Karbonun atom ağırlığı. Karbon - kimyasal ve fiziksel özellikler. Karbonun atomik ve moleküler kütlesi

Belediye eğitim kurumu "Nikiforovskaya ortaokul No. 1"

Karbon ve ana inorganik bileşikleri

Makale

Tamamlayan: 9B sınıfı öğrencisi

Sidorov İskender

Öğretmen: Sakharova L.N.

Dmitrievka 2009


giriiş

Bölüm I. Karbon hakkında her şey

1.1. Doğada karbon

1.2. Karbonun allotropik modifikasyonları

1.3. Karbonun kimyasal özellikleri

1.4. Karbon uygulaması

Bölüm II. İnorganik karbon bileşikleri

Çözüm

Edebiyat


giriiş

Karbon (lat. Carboneum) C, Mendeleev periyodik sisteminin IV. grubunun kimyasal bir elementidir: atom numarası 6, atom kütlesi 12.011(1). Karbon atomunun yapısını ele alalım. Karbon atomunun dış enerji seviyesi dört elektron içerir. Grafiksel olarak gösterelim:


Karbon eski çağlardan beri bilinmektedir ve bu elementi keşfedenin adı bilinmemektedir.

17. yüzyılın sonunda. Floransalı bilim adamları Averani ve Tardgioni birkaç küçük elması tek bir büyük elmas haline getirmeye çalıştılar ve bunları güneş ışığını kullanarak yanan bir camla ısıtmaya çalıştılar. Elmaslar havada yanarak ortadan kayboldu. 1772'de Fransız kimyager A. Lavoisier, elmaslar yandığında CO2'nin oluştuğunu gösterdi. İngiliz bilim adamı S. Tennant ancak 1797'de grafit ve kömürün doğasının kimliğini kanıtladı. Eşit miktarda kömür ve elmas yakıldıktan sonra karbon monoksit (IV) hacimlerinin aynı olduğu ortaya çıktı.

Atomlarının birbirleriyle ve diğer elementlerin atomlarıyla çeşitli şekillerde birleşme yeteneğiyle açıklanan karbon bileşiklerinin çeşitliliği, karbonun diğer elementler arasındaki özel konumunu belirler.


BölümBEN. Karbon hakkında her şey

1.1. Doğada karbon

Karbon doğada hem serbest halde hem de bileşikler halinde bulunur.

Serbest karbon elmas, grafit ve karbin formunda oluşur.

Elmaslar çok nadirdir. Bilinen en büyük elmas olan Cullinan, 1905 yılında Güney Afrika'da bulunmuş olup, 621,2 gram ağırlığında ve 10x6,5x5 cm ölçülerindedir.Moskova'daki Elmas Fonu, dünyanın en büyük ve en güzel elmaslarından biri olan “Orlov”u (37,92 gram) barındırmaktadır. .

Pırlanta adını Yunancadan almıştır. "adamas" - yenilmez, yok edilemez. En önemli elmas yatakları Güney Afrika, Brezilya ve Yakutya'da bulunmaktadır.

Büyük grafit yatakları Almanya, Sri Lanka, Sibirya ve Altay'da bulunmaktadır.

Karbon içeren ana mineraller şunlardır: manyezit MgCO 3, kalsit (kireç direği, kireçtaşı, mermer, tebeşir) CaCO 3, dolomit CaMg(CO 3) 2, vb.

Tüm fosil yakıtlar - petrol, gaz, turba, kömür ve kahverengi kömür, şist - karbon esasına göre inşa edilmiştir. %99'a kadar C içeren bazı fosil kömürlerin bileşimi karbona yakındır.

Karbon yer kabuğunun %0,1'ini oluşturur.

Karbon monoksit (IV) CO2 formunda karbon atmosfere girer. Hidrosferde büyük miktarda CO2 çözülür.

1.2. Karbonun allotropik modifikasyonları

Temel karbon üç allotropik modifikasyon oluşturur: elmas, grafit, karabina.

1. Elmas, ışık ışınlarını son derece güçlü bir şekilde kıran, renksiz, şeffaf kristal bir maddedir. Elmastaki karbon atomları sp3 hibridizasyonu halindedir. Uyarılmış durumda, karbon atomlarındaki değerlik elektronları eşlenir ve dört eşlenmemiş elektron oluşur. Kimyasal bağlar oluştuğunda, elektron bulutları aynı uzun şekli kazanır ve eksenleri tetrahedronun köşelerine doğru yönlendirilecek şekilde uzaya yerleştirilir. Bu bulutların tepeleri diğer karbon atomlarından oluşan bulutlarla örtüştüğünde, 109°28" açıda kovalent bağlar meydana gelir ve elmasa özgü atomik kristal kafes oluşur.

Elmastaki her bir karbon atomu, tetrahedronların merkezinden köşelerine kadar uzanan yönlerde bulunan diğer dört atomla çevrilidir. Dörtyüzlüdeki atomlar arasındaki mesafe 0,154 nm'dir. Tüm bağlantıların gücü aynıdır. Böylece elmastaki atomlar çok sıkı bir şekilde “paketlenir”. 20°C'de elmasın yoğunluğu 3,515 g/cm3'tür. Bu onun olağanüstü sertliğini açıklıyor. Elmas zayıf bir elektrik iletkenidir.

1961'de Sovyetler Birliği, grafitten sentetik elmasların endüstriyel üretimine başladı.

Elmasların endüstriyel sentezinde binlerce MPa'lık basınçlar ve 1500 ila 3000°C arasındaki sıcaklıklar kullanılır. İşlem, Ni gibi bazı metaller olabilen katalizörlerin varlığında gerçekleştirilir. Oluşan elmasların büyük kısmı küçük kristaller ve elmas tozudur.

Elmas, hava olmadan 1000°C'nin üzerinde ısıtıldığında grafite dönüşür. 1750°C'de elmasın grafite dönüşümü hızla gerçekleşir.

Elmas yapısı

2. Grafit, metalik parlaklığa sahip, dokunulduğunda yağlı ve sertliği kağıttan bile daha düşük olan gri-siyah kristal bir maddedir.

Grafit kristallerindeki karbon atomları sp2 hibridizasyonu durumundadır: her biri komşu atomlarla üç kovalent σ bağı oluşturur. Bağ yönleri arasındaki açılar 120°'dir. Sonuç, düzenli altıgenlerden oluşan bir ızgaradır. Katmanın içindeki karbon atomlarının bitişik çekirdekleri arasındaki mesafe 0,142 nm'dir. Grafitteki her karbon atomunun dış katmanındaki dördüncü elektron, hibridizasyona katılmayan bir p yörüngesini işgal eder.

Karbon atomlarının hibrit olmayan elektron bulutları, katman düzlemine dik olarak yönlendirilir ve birbirleriyle örtüşerek delokalize σ bağları oluşturur. Bir grafit kristalindeki bitişik katmanlar birbirinden 0,335 nm uzaklıkta bulunur ve birbirlerine esas olarak van der Waals kuvvetleriyle zayıf bir şekilde bağlanır. Bu nedenle, grafit düşük mekanik dayanıma sahiptir ve kolayca çok güçlü olan pullara ayrılır. Grafitteki karbon atomu katmanları arasındaki bağ kısmen metalik niteliktedir. Bu, grafitin elektriği iyi ilettiğini ancak metaller kadar iyi iletmediğini açıklıyor.

Grafit yapısı

Grafitin fiziksel özellikleri, karbon atomu katmanlarına dik ve paralel yönlerde büyük ölçüde değişiklik gösterir.

Grafit, hava erişimi olmadan ısıtıldığında 3700°C'ye kadar herhangi bir değişikliğe uğramaz. Belirtilen sıcaklıkta erimeden süblimleşir.

Yapay grafit, hava erişimi olmayan elektrikli fırınlarda 3000°C'de en iyi kalitedeki kömürden üretilir.

