Хатуу төлөвт нүүрстөрөгч. Нүүрстөрөгчийн атомын бүтэц. Нүүрстөрөгчийн хүчил ба түүний давс

НҮҮРСТЭЙ
ХАМТ (карбон), элементүүдийн үелэх системийн дэд бүлгийн (C, Si, Ge, Sn, Pb) IVA металл бус химийн элемент. Энэ нь байгалийн алмааз талст (Зураг 1), бал чулуу эсвэл фуллерен болон бусад хэлбэрээр үүсдэг бөгөөд органик (нүүрс, тос, амьтан, ургамлын организм гэх мэт), органик бус бодис (шохойн чулуу, хүнсний сода гэх мэт) нэг хэсэг юм. .). Нүүрстөрөгч өргөн тархсан боловч дэлхийн царцдас дахь түүний агууламж ердөө 0.19% байдаг (мөн DIAMOND; FULLERENES-ийг үзнэ үү).

Нүүрстөрөгчийг энгийн бодис хэлбэрээр өргөн хэрэглэдэг. Үнэт эдлэлийн объект болох үнэт алмаазаас гадна үйлдвэрлэлийн алмаз нь нунтаглах, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой юм. Нүүрс болон бусад аморф нүүрстөрөгчийг өнгөгүйжүүлэх, цэвэршүүлэх, хийн шингээх, боловсруулсан гадаргуутай шингээгч шаардлагатай техникийн салбарт ашигладаг. Карбид, нүүрстөрөгчийн металл, түүнчлэн бор, цахиуртай нэгдлүүд (жишээлбэл, Al4C3, SiC, B4C) нь өндөр хатуулагтай бөгөөд зүлгүүр, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Нүүрстөрөгч нь ган, хайлшаас элементийн төлөвт болон карбид хэлбэрээр байдаг. Ган цутгамал гадаргууг өндөр температурт нүүрстөрөгчөөр дүүргэх (нүүрсжих) нь гадаргуугийн хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.
Мөн хайлшийг үзнэ үү. Байгальд бал чулууны олон янзын хэлбэрүүд байдаг; заримыг нь зохиомлоор олж авдаг; аморф хэлбэрүүд байдаг (жишээлбэл, кокс ба нүүрс). Хүчилтөрөгчийн дутагдалтай нүүрсустөрөгчийг шатаахад тортог, ясны нүүрс, чийдэнгийн хөө, ацетилен хөө тортог үүсдэг. Цагаан нүүрстөрөгчийг бууруулсан даралтаар пиролит графитын сублимацаар олж авдаг - эдгээр нь хурц ирмэгтэй графит хуудасны хамгийн жижиг тунгалаг талстууд юм.
Түүхийн лавлагаа.Графит, алмаз, аморф нүүрстөрөгч нь эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан. Бал чулууг бусад материалыг тэмдэглэхэд ашиглаж болно гэдгийг эрт дээр үеэс мэддэг байсан бөгөөд "бичих" гэсэн утгатай грек үгнээс гаралтай "графит" нэрийг 1789 онд А.Вернер санал болгосон. Гэсэн хэдий ч бал чулууны түүхийг андуурч, ихэвчлэн ижил төстэй гадаад физик шинж чанартай бодисуудыг авч, жишээ нь молибденит (молибдений сульфид) нь нэг удаа бал чулуу гэж тооцогддог. Бал чулууны бусад нэрэнд хар тугалга, карбид төмөр, мөнгөн хар тугалга орно. 1779 онд К.Шээле бал чулууг агаарт исэлдүүлэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсгэж болохыг тогтоожээ. Энэтхэгт анх удаа алмазыг ашигласан бөгөөд 1725 онд Бразилд үнэт чулуу арилжааны ач холбогдолтой болсон; Өмнөд Африк дахь ордуудыг 1867 онд илрүүлсэн.20-р зуунд. Гол алмаз үйлдвэрлэгчид нь Өмнөд Африк, Заир, Ботсвана, Намиби, Ангол, Сьерра-Леон, Танзани, Орос юм. Технологийг 1970 онд боловсруулсан хиймэл алмазыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар үйлдвэрлэдэг.
Аллотропи.Хэрэв аливаа бодисын бүтцийн нэгжүүд (монатомын элементийн атомууд эсвэл олон атомт элемент ба нэгдлүүдийн молекулууд) бие биетэйгээ нэгээс олон талст хэлбэрээр нэгдэх чадвартай бол энэ үзэгдлийг аллотропи гэж нэрлэдэг. Нүүрстөрөгч нь алмаз, бал чулуу, фуллерен гэсэн гурван аллотроп өөрчлөлттэй. Алмазан дахь нүүрстөрөгчийн атом бүр 4 тетраэдр байрладаг хөрштэй бөгөөд куб бүтцийг бүрдүүлдэг (Зураг 1, а). Энэ бүтэц нь хамгийн их бондын коваленттай тохирч байгаа бөгөөд нүүрстөрөгчийн атом бүрийн бүх 4 электрон нь өндөр бат бэх C-C бонд үүсгэдэг, өөрөөр хэлбэл. бүтцэд дамжуулагч электрон байхгүй. Тиймээс алмаз нь дамжуулах чанаргүй, дулаан дамжуулалт багатай, өндөр хатуулагтай байдаг; энэ нь мэдэгдэж байгаа хамгийн хатуу бодис юм (Зураг 2). Тетраэдрийн бүтцэд C-C бондын задрал (бондын урт 1.54, иймээс ковалент радиус нь 1.54 / 2 = 0.77) их хэмжээний эрчим хүчний зардал шаарддаг тул алмаз нь онцгой хатуулагтай, өндөр хайлах цэгээр тодорхойлогддог (3550 ° C) ).



Нүүрстөрөгчийн өөр нэг аллотроп хэлбэр нь графит бөгөөд алмаазаас ялгаатай шинж чанартай байдаг. Графит бол цахилгаан дамжуулах чанар сайтай (цахилгаан эсэргүүцэл 0.0014 Ом * см) шинж чанартай, амархан гууждаг талстаас бүрдсэн зөөлөн хар бодис юм. Тиймээс бал чулууг нуман чийдэн, зууханд ашигладаг (Зураг 3), өндөр температурыг бий болгох шаардлагатай байдаг. Өндөр цэвэршилттэй бал чулууг цөмийн реакторуудад нейтрон зохицуулагч болгон ашигладаг. Өндөр даралттай үед түүний хайлах цэг нь 3527 ° C. Хэвийн даралттай үед бал чулуу нь 3780 ° C-д сублимж (хатуугаас хий рүү шилждэг).



