Bərk karbon. Karbon atomunun quruluşu. Karbon turşusu və onun duzları

KARBON
İLƏ (karbon), elementlərin dövri cədvəlinin alt qrupunun (C, Si, Ge, Sn, Pb) qeyri-metal kimyəvi elementi IVA. Təbiətdə almaz kristalları (şək. 1), qrafit və ya fulleren və digər formalarda olur və üzvi (kömür, neft, heyvan və bitki orqanizmləri və s.) və qeyri-üzvi maddələrin (əhəngdaşı, çörək soda və s.) bir hissəsidir. .). Karbon geniş yayılmışdır, lakin yer qabığında onun miqdarı cəmi 0,19% təşkil edir (həmçinin bax: ALAMAZ; FULLERENLER).

Karbon sadə maddələr şəklində geniş istifadə olunur. Zərgərlik predmeti olan qiymətli almazlarla yanaşı, daşlama və kəsici alətlərin istehsalı üçün sənaye almazları böyük əhəmiyyət kəsb edir. Kömür və karbonun digər amorf formaları qazların rəngsizləşdirilməsi, təmizlənməsi, adsorbsiyası üçün, inkişaf etmiş səthi olan adsorbentlərin tələb olunduğu texniki sahələrdə istifadə olunur. Karbidlər, karbonun metallarla, habelə bor və silisiumla birləşmələri (məsələn, Al4C3, SiC, B4C) yüksək sərtliklə xarakterizə olunur və aşındırıcı və kəsici alətlərin istehsalı üçün istifadə olunur. Karbon elementar vəziyyətdə və karbidlər şəklində poladlarda və ərintilərdə olur. Polad tökmələrin səthinin yüksək temperaturda karbonla doyması (karbürləşmə) səthin sərtliyini və aşınma müqavimətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.
Həmçinin bax ərintilər. Təbiətdə qrafitin çoxlu müxtəlif formaları var; bəziləri süni şəkildə əldə edilir; amorf formaları var (məsələn, koks və kömür). Karbohidrogenlərin oksigen çatışmazlığı ilə yandırılması zamanı his, sümük kömürü, lampa hisi, asetilen hisi əmələ gəlir. Sözdə ağ karbon, aşağı təzyiqdə pirolitik qrafitin sublimasiyası ilə əldə edilir - bunlar kəskin kənarları olan qrafit təbəqələrinin ən kiçik şəffaf kristallarıdır.
Tarixə istinad. Qrafit, almaz və amorf karbon qədim zamanlardan məlumdur. Qrafitin başqa materialı işarələmək üçün istifadə oluna biləcəyi çoxdan məlumdur və “yazmaq” mənasını verən yunan sözündən götürülmüş “qrafit” adının özü 1789-cu ildə A. Verner tərəfindən təklif edilmişdir. Lakin qrafitin tarixi belədir. qarışıq, tez-tez oxşar xarici fiziki xassələri olan maddələr, məsələn, bir vaxtlar qrafit hesab edilən molibdenit (molibden sulfid) götürülürdü. Qrafitin digər adlarına qara qurğuşun, karbid dəmir və gümüş qurğuşun daxildir. 1779-cu ildə K. Scheele müəyyən etdi ki, qrafit hava ilə oksidləşərək karbon qazı əmələ gətirə bilər. İlk dəfə almaz Hindistanda, Braziliyada isə qiymətli daşlar 1725-ci ildə kommersiya əhəmiyyəti qazanmışdır; Cənubi Afrikada yataqlar 1867-ci ildə aşkar edilmişdir. 20-ci əsrdə. əsas almaz istehsalçıları Cənubi Afrika, Zair, Botsvana, Namibiya, Anqola, Sierra Leone, Tanzaniya və Rusiyadır. Texnologiyası 1970-ci ildə yaradılmış süni almazlar sənaye məqsədləri üçün istehsal olunur.
Allotropiya.Əgər maddənin struktur vahidləri (bir atomlu elementlər üçün atomlar və ya çox atomlu elementlər və birləşmələr üçün molekullar) bir-biri ilə birdən çox kristal formada birləşə bilirlərsə, bu hadisə allotropiya adlanır. Karbonun üç allotropik modifikasiyası var - almaz, qrafit və fulleren. Almazda hər bir karbon atomunun kub quruluşunu meydana gətirən 4 tetraedral yerləşən qonşusu var (şəkil 1, a). Bu struktur maksimum bağ kovalentliyinə uyğundur və hər bir karbon atomunun bütün 4 elektronu yüksək güclü C-C bağları yaradır, yəni. strukturunda keçirici elektronlar yoxdur. Buna görə almaz keçiriciliyin olmaması, aşağı istilik keçiriciliyi, yüksək sərtlik ilə xarakterizə olunur; məlum olan ən sərt maddədir (şək. 2). Tetrahedral quruluşda CC bağının parçalanması (bağ uzunluğu 1,54, buna görə də kovalent radius 1,54 / 2 = 0,77) böyük enerji xərcləri tələb edir, buna görə də almaz müstəsna sərtliklə yanaşı, yüksək ərimə nöqtəsi (3550 ° C) ilə xarakterizə olunur. ).

Karbonun başqa bir allotropik forması qrafitdir, o, xassələrinə görə almazdan çox fərqlənir. Qrafit, yaxşı elektrik keçiriciliyi (elektrik müqaviməti 0,0014 Ohm * sm) ilə xarakterizə olunan, asanlıqla aşınan kristallardan ibarət yumşaq qara maddədir. Buna görə də, qrafit qövs lampaları və sobalarda istifadə olunur (şəkil 3), burada yüksək temperatur yaratmaq lazımdır. Yüksək təmizlikli qrafit nüvə reaktorlarında neytron moderatoru kimi istifadə olunur. Yüksək təzyiqdə onun ərimə nöqtəsi 3527 ° C-dir. Normal təzyiqdə qrafit 3780 ° C-də sublimasiya edir (bərkdən qaza keçir).