Grafit, geniş bir sıcaklık ve basınç aralığında termodinamik olarak kararlı olduğundan karbonun standart durumu olarak kabul edilir. Grafitin yoğunluğu 2,265 g/cm3'tür.

3. Karbin ince kristalli siyah bir tozdur. Kristal yapısında, karbon atomları doğrusal zincirlerde değişen tekli ve üçlü bağlarla bağlanır:

−С≡С−С≡С−С≡С−

Bu madde ilk olarak V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin, Yu.P. Kudryavtsev, XX yüzyılın 60'lı yılların başında.

Daha sonra karbinin farklı formlarda bulunabileceği ve karbon atomlarının çift bağlarla bağlandığı hem poliasetilen hem de polikümülen zincirleri içerdiği gösterildi:

C=C=C=C=C=C=

Daha sonra doğada, göktaşı maddesinde karbin bulundu.

Carbyne yarı iletken özelliklere sahiptir; ışığa maruz kaldığında iletkenliği büyük ölçüde artar. Farklı bağ türlerinin ve kristal kafeste karbon atomu zincirlerini yerleştirmenin farklı yollarının varlığı nedeniyle, karbinin fiziksel özellikleri geniş sınırlar içinde değişebilir. 2000°C'nin üzerinde havaya erişim olmadan ısıtıldığında karabina stabildir; 2300°C civarındaki sıcaklıklarda grafite geçişi gözlenir.

Doğal karbon iki izotoptan oluşur

(%98,892) ve (%1,108). Ayrıca atmosferde yapay olarak üretilen radyoaktif izotopun küçük katkıları da bulundu.

Daha önce, kömür, is ve kokunun bileşim açısından saf karbona benzer olduğuna ve özelliklerinde elmas ve grafitten farklı olduğuna, karbonun bağımsız bir allotropik modifikasyonunu ("amorf karbon") temsil ettiğine inanılıyordu. Ancak bu maddelerin, karbon atomlarının grafitte olduğu gibi bağlandığı çok küçük kristal parçacıklardan oluştuğu tespit edildi.

4. Kömür – ince öğütülmüş grafit. Karbon içeren bileşiklerin hava erişimi olmadan termal ayrışması sırasında oluşur. Kömürlerin özellikleri, elde edildikleri maddeye ve üretim yöntemine bağlı olarak önemli ölçüde farklılık gösterir. Her zaman özelliklerini etkileyen yabancı maddeler içerirler. En önemli kömür türleri kok, odun kömürü ve istir.

Kok, kömürün havaya erişimi olmadan ısıtılmasıyla üretilir.

Odun havaya erişim olmadan ısıtıldığında kömür oluşur.

Kurum çok ince bir grafit kristal tozdur. Hidrokarbonların (doğal gaz, asetilen, terebentin vb.) sınırlı hava erişimiyle yanmasıyla oluşur.

Aktif karbonlar, esas olarak karbondan oluşan gözenekli endüstriyel adsorbanlardır. Adsorpsiyon, gazların ve çözünmüş maddelerin katıların yüzeyi tarafından emilmesidir. Aktif karbonlar katı yakıtlardan (turba, kahverengi ve taşkömürü, antrasit), ahşap ve işlenmiş ürünlerinden (kömür, talaş, kağıt atığı), deri endüstrisi atıklarından ve kemik gibi hayvansal malzemelerden elde edilir. Yüksek mekanik mukavemete sahip kömürler, hindistancevizi ve diğer sert kabuklu yemişlerin kabuklarından ve meyve çekirdeklerinden üretilir. Kömürün yapısı her boyuttaki gözeneklerle temsil edilir, ancak adsorpsiyon kapasitesi ve adsorpsiyon hızı, birim kütle veya granül hacmi başına mikro gözeneklerin içeriği ile belirlenir. Aktif karbon üretilirken, başlangıç ​​​​malzemesi ilk önce havaya erişim olmadan ısıl işleme tabi tutulur, bunun sonucunda nem ve kısmen reçineler çıkarılır. Bu durumda kömürün geniş gözenekli yapısı oluşur. Mikro gözenekli bir yapı elde etmek için aktivasyon, gaz veya buharla oksidasyon veya kimyasal reaktiflerle işlem yoluyla gerçekleştirilir.

Karbon, Mendeleev'in periyodik tablosunun altıncı elementidir. Atom ağırlığı 12'dir.


Karbon periyodik sistemin ikinci periyodunda ve bu sistemin dördüncü grubunda yer alır.


Periyot numarası bize karbonun altı elektronunun iki enerji seviyesinde bulunduğunu söyler.


Dördüncü grup numarası ise karbonun dış enerji seviyesinde dört elektrona sahip olduğunu söylüyor. Bunlardan ikisi eşleştirilmiş S-elektronlar ve diğer ikisi eşlenmemiş R-elektronlar.


Karbon atomunun dış elektron katmanının yapısı aşağıdaki şemalarla ifade edilebilir:

Bu diyagramlardaki her hücre ayrı bir elektron yörüngesi anlamına gelir; ok, yörüngede yer alan bir elektron anlamına gelir. Bir hücrenin içindeki iki ok, aynı yörüngede bulunan ancak zıt dönüşlere sahip iki elektrondur.


Bir atom uyarıldığında (ona enerji verildiğinde), eşleştirilmiş atomlardan biri S-elektronlar işgal edildi R-orbital.


Uyarılmış bir karbon atomu dört kovalent bağın oluşumuna katılabilir. Bu nedenle bileşiklerinin büyük çoğunluğunda karbon, dört değerlik sergiler.


Böylece, en basit organik bileşik olan hidrokarbon metan şu bileşime sahiptir: 4. Bölüm. Yapısı yapısal veya elektronik formüllerle ifade edilebilir:



Elektronik formül, metan molekülündeki karbon atomunun kararlı sekiz elektronlu bir dış kabuğa sahip olduğunu ve hidrojen atomlarının kararlı iki elektronlu bir kabuğa sahip olduğunu gösterir.


Metandaki (ve diğer benzer bileşiklerdeki) dört kovalent karbon bağının tümü eşittir ve uzayda simetrik olarak yönlendirilmiştir. Karbon atomu, tetrahedronun (düzenli dörtgen piramit) merkezinde bulunur ve ona bağlı dört atom (metan durumunda, dört hidrojen atomu), tetrahedronun köşelerinde bulunur.



Herhangi bir bağ çiftinin yönleri arasındaki açılar aynıdır ve 109 derece 28 dakikadır.


Bu, bir karbon atomunun diğer dört atomla kovalent bağ oluşturduğunda birinden S- ve üç P- sonuç olarak yörüngeler sp3 Hibridizasyon, uzayda simetrik olarak konumlanmış dört hibrit üretir. sp3-yörüngeler tetrahedronun köşelerine doğru uzanıyordu.

Karbonun özelliklerinin özellikleri.

Dış enerji seviyesindeki elektron sayısı, bir elementin kimyasal özelliklerini belirleyen temel faktördür.


Periyodik tablonun sol tarafında, dış elektronik seviyesi düşük olan elementler bulunur. Birinci grubun elemanlarının dış seviyesinde bir elektronu, ikinci grubun elemanlarının ise iki elektronu vardır.


Bu iki grubun unsurları metaller. Kolayca oksitlenirler, yani. dış elektronlarını kaybederek pozitif iyon haline gelirler.


Periyodik tablonun sağ tarafında ise tam tersine metal olmayanlar (oksitleyici maddeler). Metallerle karşılaştırıldığında daha fazla sayıda proton içeren bir çekirdeğe sahiptirler. Böylesine büyük bir çekirdek, elektron bulutundan çok daha güçlü bir çekim sağlar.