Бал чулуун бүтэц (Зураг 1б) нь 1.42 (алмазаас хамаагүй богино) урттай конденсацсан зургаан өнцөгт цагирагуудын систем боловч нүүрстөрөгчийн атом бүр гурван хөрштэй гурван (мөн алмаз шиг дөрөв биш) ковалент холбоо, ба дөрөв дэх холбоо (3,4) нь ковалент холбоонд хэт урт бөгөөд зэрэгцээ овоолсон бал чулуун давхаргыг хооронд нь сул холбодог. Энэ бол графитын дулаан ба цахилгаан дамжуулах чанарыг тодорхойлдог нүүрстөрөгчийн дөрөв дэх электрон бөгөөд энэ нь урт бөгөөд бага бат бөх холбоо нь бага нягтаршилтай бал чулуу үүсгэдэг бөгөөд энэ нь алмазтай харьцуулахад бага хатуулагтай байдаг (бал чулууны нягт 2.26 г / см3, алмаз - 3.51 г / см3). Үүнтэй ижил шалтгаанаар бал чулуу нь хүрэхэд гулгамтгай бөгөөд тосолгооны материал, харандааны утас хийхэд ашигладаг бодисын ширхэгийг амархан салгадаг. Хар тугалганы гялалзах нь голчлон бал чулуу байгаатай холбоотой юм. Нүүрстөрөгчийн утас нь маш бат бөх бөгөөд rayon эсвэл бусад өндөр нүүрстөрөгчийн утас хийхэд ашиглаж болно. Өндөр даралт, температурт төмөр зэрэг катализаторын дэргэд бал чулууг алмаз болгон хувиргах боломжтой. Энэхүү үйл явц нь хиймэл алмазыг үйлдвэрийн аргаар үйлдвэрлэхэд хэрэгжсэн. Алмазан талстууд катализаторын гадаргуу дээр ургадаг. Бал чулуу-алмазын тэнцвэрт байдал нь 15000 атм ба 300 К эсвэл 4000 атм ба 1500 К-т байдаг. Хиймэл алмазыг мөн нүүрсустөрөгчөөс гаргаж авч болно. Талст үүсгэдэггүй аморф нүүрстөрөгчийн хэлбэрт модыг агааргүй халаах замаар гаргаж авсан нүүрс, нүүрсустөрөгчийг агаарын дутагдалтай бага температурт шатаах явцад үүссэн чийдэн, хийн хөө тортог, хүйтэн гадаргуу дээр өтгөрүүлсэн нүүрс, ясны нүүрс - хольц орно. ясыг устгах явцад кальцийн фосфат даавуу, түүнчлэн нүүрс (харьцангуй хольцтой байгалийн бодис) ба кокс, нүүрс эсвэл газрын тосны үлдэгдэл (битум нүүрс) -ийг хуурай нэрэх замаар коксжих түлшээр олж авсан хуурай үлдэгдэл, өөрөөр хэлбэл. агаар нэвтрэхгүйгээр халаах. Коксыг хар төмөр хайлуулах, хар ба өнгөт металлургид ашигладаг. Коксжих явцад хийн бүтээгдэхүүнүүд үүсдэг - коксын хий (H2, CH4, CO гэх мэт), бензин, будаг, бордоо, эм, хуванцар гэх мэт түүхий эд болох химийн бүтээгдэхүүн. Кокс үйлдвэрлэх үндсэн аппарат болох коксын зуухны диаграммыг Зураг дээр үзүүлэв. 3. Төрөл бүрийн төрлийн нүүрс, хөө тортог нь өндөр хөгжилтэй гадаргуугаар ялгагддаг тул хий, шингэнийг цэвэршүүлэх шингээгч, мөн катализатор болгон ашигладаг. Нүүрстөрөгчийн янз бүрийн хэлбэрийг олж авахын тулд химийн технологийн тусгай аргыг ашигладаг. Хиймэл бал чулууг нүүрстөрөгчийн электродуудын хооронд 2260 ° C температурт (Ачесон процесс) антрацит эсвэл нефтийн коксыг кальцилах замаар гаргаж авдаг бөгөөд тосолгооны материал, электрод үйлдвэрлэх, ялангуяа металлын электролитийн үйлдвэрлэлд ашигладаг.
Нүүрстөрөгчийн атомын бүтэц.Хамгийн тогтвортой нүүрстөрөгчийн изотопын 12 масстай (элбэг 98.9%) цөм нь гелийн цөмтэй төстэй тус бүр нь 2 протон, хоёр нейтрон агуулсан гурван квартетт байрладаг 6 протон, 6 нейтрон (12 нуклон) -тай. Нүүрстөрөгчийн өөр нэг тогтвортой изотоп бол 13С (ойролцоогоор 1.1%) бөгөөд байгальд 5730 жилийн хагас задралын хугацаатай тогтворгүй 14С изотоп б-цацрагт бага хэмжээгээр байдаг. Амьд бодисын ердийн нүүрстөрөгчийн эргэлтэнд бүх гурван изотопууд CO2 хэлбэрээр оролцдог. Амьд организм үхсэний дараа нүүрстөрөгчийн хэрэглээ зогсох ба С агуулсан объектуудын огноог 14С цацраг идэвхт байдлын түвшинг хэмжих замаар тодорхойлж болно. 14CO2-ийн b-цацрагийн бууралт нь нас барснаас хойш өнгөрсөн хугацаатай пропорциональ байна. 1960 онд В.Либби цацраг идэвхт нүүрстөрөгчийн судалгаанд зориулж Нобелийн шагнал хүртжээ.
ЦАГААН ИДЭВХИЙН БОЛЗОО. Үндсэн төлөвт нүүрстөрөгчийн 6 электрон 1s22s22px12py12pz0 электрон тохиргоог бүрдүүлдэг. Хоёрдахь түвшний дөрвөн электрон нь валент бөгөөд энэ нь үечилсэн системийн IVA бүлэгт нүүрстөрөгчийн байрлалд нийцдэг (ЭЛЕМЕНТИЙН ҮЕИЙН СИСТЕМ-ийг үзнэ үү). Хийн фазын атомаас электроныг салгахад өндөр энерги (ойролцоогоор 1070 кЖ / моль) шаардлагатай байдаг тул нүүрстөрөгч нь бусад элементүүдтэй ионы холбоо үүсгэдэггүй, учир нь энэ нь эерэг ион үүсэх замаар электроныг салгах шаардлагатай болно. Цахилгаан сөрөг чанар нь 2.5-тай тэнцүү байх тул нүүрстөрөгч нь электронтой хүчтэй хамааралгүй тул идэвхтэй электрон хүлээн авагч биш юм. Тиймээс сөрөг цэнэгтэй бөөмс үүсгэх хандлагатай байдаггүй. Гэхдээ бондын хэсэгчилсэн ион шинж чанартай тул зарим нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд, жишээлбэл, карбидууд байдаг. Нэгдлүүдэд нүүрстөрөгч 4-ийн исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг. Дөрвөн электрон холбоо үүсэхэд оролцохын тулд 2s электроныг салгаж, эдгээр электронуудын аль нэгийг 2pz тойрог зам руу үсрэх шаардлагатай; энэ тохиолдолд 4 тетраэдрийн холбоо үүснэ, тэдгээрийн хоорондох өнцөг нь 109 ° байна. Нэгдлүүдэд нүүрстөрөгчийн валентийн электронууд түүнээс хэсэгчлэн татагддаг тул нүүрстөрөгч нь нийтлэг электрон хосын тусламжтайгаар C-C төрлийн хөрш атомуудын хооронд хүчтэй ковалент холбоо үүсгэдэг. Ийм холболтын тасрах энерги нь 335 кЖ / моль байдаг бол Si-Si бондын хувьд энэ нь ердөө 210 кЖ / моль байдаг тул урт Si-Si- гинж тогтворгүй байдаг. Бондын ковалент шинж чанар нь нүүрстөрөгч, CF4, CCl4-тэй өндөр реактив галогенүүдийн нэгдлүүдэд ч хадгалагддаг. Нүүрстөрөгчийн атомууд нь нүүрстөрөгчийн атом бүрээс нэгээс илүү электроныг бонд үүсгэх чадвартай; давхар C = C ба гурвалсан CєC бонд ингэж үүсдэг. Бусад элементүүд нь атомуудын хооронд холбоо үүсгэдэг боловч зөвхөн нүүрстөрөгч нь урт гинж үүсгэх чадвартай. Тиймээс нүүрстөрөгч гэж нэрлэгддэг олон мянган нэгдлүүд нь нүүрсустөрөгч гэж нэрлэгддэг бөгөөд нүүрстөрөгч нь устөрөгч болон бусад нүүрстөрөгчийн атомуудтай холбогдож урт гинж эсвэл цагираган бүтэц үүсгэдэг.
ОРГАНИК ХИМИЙГ үзнэ үү. Эдгээр нэгдлүүдэд устөрөгчийг бусад атомууд, ихэвчлэн хүчилтөрөгч, азот, галогенээр сольж, олон органик нэгдлүүд үүсэх боломжтой. Нүүрс устөрөгч - устөрөгчийг фтороор сольсон нүүрсустөрөгчид нь тэдний дунд маш чухал ач холбогдолтой юм. Ийм нэгдлүүд нь маш идэвхгүй бөгөөд хуванцар, тосолгооны материал (фтор нүүрстөрөгч, өөрөөр хэлбэл бүх устөрөгчийн атомыг фторын атомаар сольсон нүүрсустөрөгчид) болон бага температурт хөргөгч (фреон, фреон, фторхлорокарбон) болгон ашигладаг. 1980-аад онд АНУ-ын физикчид нүүрстөрөгчийн атомууд 5 эсвэл 6 гоноор холбогдож, хөл бөмбөгийн бөмбөгний төгс тэгш хэмтэй хөндий бөмбөг хэлбэртэй С60 молекул үүсгэдэг маш сонирхолтой нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг олж илрүүлжээ. . Энэхүү загвар нь Америкийн архитектор, инженер Бакминстер Фуллерийн зохион бүтээсэн "геодезийн бөмбөгөр"-ийн гол цөм нь учраас шинэ ангиллын нэгдлүүдийг "Buckminsterfullerenes" эсвэл "Fullerenes" (мөн товчхондоо "Faziboles" эсвэл "Backyballs") гэж нэрлэсэн. . Фуллерен - 60 эсвэл 70 (ба түүнээс дээш) атомаас бүрдэх цэвэр нүүрстөрөгчийн гурав дахь өөрчлөлт (алмаз ба бал чулуунаас бусад) - нүүрстөрөгчийн хамгийн жижиг хэсгүүдэд лазерын цацрагийн нөлөөгөөр олж авсан. Илүү төвөгтэй хэлбэрийн фуллерен нь хэдэн зуун нүүрстөрөгчийн атомаас бүрддэг. C60 CARBON молекулын диаметр нь 1 нм. Ийм молекулын төвд ураны том атомыг байрлуулах хангалттай зай бий.
Мөн FULLERENES-ийг үзнэ үү.
Стандарт атомын масс. 1961 онд Олон улсын онолын болон хэрэглээний химийн холбоо (IUPAC) болон физикүүд нүүрстөрөгчийн изотоп 12С-ийн массыг атомын массын нэгж болгон авч, өмнө нь байсан атомын массын хүчилтөрөгчийн хуваарийг устгасан. Энэ систем дэх нүүрстөрөгчийн атомын масс нь 12.011 байна, учир нь энэ нь нүүрстөрөгчийн гурван байгалийн изотопын хувьд тэдгээрийн элбэг дэлбэг байдлыг харгалзан үзэх дундаж утга юм.
Атомын массыг үзнэ үү. Нүүрстөрөгч ба түүний зарим нэгдлүүдийн химийн шинж чанар. Нүүрстөрөгчийн зарим физик, химийн шинж чанарыг ХИМИЙН ЭЛЕМЕНТҮҮД нийтлэлд өгсөн болно. Нүүрстөрөгчийн реактив чанар нь түүний өөрчлөлт, температур, тархалтаас хамаарна. Бага температурт нүүрстөрөгчийн бүх хэлбэр нь нэлээд идэвхгүй байдаг боловч халах үед тэдгээр нь агаар мандлын хүчилтөрөгчөөр исэлдэж, исэл үүсгэдэг.


