Üks hämmastavamaid elemente, mis on võimeline moodustama tohutul hulgal orgaanilisi ja anorgaanilisi ühendeid, on süsinik. See on nii ebatavaliste omadustega element, et Mendelejev ennustas sellele suurt tulevikku, rääkides veel paljastamata omadustest.

Hiljem sai see praktiliselt kinnitust. Sai teada, et see on meie planeedi peamine biogeenne element, mis on osa absoluutselt kõigist elusolenditest. Lisaks on see võimeline eksisteerima vormides, mis erinevad radikaalselt kõigis aspektides, kuid koosnevad samal ajal ainult süsinikuaatomitest.

Üldiselt on sellel struktuuril palju funktsioone ja me püüame neid artikli käigus mõista.

Süsinik: valem ja asend elementide süsteemis

Perioodilises tabelis paikneb element süsinik IV rühmas (uue mudeli järgi 14-s), peamises alarühmas. Selle aatomnumber on 6 ja aatommass 12,011. Elemendi tähistus märgiga C näitab selle nime ladina keeles - carboneum. Süsinik eksisteerib mitmel erineval kujul. Seetõttu on selle valem erinev ja sõltub konkreetsest modifikatsioonist.

Muidugi on reaktsioonivõrrandite kirjutamiseks konkreetne märge. Üldiselt, rääkides ainest selle puhtal kujul, aktsepteeritakse süsiniku C molekulaarset valemit, ilma indekseerimiseta.

Elementide avastamise ajalugu

See element ise on tuntud iidsetest aegadest. On ju üks olulisemaid mineraale looduses kivisüsi. Seetõttu ei olnud see vanade kreeklaste, roomlaste ja teiste rahvaste jaoks saladus.

Lisaks sellele sordile kasutati ka teemante ja grafiiti. Viimasega oli pikka aega palju segaseid olukordi, kuna selliseid ühendeid peeti sageli grafiidiks ilma koostist analüüsimata:

• hõbedane plii;
• raudkarbiid;
• Molübdeensulfiid.

Kõik need värviti mustaks ja seetõttu peeti neid grafiidiks. Hiljem selgus see arusaamatus ja sellest süsiniku vormist sai ise.

Alates 1725. aastast on teemandid muutunud suure kaubandusliku tähtsusega ning 1970. aastal hakati meisterdama nende kunstliku tootmise tehnoloogiat. Alates 1779. aastast on tänu Karl Scheele tööle uuritud süsiniku keemilisi omadusi. Sellest sai alguse mitmed olulised avastused selle elemendi valdkonnas ja sai aluseks selle kõigi ainulaadsete omaduste selgitamisele.

Süsiniku isotoobid ja levik looduses

Vaatamata asjaolule, et kõnealune element on üks olulisemaid biogeenseid elemente, on selle kogusisaldus maakoore massis 0,15%. See juhtub seetõttu, et see allub pidevale ringlusele, looduse loomulikule ringile.

Üldiselt võime nimetada mitut süsinikku sisaldavat mineraalühendit. Need on looduslikud tõud, näiteks:

• dolomiidid ja lubjakivid;
• antratsiit;
• põlevkivi;
• maagaas;
• kivisüsi;
• õli;
• pruunsüsi;
• turvas;
• bituumenid.

Lisaks ei tohiks unustada elusolendeid, kes on lihtsalt süsinikuühendite hoidla. Moodustab see ju valke, rasvu, süsivesikuid, nukleiinhappeid ja seega ka kõige elutähtsamaid struktuurimolekule. Üldiselt moodustab 70 kg kuiva kehamassist 15 puhas element. Ja nii on see iga inimese jaoks, rääkimata loomadest, taimedest ja muudest elukatest.

Kui arvestada vett, st hüdrosfääri tervikuna ja atmosfääri, siis on olemas süsiniku ja hapniku segu, mida väljendatakse valemiga CO 2. Dioksiid või süsinikdioksiid on üks peamisi õhu moodustavaid gaase. Just sellisel kujul on süsiniku massiosa 0,046%. Maailma ookeani vetes lahustub veelgi rohkem süsihappegaasi.

Süsiniku kui elemendi aatommass on 12,011. Teatavasti arvutatakse see väärtus kõigi looduses eksisteerivate isotoopsortide aatommasside aritmeetilise keskmisena, võttes arvesse nende arvukust (protsentides). See juhtub kõnealuse ainega. On kolm peamist isotoopi, milles süsinik esineb. See:

• 12 C - selle massiosa on valdavalt 98,93%;
• 13C - 1,07%;
• 14 C - radioaktiivne, poolestusaeg 5700 aastat, stabiilne beeta emitter.

Proovide geokronoloogilise vanuse määramise praktikas kasutatakse laialdaselt radioaktiivset isotoopi 14 C, mis on oma pika lagunemisperioodi tõttu indikaatoriks.

Elemendi allotroopsed modifikatsioonid

Süsinik on element, mis lihtsa ainena eksisteerib mitmel kujul. See tähendab, et see on võimeline moodustama suurima arvu tänapäeval teadaolevaid allotroopseid modifikatsioone.

1. Kristallilised variatsioonid – eksisteerivad tugevate struktuuridena korrapäraste aatom-tüüpi võretega. Sellesse rühma kuuluvad sellised sordid nagu:

• teemandid;
• fullereenid;
• grafiit;
• karabiinid;
• lonsdaleiidid;
• ja torud.

Neil kõigil on erinevad võred, mille sõlmedes on süsinikuaatom. Sellest tulenevad täiesti ainulaadsed, erinevad omadused, nii füüsikalised kui keemilised.

2. Amorfsed vormid – need moodustuvad süsinikuaatomist, mis on osa mõnedest looduslikest ühenditest. See tähendab, et need ei ole puhtad sordid, vaid väikestes kogustes muude elementide lisanditega. Sellesse rühma kuuluvad:

• Aktiveeritud süsinik;
• kivi ja puit;
• tahm;
• süsinik nanovaht;
• antratsiit;
• klaasjas süsinik;
• aine tehniline mitmekesisus.

Neid ühendavad ka kristallvõre struktuursed omadused, mis selgitavad ja näitavad omadusi.

3. Süsinikuühendid klastrite kujul. See on struktuur, milles aatomid on lukustatud spetsiaalsesse konformatsiooni, mis on seest õõnes, täidetud veega või muude elementide tuumadega. Näited:

• süsiniknanokoonused;
• astraleenid;
• dikarbon.

Amorfse süsiniku füüsikalised omadused

Kuna allotroopseid modifikatsioone on palju, on süsiniku üldisi füüsikalisi omadusi raske tuvastada. Lihtsam on rääkida konkreetsest vormist. Näiteks amorfsel süsinikul on järgmised omadused.

1. Kõik vormid põhinevad peenkristallilistel grafiidi sortidel.
2. Kõrge soojusmahtuvus.
3. Head juhtivad omadused.
4. Süsiniku tihedus on umbes 2 g/cm3.
5. Kuumutamisel üle 1600 0 C toimub üleminek grafiidivormidele.

Tehnilistel eesmärkidel kasutatakse laialdaselt tahma- ja kivisorte. Need ei ole puhtal kujul süsiniku modifitseerimise ilming, kuid sisaldavad seda väga suurtes kogustes.

Kristalliline süsinik

On mitmeid võimalusi, kus süsinik on aine, mis moodustab erinevat tüüpi regulaarseid kristalle, kus aatomid on järjestikku ühendatud. Selle tulemusena moodustuvad järgmised modifikatsioonid.

1. - kuup, milles on ühendatud neli tetraeedrit. Selle tulemusena on iga aatomi kõik kovalentsed keemilised sidemed võimalikult küllastunud ja tugevad. See seletab füüsikalisi omadusi: süsiniku tihedus 3300 kg/m3. Kõrge kõvadus, madal soojusmahtuvus, elektrijuhtivuse puudumine – kõik see on kristallvõre struktuuri tulemus. Seal on tehniliselt toodetud teemandid. Need tekivad grafiidi üleminekul järgmisele modifikatsioonile kõrge temperatuuri ja teatud rõhu mõjul. Üldiselt on see sama kõrge kui tugevus - umbes 3500 0 C.
2. Grafiit. Aatomid on paigutatud sarnaselt eelmise aine struktuuriga, kuid ainult kolm sidet on küllastunud ja neljas muutub pikemaks ja vähem tugevaks; see ühendab kuusnurksete võrerõngaste "kihte". Selle tulemusena selgub, et grafiit on katsudes pehme, rasvane must aine. Sellel on hea elektrijuhtivus ja kõrge sulamistemperatuur - 3525 0 C. Sublimatsioonivõimeline - sublimeerub tahkest olekust gaasiliseks, möödudes vedelikust (temperatuuril 3700 0 C). Süsiniku tihedus on 2,26 g/cm3, mis on palju väiksem kui teemandil. See seletab nende erinevaid omadusi. Tänu kristallvõre kihilisele struktuurile saab grafiidist valmistada pliiatsi juhtmeid. Paberist üle ajades kooruvad soomused maha ja jätavad paberile musta jälje.
3. Fullereenid. Need avastati alles eelmise sajandi 80ndatel. Need on modifikatsioonid, milles süsinikud on omavahel ühendatud spetsiaalseks kumeraks suletud struktuuriks, mille keskel on tühimik. Veelgi enam, kristalli kuju on korrapärase struktuuriga polühedron. Aatomite arv on paaris. Fullereeni C 60 kuulsaim vorm. Uurimise käigus leiti sarnase aine proove:

• meteoriidid;
• põhjasetted;
• folguriidid;
• šungiidid;
• kosmoses, kus need sisaldusid gaaside kujul.

Kõik kristallilise süsiniku sordid on suure praktilise tähtsusega, kuna neil on mitmeid tehnoloogias kasulikke omadusi.

