlie obsahuje až 99% uhlíka. Okrem fosílneho uhlia sú v útrobách zeme veľké nahromadenia oleja, ktoré sú hlavne zmesou uhľovodíkov. Hoci obsah uhlíka v kôre je nízky (0,09%), tento prvok spolu s dusíkom, sírou a fosforom je základom života na Zemi. Rozmanitosťou svojich zlúčenín má uhlík osobitné miesto v chémii. V súčasnosti sa počet študovaných zlúčenín uhlíka odhaduje na približne 2 milióny, zatiaľ čo zlúčeniny všetkých ostatných prvkov sú spolu len stovky tisíc.

Diamant je bezfarebná, transparentná látka, ktorá extrémne láma svetelné lúče. Zo všetkých jednoduchých látok má maximálny počet atómov na jednotku objemu. Toto, rovnako ako vysoká pevnosť väzby medzi atómami uhlíka, je spojená so skutočnosťou, že diamant je tvrdší ako všetky známe látky v tvrdosti. Keď je veľmi tvrdý, diamant je zároveň krehký a môže byť rozomletý na prášok v oceľovej malte. Priestranné priehľadné diamanty sa volajú kule.

Diamond má nízku reaktivitu. Spaluje v kyslíku iba na 8000, čo sa mení na oxid uhličitý so silným vyžarovaním svetla (Lavoisier). Kyseliny, zásady a halogény nereagujú s diamantom, ale roztok chlóru (chlórnan vápenatý) ho oxiduje.

Pri nízkych teplotách sú uhlie a grafit relatívne inertné, aj keď sú známe prípady spontánneho spaľovania veľkých hmôt uhlia. Pri zahrievaní sa ich aktivita zvyšuje. Uhlie je dobré redukčné činidlo, ktoré odstraňuje kyslík z oxidov kovov. Preto sú mnohé kovy tavené.

MemOn + n / 2C = mMe + n / 2C02

Pri spálení na vzduchu vytvára uhlík dve zlúčeniny: oxid uhličitý CO2 s prebytkom kyslíka

a oxid uhoľnatý s jeho nedostatkom

Oxid uhoľnatý je bezfarebný a bez zápachu. Keď sa vdýchne, krv človeka je nasýtená týmto plynom, čo vedie k silnému poklesu koncentrácie kyslíka v krvi, človek potom zaspí a vo sne sa vyskytne smrť z udusenia. Takéto prípady sú známe obyvateľom vidieckych domov, kde je kachle alebo kúpeľ.

Pri slnečnom svetle alebo za prítomnosti aktívneho uhlia (katalyzátora) sa oxid uhoľnatý priamo zlúči s chlórom za vzniku extrémne toxického plynu. fosgén

CO + Cl2 = COCI2

V prípade požiarov v priestoroch sa tvorí oxid uhoľnatý kvôli nedostatku kyslíka a molekulárny chlór sa môže uvoľňovať z polymérnych materiálov obsahujúcich chlór. Vzájomné pôsobenie týchto plynov v prípade požiaru môže priniesť fosgén.

Pri veľmi vysokých teplotách sa uhlík spája s vodíkom, sírou, kremíkom, bórom a mnohými kovmi. Zlúčeniny kovu s uhlíkom sa nazývajú karbidy. .

Karbidy sú kryštalické telá. Povaha chemickej väzby v nich môže byť odlišná. Preto mnohé karbidy kovov hlavných podskupín skupín I, II a III periodického systému sú soľné zlúčeniny s prevažujúcou iónovou väzbou. Patria medzi ne karbidy hliníka Al4C3 a vápenatý CaC2. Pri interakcii s vodou tieto karbidy (anorganické zlúčeniny) poskytujú metán a acetylén (organické zlúčeniny)

Al4C3 + 12H20 = 4Al (OH) 3 + 3CH4

CaC2 + 2H2O = Ca (OH) 2 + C2H2

Ak karbid horečnatý Mg2C3 interaguje s vodou, získa sa zložitejšia organická zlúčenina propín (metylacetylén) CH3-CCHCH.

