Istoric istoric. In 1778 K. Scheele, încălzirea azotatul de grafit, am constatat că, în același timp ca și cărbunele este încălzit de nitrat, produce dioxid de carbon. Compoziția chimică a diamant a fost stabilit ca rezultat al experimentelor Lavoisier (1772), pentru a studia aerul de combustie și cercetarea diamant Tennant S. (1797), au demonstrat că aceeași cantitate de diamant și randamentul de cărbune în oxidarea unor cantități egale de dioxid de carbon. Carbonul a fost recunoscut ca element chimic în 1789 de către Lavoisier. Numele latin «carboneum» carbon primit de la «carbo» - cărbune. O Uniune 1961 Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) și fizică luate pe unitatea de greutate a izotopului de carbon al greutății atomice a 12C, abolire a existat înainte de oxigen scara de masa atomica. Masa atomică a carbonului în acest sistem este egal cu 12.011, așa cum este pentru o medie de trei izotop natural al carbonului în ceea ce privește prevalența lor în natură.
Carbonul este cunoscut din antichitate. Acesta a fost mult timp cunoscut faptul ca grafit pot fi marcate alte materiale, iar denumirea „grafit“, derivat din cuvântul grecesc care înseamnă „a scrie“ A.Vernerom propus în 1789. Cu toate acestea, istoria grafit confuz, de multe ori el a luat substanțe care au proprietăți fizice externe similare , de exemplu molibdenită (sulfură de molibden), considerată la un moment dat grafit. Printre alte nume sunt cunoscute din grafit „plumb negru“, „carbură de fier“, „argint plumb.“ In anul 1779 K.Sheele a constatat că grafitul poate fi oxidat prin aer, pentru a forma dioxid de carbon.
Diamante au fost folosite pentru prima dată în India, iar în Brazilia, pietrele prețioase au devenit importante din punct de vedere comercial în 1725; depozitele din Africa de Sud au fost descoperite în 1867. În secolul XX, principalii producători de diamante sunt Africa de Sud, Zaire, Botswana, Namibia, Angola, Sierra Leone, Tanzania și Rusia. Diamante artificiale, a căror tehnologie a fost creată în 1970, este produsă în scopuri industriale.
Proprietăți fizice și chimice. Patru modificări cristaline cunoscute de carbon: grafit, diamant și lonsdalite carbyne. Grafit - gri-negru, netransparent, uleios la atingere, solzos, masa foarte moale, cu luciu metalic, are o conductivitate. Atomii sunt aranjați în straturi paralele, formând o rețea hexagonală. În interiorul stratului, atomii sunt legați mai puternic decât un strat cu celălalt, astfel încât grafitul poate fi laminat. Arde la 700 ° C în prezența oxigenului. Apare în natură; se obține în mod artificial. La temperatură ridicată, presiune și risutstvii catalizator (mangan Mn, Cr crom, metale platină) grafit este transformat în diamant. Diamond - un mineral care are o culoare gălbuie, alb, gri, verde, albastru și mai puțin negru. Nu conduce curent electric, conduce caldura slab. În cristal, atomii de carbon formează un cadru tridimensional continuu format din tetraedru articulat, care asigură o rezistență ridicată a legăturii. Diamond este cea mai grea substanță a tuturor celor cunoscuți. Punctul de topire este peste 3500 ° C. Din punct de vedere chimic stabil. Arde la 870 ° C în prezența oxigenului. La 1800 ° C, în absența oxigenului, se transformă în grafit. Cristale transparente; după prelucrare - diamante. Acestea sunt extrase din plăci și depozite indigene. Diamantul sintetic este obținut din grafit la presiune ridicată și temperatură. Este mai des translucid sau opac; Ea are o structură cristalină și proprietățile carbonului naturale almaza.Zhidky pot fi preparate la presiuni de peste 10,5 MN / m (105 kg / cm²) și temperaturi de peste 3700єS. Cocs, negru de fum, cărbune (cărbune dur) au aceeași structură ca grafit.Dlya solid de carbon, de asemenea, starea caracteristică cu structură dezordonată - așa-numitul „amorf“ carbon. care nu este o modificare independentă; structura sa se bazează pe structura grafitului cu granulație fină. Încălzirea anumitor varietăți de carbon „amorf“ deasupra 1500-1600єS fără aer determină transformarea lor în grafit. Proprietățile fizice ale carbonului "amorf" depind foarte mult de dispersia particulelor și de prezența impurităților. Densitatea, capacitatea termică, conductivitatea termică și conductivitatea electrică „amorf“ carbon este întotdeauna mai mare decât grafit. Carbina este obținută artificial. Este o pulbere cristalină de culoare neagră (densitate = 2 g / cm). Construită din lanțuri lungi de atomi de C, stivuite paralel unul cu celălalt. Lonsdaleite se găsește în meteoriți și se obține artificial; structura și proprietățile sale nu sunt stabilite definitiv.