Qrafit quruluşu (şəkil 1b) 1,42 (almazdan çox qısa) bir bağ uzunluğu olan qatılaşdırılmış altıbucaqlı üzüklər sistemidir, lakin hər bir karbon atomunun üç qonşu ilə üç (almazda olduğu kimi dörd deyil) kovalent bağı var, dördüncü bağ (3,4) kovalent rabitə üçün çox uzundur və paralel yığılmış qrafit təbəqələrini bir-biri ilə zəif birləşdirir. Qrafitin istilik və elektrik keçiriciliyini təyin edən karbonun dördüncü elektronudur - bu daha uzun və daha az güclü bağ daha az yığcam qrafit əmələ gətirir ki, bu da almazla müqayisədə daha aşağı sərtliyində əks olunur (qrafit sıxlığı 2,26 q / sm3, almaz - 3,51 q / sm3). Eyni səbəbdən, qrafit toxunuşda sürüşkəndir və sürtkü yağları və karandaş telləri hazırlamaq üçün istifadə olunan maddənin lopalarını asanlıqla ayırır. Qurğunun qurğuşun parıltısı əsasən qrafitin olması ilə bağlıdır. Karbon lifləri yüksək davamlıdır və rayon və ya digər yüksək karbonlu ipliklərin istehsalı üçün istifadə edilə bilər. Yüksək təzyiq və temperaturda dəmir kimi katalizatorun iştirakı ilə qrafit almaza çevrilə bilər. Bu proses süni almazların sənaye istehsalı üçün həyata keçirilib. Almaz kristalları katalizator səthində böyüyür. Tarazlıq qrafit-almaz 15.000 atm və 300 K və ya 4000 atm və 1500 K-da mövcuddur. Süni almazları karbohidrogenlərdən də əldə etmək olar. Kristal əmələ gətirməyən karbonun amorf formalarına odunu hava girişi olmadan qızdırmaqla əldə edilən kömür, karbohidrogenlərin hava çatışmazlığı ilə aşağı temperaturda yanması zamanı əmələ gələn və soyuq səthdə kondensasiya olunmuş lampa və qaz hisi, sümük kömürü - bir qarışıq daxildir. sümük parçalanması prosesində kalsium fosfat, eləcə də kömür (çirkləri olan təbii maddə) və koks, kömür və ya neft qalıqlarının (bitumlu kömürlərin) quru distillə edilməsi üsulu ilə kokslaşan yanacaqlarla əldə edilən quru qalıq, yəni. hava girişi olmadan istilik. Koks çuqun əridilməsi üçün, qara və əlvan metallurgiyada istifadə olunur. Kokslaşma zamanı qaz halında olan məhsullar da əmələ gəlir - koks qazı (H2, CH4, CO və s.) və benzin, boyalar, gübrələr, dərmanlar, plastmaslar və s. istehsalı üçün xammal olan kimya məhsulları. Koks istehsalı üçün əsas aparatın - koks sobasının diaqramı Şek. 3. Kömür və hisin müxtəlif növləri inkişaf etmiş səthi ilə fərqlənir və buna görə də qazların, mayelərin təmizlənməsi üçün adsorbent kimi, həmçinin katalizator kimi istifadə olunur. Karbonun müxtəlif formalarını əldə etmək üçün kimyəvi texnologiyanın xüsusi üsullarından istifadə olunur. Süni qrafit karbon elektrodları arasında 2260 ° C-də (Acheson prosesi) antrasitin və ya neft koksunun kalsifikasiyası ilə əldə edilir və sürtkü yağlarının və elektrodların istehsalında, xüsusən metalların elektrolitik istehsalı üçün istifadə olunur.
Karbon atomunun quruluşu. Kütləsi 12 (bolluq 98,9%) olan ən sabit karbon izotopunun nüvəsində helium nüvəsinə bənzər hər birində 2 proton və iki neytron olan üç kvartetdə düzülmüş 6 proton və 6 neytron (12 nuklon) var. Karbonun digər sabit izotopu 13C-dir (təqribən 1,1%) və az miqdarda təbiətdə 5730 il yarımparçalanma dövrü olan qeyri-sabit izotop 14C mövcuddur ki, bu da b-radiasiyaya malikdir. Canlı maddənin normal karbon dövrəsində hər üç izotop CO2 şəklində iştirak edir. Canlı orqanizmin ölümündən sonra karbonun istehlakı dayanır və C tərkibli obyektlər 14C radioaktivlik səviyyəsini ölçməklə tarixlənə bilər. 14CO2-nin b-radiasiyasındakı azalma ölümdən sonra keçən vaxtla mütənasibdir. 1960-cı ildə U.Libbi radioaktiv karbonla bağlı tədqiqatlara görə Nobel mükafatına layiq görülüb.
Həmçinin RADİOAKTİVİYYƏ TANIŞMASI. Əsas vəziyyətdə karbonun 6 elektronu 1s22s22px12py12pz0 elektron konfiqurasiyasını təşkil edir. İkinci səviyyənin dörd elektronu valentlikdir ki, bu da dövri sistemin IVA qrupunda karbonun vəziyyətinə uyğundur (bax: ELEMENSLERİN DÖVRİ SİSTEMİ). Qaz fazasında bir elektronun bir atomdan ayrılması yüksək enerji tələb etdiyindən (təxminən 1070 kJ / mol), karbon digər elementlərlə ion bağları yaratmır, çünki bu, müsbət bir ion meydana gəlməsi ilə bir elektronun ayrılmasını tələb edəcəkdir. Elektromənfiliyi 2,5-ə bərabər olan karbon, elektron üçün güclü yaxınlıq göstərmir və buna görə də aktiv elektron qəbuledicisi deyil. Ona görə də mənfi yüklü hissəcik əmələ gətirməyə meylli deyil. Ancaq bağın qismən ion təbiəti ilə bəzi karbon birləşmələri, məsələn, karbidlər mövcuddur. Birləşmələrdə karbon 4 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirir. Dörd elektronun rabitələrin əmələ gəlməsində iştirak etməsi üçün 2s elektronları ayırmaq və bu elektronlardan birini 2pz orbitalına tullanmaq lazımdır; bu halda, aralarında 109 ° bucaq olan 4 tetraedral bağ əmələ gəlir. Birləşmələrdə karbonun valent elektronları ondan yalnız qismən çəkilir, buna görə də karbon ümumi elektron cütünün köməyi ilə C-C tipli qonşu atomlar arasında güclü kovalent bağlar əmələ gətirir. Belə bir bağın qırılma enerjisi 335 kJ/mol, Si-Si rabitəsi üçün isə cəmi 210 kJ/mol, buna görə də uzun Si-Si- zəncirləri qeyri-sabitdir. Bağın kovalent təbiəti hətta yüksək reaktiv halogenlərin karbon, CF4 və CCl4 ilə birləşmələrində də saxlanılır. Karbon atomları bağ əmələ gəlməsi üçün hər bir karbon atomundan birdən çox elektron təmin etməyə qadirdir; ikiqat C = C və üçlü CєC istiqrazları belə yaranır. Digər elementlər də atomları arasında bağlar əmələ gətirir, lakin yalnız karbon uzun zəncirlər əmələ gətirməyə qadirdir. Buna görə də, karbohidrogenlər adlanan, karbonun uzun zəncirlər və ya halqa strukturları yaratmaq üçün hidrogen və digər karbon atomları ilə bağlandığı minlərlə birləşmələr məlumdur.
ÜZVİ KİMYA-ya baxın. Bu birləşmələrdə çoxlu üzvi birləşmələrin əmələ gəlməsi ilə hidrogeni digər atomlarla, əksər hallarda oksigen, azot və halogenlərlə əvəz etmək mümkündür. Onların arasında karbohidrogenlər - hidrogenin flüorla əvəz olunduğu karbohidrogenlər böyük əhəmiyyət kəsb edir. Bu cür birləşmələr son dərəcə təsirsizdir və plastik və sürtkü materialları (ftorkarbonlar, yəni bütün hidrogen atomlarının flüor atomları ilə əvəz olunduğu karbohidrogenlər) və aşağı temperaturlu soyuducu (freonlar və ya freonlar, flüorxlorokarbonlar) kimi istifadə olunur. 1980-ci illərdə ABŞ-da fiziklər, karbon atomlarının 5 və ya 6-qonda birləşdiyi, futbol topunun mükəmməl simmetriyasına malik olan içi boş top şəklində C60 molekulu əmələ gətirən çox maraqlı karbon birləşmələri kəşf etdilər. . Bu dizayn amerikalı memar və mühəndis Buckminster Fuller tərəfindən icad edilmiş "geodeziya qübbəsinin" ürəyində olduğundan, birləşmələrin yeni sinfi "Buckminsterfullerenes" və ya "Fullerenes" (həmçinin daha qısaca "Faziboles" və ya "Buckyballs") adlandırıldı. . Fullerenlər - 60 və ya 70 (və hətta daha çox) atomdan ibarət təmiz karbonun (almaz və qrafit istisna olmaqla) üçüncü modifikasiyası karbonun ən kiçik hissəciklərinə lazer şüalarının təsiri ilə əldə edilmişdir. Daha mürəkkəb formalı fullerenlər bir neçə yüz karbon atomundan ibarətdir. C60 CARBON molekulunun diametri 1 nm-dir. Belə bir molekulun mərkəzində böyük bir uran atomunu yerləşdirmək üçün kifayət qədər yer var.
Həmçinin baxın FULLERENES.
Standart atom kütləsi. 1961-ci ildə Beynəlxalq Nəzəri və Tətbiqi Kimya Birlikləri (IUPAC) və fizika əvvəllər mövcud olan atom kütlələrinin oksigen miqyasını ləğv edərək, karbon izotopunun 12C kütləsini atom kütləsinin vahidi kimi qəbul etdi. Bu sistemdəki karbonun atom kütləsi 12.011-dir, çünki bu, karbonun üç təbii izotopunun təbiətdəki bolluğunu nəzərə alaraq orta hesabladır.
Atom Kütləsinə baxın. Karbonun və onun bəzi birləşmələrinin kimyəvi xassələri. Karbonun bəzi fiziki-kimyəvi xassələri KİMYİ Elementlər məqaləsində verilmişdir. Karbonun reaktivliyi onun modifikasiyasından, temperaturundan və dispersiyasından asılıdır. Aşağı temperaturda karbonun bütün formaları olduqca təsirsizdir, lakin qızdırıldıqda atmosfer oksigeni ilə oksidləşərək oksidlər əmələ gətirir:

Oksigendən artıq olan incə dispers karbon qızdırıldıqda və ya qığılcımdan partlaya bilər. Birbaşa oksidləşmə ilə yanaşı, oksidlərin alınması üçün daha müasir üsullar mövcuddur. Karbon suboksid C3O2 malon turşusunun P4O10 üzərində dehidratasiyası zamanı əmələ gəlir:

C3O2 xoşagəlməz bir qoxuya malikdir, asanlıqla hidroliz olur və yenidən malon turşusu əmələ gətirir.
Karbonmonoksit (II) CO oksigen çatışmazlığı şəraitində karbonun hər hansı modifikasiyasının oksidləşməsi zamanı əmələ gəlir. Reaksiya ekzotermikdir, 111,6 kJ/mol buraxılır. Ağ istidə koks su ilə reaksiya verir: C + H2O = CO + H2; yaranan qaz qarışığı "su qazı" adlanır və qaz yanacaqdır. CO neft məhsullarının natamam yanması zamanı da əmələ gəlir, avtomobillərin işlənmiş qazlarında nəzərəçarpacaq miqdarda olur, qarışqa turşusunun termik dissosiasiyası ilə əldə edilir:

CO-da karbonun oksidləşmə vəziyyəti +2-dir və karbon +4 oksidləşmə vəziyyətində daha sabit olduğundan, CO oksigen tərəfindən CO2-yə asanlıqla oksidləşir: CO + O2 (r) CO2, bu reaksiya yüksək ekzotermikdir (283 kJ / mol). CO sənayedə H2 və digər yanan qazlarla qarışıqda yanacaq və ya qaz reduksiyaedicisi kimi istifadə olunur. 500 ° C-yə qədər qızdırıldığında, CO nəzərəçarpacaq dərəcədə C və CO2 əmələ gətirir, lakin 1000 ° C-də CO2-nin aşağı konsentrasiyalarında tarazlıq qurulur. CO xlorla reaksiyaya girərək fosgen - COCl2 əmələ gətirir, oxşar reaksiyalar digər halogenlərlə də gedir, kükürd karbonil sulfidlə reaksiyada COS alınır, metallarla (M) CO kompleks birləşmələr olan müxtəlif tərkibli M (CO) x karbonilləri əmələ gətirir. Dəmir karbonil qan hemoglobinin CO ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində əmələ gəlir, hemoglobinin oksigenlə reaksiyasına mane olur, çünki dəmir karbonil daha güclü birləşmədir. Nəticədə, hemoglobinin hüceyrələrə oksigen daşıyıcısı kimi funksiyası bloklanır, bu halda ölür (və ilk növbədə beyin hüceyrələri təsirlənir). (Buna görə də CO üçün başqa bir ad - "karbon monoksit"). Artıq havada 1% (həcm) CO 10 dəqiqədən çox belə bir atmosferdə olarsa, insan üçün təhlükəlidir. CO-nun bəzi fiziki xassələri cədvəldə verilmişdir. Karbon dioksid və ya karbon monoksit (IV) CO2, elementar karbonun istilik (395 kJ / mol) ayrılması ilə artıq oksigendə yandırıldığı zaman əmələ gəlir. CO2 (xırda adı “karbon dioksiddir”) həmçinin CO, neft məhsulları, benzin, yağlar və digər üzvi birləşmələrin tam oksidləşməsi zamanı əmələ gəlir. Karbonatlar suda həll edildikdə, hidroliz nəticəsində CO2 də ayrılır:

Bu reaksiya tez-tez CO2 istehsal etmək üçün laboratoriya praktikasında istifadə olunur. Bu qaz metal bikarbonatların kalsifikasiyası ilə də əldə edilə bilər:

Həddindən artıq qızdırılan buxarın CO ilə qaz fazasının qarşılıqlı təsiri ilə:

Karbohidrogenləri və onların oksigen törəmələrini yandırarkən, məsələn:

Eynilə, canlı orqanizmdə qida məhsulları istilik və digər enerji növlərinin ayrılması ilə oksidləşir. Bu vəziyyətdə oksidləşmə mülayim şəraitdə aralıq mərhələlərlə davam edir, lakin son məhsullar eynidir - CO2 və H2O, məsələn, fermentlərin təsiri altında şəkərlərin parçalanması zamanı, xüsusən də qlükoza fermentasiyası zamanı:

Karbon qazı və metal oksidlərinin geniş miqyaslı istehsalı sənayedə karbonatların termik parçalanması ilə həyata keçirilir:

CaO sement istehsalı texnologiyasında böyük miqdarda istifadə olunur. Bu sxemə uyğun olaraq karbonatların istilik sabitliyi və onların parçalanması üçün istilik sərfi CaCO3 seriyasında artır (həmçinin YANĞINDAN QARŞI ALMA VƏ YANĞINDAN MÜHAFİZƏ bölməsinə bax). Karbon oksidlərinin elektron quruluşu. Hər hansı bir karbon monoksitinin elektron quruluşu elektron cütlərinin müxtəlif mövqeləri olan üç bərabər ehtimallı dövrə ilə təsvir edilə bilər - üç rezonans forması:

Bütün karbon oksidləri xəttidir.
Karbon turşusu. CO2 su ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda karbon turşusu H2CO3 əmələ gəlir. CO2-nin doymuş məhlulunda (0,034 mol / l) yalnız bəzi molekullar H2CO3 əmələ gətirir və CO2-nin çox hissəsi nəmlənmiş CO2 * H2O vəziyyətindədir.
Karbonatlar. Karbonatlar metal oksidlərinin CO2 ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində əmələ gəlir, məsələn, Na2O + CO2 -> NaHCO3, qızdırıldıqda CO2 ayrılması ilə parçalanır: 2NaHCO3 -> Na2CO3 + H2O + CO2 Natrium karbonat və ya soda böyük miqdarda istehsal olunur. soda sənayesindəki miqdarlar, əsasən Solvay üsulu ilə:

Başqa bir üsul CO2 və NaOH-dan soda istehsal edir.

Karbonat ionu CO32- O-C-O bucağı 120 ° və CO-bağ uzunluğu 1,31 olan planar quruluşa malikdir.
(həmçinin bax qələvi istehsalı).
Karbon halogenidləri. Karbon tetrahalidlər əmələ gətirmək üçün qızdırıldıqda birbaşa halogenlərlə reaksiya verir, lakin reaksiya sürəti və məhsul səmərəsi yavaş olur. Buna görə də karbon halogenidləri başqa üsullarla, məsələn, karbon disulfidin xlorlanması ilə alınır, CCl4 alınır: CS2 + 2Cl2 -> CCl4 + 2S temperaturda zəhərli fosgenin (qazlı zəhərli maddə) əmələ gəlməsi baş verir. CCl4 özü də zəhərlidir və nəzərəçarpacaq miqdarda tənəffüs edilərsə, qaraciyərin zəhərlənməsinə səbəb ola bilər. СCl4 həm də metan СH4 və Сl2 arasında fotokimyəvi reaksiya nəticəsində əmələ gəlir; bu halda metanın natamam xlorlanması məhsullarının - CHCl3, CH2Cl2 və CH3Cl əmələ gəlməsi mümkündür. Digər halogenlərlə reaksiyalar eyni şəkildə gedir.
Qrafit reaksiyaları. Qrafit, altıbucaqlı halqaların təbəqələri arasında böyük məsafələrlə xarakterizə olunan karbonun modifikasiyası kimi qeyri-adi reaksiyalara girir, məsələn, qələvi metallar, halogenlər və bəzi duzlar (FeCl3) təbəqələr arasında nüfuz edərək KC8, KC16 ( kimi birləşmələr) əmələ gətirir. interstisial, daxilolma və ya klatrat birləşmələri adlanır). Turş mühitdə (kükürd və ya nitrat turşusu) KClO3 kimi güclü oksidləşdiricilər kristal qəfəsin böyük həcminə (qatlar arasında 6-ya qədər) malik maddələr əmələ gətirir, bu da oksigen atomlarının daxil olması və səthdə birləşmələrin əmələ gəlməsi ilə izah olunur. səthində oksidləşmə nəticəsində karboksil qrupları (-COOH) əmələ gəlir - oksidləşmiş qrafit və ya mellitik (benzenheksakarboksilik) turşusu C6 (COOH) kimi birləşmələr. Bu birləşmələrdə C: O nisbəti 6: 1 ilə 6: 2,5 arasında dəyişə bilər.
Karbidlər. Karbon metallar, bor və silisiumla karbid adlanan müxtəlif birləşmələr əmələ gətirir. Ən aktiv metallar (IA-IIIA alt qrupları) duza bənzər karbidlər əmələ gətirir, məsələn, Na2C2, CaC2, Mg4C3, Al4C3. Sənayedə kalsium karbid koks və əhəng daşından aşağıdakı reaksiyalarla əldə edilir:

Karbidlər keçirici deyil, demək olar ki, rəngsizdir, hidrolizə uğrayaraq karbohidrogenlər əmələ gətirir, məsələn CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (OH) 2 Reaksiya nəticəsində əmələ gələn asetilen C2H2 bir çox üzvi maddələrin istehsalında xammal kimi xidmət edir. Bu proses maraqlıdır, çünki qeyri-üzvi təbiətli xammaldan üzvi birləşmələrin sintezinə keçidi təmsil edir. Hidroliz zamanı asetileni əmələ gətirən karbidlərə asetilenidlər deyilir. Silikon və bor karbidlərində (SiC və B4C) atomlar arasındakı əlaqə kovalentdir. Keçid metalları (B-altqruplarının elementləri), karbonla qızdırıldıqda, həmçinin metal səthindəki çatlarda dəyişən tərkibli karbidlər əmələ gətirir; onlarda olan bağ metala yaxındır. Bu tip bəzi karbidlər, məsələn, WC, W2C, TiC və SiC yüksək sərtlik və odadavamlılıq ilə seçilir və yaxşı elektrik keçiriciliyinə malikdir. Məsələn, NbC, TaC və HfC ən odadavamlı maddələrdir (mp = 4000-4200 ° C), diniobium karbid Nb2C 9,18 K-da super keçiricidir, TiC və W2C almazın sərtliyinə yaxındır və sərtlik B4C-dir (a almazın struktur analoqu ) Mohs şkalası üzrə 9,5-dir (bax. Şəkil 2). Keçid metalının radiusu olduqda inert karbidlər əmələ gəlir Karbonun azot törəmələri. Bu qrupa karbamid NH2CONH2 - məhlul şəklində istifadə edilən azot gübrəsi daxildir. Karbamid NH3 və CO2-dən təzyiq altında qızdırmaqla əldə edilir:

Dicyan (CN) 2 bir çox xüsusiyyətlərinə görə halogenlərə bənzəyir və tez-tez psevdohalogen kimi istinad edilir. Dicyan sianid ionunun oksigen, hidrogen peroksid və ya Cu2 + ionu ilə yumşaq oksidləşməsi ilə əldə edilir: 2CN- -> (CN) 2 + 2e. Sianid ionu elektron donor olmaqla asanlıqla keçid metal ionları ilə mürəkkəb birləşmələr əmələ gətirir. CO kimi, siyanür ionu da canlı orqanizmdə həyati vacib dəmir birləşmələrini birləşdirən zəhərdir. Siyanid kompleks ionları ümumi [] -0,5x düsturuna malikdir, burada x metalın (mürəkkəbləşdirici agent) koordinasiya nömrəsidir, empirik olaraq metal ionunun oksidləşmə vəziyyətinin iki qatına bərabərdir. Belə mürəkkəb ionlara misal olaraq (bəzi ionların quruluşu aşağıda verilmişdir) tetrasiyanon nikelat (II) -ion [] 2-, heksasiyanoferrat (III) [] 3-, disiyanoargentat [] -:

Karbonillər. Karbon monoksit bir çox metal və ya metal ionları ilə birbaşa reaksiyaya girərək karbonil adlanan kompleks birləşmələr əmələ gətirə bilər, məsələn, Ni (CO) 4, Fe (CO) 5, Fe2 (CO) 9, [] 3, Mo (CO) 6, [] 2. Bu birləşmələrdəki əlaqə yuxarıda təsvir edilən siyano komplekslərindəki əlaqəyə bənzəyir. Ni (CO) 4 nikeli digər metallardan ayırmaq üçün istifadə olunan uçucu maddədir. Quruluşlarda çuqun və poladın strukturunun pisləşməsi çox vaxt karbonillərin əmələ gəlməsi ilə əlaqələndirilir. Hidrogen, turşu xassələri nümayiş etdirən və qələvi ilə reaksiya verən H2Fe (CO) 4 və HCo (CO) 4 kimi karbonil hidridləri əmələ gətirən karbonillərin bir hissəsi ola bilər: H2Fe (CO) 4 + NaOH -> NaHFe (CO) 4 + H2O Karbonil halidləri də tanınır, məsələn, Fe (CO) X2, Fe (CO) 2X2, Co (CO) I2, Pt (CO) Cl2, burada X hər hansı bir halogendir
(həmçinin bax ORQANOMETALİK ƏLAQƏLƏR).
Karbohidrogenlər. Karbonun hidrogenlə çoxlu birləşmələri məlumdur
(bax: ÜZVİ KİMYA).
ƏDƏBİYYAT
Sunyaev Z.İ. Neft karbon. M., 1980 Hiperkoordinasiya edilmiş karbonun kimyası. M., 1990

Collier ensiklopediyası. - Açıq Cəmiyyət. 2000 .

Sinonimlər:

Digər lüğətlərdə "KARBON"un nə olduğuna baxın:

Nuklid cədvəli Ümumi məlumat Ad, simvol Karbon 14, 14C Alternativ adlar radiokarbon, radiokarbon Neytronlar 8 Protonlar 6 Nuklidlərin xüsusiyyətləri Atom kütləsi ... Wikipedia

Nuklid cədvəli Ümumi məlumat Ad, simvol Karbon 12, 12C Neytronlar 6 Protonlar 6 Nuklidlərin xüsusiyyətləri Atom kütləsi 12.0000000 (0) ... Wikipedia

Karbon bir neçə allotropik modifikasiya yaratmağa qadirdir. Bunlar almaz (ən inert allotropik modifikasiya), qrafit, fulleren və karbindir.

Kömür və his amorf karbondur. Bu vəziyyətdə olan karbonun nizamlı bir quruluşu yoxdur və əslində qrafit təbəqələrinin ən kiçik fraqmentlərindən ibarətdir. İsti buxarla işlənmiş amorf karbona aktivləşdirilmiş karbon deyilir. 1 qram aktivləşdirilmiş karbon, tərkibində çoxlu məsamələrin olması səbəbindən üç yüz kvadrat metrdən çox ümumi səthə malikdir! Müxtəlif maddələri udmaq qabiliyyətinə görə aktivləşdirilmiş karbon filtr doldurucusu, həmçinin müxtəlif növ zəhərlənmələr üçün enterosorbent kimi geniş istifadə olunur.

Kimyəvi nöqteyi-nəzərdən amorf karbon onun ən aktiv formasıdır, qrafit orta dərəcədə aktivdir, almaz isə son dərəcə təsirsiz bir maddədir. Bu səbəbdən aşağıda nəzərdən keçirilən karbonun kimyəvi xassələri ilk növbədə amorf karbona aid edilməlidir.

Karbonun azaldıcı xüsusiyyətləri

Azaldıcı bir maddə olaraq, karbon oksigen, halogenlər, kükürd kimi qeyri-metallarla reaksiya verir.

Kömür yandırarkən oksigenin çoxluğundan və ya olmamasından asılı olaraq, karbonmonoksit CO və ya karbon qazı CO 2 əmələ gələ bilər:

Karbon flüorla qarşılıqlı əlaqədə olduqda, karbon tetraflorid əmələ gəlir:

Karbonu kükürdlə qızdırdıqda karbon disulfidi CS 2 əmələ gəlir:

Karbon, alüminiumdan sonra metalları oksidlərindən bir sıra fəaliyyətlərdə azalda bilir. Məsələn:

Karbon aktiv metalların oksidləri ilə də reaksiya verir, lakin bu halda, bir qayda olaraq, metalın azalması deyil, onun karbidinin əmələ gəlməsi müşahidə olunur:

Karbonun qeyri-metal oksidləri ilə qarşılıqlı təsiri

Karbon karbon dioksid CO 2 ilə koproporsional reaksiyaya girir:

Ən mühüm sənaye proseslərindən biri sözdə olandır kömürün buxara çevrilməsi... Proses su buxarının isti kömürdən keçirilməsi ilə həyata keçirilir. Bu vəziyyətdə aşağıdakı reaksiya baş verir:

Yüksək temperaturda karbon hətta silisium dioksid kimi inert birləşməni də azalda bilir. Bu zaman vəziyyətdən asılı olaraq silisium və ya silisium karbidinin əmələ gəlməsi ( karborund):

Həmçinin, bir azaldıcı agent kimi karbon oksidləşdirici turşularla, xüsusən də konsentratlaşdırılmış sulfat və azot turşuları ilə reaksiya verir:

Karbonun oksidləşdirici xüsusiyyətləri

Karbon kimyəvi elementi yüksək elektronmənfi deyil, buna görə də onun yaratdığı sadə maddələr digər qeyri-metallarla müqayisədə nadir hallarda oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.

Belə reaksiyalara misal olaraq katalizatorun iştirakı ilə qızdırıldıqda amorf karbonun hidrogenlə qarşılıqlı təsirini göstərmək olar:

və həmçinin 1200-1300 ° C temperaturda silikon ilə:

Karbon metallara nisbətən oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Karbon aktiv metallarla və bəzi orta aktivlikli metallarla reaksiya verə bilir. Qızdırıldıqda reaksiyalar baş verir:

Aktiv metalların karbidləri su ilə hidrolizə olunur:

həmçinin oksidləşdirici olmayan turşuların məhlulları:

Bu, orijinal karbiddə olduğu kimi eyni oksidləşmə vəziyyətində karbon ehtiva edən karbohidrogenlərin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir.

Silikonun kimyəvi xüsusiyyətləri

Silikon, karbon kimi, kristal və amorf vəziyyətdə mövcud ola bilər və karbon vəziyyətində olduğu kimi, amorf silisium da kristaldan daha kimyəvi cəhətdən aktivdir.

Bəzən amorf və kristal silisium allotropik modifikasiyalar adlanır, bu, ciddi şəkildə desək, tamamilə doğru deyil. Amorf silikon mahiyyətcə bir-birinə nisbətən təsadüfi şəkildə düzülmüş ən kiçik kristal silisium hissəciklərinin konqlomeratıdır.