Keemiline aktiivsus

Molekulaarsel süsinikul on oma stabiilse konfiguratsiooni tõttu madal keemiline reaktsioonivõime. Seda saab reageerima sundida ainult aatomile lisaenergiat andes ja välistasandi elektrone aurustuma sundides. Siinkohal muutub valents 4. Seetõttu on ühendites selle oksüdatsiooniaste + 2, + 4, - 4.

Peaaegu kõik reaktsioonid lihtsate ainetega, nii metallide kui ka mittemetallidega, toimuvad kõrgete temperatuuride mõjul. Kõnealune element võib olla kas oksüdeeriv aine või redutseerija. Viimased omadused on selles aga eriti väljendunud ning just see põhineb selle kasutamisel metallurgia- ja muudes tööstusharudes.

Üldiselt sõltub keemiliste interaktsioonide tekkimise võime kolmest tegurist:

• süsiniku dispersioon;
• allotroopne modifikatsioon;
• reaktsiooni temperatuur.

Seega tekib mõnel juhul koostoime järgmiste ainetega:

• mittemetallid (vesinik, hapnik);
• metallid (alumiinium, raud, kaltsium ja teised);
• metallioksiidid ja nende soolad.

Ei reageeri hapete ja leelistega, väga harva halogeenidega. Süsiniku kõige olulisem omadus on võime moodustada omavahel pikki ahelaid. Nad võivad tsüklis sulgeda ja moodustada oksi. Nii tekivadki orgaanilised ühendid, mida tänapäeval on miljoneid. Nende ühendite aluseks on kaks elementi - süsinik ja vesinik. Kompositsioon võib sisaldada ka teisi aatomeid: hapnikku, lämmastikku, väävlit, halogeene, fosforit, metalle ja teisi.

Põhilised seosed ja nende omadused

Seal on palju erinevaid süsinikku sisaldavaid ühendeid. Neist kuulsaima valem on CO 2 - süsinikdioksiid. Kuid lisaks sellele oksiidile on olemas ka CO - monooksiid või süsinikmonooksiid, samuti suboksiid C 3 O 2.

Seda elementi sisaldavate soolade hulgas on kõige levinumad kaltsium- ja magneesiumkarbonaadid. Seega on kaltsiumkarbonaadil oma nimes mitu sünonüümi, kuna see esineb looduses järgmisel kujul:

• kriit;
• marmor;
• lubjakivi;
• dolomiit

Leelismuldmetallide karbonaatide tähtsus avaldub selles, et nad on aktiivsed osalejad stalaktiitide ja stalagmiitide, aga ka põhjavee tekkes.

Süsinikhape on veel üks süsinikku moodustav ühend. Selle valem on H2CO3. Tavalisel kujul on see aga äärmiselt ebastabiilne ja laguneb lahuses kohe süsihappegaasiks ja veeks. Seetõttu on teada ainult selle soolad, mitte iseennast lahusena.

Süsinikhalogeniide saadakse peamiselt kaudselt, kuna otsene süntees toimub ainult väga kõrgetel temperatuuridel ja madala saagisega. Üks levinumaid on CCL 4 – süsiniktetrakloriid. Mürgine ühend, mis võib sissehingamisel põhjustada mürgistust. Saadakse radikaalsete fotokeemiliste asendusreaktsioonidega metaanis.

Metallkarbiidid on süsinikuühendid, mille oksüdatsiooniaste on 4. Samuti on võimalik, et on olemas kombinatsioonid boori ja räniga. Mõnede metallide (alumiinium, volfram, titaan, nioobium, tantaal, hafnium) karbiidide peamine omadus on kõrge tugevus ja suurepärane elektrijuhtivus. Boorkarbiid B 4 C on teemandi järel üks kõvemaid aineid (Mohsi järgi 9,5). Neid ühendeid kasutatakse nii tehnoloogias kui ka keemiatööstuses süsivesinike allikatena (kaltsiumkarbiid veega viib atsetüleeni ja kaltsiumhüdroksiidi moodustumiseni).

Paljud metallisulamid on valmistatud süsinikust, suurendades seeläbi oluliselt nende kvaliteeti ja tehnilisi omadusi (teras on raua ja süsiniku sulam).

Erilist tähelepanu väärivad arvukad orgaanilised süsinikuühendid, milles see on põhielement, mis on võimeline ühinema samade aatomitega, moodustades mitmesuguse struktuuriga pikki ahelaid. Need sisaldavad:

• alkaanid;
• alkeenid;
• areenid;
• valgud;
• süsivesikud;
• nukleiinhapped;
• alkoholid;
• karboksüülhapped ja paljud teised ainete klassid.

Süsiniku kasutamine

Süsinikuühendite ja selle allotroopsete modifikatsioonide tähtsus inimelus on väga suur. Võite nimetada mitu kõige globaalsemat tööstusharu, et teha selgeks, et see tõesti nii on.

1. See element moodustab igat tüüpi orgaanilist kütust, millest inimesed saavad energiat.
2. Metallurgiatööstus kasutab süsinikku võimsa redutseerijana metallide saamiseks nende ühenditest. Ka siin kasutatakse laialdaselt karbonaate.
3. Ehitus ja keemiatööstus tarbivad tohutul hulgal süsinikuühendeid, et sünteesida uusi aineid ja toota vajalikke tooteid.

Võite nimetada ka selliseid majandussektoreid nagu:

• tuumatööstus;
• ehete valmistamine;
• tehnilised seadmed (määrdeained, kuumakindlad tiiglid, pliiatsid jne);
• kivimite geoloogilise vanuse määramine - radioaktiivne indikaator 14 C;
• Süsinik on suurepärane adsorbent, mis võimaldab seda kasutada filtrite valmistamiseks.

Tsikli looduses

Looduses leiduv süsiniku mass on kaasatud pidevasse tsüklisse, mis toimub tsükliliselt igal sekundil üle maakera. Seega neelavad atmosfääri süsinikuallika CO 2 taimed ja vabastavad kõik elusolendid hingamise käigus. Kui see atmosfääri siseneb, imendub see uuesti ja tsükkel jätkub. Sel juhul viib orgaaniliste jäänuste surm süsiniku vabanemiseni ja selle kogunemiseni maapinnas, kust see seejärel taas elusorganismide poolt imendub ja gaasi kujul atmosfääri paisatakse.

Süsinik

SÜSI-A; m. Keemiline element (C), kõigi looduses leiduvate orgaaniliste ainete kõige olulisem komponent. Süsiniku aatomid. Süsinikusisalduse protsent. Ilma süsinikuta on elu võimatu.

◁ Süsinik, oh, oh. Y aatomid. Süsinik, oh, oh. Sisaldab süsinikku. Oh teras.

süsinik

(lat. Carboneum), perioodilisuse tabeli IV rühma keemiline element. Peamised kristalli modifikatsioonid on teemant ja grafiit. Normaaltingimustes on süsinik keemiliselt inertne; Kõrgel temperatuuril ühineb see paljude elementidega (tugev redutseerija). Süsinikusisaldus maakoores on 6,5 10 16 tonni Märkimisväärne kogus süsinikku (umbes 10 13 tonni) sisaldub fossiilsete kütuste (kivisüsi, maagaas, nafta jne) koostises, samuti koostises. atmosfääri süsinikdioksiidist (6 10 11 t) ja hüdrosfäärist (10 14 t). Peamised süsinikku sisaldavad mineraalid on karbonaadid. Süsinikul on ainulaadne võime moodustada tohutul hulgal ühendeid, mis võivad koosneda peaaegu piiramatust arvust süsinikuaatomitest. Süsinikuühendite mitmekesisus määras keemia ühe peamise haru - orgaanilise keemia - tekkimise. Süsinik on biogeenne element; selle ühendid mängivad erilist rolli taime- ja loomorganismide elus (keskmine süsinikusisaldus - 18%). Süsinik on kosmoses laialt levinud; Päikesel on see vesiniku, heeliumi ja hapniku järel 4. kohal.