Bu tür elementler elektronlarını büyük zorluklarla kaybederler, ancak diğer atomlardan ilave elektronların eklenmesinden de çekinmezler. onları oksitler ve aynı zamanda negatif iyona dönüşür.


Periyodik tablodaki grup sayısı arttıkça elementlerin metalik özellikleri zayıflar ve diğer elementleri oksitleme yetenekleri artar.


Karbon dördüncü gruptadır, yani. Kolayca elektron veren metaller ile bu elektronları kolayca kazanan metal olmayanların tam ortasında.


Bu yüzden karbonun elektron bağışlama veya kazanma konusunda belirgin bir eğilimi yoktur.

Karbon zincirleri.

Organik bileşiklerin çeşitliliğini belirleyen karbonun olağanüstü bir özelliği, atomlarının birbirine güçlü kovalent bağlarla bağlanarak neredeyse sınırsız uzunlukta karbon devreleri oluşturma yeteneğidir.


Karbona ek olarak, aynı atom zincirleri, grup IV - silikondan gelen analogu tarafından oluşturulur. Ancak bu tür zincirler altıdan fazla Si atomu içermez. Uzun kükürt atomu zincirleri bilinmektedir, ancak bunları içeren bileşikler kırılgandır.


Karşılıklı bağlantı için kullanılmayan karbon atomlarının değerleri, diğer atomların veya grupların eklenmesi için kullanılır (hidrokarbonlarda - hidrojen eklenmesi için).


Yani hidrokarbonlar etan ( C 2 H 6) ve propan ( C 3 H 8) sırasıyla iki ve üç karbon atomlu zincirler içerir. Yapıları aşağıdaki yapısal ve elektronik formüllerle ifade edilir:



Zincirlerinde yüzlerce veya daha fazla karbon atomu içeren bileşikler bilinmektedir.


Karbon bağlarının tetrahedral yönelimi nedeniyle, zincire dahil olan atomlar düz bir çizgide değil, zikzak şeklinde yerleştirilmiştir. Ayrıca atomların bağ ekseni etrafında dönme olasılığı nedeniyle uzaydaki zincir farklı şekiller (konformasyonlar) alabilir:

Zincirlerin bu yapısı, uçtaki veya bitişik olmayan diğer karbon atomlarının birbirine yaklaşmasını mümkün kılar. Bu atomlar arasında bağ oluşmasının bir sonucu olarak, karbon zincirleri halkalara (döngülere) yakınlaşabilir, örneğin:



Bu nedenle, organik bileşiklerin çeşitliliği aynı zamanda bir molekülde aynı sayıda karbon atomu ile açık, açık karbon atomu zincirine sahip bileşiklerin yanı sıra molekülleri döngü içeren maddelerin de mümkün olması gerçeğiyle belirlenir.

Basit ve çoklu bağlantılar.

Bir çift genelleştirilmiş elektronun oluşturduğu karbon atomları arasındaki kovalent bağlara basit bağlar denir.



Karbon atomları arasındaki bağ bir değil iki veya üç ortak elektron çifti tarafından gerçekleştirilebilir. Daha sonra çoklu çift veya üçlü bağ içeren zincirler elde ederiz. Bu bağlantılar şu şekilde gösterilebilir:



Çoklu bağ içeren en basit bileşikler hidrokarbonlardır etilen(çift bağ ile) ve asetilen(üçlü bağ ile):



Çoklu bağa sahip hidrokarbonlara doymamış veya doymamış denir. Etilen ve asetilen, iki homolog serinin (etilen ve asetilen hidrokarbonlar) ilk temsilcileridir.



Bu kitapta "karbon" kelimesi oldukça sık karşımıza çıkıyor: yeşil yapraklar ve demir, plastik ve kristaller ve daha pek çok hikayeyle ilgili hikayelerde. Karbon - "kömürü doğuran" - en şaşırtıcı kimyasal elementlerden biridir. Tarihi, Dünya'daki yaşamın ortaya çıkışının ve gelişiminin tarihidir, çünkü Dünya'daki tüm canlıların bir parçasıdır.

Karbon neye benziyor?

Hadi bazı deneyler yapalım. Şekeri alıp hava almadan ısıtalım. Önce eriyecek, kahverengiye dönecek, sonra siyahlaşıp kömüre dönüşerek su salacak. Şimdi bu kömürü varlığında ısıtırsanız, hiçbir kalıntı bırakmadan yanar ve dönüşür. Bu nedenle, şeker kömür ve sudan oluşuyordu (bu arada şekere karbonhidrat denir) ve "şeker" kömürü görünüşe göre saf karbondur, çünkü karbondioksit, karbonun oksijenle bir bileşiğidir. Bu, karbonun siyah, yumuşak bir toz olduğu anlamına gelir.

Kalemler sayesinde iyi tanıdığınız gri yumuşak grafit taşını ele alalım. Oksijenle ısıtırsanız, kömürden biraz daha yavaş da olsa kalıntı bırakmadan yanacak ve yandığı cihazda karbondioksit kalacaktır. Bu, grafitin aynı zamanda saf karbon olduğu anlamına mı geliyor? Elbette ama hepsi bu değil.

Şeffaf, ışıltılı bir değerli taş ve tüm minerallerin en serti olan elmas, aynı cihazda oksijenle ısıtılırsa yanarak karbondioksite dönüşür. Bir elması oksijene erişimi olmadan ısıtırsanız grafite dönüşür ve çok yüksek basınç ve sıcaklıklarda grafitten bir elmas elde edebilirsiniz.

Yani kömür, grafit ve elmas aynı elementin (karbon) farklı varoluş biçimleridir.

Daha da şaşırtıcı olanı, karbonun çok sayıda farklı bileşiğe "katılma" yeteneğidir (bu kitapta "karbon" kelimesinin bu kadar sık ​​geçmesinin nedeni budur).

Periyodik tablonun 104 elementi üzerinde çalışılan kırk binden fazla bileşiği oluşturur. Ve temeli karbon olan bir milyondan fazla bileşik zaten biliniyor!

Bu çeşitliliğin nedeni, karbon atomlarının birbirlerine ve diğer atomlara güçlü bağlarla bağlanarak zincir, halka ve diğer şekillerde karmaşık yapılar oluşturabilmesidir. Tablodaki karbon dışında hiçbir element bunu yapamaz.

Karbon atomlarından oluşturulabilecek sonsuz sayıda şekil ve dolayısıyla sonsuz sayıda olası bileşik vardır. Bunlar çok basit maddeler olabilir, örneğin dört atomun bir karbon atomuna bağlı olduğu bir moleküldeki aydınlatıcı gaz metan ve moleküllerinin yapısı henüz belirlenmemiş kadar karmaşık olabilir. Bu tür maddeler şunları içerir:

Periyodik element tablosunda karbon, IVA grubunda ikinci periyotta yer alır. Karbon atomunun elektronik konfigürasyonu l 2 2s 2 2p 2 . Uyarıldığında, dört dış atomik yörüngede dört eşleşmemiş elektronun bulunduğu bir elektronik duruma kolaylıkla ulaşılır:

Bu, bileşiklerdeki karbonun neden genellikle dört değerlikli olduğunu açıklar. Karbon atomundaki değerlik elektronlarının sayısının değerlik yörüngelerinin sayısına eşitliği ve ayrıca çekirdeğin yükünün ve atomun yarıçapının benzersiz oranı, ona elektronları eşit derecede kolay bir şekilde bağlama ve bırakma yeteneği verir. partnerin özelliklerine bağlı olarak (Bölüm 9.3.1). Sonuç olarak karbon, -4'ten +4'e kadar çeşitli oksidasyon durumları ve türüne göre atomik yörüngelerinin hibridizasyon kolaylığı ile karakterize edilir. sp3, sp2 Ve sp1 kimyasal bağların oluşumu sırasında (bölüm 2.1.3):

Bütün bunlar karbona yalnızca birbirleriyle değil aynı zamanda diğer organojenik elementlerin atomlarıyla da tek, çift ve üçlü bağlar oluşturma fırsatı verir. Bu durumda oluşan moleküller doğrusal, dallanmış veya siklik bir yapıya sahip olabilir.