Хүчилтөрөгчөөс хэтэрсэн нарийн тархсан нүүрстөрөгч нь халах эсвэл оч үүсгэх үед дэлбэрч болно. Шууд исэлдэлтээс гадна исэл үйлдвэрлэх илүү орчин үеийн аргууд байдаг. Нүүрстөрөгчийн давхар исэл C3O2 нь P4O10-аас дээш малоны хүчлийг усгүйжүүлэх үед үүсдэг.

C3O2 нь эвгүй үнэртэй, амархан гидролиз болж, дахин малоны хүчил үүсгэдэг.
Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) CO нь хүчилтөрөгчийн дутагдлын нөхцөлд нүүрстөрөгчийн аливаа өөрчлөлтийг исэлдүүлэх явцад үүсдэг. Урвал нь экзотермик бөгөөд 111.6 кЖ / моль ялгардаг. Цагаан халуунд кокс устай урвалд орно: C + H2O = CO + H2; үүссэн хийн хольцыг "усны хий" гэж нэрлэдэг бөгөөд хийн түлш юм. СО нь нефтийн бүтээгдэхүүнийг бүрэн бус шатаах үед үүсдэг бөгөөд энэ нь автомашины яндангаас мэдэгдэхүйц хэмжээгээр агуулагддаг бөгөөд үүнийг шоргоолжны хүчлийн дулааны диссоциациас олж авдаг.

CO дахь нүүрстөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв нь +2 бөгөөд нүүрстөрөгч нь +4 исэлдэлтийн төлөвт илүү тогтвортой байдаг тул CO нь хүчилтөрөгчөөр CO2: CO + O2 (r) CO2 болж амархан исэлддэг тул энэ урвал нь маш экзотермик (283 кЖ /) юм. моль). CO-ийг үйлдвэрлэлд Н2 болон бусад шатамхай хийтэй холихдоо түлш эсвэл хий бууруулах бодис болгон ашигладаг. 500 ° C хүртэл халаахад CO нь мэдэгдэхүйц хэмжээгээр C ба CO2 үүсгэдэг боловч 1000 ° C-т CO2-ийн бага концентрацид тэнцвэрт байдал тогтдог. CO нь хлортой урвалд орж фосген - COCl2 үүсгэдэг, үүнтэй төстэй урвалууд нь бусад галогенүүдтэй явагддаг, хүхрийн карбонил сульфидтай урвалд ороход COS-ийг олж авдаг, металууд (M) CO нь янз бүрийн найрлагатай M (CO) x карбонилуудыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь нарийн төвөгтэй нэгдлүүд юм. Төмрийн карбонил нь цусан дахь гемоглобины CO-тэй харилцан үйлчлэлцэх замаар үүсдэг бөгөөд энэ нь гемоглобины хүчилтөрөгчтэй урвалд орохоос сэргийлдэг, учир нь төмрийн карбонил нь илүү хүчтэй нэгдэл юм. Үүний үр дүнд гемоглобины хүчилтөрөгчийг эсэд зөөвөрлөх функцийг хааж, энэ тохиолдолд үхдэг (ялангуяа тархины эсүүд өртдөг). (Тиймээс CO-ийн өөр нэр - "нүүрстөрөгчийн дутуу исэл"). Агаар дахь аль хэдийн 1% (боть) CO нь хүн ийм уур амьсгалд 10 минутаас дээш хугацаагаар байвал аюултай. CO-ийн зарим физик шинж чанарыг хүснэгтэд үзүүлэв. Нүүрстөрөгчийн давхар исэл буюу нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (IV) CO2 нь нүүрстөрөгчийг хүчилтөрөгчөөр хэт их хэмжээгээр шатаахад дулаан ялгаруулж (395 кЖ / моль) үүсдэг. CO2 (жижиг нэр нь "нүүрстөрөгчийн давхар исэл") нь CO, нефтийн бүтээгдэхүүн, бензин, тос болон бусад органик нэгдлүүдийг бүрэн исэлдүүлэх явцад үүсдэг. Карбонатыг усанд уусгах үед гидролизийн үр дүнд CO2 мөн ялгардаг.

Энэ урвалыг ихэвчлэн лабораторийн практикт CO2 үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Металл бикарбонатыг шохойжуулах замаар энэ хийг гаргаж болно.

Хэт халсан уурын СО-той хийн фазын харилцан үйлчлэлийн хувьд:

Нүүрс устөрөгч болон тэдгээрийн хүчилтөрөгчийн деривативыг шатаах үед, жишээлбэл:


Үүний нэгэн адил амьд организм дахь хүнсний бүтээгдэхүүн нь дулаан болон бусад төрлийн энерги ялгаруулж исэлддэг. Энэ тохиолдолд исэлдэлт нь зөөлөн нөхцөлд завсрын үе шаттайгаар явагддаг боловч эцсийн бүтээгдэхүүнүүд нь ижил байдаг - CO2 ба H2O, жишээлбэл, ферментийн нөлөөн дор сахар задрах, ялангуяа глюкозыг исгэх үед:

Аж үйлдвэрт нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба металлын ислийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэх нь карбонатын дулааны задралаар явагддаг.


Цемент үйлдвэрлэх технологид CaO их хэмжээгээр ашиглагддаг. Энэ схемийн дагуу карбонатуудын дулааны тогтвортой байдал, тэдгээрийн задралын дулааны хэрэглээ CaCO3 цувралд нэмэгддэг (мөн ГАЛЫН УРЬДЧИЛАН СЭРГИЙЛЭХ, ГАЛМАС ХАМГААЛАХ-ыг үзнэ үү). Нүүрстөрөгчийн ислийн электрон бүтэц. Аливаа нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн электрон бүтцийг электрон хосуудын өөр өөр байрлал бүхий гурван тэнцүү магадлалтай хэлхээгээр дүрсэлж болно - гурван резонансын хэлбэр.


