химический каталог




УГЛЕРОД

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

УГЛЕРОД (Carboneum) C, химический элемент IV гр. периодической системы, атомный номер 6, ат.м. 12.011. Природный УГЛЕРОД состоит из двух стабильных изотопов - 12C (98,892%) и 13C (1,108%). Сечение захвата тепловых нейтронов 3,5•10-31 м2. В атмосфере присутствует радиоактивный нуклид 14C. Он постоянно образуется в ниж. слоях стратосферы в результате воздействия нейтронов космич. излучения на ядра азота по реакции: 14N (n, р)14C. Конфигурация внешний электронной оболочки атома УГЛЕРОД 2s22p2; степени окисления +4, - 4, редко +2 (СО, карбонилы металлов), +3 (C2N2, галоген-цианы); сродство к электрону 1,27 эВ; энергий ионизации при последоват. переходе от С° к C4+ соответственно 11,26040, 24,383, 47,871 и 64,19 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,5; атомный радиус 0,077 нм, ионный радиус C4+ (в скобках даны координац. числа) 0,029 нм (4), 0,030 нм (6).

Содержание УГЛЕРОД в земной коре 0,48% по массе. Свободный УГЛЕРОД находится в природе в виде алмаза и графита. Осн. масса УГЛЕРОД встречается в виде карбонатов природных (известняки и доломиты), горючих ископаемых - антрацит (94-97% С), бурые угли (64-80% С), каменные угли (76-95% С), горючие сланцы (56-78% С), нефть (82-87% С), газы природные горючие (до 99% CH4), торф (53-62% С), а также битумы и др. В атмосфере и гидросфере УГЛЕРОД находится в виде углерода диоксида CO2, в воздухе 0,046% CO2 по массе, в водах рек, морей и океанов в ~ 60 раз больше. УГЛЕРОД входит в состав растений и животных (~18%). Кругооборот УГЛЕРОД в природе включает биологическое цикл, выделение CO2 в атмосферу при сгорании ископаемого топлива, из вулканич. газов, горячих минеральных источников, из поверхностных слоев океанич. вод и др. Биол. цикл состоит в том, что УГЛЕРОД в виде CO2 поглощается из тропосферы растениями, затем из биосферы вновь возвращается в геосферу: с растениями УГЛЕРОД попадает в организм животных и человека, а затем при гниении животных и растит, материалов - в почву и в виде CO2 - в атмосферу.

В парообразном состоянии и в виде соединение с азотом и водородом УГЛЕРОД обнаружен в атмосфере Солнца, планет, он найден в каменных и железных метеоритах.

Большинство соединений УГЛЕРОД, и прежде всего углеводороды, обладают ярко выраженным характером ковалентных соединений. Прочность простых, двойных и тройных связей атомов УГЛЕРОД между собой, способность образовывать устойчивые цепи и циклы из атомов С обусловливают существование огромного числа углеродсодержащих соединение, изучаемых органической химией.

Свойства. Основные и хорошо изученные кристаллич. модификации УГЛЕРОД- алмаз и графит. При нормальных условиях термодинамически устойчив только графит, а алмаз и др. формы метастабильны. При атм. давлении и температуре выше 1200 К алмаз начинает переходить в графит, выше 2100 К превращение совершается за секунды; DH° перехода -1,898 кДж/моль. При нормальном давлении УГЛЕРОД сублимируется при 3780 К. Жидкий УГЛЕРОД существует только при определенном внешний давлении. Тройные точки: графит - жидкость -пар T =4130 К, р=12 МПа; графит - жидкость - алмаз T=4100, p =12,5 ГПа. Прямой переход графита в алмаз происходит при 3000 К и давлении 11-12 ГПа.

При давлениях выше 60 ГПа предполагают образование весьма плотной модификации УГЛЕРОД III (плотность на 15-20% выше плотности алмаза), имеющей металлич. проводимость. При высоких давлениях и относительно низких температурах (около 1200 К) из высокоориентир. графита образуется гексагон. модификация УГЛЕРОД с кристаллич. решеткой типа вюрцита -лонсдейлит (а = 0,252 HM, с =0,412 нм, пространств. группа Р63/ттс), плотность 3,51 г/см3, т. е. такая же, как у алмаза. Лонсдейлит найден также в метеоритах.

Кристаллическая модификация УГЛЕРОД гексагон, сингонии с цепочечным строением молекул называют к а р б и н. Цепи имеют либо полииновое строение , либо поликумуленовое . Известно несколько форм карбина, отличающихся числом атомов в элементарной ячейке, размерами ячеек и плотностью (2,68-3,30 г/см3). Карбин встречается в природе в виде минерала чаоита (белые прожилки и вкрапления в графите) и получен искусственно - окислит, дегидрополи-конденсацией ацетилена, действием лазерного излучения на графит, из углеводородов или CCl4 в низкотемпературной плазме.