SÜSI

SÜSIN (ladina Carboneum, süsinikust - kivisüsi), C (loe “ce”), keemiline element aatomnumbriga 6, aatommass 12.011. Looduslik süsinik koosneb kahest stabiilsest nukliidist: 12 C, 98,892 massiprotsenti ja 13 C - 1,108%. Nukliidide looduslikus segus on radioaktiivset nukliidi 14 C (b - emitter, poolestusaeg 5730 aastat) alati tühistes kogustes. See moodustub pidevalt atmosfääri alumistes kihtides lämmastiku isotoobi 14 N kosmilise kiirguse neutronite toimel:
14 7 N + 1 0 n = 14 6 C + 1 1 H.
Süsinik asub IVA rühmas, perioodilisuse tabeli teises perioodis. Aatomi välise elektronkihi konfiguratsioon põhiolekus 2 s 2 lk 2 . Olulisemad oksüdatsiooniastmed on +2 +4, –4, valents IV ja II.
Neutraalse süsinikuaatomi raadius on 0,077 nm. C 4+ iooni raadius on 0,029 nm (koordinatsiooniarv 4), 0,030 nm (koordinatsiooniarv 6). Neutraalse aatomi järjestikused ionisatsioonienergiad on 11,260, 24,382, 47,883, 64,492 ja 392,09 eV. Elektronegatiivsus Paulingu järgi (cm. PAULING Linus) 2,5.
Ajalooline viide
Süsinik on tuntud juba iidsetest aegadest. Puusütt kasutati metallide taastamiseks maakidest, teemantidest (cm. TEEMANT (mineraal))- nagu vääriskivi. 1789. aastal prantsuse keemik A. L. Lavoisier (cm. LAVOISIER Antoine Laurent) järeldati süsiniku elementaarse olemuse kohta.
Sünteetilisi teemante hankisid esmakordselt 1953. aastal Rootsi teadlased, kuid neil ei õnnestunud tulemusi avaldada. 1954. aasta detsembris saadi kunstlikke teemante ja 1955. aasta alguses avaldasid General Electricu ettevõtte töötajad tulemused. (cm.ÜLDELEKTER)
NSV Liidus hankis kunstlikud teemandid esmakordselt 1960. aastal teadlaste rühma poolt eesotsas V. N. Bakuli ja L. F. Vereshchaginiga. (cm. VEREŠČAGIN Leonid Fedorovitš) .
1961. aastal sünteesis rühm Nõukogude keemikuid V. V. Koršaki juhtimisel süsiniku lineaarse modifikatsiooni - karbiini. Varsti pärast seda avastati Riesi meteoriidikraatrist (Saksamaa) karabiin. 1969. aastal sünteesiti NSV Liidus tavalisel rõhul vurrutaolisi teemantkristalle, millel oli suur tugevus ja praktiliselt defektideta.
1985. aastal Croteau (cm. ARMAS Harold) avastas süsiniku uue vormi – fullereenid (cm. FULLERENES) C 60 ja C 70 laserkiirguse käigus aurustunud grafiidi massispektris. Kõrgel rõhul saadi lonsdaleiit.
Looduses olemine
Maakoore sisaldus on 0,48 massiprotsenti. Koguneb biosfääri: elusaines 18% kivisüsi, puidus 50%, turvas 62%, looduslikud põlevad gaasid 75%, põlevkivi 78%, kivi- ja pruunsüsi 80%, õli 85%, antratsiit 96%. Märkimisväärne osa litosfääri kivisöest on koondunud lubjakividesse ja dolomiitidesse. Oksüdatsiooniastmes +4 süsinik on osa karbonaatkivimitest ja mineraalidest (kriit, lubjakivi, marmor, dolomiit). Süsinikdioksiid CO 2 (0,046 massiprotsenti) on atmosfääriõhu püsikomponent. Süsinikdioksiid esineb jõgede, järvede ja merede vees alati lahustunud kujul.
Süsinikku sisaldavaid aineid on avastatud tähtede, planeetide ja meteoriitide atmosfäärist.
Kviitung
Alates iidsetest aegadest on kivisüsi toodetud puidu mittetäieliku põletamise teel. 19. sajandil asendati puusüsi metallurgias bituumenkivisöega (koksiga).
Praegu kasutatakse krakkimist puhta süsiniku tööstuslikuks tootmiseks. (cm. MRAGUNE) maagaasi metaan (cm. METAAN) CH 4:
CH4 = C + 2H2
Meditsiinilistel eesmärkidel kasutatav süsi valmistatakse kookospähkli kestade põletamise teel. Laboratoorsete vajaduste jaoks saadakse puhas kivisüsi, mis ei sisalda mittesüttivaid lisandeid, suhkru mittetäieliku põlemise teel.
Füüsilised ja keemilised omadused
Süsinik on mittemetall.
Süsinikuühendite mitmekesisus on seletatav selle aatomite võimega üksteisega siduda, moodustades kolmemõõtmelisi struktuure, kihte, ahelaid ja tsükleid. Tuntud on neli süsiniku allotroopset modifikatsiooni: teemant, grafiit, karbüün ja fulleriit. Süsi koosneb pisikestest kristallidest, mille grafiidi struktuur on korrast ära. Selle tihedus on 1,8-2,1 g/cm3. Tahm on tugevalt jahvatatud grafiit.
Teemant on kuubiku näokeskse võrega mineraal. C-aatomid teemandis asuvad sp 3 -hübridiseeritud olek. Iga aatom moodustab 4 kovalentset s-sidet nelja naaber C-aatomiga, mis paiknevad tetraeedri tippudes, mille keskmes on C-aatom.Aatomite vahelised kaugused tetraeedris on 0,154 nm. Elektrooniline juhtivus puudub, ribalaius on 5,7 eV. Kõigist lihtsatest ainetest on teemandil maksimaalne aatomite arv ruumalaühiku kohta. Selle tihedus on 3,51 g/cm 3. . Kõvadus Mohsi mineraloogilisel skaalal (cm. MOHSi SKAAL) võetakse kui 10. Teemanti saab kriimustada ainult teine ​​teemant; kuid see on habras ja puruneb kokkupõrkel ebakorrapärase kujuga tükkideks. Termodünaamiliselt stabiilne ainult kõrgel rõhul. Kuid 1800 °C juures toimub teemandi muundumine grafiidiks kiiresti. Grafiidi pöördmuundumine teemandiks toimub temperatuuril 2700°C ja rõhul 11-12 GPa.
Grafiit on kihiline tumehall aine, millel on kuusnurkne kristallvõre. Termodünaamiliselt stabiilne laias temperatuuri- ja rõhuvahemikus. Koosneb paralleelsetest kihtidest, mille moodustavad korrapärased C-aatomite kuusnurgad.Iga kihi süsinikuaatomid paiknevad külgnevates kihtides paiknevate kuusnurkade keskpunktide vastas; kihtide asukohta korratakse igal teisel ja iga kihti nihutatakse horisontaalsuunas teise suhtes 0,1418 nm võrra. Kihi sees on aatomitevahelised sidemed kovalentsed, moodustunud sp 2 - hübriidorbitaalid. Kihtidevahelised ühendused teostavad nõrgad van der Waals (cm. Molekulidevaheline interaktsioon) jõudu, nii et grafiit on kergesti kooritav. Seda olekut stabiliseerib neljas delokaliseeritud p-side. Grafiidil on hea elektrijuhtivus. Grafiidi tihedus on 2,1-2,5 kg/dm3.
Kõigis allotroopsetes modifikatsioonides on süsinik normaalsetes tingimustes keemiliselt inaktiivne. See osaleb keemilistes reaktsioonides ainult kuumutamisel. Sel juhul väheneb süsiniku keemiline aktiivsus reas tahm-süsi-grafiit-teemant. Õhus olev tahm süttib kuumutamisel temperatuurini 300°C, teemant - 850-1000°C juures. Põlemisel tekib süsinikdioksiid CO 2 ja CO. CO 2 kuumutamisel kivisöega saadakse ka süsinikmonooksiidi (II) CO:
CO 2 + C = 2CO
C + H 2 O (ülekuumendatud aur) = CO + H 2
Sünteesiti süsinikmonooksiid C 2 O 3.
CO 2 on happeline oksiid, see on seotud nõrga, ebastabiilse süsihappega H 2 CO 3, mis esineb ainult väga lahjendatud külmades vesilahustes. Süsihappe soolad - karbonaadid (cm. KARBONAADID)(K 2 CO 3, CaCO 3) ja vesinikkarbonaadid (cm. SÜSIINIKARBONAADID)(NaHCO 3, Ca(HCO 3) 2).
Vesinikuga (cm. VESINIK) grafiit ja puusüsi reageerivad temperatuuril üle 1200°C, moodustades süsivesinike segu. Reageerides fluoriga 900 °C juures, moodustab see fluorosüsivesinike ühendite segu. Juhtides elektrilahendust süsinikelektroodide vahel lämmastikuatmosfääris, saadakse tsüanogeengaas (CN) 2; Kui gaasisegus on vesinik, tekib vesiniktsüaniidhape HCN. Väga kõrgel temperatuuril reageerib grafiit väävliga, (cm. VÄÄVEL) räni, boor, moodustavad karbiidid - CS 2, SiC, B 4 C.
Karbiidid tekivad grafiidi interaktsioonil metallidega kõrgel temperatuuril: naatriumkarbiid Na 2 C 2, kaltsiumkarbiid CaC 2, magneesiumkarbiid Mg 2 C 3, alumiiniumkarbiid Al 4 C 3. Need karbiidid lagunevad vee toimel kergesti metallhüdroksiidiks ja vastavaks süsivesinikuks:
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4
Siirdemetallidega moodustab süsinik metallitaolisi keemiliselt stabiilseid karbiide, näiteks raudkarbiid (tsementiit) Fe 3 C, kroomkarbiid Cr 2 C 3, volframkarbiid WC. Karbiidid on kristalsed ained, keemilise sideme olemus võib olla erinev.
Kuumutamisel redutseerib kivisüsi paljud metallid nende oksiididest:
FeO + C = Fe + CO,
2CuO+ C = 2Cu+ CO 2
Kuumutamisel redutseerib see väävli (VI) kontsentreeritud väävelhappest väävliks (IV):
2H 2SO 4 + C = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
3500°C ja normaalrõhu juures süsi sublimeerub.
Rakendus
Üle 90% kogu maailmas tarbitavast esmasest energiaallikast pärineb fossiilkütustest. 10% eraldatud kütusest kasutatakse orgaanilise ja naftakeemia põhisünteesi toorainena plasti tootmiseks.
Füsioloogiline toime
Süsinik on kõige olulisem biogeenne element, see on orgaaniliste ühendite struktuuriüksus, mis osaleb organismide ehituses ja nende elutähtsate funktsioonide tagamises (biopolümeerid, vitamiinid, hormoonid, vahendajad jt). Elusorganismide süsinikusisaldus kuivaine põhjal on veetaimedel ja -loomadel 34,5-40%, maismaataimedel ja -loomadel 45,4-46,5% ning bakteritel 54%. Organismide eluea jooksul toimub orgaaniliste ühendite oksüdatiivne lagunemine koos CO 2 eraldumisega väliskeskkonda. Süsinikdioksiid (cm. SÜSINIKDIOKSIID), lahustunud bioloogilistes vedelikes ja looduslikes vetes, osaleb eluks optimaalse keskkonna happesuse säilitamises. CaCO 3-s sisalduv süsinik moodustab paljude selgrootute eksoskeleti ning seda leidub korallides ja munakoortes.
Erinevate tootmisprotsesside käigus satuvad söe-, tahma-, grafiidi- ja teemandiosakesed atmosfääri, mida leidub seal aerosoolidena. Süsinikutolmu MPC tööpiirkondades on 4,0 mg/m 3, söel 10 mg/m 3.

entsüklopeediline sõnaraamat. 2009 .