V karbide kremíka SiC a bóru B4C je väzba k medu atómami kovalentná. Tieto látky sa vyznačujú vysokou tvrdosťou, refraktormi a chemickou inertnosťou.

Väčšina kovov podskupín skupín IV-VIII tvorí karbidy, ktorých väzba je blízka kovovej, v dôsledku čoho sú tieto karbidy v niektorých ohľadoch podobné kovom, napríklad majú značnú elektrickú vodivosť. Sú tiež charakterizované vysokou tvrdosťou a refraktérnosťou; karbidy tejto skupiny sa používajú v mnohých odvetviach.

Väčšina cenných vlastností železa a ocele je spôsobená prítomnosťou karbidu železa Fe3C v nich.

Keď sa oxid uhličitý rozpustí vo vode, vytvorí sa veľmi slabá kyselina uhličitá.

CO2 + H2O = H2CO3

Zvyšok tejto reakcie sa silne posúva doľava, len veľmi malé množstvo rozpusteného oxidu uhličitého sa premení na kyselinu uhličitú.

Pri slabých zásadách má kyselina uhličitá vo väčšine prípadov len základné soli. Prirodzene sa vyskytujúci minerálny - (CuOH) 2CO3 (bázická soľ) sa nazýva malachit. Uhličitan vápenatý CaCO3 je bežný medzi prírodnými uhličitanovými soľami. Nachádza sa vo forme vápenca, kriedy a mramor . V každodennom živote je dobre známy uhličitan sodný-sodný Na2C03. Soda je jedným z hlavných produktov chemického priemyslu. Spotrebuje sa vo veľkom množstve sklom, mydlom, celulózou a papierom, textilom, olejom a iným priemyslom. Uhličitan draselný alebo draslík sa používa K2CO3 na výrobu mydla pri výrobe žiaruvzdorného skla vo fotografii.

Uhlík (lat. Carboneum) je chemický prvok skupiny IV periodickej tabuľky; atómové číslo 6, atómová hmotnosť 12,0 11.
Príbeh o známej osobe s touto látkou je ďaleko v čase. Názov človeka, ktorý objavil uhlík, je neznámy, nie je známe, ktorá forma čistého uhlíka - grafitu alebo diamantu - bola objavená predtým.