Silisiumun sadə maddələrlə qarşılıqlı təsiri

qeyri-metallar

Normal şəraitdə silisium inertliyinə görə yalnız flüorla reaksiya verir:

Silikon yalnız qızdırıldıqda xlor, brom və yod ilə reaksiya verir. Bu vəziyyətdə, halogenin fəaliyyətindən asılı olaraq, müvafiq olaraq fərqli bir temperatur tələb olunduğu xarakterikdir:

Beləliklə, xlor ilə reaksiya 340-420 ° C-də davam edir:

Brom ilə - 620-700 o C:

Yod ilə - 750-810 o C:

Bütün silisium halidləri su ilə asanlıqla hidrolizə olunur:

həmçinin qələvi məhlullar:

Silikonun oksigenlə reaksiyası davam edir, lakin güclü oksid filmi qarşılıqlı əlaqəni çətinləşdirdiyinə görə çox güclü istilik (1200-1300 ° C) tələb edir:

1200-1500 ° C temperaturda silisium yavaş-yavaş qrafit şəklində karbonla qarşılıqlı əlaqəyə girərək silisium karbid SiC əmələ gətirir - almaza bənzər və demək olar ki, onun qədər güclü bir atom kristal şəbəkəsi olan bir maddə:

Silikon hidrogenlə reaksiya vermir.

metallar

Aşağı elektronmənfiliyinə görə silisium yalnız metallara münasibətdə oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilər. Metallardan silisium aktiv (qələvi və qələvi-torpaq) metallarla, həmçinin orta aktivliyə malik bir çox metallarla reaksiya verir. Bu qarşılıqlı təsir nəticəsində silisidlər əmələ gəlir:

Aktiv metalların silisidləri su və ya oksidləşdirici olmayan turşuların seyreltilmiş məhlulları ilə asanlıqla hidrolizə olunur:

Bu, metan CH 4-ün analoqu olan SiH 4 qaz silanı əmələ gətirir.

Silisiumun mürəkkəb maddələrlə qarşılıqlı təsiri

Silikon qaynayanda belə su ilə reaksiya vermir, lakin amorf silikon təxminən 400-500 o C temperaturda çox qızdırılan su buxarı ilə qarşılıqlı təsir göstərir. Bu halda hidrogen və silikon dioksid əmələ gəlir:

Bütün turşulardan silisium (amorf vəziyyətdə) yalnız konsentratlaşdırılmış hidroflorik turşu ilə reaksiya verir:

Silikon konsentratlaşdırılmış qələvi məhlullarda həll olunur. Reaksiya hidrogenin təkamülü ilə müşayiət olunur.

Almaz quruluşu (a) və qrafit (b)

Karbon(latın Karbon) - C, Mendeleyevin dövri sisteminin IV qrupunun kimyəvi elementi, atom nömrəsi 6, atom kütləsi 12.011. Təbiətdə almaz, qrafit və ya fulleren kristalları və digər formalarda olur və üzvi (kömür, neft, heyvan və bitki orqanizmləri və s.) və qeyri-üzvi maddələrin (əhəngdaşı, çörək soda və s.) bir hissəsidir. Karbon geniş yayılmışdır, lakin yer qabığında onun tərkibi cəmi 0,19% təşkil edir.

Karbon sadə maddələr şəklində geniş istifadə olunur. Zərgərlik predmeti olan qiymətli almazlarla yanaşı, daşlama və kəsici alətlərin istehsalı üçün sənaye almazları böyük əhəmiyyət kəsb edir. Kömür və karbonun digər amorf formaları qazların rəngsizləşdirilməsi, təmizlənməsi, adsorbsiyası üçün, inkişaf etmiş səthi olan adsorbentlərin tələb olunduğu texniki sahələrdə istifadə olunur. Karbidlər, karbonun metallarla, eləcə də bor və silisiumla birləşmələri (məsələn, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) yüksək sərtliklə xarakterizə olunur və aşındırıcı və kəsici alətlərin istehsalı üçün istifadə olunur. Karbon elementar vəziyyətdə və karbidlər şəklində poladlarda və ərintilərdə olur. Polad tökmələrin səthinin yüksək temperaturda karbonla doyması (karbürləşmə) səthin sərtliyini və aşınma müqavimətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.

Tarixə istinad

Qrafit, almaz və amorf karbon qədim zamanlardan məlumdur. Qrafitin başqa materialı işarələmək üçün istifadə oluna biləcəyi çoxdan məlumdur və “yazmaq” mənasını verən yunan sözündən götürülmüş “qrafit” adının özü 1789-cu ildə A. Verner tərəfindən təklif edilmişdir. Lakin qrafitin tarixi belədir. qarışıq, tez-tez oxşar xarici fiziki xassələri olan maddələr, məsələn, bir vaxtlar qrafit hesab edilən molibdenit (molibden sulfid) götürülürdü. Qrafitin digər adlarına qara qurğuşun, karbid dəmir və gümüş qurğuşun daxildir.

1779-cu ildə K. Scheele müəyyən etdi ki, qrafit hava ilə oksidləşərək karbon qazı əmələ gətirə bilər. İlk dəfə almaz Hindistanda, Braziliyada isə qiymətli daşlar 1725-ci ildə kommersiya əhəmiyyəti qazanmışdır; Cənubi Afrikadakı yataqlar 1867-ci ildə aşkar edilmişdir.

20-ci əsrdə. əsas almaz istehsalçıları Cənubi Afrika, Zair, Botsvana, Namibiya, Anqola, Sierra Leone, Tanzaniya və Rusiyadır. Texnologiyası 1970-ci ildə yaradılmış süni almazlar sənaye məqsədləri üçün istehsal olunur.

Xüsusiyyətlər

Karbonun dörd kristal modifikasiyası məlumdur:

qrafit,
almaz,
karbin,
lonsdaleite.

Qrafit- boz-qara, qeyri-şəffaf, toxunuşda yağlı, pullu, metal parıltılı çox yumşaq kütlə. Otaq temperaturunda və normal təzyiqdə (0,1 MN / m 2 və ya 1 kqf / sm 2) qrafit termodinamik cəhətdən sabitdir.

almaz- çox sərt, kristal maddə. Kristallar üz mərkəzli kub qəfəsə malikdir. Otaq temperaturunda və normal təzyiqdə almaz metastabildir. Almazın qrafitə nəzərəçarpacaq çevrilməsi vakuumda və ya inert atmosferdə 1400 ° C-dən yuxarı temperaturda müşahidə olunur. Atmosfer təzyiqində və təqribən 3700 ° C temperaturda qrafit ucalır.

Maye karbon 10,5 MN / m 2 (105 kqf / sm 2) və 3700 ° C-dən yuxarı olan temperaturda əldə edilə bilər. Bərk karbon (koks, his, kömür) həmçinin nizamsız bir quruluşa malik bir dövlət ilə xarakterizə olunur - müstəqil modifikasiyanı təmsil etməyən sözdə "amorf" karbon; onun strukturu incə kristal qrafitin quruluşuna əsaslanır. Bəzi "amorf" karbon növlərinin havaya çıxışı olmadan 1500-1600 ° C-dən yuxarı qızdırılması onların qrafitə çevrilməsinə səbəb olur.

"Amorf" karbonun fiziki xassələri çox güclü hissəcik ölçüsündən və çirklərin mövcudluğundan asılıdır. "Amorf" karbonun sıxlığı, istilik tutumu, istilik keçiriciliyi və elektrik keçiriciliyi həmişə qrafitdən yüksəkdir.