Sünonüümid:

Vaadake, mis on "süsinik" teistes sõnaraamatutes:

Nukliidide tabel Üldinfo Nimetus, sümbol Süsinik 14, 14C Alternatiivsed nimetused radiosüsinik, radiosüsinik Neutronid 8 Prootonid 6 Nukliidi omadused Aatommass ... Wikipedia

Nukliidide tabel Üldinfo Nimetus, tähis Süsinik 12, 12C Neutronid 6 Prootonid 6 Nukliidi omadused Aatommass 12.0000000(0) ... Wikipedia

Nukliidide tabel Üldteave Nimetus, tähis Süsinik 13, 13C Neutronid 7 Prootonid 6 Nukliidi omadused Aatommass 13.0033548378(10) ... Wikipedia

- (lat. Carboneum) C, keemiline. Mendelejevi perioodilisuse süsteemi IV rühma element, aatomnumber 6, aatommass 12.011. Peamised kristalli modifikatsioonid on teemant ja grafiit. Normaaltingimustes on süsinik keemiliselt inertne; kõrgel ... ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

- (Carboneum), C, perioodilisuse tabeli IV rühma keemiline element, aatomnumber 6, aatommass 12,011; mittemetallist. Maakoore sisaldus on 2,3×10 2 massiprotsenti. Süsiniku peamised kristalsed vormid on teemant ja grafiit. Süsinik on põhikomponent...... Kaasaegne entsüklopeedia

Süsinik- (Carboneum), C, perioodilisuse tabeli IV rühma keemiline element, aatomnumber 6, aatommass 12,011; mittemetallist. Maakoore sisaldus on 2,3´10 2 massiprotsenti. Süsiniku peamised kristalsed vormid on teemant ja grafiit. Süsinik on põhikomponent...... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat

SÜSI- (1) keemia. element, sümbol C (lat. Carboneum), at. Ja. 6, kl. m 12,011. Seda esineb mitmes allotroopses modifikatsioonis (vormis) (teemant, grafiit ja harva karabiin, kaoiit ja lonsdaleiit meteoriidikraatrites). Alates 1961. aastast on 12C isotoobi aatomi mass vastu võetud ... Suur polütehniline entsüklopeedia

- (sümbol C), perioodilisuse tabeli neljanda rühma laialt levinud mittemetalliline element. Süsinik moodustab tohutul hulgal ühendeid, mis koos süsivesinike ja muude mittemetalliliste ainetega moodustavad aluse... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik

Keemilised omadused Kovalentne raadius 77 õhtul Ioonide raadius 16 (+4e) 260 (-4e) õhtul Elektronegatiivsus 2,55 (Paulingi skaala) Oksüdatsiooniseisundid 4 , 3 , 2, 1 , , , , , -4 Ionisatsioonienergia
(esimene elektron) 1085,7 (11,25) kJ/mol (eV) Lihtsa aine termodünaamilised omadused Tihedus (tavalistes tingimustes) 2,25 (grafiit) g/cm³ Sulamistemperatuur 3550 °C Keemistemperatuur 5003 K; 4830 °C Kriitiline punkt 4130, 12 MPa Molaarne soojusmahtuvus 8,54 (grafiit) J/(K mol) Molaarne maht 5,3 cm³/mol Lihtaine kristallvõre Võre struktuur kuusnurkne (grafiit), kuup (teemant) Võre parameetrid a = 2,46; c=6,71 (grafiit); a = 3,567 (teemant) Suhtumine c/a 2,73 (grafiit) Debye temperatuur 1860 (teemant) Muud omadused Soojusjuhtivus (300 K) 1,59 W/(m K) CAS number 7440-44-0 Emissioonispekter

Süsiniku võime moodustada polümeeriahelaid tekitab tohutu hulga süsinikul põhinevaid ühendeid, mida nimetatakse orgaanilisteks aineteks, mida on palju rohkem kui anorgaanilisi ja mis on orgaanilise keemia uurimus.

Lugu

XVII-XVIII sajandi vahetusel. tekkis flogistoni teooria, mille esitasid Johann Becher ja Georg Stahl. See teooria tunnistas igas põlevas kehas spetsiaalse elementaarse aine - kaalutu vedeliku - flogistoni olemasolu, mis põlemisprotsessi käigus aurustub. Kuna suures koguses kivisütt põletades jääb järele vaid veidi tuhka, uskus flogistika, et kivisüsi on peaaegu puhas flogiston. See selgitas eelkõige kivisöe „flogiseerivat” toimet – selle võimet taastada metalle „lubjast” ja maakidest. Hilisemad flogistikud Reaumur, Bergman jt olid juba hakanud mõistma, et kivisüsi on elementaarne aine. Kuid "puhta kivisütt" tunnustas esmakordselt Antoine Lavoisier, kes uuris söe ja muude ainete põlemisprotsessi õhus ja hapnikus. Guiton de Morveau, Lavoisier', Berthollet' ja Fourcroix' raamatus "Keemilise nomenklatuuri meetod" (1787) esines prantsuskeelse "pure coal" (charbone pur) asemel nimetus "süsinik" (carbone). Sama nime all on süsinik Lavoisier' keemia algõpiku "Lihtkehade tabelis".

nime päritolu

19. sajandi alguses kasutati venekeelses keemiakirjanduses mõnikord terminit “süsinikulahus” (Scherer, 1807; Severgin, 1815); Alates 1824. aastast võttis Solovjov kasutusele nimetuse "süsinik". Süsinikuühenditel on nende nimes oma osa süsivesik (tema)- alates lat. carbō (n. carbōnis) "kivisüsi".

Füüsikalised omadused

Süsinik esineb erinevates allotroopides, millel on väga erinevad füüsikalised omadused. Modifikatsioonide mitmekesisus on tingitud süsiniku võimest moodustada erinevat tüüpi keemilisi sidemeid.

Süsiniku isotoobid

Looduslik süsinik koosneb kahest stabiilsest isotoobist - 12 C (98,93%) ja 13 C (1,07%) ning ühest radioaktiivsest isotoobist 14 C (β-emitter, T ½ = 5730 aastat), mis on koondunud atmosfääri ja maakera ülemisse ossa. koor. Tekib pidevalt stratosfääri alumistes kihtides kosmilise kiirguse neutronite mõjul lämmastiku tuumadele vastavalt reaktsioonile: 14 N (n, p) 14 C ning ka alates 1950. aastate keskpaigast tuumaelektrijaamade tehistoode ja vesinikupommide katsetamise tulemusena .

Süsiniku allotroopsed modifikatsioonid

Kristalliline süsinik

Amorfne süsinik

• Fossiilne kivisüsi: antratsiit ja fossiilne kivisüsi.
• Kivisöekoks, naftakoks jne.

Praktikas on ülaltoodud amorfsed vormid reeglina pigem kõrge süsinikusisaldusega keemilised ühendid kui süsiniku puhas allotroopne vorm.

Kobarate vormid

Struktuur

Vedel süsinik eksisteerib ainult teatud välisrõhul. Kolmikpunktid: grafiit - vedelik - aur T= 4130 K, R= 10,7 MPa ja grafiit - teemant - vedelik T≈ 4000 K, R≈ 11 GPa. Tasakaalujoon grafiit – faasis vedel R, T- diagrammil on positiivne kalle, mis muutub negatiivseks, kui see läheneb kolmepunktilisele grafiidile - teemandile - vedelikule, mis on seotud süsinikuaatomite ainulaadsete omadustega, et luua süsiniku molekulid, mis koosnevad erinevast arvust aatomitest (kahest seitsmeni) . Teemant-vedeliku tasakaalujoone kallet peeti paljude aastate jooksul negatiivseks, kuna puudusid otsesed katsed väga kõrgete temperatuuride (>4000-5000 K) ja rõhkude (>10-20 GPa) piirkonnas. Jaapani teadlaste poolt läbiviidud otsekatsed ja saadud katseandmete töötlemine, võttes arvesse teemandi anomaalset kõrge temperatuuri soojusmahtuvust, näitasid, et teemant-vedeliku tasakaalujoone kalle on positiivne, st teemant on oma vedelikust raskem. (sulamis sees vajub ega hõlju nagu jää vees) .

Ultradisperssed teemandid (nanodiamonds)

1980. aastatel avastati NSV Liidus, et süsinikku sisaldavate materjalide dünaamilise koormuse tingimustes võivad tekkida teemantilaadsed struktuurid, mida nimetatakse ülipeenteks teemantideks (UDD). Praegu kasutatakse üha enam terminit "nanodiamonds". Selliste materjalide osakeste suurus on mõni nanomeeter. UDD moodustumise tingimusi saab realiseerida olulise negatiivse hapnikubilansiga lõhkeainete, näiteks TNT ja heksogeeni segude, lõhkemisel. Sellised tingimused võivad realiseeruda ka taevakehade löömisel Maa pinnale süsinikku sisaldavate materjalide (orgaaniline aine, turvas, kivisüsi jne) juuresolekul. Nii avastati Tunguska meteoriidi langemistsoonis metsaalusest UDA-d.

Karbiin

Molekulide ahelstruktuuriga kuusnurkse süsteemi süsiniku kristalset modifikatsiooni nimetatakse karbiiniks. Kettidel on kas polüeenstruktuur (−C≡C−) või polükumuleenstruktuur (=C=C=). Tuntakse mitmeid karbiini vorme, mis erinevad ühikurakus olevate aatomite arvu, rakkude suuruse ja tiheduse (2,68–3,30 g/cm³) poolest. Karbüün esineb looduses mineraalse kaoiidi kujul (valged veenid ja lisandid grafiidis) ja saadakse kunstlikult atsetüleeni oksüdatiivse dehüdropolükondensatsiooni teel, laserkiirguse toimel grafiidile, süsivesinikest või CCl 4-st madala temperatuuriga plasmas.

Carbyne on peenkristalliline must pulber (tihedus 1,9–2 g/cm³) ja sellel on pooljuhtomadused. Saadakse tehistingimustes üksteisega paralleelselt asetatud pikkadest süsinikuaatomite ahelatest.