Бүх нүүрстөрөгчийн исэлүүд шугаман байна.
Нүүрстөрөгчийн хүчил. CO2 нь устай харилцан үйлчлэхэд нүүрстөрөгчийн хүчил H2CO3 үүсдэг. CO2 (0.034 моль / л) ханасан уусмалд зөвхөн зарим молекулууд H2CO3 үүсгэдэг бөгөөд CO2-ийн ихэнх хэсэг нь CO2 * H2O гидратлагдсан төлөвт байдаг.
Карбонатууд.Металлын исэл CO2-тэй харилцан үйлчлэлцэх замаар карбонатууд үүсдэг ба жишээлбэл, Na2O + CO2 -> NaHCO3 нь халаахад CO2 ялгаруулж задардаг: 2NaHCO3 -> Na2CO3 + H2O + CO2 Натрийн карбонат буюу сод их хэмжээгээр үүсдэг. Содны үйлдвэрлэлд голчлон Солвайн аргаар:


Өөр нэг арга нь CO2 ба NaOH-аас содыг гаргаж авдаг.


Карбонатын ион CO32- нь хавтгай бүтэцтэй, O-C-O өнцөг нь 120 °, CO-бонд нь 1.31 урттай.
(мөн шүлтлэг үйлдвэрлэлийг үзнэ үү).
Нүүрстөрөгчийн галогенид.Нүүрстөрөгч нь халах үед галогентэй шууд урвалд орж тетрагалид үүсгэдэг боловч урвалын хурд болон бүтээгдэхүүний гарц удаан байдаг. Тиймээс нүүрстөрөгчийн галогенийг өөр аргаар гаргаж авдаг, жишээлбэл, нүүрстөрөгчийн дисульфидыг хлоржуулах замаар CCl4-ийг олж авдаг: CS2 + 2Cl2 -> CCl4 + 2S температур, хортой фосген (хийн хорт бодис) үүсдэг. CCl4 нь өөрөө бас хортой бөгөөд хэрэв мэдэгдэхүйц хэмжээгээр амьсгалсан бол элэгний хордлого үүсгэдэг. СCl4 нь мөн метан СH4 ба Сl2 хоорондын фотохимийн урвалаар үүсдэг; энэ тохиолдолд метаныг бүрэн бус хлоржуулах бүтээгдэхүүн - CHCl3, CH2Cl2, CH3Cl үүсэх боломжтой. Бусад галогентэй урвалууд ижил төстэй явагддаг.
Графитын урвалууд.Зургаан өнцөгт цагирагуудын давхаргын хоорондох зай ихтэй байдаг нүүрстөрөгчийн өөрчлөлтийн хувьд графит нь ер бусын урвалд ордог, жишээлбэл, шүлтлэг металл, галоген ба зарим давс (FeCl3) давхаргын хооронд нэвтэрч, KC8, KC16 зэрэг нэгдлүүдийг үүсгэдэг. завсрын, оруулах эсвэл клатрат нэгдлүүд гэж нэрлэдэг). Хүчиллэг орчинд (хүхрийн эсвэл азотын хүчил) KClO3 зэрэг хүчтэй исэлдүүлэгч бодисууд нь талст торны том хэмжээтэй (давхаргын хооронд 6 хүртэл) бодис үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хүчилтөрөгчийн атомууд орж, гадаргуу дээр нэгдлүүд үүсдэгтэй холбоотой юм. исэлдэлтийн үр дүнд карбоксилын бүлгүүд (-COOH) үүсдэг гадаргуу - исэлдсэн бал чулуу эсвэл меллит (бензолгексакарбоксилын) хүчил C6 (COOH) 6 зэрэг нэгдлүүд. Эдгээр нэгдлүүдэд C: O харьцаа 6: 1-ээс 6: 2.5 хооронд хэлбэлзэж болно.
Карбидууд.Нүүрстөрөгч нь металл, бор, цахиуртай карбид гэж нэрлэгддэг янз бүрийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Хамгийн идэвхтэй металлууд (IA-IIIA дэд бүлгүүд) нь давстай төстэй карбидыг үүсгэдэг, жишээ нь Na2C2, CaC2, Mg4C3, Al4C3. Аж үйлдвэрийн хувьд кальцийн карбидыг кокс ба шохойн чулуунаас дараахь урвалаар гаргаж авдаг.


Карбидууд нь цахилгаан дамжуулах чадваргүй, бараг өнгөгүй, гидролиз болж нүүрсустөрөгч үүсгэдэг, жишээлбэл CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (OH) 2 Урвалын үр дүнд үүссэн ацетилен С2Н2 нь олон органик бодисыг үйлдвэрлэхэд түүхий эд болдог. Энэ процесс нь органик бус шинж чанартай түүхий эдээс органик нэгдлүүдийн нийлэгжилт рүү шилжих шилжилтийг илэрхийлдэг тул сонирхолтой юм. Гидролизийн үед ацетилен үүсгэдэг карбидыг ацетиленид гэж нэрлэдэг. Цахиур ба борын карбидын (SiC ба B4C) атомуудын хоорондын холбоо нь ковалент юм. Шилжилтийн металууд (В-дэд бүлгийн элементүүд) нүүрстөрөгчөөр халах үед мөн металл гадаргуу дээрх хагарлын үед хувьсах найрлагатай карбид үүсгэдэг; тэдгээрийн доторх холбоо нь металлтай ойрхон байдаг. Энэ төрлийн зарим карбидууд, тухайлбал WC, W2C, TiC, SiC нь өндөр хатуулаг, галд тэсвэртэй чанараараа ялгагддаг бөгөөд сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай байдаг. Жишээлбэл, NbC, TaC, HfC нь хамгийн галд тэсвэртэй бодисууд (mp = 4000-4200 ° C), динобиум карбид Nb2C нь 9.18 К-т хэт дамжуулагч, TiC ба W2C нь алмаазтай ойролцоо хатуулагтай, хатуулаг нь B4C (a) юм. алмазын бүтцийн аналог ) нь Mohs масштабаар 9.5 байна (2-р зургийг үз). Шилжилтийн металлын радиус бол идэвхгүй карбидууд үүсдэг Нүүрстөрөгчийн азотын деривативууд.Энэ бүлэгт мочевин NH2CONH2 - уусмал хэлбэрээр ашигладаг азотын бордоо орно. Мочевиныг NH3 ба CO2-аас даралтын дор халаах замаар гаргаж авдаг.

Дисиан (CN) 2 нь галогентэй олон шинж чанараараа төстэй бөгөөд ихэвчлэн псевдогалоген гэж нэрлэдэг. Дицианыг цианидын ионыг хүчилтөрөгч, устөрөгчийн хэт исэл эсвэл Cu2 + ионоор бага зэрэг исэлдүүлэх замаар олж авдаг: 2CN- -> (CN) 2 + 2e. Цианидын ион нь электрон хандивлагч тул шилжилтийн металлын ионуудтай нийлмэл нэгдлүүдийг амархан үүсгэдэг. CO-ийн нэгэн адил цианидын ион нь амьд организмын амин чухал төмрийн нэгдлүүдийг холбодог хор юм. Цианидын нийлмэл ионууд нь [] -0.5x ерөнхий томьёотой, энд x нь металлын координатын тоо (комплекс үүсгэгч), эмпирик байдлаар металл ионы исэлдэлтийн төлөвөөс хоёр дахин ихтэй тэнцүү байна. Ийм нарийн төвөгтэй ионуудын жишээ нь (зарим ионуудын бүтцийг доор өгөв) тетрацианон никельат (II) -ион [] 2-, гексацианоферрат (III) [] 3-, дицианоаргентат [] -:


Карбонил.Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл нь олон металл эсвэл металлын ионуудтай шууд урвалд орж карбонил гэж нэрлэгддэг нарийн төвөгтэй нэгдлүүдийг үүсгэдэг, жишээлбэл Ni (CO) 4, Fe (CO) 5, Fe2 (CO) 9, [] 3, Mo (CO) 6, [] 2. Эдгээр нэгдлүүдийн холбоо нь дээр дурьдсан циано цогцолборуудын холбоотой төстэй юм. Ni (CO) 4 нь никельийг бусад металлаас ялгахад ашигладаг дэгдэмхий бодис юм. Бүтэц дэх цутгамал төмөр, гангийн бүтэц муудах нь ихэвчлэн карбонил үүсэхтэй холбоотой байдаг. Устөрөгч нь хүчиллэг шинж чанартай, шүлттэй урвалд ордог H2Fe (CO) 4 ба HCo (CO) 4 зэрэг карбонил гидридүүдийг үүсгэдэг карбонилийн нэг хэсэг байж болно: H2Fe (CO) 4 + NaOH -> NaHFe (CO) 4 + H2O Мөн карбонил галоген, жишээ нь Fe (CO) X2, Fe (CO) 2X2, Co (CO) I2, Pt (CO) Cl2, X нь дурын галоген юм.
(мөн ОРГАНОМЕТАЛЛЫН ХОЛБООГ үзнэ үү).
Нүүрс устөрөгч.Устөрөгчтэй нүүрстөрөгчийн асар олон тооны нэгдлүүд мэдэгдэж байна
(ОРГАНИК ХИМИЙГ үзнэ үү).
Уран зохиол
Суняев З.И. Нефтийн нүүрстөрөгч. М., 1980 Хэт координат нүүрстөрөгчийн хими. М., 1990

Коллиерийн нэвтэрхий толь бичиг. - Нээлттэй нийгэм. 2000 .

Синоним:

Бусад толь бичгүүдээс "CARBON" гэж юу болохыг хараарай.

    Нуклидын хүснэгт Ерөнхий мэдээлэл Нэр, тэмдэг Нүүрстөрөгч 14, 14С Өөр нэрс Радио нүүрстөрөгч, радионүүрстөрөгч Нейтрон 8 Протон 6 Нуклидын шинж чанар Атомын масс ... Wikipedia

    Нуклидын хүснэгт Ерөнхий мэдээлэл Нэр, тэмдэг Нүүрстөрөгч 12, 12С Нейтрон 6 Протон 6 Нуклидын шинж чанар Атомын масс 12.0000000 (0) ... Wikipedia

Нүүрстөрөгч нь хэд хэдэн аллотроп өөрчлөлтийг бий болгох чадвартай. Эдгээр нь алмаз (хамгийн идэвхгүй аллотропик өөрчлөлт), бал чулуу, фуллерен, карбин юм.

Нүүрс, хөө тортог нь аморф нүүрстөрөгч юм. Энэ төлөвт байгаа нүүрстөрөгч нь эмх цэгцтэй бүтэцгүй бөгөөд үнэндээ бал чулуун давхаргын хамгийн жижиг хэсгүүдээс бүрддэг. Халуун уураар боловсруулсан аморф нүүрстөрөгчийг идэвхжүүлсэн нүүрс гэж нэрлэдэг. 1 грамм идэвхжүүлсэн нүүрс нь олон нүх сүвтэй тул нийт гурван зуу гаруй метр квадрат талбайтай! Төрөл бүрийн бодисыг шингээх чадвартай тул идэвхжүүлсэн нүүрс нь шүүлтүүр дүүргэгч, түүнчлэн янз бүрийн төрлийн хордлогын үед энтеросорбент болгон өргөн хэрэглэгддэг.

Химийн үүднээс авч үзвэл аморф нүүрстөрөгч нь түүний хамгийн идэвхтэй хэлбэр, бал чулуу нь дунд зэргийн идэвхтэй, алмаз нь маш идэвхгүй бодис юм. Ийм учраас доор авч үзсэн нүүрстөрөгчийн химийн шинж чанарыг үндсэндээ аморф нүүрстөрөгчтэй холбон тайлбарлах ёстой.

Нүүрстөрөгчийн шинж чанарыг бууруулдаг

Бууруулах бодисын хувьд нүүрстөрөгч нь хүчилтөрөгч, галоген, хүхэр зэрэг металл бус бодисуудтай урвалд ордог.

Нүүрсийг шатаах явцад хүчилтөрөгчийн илүүдэл буюу дутагдлаас хамааран нүүрстөрөгчийн дутуу исэл CO эсвэл нүүрстөрөгчийн давхар исэл CO 2 үүсч болно.

Нүүрстөрөгч нь фтортой харилцан үйлчлэхэд нүүрстөрөгчийн тетрафторид үүсдэг.

Нүүрстөрөгчийг хүхэрээр халаахад нүүрстөрөгчийн дисульфид CS 2 үүсдэг.

Нүүрстөрөгч нь хөнгөн цагааны дараа металыг исэлдүүлэх хэд хэдэн үйл ажиллагааны явцад багасгах чадвартай. Жишээ нь:

Нүүрстөрөгч нь идэвхтэй металлын ислүүдтэй урвалд ордог боловч энэ тохиолдолд дүрмээр бол энэ нь металлын бууралт биш харин түүний карбид үүсэх явдал юм.

Нүүрстөрөгчийн металл бус ислүүдтэй харилцан үйлчлэл

Нүүрстөрөгч нь нүүрстөрөгчийн давхар исэл CO 2-тэй хамтран пропорциональ урвалд ордог.

Аж үйлдвэрийн хамгийн чухал процессуудын нэг нь гэж нэрлэгддэг нүүрсний уурын хувиргалт... Уг процесс нь усны уурыг халуун нүүрсээр дамжих замаар явагддаг. Энэ тохиолдолд дараахь хариу урвал илэрнэ.

Өндөр температурт нүүрстөрөгч нь цахиурын давхар исэл гэх мэт идэвхгүй нэгдлийг хүртэл бууруулах чадвартай. Энэ тохиолдолд нөхцөл байдлаас хамааран цахиур эсвэл цахиурын карбид үүсдэг ( карборунд):

Мөн нүүрстөрөгч нь бууруулагч бодис болох исэлдүүлэгч хүчил, ялангуяа төвлөрсөн хүхрийн болон азотын хүчлүүдтэй урвалд ордог.

Нүүрстөрөгчийн исэлдүүлэх шинж чанар

Нүүрстөрөгчийн химийн элемент нь өндөр цахилгаан сөрөг шинж чанартай байдаггүй тул түүний үүсгэсэн энгийн бодисууд нь бусад металл бус металлуудтай харьцуулахад исэлдүүлэх шинж чанарыг ховор харуулдаг.

Ийм урвалын жишээ бол катализаторын оролцоотойгоор халах үед аморф нүүрстөрөгчийн устөрөгчтэй харилцан үйлчлэлцэх явдал юм.

мөн 1200-1300 хэмийн температурт цахиуртай:

Нүүрстөрөгч нь металтай харьцуулахад исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг. Нүүрстөрөгч нь идэвхтэй металлууд болон дундаж идэвхжилтэй зарим металлуудтай урвалд орох чадвартай. Халаах үед урвал явагдана:

Идэвхтэй металлын карбидууд усаар гидролиз болдог.

түүнчлэн исэлдүүлэхгүй хүчлүүдийн уусмалууд:

Үүний үр дүнд анхны карбидын адил исэлдэлтийн төлөвт нүүрстөрөгч агуулсан нүүрсустөрөгч үүсдэг.

Цахиурын химийн шинж чанар

Цахиур нь нүүрстөрөгчийн нэгэн адил талст ба аморф төлөвт байж болох ба нүүрстөрөгчийн нэгэн адил аморф цахиур нь талстаас хамаагүй илүү химийн идэвхтэй байдаг.

Заримдаа аморф ба талст цахиурыг аллотроп өөрчлөлт гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь хатуухан хэлэхэд бүрэн үнэн биш юм. Аморф цахиур нь үндсэндээ бие биенээсээ санамсаргүй байдлаар байрлуулсан талст цахиурын хамгийн жижиг хэсгүүдийн конгломерат юм.

Цахиурын энгийн бодисуудтай харилцан үйлчлэл

металл бус

Хэвийн нөхцөлд цахиур нь идэвхгүй байдлаасаа болж зөвхөн фтортой урвалд ордог.

Цахиур нь зөвхөн халах үед л хлор, бром, иодтой урвалд ордог. Энэ тохиолдолд галогенийн идэвхжилээс хамааран өөр өөр температур шаардлагатай байдаг нь онцлог юм.

Тиймээс хлортой бол урвал 340-420 хэмд явагдана.

