Co je uhlík? Popis, vlastnosti a vzorec uhlíku

Krátce mluvte o tom, co je uhlík nemožný. Koneckonců je základem života. Tento prvek je přítomen ve všech organických sloučeninách a pouze to může tvořit molekuly DNA z milionů atomů. Jejich vlastnosti jsou četné, takže je třeba si o něm podrobněji vyprávět.

Formula, notace, funkce

Tento prvek, umístěný v tabulce pod číslem šest, je označen symbolem "C". Elektronický strukturní vzorec uhlíku je následující: 1s ² 2s ² 2p ² . Jeho hmotnost je 12,0107 amu. Tato látka má:

• Dva nepárové elektrony v základním stavu. Zobrazuje valence II.
• Čtyři nepárové elektrony ve vzrušeném stavu. Zobrazuje valence IV.

Je třeba poznamenat, že určitá hmota uhlíku je obsažena v zemské kůře. 0.023%, přesněji. Především se hromadí v horní části, v biosféře. Většina hmotnosti uhlíku v litosféře se shromažďuje v dolomitech a vápencích ve formě uhličitanů.

Fyzikální vlastnosti

Takže co je uhlík? Jedná se o látku, která existuje v obrovském množství alotropických modifikací a jejich fyzikální vlastnosti mohou být uvedeny dlouho. Různé látky jsou způsobeny schopností uhlíku vytvářet chemické vazby různých typů.

A co vlastnosti uhlíku jako jednoduché látky? Mohou být shrnuty následovně:

• Za normálních podmínek je hustota 2,25 g / cm3.
• Teplota varu je 3506,85 ° C.
• Molární tepelná kapacita je 8,54 J / (K • mol).
• Kritická teplota fázového přechodu (když plyn nekondenzuje za žádného tlaku) je 4130 K, 12 MPa.
• Molární objem 5,3 cm3 / mol.

To také stojí za vypsání uhlíkových modifikací.

Z krystalických látek jsou nejznámější: diamant, karbid, grafit, nano-diamant, fullerit, lonsdaleit, fulleren, stejně jako uhlíková vlákna.

Amorfní formace zahrnují dřevo, fosilní a aktivní uhlí, antracit, koks, skelný uhlík, saze, saze a nanopen.

Nicméně výše uvedené není čistá alotropická forma látky, o níž se diskutuje. Jedná se pouze o chemické sloučeniny, ve kterých je uhlík obsažen ve vysoké koncentraci.

Struktura

Je zajímavé, že elektronové orbitaly atomu uhlíku nejsou stejné. Mají jinou geometrii. Vše závisí na stupni hybridizace. Existují tři nejběžnější geometrie:

• Tetrahedral . Vzniká, když nastane směs tří p- a jednoho s-elektronů. Tato geometrie atomu uhlíku je pozorována v lonsdaleite a diamantu. Metan a další uhlovodíky mají podobnou strukturu.
• Trigonální . Tato geometrie tvoří směs dvou p-a jednoho s-elektronových orbitálů. Jiný p-element se nepodílí na hybridizaci, ale podílí se na tvorbě p-vazby s jinými atomy. Tato struktura je charakteristická pro fenol, grafit a další modifikace.
• Digonal . Tato struktura je tvořena díky smíchání s- a p-elektronů (jeden po druhém). Je zajímavé, jaké elektronické mraky vypadají jako asymetrické činky. Protáhli se po jejich směru. Dva další p-elektrony tvoří notoricky známé p-vazby. Tato geometrie je charakteristická pro karby.

Ne tak dávno, v roce 2010, vědci z univerzity, která se nachází v Nottinghamu, objevili směs, ve které byly čtyři atomy najednou ve stejné rovině. Její název je Monomerní Dilitio Methanium.

Molekuly

O nich by se mělo říkat zvlášť. Mohou se spojit atomy diskutované látky, což vede k tvorbě komplexních molekul uhlíku. Z nasycených Na, C ₂ a H ₂ , mezi nimiž je přitažlivost příliš slabá, se vyznačuje tendencí kondenzace do pevného stavu. Uhlíkové molekuly mohou zůstat v plynném stavu, pouze pokud udržujete vysokou teplotu. Jinak látka okamžitě vytvrdí.

Před nějakou dobou byla v Berkleevově národním laboratoři syntetizována nová forma pevného uhlíku ve Spojených státech. Toto je C36. A její molekula tvoří 36 atomů uhlíku. Látka se tvoří spolu s fullereny C60. Stává se to mezi dvěma grafitové elektrody, v podmínkách plamene obloukového výboje. Vědci naznačují, že molekuly nové látky mají zajímavé chemicko-elektrické vlastnosti, které dosud nebyly studovány.