Karbon atomlarının katılımıyla oluşan ortak elektronların -MO'ların hareketliliği nedeniyle, daha elektronegatif bir elementin atomuna doğru kaydırılırlar (endüktif etki), bu da sadece bu bağın değil aynı zamanda molekülün polaritesine yol açar. tüm. Bununla birlikte, ortalama elektronegatiflik değeri (0E0 = 2,5) nedeniyle karbon, diğer organojenik elementlerin atomlarıyla zayıf polar bağlar oluşturur (Tablo 12.1). Moleküllerde konjuge bağ sistemleri mevcutsa (Bölüm 2.1.3), hareketli elektronların (MO) ve yalnız elektron çiftlerinin delokalizasyonu, bu sistemlerdeki elektron yoğunluğunun ve bağ uzunluklarının eşitlenmesiyle meydana gelir.

Bileşiklerin reaktivitesi açısından bağların polarize edilebilirliği önemli bir rol oynar (Bölüm 2.1.3). Bir bağın polarize edilebilirliği ne kadar büyük olursa reaktivitesi de o kadar yüksek olur. Karbon içeren bağların polarize edilebilirliğinin doğasına bağımlılığı aşağıdaki seride yansıtılmaktadır:

Karbon içeren bağların özelliklerine ilişkin dikkate alınan tüm veriler, bileşiklerdeki karbonun bir yandan birbirleriyle ve diğer organojenlerle oldukça güçlü kovalent bağlar oluşturduğunu, diğer yandan bu bağların ortak elektron çiftlerinin oldukça kararsız. Sonuç olarak hem bu bağların reaktivitesinde bir artış hem de stabilizasyon meydana gelebilir. Karbonu bir numaralı organojen yapan da karbon içeren bileşiklerin bu özellikleridir.

Karbon bileşiklerinin asit-baz özellikleri. Karbon monoksit (4) asidik bir oksittir ve buna karşılık gelen hidroksit - karbonik asit H2CO3 - zayıf bir asittir. Karbon monoksit(4) molekülü polar değildir ve bu nedenle suda çok az çözünür (298 K'de 0,03 mol/l). Bu durumda, önce CO2'nin su molekülleri birleşiminin boşluğunda yer aldığı çözeltide hidrat CO2 H2O oluşur ve daha sonra bu hidrat yavaş yavaş ve geri dönüşümlü olarak H2CO3'e dönüşür. Suda çözünmüş olan karbon monoksitin (4) büyük bir kısmı hidrat formundadır.

Vücutta, kırmızı kan hücrelerinde, karboanhidraz enziminin etkisi altında, CO2 hidrat H2O ve H2CO3 arasındaki denge çok hızlı bir şekilde kurulur. Bu, eritrositteki hidrat formundaki CO2'nin varlığını ihmal etmemizi sağlar, ancak karbonik anhidrazın bulunmadığı kan plazmasında bunu ihmal etmemizi sağlar. Ortaya çıkan H2CO3, fizyolojik koşullar altında bir hidrokarbonat anyonuna ve daha alkali bir ortamda bir karbonat anyonuna ayrışır:

Karbonik asit yalnızca çözelti halinde bulunur. Hidrokarbonatlar (NaHCO3, Ca(HC0 3)2) ve karbonatlar (Na2CO3, CaCO3) olmak üzere iki dizi tuz oluşturur. Hidrokarbonatlar suda karbonatlardan daha fazla çözünür. Sulu çözeltilerde, karbonik asit tuzları, özellikle karbonatlar, anyonda kolaylıkla hidrolize olarak alkalin bir ortam yaratır:

Kabartma tozu NaHC03 gibi maddeler; alkalin bir ortam oluşturmak üzere hidrolize edilen tebeşir CaCO3, beyaz magnezya 4MgC03 * Mg(OH)2 * H2O, mide suyunun artan asitliğini azaltmak için antasitler (asit nötrleştiriciler) olarak kullanılır:

Karbonik asit ve bikarbonat iyonunun (H2CO3, HCO3(-)) kombinasyonu bir bikarbonat tampon sistemi (bölüm 8.5) oluşturur - kan plazmasının güzel bir tampon sistemi, pH = 7,40 ± 0,05'te sabit bir kan pH'ı sağlar.


Doğal sularda kalsiyum ve magnezyum hidrokarbonatların varlığı geçici sertliklere neden olur. Bu su kaynatıldığında sertliği ortadan kalkar. Bu, HCO3(-) anyonunun hidrolizi, karbonik asidin termal ayrışması ve kalsiyum ve magnezyum katyonlarının çözünmeyen CaC03 ve Mg(OH)2 bileşikleri formunda çökelmesi nedeniyle oluşur:

Mg(OH)2 oluşumu, Mg(0H)2'nin MgC03'e kıyasla daha düşük çözünürlüğü nedeniyle bu koşullar altında meydana gelen magnezyum katyonunun tamamen hidrolizi nedeniyle meydana gelir.

Tıbbi ve biyolojik uygulamada karbonik asitin yanı sıra karbon içeren diğer asitlerle de uğraşmak gerekir. Bu öncelikle çok çeşitli farklı organik asitlerin yanı sıra hidrosiyanik asit HCN'dir. Asidik özellikler açısından bakıldığında bu asitlerin kuvveti farklıdır:

Bu farklılıklar moleküldeki atomların karşılıklı etkisinden, ayrışan bağın doğasından ve anyonun stabilitesinden, yani yükü lokalize etme yeteneğinden kaynaklanmaktadır.

Hidrosiyanik asit veya hidrojen siyanür, HCN - renksiz, oldukça uçucu sıvı (T kip = 26 °C) acı badem kokusunda olup suyla her oranda karışabilir. Sulu çözeltilerde tuzları siyanür olarak adlandırılan çok zayıf bir asit gibi davranır. Alkali ve alkali toprak metal siyanürler suda çözünürler, ancak anyonda hidrolize olurlar, bu nedenle sulu çözeltileri hidrosiyanik asit (acı badem kokusu) gibi kokar ve pH> 12'ye sahiptir:


Havada bulunan CO2'ye uzun süre maruz kalındığında siyanür hidrosiyanik asit açığa çıkaracak şekilde ayrışır:

Bu reaksiyon sonucunda potasyum siyanür (potasyum siyanür) ve çözeltileri uzun süreli depolama sırasında toksisitelerini kaybederler. Siyanür anyonu, aktif bir ligand olduğundan ve kompleks oluşturan iyonlar olarak Fe3+ ve Cu2(+) içeren enzimlerle kolayca stabil kompleks bileşikler oluşturduğundan, en güçlü inorganik zehirlerden biridir (Bölüm 2). 10.4).

Redoks özellikleri. Bileşiklerdeki karbon -4 ila +4 arasında herhangi bir oksidasyon durumu sergileyebildiğinden, reaksiyon sırasında serbest karbon, ikinci reaktifin özelliklerine bağlı olarak sırasıyla bir indirgeyici madde veya bir oksitleyici madde olarak hareket ederek hem elektron bağışlayabilir hem de kazanabilir:


Güçlü oksitleyici maddeler organik maddelerle etkileşime girdiğinde bu bileşiklerin karbon atomlarında eksik veya tam oksidasyon meydana gelebilir.

Oksijen eksikliği veya yokluğu ile anaerobik oksidasyon koşulları altında, bir organik bileşiğin karbon atomları, bu bileşiklerdeki oksijen atomlarının içeriğine ve dış koşullara bağlı olarak C0 2, CO, C ve hatta CH4 ve diğerlerine dönüşebilir. organojenler H2O, NH3 ve H2S'ye dönüşür.

