Uglerod haqida malumot

Uglerod (C, lat. carboneum) - u C harf bilan belgilangan va 6 raqamida joylashgan kimyoviy element. Element to'rt valentli metallmasdir, ya'ni kovalent birikmalar hosil qilish uchun to'rtta erkin elektronga ega. 14 -chi (eski tasnifga ko'ra 4-chi) davriy tizimda joylashgan. Ushbu elementning uchta izotopi tabiatda uchraydi. ¹²C va ¹³C izotoplari barqaror, ¹⁴C radioaktiv (bu izotopning yarim umri 5730 yil). Uglerod qadimgi dunyoda beri ishlatilib kelinadigan elementdir.

Uglerod
← Bor | Argon  →
Oddiy moddaning ko’rinishi qora rangli(grafit) yoki rangsiz(olmos)
Atom xossalari
Nomi, belgi, raqami ——————-→ Uglerod (C), 6
Atom massasi ——————-→ 12.011 m.a.b. (g/mol)
Elektron konfiguratsiyasi ——————-→ [He] 2s2 2p2
Atom radiusi ——————-→ 70 pm
Kimyoviy xossalari
Kovalent radius ——————-→ 77 pm
Ion radiusi ——————-→ 16 (+4e) 260 (-4e)  pm
Elektrmanfiyligi ——————-→ 2.55 (poling shkalasi bo‘yicha)
Oksidlanish darajasi ——————-→ 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
Ionlanish energiyasi ——————-→  1085,7 (11,25)  kJ/mol; (eV)
Oddiy moddaning termodinamik xususiyatlari
Termodinamik faza ——————-→ Qattiq modda
Zichlik ( n.sh. da ) ——————-→2.25 g / sm³
Molyar issiqlikgi ——————-→ 8,54  kJ/(K∙mol);
Molyar hajmi ——————-→ 5.3 mol/sm3;
Oddiy moddaning kristall panjarasi
Panjara tuzilishi ——————-→ Gegsagonal
Panjara parametrlari ——————-→ a=2,46; c=6,71 (grafit); а=3,567 (olmos)
Boshqa xususiyatlar
Issiqlik o’tkazuvchanligi ——————-→ (300 K) 1.59 Vt / (m · K)
CAS raqami ——————-→7440-44-0
Emissiya spektri

Uglerodning polimer zanjirlarini hosil qilish qobiliyati organik deb ataladigan ulkan uglerodli birikmalar sinfini vujudga keltiradi, ular anorganik birikmalarga qaraganda ancha ko'p va ular organik kimyo tomonidan o'rganiladi.

Uglerodning tarixi

Uglerod tarixi haqida aniq ma'lumot yo'q. Biroq, bu qadim zamonlardan beri ma'lum bo'lgan va ishlatilgan moddadir. Qadimgi davrlardan beri uglerod ko'mir, olmos va grafitning bir shakli ekanligi ma'lum bo'lgan. Britaniyalik kimyogar Garri Kroto 1960-70 yillarda uglerod atomlari va birikmalari bo'yicha juda batafsil tadqiqotlar, tajribalar va tadqiqotlar o'tkazdi. Bugungi kungacha olib borilgan tajribalar va tadqiqotlar natijasida uglerod inson hayoti uchun muhim element ekanligi aniqlangan.

17-19 asrlarda "ugletvor" atamasi ba'zan rus kimyo va ixtisoslashtirilgan adabiyotida ishlatilgan (Shlatter 1763; Sherer 1807; Severgin 1815); 1824 yilda Solovyov "uglerod" nomini kiritdi. Uglerod birikmalari o'z nomida karbo(n) qismiga qo'shish orqali hosil qilinadi - lat. Carbó (zot carbōnis ) "ko'mir".

Tabiatda uchrashi

Uglerod yer massasi 5,972⋅10 24 kg ni tashkil qiladi , bu 4360 million gigaton uglerod mavjudligini anglatadi.

Erkin holda uglerod tabiiy ravishda olmos va grafit shaklida uchraydi. Birikma holida karbonatlar ( ohaktosh va dolomit ), yonuvchan minerallar ko'rinishidagi uglerodning asosiy qismi antrasit (94-97% C), jigarrang ko'mir (64-80% C), bitum ko'mirlari (76-95% C), slanets (56- 78% C), neft (82-87% C), yonuvchi tabiiy gazlar ( 99% metan ), torf (53-56% C), shuningdek, asfalt va hokazo atmosfera va gidrosfera bo'ladi karbonat angidrid CO2 shaklida uchraydi. Uglerod o'simliklar va hayvonlarda ajralmas qismidir(~ 17,5%).

Uglerod inson tanasiga oziq-ovqat bilan kiradi (odatda kuniga 300 g). Inson tanasida umumiy uglerod miqdori taxminan 21% ga etadi (70 kg vazniga 15 kg). Uglerod mushak massasining 2/3 qismi va suyak massasining 1/3 qismini tashkil qiladi. U tanadan havo (karbonat angidrid) va siydik (karbamid) ko'rinishida ajralib chiqadi.

Kimyoviy xossalari

Odatda tabiatda uchraydigan metallmas element bo'lgan uglerodning kimyoviy belgisi C va uning atom raqami 6, atom og'irligi 12.011. U 3727 C eriydi va 4830 C qaynaydi. Uglerod - elementlarning davriy jadvalidagi 4-A guruhidagi element. U kremniy, germeniy, qalay va qo'rg'oshin kabi elementlar bilan bir guruhga kiradi. Ushbu guruh elementlari bir xil xossalarga ega va ularning kimyoviy shakli boshqa elementlardan farq qiladi.

Uni tabiatda va turli xil elementlarga ega bo'lgan birikmada topish mumkin. To'rt milliondan ortiq birikmalar; ya'ni 95 foiz aralashmalar uglerodni o'z ichiga oladi. Bu ko'plab organik birikmalarning asosiy tarkibiy qismidir. Olmos va grafit uglerodning eng toza, kristalli, elementar shakllaridir. Ko'mir, koks va ko'mir kabi tarkibiy qismlar kamroq uglerodli birikmalardir.

Oddiy haroratlarda uglerod kimyoviy jihatdan inertdir, etarlicha yuqori haroratda u ko'plab elementlar bilan birikadi va kuchli qaytaruvchi xususiyatlarga ega bo'ladi. Turli xil uglerod shakllarining kimyoviy faolligi quyidagi tartibda pasayadi: amorf uglerod, grafit, olmos, havoda ular mos ravishda 300-501 ° C, 600-700 ° C va 800-1000 ° C dan yuqori haroratlarda yonadi.

Oksidlanish darajasi -4 dan +4 gacha. Elektron yaqinligi 1,27 eV ; C 0 dan C 4+ ga ketma-ket o'tish paytida ionlanish energiyasi mos ravishda 11.2604, 24.383, 47.871 va 64.19 eV ni tashkil qiladi.

Uglerodning yonish mahsulotlari CO va CO2 ( mos ravishda uglerod oksidi va karbonat angidrid hosil bo'ladi).

C + O₂ → CO₂

2C + O₂ → 2CO

Uglerodning oltingugurt bilan reaktsiyasi natijasida uglerod disulfidi CS_{2 hosil bo'ladi}, CS va C₃S₂ ham ma'lum.

C  + 2S → CS₂ 

Metanni ugleroddan temir oksidi ishtirokida olish mumkin. Grafit va amorf uglerod vodorod bilan 1200 ° C da, ftor bilan 900 ° C da reaksiyaga kirisha boshlaydi.

C + 2H₂  → CH₄ 

C + 2F₂ → CF₄

Kremniy bilan kremniy karbid olinadi:

C + Si → SiC

Galogenlar, ishqoriy metallar va boshqa moddalar bilan grafit inklyuziya birikmalarini hosil qiladi.

Sintez gazini olish uchun uglerodning bug'i reaktsiyasi sanoatda muhim ahamiyatga ega.

C + H₂O  → CO  + H₂ 

Uglerod metall oksidlarini metallarga karbitlargacha qaytaradi. Ushbu xususiyat metallurgiya sanoatida keng qo'llaniladi:

3C + CaO → CO + CaC₂

Ko'pgina metallar uglerod bilan karbidlarni hosil qiladi, masalan:

3C+ 4Al → Al₄C₃

2C + Ca → CaC₂

Uglerodning polimer zanjirlarini hosil qilish qobiliyati uglerodga asoslangan birikmalarning ulkan sinfini keltirib chiqaradi, ular anorganiklarga qaraganda ancha ko'p va ular organik kimyo tomonidan o'rganiladi. Ular orasida eng keng guruhlar: uglevodorodlar, oqsillar, yog'lar, uglevodlar va boshqalar.

Uglerod birikmalari quruqlikdagi hayotning asosini tashkil etadi. Tirik hujayralardagi atomlar soni bo'yicha uglerodning ulushi taxminan 25%, massa ulushi - taxminan 18% ni tashkil qiladi.

Uglerodning allotropik modifikatsiyalari

Kristalli uglerod

• Olmos
• Grafen
• Grafit
• Karbin
• Lonsdaleit
• Nanodiamond
• Fullerenlar
• Fullerit
• Uglerod tolasi
• Uglerodli nano tolalar
• Uglerodli nanotubalar

Amorf uglerod

• Faollashgan uglerod
• Ko'mir
• Qazib olinadigan ko'mir: antrasit va toshqotgan ko'mir.
• Ko'mir koksi, neft koksi va boshqalar.
• Shisha uglerod
• Uglerod qorasi
• Qurum
• Uglerodli ko'pik

Yuqorida sanab o'tilgan amorf shakllar uglerodning toza allotropik shakli emas, uglerod miqdori yuqori bo'lgan kimyoviy birikmalardir.

Ba'zi uglerod atamalari

Uglerod birikmalar muhim funktsiyalarni bajaradi. Ushbu birikmalar va ba'zi uglerod atamalari haqida to'xtalamiz:

Fullerenlar : Uglerodning sun'iy alotroplari.Ularda beshburchak, olti burchakli kristallar bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, u "Bakminstefuleren" yoki "Bakkibols" nomi bilan ham tanilgan. U 60 ta uglerod atomidan tashkil topgan molekula. Bundan tashqari, u "Carbon60" yoki "C60" deb ta'riflanadi. Uning radiusi 1 nanometrga teng. Fullerenlar kosmosdagi sayyora tumanligida aniqlandi. Ular yerdan tashqarida borligi isbotlangan eng katta molekulalardir.

Uglerod qorasi (qora): U mutloq qora kukun. Bu juda nozik taneli elementar uglerod. Ushbu zarralar diametri 25-400 millimikron bo'lishi mumkin. U gaz va suyuq uglevodorodlarning kam yonishi natijasida olinadi yoki bu neftning to'liq yonmaganligi deb ataladi. U pigmentlarda, siyohlarda va rezina va rezina ishlab chiqarishda qo'llaniladi. 

Faollashgan uglerod : Uglerodni, masalan, o'tin, ko'mir, suyak, neft mahsulotlari, yong'oq va guruch qobig'idan turli xil jarayonlar natijasida olinadi. U muhim adsorbent. Uning ichki teshiklari keng. Bu inson salomatligiga zarar etkazmaydi. U kukun, granulalar shaklida ishlab chiqarilishi mumkin.  (Adsorbent: zaharli moddalar molekulalarining yuzasiga yopishib, ularning singishini oldini oluvchi modda)

Karbonat : Bu noorganik birikma yoki metallning karbonat kislota bilan reaktsiyasi natijasida hosil bo'lgan moddadir. Bu metallar bilan reaktsiyasi natijasida kaltsiy karbonat kabi tuzlarni hosil qiladi. Difenil karbonat yoki dietil karbonat shakllari uning organik birikmalar bilan reaktsiyasi natijasida hosil bo'ladi.

Uglerod oksidi : Bu noorganik birikma. Bu gaz yoki suyuqlik shaklida bo'lishi mumkin; u hidsiz va rangsiz. Yonuvchan, uning alangasi binafsha rangga ega. Bu zaharli va portlovchi gaz. Spirtli ichimliklar va benzol bilan yaxshi, suvda ozgina eriydi. U maxsus po'lat ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi.

Karbondisulfid : Bu noorganik birikma. Uning sof shakli hidsiz, boshqa shakllari ham og'ir hidga ega. U yaltiroq, rangsiz yoki sarg'ish suyuqlikdir. Agar u qattiq yonib ketsa, u portlashi va ishqalanish natijasida yonib ketishi mumkin.

Karbontetraklorid: bug'i havodan 5 marta og'irroq bo'lgan xlorli, rangsiz, shirin hidli suyuqligi. U suvda erimaydi. Bu portlovchi emas. Nafas olganda zaharli bo'lishi mumkin. Sovutgichlarda keng qo'llaniladi.

Ishlatilishi

Uglerod ko'plab sohada ajralmas moddadir. Rivojlangan mamlakatlar iqtisodiyotining rivojlanish darajasi tarkibida uglerodli birikmalar bo'lgan mahsulotlar, yoqilg'i, kimyoviy moddalar va dori-darmonlarni ishlab chiqarish va qayta ishlash bilan bog'liq. Uglerod birikmalari bilan sintetik mahsulotlar mamlakatlar iqtisodiy rivojlanishida muhim rol o'ynaydi.

U temir va po'lat sanoatida keng qo'llaniladi. Yuqori o'choqlarda temir rudasini qayatarishda ishlatiladi. Uglerod dioksidi ichimliklar karbonatlanishida qaytaruvchi sifatida, metallurgiyada uglerod oksidi ishlatiladi. Uglerod tolasi bardoshli va engil kompozit materialdir, u avtomobilsozlik va samolyot sanoatida muhim mahsulotdir.

Uglerodni ishlatadigan va tarkibiga kiradigan ba'zi tarmoqlar va mahsulotlar quyidagilardir: Bosib chiqarish siyohi, temir qotishmalarini qayta ishlash, po'lat sanoati, yadro reaktsiyasini boshqarish, shinalar, plastmassalar, bo'yoq pigmentlari, yog 'va hosilalari, qalamlar, elektr stantsiyalarida va boshqalarda.

Toksik ta'sir

Uglerod atrof-muhitga avtotransport chiqindisi, ko'mir issiqlik elektr stantsiyalarida yoqilganda , ochiq konlarda, yer osti gazlashtirilganda, ko'mir kontsentratlarini ishlab chiqarishda va boshqalar yo'llar bilan chiqadi.

Yonish jarayonida uglerodning konsentratsiyasi 100-400 mg / m³, yirik shaharlar 2,4— 15,9 g / m³, qishloq joylarda 0,5–0,8 µg / m³ tashkil etadi. AESdan chiqadigan gaz aerozollarining miqdori (6–15) ⋅10 ⁹ Bq /sutka ¹⁴ CO₂ .

Atmosfera aerozollarida uglerod miqdori yuqori bo'lganda ko'p kasalliklar kelib chiqadi, ayniqsa yuqori nafas yo'llari va o'pka kasalligi ko'payishiga olib keladi.