Structura diamantului (a) și a grafitului (b).
Configurația carcasei de electroni exterioare a atomului de carbon este 2sI2pI. Carbonul este caracterizat prin formarea a patru legături covalente, cauzate de excitarea cochiliei de electroni exterioare în starea 2spi. Legătura chimică poate fi realizată prin orbitale sp3 -, sp2 - și sp - hibride la care corespund numerele de coordonare 4, 3 și 2. Numărul electronilor de valență de carbon și numărul orbitalilor de valență sunt aceiași; acesta este unul dintre motivele stabilității legăturii dintre atomii de carbon.
Structura atomului de carbon.
Capacitatea unică a atomilor de carbon de a se uni pentru a forma lanțuri puternice și lungi și cicluri a dus la apariția unui număr uriaș de compuși diferiți de carbon (hidrocarburi), studiați prin chimie organică.
În compuși, carbonul prezintă stări de oxidare de -4; 2; 4. Raza atomică 0,77B, raze covalente 0,77B, 0,67B, respectiv 0,60B în legături simple, duble și triple; raza ionică
C4-2,60B, C4 + 0,20B. În condiții normale, carbonul este inert chimic, la temperaturi ridicate se combină cu multe elemente care prezintă proprietăți puternice de reducere. Activitatea chimică scade în serie: carbon "amorf", grafit, diamant; interacțiunea cu oxigenul de aer (ardere) are loc la temperaturi de peste 300-500 ° C, 600-700 ° C și 850-1000 ° C, cu formarea dioxidului de carbon și a monoxidului de carbon CO.
Izotopi de carbon. În natură, există șapte izotopi de carbon, dintre care trei joacă un rol esențial. Două dintre ele - și - sunt stabile și unul - - radioactiv (în corpul uman conține aproximativ 0,1 microni). Cu utilizarea izotopilor de carbon în cercetarea biologică și medicală legate de mai multe progrese majore în studiul metabolismului și circulația carbonului în natură. Astfel, folosind marca radiocarbon sa dovedit a fi posibile plante de fixare N14SO3 și a țesuturilor de animale, este stabilit reacții de fotosinteză secventa studiat schimbul de aminoacizi, a trasat calea biosintetică a multor compuși biologic activi, și așa mai departe. D. Aplicarea 14C au contribuit la progrese in biologie moleculara pentru a studia mecanismele de biosinteza proteinelor și transferul informații ereditare. Determinarea activității specifice a 14C în reziduurile organice care conțin carbon oferă o indicație a vârstei, care este folosit în paleontologie și arheologie.
Carbon în corp. Carbon - cel mai important element biogene, care constituie baza vieții pe pământ, unitatea structurală a numărului mare de compuși organici implicați în construcția de organisme și metabolice lor oferind (biopolimeri, precum și numeroase molecule mici substante biologic active - vitamine, hormoni, mediatori etc.). O parte considerabilă a organismelor energetice necesare în celulele formate datorită oxidării carbonului. Apariția vieții pe Pământ este considerată în știința modernă ca fiind un proces complex de evoluție a compușilor carbonici.
Rolul carbonului în mediul sălbatic. Rolul unic al carbonului în natură se datorează proprietăților sale, care, în ansamblu, nu sunt posedate de nici un alt element al sistemului periodic. Între atomii de carbon, precum și între carbon și alte elemente se formează legături chimice puternice, care totuși pot fi rupte în condiții fiziologice relativ ușoare (aceste legături pot fi simple, duble și triple). Abilitatea carbonului de a forma patru legături de valență echivalente cu alți atomi de carbon face posibilă construirea scheletului de carbon de diferite tipuri - liniar, ramificat, ciclic. Este semnificativ faptul că numai trei elemente - carbonul C, oxigenul O și hidrogenul H - constituie 98% din masa totală a organismelor vii. Aceasta atinge o anumită economie în natură: cu o diversitate structurală aproape nelimitată a compușilor carbonici, un număr mic de tipuri de legături chimice poate reduce foarte mult cantitatea de enzime necesare pentru scindarea și sinteza substanțelor organice. Caracteristicile structurii atomului de carbon stau la baza diferitelor tipuri de izomeri ai compușilor organici (abilitatea de izomerizare optică a fost decisivă în evoluția biochimică a aminoacizilor, a carbohidraților și a unor alcaloizi).