Vücutta, organik bileşiklerin oksidaz enzimlerinin varlığında oksijenle tamamen oksidasyonu (aerobik oksidasyon) aşağıdaki denklemle açıklanmaktadır:

Verilen oksidasyon reaksiyonları denklemlerinden, organik bileşiklerde yalnızca karbon atomlarının oksidasyon durumunu değiştirdiği, diğer organojenlerin atomlarının ise oksidasyon durumunu koruduğu açıktır.

Hidrojenasyon reaksiyonları sırasında, yani çoklu bir bağa hidrojenin (bir indirgeyici madde) eklenmesi sırasında, onu oluşturan karbon atomları oksidasyon durumlarını azaltır (oksitleyici maddeler olarak işlev görür):

Örneğin Wurtz reaksiyonunda yeni bir karbonlar arası bağın ortaya çıktığı organik ikame reaksiyonları da karbon atomlarının oksitleyici ajanlar ve metal atomlarının indirgeyici ajanlar olarak hareket ettiği redoks reaksiyonlarıdır:

Organometalik bileşiklerin oluşum reaksiyonlarında da benzer bir şey gözlenir:


Aynı zamanda, yeni bir karbonlar arası bağın ortaya çıktığı alkilasyon reaksiyonlarında, oksitleyici ve indirgeyicinin rolü sırasıyla substrat ve reaktifin karbon atomları tarafından oynanır:

Çoklu karbonlar arası bağ yoluyla substrata polar bir reaktifin eklenmesi reaksiyonları sonucunda, karbon atomlarından biri oksitleyici ajanın özelliklerini sergileyerek oksidasyon durumunu düşürür, diğeri ise oksidasyon derecesini artırarak bir oksitleyici madde görevi görür. indirgen madde:

Bu durumlarda, substratın karbon atomlarının molekül içi oksidasyon-redüksiyon reaksiyonu meydana gelir, yani işlem dismutasyon, redoks özellikleri sergilemeyen bir reaktifin etkisi altında.

Organik bileşiklerin karbon atomları nedeniyle molekül içi dismutasyonunun tipik reaksiyonları, amino asitlerin veya keto asitlerin dekarboksilasyon reaksiyonlarının yanı sıra, bölümde tartışılan organik bileşiklerin yeniden düzenlenmesi ve izomerizasyon reaksiyonlarıdır. 9.3. Organik reaksiyonların verilen örneklerinin yanı sıra Bölüm 2'deki reaksiyonlar da verilmiştir. Şekil 9.3, organik bileşiklerdeki karbon atomlarının hem oksitleyici ajanlar hem de indirgeyici ajanlar olabileceğini ikna edici bir şekilde göstermektedir.

Bir bileşikteki karbon atomu- bir oksitleyici madde, reaksiyonun bir sonucu olarak, daha az elektronegatif elementlerin (hidrojen, metaller) atomlarıyla olan bağlarının sayısı artarsa, söz konusu karbon atomu, bu bağların ortak elektronlarını kendine çekerek oksidasyonunu azaltır. durum.

Bir bileşikteki karbon atomu- Reaksiyonun bir sonucu olarak daha elektronegatif elementlerin atomlarıyla bağlarının sayısı artarsa, indirgeyici bir madde(EKSİLERİ), çünkü söz konusu karbon atomu, bu bağların ortak elektronlarını uzaklaştırarak oksidasyon durumunu artırır.

Dolayısıyla organik kimyadaki karbon atomlarının redoks dualitesinden dolayı birçok reaksiyon redokstur. Bununla birlikte, inorganik kimyadaki benzer reaksiyonlardan farklı olarak, organik bileşiklerdeki oksitleyici madde ile indirgeyici madde arasındaki elektronların yeniden dağıtımına, yalnızca oksitleyici madde olarak görev yapan atoma kimyasal bağın ortak elektron çiftinin yer değiştirmesi eşlik edebilir. Bu durumda bu bağlantı korunabilir ancak güçlü kutuplaşma durumlarında kopabilir.

Karbon bileşiklerinin kompleks oluşturma özellikleri. Bileşiklerdeki karbon atomunun yalnız elektron çiftleri yoktur ve bu nedenle yalnızca katılımıyla çoklu bağ içeren karbon bileşikleri ligand görevi görebilir. Kompleks oluşum süreçlerinde özellikle aktif olan, karbon monoksitin (2) ve hidrosiyanik asit anyonunun polar üçlü bağının elektronlarıdır.

Karbon monoksit molekülünde (2), karbon ve oksijen atomları, değişim mekanizmasına göre iki 2p atomik yörüngelerinin karşılıklı örtüşmesi nedeniyle bir ve bir bağ oluşturur. Üçüncü bağ, yani diğer bir bağ, verici-alıcı mekanizmasına göre oluşur. Alıcı, karbon atomunun serbest 2p atomik yörüngesidir ve donör, 2p yörüngesinden yalnız bir elektron çifti sağlayan oksijen atomudur:

Artan bağ oranı, bu moleküle asit-baz (CO, tuz oluşturmayan bir oksittir) ve redoks özellikleri (CO, bir indirgeyici maddedir) açısından normal koşullar altında yüksek stabilite ve inertlik sağlar. T > 1000K). Aynı zamanda, d-metallerin atomları ve katyonları ile, özellikle de demir ile kompleksleşme reaksiyonlarında aktif bir ligand haline getirir ve bununla uçucu bir toksik sıvı olan demir pentakarbonil oluşturur:


D-metal katyonları ile karmaşık bileşikler oluşturma yeteneği, karbon monoksitin (H) canlı sistemler için toksisitesinin nedenidir (Bölüm. 10.4) Fe2+ ​​katyonunu içeren hemoglobin ve oksihemoglobin ile karboksihemoglobin oluşumu ile geri dönüşümlü reaksiyonların ortaya çıkması nedeniyle:

Bu dengeler, stabilitesi oksihemoglobin ННbО2'ninkinden 210 kat daha fazla olan karboksihemoglobin ННbСО oluşumuna doğru kaydırılır. Bu, kanda karboksihemoglobin birikmesine ve dolayısıyla oksijen taşıma yeteneğinin azalmasına yol açar.

Hidrosiyanik asit anyonu CN- ayrıca kolayca polarize olabilen elektronlar içerir, bu nedenle enzimlerin parçası olan yaşam metalleri de dahil olmak üzere d-metallerle etkili bir şekilde kompleksler oluşturur. Bu nedenle siyanürler oldukça toksik bileşiklerdir (Bölüm 10.4).

Doğadaki karbon döngüsü. Doğadaki karbon döngüsü esas olarak karbonun oksidasyonu ve indirgenmesi reaksiyonlarına dayanmaktadır (Şekil 12.3).

Bitkiler atmosferden ve hidrosferden (1) karbon monoksiti (4) özümser. Bitki kütlesinin bir kısmı (2) insanlar ve hayvanlar tarafından tüketilmektedir. Hayvanların solunumu ve kalıntılarının çürümesi (3), bitkilerin solunumu, ölü bitkilerin çürümesi ve odunun yanması (4) CO2'nin atmosfere ve hidrosfere geri dönmesini sağlar. Turba, fosil kömür, petrol, gaz oluşumu ile bitki (5) ve hayvan (6) kalıntılarının mineralizasyon süreci, karbonun doğal kaynaklara geçişine yol açar. Asit-baz reaksiyonları (7) aynı yönde çalışır ve CO2 ile çeşitli kayalar arasında karbonatların (orta, asidik ve bazik) oluşumuyla meydana gelir:

Döngünün bu inorganik kısmı atmosferde ve hidrosferde CO2 kaybına yol açar. Aksine, kömür, petrol, gaz (8), yakacak odunun (4) yakılması ve işlenmesindeki insan faaliyeti, çevreyi karbon monoksit (4) ile bol miktarda zenginleştirir. Uzun süredir fotosentez sayesinde atmosferdeki CO2 konsantrasyonunun sabit kaldığına dair bir güven vardı. Ancak şu anda insan faaliyetleri nedeniyle atmosferdeki CO2 içeriğindeki artış, doğal azalmayla telafi edilemiyor. CO2'nin atmosfere toplam salınımı her yıl katlanarak %4-5 oranında artıyor. Hesaplamalara göre 2000 yılında atmosferdeki CO2 içeriği %0,03 (1990) yerine yaklaşık %0,04'e ulaşacak.