Carbyne on süsiniku lineaarne polümeer. Karbüüni molekulis on süsinikuaatomid ühendatud ahelatena vaheldumisi kas kolmik- ja üksiksidemetega (polüeeni struktuur) või püsivalt kaksiksidemetega (polükumuleenstruktuur). Selle aine said esmakordselt Nõukogude keemikud V. V. Koršak, A. M. Sladkov, V. I. Kasatotškin ja Ju. P. Kudrjavtsev 1960. aastate alguses NSVL Teaduste Akadeemias. Carbyne'il on pooljuhtivad omadused ja selle juhtivus suureneb valguse käes oluliselt. Esimene praktiline rakendus põhineb sellel omadusel - fotogalvaanilistes elementides.

Fullereenid ja süsiniknanotorud

Süsinik on tuntud ka klastriosakeste C 60, C 70, C 80, C 90, C 100 jms kujul (fullereenid), samuti grafeenid, nanotorud ja komplekssed struktuurid – astraleenid.

Amorfne süsinik (struktuur)

Amorfse süsiniku struktuur põhineb ühekristallilise (alati lisandeid sisaldava) grafiidi korrastamatul struktuuril. Need on koks, pruun- ja kivisüsi, tahm, tahm, aktiivsüsi.

Grafeen

Grafeen on süsiniku kahemõõtmeline allotroopne modifikatsioon, mille moodustab ühe aatomi paksune süsinikuaatomite kiht, mis on ühendatud sp² sidemete kaudu kuusnurkseks kahemõõtmeliseks kristallvõreks.

Looduses olemine

Hinnanguliselt koosneb Maa tervikuna 730 ppm süsinikust, millest 2000 ppm tuumas ja 120 ppm vahevöös ja maakoores. Kuna Maa mass on 5,972⋅10 24 kg, tähendab see 4360 miljoni gigatonni süsiniku olemasolu.

Enamikul süsinikuühenditel ja ennekõike süsivesinikel on selgelt väljendunud kovalentsete ühendite iseloom. C-aatomite omavaheliste lihtsate, kaksik- ja kolmiksidemete tugevus, võime moodustada C-aatomitest stabiilseid ahelaid ja tsükleid määravad tohutu hulga orgaanilises keemias uuritud süsinikku sisaldavate ühendite olemasolu. Looduses leidub šungiiti, mis sisaldab nii tahket süsinikku (≈25%) kui ka märkimisväärses koguses ränioksiidi (≈35%). Keemilised omadused Tavatemperatuuril on süsinik keemiliselt inertne, piisavalt kõrgel temperatuuril ühineb see paljude elementidega ja avaldab tugevaid redutseerivaid omadusi. Erinevate süsinikuvormide keemiline aktiivsus väheneb järgmises järjekorras: amorfne süsinik, grafiit, teemant, õhus süttivad nad temperatuuridel vastavalt üle 300-501 °C, 600-700 °C ja 800-1000 °C. Oksüdatsiooniaste on vahemikus –4 kuni +4. Elektronide afiinsus 1,27 eV; Ionisatsioonienergia järjestikusel üleminekul C 0-lt C 4+ on vastavalt 11,2604, 24,383, 47,871 ja 64,19 eV. Anorgaanilised ühendid Süsinik reageerib paljude elementidega. Mittemetallidega ühenditel on oma nimed - metaan, tetrafluorometaan. Süsiniku põlemissaadused on CO ja CO 2 (vastavalt süsinikoksiid ja süsinikdioksiid). Tuntud on ka ebastabiilne suboksiidsüsinik C 3 O 2 (sulamistemperatuur –111 °C, keemistemperatuur 7 °C) ja mõned teised oksiidid (näiteks C 12 O 9, C 5 O 2, C 12 O 12). Grafiit ja amorfne süsinik hakkavad reageerima vesinikuga temperatuuril 1200 °C, fluoriga 900 °C juures. Grafiit halogeenide, leelismetallide ja muude ainetega moodustab inklusioonühendeid. Kui lämmastikuatmosfääris juhitakse süsinikelektroodide vahel elektrilahendus, moodustub tsüanogeen. Kõrgetel temperatuuridel tekib süsiniku vastasmõju H 2 ja N 2 seguga

Artikli sisu

SÜSI, C (carboneum), elementide perioodilisuse tabeli IVA rühma (C, Si, Ge, Sn, Pb) kuuluv mittemetalliline keemiline element. Looduses leidub seda teemantkristallide (joonis 1), grafiidi või fullereeni ja muude vormidena ning on osa orgaanilistest (kivisüsi, õli, loomsed ja taimsed organismid jne) ja anorgaanilistest ainetest (lubjakivi, söögisooda, jne.).

Süsinik on laialt levinud, kuid selle sisaldus maakoores on vaid 0,19%.

Süsinikku kasutatakse laialdaselt lihtsate ainete kujul. Lisaks vääristeemantidele, millest ehteid tehakse, on lihvimis- ja lõikeriistade valmistamisel suur tähtsus tööstuslikel teemantidel.

Süsi ja muid süsiniku amorfseid vorme kasutatakse värvide eemaldamiseks, puhastamiseks, gaasi adsorptsiooniks ja tehnoloogiavaldkondades, kus on vaja arenenud pinnaga adsorbente. Karbiide, süsinikuühendeid metallidega, aga ka boori ja räniga (näiteks Al 4 C 3, SiC, B 4 C) iseloomustab kõrge kõvadus ja neid kasutatakse abrasiivsete ja lõikeriistade valmistamiseks. Süsinik on terase ja sulamite osa elementaarses olekus ja karbiidide kujul. Terasvalandite pinna küllastumine süsinikuga kõrgel temperatuuril (tsementeerimine) suurendab oluliselt pinna kõvadust ja kulumiskindlust. Vaata ka SULMID.

Looduses on palju erinevaid grafiidi vorme; mõned on saadud kunstlikult; On amorfseid vorme (näiteks koks ja süsi). Süsivesinike põletamisel hapniku puudumisel tekivad tahm, luusüsi, lambimust ja atsetüleenmust. nn valge süsinik saadakse pürolüütilise grafiidi alandatud rõhu all sublimeerimisel – need on pisikesed läbipaistvad teravate servadega grafiidilehtede kristallid.

Ajalooline viide.

Grafiit, teemant ja amorfne süsinik on tuntud juba antiikajast. Juba ammu on teada, et grafiiti saab kasutada ka teiste materjalide märgistamiseks ning nimetuse “grafiit” ise, mis tuleneb kreekakeelsest sõnast “kirjutama”, pakkus välja A. Werner aastal 1789. Grafiidi ajalugu aga on keeruline; sageli peeti sellega ekslikult sarnaste väliste füüsikaliste omadustega aineid, nagu molübdeniit (molübdeensulfiid), mida kunagi peeti grafiidiks. Muud grafiidi nimetused hõlmavad "must plii", "raudkarbiid" ja "hõbe plii". 1779. aastal tegi K. Scheele kindlaks, et grafiiti saab õhuga oksüdeerida, moodustades süsihappegaasi.

Teemante kasutati esmakordselt Indias ja Brasiilias said kalliskivid kaubanduslikult oluliseks 1725. aastal; maardlad Lõuna-Aafrikas avastati 1867. 20. sajandil. Peamised teemantide tootjad on Lõuna-Aafrika Vabariik, Zaire, Botswana, Namiibia, Angola, Sierra Leone, Tansaania ja Venemaa. Tööstuslikel eesmärkidel toodetakse keemilisi teemante, mille tehnoloogia loodi 1970. aastal.

Allotroopia.

Kui aine struktuuriüksused (monoaatomiliste elementide aatomid või polüaatomiliste elementide ja ühendite molekulid) on võimelised ühinema üksteisega rohkem kui ühes kristallilises vormis, nimetatakse seda nähtust allotroopiaks. Süsinikul on kolm allotroopset modifikatsiooni: teemant, grafiit ja fullereen. Teemandis on igal süsinikuaatomil neli tetraeedriliselt paigutatud naabrit, mis moodustavad kuubikujulise struktuuri (joonis 1, A). Selline struktuur vastab sideme maksimaalsele kovalentsusele ja iga süsinikuaatomi kõik 4 elektroni moodustavad ülitugevaid C–C sidemeid, s.t. Struktuuris pole juhtivuselektrone. Seetõttu iseloomustab teemanti juhtivuse puudumine, madal soojusjuhtivus ja kõrge kõvadus; see on kõige kõvem teadaolev aine (joonis 2). C-C sideme (sideme pikkus 1,54 Å, seega kovalentne raadius 1,54/2 = 0,77 Å) purustamine tetraeedrilises struktuuris nõuab palju energiat, seega iseloomustab teemanti koos erakordse kõvadusega kõrge sulamistemperatuur (3550 °). C).

Teine süsiniku allotroopne vorm on grafiit, millel on teemandist väga erinevad omadused. Grafiit on kergelt kooruvatest kristallidest valmistatud pehme must aine, mida iseloomustab hea elektrijuhtivus (elektritakistus 0,0014 Ohm cm). Seetõttu kasutatakse grafiiti kaarlampides ja ahjudes (joonis 3), milles on vaja tekitada kõrgeid temperatuure. Kõrge puhtusastmega grafiiti kasutatakse tuumareaktorites neutronite moderaatorina. Selle sulamistemperatuur kõrgendatud rõhul on 3527° C. Normaalrõhul grafiit sublimeerub (muutub tahkest ainest gaasiliseks) 3780° C juures.