В основе строения аморфного УГЛЕРОД лежит разупорядоченная структура мелкокристаллич. (всегда содержит примеси) графита. Это кокс (см. Кокс каменноугольный, Кокс нефтяной, Кокс пековый), бурые и каменные угли, сажа (см. Технический углерод), активный уголь. УГЛЕРОД известен также в виде кластерных частиц C60 и C70 (фуллерены).

При обычных температурах УГЛЕРОД химически инертен, при достаточно высоких соединяется со многие элементами, проявляет сильные восстановит. свойства. Химическая активность разных форм УГЛЕРОД убывает в ряду: аморфный УГЛЕРОД, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300-500 0C, 600-700 0C и 850-1000 0C. Продукты горения - углерода оксид СО и диоксид CO2. Известны также неустойчивый оксид C3O2 (температура плавления -111 0C, температура кипения 7 0C) и некоторые др. оксиды. Графит и аморфный УГЛЕРОД начинают реагировать с H2 при 1200 0C, с F2 - соответственно выше 900 0C и при комнатной температуре. Графит с галогенами, щелочными металлами и др. веществами образует соединения включения (см. Графита соединения). При пропускании электрич. разряда между угольными электродами в среде N2 образуется циан, при высоких температурах взаимодействием УГЛЕРОД со смесью H2 и N2 получают синильную кислоту. С серой УГЛЕРОД дает сероуглерод CS2, известны также CS и C3S2. С большинством металлов, В и Si УГЛЕРОД образует карбиды. Важна в промышлености реакция УГЛЕРОД с водяным паром С + H2O СО + H2 (см. Газификация твердых топлив). При нагревании УГЛЕРОД восстанавливает оксиды металлов до металлов, что широко используется в металлургии.

О применении УГЛЕРОД см. вышеперечисл. статьи, а также см. Углеграфитовые материалы, Углепластики и др.

УГЛЕРОД входит в состав атм. аэрозолей, в результате чего может изменяться региональный климат, уменьшаться количество солнечных дней. Частицы УГЛЕРОД поглощают солнечное излучение, что может вызвать нагревание поверхности Земли. УГЛЕРОД поступает в окружающую среду в виде сажи в составе выхлопных газов автотранспорта, при сжигании угля на ТЭС, при открытых разработках угля, подземной его газификации, получении угольных концентратов и др. Концентрация УГЛЕРОД над источниками горения 100-400 мкг/м3, крупными городами 2,4-15,9 мкг/м3, сельскими р-нами 0,5-0,8 мкг/м3. С газоаэрозольными выбросами АЭС в атмосферу поступает (6-15)•109 Бк/сут 14CO2.

Высокое содержание УГЛЕРОД в атм. аэрозолях ведет к повышению заболеваемости населения, особенно верх. дыхат. путей и легких. Проф. заболевания - в основные антракоз и пылевой бронхит. В воздухе рабочей зоны ПДК, мг/м3: алмаз 8,0, антрацит и кокс 6,0, каменный уголь 10,0, технический УГЛЕРОД и углеродная пыль 4,0; в атм. воздухе для сажи макс, разовая 0,15, среднесуточная 0,05 мг/м3.

Токсич. действие 14C, вошедшего в состав молекул белков (особенно в ДНК и РНК), определяется радиац. воздействием b-частиц и ядер отдачи азота и трансмутац. эффектом - изменением химический состава молекулы в результате превращения атома С в атом N. Допустимая концентрация 14C в воздухе рабочей зоны ДКА 1,3 Бк/л, в атм. воздухе ДКБ 4,4 Бк/л, в воде 3,0•104 Бк/л, предельно допустимое поступление через органы дыхания 3,2• 108 Бк/год.

УГЛЕРОД в виде древесного угля применялся в глубокой древности для выплавки металлов. Издавна известны алмаз и графит.

Элементарная природа УГЛЕРОД установлена А. Лавуазье в кон. 1780-х гг.

Литература: Химия гиперкоординированного углерода, пер. с англ., M., 199O, Kirk - Othmer encyclopedia, 3 ed., v. 4, N. УГЛЕРОД, 1978, p. 556-709.

Я. А. Калашников.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
шашки магнитные купить
курсы кадрового дела в калуге
транспортные услуги с водителем
Самое выгодное предложение в KNSneva.ru: как выбрать ноутбук - г. Санкт Петербург, ул. Рузовская, д.11, тел. (812) 490-61-55.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)