Бромтой - 620-700 ° C:

Иодтой - 750-810 ° C:

Бүх цахиурын галидууд нь усаар амархан гидролиз болдог.

түүнчлэн шүлтийн уусмалууд:

Хүчилтөрөгчтэй цахиурын урвал явагддаг боловч хүчтэй оксидын хальс нь харилцан үйлчлэхэд хүндрэл учруулдаг тул маш хүчтэй халаалт (1200-1300 ° C) шаарддаг.

1200-1500 хэмийн температурт цахиур нь графит хэлбэрээр нүүрстөрөгчтэй аажмаар харилцан үйлчилж, SiC цахиурын карбидыг үүсгэдэг - алмаазтай төстэй атомын болор тортой, бараг түүн шиг хүчтэй бодис.

Цахиур нь устөрөгчтэй урвалд ордоггүй.

металлууд

Цахиур нь цахилгаан сөрөг чанар багатай тул зөвхөн металтай харьцуулахад исэлдүүлэх шинж чанарыг харуулдаг. Металлуудаас цахиур нь идэвхтэй (шүлтлэг ба шүлтлэг-дэлхий) металууд, түүнчлэн дунд идэвхтэй олон металлуудтай урвалд ордог. Энэхүү харилцан үйлчлэлийн үр дүнд силицидүүд үүсдэг.

Идэвхтэй металлын силицидууд нь ус эсвэл исэлдүүлэхгүй хүчлийн шингэрүүлсэн уусмалаар амархан гидролиз болдог.

Энэ нь метан CH 4-ийн аналог болох SiH 4 хий силан үүсгэдэг.

Цахиурын нарийн төвөгтэй бодисуудтай харилцан үйлчлэл

Цахиур нь буцалгах үед ч устай урвалд ордоггүй, гэхдээ аморф цахиур нь 400-500 ° C-ийн температурт хэт халсан усны ууртай харилцан үйлчилдэг. Энэ тохиолдолд устөрөгч, цахиурын давхар исэл үүсдэг.

Бүх хүчлүүдээс цахиур (аморф төлөвт) зөвхөн төвлөрсөн фторын хүчилтэй урвалд ордог.

Цахиур нь төвлөрсөн шүлтийн уусмалд уусдаг. Урвал нь устөрөгчийн хувьсал дагалддаг.

Алмазан бүтэц (а)ба бал чулуу (б)

Нүүрстөрөгч(латин Карбон) - С, Менделеевийн үечилсэн системийн IV бүлгийн химийн элемент, атомын дугаар 6, атомын масс 12.011. Энэ нь байгалийн алмааз, бал чулуу, фуллерен болон бусад хэлбэрийн талст хэлбэрээр үүсдэг бөгөөд органик (нүүрс, газрын тос, амьтан, ургамлын организм гэх мэт) болон органик бус бодис (шохойн чулуу, жигд натри гэх мэт) нэг хэсэг юм. Нүүрстөрөгч өргөн тархсан боловч дэлхийн царцдас дахь түүний агууламж ердөө 0.19% байдаг.

Нүүрстөрөгчийг энгийн бодис хэлбэрээр өргөн хэрэглэдэг. Үнэт эдлэлийн объект болох үнэт алмаазаас гадна үйлдвэрлэлийн алмаз нь нунтаглах, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой юм. Нүүрс болон бусад аморф нүүрстөрөгчийг өнгөгүйжүүлэх, цэвэршүүлэх, хийн шингээх, боловсруулсан гадаргуутай шингээгч шаардлагатай техникийн салбарт ашигладаг. Карбид, нүүрстөрөгчийн металл, түүнчлэн бор, цахиуртай нэгдлүүд (жишээлбэл, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) нь өндөр хатуулагтай бөгөөд зүлгүүр, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Нүүрстөрөгч нь ган, хайлшаас элементийн төлөвт болон карбид хэлбэрээр байдаг. Ган цутгамал гадаргууг өндөр температурт нүүрстөрөгчөөр дүүргэх (нүүрсжих) нь гадаргуугийн хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.

Түүхийн лавлагаа

Графит, алмаз, аморф нүүрстөрөгч нь эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан. Бал чулууг бусад материалыг тэмдэглэхэд ашиглаж болно гэдгийг эрт дээр үеэс мэддэг байсан бөгөөд "бичих" гэсэн утгатай грек үгнээс гаралтай "графит" нэрийг 1789 онд А.Вернер санал болгосон. Гэсэн хэдий ч бал чулууны түүхийг андуурч, ихэвчлэн ижил төстэй гадаад физик шинж чанартай бодисуудыг авч, жишээ нь молибденит (молибдений сульфид) нь нэг удаа бал чулуу гэж тооцогддог. Бал чулууны бусад нэрэнд хар тугалга, карбид төмөр, мөнгөн хар тугалга орно.

1779 онд К.Шээле бал чулууг агаарт исэлдүүлэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсгэж болохыг тогтоожээ. Энэтхэгт анх удаа алмазыг ашигласан бөгөөд 1725 онд Бразилд үнэт чулуу арилжааны ач холбогдолтой болсон; Өмнөд Африк дахь ордуудыг 1867 онд нээсэн.

20-р зуунд. Гол алмаз үйлдвэрлэгчид нь Өмнөд Африк, Заир, Ботсвана, Намиби, Ангол, Сьерра-Леон, Танзани, Орос юм. Технологийг 1970 онд боловсруулсан хиймэл алмазыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар үйлдвэрлэдэг.

Үл хөдлөх хөрөнгө

Нүүрстөрөгчийн дөрвөн талст өөрчлөлтийг мэддэг.

  • бал чулуу,
  • алмаз,
  • карбин,
  • лонсдейт.

Графит- саарал хар, тунгалаг бус, хүрэхэд тослог, хайрст үлд, металл гялбаатай маш зөөлөн масстай. Өрөөний температур ба хэвийн даралт (0.1 MN / м 2 эсвэл 1 кгс / см 2) үед бал чулуу нь термодинамикийн хувьд тогтвортой байдаг.

Алмаз- маш хатуу, талст бодис. Кристалууд нь нүүр төвтэй куб тортой байдаг. Өрөөний температур ба хэвийн даралттай үед алмаз нь метаставтай байдаг. Алмазыг бал чулуу болгон хувиргах нь вакуум эсвэл идэвхгүй орчинд 1400 хэмээс дээш температурт ажиглагддаг. Агаар мандлын даралт ба 3700 хэмийн температурт бал чулуу нь гялалздаг.

Шингэн нүүрстөрөгчийг 10.5 MN / м 2 (105 кгс / см 2) даралт, 3700 ° C-аас дээш температурт авч болно. Хатуу нүүрстөрөгч (кокс, хөө тортог, нүүрс) нь мөн эмх замбараагүй бүтэцтэй төлөвөөр тодорхойлогддог - "аморф" гэж нэрлэгддэг нүүрстөрөгч нь бие даасан өөрчлөлтийг төлөөлдөггүй; түүний бүтэц нь нарийн талст бал чулуун бүтэц дээр суурилдаг. Зарим төрлийн "аморф" нүүрстөрөгчийг агаарт нэвтрэхгүйгээр 1500-1600 хэмээс дээш халаах нь бал чулуу болж хувирдаг.

"Аморф" нүүрстөрөгчийн физик шинж чанар нь бөөмийн хэмжээ, хольц байгаа эсэхээс ихээхэн хамаардаг. "Аморф" нүүрстөрөгчийн нягт, дулаан багтаамж, дулаан дамжуулалт, цахилгаан дамжуулах чанар нь бал чулуунаас үргэлж өндөр байдаг.

Карбинзохиомлоор олж авсан. Энэ нь нарийн талст хар нунтаг (нягт 1.9-2 г / см 3) юм. Атомын урт гинжээр бүтээгдсэн ХАМТбие биентэйгээ зэрэгцээ байрлуулсан.

Лонсдейтсолироос олдож, зохиомлоор олж авсан; түүний бүтэц, шинж чанарыг эцэслэн тогтоогоогүй байна.