Karbin süni yolla əldə edilir. İncə kristal qara tozdur (sıxlıq 1,9-2 q / sm 3). Uzun atom zəncirlərindən qurulmuşdur İLƏ bir-birinə paralel qoyulur.

Lonsdaleite meteoritlərdə tapılan və süni yolla əldə edilən; onun strukturu və xassələri qəti şəkildə müəyyən edilməmişdir.

Karbon xassələri
Atom nömrəsi		6
Atom kütləsi		12,011
İzotoplar:	sabit	12, 13
İzotoplar:	qeyri-sabit	8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
Ərimə temperaturu		3550 ° C
Qaynama temperaturu		4200 ° C
Sıxlıq		1,9-2,3 q / sm 3 (qrafit) 3,5-3,53 q / sm 3 (almaz)
Sərtlik (Mohs)		1-2
Yer qabığındakı məzmun (kütləvi)		0,19%
Oksidləşmə halları		-4; +2; +4

Ərintilər

Polad

Koks metallurgiyada reduksiyaedici kimi istifadə olunur. Kömür - dəmirçixanalarda, barıt istehsalı üçün (75% KNO 3 + 13% C + 12% S), qazların udulması (adsorbsiya), eləcə də gündəlik həyat üçün. Soot rezin doldurucu kimi, qara boyaların istehsalı üçün - çap mürəkkəbi və mürəkkəbi, həmçinin quru elektrokimyəvi hüceyrələrdə istifadə olunur. Şüşə karbondan yüksək korroziyaya məruz qalan mühitlər, eləcə də aviasiya və astronavtika üçün avadanlıqların istehsalı üçün istifadə olunur.

Aktivləşdirilmiş karbon qazlardan və mayelərdən zərərli maddələri udur: qaz maskaları, təmizləyici sistemlərlə doldurulur, tibbdə zəhərlənmə zamanı istifadə olunur.

Karbon bütün üzvi maddələrin əsasını təşkil edir. İstənilən canlı orqanizm əsasən karbondan ibarətdir. Karbon həyatın əsasını təşkil edir. Canlı orqanizmlər üçün karbon mənbəyi adətən atmosferdən və ya sudan gələn CO 2-dir. Fotosintez nəticəsində canlıların bir-birini və ya bir-birinin qalıqlarını yediyi və bununla da öz bədənlərini qurmaq üçün karbon çıxardığı bioloji qida zəncirlərinə daxil olur. Bioloji karbon dövrü ya oksidləşmə və yenidən atmosferə daxil olma, ya da kömür və ya neft şəklində utilizasiya ilə başa çatır.

14 C radioaktiv izotopunun istifadəsi zülal biosintezi mexanizmlərinin öyrənilməsində və irsi məlumatların ötürülməsində molekulyar biologiyada irəliləyişlərə kömək etdi. Karbon tərkibli üzvi qalıqlarda 14 C-nin xüsusi aktivliyinin müəyyən edilməsi onların paleontologiya və arxeologiyada istifadə olunan yaşını mühakimə etməyə imkan verir.

Mənbələri

Kimyəvi elementlər və materiallar
Kimyəvi elementlər	Azot. Arqon. hidrogen. Helium. Dəmir. kalsium oksigen. Silikon. Maqnezium manqan

Təyinat - C (Karbon);
Dövr - II;
Qrup - 14 (IVa);
Atom kütləsi - 12,011;
Atom nömrəsi - 6;
Atom radiusu = 77 pm;
Kovalent radius = 77 pm;
Elektronların paylanması - 1s 2 2s 2 2p 2;
ərimə nöqtəsi = 3550 ° C;
qaynama nöqtəsi = 4827 ° C;
Elektroneqativlik (Pauling / Alpred və Rohov) = 2.55 / 2.50;
Oksidləşmə vəziyyəti: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
Sıxlıq (n. At.) = 2,25 q / sm 3 (qrafit);
Molar həcmi = 5,3 sm 3 / mol.

Karbon birləşmələri:

Kömür şəklində olan karbon insana qədim zamanlardan məlumdur, buna görə də onun kəşf tarixi haqqında danışmağın mənası yoxdur. Əslində onun "karbon" adı 1787-ci ildə "Kimyəvi nomenklatura metodu" kitabı nəşr edildikdən sonra alındı ki, orada fransızca "saf kömür" (charbone pur) əvəzinə "karbon" (karbon) termini meydana çıxdı.

Karbon qeyri-məhdud uzunluqda polimer zəncirləri yaratmaq üçün unikal qabiliyyətə malikdir və beləliklə kimyanın ayrıca bir sahəsində - üzvi kimyada öyrənilən nəhəng birləşmələr sinfinə səbəb olur. Karbonun üzvi birləşmələri Yerdəki həyatın əsasını təşkil edir, buna görə də karbonun kimyəvi element kimi əhəmiyyəti haqqında danışmağın mənası yoxdur - bu, Yerdəki həyatın əsasıdır.

İndi karbona qeyri-üzvi kimya nöqteyi-nəzərindən baxaq.

düyü. Karbon atomunun quruluşu.

Karbonun elektron konfiqurasiyası 1s 2 2s 2 2p 2-dir (bax. Atomların elektron quruluşu). Xarici enerji səviyyəsində karbonun 4 elektronu var: 2-si s-alt səviyyədə qoşalaşmış + 2-si p-orbitallarında qoşalaşmamış. Karbon atomu həyəcanlanmış vəziyyətə keçdikdə (enerji sərfiyyatı tələb olunur), s-alt səviyyədən bir elektron öz cütünü "tərk edir" və bir sərbəst orbitalın olduğu p-alt səviyyəyə keçir. Beləliklə, həyəcanlı vəziyyətdə bir karbon atomunun elektron konfiqurasiyası aşağıdakı formanı alır: 1s 2 2s 1 2p 3.

düyü. Karbon atomunun həyəcanlı vəziyyətə keçməsi.

Belə "tökmə" oksidləşmə vəziyyətini +4-dən (aktiv qeyri-metallarla birləşmələrdə) -4-ə (metallarla birləşmələrdə) götürə bilən karbon atomlarının valentlik imkanlarını əhəmiyyətli dərəcədə genişləndirir.

Həyəcanlanmamış vəziyyətdə birləşmələrdəki karbon atomunun valentliyi 2, məsələn, CO (II), həyəcanlı vəziyyətdə isə 4: CO 2 (IV) valentliyinə malikdir.

Karbon atomunun "unikallığı" ondan ibarətdir ki, onun xarici enerji səviyyəsində 4 elektron var, buna görə də səviyyəni tamamlamaq üçün (əslində, hər hansı bir kimyəvi elementin atomları buna can atırlar) eyni "uğur", həm vermək və kovalent istiqrazların formalaşması ilə elektron əlavə (bax. Kovalent bond).

Sadə bir maddə kimi karbon

Sadə bir maddə olaraq, karbon bir neçə allotropik modifikasiya şəklində ola bilər:

almaz
Qrafit
Fulleren
Karbin

almaz

düyü. Bir almazın kristal qəfəsi.