Obsah uhlíka v kôre je 2,3 10-2% hmotnostných. Uhlík je hlavnou zložkou rastlinného a živočíšneho sveta. Všetky horľavé minerály - ropa, plyn, rašelina, bridlica - sú postavené na uhlíkovom základe, uhlie je obzvlášť bohaté na uhlík. Väčšina uhlíka je koncentrovaná do minerálov, CaCO3 vápenca a CaMg (CO3) 2 dolomit, ktoré sú soli kovov alkalických zemín a slabá kyselina uhličitá H2CO3. Medzi životne dôležité prvky je uhlík jedným z najdôležitejších: život na našej planéte je postavený na uhlíkovom základe. Prečo? Odpoveď na túto otázku sa nachádza v základoch chemickej fyziky DI Mendeleeva: "Uhlíka sa nachádza v prírode, a to ako vo voľnom, tak v spojivom stave, v rôznych formách a typoch ... Schopnosť atómov uhlíka navzájom sa spájať a vytvárať zložité častice prejavuje sa vo všetkých uhlíkových zlúčeninách ... Žiadny z prvkov ... schopnosť komplikácie sa rozvíja v rovnakej miere ako v uhlíku ... Nie jediný pár prvkov dáva toľko zlúčenín ako uhlík s vodíkom. "
V skutočnosti sa atómy uhlíka môžu kombinovať rôznymi spôsobmi medzi sebou as atómmi mnohých ďalších prvkov, ktoré tvoria obrovskú škálu látok. Ich chemické väzby sa môžu vyskytnúť a rozpadať pod vplyvom prírodných faktorov. Toto je pôvod uhlíkového cyklu v prírode: od atmosféry k rastlinám, od rastlín po živočíšne organizmy, od nich až po neživú povahu atď. Tam, kde je uhlík, existuje množstvo látok, kde je uhlík, v molekulárnej architektúre existujú rôzne konštrukcie.
Akumulácia uhlíka v kôre súvisí s hromadením mnohých ďalších prvkov, vyzrážaných vo forme nerozpustných uhličitanov atď. CO2 a kyselina uhličitá zohrávajú dôležitú geochemickú úlohu v zemskej kôre. Pri vulkanizme sa emituje obrovské množstvo CO2 - v histórii Zeme to bol hlavný zdroj uhlíka pre biosféru.
Množstvo uhlíkových anorganických zlúčenín je oveľa menšie ako organické. Uhlík vo forme diamantu, grafitu, uhlia vstupuje do zmesi len pri zahrievaní. Pri vysokých teplotách sa kombinuje s kovmi a niektorými nekovmi, ako je bór, na tvorbu karbidov.
Z anorganických zlúčenín uhlíka sú najznámejšie uhličitany, oxid uhličitý CO2 (oxid uhličitý) a oxid uhoľnatý CO. Tretí oxid C3O2 je bezfarebný plyn s nepríjemným štipľavým zápachom.
Zemská atmosféra obsahuje 2,3 10-12 ton CO2 oxidu uhličitého - produkt dýchania a spaľovania. Toto je hlavný zdroj uhlíka pre vývoj rastlín. CO oxid uhoľnatý, známy ako oxid uhoľnatý, vzniká pri neúplnom spaľovaní paliva: vo výfukových plynoch automobilov atď.
V priemysle sa ako redukčné činidlo používa oxid uhoľnatý CO (napríklad pri tavení železa vo vysokých peciach) a pri syntéze organických látok. Napríklad metylalkohol reakciou:
CO + 2H2\u003e CH3OH
Elementárny uhlík vytvára alotropické modifikácie: diamant je anorganický polymér priestorovej, objemovej štruktúry, grafit je polymér rovinnej štruktúry, karbin je lineárny uhlíkový polymér, ktorý existuje v dvoch formách, ktoré sa líšia charakterom a striedaním chemických väzieb.
Diamant je kryštalická forma uhlíka, zriedkavý minerál, ktorý má vynikajúcu tvrdosť voči všetkým prírodným a umelým materiálom okrem kryštalického nitridu bóru. Po rezaní sa veľké diamantové kryštály premenili na najcennejšie kamene - diamanty.