Grafiidi struktuur (joon. 1, b) on sulatatud kuusnurksete rõngaste süsteem sideme pikkusega 1,42 Å (palju lühem kui teemandil), kuid igal süsinikuaatomil on kolm (mitte neli, nagu teemandis) kovalentset sidet kolme naabriga ja neljas side ( 3,4 Å) on kovalentse sideme jaoks liiga pikk ja seob paralleelsed grafiidikihid üksteisega nõrgalt. See on neljas süsiniku elektron, mis määrab grafiidi soojus- ja elektrijuhtivuse – see pikem ja vähem tugev side moodustab grafiidi väiksema kompaktsuse, mis kajastub selle väiksemas kõvaduses võrreldes teemandiga (grafiidi tihedus 2,26 g/cm 3, teemant - 3,51 g/cm3). Samal põhjusel on grafiit katsudes libe ja eraldab kergesti aine helbed, mistõttu seda kasutatakse määrdeainete ja pliiatsijuhtmete valmistamiseks. Plii pliitaoline läige on peamiselt tingitud grafiidi olemasolust.

Süsinikkiududel on suur tugevus ja neid saab kasutada viskoosse või muu suure süsinikusisaldusega lõnga valmistamiseks.

Kõrgel rõhul ja temperatuuril katalüsaatori, näiteks raua, juuresolekul võib grafiit muutuda teemandiks. Seda protsessi rakendatakse kunstlike teemantide tööstuslikuks tootmiseks. Katalüsaatori pinnal kasvavad teemantkristallid. Grafiidi ja teemandi tasakaal eksisteerib 15 000 atm ja 300 K või 4000 atm ja 1500 K juures. Kunstlikke teemante võib saada ka süsivesinikest.

Süsiniku amorfsed vormid, mis ei moodusta kristalle, hõlmavad puusüsi, mis saadakse puidu kuumutamisel ilma juurdepääsuta õhule, lambile ja gaasitahmale, mis tekib süsivesinike põlemisel madalal temperatuuril õhupuudusega ja kondenseerudes külmale pinnale, luusüsi - lisamine kaltsiumfosfaadile luude hävitamise protsessis, samuti kivisüsi (looduslik lisanditega aine) ja koks, kuiv jääk, mis saadakse kütuste koksimisel söe või naftajääkide (bituumensöe) kuivdestilleerimise meetodil , st. küte ilma õhu juurdepääsuta. Koksi kasutatakse malmi sulatamiseks ning musta ja värvilise metalli metallurgias. Koksimisel tekivad ka gaasilised saadused - koksiahjugaas (H 2, CH 4, CO jne) ja keemiatooted, mis on tooraineks bensiini, värvide, väetiste, ravimite, plastide jms tootmiseks. Koksi tootmise peamise seadme - koksiahju - diagramm on näidatud joonisel fig. 3.

Erinevat tüüpi söel ja tahmal on arenenud pind ja seetõttu kasutatakse neid adsorbentidena gaasi ja vedelike puhastamisel ning ka katalüsaatoritena. Erinevate süsiniku vormide saamiseks kasutatakse keemilise tehnoloogia spetsiaalseid meetodeid. Tehisgrafiiti toodetakse antratsiidi või naftakoksi kaltsineerimisel süsinikelektroodide vahel temperatuuril 2260 °C (Achesoni protsess) ning seda kasutatakse määrdeainete ja elektroodide tootmisel, eelkõige metallide elektrolüütiliseks tootmiseks.

Süsinikuaatomi struktuur.

Kõige stabiilsema süsiniku isotoobi, massiga 12 (98,9% arvukus) tuumas on 6 prootonit ja 6 neutronit (12 nukleoni), mis on paigutatud kolmeks kvartettiks, millest igaüks sisaldab 2 prootonit ja kaks neutronit, sarnaselt heeliumi tuumaga. Teine stabiilne süsiniku isotoop on 13 C (umbes 1,1%) ja looduses leidub mikrokogustes ebastabiilset isotoopi 14 C, mille poolestusaeg on 5730 aastat. b- kiirgus. Kõik kolm isotoopi osalevad elusaine normaalses süsinikuringes CO 2 kujul. Pärast elusorganismi surma peatub süsiniku tarbimine ja C-d sisaldavaid esemeid saab dateerida 14 C radioaktiivsuse taseme mõõtmise teel. b-14 CO 2 kiirgus on võrdeline surmast möödunud ajaga. 1960. aastal pälvis W. Libby radioaktiivse süsiniku uurimise eest Nobeli preemia.

Põhiolekus moodustavad 6 süsiniku elektroni elektronkonfiguratsiooni 1 s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0 . Neli teise taseme elektroni on valents, mis vastab süsiniku positsioonile perioodilisuse tabeli rühmas IVA ( cm. ELEMENTIDE PERIOODILINE SÜSTEEM). Kuna gaasifaasis oleva elektroni eemaldamiseks aatomilt on vaja suurt energiat (ca 1070 kJ/mol), siis süsinik ei moodusta ioonseid sidemeid teiste elementidega, kuna see eeldaks elektroni eemaldamist positiivse iooni moodustamiseks. Kuna süsiniku elektronegatiivsus on 2,5, ei avalda see tugevat elektronide afiinsust ja seega ei ole see aktiivne elektronide aktseptor. Seetõttu ei ole kalduvus moodustada negatiivse laenguga osakest. Kuid mõned süsinikuühendid, näiteks karbiidid, on osaliselt ioonse sidemega. Ühendites on süsiniku oksüdatsiooniaste 4. Selleks, et neli elektroni saaksid sidemete moodustumisel osaleda, on vaja siduda 2. s-elektronid ja ühe nende elektronide hüpe 2 võrra p z-orbitaal; sel juhul moodustub 4 tetraeedrilist sidet, mille vaheline nurk on 109°. Ühendites eemaldatakse süsiniku valentselektronid sellest vaid osaliselt, nii et süsinik moodustab jagatud elektronipaari abil tugevad kovalentsed sidemed naabruses asuvate C-C aatomite vahel. Sellise sideme purunemisenergia on 335 kJ/mol, samas kui Si–Si sideme puhul on see vaid 210 kJ/mol, seega on pikad –Si–Si– ahelad ebastabiilsed. Sideme kovalentne olemus säilib isegi väga reaktiivsete halogeenide ühendites süsiniku, CF 4 ja CCl 4-ga. Süsinikuaatomid on võimelised loovutama rohkem kui ühe elektroni igast süsinikuaatomist, et moodustada side; Nii tekivad C=C topeltsidemed ja CєC kolmiksidemed. Ka teised elemendid moodustavad oma aatomite vahel sidemeid, kuid ainult süsinik on võimeline moodustama pikki ahelaid. Seetõttu on süsiniku jaoks teada tuhandeid ühendeid, mida nimetatakse süsivesinikeks, milles süsinik on seotud vesiniku ja teiste süsinikuaatomitega, moodustades pikki ahelaid või tsüklistruktuure. cm. ORGAANILINE KEEMIA.

Nendes ühendites on võimalik vesinikku asendada teiste aatomitega, kõige sagedamini hapniku, lämmastiku ja halogeenidega, moodustades mitmesuguseid orgaanilisi ühendeid. Nende hulgas on olulised fluorosüsivesinikud – süsivesinikud, milles vesinik on asendatud fluoriga. Sellised ühendid on äärmiselt inertsed ning neid kasutatakse plastide ja määrdeainetena (fluorosüsivesinikud, st süsivesinikud, milles kõik vesinikuaatomid on asendatud fluori aatomitega) ja madala temperatuuriga külmutusagensitena (klorofluorosüsivesinikud või freoonid).

1980. aastatel avastasid USA füüsikud väga huvitavaid süsinikuühendeid, milles süsinikuaatomid on ühendatud 5- või 6-goniliseks, moodustades jalgpallipalli täiusliku sümmeetriaga õõnsa palli kujulise C 60 molekuli. Kuna see disain on Ameerika arhitekti ja inseneri Buckminster Fulleri leiutatud "geodeetilise kupli" aluseks, nimetati uut ühendite klassi "buckminsterfullereenid" või "fullereenid" (ja ka lühidalt "phasyballs" või "buckyballs"). Fullereenid - puhta süsiniku (välja arvatud teemant ja grafiit) kolmas modifikatsioon, mis koosneb 60 või 70 (või isegi enamast) aatomist - saadi laserkiirguse toimel väikseimatele süsinikuosakestele. Keerulisema kujuga fullereenid koosnevad mitmesajast süsinikuaatomist. C-molekuli läbimõõt on 60 ~ 1 nm. Sellise molekuli keskel on piisavalt ruumi, et mahutada suur uraani aatom.

Standardne aatommass.

1961. aastal võttis Rahvusvaheline Puhta ja Rakenduskeemia Liit (IUPAC) ja Füüsika kasutusele süsiniku isotoobi 12 C massi aatommassi ühikuna, kaotades varem eksisteerinud aatommasside hapnikuskaala. Süsiniku aatommass selles süsteemis on 12,011, kuna see on kolme looduslikult esineva süsiniku isotoobi keskmine, arvestades nende arvukust looduses. cm. ATOMIMASS.

Süsiniku ja mõnede selle ühendite keemilised omadused.

Mõned süsiniku füüsikalised ja keemilised omadused on toodud artiklis KEEMILISED ELEMENDID. Süsiniku reaktsioonivõime sõltub selle modifikatsioonist, temperatuurist ja dispersioonist. Madalatel temperatuuridel on kõik süsiniku vormid üsna inertsed, kuid kuumutamisel oksüdeeritakse neid õhuhapniku toimel, moodustades oksiide:

Liigne hapnikusisaldus peeneks hajutatud süsinik võib kuumutamisel või sädeme mõjul plahvatada. Lisaks otsesele oksüdatsioonile on oksiidide tootmiseks kaasaegsemaid meetodeid.

Süsinik suboksiid

C 3 O 2 tekib maloonhappe dehüdratsioonil P 4 O 10 kohal:

C 3 O 2 on ebameeldiva lõhnaga ja kergesti hüdrolüüsitav, moodustades taas maloonhappe.

Süsinik(II)monooksiid CO tekib süsiniku mis tahes modifikatsiooni oksüdeerimisel hapnikupuuduse tingimustes. Reaktsioon on eksotermiline, vabaneb 111,6 kJ/mol. Koks reageerib veega valge kuumuse temperatuuril: C + H 2 O = CO + H 2 ; Saadud gaasisegu nimetatakse veegaasiks ja see on gaaskütus. CO tekib ka naftasaaduste mittetäielikul põlemisel; seda leidub märgatavates kogustes autode heitgaasides; seda saadakse sipelghappe termilisel dissotsiatsioonil:

Süsiniku oksüdatsiooniaste CO-s on +2 ja kuna süsinik on oksüdatsiooniastmes +4 stabiilsem, oksüdeerub CO hapniku toimel kergesti CO 2-ks: CO + O 2 → CO 2, on see reaktsioon väga eksotermiline (283 kJ /mol). CO-d kasutatakse tööstuses segus H2 ja teiste tuleohtlike gaasidega kütuse või gaasilise redutseerijana. Temperatuurini 500 °C kuumutamisel moodustab CO märgatavalt C ja CO 2, kuid 1000 °C juures saavutatakse tasakaal CO 2 madalate kontsentratsioonide juures. CO reageerib klooriga, moodustades fosgeeni - COCl 2, reaktsioonid teiste halogeenidega kulgevad sarnaselt, reaktsioonis väävelkarbonüülsulfiidiga saadakse COS, metallidega (M) moodustab CO erineva koostisega karbonüüle M(CO) x, mis on keerulised ühendid. Raudkarbonüül moodustub vere hemoglobiini reageerimisel CO-ga, mis takistab hemoglobiini reaktsiooni hapnikuga, kuna raudkarbonüül on tugevam ühend. Selle tulemusena blokeeritakse hemoglobiini funktsioon hapniku kandjana rakkudesse, mis seejärel surevad (ja see mõjutab peamiselt ajurakke). (Sellest ka CO teine ​​nimi – “süsinikmonooksiid”). Juba 1% (mahu) CO-d õhus on inimestele ohtlikud, kui nad viibivad sellises atmosfääris kauem kui 10 minutit. Mõned CO füüsikalised omadused on toodud tabelis.

Süsinikdioksiid või süsinikmonooksiid (IV) CO 2 tekib elementaarse süsiniku põlemisel liigses hapnikus koos soojuse eraldumisega (395 kJ/mol). CO 2 (triviaalne nimetus on "süsinikdioksiid") tekib ka CO, naftasaaduste, bensiini, õlide ja muude orgaaniliste ühendite täielikul oksüdatsioonil. Kui karbonaadid lahustatakse vees, eraldub hüdrolüüsi tulemusena ka CO 2:

Seda reaktsiooni kasutatakse sageli laboripraktikas CO 2 tootmiseks. Seda gaasi võib saada ka metallvesinikkarbonaatide kaltsineerimisel:

ülekuumendatud auru ja COga gaasifaasi interaktsiooni ajal:

süsivesinike ja nende hapniku derivaatide põletamisel, näiteks:

Samamoodi oksüdeeritakse elusorganismis toiduained, eraldades soojust ja muud tüüpi energiat. Sel juhul toimub oksüdeerumine kergetes tingimustes läbi vaheetappide, kuid lõpp-produktid on samad - CO 2 ja H 2 O, nagu näiteks suhkrute lagunemisel ensüümide toimel, eriti suhkru kääritamisel. glükoos:

Süsinikdioksiidi ja metallioksiidide suuremahuline tootmine toimub tööstuses karbonaatide termilise lagundamise teel:

CaO kasutatakse suurtes kogustes tsemendi tootmistehnoloogias. Karbonaatide termiline stabiilsus ja soojuskulu nende lagunemiseks vastavalt sellele skeemile suurenevad seerias CaCO 3 ( Vaata ka TULEKAHJU ENNETAMINE JA TULEKAITSE).

Süsinikoksiidide elektrooniline struktuur.

Mis tahes süsinikmonooksiidi elektroonilist struktuuri saab kirjeldada kolme võrdselt tõenäolise skeemi abil, millel on erinevad elektronpaaride paigutused - kolm resonantsvormi:

Kõik süsinikoksiidid on lineaarse struktuuriga.

Süsinikhape.

Kui CO 2 reageerib veega, tekib süsihape H 2 CO 3. Küllastunud CO 2 lahuses (0,034 mol/l) moodustab ainult osa molekulidest H 2 CO 3 ja suurem osa CO 2 -st on hüdraatunud olekus CO 2 CHH 2 O.

Karbonaadid.

Karbonaadid tekivad metallioksiidide interaktsioonil CO 2-ga, näiteks Na 2 O + CO 2 Na 2 CO 3.

Kui leelismetalli karbonaadid välja arvata, on ülejäänud vees praktiliselt lahustumatud ja kaltsiumkarbonaat lahustub osaliselt süsihappes või rõhu all olevas vees olevas CO 2 lahuses:

Need protsessid toimuvad läbi lubjakivikihi voolavas põhjavees. Madala rõhu ja aurustumise tingimustes sadestub Ca(HCO 3) 2 sisaldavast põhjaveest CaCO 3. Nii kasvavad koobastes stalaktiidid ja stalagmiidid. Nende huvitavate geoloogiliste moodustiste värvust seletatakse lisandite olemasoluga raua-, vase-, mangaani- ja kroomiioonide vetes. Süsinikdioksiid reageerib metallhüdroksiidide ja nende lahustega, moodustades vesinikkarbonaate, näiteks:

CS 2 + 2Cl 2 ® CCl 4 + 2S

CCl 4 tetrakloriid on mittesüttiv aine, mida kasutatakse keemilise puhastuse protsessides lahustina, kuid seda ei soovitata kasutada leegi summutajana, kuna kõrgel temperatuuril tekib mürgine fosgeen (gaasiline mürgine aine). CCl 4 ise on samuti mürgine ja märgatavas koguses sissehingamisel võib põhjustada maksamürgitust. CCl4 moodustub samuti fotokeemilises reaktsioonis metaani CH4 ja Cl2 vahel; sel juhul on võimalik metaani mittetäieliku kloorimise produktide - CHCl 3, CH 2 Cl 2 ja CH 3 Cl - moodustumine. Reaktsioonid toimuvad sarnaselt teiste halogeenidega.

Grafiidi reaktsioonid.

Grafiit kui süsiniku modifikatsioon, mida iseloomustavad suured vahemaad kuusnurksete rõngaste kihtide vahel, astub ebatavalistesse reaktsioonidesse, näiteks leelismetallid, halogeenid ja mõned soolad (FeCl 3) tungivad kihtide vahele, moodustades ühendeid nagu KC 8, KC 16 (nimetatakse interstitsiaalseks, inklusiooniks või klatraatideks). Tugevad oksüdeerivad ained nagu KClO 3 happelises keskkonnas (väävel- või lämmastikhape) moodustavad aineid, mille kristallvõre maht on suur (kihtide vahel kuni 6 Å), mis on seletatav hapnikuaatomite sissetoomise ja ühendite moodustumisega. mille pinnale tekivad oksüdatsiooni tulemusena karboksüülrühmad (–COOH) ) – ühendid nagu oksüdeeritud grafiit või melliit (benseenheksakarboksüül)hape C 6 (COOH) 6. Nendes ühendites võib C:O suhe varieeruda vahemikus 6:1 kuni 6:2,5.

Karbiidid.

Süsinik moodustab metallide, boori ja räniga erinevaid ühendeid, mida nimetatakse karbiidideks. Kõige aktiivsemad metallid (IA–IIIA alarühmad) moodustavad soolataolisi karbiide, näiteks Na 2 C 2, CaC 2, Mg 4 C 3, Al 4 C 3. Tööstuses saadakse kaltsiumkarbiidi koksist ja lubjakivist järgmiste reaktsioonide abil:

Karbiidid on elektrit mittejuhtivad, peaaegu värvitud, hüdrolüüsivad, moodustades näiteks süsivesinikke

CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2

Reaktsiooni käigus moodustunud atsetüleen C 2 H 2 on lähteaineks paljude orgaaniliste ainete tootmisel. See protsess on huvitav, kuna see kujutab endast üleminekut anorgaanilise iseloomuga toorainetelt orgaaniliste ühendite sünteesile. Karbiide, mis hüdrolüüsil atsetüleeni moodustavad, nimetatakse atsetüleniidideks. Räni- ja boorkarbiidides (SiC ja B 4 C) on aatomitevaheline side kovalentne. Siirdemetallid (B-alarühmade elemendid) moodustavad süsinikuga kuumutamisel ka metallipinna pragudes muutuva koostisega karbiide; side nendes on metallile lähedane. Mõned seda tüüpi karbiidid, näiteks WC, W 2 C, TiC ja SiC, eristuvad kõrge kõvaduse ja tulekindluse poolest ning neil on hea elektrijuhtivus. Näiteks NbC, TaC ja HfC on kõige tulekindlamad ained (mp = 4000–4200° C), dinioobiumkarbiid Nb 2 C on ülijuht 9,18 K juures, TiC ja W 2 C on kõvaduse poolest teemandile lähedased ning kõvadus B 4 C (teemanti struktuurne analoog) on ​​9,5 Mohsi skaalal ( cm. riis. 2). Inertsed karbiidid tekivad, kui siirdemetalli raadius

Süsiniku lämmastiku derivaadid.

Sellesse rühma kuulub karbamiid NH 2 CONH 2 - lämmastikväetis, mida kasutatakse lahuse kujul. Karbamiid saadakse NH3-st ja CO2-st rõhu all kuumutamisel:

Tsüaanil (CN) 2 on palju halogeenidele sarnaseid omadusi ja seda nimetatakse sageli pseudohalogeeniks. Tsüaniid saadakse tsüaniidiooni nõrgal oksüdeerimisel hapniku, vesinikperoksiidi või Cu 2+ iooniga: 2CN – ® (CN) 2 + 2e.

Tsüaniidiioon, olles elektronidoonor, moodustab siirdemetalliioonidega kergesti keerulisi ühendeid. Nagu CO, on ka tsüaniidiioon mürk, mis seob elusorganismis elutähtsaid rauaühendeid. Tsüaniidi kompleksioonide üldvalem on –0,5 x, Kus X– metalli (kompleksimoodustaja) koordinatsiooniarv, mis on empiiriliselt võrdne metalliiooni kahekordse oksüdatsiooniastmega. Selliste kompleksioonide näideteks on (mõnede ioonide struktuur on toodud allpool) tetratsüanonikelaadi (II) ioon 2–, heksatsüanoferraat (III) 3–, ditsüanoargentaat –:

Karbonüülid.

Süsinikoksiid on võimeline reageerima otse paljude metallide või metalliioonidega, moodustades kompleksseid ühendeid, mida nimetatakse karbonüülideks, näiteks Ni(CO) 4, Fe(CO) 5, Fe 2 (CO) 9, 3, Mo(CO) 6, 2 . Nende ühendite sidumine on sarnane ülalkirjeldatud tsüanokomplekside sidemega. Ni(CO)4 on lenduv aine, mida kasutatakse nikli eraldamiseks teistest metallidest. Malmi ja terase struktuuri halvenemine konstruktsioonides on sageli seotud karbonüülide tekkega. Vesinik võib olla osa karbonüülidest, moodustades karbonüülhüdriide, nagu H 2 Fe (CO) 4 ja HCo (CO) 4, millel on happelised omadused ja mis reageerivad leelisega:

H 2 Fe(CO) 4 + NaOH → NaHFe(CO) 4 + H 2 O

Tuntud on ka karbonüülhalogeniidid, näiteks Fe(CO)X2, Fe(CO)2X2, Co(CO)I2, Pt(CO)Cl2, kus X on mis tahes halogeen.

Süsivesinikud.

Tuntakse tohutul hulgal süsinik-vesiniku ühendeid

Orgaaniline keemia on süsinikuaatomi keemia. Orgaaniliste ühendite arv on kümneid kordi suurem kui anorgaanilistel, mida saab ainult seletada süsinikuaatomi omadused :

a) ta on sees elektronegatiivsuse skaala keskel ja teine ​​periood, seetõttu on tal kahjumlik ära anda omasid ja võtta vastu võõraid elektrone ning omandada positiivne või negatiivne laeng;

b) elektronkihi eriline struktuur – puuduvad elektronpaarid ja vabad orbitaalid (on veel vaid üks sarnase ehitusega aatom - vesinik, ilmselt seetõttu moodustavad süsinik ja vesinik nii palju ühendeid - süsivesinikke).

Süsinikuaatomi elektrooniline struktuur

C – 1s 2 2s 2 2p 2 või 1s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0

Graafilisel kujul:

Ergastatud olekus süsinikuaatomil on järgmine elektrooniline valem:

*C – 1s 2 2s 1 2p 3 või 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1

Rakkude kujul:

S- ja p-orbitaalide kuju

Aatomiorbitaal - ruumi piirkond, kus elektron kõige tõenäolisemalt leitakse, koos vastavate kvantarvudega.

See on kolmemõõtmeline elektronide "kontuurkaart", milles lainefunktsioon määrab elektroni leidmise suhtelise tõenäosuse selles konkreetses orbitaali punktis.

Aatomiorbitaalide suhteline suurus suureneb, kui nende energia suureneb ( peamine kvantarv- n) ning nende kuju ja orientatsiooni ruumis määravad kvantarvud l ja m. Orbitaalidel olevaid elektrone iseloomustab spinn-kvantarv. Iga orbitaal ei tohi sisaldada rohkem kui 2 vastupidiste spinnidega elektroni.

Sidemete moodustamisel teiste aatomitega muudab süsinikuaatom oma elektronkihi nii, et tekivad tugevaimad sidemed ja sellest tulenevalt vabaneb võimalikult palju energiat ning süsteem omandab suurima stabiilsuse.

Aatomi elektronkihi muutmine nõuab energiat, mis seejärel kompenseeritakse tugevamate sidemete tekkega.

Elektronkesta muundumine (hübridisatsioon) võib olla peamiselt 3 tüüpi, olenevalt aatomite arvust, millega süsinikuaatom sidemeid moodustab.

Hübridisatsiooni tüübid:

sp 3 – aatom moodustab sidemed 4 naaberaatomiga (tetraeedriline hübridisatsioon):

Sp 3 elektrooniline valem – hübriidne süsinikuaatom:

*С –1s 2 2(sp 3) 4 rakkude kujul

Hübriidorbitaalide vaheline sidenurk on ~109°.

Süsinikuaatomi stereokeemiline valem:

sp 2 – hübridiseerumine (valentsseisund)– aatom moodustab sidemed 3 naaberaatomiga (trigonaalne hübridisatsioon):

Sp 2 elektrooniline valem – hübriidne süsinikuaatom:

*С –1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 rakkude kujul

Hübriidorbitaalide vaheline sidenurk on ~120°.

Sp 2 - hübriidse süsinikuaatomi stereokeemiline valem:

sp– Hübridiseerumine (valentsseisund) – aatom moodustab sidemed 2 naaberaatomiga (lineaarne hübridisatsioon):

Sp elektrooniline valem – hübriidsüsinikuaatom:

*С –1s 2 2(sp) 2 2p 2 rakkude kujul

Hübriidorbitaalide vaheline sidenurk on ~180°.

Stereokeemiline valem:

S-orbitaal osaleb igat tüüpi hübridisatsioonis, sest sellel on minimaalselt energiat.

Elektronipilve ümberstruktureerimine võimaldab tekkivas molekulis võimalikult tugevate sidemete moodustumist ja minimaalset aatomite vastastikmõju. Kus hübriidorbitaalid ei pruugi olla identsed, kuid sidemete nurgad võivad olla erinevad, näiteks CH2Cl2 ja CCl4

2. Kovalentsed sidemed süsinikuühendites

Kovalentsed sidemed, omadused, moodustumise meetodid ja põhjused - kooli õppekava.

Lubage mul teile lihtsalt meelde tuletada:

1. Hariduskommunikatsioonid aatomite vahelisi suhteid võib pidada nende aatomiorbitaalide kattuvuse tulemuseks ja mida efektiivsem see on (mida suurem on kattuvuse integraal), seda tugevam on side.

Arvutatud andmetel suurenevad aatomiorbitaalide suhtelised kattuvuse efektiivsused S rel järgmiselt:

Seetõttu annab hübriidorbitaalide, näiteks sp 3 süsiniku orbitaalide kasutamine sidemete moodustamiseks nelja vesinikuaatomiga tugevamad sidemed.

2. Kovalentsed sidemed süsinikuühendites tekivad kahel viisil:

A)Kui kaks aatomiorbitaali kattuvad piki nende põhitelge, nimetatakse tekkivat sidet - σ side.

Geomeetria. Seega, kui metaanis moodustuvad sidemed vesinikuaatomitega, kattuvad süsinikuaatomi neli hübriidset sp 3 ~ orbitaali nelja vesinikuaatomi s-orbitaaliga, moodustades neli identset tugevat σ sidet, mis asuvad igaühe suhtes 109°28" nurga all. muu (standardne tetraeedrinurk) Sarnane rangelt sümmeetriline tetraeedriline struktuur tekib ka näiteks CCl 4 moodustumisel, kui süsinikuga sidemeid moodustavad aatomid on ebavõrdsed, näiteks CH 2 C1 2 puhul, siis ruumistruktuur tekib erineb mõnevõrra täiesti sümmeetrilisest, kuigi sisuliselt jääb see tetraeedriliseks.

σ sideme pikkus süsinikuaatomite vahel sõltub aatomite hübridisatsioonist ja väheneb üleminekul sp 3 - hübridisatsioonist sp. See on seletatav asjaoluga, et s-orbitaal on tuumale lähemal kui p-orbitaal, seega, mida suurem on selle osakaal hübriidorbitaalis, seda lühem see on ja seetõttu ka lühem on tekkinud side.

B) Kui kaks aatomit lk -orbitaalid, mis asuvad üksteisega paralleelselt, teostavad külgmist kattumist aatomite paiknemise tasapinna kohal ja all, siis tekkivat sidet nimetatakse - π (pi) - suhtlemine

Külgmine kattumine aatomiorbitaalid on vähem tõhusad kui kattumine piki peatelge, seega π - ühendused on vähem tugevad kui σ - ühendused. See väljendub eelkõige selles, et süsinik-süsinik kaksiksideme energia on vähem kui kaks korda suurem üksiksideme energiast. Seega on C-C sideme energia etaanis 347 kJ/mol, samas kui C = C sideme energia etaanis on vaid 598 kJ/mol, mitte ~ 700 kJ/mol.

Kahe aatomi 2p orbitaali külgmise kattumise aste ja seega ka jõudu π -sidemed on maksimaalsed, kui on kaks süsinikuaatomit ja neli on nendega seotud aatomid paiknevad rangelt ühel tasapinnal, st kui nad koplanaarne , kuna ainult sel juhul on aatomi 2p orbitaalid üksteisega täpselt paralleelsed ja on seetõttu võimelised maksimaalselt kattuma. Kõik kõrvalekalded koplanaarsest olekust ümber pöörlemise tõttu σ -kahte süsinikuaatomit ühendav side viib kattumise astme vähenemiseni ja vastavalt tugevuse vähenemiseni π -side, mis aitab seega säilitada molekuli tasasust.

Pöörlemine süsinik-süsinik kaksiksideme ümber ei ole võimalik.

Levitamine π -elektronid molekuli tasandist kõrgemal ja allpool tähendavad olemasolu negatiivse laenguga alad, mis on valmis suhtlema kõigi elektronidefitsiitsete reaktiividega.

Ka hapniku, lämmastiku jt aatomitel on erinev valentsseisund (hübridisatsioon) ja nende elektronpaarid võivad olla nii hübriid- kui p-orbitaalil.