Karbon içeren bileşiklerin özellikleri ve özellikleri dikkate alındıktan sonra karbonun başrolü bir kez daha vurgulanmalıdır.

Pirinç. 12.3. Karbon döngüsü doğa

Organojen No. 1: ilk olarak karbon atomları, organik bileşik moleküllerinin iskeletini oluşturur; ikincisi, karbon atomları redoks işlemlerinde önemli bir rol oynar, çünkü tüm organojenlerin atomları arasında redoks ikiliğiyle en çok karakterize edilen karbondur. Organik bileşiklerin özellikleri hakkında daha fazla bilgi için bkz. Modül IV "Biyoorganik Kimyanın Temelleri".

Grup IVA'nın p-elementlerinin genel özellikleri ve biyolojik rolü. Karbonun elektronik analogları grup IVA'nın elementleridir: silikon Si, germanyum Ge, kalay Sn ve kurşun Pb (bkz. Tablo 1.2). Bu elementlerin atomlarının yarıçapları atom numarasının artmasıyla doğal olarak artar ve iyonlaşma enerjileri ve elektronegatiflikleri doğal olarak azalır (Bölüm 1.3). Bu nedenle, grubun ilk iki elementi: karbon ve silikon tipik metal olmayanlardır ve germanyum, kalay ve kurşun metaldir, çünkü bunlar en çok elektron kaybıyla karakterize edilir. Ge - Sn - Pb serisinde metalik özellikler artar.

Redoks özellikleri açısından bakıldığında, normal koşullar altında C, Si, Ge, Sn ve Pb elementleri hava ve suya (Sn ve Pb metalleri - yüzeyde bir oksit filmi oluşması nedeniyle) göre oldukça kararlıdır. ). Aynı zamanda kurşun bileşikleri (4) güçlü oksitleyici maddelerdir:

Kompleks oluşturma özellikleri kurşunun en karakteristik özelliğidir, çünkü Pb 2+ katyonları grup IVA'nın diğer p elemanlarının katyonlarıyla karşılaştırıldığında güçlü kompleks oluşturucu maddelerdir. Kurşun katyonları biyoligandlarla güçlü kompleksler oluşturur.

Grup IVA'nın elemanları hem vücuttaki içerikleri hem de biyolojik rolleri bakımından keskin bir şekilde farklılık gösterir. Karbon, içeriğinin yaklaşık %20 olduğu vücut yaşamında temel bir rol oynar. Vücuttaki diğer grup IVA elementlerinin içeriği %10 -6 -10 -3 arasındadır. Aynı zamanda silikon ve germanyum şüphesiz vücut yaşamında önemli bir rol oynuyorsa, kalay ve özellikle kurşun toksiktir. Dolayısıyla IVA grubu elementlerinin atom kütlesi arttıkça bileşiklerinin toksisitesi de artar.

Kömür veya silikon dioksit SiO2 parçacıklarından oluşan toz, akciğerlere sistematik olarak maruz kaldığında hastalıklara - pnömokonyoz - neden olur. Kömür tozu söz konusu olduğunda bu, madencilerin meslek hastalığı olan antrakozdur. Si02 içeren toz solunduğunda silikoz meydana gelir. Pnömokonyozun gelişim mekanizması henüz belirlenmemiştir. Silikat kum tanelerinin biyolojik sıvılarla uzun süreli temasıyla, polisilisik asit Si02 yH2O'nun jel benzeri bir durumda oluştuğu ve hücrelerde birikmesinin ölümlerine yol açtığı varsayılmaktadır.

Kurşunun toksik etkisi insanoğlu tarafından çok uzun zamandır bilinmektedir. Kurşunun bulaşık ve su borusu yapımında kullanılması, insanların büyük ölçüde zehirlenmesine yol açtı. Şu anda, kurşun bileşiklerinin atmosfere salınımı yıllık 400.000 tonun üzerinde olduğundan kurşun, başlıca çevre kirleticilerden biri olmaya devam etmektedir. Kurşun esas olarak iskelette az çözünen fosfat Pb3(PO4)2 formunda birikir ve kemikler demineralize olduğunda vücut üzerinde düzenli toksik etkiye sahiptir. Bu nedenle kurşun kümülatif bir zehir olarak sınıflandırılır. Kurşun bileşiklerinin toksisitesi öncelikle kompleks oluşturma özellikleri ve biyoligandlara, özellikle de sülfhidril grupları (-SH) içerenlere yönelik yüksek afinitesiyle ilişkilidir:

Kurşun iyonlarının proteinler, fosfolipidler ve nükleotidlerle kompleks bileşiklerinin oluşumu bunların denatürasyonuna yol açar. Çoğu zaman kurşun iyonları EM 2+ metaloenzimleri inhibe ederek canlı metal katyonlarını onlardan uzaklaştırır:

Kurşun ve bileşikleri öncelikle sinir sistemi, kan damarları ve kan üzerinde etkili olan zehirlerdir. Aynı zamanda kurşun bileşikleri protein sentezini, hücrelerin enerji dengesini ve genetik aparatlarını etkiler.

Tıpta aşağıdaki harici antiseptikler büzücü olarak kullanılır: kurşun asetat Pb(CH3COO)2 ZH2O (kurşun losyonları) ve kurşun(2) oksit PbO (kurşun alçı). Bu bileşiklerin kurşun iyonları, mikrobiyal hücrelerin ve dokuların sitoplazmasındaki proteinlerle (albümin) reaksiyona girerek jel benzeri albüminatlar oluşturur. Jel oluşumu mikropları öldürür ve ayrıca doku hücrelerine nüfuz etmelerini zorlaştırır, bu da lokal inflamatuar yanıtı azaltır.

Çok çeşitli organik ve inorganik bileşikler oluşturabilen en şaşırtıcı elementlerden biri karbondur. Bu, o kadar sıra dışı özelliklere sahip bir element ki Mendeleev, henüz açıklanmayan özelliklerden bahsederek onun için harika bir gelecek öngördü.

Daha sonra bu pratik olarak doğrulandı. Kesinlikle tüm canlıların bir parçası olan gezegenimizin ana biyojenik unsuru olduğu anlaşıldı. Ek olarak, her bakımdan kökten farklılık gösteren ancak aynı zamanda yalnızca karbon atomlarından oluşan formlarda var olma yeteneğine sahiptir.

Genel olarak bu yapının birçok özelliği vardır ve bunları yazı boyunca anlamaya çalışacağız.

Karbon: elementler sistemindeki formül ve konum

Periyodik tabloda karbon elementi ana alt grup olan IV. Grupta (yeni modele göre 14'te) yer almaktadır. Atom numarası 6 ve atom ağırlığı 12.011’dir. Bir elementin C işaretiyle belirtilmesi, adını Latince - carboneum olarak gösterir. Karbonun var olduğu birkaç farklı form vardır. Bu nedenle formülü değişir ve spesifik modifikasyona bağlıdır.

Ancak elbette reaksiyon denklemlerini yazmanın özel bir gösterimi vardır. Genel olarak saf haliyle bir maddeden bahsederken, indeksleme olmadan karbon C'nin moleküler formülü kabul edilir.