Нүүрстөрөгчийн шинж чанар
Атомын дугаар 6
Атомын масс 12,011
Изотопууд: тогтвортой 12, 13
тогтворгүй 8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
Хайлах температур3550 ° C
Буцалж буй температур4200 ° C
Нягт1.9-2.3 г / см 3 (бал чулуу)

3.5-3.53 г / см 3 (алмаз)
Хатуулаг (Mohs) 1-2
Дэлхийн царцдас дахь агууламж (масс.) 0,19%
Исэлдэлтийн төлөв -4; +2; +4

Хайлш

Ган

Металлургид коксыг ангижруулагч болгон ашигладаг. Нүүрс - хуурамч үйлдвэрт, дарь үйлдвэрлэхэд (75% KNO 3 + 13% C + 12% S), хий шингээх (шингээх), түүнчлэн өдөр тутмын амьдралд. Тортог нь резинэн дүүргэгч, хар будаг үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг - хэвлэх бэх, бэх, түүнчлэн хуурай цахилгаан химийн эсүүдэд. Шилэн нүүрстөрөгчийг өндөр идэмхий орчин, түүнчлэн нисэх, сансрын нисгэгчдэд зориулсан тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгч нь хий, шингэнээс хортой бодисыг шингээдэг: хийн маск, цэвэршүүлэх системийг түүгээр дүүргэж, анагаах ухаанд хордлогод хэрэглэдэг.

Нүүрстөрөгч нь бүх органик бодисын үндэс юм. Аливаа амьд организм гол төлөв нүүрстөрөгчөөс бүрддэг. Нүүрстөрөгч нь амьдралын үндэс юм. Амьд организмын нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр нь ихэвчлэн агаар мандал эсвэл уснаас CO 2 байдаг. Фотосинтезийн үр дүнд энэ нь биологийн хүнсний гинжин хэлхээнд орж, амьд биетүүд бие биенээ эсвэл бие биенийхээ үлдэгдлийг идэж, улмаар өөрийн биеийг бий болгохын тулд нүүрстөрөгчийг ялган авдаг. Биологийн нүүрстөрөгчийн эргэлт нь исэлдэж, агаар мандалд дахин орох, эсвэл нүүрс, газрын тос хэлбэрээр хаях замаар төгсдөг.

14 С цацраг идэвхт изотопыг ашиглах нь уургийн биосинтезийн механизмыг судлах, удамшлын мэдээллийг дамжуулах молекулын биологийн дэвшилд хувь нэмэр оруулсан. Нүүрстөрөгч агуулсан органик үлдэгдэл дэх 14 С-ийн өвөрмөц идэвхийг тодорхойлох нь палеонтологи, археологийн шинжлэх ухаанд ашигладаг насыг нь тодорхойлох боломжийг олгодог.

Эх сурвалжууд

Химийн элементүүд ба материалууд
Химийн элементүүд Азотын. Аргон. Устөрөгч. Гелий. Төмөр . Кальци Хүчилтөрөгч. Цахиур. магни Манган
  • Тэмдэглэл - C (Нүүрстөрөгч);
  • Үе - II;
  • Бүлэг - 14 (IVa);
  • Атомын масс - 12.011;
  • Атомын дугаар - 6;
  • Атомын радиус = 77 pm;
  • Ковалентын радиус = 77 pm;
  • Электронуудын тархалт - 1s 2 2s 2 2p 2;
  • хайлах цэг = 3550 ° C;
  • буцлах цэг = 4827 ° C;
  • Цахилгаан сөрөг чанар (Pauling / Alpred and Rohov) = 2.55 / 2.50;
  • Исэлдэлтийн төлөв: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
  • Нягт (n. At.) = 2.25 г / см 3 (бал чулуу);
  • Молийн хэмжээ = 5.3 см 3 / моль.
Нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд:

Нүүрс хэлбэрийн нүүрстөрөгч нь хүн төрөлхтөнд эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан тул түүнийг нээсэн огнооны талаар ярих нь утгагүй юм. Үнэн хэрэгтээ түүний "нүүрстөрөгч" гэсэн нэр 1787 онд "Химийн нэршлийн арга" ном хэвлэгдэн гарахад Францын "цэвэр нүүрс" (charbone pur) нэрийн оронд "нүүрстөрөгч" (нүүрстөрөгч) гэсэн нэр томъёо гарч ирэв.

Нүүрстөрөгч нь хязгааргүй урттай полимер гинжийг үүсгэх өвөрмөц чадвартай бөгөөд ингэснээр химийн тусдаа салбар болох органик химийн чиглэлээр судлагдсан асар том нэгдлүүдийн ангиллыг бий болгодог. Нүүрстөрөгчийн органик нэгдлүүд нь дэлхий дээрх амьдралын үндэс суурь болдог тул нүүрстөрөгчийн химийн элемент болох ач холбогдлын талаар ярих нь утгагүй юм - энэ нь дэлхий дээрх амьдралын үндэс юм.

Одоо нүүрстөрөгчийг органик бус химийн үүднээс авч үзье.


Цагаан будаа. Нүүрстөрөгчийн атомын бүтэц.

Нүүрстөрөгчийн электрон тохиргоо нь 1s 2 2s 2 2p 2 (харна уу. Атомын электрон бүтэц). Гадаад энергийн түвшинд нүүрстөрөгч нь 4 электронтой: 2 нь s-дэд түвшинд хосолсон + 2 нь p-орбитал дээр хосгүй байна. Нүүрстөрөгчийн атом өдөөгдсөн төлөвт шилжих үед (эрчим хүчний хэрэглээ шаардлагатай) s-дэд түвшний нэг электрон хосоо "явуулж" p-дэд түвшинд очдог бөгөөд тэнд нэг чөлөөт тойрог зам байдаг. Тиймээс, өдөөгдсөн төлөвт нүүрстөрөгчийн атомын электрон тохиргоо дараах хэлбэртэй байна: 1s 2 2s 1 2p 3.


Цагаан будаа. Нүүрстөрөгчийн атомыг өдөөгдсөн төлөвт шилжүүлэх.

Ийм "цутгах" нь нүүрстөрөгчийн атомын валентийн чадварыг ихээхэн өргөжүүлдэг бөгөөд энэ нь исэлдэлтийн төлөвийг +4 (идэвхтэй металл бус нэгдлүүдэд) -4 (металлтай нэгдлүүд) хүртэл авч чаддаг.

Өдөөгдөөгүй төлөвт нэгдлүүдийн нүүрстөрөгчийн атом нь 2 валенттай, жишээлбэл, CO (II), өдөөгдсөн төлөвт 4: CO 2 (IV) валенттай байна.

Нүүрстөрөгчийн атомын "өвөрмөц" чанар нь түүний гадаад энергийн түвшинд 4 электрон байдаг тул түвшинг дуусгахын тулд (үнэндээ ямар ч химийн элементийн атомууд үүнийг хичээдэг) үүнийг хийж чадна. ижил "амжилт", аль аль нь өгч, ковалент холбоо үүсэх нь электрон хавсаргана (үзнэ үү. Ковалент бонд).

Энгийн бодис болох нүүрстөрөгч

Энгийн бодисын хувьд нүүрстөрөгч нь хэд хэдэн аллотроп өөрчлөлтийн хэлбэртэй байж болно.

  • Алмаз
  • Графит
  • Фуллерен
  • Карбин

Алмаз


Цагаан будаа. Алмазны болор тор.

Алмазан шинж чанарууд:

  • өнгөгүй талст бодис;
  • байгаль дээрх хамгийн хатуу бодис;
  • хүчтэй хугарлын нөлөөтэй;
  • дулаан, цахилгааныг муу дамжуулдаг.


Цагаан будаа. Алмазан тетраэдр.

Алмазын онцгой хатуулаг нь түүний тетраэдр хэлбэртэй болор торны бүтцээр тайлбарлагддаг - тетраэдрийн төвд нүүрстөрөгчийн атом байдаг бөгөөд энэ нь оройг бүрдүүлдэг хөрш дөрвөн атомтай ижил хүчтэй холбоогоор холбогддог. тетраэдр (дээрх зургийг үз). Энэ "барилга" нь эргээд хөрш тетраэдртэй холбоотой юм.

Графит


Цагаан будаа. Бал чулууны болор тор.

Графитын шинж чанарууд:

  • давхаргат бүтэцтэй зөөлөн талст саарал бодис;
  • металл гялбаатай;
  • цахилгааныг сайн дамжуулдаг.