Grafit

Nyní můžete podrobněji zjistit nejslavnější modifikace látky, jako je uhlík.

Grafit je přirozený minerál s vrstvenou strukturou. Zde jsou jeho vlastnosti:

• Je skvělým dirigentem.
• Jedná se o poměrně měkkou látku díky nízké tvrdosti.
• Při zahřátí v nepřítomnosti vzduchu je odolný.
• To se neroztaví.
• Na dotyk tuku, kluzký.
• V přírodním grafitu obsahuje 10-12% nečistot. Obvykle jsou to oxidy železa a jílu.

Pokud mluvíme o chemických vlastnostech, stojí za zmínku, že se solí a alkalických kovů tato látka tvoří takzvané inkluzní sloučeniny. Dokonce i grafit při vysoké teplotě reaguje s kyslíkem, hoří oxid uhličitý. Ale kontakt s neoxidujícími kyselinami nemá žádný výsledek - tato látka se v nich prostě nerozpustí.

Použijte grafit v nejrůznějších sférách. Používá se při výrobě obkladových desek a tavných kelímků při výrobě topných prvků a elektrod. Bez účasti grafitu není možné získat syntetické diamanty. Rovněž hraje roli moderátora neutronů v jaderných reaktorech. A samozřejmě jsou vyrobeny tyče pro tužky, které zasahují do kaolinu. A to je jen část oblastí, kde se používá.

Diamond

Jedná se o metastabilní minerál, který může existovat po neomezenou dobu, což je do určité míry způsobeno silou a hustotou uhlíku. Diamant je nejtěžší látka na Mohsově stupnici, snadno rozřezává sklo.

Má vysokou tepelnou vodivost, disperzi, index lomu. Je odolný a pro jeho topení potřebujete teplotu 4000 ° C a tlak kolem 11 GPa. Jeho vlastností je luminiscence, schopnost zářit v různých barvách.

Je to vzácná, i když běžná látka. Věk minerálů podle některých studií se může pohybovat od 100 milionů do 2,5 miliard let. Byly nalezeny diamanty mimozemského původu, možná ještě před sluncem.

Tento minerál našel své použití v špercích. Řezaný diamant, nazývaný diamant, je drahý, ale jeho stav jako šperky a krása to učinil ještě populárnějším. Mimochodem, tato látka se používá také při výrobě řezáků, vrtáků, nožů atd. Díky své výjimečné tvrdosti je minerální látka používána v mnoha průmyslových odvětvích.

Carbin

Pokračování tématu uhlíku je, musíme říci pár slov o jeho modifikaci, jako je carbin. Vypadá jako černý krystalický prášek, má polovodičové vlastnosti. Získali uměle na počátku 60. let sovětští vědci.

Zvláštností této látky je zvyšující se vodivost pod světelným efektem. Proto se začalo používat ve fotovoltaických článcích.

Grafen

Toto je první dvourozměrný krystal na světě. Tato modifikace má větší mechanickou tuhost než grafit a rekordně vysokou tepelnou vodivost, která je ~ 5 • 10 ³ W • m ^-1 • K -. Nosiče grafenu mají vysokou mobilitu, a proto má látka možnost využití v různých aplikacích. Předpokládá se, že se může stát budoucím základem nanoelektroniky a dokonce nahradit křemík v integrovaných obvodech.

Grafen se získává uměle ve vědeckých laboratořích. Za tímto účelem je nutné se uchýlit k mechanickému oddělení grafitových vrstev od vysoce orientované látky. Získejte vzorky vysoké kvality s potřebnou mobilitou nosičů.

Jeho vlastnosti nebyly plně studovány, ale vědci již zaznamenali něco zajímavého. Například v grafenu není krystalizace Winger. A v dvojité vrstvě hmoty se chování elektronů podobá charakteristice kapalných krystalů. Pokud pozorujeme rozdělovací parametry na krystalu, uspějeme v získání nanostruktury podobného grafenovému boxu.

Toxicita

Toto téma stojí za zmínku v závěru příběhu o uhlíku. Faktem je, že se tato látka uvolňuje do atmosféry společně s výfukovými plyny automobilů. A také při spalování uhlí, při podzemním zplyňování a v mnoha dalších procesech.

Zvýšený obsah této látky ve vzduchu vede ke zvýšení počtu nemocí. Zejména se to týká plic a horních cest dýchacích. Ale toxický efekt je způsoben interakcí radiační povahy s beta-částicemi, což vede k tomu, že chemické složení molekuly se mění a vlastnosti látky - také.