Element keşfinin tarihi

Bu elementin kendisi eski çağlardan beri bilinmektedir. Sonuçta doğadaki en önemli minerallerden biri kömürdür. Bu nedenle eski Yunanlılar, Romalılar ve diğer milletler için bir sır değildi.

Bu çeşitliliğin yanı sıra elmas ve grafit de kullanılmıştır. Uzun bir süre boyunca ikincisiyle ilgili pek çok kafa karıştırıcı durum vardı, çünkü bileşim analizi yapılmadan aşağıdaki gibi bileşikler sıklıkla grafit ile karıştırılıyordu:

  • gümüş kurşun;
  • demir karbür;
  • Molibden sülfür.

Hepsi siyaha boyanmıştı ve bu nedenle grafit olarak kabul edildi. Daha sonra bu yanlış anlaşılma giderildi ve karbonun bu formu kendine dönüştü.

1725'ten beri elmaslar büyük ticari öneme sahip hale geldi ve 1970'te onları yapay olarak üretme teknolojisinde ustalaştı. 1779'dan beri Karl Scheele'nin çalışmaları sayesinde karbonun sergilediği kimyasal özellikler inceleniyor. Bu, bu element alanında bir dizi önemli keşfin başlangıcı oldu ve elementin tüm benzersiz özelliklerinin aydınlatılmasının temelini oluşturdu.

Karbon izotopları ve doğadaki dağılımı

Söz konusu element en önemli biyojenik elementlerden biri olmasına rağmen yer kabuğunun kütlesindeki toplam içeriği %0,15'tir. Bunun nedeni, doğanın doğal döngüsü olan sürekli dolaşıma tabi olmasıdır.

Genel olarak karbon içeren birçok mineral bileşiğini adlandırabiliriz. Bunlar aşağıdaki gibi doğal ırklardır:

  • dolomitler ve kireçtaşları;
  • antrasit;
  • yağlı şist;
  • doğal gaz;
  • kömür;
  • yağ;
  • kahverengi kömür;
  • turba;
  • bitümler.

Ayrıca karbon bileşiklerinin deposu olan canlıları da unutmamalıyız. Sonuçta proteinleri, yağları, karbonhidratları, nükleik asitleri ve dolayısıyla en hayati yapısal molekülleri oluşturur. Genel olarak 70 kg kuru vücut kütlesinin 15'i saf elementten oluşur. Hayvanlar, bitkiler ve diğer canlılar bir yana, her insan için de durum böyledir.

Suyu, yani bir bütün olarak hidrosferi ve atmosferi düşünürsek, CO2 formülüyle ifade edilen bir karbon ve oksijen karışımı vardır. Dioksit veya karbondioksit, havayı oluşturan ana gazlardan biridir. Bu formda karbonun kütle oranı %0,046'dır. Dünya Okyanusunun sularında daha da fazla karbondioksit çözünüyor.

Bir element olarak karbonun atom kütlesi 12.011'dir. Bu değerin doğada var olan tüm izotopik çeşitlerin bollukları dikkate alınarak atom ağırlıkları arasındaki aritmetik ortalama (yüzde olarak) olarak hesaplandığı bilinmektedir. Bu, söz konusu maddeyle olur. Karbonun oluştuğu üç ana izotop vardır. Bu:

  • 12 C - kütle oranı ezici bir çoğunlukla %98,93'tür;
  • 13C - %1,07;
  • 14 C - radyoaktif, yarı ömrü 5700 yıl, kararlı beta yayıcı.

Numunelerin jeokronolojik yaşını belirleme uygulamasında, uzun bozunma süresi nedeniyle bir gösterge olan radyoaktif izotop 14 C yaygın olarak kullanılmaktadır.

Elementin allotropik modifikasyonları

Karbon, basit bir madde olarak çeşitli şekillerde bulunan bir elementtir. Yani bugün bilinen en fazla sayıda allotropik modifikasyonu oluşturma kapasitesine sahiptir.

1. Kristalin varyasyonlar - düzenli atom tipi kafeslere sahip güçlü yapılar şeklinde bulunur. Bu grup aşağıdaki gibi çeşitleri içerir:

  • elmaslar;
  • fullerenler;
  • grafit;
  • karabinalar;
  • lonsdaleitler;
  • ve tüpler.

Hepsinin düğümlerinde bir karbon atomunun bulunduğu farklı kafesler var. Dolayısıyla hem fiziksel hem de kimyasal olarak tamamen benzersiz, farklı özellikler.

2. Amorf formlar - bazı doğal bileşiklerin bir parçası olan bir karbon atomundan oluşurlar. Yani bunlar saf çeşitler değil, diğer elementlerin küçük miktarlardaki karışımlarıdır. Bu grup şunları içerir:

  • Aktif karbon;
  • taş ve ahşap;
  • is;
  • karbon nanoköpüğü;
  • antrasit;
  • camsı karbon;
  • Bir maddenin teknik çeşitliliği.

Ayrıca kristal kafesin özelliklerini açıklayan ve sergileyen yapısal özellikleriyle de birleşirler.

3. Kümeler halindeki karbon bileşikleri. Bu, atomların, içi boş, suyla veya diğer elementlerin çekirdekleriyle dolu özel bir yapıya kilitlendiği bir yapıdır. Örnekler:

  • karbon nanokonları;
  • astralenler;
  • dikarbon.

Amorf karbonun fiziksel özellikleri

Allotropik modifikasyonların çok çeşitli olması nedeniyle karbonun genel fiziksel özelliklerini tanımlamak zordur. Belirli bir form hakkında konuşmak daha kolaydır. Örneğin amorf karbon aşağıdaki özelliklere sahiptir.

  1. Tüm formlar ince kristalli grafit çeşitlerine dayanmaktadır.
  2. Yüksek ısı kapasitesi.
  3. İyi iletken özellikler.
  4. Karbon yoğunluğu yaklaşık 2 g/cm3'tür.
  5. 1600 0 C'nin üzerine ısıtıldığında grafit formlarına geçiş meydana gelir.

Kurum ve taş çeşitleri teknik amaçlarla yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf haliyle karbon modifikasyonunun bir tezahürü değildirler, ancak onu çok büyük miktarlarda içerirler.

Kristalin karbon

Karbonun, atomların seri olarak bağlandığı, çeşitli türlerde düzenli kristaller oluşturan bir madde olduğu çeşitli seçenekler vardır. Sonuç olarak, aşağıdaki değişiklikler oluşturulmuştur.

  1. - dört tetrahedronun bağlı olduğu kübik. Sonuç olarak, her atomun tüm kovalent kimyasal bağları mümkün olduğu kadar doymuş ve güçlüdür. Bu, fiziksel özellikleri açıklar: karbon yoğunluğu 3300 kg/m3. Yüksek sertlik, düşük ısı kapasitesi, elektriksel iletkenlik eksikliği - bunların hepsi kristal kafes yapısının sonucudur. Teknik olarak üretilen elmaslar var. Yüksek sıcaklık ve belirli bir basıncın etkisi altında grafitin bir sonraki modifikasyona geçişi sırasında oluşurlar. Genel olarak, mukavemeti kadar yüksektir - yaklaşık 3500 0 C.
  2. Grafit. Atomlar önceki maddenin yapısına benzer şekilde düzenlenmiştir, ancak yalnızca üç bağ doymuştur ve dördüncüsü daha uzun ve daha az güçlü hale gelir, altıgen kafes halkalarının "katmanlarını" birbirine bağlar. Sonuç olarak, grafitin dokunulduğunda yumuşak, yağlı siyah bir madde olduğu ortaya çıktı. İyi bir elektrik iletkenliğine sahiptir ve yüksek bir erime noktasına sahiptir - 3525 0 C. Süblimleşme yeteneğine sahiptir - sıvıyı atlayarak (3700 0 C sıcaklıkta) katıdan gaz haline süblimleşme. Karbonun yoğunluğu 2,26 g/cm3 olup, elmasın yoğunluğundan çok daha düşüktür. Bu onların farklı özelliklerini açıklar. Kristal kafesin katmanlı yapısından dolayı kurşun kalem uçları yapmak için grafit kullanılabilir. Kağıdın üzerinden geçirildiğinde pullar soyuluyor ve kağıt üzerinde siyah bir iz bırakıyor.
  3. Fullerenler. Sadece geçen yüzyılın 80'lerinde keşfedildiler. Karbonların, merkezinde boşluk bulunan özel dışbükey kapalı bir yapı halinde birbirine bağlandığı modifikasyonlardır. Dahası, kristalin şekli düzenli bir organizasyona sahip bir çokyüzlüdür. Atom sayısı eşittir. Fulleren C 60'ın en ünlü formu. Araştırma sırasında benzer bir maddenin örnekleri bulundu:
  • meteorlar;
  • dip çökeltileri;
  • folguritler;
  • şungitler;
  • gaz halinde bulundukları dış uzay.