Almaz xassələri:

rəngsiz kristal maddə;
təbiətdəki ən sərt maddə;
güclü refraktiv təsir göstərir;
istilik və elektrik cərəyanını zəif keçirir.

düyü. Almaz tetraedr.

Almazın müstəsna sərtliyi onun tetraedr formasına malik olan kristal şəbəkəsinin strukturu ilə izah olunur - tetraedrin mərkəzində təpələri meydana gətirən dörd qonşu atomla eyni dərəcədə güclü bağlarla bağlanmış bir karbon atomu var. tetraedrin (yuxarıdakı şəklə bax). Bu "tikinti", öz növbəsində, qonşu tetraedra ilə əlaqələndirilir.

Qrafit

düyü. Qrafitin kristal qəfəsi.

Qrafit xüsusiyyətləri:

laylı strukturun yumşaq kristal boz maddəsi;
metal parıltıya malikdir;
elektrik cərəyanını yaxşı keçirir.

Qrafitdə karbon atomları sonsuz təbəqələrdə təşkil olunmuş bir müstəvidə yerləşən müntəzəm altıbucaqlılar əmələ gətirir.

Qrafitdə qonşu karbon atomları arasında kimyəvi bağlar hər bir atomun üç valent elektronu (aşağıdakı şəkildə mavi ilə göstərilmişdir), hər bir karbon atomunun dördüncü elektronu (qırmızı rənglə göstərilmişdir) isə p-orbital perpendikulyar uzanan yerdə yerləşir. qrafit təbəqəsinin müstəvisinə.lay müstəvisində kovalent rabitələrin yaranmasında iştirak etmir. Onun "məqsədi" fərqlidir - bitişik təbəqədə yatan "qardaşı" ilə qarşılıqlı əlaqədə olmaqla, qrafit təbəqələri arasında əlaqəni təmin edir və p-elektronların yüksək hərəkətliliyi qrafitin yaxşı elektrik keçiriciliyini müəyyən edir.

düyü. Qrafitdə karbon atomunun orbitallarının paylanması.

Fulleren

düyü. Fulleren kristal qəfəsi.

Fulleren xüsusiyyətləri:

fulleren molekulu, futbol topu kimi içi boş kürələrə daxil edilmiş karbon atomlarının toplusudur;
sarı-narıncı rəngli incə kristal maddədir;
ərimə nöqtəsi = 500-600 ° C;
yarımkeçirici;
şungit mineralının bir hissəsidir.

Karbin

Karbin xüsusiyyətləri:

inert qara maddə;
atomların alternativ tək və üçlü bağlarla bağlandığı polimer xətti molekullardan ibarətdir;
yarımkeçirici.

Karbonun kimyəvi xassələri

Normal şəraitdə karbon təsirsiz bir maddədir, lakin qızdırıldıqda müxtəlif sadə və mürəkkəb maddələrlə reaksiya verə bilər.

Artıq yuxarıda deyildi ki, karbonun xarici enerji səviyyəsində 4 elektron var (nə orada, nə də burada), buna görə də karbon həm elektron verə, həm də qəbul edə bilər, bəzi birləşmələrdə azaldıcı, digərlərində isə oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.

Karbondur azaldıcı agent oksigen və daha yüksək elektronmənfiliyi olan digər elementlərlə reaksiyalarda (elementlərin elektronmənfilik cədvəlinə baxın):

havada qızdırıldıqda yanır (karbon qazının əmələ gəlməsi ilə artıq oksigen ilə; onun olmaması ilə - karbonmonoksit (II)):
C + O 2 = CO 2;
2C + O 2 = 2CO.
yüksək temperaturda kükürd buxarları ilə reaksiya verir, xlor, flüor ilə asanlıqla qarşılıqlı təsir göstərir:
C + 2S = CS 2
C + 2Cl 2 = CCl 4
2F 2 + C = CF 4
qızdırıldıqda bir çox metalları və qeyri-metalları oksidlərdən azaldır:
C 0 + Cu +2 O = Cu 0 + C +2 O;
C 0 + C +4 O 2 = 2C +2 O
1000 ° C temperaturda su ilə reaksiya verir (qazlaşdırma prosesi), su qazının əmələ gəlməsi ilə:
C + H 2 O = CO + H 2;

Karbon metallar və hidrogenlə reaksiyalarda oksidləşdirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir:

metallarla reaksiyaya girərək karbidlər əmələ gətirir:
Ca + 2C = CaC 2
hidrogenlə qarşılıqlı təsirdə olan karbon metan əmələ gətirir:
C + 2H 2 = CH 4

Karbon onun birləşmələrinin termal parçalanması və ya metanın pirolizi (yüksək temperaturda) yolu ilə əldə edilir:
CH 4 = C + 2H 2.

Karbon tətbiqi

Karbon birləşmələri xalq təsərrüfatında ən geniş tətbiq tapmışdır, onların hamısını sadalamaq mümkün deyil, yalnız bir neçəsini göstərəcəyik:

qrafit karandaşların, elektrodların, ərimə tigelərinin istehsalı üçün, nüvə reaktorlarında neytron moderatoru kimi, sürtkü kimi istifadə olunur;
almazlar zərgərlikdə, kəsici alət kimi, qazma avadanlıqlarında, aşındırıcı material kimi istifadə olunur;
bir azaldıcı agent kimi karbon müəyyən metallar və qeyri-metallar (dəmir, silikon) əldə etmək üçün istifadə olunur;
karbon həm gündəlik həyatda (məsələn, havanı və məhlulları təmizləmək üçün adsorbent kimi), həm də tibbdə (aktivləşdirilmiş karbon tabletləri) və sənayedə (katalitik əlavələrin daşıyıcısı kimi) geniş istifadəsini tapmış aktivləşdirilmiş karbonun əsas hissəsini təşkil edir. , polimerləşmə katalizatoru və s.).

C (karbon), elementlərin dövri cədvəlinin IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) qrupunun qeyri-metal kimyəvi elementi. Təbiətdə almaz kristalları (şək. 1), qrafit və ya fulleren və digər formalarda olur və üzvi (kömür, neft, heyvan və bitki orqanizmləri və s.) və qeyri-üzvi maddələrin (əhəngdaşı, çörək soda və s.) bir hissəsidir. .). Karbon geniş yayılmışdır, lakin yer qabığında onun tərkibi cəmi 0,19% təşkil edir ( həmçinin bax Diamond; FULLERENLER).

Təbiətdə qrafitin çoxlu müxtəlif formaları var; bəziləri süni şəkildə əldə edilir; amorf formaları var (məsələn, koks və kömür). Karbohidrogenlərin oksigen çatışmazlığı ilə yandırılması zamanı his, sümük kömürü, lampa hisi, asetilen hisi əmələ gəlir. Sözdə ağ karbon aşağı təzyiqdə pirolitik qrafitin sublimasiyası ilə əldə edilir - bunlar uclu kənarları olan qrafit təbəqələrinin ən kiçik şəffaf kristallarıdır.

Sunyaev Z.İ. Neft karbon... M., 1980
Hiperkoordinasiya edilmiş karbonun kimyası... M., 1990

"KARBON"u tapın