Бал чулуунд нүүрстөрөгчийн атомууд нь төгсгөлгүй давхаргаар зохион байгуулагдсан нэг хавтгайд байрлах ердийн зургаан өнцөгтийг үүсгэдэг.

Бал чулуунд зэргэлдээх нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох химийн холбоо нь атом бүрийн гурван валентын электроноор (доорх зурагт цэнхэр өнгөөр ​​үзүүлсэн) үүсдэг бол нүүрстөрөгчийн атом бүрийн дөрөв дэх электрон (улаанаар харуулсан) нь p-орбитал перпендикуляр байрладаг. бал чулуун давхаргын хавтгайд.давхаргын хавтгайд ковалент холбоо үүсэхэд оролцдоггүй. Түүний "зорилго" нь өөр юм - зэргэлдээ давхаргад хэвтэж буй "ах"-тайгаа харилцан үйлчлэлцэж, бал чулууны давхаргын хоорондох холбоог хангаж, р-электронуудын өндөр хөдөлгөөн нь бал чулууны сайн цахилгаан дамжуулах чанарыг тодорхойлдог.


Цагаан будаа. Бал чулуу дахь нүүрстөрөгчийн атомын орбиталуудын тархалт.

Фуллерен


Цагаан будаа. Фуллерений болор тор.

Фуллерений шинж чанарууд:

  • фуллерен молекул нь хөл бөмбөгийн бөмбөг гэх мэт хөндий бөмбөрцөгт хаалттай нүүрстөрөгчийн атомуудын цуглуулга юм;
  • энэ нь шар-улбар шар өнгийн нарийн талст бодис юм;
  • хайлах цэг = 500-600 ° C;
  • хагас дамжуулагч;
  • шунгитийн ашигт малтмалын нэг хэсэг юм.

Карбин

Карбины шинж чанар:

  • идэвхгүй хар бодис;
  • атомууд нь ээлжлэн нэг ба гурвалсан холбоогоор холбогдсон полимер шугаман молекулуудаас бүрддэг;
  • хагас дамжуулагч.

Нүүрстөрөгчийн химийн шинж чанар

Хэвийн нөхцөлд нүүрстөрөгч нь идэвхгүй бодис боловч халах үед олон төрлийн энгийн, нарийн төвөгтэй бодисуудтай урвалд орж болно.

Нүүрстөрөгчийн гадаад энергийн түвшинд 4 электрон (тэнд ч, энд ч байхгүй) байдаг тул нүүрстөрөгч нь электроныг өгч, хүлээн авч, зарим нэгдлүүдэд бууруулагч, заримд нь исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг гэж дээр хэлсэн.

Нүүрстөрөгч нь бууруулах бодисхүчилтөрөгч болон бусад өндөр цахилгаан сөрөг хүчинтэй элементүүдтэй урвалд ороход (элементүүдийн электрон сөрөг байдлын хүснэгтийг үзнэ үү):

  • агаарт халах үед энэ нь шатдаг (нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсэх замаар хүчилтөрөгчийн илүүдэл; түүний дутагдалтай - нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II)):
    C + O 2 = CO 2;
    2C + O 2 = 2CO.
  • хүхрийн ууртай өндөр температурт урвалд ордог, хлор, фтортой амархан харьцдаг:
    C + 2S = CS 2
    C + 2Cl 2 = CCl 4
    2F 2 + C = CF 4
  • халах үед энэ нь олон металл ба металл бус оксидыг багасгадаг.
    C 0 + Cu +2 O = Cu 0 + C +2 O;
    C 0 + C +4 O 2 = 2C +2 O
  • 1000 ° C-ийн температурт энэ нь устай урвалд ордог (хийжүүлэх процесс), усны хий үүсэх:
    C + H 2 O = CO + H 2;

Нүүрстөрөгч нь метал ба устөрөгчтэй урвалд орохдоо исэлдүүлэх шинж чанартай байдаг.

  • Металлуудтай урвалд орж карбид үүсгэдэг:
    Ca + 2C = CaC 2
  • устөрөгчтэй харилцан үйлчилж, нүүрстөрөгч нь метан үүсгэдэг:
    C + 2H 2 = CH 4

Нүүрстөрөгчийг түүний нэгдлүүдийг дулааны задралаар эсвэл метаны пиролизоор (өндөр температурт) олж авдаг.
CH 4 = C + 2H 2.

Нүүрстөрөгчийн хэрэглээ

Нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд нь үндэсний эдийн засагт хамгийн өргөн хэрэглээг олсон тул бүгдийг нь жагсаах боломжгүй, бид зөвхөн цөөн хэдэн зүйлийг дурдах болно.

  • бал чулууг харандаа, электрод, хайлуулах тигель үйлдвэрлэх, цөмийн реакторын нейтрон зохицуулагч, тосолгооны материал болгон ашигладаг;
  • алмазыг үнэт эдлэл, зүсэх хэрэгсэл, өрөмдлөгийн төхөөрөмж, зүлгүүрийн материал болгон ашигладаг;
  • бууруулах бодис болгон нүүрстөрөгчийг зарим металл ба металл бус (төмөр, цахиур) авахад ашигладаг;
  • Идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн дийлэнх хэсгийг нүүрстөрөгч бүрдүүлдэг бөгөөд энэ нь өдөр тутмын амьдралд (жишээлбэл, агаар, уусмалыг цэвэршүүлэх шингээгч болгон), анагаах ухаанд (идэвхжүүлсэн нүүрс шахмал) болон үйлдвэрлэлд (катализаторын нэмэлт тээвэрлэгч болгон) өргөн хэрэглэгддэг. , полимержих катализатор гэх мэт).

C (карбон), элементүүдийн үелэх системийн IVA бүлгийн (C, Si, Ge, Sn, Pb) металл бус химийн элемент. Энэ нь байгалийн алмааз талст (Зураг 1), бал чулуу эсвэл фуллерен болон бусад хэлбэрээр үүсдэг бөгөөд органик (нүүрс, тос, амьтан, ургамлын организм гэх мэт), органик бус бодис (шохойн чулуу, хүнсний сода гэх мэт) нэг хэсэг юм. .). Нүүрстөрөгч өргөн тархсан боловч дэлхийн царцдас дахь түүний агууламж ердөө 0.19% ( бас үзнэ үүАЛМАЗ; ФУЛЛЕРЕНЕС).

Нүүрстөрөгчийг энгийн бодис хэлбэрээр өргөн хэрэглэдэг. Үнэт эдлэлийн объект болох үнэт алмаазаас гадна үйлдвэрлэлийн алмаз нь нунтаглах, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой юм. Нүүрс болон бусад аморф нүүрстөрөгчийг өнгөгүйжүүлэх, цэвэршүүлэх, хийн шингээх, боловсруулсан гадаргуутай шингээгч шаардлагатай техникийн салбарт ашигладаг. Карбид, нүүрстөрөгчийн металл, түүнчлэн бор, цахиуртай нэгдлүүд (жишээлбэл, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) нь өндөр хатуулагтай бөгөөд зүлгүүр, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Нүүрстөрөгч нь ган, хайлшаас элементийн төлөвт болон карбид хэлбэрээр байдаг. Ган цутгамал гадаргууг өндөр температурт нүүрстөрөгчөөр дүүргэх (нүүрсжих) нь гадаргуугийн хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг. бас үзнэ үүхайлш.

Байгальд бал чулууны олон янзын хэлбэрүүд байдаг; заримыг нь зохиомлоор олж авдаг; аморф хэлбэрүүд байдаг (жишээлбэл, кокс ба нүүрс). Хүчилтөрөгчийн дутагдалтай нүүрсустөрөгчийг шатаахад тортог, ясны нүүрс, чийдэнгийн хөө, ацетилен хөө тортог үүсдэг. Гэж нэрлэдэг цагаан нүүрстөрөгчбагассан даралттай пиролит графитыг сублимаци хийх замаар олж авсан - эдгээр нь үзүүртэй ирмэг бүхий бал чулуун хуудасны хамгийн жижиг тунгалаг талстууд юм.

Суняев З.И. Нефтийн нүүрстөрөгч... М., 1980
Хэт координат нүүрстөрөгчийн хими... М., 1990

"CARBON"-г олоорой