Kristalin karbonun tüm çeşitleri büyük pratik öneme sahiptir çünkü teknolojide çok sayıda yararlı özelliğe sahiptirler.

Kimyasal aktivite

Moleküler karbon, kararlı konfigürasyonu nedeniyle düşük kimyasal reaktivite sergiler. Yalnızca atoma ek enerji vererek ve dış seviyedeki elektronları buharlaşmaya zorlayarak reaksiyona girmeye zorlanabilir. Bu noktada değerlik 4 olur. Dolayısıyla bileşiklerde +2, +4, -4 oksidasyon durumuna sahiptir.

Basit maddelerle (hem metaller hem de metal olmayanlar) hemen hemen tüm reaksiyonlar, yüksek sıcaklıkların etkisi altında meydana gelir. Söz konusu element ya bir oksitleyici madde ya da bir indirgeyici madde olabilir. Bununla birlikte, ikinci özellikler özellikle onda belirgindir ve metalurji ve diğer endüstrilerdeki kullanımına dayanan da budur.

Genel olarak kimyasal etkileşimlere girebilme yeteneği üç faktöre bağlıdır:

  • karbon dağılımı;
  • allotropik modifikasyon;
  • reaksiyon sıcaklığı.

Böylece, bazı durumlarda aşağıdaki maddelerle etkileşim meydana gelir:

  • metal olmayanlar (hidrojen, oksijen);
  • metaller (alüminyum, demir, kalsiyum ve diğerleri);
  • metal oksitler ve bunların tuzları.

Asitlerle ve alkalilerle, çok nadiren halojenlerle reaksiyona girmez. Karbonun en önemli özelliği kendi aralarında uzun zincirler oluşturabilmesidir. Bir döngü halinde kapanıp dallar oluşturabilirler. Bugün sayıları milyonları bulan organik bileşiklerin oluşumu bu şekilde gerçekleşir. Bu bileşiklerin temeli iki elementtir - karbon ve hidrojen. Bileşim ayrıca başka atomları da içerebilir: oksijen, nitrojen, kükürt, halojenler, fosfor, metaller ve diğerleri.

Temel bağlantılar ve özellikleri

Karbon içeren birçok farklı bileşik vardır. Bunlardan en ünlüsünün formülü CO 2 - karbondioksittir. Bununla birlikte, bu okside ek olarak, CO - monoksit veya karbon monoksitin yanı sıra C302 altoksiti de vardır.

Bu elementi içeren tuzlar arasında en yaygın olanları kalsiyum ve magnezyum karbonatlardır. Dolayısıyla, kalsiyum karbonatın doğada şu formda bulunması nedeniyle adında birkaç eşanlamlısı vardır:

  • tebeşir;
  • mermer;
  • kireçtaşı;
  • dolomit

Alkali toprak metal karbonatların önemi, sarkıt ve dikitlerin yanı sıra yeraltı suyunun oluşumunda aktif katılımcılar olmaları gerçeğiyle ortaya çıkmaktadır.

Karbonik asit, karbon oluşturan başka bir bileşiktir. Formülü H2CO3'tür. Bununla birlikte, olağan haliyle son derece kararsızdır ve çözelti içinde hemen karbondioksit ve suya ayrışır. Bu nedenle çözelti olarak kendisi değil, yalnızca tuzları bilinmektedir.

Doğrudan sentezler yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda ve düşük ürün verimleriyle meydana geldiğinden, karbon halojenürler esas olarak dolaylı olarak elde edilir. En yaygın olanlardan biri CCL 4 - karbon tetraklorürdür. Solunması halinde zehirlenmeye neden olabilecek zehirli bir bileşik. Metanda radikal fotokimyasal ikame reaksiyonları ile elde edilir.

Metal karbürler, oksidasyon durumu 4 olan karbon bileşikleridir. Bor ve silikon ile kombinasyonların mevcut olması da mümkündür. Bazı metallerin (alüminyum, tungsten, titanyum, niyobyum, tantal, hafniyum) karbürlerinin ana özelliği, yüksek mukavemet ve mükemmel elektrik iletkenliğidir. Bor karbür B 4 C elmastan sonra en sert maddelerden biridir (Mohs'a göre 9,5). Bu bileşikler teknolojide ve kimya endüstrisinde hidrokarbon kaynağı olarak kullanılır (su ile kalsiyum karbür, asetilen ve kalsiyum hidroksit oluşumuna yol açar).

Birçok metal alaşımı karbon kullanılarak yapılır, böylece kaliteleri ve teknik özellikleri önemli ölçüde artar (çelik bir demir ve karbon alaşımıdır).

Çok sayıda organik karbon bileşiği, aynı atomlarla birleşerek çeşitli yapılarda uzun zincirler oluşturabilen temel bir element olduğu için özel ilgiyi hak ediyor. Bunlar şunları içerir:

  • alkanlar;
  • alkenler;
  • arenalar;
  • proteinler;
  • karbonhidratlar;
  • nükleik asitler;
  • alkoller;
  • karboksilik asitler ve diğer birçok madde sınıfı.

Karbon uygulaması

Karbon bileşiklerinin ve bunların allotropik modifikasyonlarının insan yaşamındaki önemi çok büyüktür. Durumun gerçekten böyle olduğunu açıkça belirtmek için en küresel endüstrilerden birkaçının adını verebilirsiniz.

  1. Bu element, insanların enerji elde ettiği her türlü organik yakıtı oluşturur.
  2. Metalurji endüstrisi, bileşiklerinden metal elde etmek için karbonu güçlü bir indirgeyici madde olarak kullanır. Karbonatlar da burada yaygın olarak kullanılmaktadır.
  3. İnşaat ve kimya endüstrisi, yeni maddeleri sentezlemek ve gerekli ürünleri üretmek için büyük miktarlarda karbon bileşikleri tüketir.

Ekonominin bu tür sektörlerini şu şekilde de adlandırabilirsiniz:

  • nükleer endüstri;
  • takı yapımı;
  • teknik ekipman (yağlayıcılar, ısıya dayanıklı potalar, kalemler vb.);
  • kayaların jeolojik yaşının belirlenmesi - radyoaktif gösterge 14 C;
  • Karbon, filtre üretiminde kullanılmasına izin veren mükemmel bir adsorbandır.

Doğada bisiklet

Doğada bulunan karbon kütlesi, dünya çevresinde her saniye döngüsel olarak meydana gelen sabit bir döngüye dahildir. Böylece atmosferdeki karbon kaynağı olan CO 2, bitkiler tarafından emilir ve solunum sırasında tüm canlılar tarafından salınır. Atmosfere girdiğinde tekrar emilir ve döngü böylece devam eder. Bu durumda, organik kalıntıların ölümü, karbonun salınmasına ve toprakta birikmesine yol açar; buradan canlı organizmalar tarafından tekrar emilir ve gaz halinde atmosfere salınır.



Okumanızı öneririz