Na konci XVII storočia. Florentinskí vedci Averani a Tardjoni sa pokúšali spáliť niekoľko malých diamantov do jedného veľkého, zahriať ich so slnečným žiarením pomocou zápalného skla. Diamanty zmizli a spálili vo vzduchu ... Trvalo to asi sto rokov, kým francúzsky chemik A. Lavoisier v roku 1772 nielen zopakoval túto skúsenosť, ale vysvetlil aj dôvody zmiznutia diamantu: krištáľ drahocenného diamantu bol vypálený rovnako ako v iných pokusoch kusy fosforu a uhoľného uhlia. A až v roku 1797 dokázal anglický vedec S. Tennant identitu povahy diamantu a uhlia. Zistil, že objem oxidu uhličitého po spaľovaní uhlia a diamantu rovnakej hmotnosti sa ukázal byť rovnaký. Potom sa mnohokrát pokúšali získať diamant umelými prostriedkami z grafitu, uhlia a materiálov obsahujúcich uhlík pri vysokých teplotách a tlakoch. Niekedy po týchto pokusoch sa našli malé diamantové kryštály, ale nebolo možné robiť úspešné pokusy ani raz.
Diamantová syntéza sa stala možná po tom, ako sovietský fyzik O. I. Leipunsky v roku 1939 vypočítal podmienky, za ktorých sa grafit môže premeniť na diamant (tlak okolo 60 000 atm, teplota 1600-2000 ° С). V 50. rokoch. našeho storočia takmer súčasne vo viacerých krajinách, vrátane ZSSR, boli umelé diamanty získané v priemyselných podmienkach. Diamantové vrtáky, diamantové rezné nástroje, diamantové brúsne kotúče pracujú spoľahlivo a dlho. Umelé diamanty, rovnako ako prírodné kryštály, sa široko používajú v moderných technológiách.
Iný čistý uhlíkový polymér, grafit, sa v praxi ešte viac využíva. V grafitovom kryštáliku sú atómy uhlíka ležiace v rovnakej rovine pevne spojené v pravidelných šesťhranoch. Šesťuholníky so spoločnými tvárami tvoria zväzkové roviny. Väzby medzi atómami uhlíka rôznych balení sú slabé. Okrem toho vzdialenosť medzi atómami uhlíka v rôznych rovinách je takmer 2,5 krát väčšia ako vzdialenosť medzi susednými atómami tej istej roviny. Preto je dostatočné malé úsilie, aby sa grafitový kryštál rozdelil na samostatné stupnice. Preto grafitové ceruzkové jadro opúšťa značku na papieri. Je nesporne ťažšie zničiť väzbu medzi atómami uhlíka ležiacimi v tej istej rovine. Pevnosť týchto väzieb je príčinou vysokej chemickej odolnosti grafitu. Aj horúce zásady a kyseliny, s výnimkou koncentrovanej kyseliny dusičnej, ju neovplyvňujú.
Okrem vysokej odolnosti voči chemikáliám má grafit aj vysokú odolnosť voči teplotám: výrobky z neho môžu byť použité pri teplotách do 3700 ° C Schopnosť vykonávať elektrický prúd identifikovala mnohé aplikácie grafitu. Je potrebná v elektrotechnike, metalurgii, vo výrobe práškov, v jadrovej technológii. Grafit najvyššej čistoty sa používa pri konštrukcii reaktora ako účinného neutronového moderátora.
Lineárny uhlíkový polymér - karbín - sa stále používa v praxi po obmedzenú dobu. V molekule karabínu sú atómy uhlíka reťazené striedavo s trojitými a jednoduchými väzbami. Táto látka bola najskôr získaná sovietskymi chemikmi V. V. Korshakom, A.M. Sladkovom, V.I. Kasatochkinom a Yu.P. Kudryavtsevom začiatkom šesťdesiatych rokov. na Ústave organoelementových zlúčenín Akadémie vied ZSSR. Carbin má polovodičové vlastnosti a pod pôsobením svetla sa jeho vodivosť značne zvyšuje. Prvá praktická aplikácia je založená na tejto vlastnosti - vo fotovoltaických článkoch.
V molekule inej formy karbynu - polykumulénu, ktorý bol prvýkrát získaný aj v ZSSR, atómy uhlíka sú spojené inak ako v karbyne - iba dvojitými väzbami.
Počet organických zlúčenín známych vedcom - zlúčeninám uhlíka - dosahuje 5 miliónov. Chémia polymérov - prírodná a syntetická - je predovšetkým chémiou zlúčenín uhlíka. Organické zlúčeniny uhlíka študujú také nezávislé vedy ako organická chémia, biochémia, chémia prírodných zlúčenín.
Hodnota zlúčenín uhlíka v živote človeka je neoceniteľná - uhlík, ktorý nás obklopuje: v atmosfére a litosfére, v rastlinách a zvieratách, v našom oblečení a jedle. Zlúčeniny uhlíka zohrávajú obrovskú úlohu v existencii samotného ľudského tela.