Conform ipotezei general acceptate a lui AI Oparin, primii compuși organici de pe Pământ aveau origine abiogenă. Sursele de carbon au fost metanul (CH4) și cianura de hidrogen (HCN) conținute în atmosfera primară a Pământului. Odată cu apariția vieții, singura sursă de carbon anorganic, prin care se formează toată materia organică a biosferei, este dioxidul de carbon (CO2) în atmosferă, precum și solul dizolvat în apele naturale ca HCO-3. Cel mai puternic mecanism de asimilare (asimilare) a carbonului (sub formă de CO2) - fotosinteza - este realizat de plante verzi omniprezente (aproximativ 100 de miliarde de tone de CO2 sunt asimilate anual). Pe Pământ, există un mod evolutiv mai vechi de asimilare a CO2 prin chemosinteză; în acest caz, microorganismele chemosintetice nu folosesc energia radiantă a Soarelui, ci energia oxidării compușilor anorganici. Majoritatea animalelor consumă carbon cu alimente sub formă de compuși organici gata preparați. În funcție de metoda de asimilare a compușilor organici, este obișnuit să se facă distincția între organismele autotrofice și organismele heterotrofice. Utilizarea microorganismelor pentru biosinteza proteinelor și a altor substanțe nutritive, care utilizează hidrocarburile ca sursă unică de carbon, este una dintre cele mai importante probleme științifice și tehnice moderne.
Pe lângă funcția principală - sursa de carbon - dioxid de carbon CO2, dizolvată în apele naturale și în lichidele biologice, participă la menținerea acidității mediului care este optim pentru procesele de viață. Compoziția de CaCO3 carbon formează un schelet exterior al multor nevertebrate (de exemplu, scoici coajă) și este conținut în corali, coji de ouă de păsări și altele asemenea. Acești compuși de carbon, cum ar fi HCN, CO, CCl4, predominante în perioada prebiological atmosfera pământului primar, numit în continuare , în procesul evoluției biologice, s-au transformat în antimetaboliți puternici ai metabolismului.
Ciclul carbonului. Carbonul este principalul element biogenic; joacă un rol important în formarea materiei vii în biosferă. Dioxidul de carbon din atmosferă prin fotosinteză, implementată de plante verzi, asimilat și transformat într-o varietate de plante și numeroși compuși organici. organisme din plante, microorganisme în special mai mici, fitoplancton marine, datorită reproducerii vitezei extraordinare produce anual aproximativ 1,5 · 10№№ tone de carbon sub formă de materie organică, care corespunde
5,86 · 10 J (1,4 · 10 є kcal) de energie. Plantele sunt consumate parțial de animale (aici se formează lanțuri alimentare mai mult sau mai puțin complexe). Materie In cele din urma organică din cauza respirației organismelor, descompunerea proceselor cadavrelor de fermentație putrefacție și combustia este transformată în dioxid de carbon sau depozitat în formă sapropel, humus și turbă, care la rândul lor dau naștere la multe alte caustobiolites -. Combustibilii fosili, ulei, gaze combustibile.
În procesele de descompunere a substanțelor organice, mineralizarea lor, un rol imens îl joacă bacteriile (de exemplu, putrefactive), precum și multe ciuperci (de exemplu, mucegaiuri).
În ciclul de carbon activ, o parte foarte mică din întreaga sa masă participă. O cantitate imensă de acid carbonic este conservată sub formă de calcar fosil și alte roci. Între dioxidul de carbon din atmosferă și apa de la ocean, la rândul său, există un echilibru mobil.
În t B g pe 1 cm² de pe suprafața Pământului
Animale 5 · 109 0.0015
Plante 5 · 10¹¹ 0,1
Atmosferă 6,4 · 10№№ 0,125
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: