Kaboni ya asili. Haraka!!! mali ya kemikali ya kaboni

Carbon (lat. Carboneum) ni kipengele cha kemikali cha kikundi cha 14 cha kipindi cha 2 cha mfumo wa upimaji wa Mendeleev (kikundi cha IV katika hesabu ya zamani); nambari ya atomiki 6, misa ya atomiki 12.011.

Carbon ni kipengele maalum sana cha kemikali. Kutoka kwa kemia ya kaboni kumekua mti wenye nguvu wa kemia ya kikaboni na mchanganyiko wake changamano zaidi na anuwai kubwa ya misombo iliyosomwa. Matawi mapya ya kemia ya kikaboni yanajitokeza. Viumbe vyote vilivyo hai vinavyounda biosphere vimejengwa kutoka kwa misombo ya kaboni. Na miti, ambayo kwa muda mrefu ilikufa, mamilioni ya miaka iliyopita, iligeuka kuwa mafuta yenye kaboni - makaa ya mawe, peat, nk Hebu tuchukue penseli ya kawaida - kitu kinachojulikana kwa kila mtu. Je, haishangazi kwamba fimbo ya grafiti ya unyenyekevu inahusiana na almasi inayometa, dutu ngumu zaidi katika asili? Almasi, grafiti, carbyne ni marekebisho ya allotropiki ya kaboni (tazama Allotropy). Muundo wa grafiti (1), almasi (2), carbine (3).

Historia ya kufahamiana kwa mwanadamu na dutu hii inarudi karne nyingi. Jina la mtu aliyegundua kaboni halijulikani, na haijulikani ni aina gani ya kaboni safi - grafiti au almasi - iligunduliwa kwanza. Tu mwishoni mwa karne ya 18. Ilitambuliwa kuwa kaboni ni kipengele cha kemikali cha kujitegemea.

Maudhui ya kaboni kwenye ukoko wa dunia ni 0.023% kwa wingi. Carbon ni sehemu kuu ya ulimwengu wa mimea na wanyama. Mafuta yote ya mafuta - mafuta, gesi, peat, shale - hujengwa kwa msingi wa kaboni, makaa ya mawe ni tajiri sana katika kaboni. Sehemu kubwa ya kaboni imejilimbikizia katika madini - chokaa CaCO 3 na dolomite CaMg(CO 3) 2, ambayo ni chumvi ya madini ya alkali ya ardhini na asidi dhaifu ya kaboni H 2 CO 3.

Miongoni mwa vipengele muhimu, kaboni ni mojawapo ya muhimu zaidi: maisha kwenye sayari yetu yamejengwa kwa msingi wa kaboni. Kwa nini? Jibu la swali hili linapatikana katika "Misingi ya Kemia" na D.I. Mendeleev: "Carbon hupatikana katika asili katika hali ya bure na ya kuunganisha, katika aina na aina tofauti sana ... Uwezo wa atomi za kaboni kuunganishwa na kila moja. chembe nyingine na kutoa changamano hudhihirika katika michanganyiko yote ya kaboni... Katika hakuna elementi yoyote... uwezo wa uchangamano umekuzwa kwa kiwango kama vile katika kaboni... Hakuna jozi ya elementi inayotoa misombo mingi kama kaboni na hidrojeni. .”

Hakika, atomi za kaboni zinaweza kuunganishwa kwa njia mbalimbali na kila mmoja na atomi za vipengele vingine vingi, na kutengeneza aina kubwa ya dutu. Vifungo vyao vya kemikali vinaweza kuundwa na kuharibiwa chini ya ushawishi wa mambo ya asili. Hivi ndivyo mzunguko wa kaboni unavyotokea katika asili: kutoka kwa anga - ndani ya mimea, kutoka kwa mimea - hadi kwa viumbe vya wanyama, kutoka kwao - kwenye asili isiyo hai, nk Ambapo kuna kaboni, kuna aina mbalimbali za vitu, ambapo kuna kaboni; kuna miundo tofauti zaidi katika usanifu wa molekuli (tazama. Hydrocarbons).

Mkusanyiko wa kaboni katika ukoko wa dunia unahusishwa na mkusanyiko wa vipengele vingine vingi, vinavyotengenezwa kwa namna ya carbonates isiyoweza kuharibika, nk. CO 2 na asidi ya kaboni hufanya jukumu muhimu la kijiografia katika ukanda wa dunia. Kiasi kikubwa cha CO 2 hutolewa wakati wa volkano - katika historia ya Dunia ilikuwa chanzo kikuu cha kaboni kwa biosphere.

Misombo ya kaboni isokaboni ni ndogo sana kwa wingi kuliko ile ya kikaboni. Carbon katika mfumo wa almasi, grafiti, na makaa ya mawe huchanganyika tu inapokanzwa. Kwa joto la juu huchanganyika na metali na baadhi ya zisizo za metali, kama vile boroni, kuunda carbides.

Kati ya misombo ya kaboni isokaboni, inayojulikana zaidi ni chumvi za asidi ya kaboni, dioksidi kaboni CO 2 (kaboni dioksidi) na monoksidi ya kaboni CO. Kidogo kinachojulikana ni oksidi ya tatu, C 3 O 2 - gesi isiyo na rangi yenye harufu mbaya, yenye harufu nzuri.

Angahewa ya dunia ina tani 2.3 10 12 za CO 2 dioksidi, bidhaa ya kupumua na mwako. Hii ndio chanzo kikuu cha kaboni kwa ukuaji wa mmea. Monoxide ya kaboni CO, inayojulikana kama monoksidi kaboni, huundwa wakati wa mwako usio kamili wa mafuta: katika gesi za kutolea nje za gari, nk.

Katika tasnia, kaboni monoksidi CO hutumiwa kama wakala wa kupunguza (kwa mfano, wakati wa kuyeyusha chuma cha kutupwa kwenye tanuru za mlipuko) na kwa usanisi wa vitu vya kikaboni (kwa mfano, pombe ya methyl kulingana na majibu: CO + 2H 2 → CH 3 ( OH).

Marekebisho maarufu ya allotropic ya kaboni ya msingi: Almasi- polymer isokaboni ya anga, muundo wa volumetric; grafiti- polymer ya muundo wa planar; carbine- polymer ya mstari wa kaboni, iliyopo katika aina mbili, tofauti katika asili na ubadilishaji wa vifungo vya kemikali; marekebisho ya pande mbili graphene; nanotubes za kaboni muundo wa cylindrical. (tazama Allotropy).

Almasi- aina ya fuwele ya kaboni, madini adimu, bora kwa ugumu kuliko vifaa vyote vya asili na bandia isipokuwa nitridi ya boroni ya fuwele. Fuwele kubwa za almasi, baada ya kukata, hugeuka kuwa mawe ya thamani zaidi - almasi.

Mwishoni mwa karne ya 17. Wanasayansi wa Florentine Averani na Tardgioni walijaribu kuunganisha almasi kadhaa ndogo kwenye moja kubwa, wakawasha kwa miale ya jua kwa kutumia glasi inayowaka. Almasi zilipotea, zikiwaka hewani ... Takriban miaka mia moja ilipita kabla ya duka la dawa la Ufaransa A. Lavoisier mnamo 1772 sio tu kurudia jaribio hili, lakini pia alielezea sababu za kutoweka kwa almasi: fuwele ya almasi ya thamani ilichomwa. kwa njia sawa na vipande vilivyochomwa katika majaribio mengine fosforasi na makaa ya mawe. Na tu mwaka wa 1797, mwanasayansi wa Kiingereza S. Tennant alithibitisha utambulisho wa asili ya almasi na makaa ya mawe. Aligundua kuwa kiasi cha kaboni dioksidi baada ya mwako wa wingi sawa wa makaa ya mawe na almasi kiligeuka kuwa sawa. Baada ya hayo, majaribio mengi yalifanywa ili kupata almasi bandia kutoka kwa vifaa vya grafiti, makaa ya mawe na kaboni kwenye joto la juu na shinikizo. Wakati mwingine baada ya majaribio haya fuwele ndogo-kama almasi zilipatikana, lakini majaribio yenye mafanikio hayakuwezekana kamwe.

Mchanganyiko wa almasi uliwezekana baada ya mwanafizikia wa Soviet O.I. Leypunsky mnamo 1939 kuhesabu hali ambayo grafiti inaweza kugeuka kuwa almasi (shinikizo la karibu 60,000 atm, joto 1600-2000 ° C). Katika miaka ya 50. karne, karibu wakati huo huo katika nchi kadhaa, ikiwa ni pamoja na USSR, almasi bandia zilitolewa chini ya hali ya viwanda. Siku hizi, karati 2000 za almasi za bandia zinazalishwa kila siku kutoka kwa ufungaji wa viwanda vya ndani (1 carat = 0.2 g). Vipande vya almasi vya kuchimba visima, zana za kukata almasi, magurudumu ya kusaga na chips za almasi hufanya kazi kwa uaminifu na kwa muda mrefu. Almasi Bandia, kama fuwele za asili, hutumiwa sana katika teknolojia ya kisasa.

Polima nyingine ya kaboni hutumiwa hata zaidi katika mazoezi - grafiti. Katika fuwele ya grafiti, atomi za kaboni zilizo kwenye ndege moja zimefungwa kwa hexagoni za kawaida. Hexagoni zilizo na nyuso za kawaida huunda ndege za pakiti. Vifungo kati ya atomi za kaboni za safu tofauti ni dhaifu. Kwa kuongeza, umbali kati ya atomi za kaboni za ndege tofauti ni karibu mara 2.5 zaidi kuliko kati ya atomi za jirani za ndege moja. Kwa hiyo, nguvu kidogo ni ya kutosha kugawanya kioo cha grafiti kwenye flakes ya mtu binafsi. Hii ndiyo sababu risasi ya grafiti ya penseli inaacha alama kwenye karatasi. Ni vigumu zaidi kuharibu uhusiano kati ya atomi za kaboni zilizo kwenye ndege moja. Nguvu ya vifungo hivi ni sababu ya upinzani wa juu wa kemikali ya grafiti. Hata alkali za moto na asidi haziathiri, isipokuwa asidi ya nitriki iliyojilimbikizia.

Mbali na upinzani wa juu wa kemikali, grafiti pia ina sifa ya upinzani wa juu wa joto: bidhaa zilizofanywa kutoka humo zinaweza kutumika kwa joto hadi 3700 ° C. Uwezo wa kufanya sasa wa umeme umeamua maeneo mengi ya matumizi ya grafiti. Inahitajika katika uhandisi wa umeme, madini, utengenezaji wa baruti na teknolojia ya nyuklia. Graphite ya usafi wa hali ya juu hutumiwa katika ujenzi wa kinu kama msimamizi mzuri wa neutroni.

Linear kaboni polima - carbine hadi sasa imetumika kimazoezi kwa kiasi kidogo. Katika molekuli ya carbyne, atomi za kaboni huunganishwa kwa minyororo kwa njia ya vifungo tatu na moja:

−C≡C−C≡C−C≡C−C≡C−C≡C−

Dutu hii ilipatikana kwanza na wanakemia wa Soviet V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin na Yu.P. Kudryavtsev katika miaka ya 60 ya mapema. katika Taasisi ya Misombo ya Organoelement ya Chuo cha Sayansi cha USSR. Carbyne ina mali ya semiconducting, na conductivity yake huongezeka sana wakati inakabiliwa na mwanga. Maombi ya kwanza ya vitendo yanategemea mali hii - katika seli za picha.

Katika molekuli ya aina nyingine ya carbyne - polycumulene (β-carbyne), pia iliyopatikana kwanza katika nchi yetu, atomi za kaboni zimeunganishwa tofauti kuliko katika carbyne - tu kwa vifungo viwili:

═C═C═C═C═C═C═C═C═C═

Idadi ya misombo ya kikaboni inayojulikana kwa sayansi - misombo ya kaboni - inazidi milioni 7. Kemia ya polima - asili na synthetic - pia kimsingi ni kemia ya misombo ya kaboni. Misombo ya kaboni ya kikaboni inasomwa na sayansi huru kama vile kemia ya kikaboni, biokemia, na kemia ya misombo ya asili.

Umuhimu wa misombo ya kaboni katika maisha ya binadamu ni ya thamani sana - kaboni isiyobadilika inatuzunguka kila mahali: katika angahewa na lithosphere, katika mimea na wanyama, katika nguo na chakula chetu.

Taasisi ya elimu ya manispaa "shule ya sekondari ya Nikiforovskaya No. 1"

Carbon na misombo yake kuu ya isokaboni

Insha

Ilikamilishwa na: mwanafunzi wa daraja la 9B

Sidorov Alexander

Mwalimu: Sakharova L.N.

Dmitrievka 2009


Utangulizi

Sura ya I. Yote kuhusu kaboni

1.1. Carbon katika asili

1.2. Marekebisho ya allotropiki ya kaboni

1.3. Tabia za kemikali za kaboni

1.4. Utumiaji wa kaboni

Sura ya II. Misombo ya kaboni isokaboni

Hitimisho

Fasihi


Utangulizi

Carbon (lat. Carboneum) C ni kipengele cha kemikali cha kundi la IV la mfumo wa mara kwa mara wa Mendeleev: nambari ya atomiki 6, molekuli ya atomiki 12.011 (1). Hebu fikiria muundo wa atomi ya kaboni. Ngazi ya nishati ya nje ya atomi ya kaboni ina elektroni nne. Wacha tuionyeshe kwa picha:


Carbon imejulikana tangu nyakati za kale, na jina la mgunduzi wa kipengele hiki haijulikani.

Mwishoni mwa karne ya 17. Wanasayansi wa Florentine Averani na Tardgioni walijaribu kuunganisha almasi kadhaa ndogo kwenye moja kubwa na kuzipasha moto kwa glasi inayowaka kwa kutumia mwanga wa jua. Almasi zilitoweka, zikiwaka hewani. Mnamo 1772, mwanakemia wa Kifaransa A. Lavoisier alionyesha kwamba wakati almasi inawaka, CO 2 huundwa. Mnamo 1797 tu mwanasayansi wa Kiingereza S. Tennant alithibitisha utambulisho wa asili ya grafiti na makaa ya mawe. Baada ya kuchoma kiasi sawa cha makaa ya mawe na almasi, kiasi cha monoxide ya kaboni (IV) kiligeuka kuwa sawa.

Aina mbalimbali za misombo ya kaboni, iliyoelezwa na uwezo wa atomi zake kuchanganya na kila mmoja na atomi za vipengele vingine kwa njia mbalimbali, huamua nafasi maalum ya kaboni kati ya vipengele vingine.


Sura I . Yote kuhusu kaboni

1.1. Carbon katika asili

Carbon hupatikana katika asili, wote katika hali ya bure na kwa namna ya misombo.

Kaboni ya bure hutokea kwa namna ya almasi, grafiti na carbyne.

Almasi ni nadra sana. Almasi kubwa zaidi inayojulikana, Cullinan, ilipatikana mwaka wa 1905 nchini Afrika Kusini, uzito wa 621.2 g na kipimo cha cm 10x6.5x5. Mfuko wa Almasi huko Moscow una nyumba moja ya almasi kubwa na nzuri zaidi duniani - "Orlov" (37.92 g). .

Diamond alipata jina lake kutoka kwa Kigiriki. "adamas" - isiyoweza kushindwa, isiyoweza kuharibika. Amana muhimu zaidi za almasi ziko Afrika Kusini, Brazili, na Yakutia.

Amana kubwa za grafiti ziko Ujerumani, Sri Lanka, Siberia, na Altai.

Madini kuu yaliyo na kaboni ni: magnesite MgCO 3, calcite (chokaa spar, chokaa, marumaru, chaki) CaCO 3, dolomite CaMg(CO 3) 2, nk.

Mafuta yote ya mafuta - mafuta, gesi, peat, makaa ya mawe na makaa ya mawe ya kahawia, shale - hujengwa kwa msingi wa kaboni. Baadhi ya makaa ya kisukuku, yenye hadi 99% C, yanakaribiana katika utungaji na kaboni.

Carbon inachukua 0.1% ya ukoko wa dunia.

Kwa namna ya monoksidi kaboni (IV) CO 2, kaboni huingia kwenye anga. Kiasi kikubwa cha CO 2 kinafutwa katika hydrosphere.

1.2. Marekebisho ya allotropiki ya kaboni

Kaboni ya msingi huunda marekebisho matatu ya allotropiki: almasi, grafiti, carbine.

1. Almasi ni dutu ya fuwele isiyo na rangi na uwazi ambayo huzuia miale ya mwanga kwa nguvu sana. Atomi za kaboni katika almasi ziko katika hali ya mseto wa sp 3. Katika hali ya msisimko, elektroni za valence katika atomi za kaboni zimeunganishwa na elektroni nne ambazo hazijaunganishwa huundwa. Wakati vifungo vya kemikali vinapoundwa, mawingu ya elektroni hupata sura sawa ya vidogo na iko katika nafasi ili shoka zao zielekezwe kwenye wima ya tetrahedron. Wakati sehemu za juu za mawingu haya zinapoingiliana na mawingu ya atomi nyingine za kaboni, vifungo shirikishi hutokea kwa pembe ya 109°28", na sifa ya kimiani ya fuwele ya atomiki ya almasi huundwa.

Kila atomi ya kaboni katika almasi imezungukwa na nyingine nne, ziko kutoka humo kwa mwelekeo kutoka katikati ya tetrahedroni hadi kwenye wima. Umbali kati ya atomi katika tetrahedra ni 0.154 nm. Nguvu ya miunganisho yote ni sawa. Kwa hivyo, atomi katika almasi "zimejaa" sana. Saa 20 ° C, wiani wa almasi ni 3.515 g/cm 3. Hii inaelezea ugumu wake wa kipekee. Diamond ni kondakta mbovu wa umeme.

Mnamo 1961, Umoja wa Kisovyeti ulianza uzalishaji wa viwandani wa almasi ya syntetisk kutoka kwa grafiti.

Katika awali ya viwanda ya almasi, shinikizo la maelfu ya MPa na joto kutoka 1500 hadi 3000 ° C hutumiwa. Mchakato huo unafanywa mbele ya vichocheo, ambavyo vinaweza kuwa baadhi ya metali, kwa mfano Ni. Wingi wa almasi huundwa ni fuwele ndogo na vumbi la almasi.

Inapokanzwa bila ufikiaji wa hewa zaidi ya 1000 ° C, almasi hugeuka kuwa grafiti. Katika 1750 ° C, mabadiliko ya almasi katika grafiti hutokea haraka.

Muundo wa almasi

2. Graphite ni dutu ya fuwele ya kijivu-nyeusi yenye mng'ao wa metali, greasy kwa kugusa, na duni katika ugumu hata kwa karatasi.

Atomi za kaboni katika fuwele za grafiti ziko katika hali ya mseto wa sp 2: kila moja yao huunda vifungo vitatu vya σ covalent na atomi za jirani. Pembe kati ya maelekezo ya dhamana ni 120 °. Matokeo yake ni gridi ya taifa inayoundwa na hexagons za kawaida. Umbali kati ya viini vya karibu vya atomi za kaboni ndani ya safu ni 0.142 nm. Elektroni ya nne katika safu ya nje ya kila atomi ya kaboni katika grafiti inachukua p orbital ambayo haishiriki katika mseto.

Mawingu ya elektroni yasiyo ya mseto ya atomi za kaboni yanaelekezwa kwa usawa kwa ndege ya safu na, yakipishana, huunda vifungo vya σ vilivyotenganishwa. Tabaka za karibu katika kioo cha grafiti ziko umbali wa 0.335 nm kutoka kwa kila mmoja na zimeunganishwa dhaifu kwa kila mmoja, hasa na vikosi vya van der Waals. Kwa hiyo, grafiti ina nguvu ndogo ya mitambo na hugawanyika kwa urahisi katika flakes, ambayo wenyewe ni nguvu sana. Muunganisho kati ya tabaka za atomi za kaboni kwenye grafiti ni asili ya metali. Hii inaelezea ukweli kwamba grafiti hufanya umeme vizuri, lakini sio pamoja na metali.

Muundo wa grafiti

Mali ya kimwili katika grafiti hutofautiana sana katika mwelekeo - perpendicular na sambamba na tabaka za atomi za kaboni.

Inapokanzwa bila ufikiaji wa hewa, grafiti haifanyi mabadiliko yoyote hadi 3700°C. Katika hali ya joto maalum, ni sublimes bila kuyeyuka.

Grafiti ya bandia huzalishwa kutoka kwa darasa bora la makaa ya mawe saa 3000 ° C katika tanuu za umeme bila upatikanaji wa hewa.

Graphite ina uthabiti wa halijoto juu ya anuwai ya halijoto na shinikizo, kwa hivyo inakubalika kama hali ya kawaida ya kaboni. Uzito wa grafiti ni 2.265 g/cm3.

3. Carbin ni unga mweusi laini-fuwele. Katika muundo wake wa kioo, atomi za kaboni huunganishwa kwa kubadilisha vifungo vya moja na tatu katika minyororo ya mstari:

−С≡С−С≡С−С≡С−

Dutu hii ilipatikana kwanza na V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin, Yu.P. Kudryavtsev mwanzoni mwa miaka ya 60 ya karne ya XX.

Baadaye ilionyeshwa kuwa carbyne inaweza kuwepo kwa aina tofauti na ina minyororo ya polyasetilini na polycumulene ambamo atomi za kaboni huunganishwa kwa vifungo viwili:

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

Baadaye, carbyne ilipatikana katika asili - katika suala la meteorite.

Carbyne ina sifa ya semiconducting; inapofunuliwa na mwanga, conductivity yake huongezeka sana. Kutokana na kuwepo kwa aina tofauti za vifungo na njia tofauti za kuwekewa minyororo ya atomi za kaboni kwenye kimiani ya kioo, mali ya kimwili ya carbyne inaweza kutofautiana ndani ya mipaka pana. Inapokanzwa bila upatikanaji wa hewa zaidi ya 2000 ° C, carbine ni imara; kwa joto karibu 2300 ° C, mpito wake kwa grafiti huzingatiwa.

Kaboni asilia ina isotopu mbili (98.892%) na (1.108%). Kwa kuongezea, mchanganyiko mdogo wa isotopu ya mionzi, ambayo hutolewa kwa njia ya bandia, ilipatikana angani.

Hapo awali, iliaminika kuwa mkaa, soti na coke ni sawa katika muundo na kaboni safi na hutofautiana katika mali kutoka kwa almasi na grafiti, inayowakilisha marekebisho ya allotropic ya kaboni ("amofasi kaboni"). Hata hivyo, ilibainika kuwa vitu hivi vinajumuisha chembe ndogo za fuwele ambamo atomi za kaboni huunganishwa kwa njia sawa na katika grafiti.

4. Makaa ya mawe - grafiti iliyokatwa vizuri. Inaundwa wakati wa mtengano wa joto wa misombo yenye kaboni bila upatikanaji wa hewa. Makaa ya mawe hutofautiana kwa kiasi kikubwa katika mali kulingana na dutu ambayo hupatikana na njia ya uzalishaji. Daima huwa na uchafu unaoathiri mali zao. Aina muhimu zaidi za makaa ya mawe ni coke, mkaa na masizi.

Coke huzalishwa kwa kupokanzwa makaa ya mawe bila upatikanaji wa hewa.

Mkaa huundwa wakati kuni inapokanzwa bila upatikanaji wa hewa.

Masizi ni unga mzuri sana wa fuwele wa grafiti. Imeundwa na mwako wa hidrokaboni (gesi asilia, asetilini, tapentaini, nk) na ufikiaji mdogo wa hewa.

Kaboni zilizoamilishwa ni viambajengo vinyweleo vya viwandani vinavyojumuisha zaidi kaboni. Adsorption ni ufyonzwaji wa gesi na vitu vilivyoyeyushwa na uso wa vitu vikali. Kaboni zilizoamilishwa hupatikana kutoka kwa mafuta magumu (peat, kahawia na makaa magumu, anthracite), kuni na bidhaa zake zilizochakatwa (mkaa, vumbi la mbao, taka za karatasi), taka za tasnia ya ngozi, na vifaa vya wanyama, kama vile mifupa. Makaa ya mawe, yenye nguvu ya juu ya mitambo, yanazalishwa kutoka kwa shells za nazi na karanga nyingine, na kutoka kwa mbegu za matunda. Muundo wa makaa ya mawe unawakilishwa na pores ya ukubwa wote, hata hivyo, uwezo wa adsorption na kiwango cha adsorption imedhamiriwa na maudhui ya micropores kwa kitengo cha molekuli au kiasi cha granules. Wakati wa kutengeneza kaboni hai, nyenzo za kuanzia kwanza zinakabiliwa na matibabu ya joto bila ufikiaji wa hewa, kama matokeo ambayo unyevu na resini za sehemu huondolewa kutoka kwake. Katika kesi hiyo, muundo mkubwa wa makaa ya mawe huundwa. Ili kupata muundo wa microporous, uanzishaji unafanywa ama kwa oxidation na gesi au mvuke, au kwa matibabu na reagents za kemikali.

1.3. Tabia za kemikali za kaboni

Kwa joto la kawaida, almasi, grafiti, na makaa ya mawe ni ajizi ya kemikali, lakini kwa joto la juu shughuli zao huongezeka. Kama ifuatavyo kutoka kwa muundo wa aina kuu za kaboni, makaa ya mawe humenyuka kwa urahisi zaidi kuliko grafiti na, haswa, almasi. Graphite sio tu tendaji zaidi kuliko almasi, lakini wakati wa kukabiliana na vitu fulani, inaweza kuunda bidhaa ambazo almasi haifanyi.

1. Kama wakala wa kuongeza vioksidishaji, kaboni humenyuka pamoja na metali fulani kwenye joto la juu kuunda CARBIDI:

ZS + 4Al = Al 4 C 3 (carbudi ya alumini).

2. Kwa hidrojeni, makaa ya mawe na grafiti huunda hidrokaboni. Mwakilishi rahisi zaidi - methane CH 4 - inaweza kupatikana mbele ya kichocheo cha Ni kwenye joto la juu (600-1000 ° C):

C + 2H 2 CH 4.

3. Wakati wa kuingiliana na oksijeni, kaboni huonyesha mali ya kupunguza. Kwa mwako kamili wa kaboni ya muundo wowote wa allotropiki, monoksidi ya kaboni (IV) huundwa:

C + O 2 = CO 2.

Mwako usio kamili hutoa monoksidi kaboni (II) CO:

C + O 2 = 2CO.

Athari zote mbili ni za joto.

4. Sifa za kupunguza makaa ya mawe hutamkwa hasa wakati wa kuingiliana na oksidi za chuma (zinki, shaba, risasi, nk), kwa mfano:

C + 2CuO = CO 2 + 2Cu,

C + 2ZnO = CO 2 + 2Zn.

Mchakato muhimu zaidi wa madini - kuyeyusha metali kutoka kwa madini - ni msingi wa athari hizi.

Katika hali nyingine, kwa mfano, wakati wa kuingiliana na oksidi ya kalsiamu, carbides huundwa:

CaO + 3S = CaC 2 + CO.

5. Makaa ya mawe hutiwa oksidi na asidi ya sulfuriki iliyokolea moto na nitriki:

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O,

3S + 4HNO 3 = 3SO 2 + 4NO + 2H 2 O.

Aina yoyote ya kaboni ni sugu kwa alkali!

1.4. Utumiaji wa kaboni

Almasi hutumiwa kwa usindikaji wa vifaa mbalimbali vya ngumu, kwa kukata, kusaga, kuchimba visima na kuchonga kioo, na kwa kuchimba miamba. Almasi, baada ya kung'olewa na kukatwa, hubadilishwa kuwa almasi inayotumiwa kama vito.

Graphite ni nyenzo muhimu zaidi kwa tasnia ya kisasa. Graphite hutumiwa kufanya molds foundry, crucibles kuyeyuka na bidhaa nyingine refractory. Kwa sababu ya upinzani wake wa juu wa kemikali, grafiti hutumiwa kwa utengenezaji wa bomba na vifaa vilivyowekwa na sahani za grafiti ndani. Kiasi kikubwa cha grafiti hutumiwa katika sekta ya umeme, kwa mfano katika utengenezaji wa electrodes. Graphite hutumiwa kutengeneza penseli na rangi kadhaa, na kama mafuta. Grafiti safi sana hutumiwa katika vinu vya nyuklia hadi neutroni za wastani.

Polima ya kaboni ya mstari, carbyne, inavutia usikivu wa wanasayansi kama nyenzo ya kuahidi kwa utengenezaji wa semiconductors ambazo zinaweza kufanya kazi kwa joto la juu na nyuzi zenye nguvu zaidi.

Mkaa hutumiwa katika sekta ya metallurgiska na katika uhunzi.

Coke hutumiwa kama wakala wa kupunguza katika kuyeyusha metali kutoka ore.

Nyeusi ya kaboni hutumiwa kama kichungi cha mpira ili kuongeza nguvu, ndiyo sababu matairi ya gari ni nyeusi. Masizi pia hutumiwa kama sehemu ya uchapishaji wa wino, wino, na rangi ya viatu.

Kaboni zilizoamilishwa hutumiwa kutakasa, kutoa na kutenganisha vitu mbalimbali. Kaboni zilizoamilishwa hutumiwa kama vichungi katika vinyago vya gesi na kama sorbent katika dawa.


Sura II . Misombo ya kaboni isokaboni

Kaboni huunda oksidi mbili - monoksidi kaboni (II) CO na monoksidi kaboni (IV) CO 2.

Monoksidi kaboni (II) CO ni gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu, mumunyifu kidogo katika maji. Inaitwa kaboni monoksidi kwa sababu ni sumu sana. Kuingia ndani ya damu wakati wa kupumua, inachanganya haraka na hemoglobin, na kutengeneza kiwanja kikali cha carboxyhemoglobin, na hivyo kunyima hemoglobin ya uwezo wa kubeba oksijeni.

Ikiwa hewa iliyo na 0.1% ya CO inavutwa, mtu anaweza kupoteza fahamu ghafla na kufa. Monoxide ya kaboni huundwa wakati wa mwako usio kamili wa mafuta, ndiyo sababu kufungwa mapema kwa chimneys ni hatari sana.

Monoxide ya kaboni (II), kama unavyojua tayari, imeainishwa kama oksidi isiyo ya kutengeneza chumvi, kwani, ikiwa ni oksidi isiyo ya chuma, inapaswa kuguswa na alkali na oksidi za msingi kuunda chumvi na maji, lakini hii haizingatiwi. .

2CO + O 2 = 2CO 2.

Monoxide ya kaboni (II) ina uwezo wa kuondoa oksijeni kutoka kwa oksidi za chuma, i.e. Punguza metali kutoka kwa oksidi zao.

Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2.

Ni mali hii ya oksidi ya kaboni (II) ambayo hutumiwa katika madini wakati wa kuyeyusha chuma cha kutupwa.

Monoxide ya kaboni (IV) CO 2 - inayojulikana kama dioksidi kaboni - ni gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu. Ni takriban mara moja na nusu nzito kuliko hewa. Katika hali ya kawaida, kiasi 1 cha dioksidi kaboni hupasuka kwa kiasi 1 cha maji.

Kwa shinikizo la takriban 60 atm, dioksidi kaboni hugeuka kuwa kioevu kisicho na rangi. Wakati dioksidi kaboni ya kioevu inapovukiza, sehemu yake inabadilika kuwa misa dhabiti-kama theluji, ambayo inasisitizwa kwenye tasnia - hii ndio "barafu kavu" unayojua, ambayo hutumiwa kuhifadhi chakula. Tayari unajua kuwa kaboni dioksidi dhabiti ina kimiani ya Masi na ina uwezo wa kusablimisha.

Dioksidi kaboni CO 2 ni oksidi ya kawaida ya asidi: inaingiliana na alkali (kwa mfano, husababisha mawingu katika maji ya chokaa), na oksidi za msingi na maji.

Haichomi na haiunga mkono mwako na kwa hiyo hutumiwa kuzima moto. Hata hivyo, magnesiamu inaendelea kuwaka katika dioksidi kaboni, na kutengeneza oksidi na kutoa kaboni kwa namna ya soti.

CO 2 + 2Mg = 2MgO + C.

Dioksidi kaboni huzalishwa kwa kujibu chumvi za asidi ya kaboni - carbonates na ufumbuzi wa hidrokloriki, nitriki na hata asidi asetiki. Katika maabara, dioksidi kaboni huzalishwa na hatua ya asidi hidrokloriki kwenye chaki au marumaru.

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 0 + C0 2.

Katika tasnia, dioksidi kaboni hutolewa kwa kuchoma chokaa:

CaCO 3 = CaO + C0 2.

Mbali na maombi yaliyotajwa tayari, dioksidi kaboni pia hutumiwa kutengeneza vinywaji vya fizzy na kuzalisha soda.

Wakati monoxide ya kaboni (IV) inafutwa katika maji, asidi ya kaboni H 2 CO 3 huundwa, ambayo ni imara sana na hutengana kwa urahisi katika vipengele vyake vya awali - dioksidi kaboni na maji.

Kama asidi ya dibasic, asidi ya kaboni huunda safu mbili za chumvi: kati - kaboni, kwa mfano CaCO 3, na asidi - hidrokaboni, kwa mfano Ca(HCO 3) 2. Kati ya kabonati, chumvi za potasiamu, sodiamu na amonia tu huyeyuka katika maji. Chumvi za asidi kwa ujumla huyeyuka katika maji.

Wakati kuna ziada ya kaboni dioksidi mbele ya maji, carbonates inaweza kugeuka kuwa bicarbonates. Kwa hivyo, ikiwa kaboni dioksidi inapitishwa kupitia maji ya chokaa, itakuwa ya kwanza kuwa na mawingu kwa sababu ya mvua ya kaboni ya kalsiamu isiyo na maji, lakini kwa kupita zaidi kwa dioksidi kaboni, uwingu hutoweka kama matokeo ya malezi ya bicarbonate ya kalsiamu mumunyifu:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.

Ni uwepo wa chumvi hii ambayo inaelezea ugumu wa muda wa maji. Kwa nini ya muda? Kwa sababu inapokanzwa, bicarbonate ya kalsiamu mumunyifu inarudi kuwa kaboni isiyoyeyuka:

Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 0 + C0 2.

Mwitikio huu husababisha uundaji wa kiwango kwenye kuta za boilers, bomba la kupokanzwa mvuke na kettle za nyumbani, na kwa asili, kama matokeo ya majibu haya, stalactites za ajabu zinazoning'inia chini huundwa kwenye mapango, ambayo stalagmites hukua kutoka chini.

Chumvi zingine za kalsiamu na magnesiamu, haswa kloridi na salfati, hupa maji ugumu wa kudumu. Ugumu wa mara kwa mara wa maji hauwezi kuondolewa kwa kuchemsha. Unapaswa kutumia carbonate nyingine - soda.

Na 2 CO 3, ambayo hubadilisha ioni hizi za Ca 2+ kuwa mashapo, kwa mfano:

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓ + 2NaCl.

Soda ya kuoka pia inaweza kutumika kuondoa ugumu wa maji kwa muda.

Kabonati na bicarbonates zinaweza kugunduliwa kwa kutumia ufumbuzi wa asidi: inapofunuliwa na asidi, tabia ya "kuchemsha" huzingatiwa kutokana na kutolewa kwa dioksidi kaboni.

Mmenyuko huu ni mmenyuko wa ubora kwa chumvi za asidi ya kaboni.


Hitimisho

Uhai wote duniani unatokana na kaboni. Kila molekuli ya kiumbe hai hujengwa kwa msingi wa mifupa ya kaboni. Atomi za kaboni huhama mara kwa mara kutoka sehemu moja ya biosphere (ganda nyembamba la Dunia ambapo kuna uhai) hadi nyingine. Kwa kutumia mfano wa mzunguko wa kaboni katika asili, tunaweza kufuatilia mienendo ya maisha kwenye sayari yetu.

Hifadhi kuu za kaboni Duniani ziko katika mfumo wa kaboni dioksidi iliyo kwenye angahewa na kufutwa katika Bahari ya Dunia, ambayo ni, dioksidi kaboni (CO 2). Hebu kwanza tuchunguze molekuli za kaboni dioksidi katika angahewa. Mimea huchukua molekuli hizi, basi, kupitia mchakato wa photosynthesis, atomi ya kaboni inabadilishwa kuwa aina mbalimbali za misombo ya kikaboni na hivyo kuingizwa katika muundo wa mimea. Kuna chaguzi kadhaa hapa chini:

1. Carbon inaweza kubaki kwenye mimea hadi mimea kufa. Kisha molekuli zao zitatumiwa kama chakula cha viozaji (viumbe vinavyokula viumbe hai vilivyokufa na wakati huo huo vinagawanyika katika misombo rahisi ya isokaboni), kama vile kuvu na mchwa. Hatimaye kaboni itarudi kwenye angahewa kama CO2;

2. Mimea inaweza kuliwa na wanyama walao majani. Katika kesi hii, kaboni itarudi kwenye anga (katika mchakato wa kupumua kwa wanyama na wakati wa kuoza baada ya kifo), au wanyama wanaokula mimea wataliwa na wanyama wanaokula nyama (katika hali ambayo kaboni itarudi tena kwenye angahewa. njia sawa);

3. mimea inaweza kufa na kuishia chini ya ardhi. Kisha hatimaye zitageuka kuwa nishati ya mafuta kama vile makaa ya mawe.

Katika kesi ya kufuta molekuli ya asili ya CO 2 katika maji ya bahari, chaguzi kadhaa pia zinawezekana:

Dioksidi ya kaboni inaweza tu kurudi kwenye anga (aina hii ya kubadilishana gesi kati ya Bahari ya Dunia na anga hutokea daima);

Carbon inaweza kuingia kwenye tishu za mimea ya baharini au wanyama. Kisha itajikusanya hatua kwa hatua kwa namna ya mashapo chini ya bahari ya dunia na hatimaye kugeuka kuwa chokaa au kutoka kwenye sediments itapita tena kwenye maji ya bahari.

Ikiwa kaboni imeingizwa kwenye sediments au mafuta ya mafuta, huondolewa kutoka anga. Wakati wote wa uwepo wa Dunia, kaboni iliyoondolewa kwa njia hii ilibadilishwa na dioksidi kaboni iliyotolewa angani wakati wa milipuko ya volkeno na michakato mingine ya jotoardhi. Katika hali ya kisasa, mambo haya ya asili pia huongezewa na uzalishaji kutoka kwa mwako wa binadamu wa mafuta ya mafuta. Kutokana na ushawishi wa CO 2 juu ya athari ya chafu, utafiti wa mzunguko wa kaboni umekuwa kazi muhimu kwa wanasayansi wanaohusika katika utafiti wa anga.

Sehemu ya utafutaji huu ni kubainisha kiasi cha CO 2 kinachopatikana katika tishu za mimea (kwa mfano, katika msitu uliopandwa hivi karibuni) - wanasayansi huita hii shimo la kaboni. Huku serikali zikijaribu kufikia makubaliano ya kimataifa ya kupunguza utoaji wa hewa 2, suala la kusawazisha njia za kaboni na utoaji wa hewa chafu katika nchi moja moja limekuwa mzozo mkubwa kwa nchi zilizoendelea kiviwanda. Hata hivyo, wanasayansi wana shaka kwamba mkusanyiko wa kaboni dioksidi katika angahewa unaweza kusimamishwa na upandaji msitu pekee.

Kaboni huzunguka mara kwa mara katika biolojia ya dunia kwenye njia zilizounganishwa zilizofungwa. Hivi sasa, matokeo ya kuchoma mafuta ya mafuta huongezwa kwa michakato ya asili.


Fasihi:

1. Akhmetov N.S. Kemia daraja la 9: kitabu cha maandishi. kwa elimu ya jumla kitabu cha kiada taasisi. - toleo la 2. - M.: Elimu, 1999. - 175 p.: mgonjwa.

2. Gabrielyan O.S. Kemia daraja la 9: kitabu cha maandishi. kwa elimu ya jumla kitabu cha kiada taasisi. - toleo la 4. - M.: Bustard, 2001. - 224 p.: mgonjwa.

3. Gabrielyan O.S. Kemia darasa la 8-9: mbinu. posho. - toleo la 4. - M.: Bustard, 2001. - 128 p.

4. Eroshin D.P., Shishkin E.A. Njia za kutatua shida katika kemia: kitabu cha maandishi. posho. - M.: Elimu, 1989. - 176 p.: mgonjwa.

5. Kremenchugskaya M. Kemia: Kitabu cha kumbukumbu cha mtoto wa shule. -M.: Philol. Society "NENO": LLC "AST Publishing House", 2001. - 478 p.

6. Kristman V.A. Kusoma kitabu juu ya kemia isokaboni. - M.: Elimu, 1986. - 273 p.



Katika kitabu hiki, neno "kaboni" linaonekana mara nyingi kabisa: katika hadithi kuhusu majani ya kijani na chuma, kuhusu plastiki na fuwele, na wengine wengi. Carbon - "kutoa makaa ya mawe" - ni moja ya vitu vya kushangaza vya kemikali. Historia yake ni historia ya kuibuka na maendeleo ya maisha duniani, kwa sababu ni sehemu ya viumbe vyote vilivyo hai duniani.

Je, kaboni inaonekanaje?

Hebu tufanye majaribio. Hebu tuchukue sukari na joto bila hewa. Itayeyuka kwanza, kugeuka kahawia, na kisha kugeuka nyeusi na kugeuka kuwa makaa ya mawe, ikitoa maji. Ikiwa sasa unapasha moto makaa haya mbele ya , yatawaka bila mabaki na kugeuka kuwa . Kwa hiyo, sukari ilikuwa na makaa ya mawe na maji (sukari, kwa njia, inaitwa kabohaidreti), na makaa ya "sukari" ni, inaonekana, kaboni safi, kwa sababu dioksidi kaboni ni kiwanja cha kaboni na oksijeni. Hii ina maana kaboni ni unga mweusi, laini.

Hebu tuchukue jiwe la kijivu laini la grafiti, linalojulikana kwako shukrani kwa penseli. Ukipasha joto katika oksijeni, pia itawaka bila mabaki, ingawa polepole kidogo kuliko makaa ya mawe, na dioksidi kaboni itabaki kwenye kifaa ambacho kiliwaka. Je, hii ina maana kwamba grafiti pia ni kaboni safi? Bila shaka, lakini si hivyo tu.

Ikiwa almasi, vito vinavyometa kwa uwazi na madini gumu kuliko madini yote, itapashwa joto la oksijeni katika kifaa kimoja, nayo itawaka na kugeuka kuwa kaboni dioksidi. Ikiwa unapokanzwa almasi bila upatikanaji wa oksijeni, itageuka kuwa grafiti, na kwa shinikizo la juu sana na joto unaweza kupata almasi kutoka kwa grafiti.

Kwa hivyo, makaa ya mawe, grafiti na almasi ni aina tofauti za kuwepo kwa kipengele sawa - kaboni.

Kushangaza zaidi ni uwezo wa kaboni "kushiriki" katika idadi kubwa ya misombo tofauti (ndiyo maana neno "kaboni" linaonekana mara nyingi katika kitabu hiki).

Vipengele 104 vya jedwali la upimaji huunda zaidi ya misombo elfu arobaini iliyosomwa. Na zaidi ya misombo milioni tayari inajulikana, ambayo msingi wake ni kaboni!

Sababu ya utofauti huu ni kwamba atomi za kaboni zinaweza kuunganishwa kwa kila mmoja na kwa atomi nyingine kwa vifungo vikali, na kutengeneza ngumu kwa namna ya minyororo, pete na maumbo mengine. Hakuna kipengele kwenye jedwali isipokuwa kaboni kinachoweza kufanya hivyo.

Kuna idadi isiyo na kikomo ya maumbo ambayo yanaweza kujengwa kutoka kwa atomi za kaboni, na kwa hivyo idadi isiyo na kikomo ya misombo inayowezekana. Hizi zinaweza kuwa vitu rahisi sana, kwa mfano, methane ya gesi inayoangaza, katika molekuli ambayo atomi nne zimeunganishwa na atomi moja ya kaboni, na ngumu sana kwamba muundo wa molekuli zao bado haujaanzishwa. Dutu kama hizo ni pamoja na

KABONI, C, kipengele cha kemikali cha kikundi cha IV cha mfumo wa upimaji, uzito wa atomiki 12.00, nambari ya atomiki 6. Hadi hivi karibuni, kaboni ilionekana kuwa haina isotopu; Hivi majuzi tu imewezekana, kwa kutumia njia nyeti sana, kugundua uwepo wa isotopu ya C 13. Carbon ni moja wapo ya vitu muhimu zaidi katika kuenea kwake, idadi na utofauti wa misombo yake, umuhimu wake wa kibaolojia (kama oganojeni), matumizi makubwa ya kiufundi ya kaboni yenyewe na misombo yake (kama malighafi na chanzo cha kaboni). nishati kwa mahitaji ya viwandani na ya nyumbani), na hatimaye, katika suala la jukumu lake katika maendeleo ya sayansi ya kemikali. Carbon katika hali ya bure inaonyesha hali iliyotamkwa ya allotropy, inayojulikana kwa zaidi ya karne moja na nusu, lakini bado haijasomwa kikamilifu, kwa sababu ya ugumu mkubwa wa kupata kaboni katika fomu safi ya kemikali, na kwa sababu sehemu nyingi za marekebisho ya allotropiki ya kaboni hutofautiana sana kulingana na vipengele vya morphological ya muundo wao, imedhamiriwa na njia na masharti ya uzalishaji.

Carbon huunda aina mbili za fuwele - almasi na grafiti na pia inajulikana katika hali ya amorphous kwa namna ya kinachojulikana. makaa ya mawe ya amofasi. Ubinafsi wa mwisho umebishaniwa kama matokeo ya utafiti wa hivi karibuni: makaa ya mawe yaligunduliwa na grafiti, ikizingatiwa zote mbili kama aina za kimofolojia za fomu moja - "kaboni nyeusi", na tofauti katika mali zao zilielezewa na muundo wa mwili na digrii. ya mtawanyiko wa dutu. Hata hivyo, hivi karibuni, ukweli umepatikana kuthibitisha kuwepo kwa makaa ya mawe kama fomu maalum ya allotropic (tazama hapa chini).

Vyanzo vya asili na hifadhi ya kaboni. Kwa upande wa kuenea kwa asili, kaboni inachukua nafasi ya 10 kati ya vipengele, vinavyofanya 0.013% ya angahewa, 0.0025% ya hidrosphere na karibu 0.35% ya jumla ya molekuli ya ukoko wa dunia. Zaidi ya kaboni iko katika mfumo wa misombo ya oksijeni: hewa ya anga ina ~ tani bilioni 800 za kaboni katika mfumo wa CO 2 dioksidi; katika maji ya bahari na bahari - hadi tani bilioni 50,000 za kaboni kwa namna ya CO 2, ioni za asidi ya kaboni na bicarbonates; katika miamba - carbonates zisizo na maji (kalsiamu, magnesiamu na metali nyingine), na sehemu ya CaCO 3 pekee ni akaunti ya ~ 160 · 10 tani bilioni 6 za kaboni. Hifadhi hizi kubwa, hata hivyo, haziwakilishi thamani yoyote ya nishati; thamani zaidi ni vifaa vinavyoweza kuwaka vya kaboni - makaa ya mawe, peat, kisha mafuta, gesi za hidrokaboni na lami nyingine za asili. Hifadhi ya vitu hivi kwenye ukoko wa dunia pia ni muhimu sana: jumla ya wingi wa kaboni katika makaa ya mawe hufikia ~ tani bilioni 6000, katika mafuta ~ tani bilioni 10, nk. Katika hali ya bure, kaboni ni nadra kabisa (almasi na sehemu). ya dutu ya grafiti). Makaa ya kisukuku yana karibu au hayana kaboni bure: yanajumuisha Ch. ar. ya uzito wa juu wa Masi (polycyclic) na misombo imara sana ya kaboni yenye vipengele vingine (H, O, N, S) bado imesoma kidogo sana. Misombo ya kaboni ya asili hai (biolojia ya ulimwengu), iliyoundwa katika seli za mimea na wanyama, inatofautishwa na anuwai ya kipekee ya mali na idadi ya muundo; vitu vya kawaida katika ulimwengu wa mimea - nyuzi na lignin - pia huchukua jukumu kama rasilimali za nishati. Carbon hudumisha usambazaji wa mara kwa mara katika asili shukrani kwa mzunguko unaoendelea, mzunguko ambao unajumuisha mchanganyiko wa vitu vya kikaboni katika seli za mimea na wanyama na ugawanyiko wa kinyume wa vitu hivi wakati wa mtengano wa oxidative (mwako, kuoza, kupumua), kuongoza. kwa malezi ya CO 2, ambayo hutumiwa tena mimea kwa usanisi. Mpango wa jumla wa mzunguko huu unaweza kuwa iliyotolewa katika fomu ifuatayo:

Uzalishaji wa kaboni. Michanganyiko ya kaboni ya asili ya mimea na wanyama haibadiliki kwa joto la juu na, inapokanzwa hadi angalau 150-400 ° C bila upatikanaji wa hewa, hutengana, ikitoa maji na misombo tete ya kaboni na kuacha mabaki magumu yasiyo na tete yenye matajiri katika kaboni na kwa kawaida. inayoitwa makaa ya mawe. Mchakato huu wa pyrolytic unaitwa charring, au kunereka kavu, na hutumiwa sana katika teknolojia. Pyrolysis ya juu ya joto ya makaa ya mafuta, mafuta na peat (kwa joto la 450-1150 ° C) husababisha kutolewa kwa kaboni katika fomu ya grafiti (coke, makaa ya retort). Ya juu ya joto la joto la vifaa vya kuanzia, karibu na makaa ya mawe au coke ni kutoa kaboni ya bure katika muundo na grafiti katika mali.

Makaa ya mawe ya amorphous, yaliyoundwa kwa joto chini ya 800 ° C, hawezi. tunaiona kama kaboni ya bure, kwa sababu ina kiasi kikubwa cha vipengele vingine vilivyofungwa kwa kemikali, Ch. ar. hidrojeni na oksijeni. Kati ya bidhaa za kiufundi, kaboni iliyoamilishwa na masizi ni karibu zaidi katika mali ya kaboni ya amofasi. Makaa ya mawe safi zaidi yanaweza kuwa kupatikana kwa kuchaji sukari safi au piperonal, matibabu maalum ya masizi ya gesi, nk Grafiti ya bandia, iliyopatikana kwa njia ya electrothermal, ni karibu kaboni safi katika muundo. Grafiti ya asili daima huchafuliwa na uchafu wa madini na pia ina kiasi fulani cha hidrojeni (H) na oksijeni (O); katika hali safi kiasi inaweza. kupatikana tu baada ya idadi ya matibabu maalum: uboreshaji wa mitambo, kuosha, matibabu na mawakala wa oxidizing na calcination kwa joto la juu mpaka vitu vyenye tete viondolewa kabisa. Katika teknolojia ya kaboni mtu kamwe hashughulikii na kaboni safi kabisa; Hii inatumika si tu kwa malighafi ya asili ya kaboni, lakini pia kwa bidhaa za uboreshaji wake, uboreshaji na mtengano wa joto (pyrolysis). Ifuatayo ni maudhui ya kaboni ya baadhi ya nyenzo za kaboni (katika%):

Tabia za kimwili za kaboni. Kaboni ya bure karibu haifukiwi kabisa, haina tete, na kwa halijoto ya kawaida haiwezi kuyeyushwa katika vimumunyisho vyovyote vinavyojulikana. Inayeyuka tu katika metali zilizoyeyuka, haswa kwa joto linalokaribia kiwango cha mchemko cha mwisho: katika chuma (hadi 5%), fedha (hadi 6%) | ruthenium (hadi 4%), cobalt, nickel, dhahabu na platinamu. Kwa kukosekana kwa oksijeni, kaboni ndio nyenzo inayostahimili joto zaidi; Hali ya kioevu ya kaboni safi haijulikani, na mabadiliko yake katika mvuke huanza tu kwa joto zaidi ya 3000 ° C. Kwa hiyo, uamuzi wa mali ya kaboni ulifanyika pekee kwa hali imara ya mkusanyiko. Ya marekebisho ya kaboni, almasi ina mali ya kimwili ya mara kwa mara; mali ya grafiti katika sampuli zake mbalimbali (hata safi) hutofautiana kwa kiasi kikubwa; Tabia za makaa ya mawe ya amorphous ni tofauti zaidi. Vipengele muhimu zaidi vya kimwili vya marekebisho mbalimbali ya kaboni vinalinganishwa katika jedwali.

Almasi ni dielectri ya kawaida, wakati grafiti na kaboni zina conductivity ya umeme ya metali. Kwa thamani kamili, conductivity yao inatofautiana juu ya aina mbalimbali sana, lakini kwa makaa ya mawe daima ni ya chini kuliko kwa grafiti; katika grafiti, conductivity ya metali halisi inakaribia. Uwezo wa joto wa marekebisho yote ya kaboni katika halijoto>1000°C huwa na thamani isiyobadilika ya 0.47. Kwa joto la chini ya -180 ° C, uwezo wa joto wa almasi huwa mdogo na kwa -27 ° C huwa sifuri.

Tabia za kemikali za kaboni. Inapokanzwa zaidi ya 1000 ° C, almasi na makaa ya mawe hubadilika polepole kuwa grafiti, ambayo kwa hivyo inapaswa kuzingatiwa kuwa kaboni thabiti zaidi (kwenye joto la juu). Mabadiliko ya makaa ya mawe ya amorphous katika grafiti inaonekana huanza karibu 800 ° C na kumalizika saa 1100 ° C (katika hatua hii ya mwisho, makaa ya mawe hupoteza shughuli zake za adsorption na uwezo wa kuamsha tena, na conductivity yake ya umeme huongezeka kwa kasi, kubaki karibu mara kwa mara katika siku zijazo). Kaboni ya bure ina sifa ya kutokuwa na joto kwa joto la kawaida na shughuli muhimu kwenye joto la juu. Makaa ya mawe ya amofasi ndiyo yanayofanya kazi zaidi kemikali, wakati almasi ndiyo sugu zaidi. Kwa mfano, florini humenyuka ikiwa na makaa ya mawe kwenye joto la 15°C, na grafiti tu kwa 500°C, na almasi katika 700°C. Inapokanzwa hewani, makaa ya mawe huanza kuwa oksidi chini ya 100°C, grafiti karibu 650°C, na almasi zaidi ya 800°C. Katika halijoto ya 300°C na zaidi, makaa ya mawe huchanganyika na salfa na kutengeneza disulfidi kaboni CS 2. Kwa joto zaidi ya 1800 ° C, kaboni (makaa ya mawe) huanza kuingiliana na nitrojeni, na kutengeneza (kwa kiasi kidogo) cyanogen C 2 N 2. Uingiliano wa kaboni na hidrojeni huanza saa 1200 ° C, na katika kiwango cha joto 1200-1500 ° C tu methane CH 4 huundwa; juu ya 1500 ° C - mchanganyiko wa methane, ethylene (C 2 H 4) na asetilini (C 2 H 2); kwa joto la utaratibu wa 3000 ° C karibu tu asetilini hupatikana. Kwa joto la arc ya umeme, kaboni huingia katika mchanganyiko wa moja kwa moja na metali, silicon na boroni, na kutengeneza carbudi zinazofanana. Njia za moja kwa moja au zisizo za moja kwa moja zinaweza. misombo ya kaboni na vipengele vyote vinavyojulikana vilipatikana, isipokuwa gesi za kundi la sifuri. Carbon ni kipengele kisicho na metali ambacho kinaonyesha baadhi ya ishara za amphotericity. Atomi ya kaboni ina kipenyo cha 1.50 Ᾰ (1Ᾰ = 10 -8 cm) na ina elektroni 4 za valence katika nyanja ya nje, ambayo kwa usawa hutolewa au kuongezwa kwa 8; kwa hiyo, valency ya kawaida ya kaboni, oksijeni na hidrojeni, ni nne. Katika idadi kubwa ya misombo yake, kaboni ni tetravalent; Ni idadi ndogo tu ya misombo ya kaboni divalent (monoxide ya kaboni na asetali zake, isonitriles, asidi fulminate na chumvi zake) na kaboni trivalent (kinachojulikana "radical bure") hujulikana.

Kwa oksijeni, kaboni huunda oksidi mbili za kawaida: dioksidi kaboni ya tindikali CO 2 na monoksidi ya kaboni isiyo na upande. Kwa kuongeza, kuna idadi suboxides kaboni iliyo na zaidi ya atomi 1 C na haina umuhimu wa kiufundi; Kati ya hizi, inayojulikana zaidi ni suboxide ya utungaji C 3 O 2 (gesi yenye kiwango cha kuchemsha cha +7 ° C na kiwango cha kuyeyuka cha -111 ° C). Bidhaa ya kwanza ya mwako wa kaboni na misombo yake ni CO 2, iliyoundwa kulingana na equation:

C+O 2 = CO 2 +97600 cal.

Uundaji wa CO wakati wa mwako usio kamili wa mafuta ni matokeo ya mchakato wa kupunguza sekondari; Wakala wa kupunguza katika kesi hii ni kaboni yenyewe, ambayo kwa joto zaidi ya 450 ° C humenyuka na CO 2 kulingana na equation:

CO 2 +C = 2СО -38800 cal;

majibu haya yanaweza kutenduliwa; juu ya 950 ° C, ubadilishaji wa CO 2 kuwa CO unakuwa karibu kukamilika, ambao unafanywa katika tanuu zinazozalisha gesi. Nguvu ya kupunguza uwezo wa kaboni kwenye joto la juu pia hutumiwa katika uzalishaji wa gesi ya maji (H 2 O + C = CO + H 2 -28380 cal) na katika michakato ya metallurgiska kupata chuma cha bure kutoka kwa oksidi yake. Aina za allotropiki za kaboni huguswa tofauti na hatua ya baadhi ya mawakala wa vioksidishaji: kwa mfano, mchanganyiko wa KCIO 3 + HNO 3 hauna athari kwa almasi hata kidogo, makaa ya mawe ya amofasi hutiwa oksidi kabisa ndani ya CO 2, wakati grafiti hutoa misombo ya kunukia - asidi ya grafiti. kwa fomula ya majaribio (C 2 OH) x kuendelea asidi ya mellitiki C 6 (COOH) 6 . Mchanganyiko wa kaboni na hidrojeni - hidrokaboni - ni nyingi sana; kutoka kwao, misombo mingine mingi ya kikaboni hutolewa kwa vinasaba, ambayo, pamoja na kaboni, mara nyingi hujumuisha H, O, N, S na halojeni.

Tofauti ya kipekee ya misombo ya kikaboni, ambayo hadi milioni 2 inajulikana, inatokana na sifa fulani za kaboni kama kipengele. 1) Carbon ina sifa ya mshikamano dhabiti wa kemikali na vitu vingine vingi, vya metali na visivyo vya metali, kwa sababu ambayo huunda misombo thabiti na zote mbili. Inapounganishwa na vipengele vingine, kaboni ina tabia ndogo sana ya kuunda ioni. Misombo mingi ya kikaboni ni ya aina ya homeopolar na haijitenganishi chini ya hali ya kawaida; Kuvunja vifungo vya intramolecular ndani yao mara nyingi huhitaji matumizi ya kiasi kikubwa cha nishati. Wakati wa kuhukumu nguvu za viunganisho, mtu anapaswa, hata hivyo, kutofautisha; a) nguvu kamili ya dhamana, kipimo cha thermochemically, na b) uwezo wa dhamana kuvunja chini ya ushawishi wa reagents mbalimbali; sifa hizi mbili haziwiani kila wakati. 2) Atomi za kaboni zimeunganishwa kwa urahisi wa kipekee (zisizo za polar), kutengeneza minyororo ya kaboni, iliyofunguliwa au iliyofungwa. Urefu wa minyororo hiyo inaonekana sio chini ya vikwazo vyovyote; Kwa hivyo, molekuli thabiti zilizo na minyororo wazi ya atomi 64 za kaboni zinajulikana. Urefu na ugumu wa minyororo iliyo wazi haiathiri nguvu ya unganisho la viungo vyao na kila mmoja au na vitu vingine. Miongoni mwa minyororo iliyofungwa, pete 6- na 5 zinaundwa kwa urahisi zaidi, ingawa minyororo yenye pete iliyo na atomi 3 hadi 18 ya kaboni inajulikana. Uwezo wa atomi za kaboni kuunganishwa vizuri unaelezea mali maalum ya grafiti na utaratibu wa michakato ya kuchaji; pia inaweka wazi ukweli kwamba kaboni haijulikani kwa namna ya molekuli za diatomic C 2, ambayo inaweza kutarajiwa kwa mlinganisho na vipengele vingine vya mwanga visivyo vya metali (katika fomu ya mvuke, kaboni ina molekuli za monatomic). 3) Kutokana na hali isiyo ya polar ya vifungo, misombo mingi ya kaboni ina inertness ya kemikali si tu nje (upole wa majibu), lakini pia ndani (ugumu wa rearrangements intramolecular). Uwepo wa "upinzani mkubwa" unachanganya sana mabadiliko ya hiari ya fomu zisizo na utulivu kuwa imara, mara nyingi hupunguza kiwango cha mabadiliko hayo hadi sifuri. Matokeo ya hii ni uwezekano wa kutambua idadi kubwa ya fomu za isomeri ambazo ni karibu sawa na joto la kawaida.

Allotropy na muundo wa atomiki wa kaboni . Uchunguzi wa X-ray ulifanya iwezekane kuanzisha kwa uhakika muundo wa atomiki wa almasi na grafiti. Njia hiyo hiyo ya utafiti inatoa mwanga juu ya swali la kuwepo kwa marekebisho ya tatu ya allotropic ya kaboni, ambayo kimsingi ni swali kuhusu amorphousness au fuwele ya makaa ya mawe: ikiwa makaa ya mawe ni malezi ya amorphous, basi hawezi. Haitambuliwi na grafiti wala almasi, lakini lazima izingatiwe kama aina maalum ya kaboni, kama dutu rahisi ya mtu binafsi. Katika almasi, atomi za kaboni zimepangwa kwa namna ambayo kila atomi iko katikati ya tetrahedron, wima ambazo ni atomi 4 zilizo karibu; kila moja ya mwisho kwa upande wake ni katikati ya tetrahedron nyingine sawa; umbali kati ya atomi zilizo karibu ni 1.54 Ᾰ (makali ya mchemraba wa msingi wa kimiani ya fuwele ni 3.55 Ᾰ). Muundo huu ni kompakt zaidi; inafanana na ugumu wa juu, wiani na inertness ya kemikali ya almasi (usambazaji sare wa vikosi vya valence). Uunganisho wa pamoja wa atomi za kaboni kwenye kimiani ya almasi ni sawa na katika molekuli za misombo ya kikaboni ya mfululizo wa mafuta (mfano wa tetrahedral wa kaboni). Katika fuwele za grafiti, atomi za kaboni hupangwa kwa tabaka zenye mnene, zimewekwa 3.35-3.41 Ᾰ kutoka kwa kila mmoja; mwelekeo wa tabaka hizi sanjari na ndege cleavage na sliding ndege wakati deformations mitambo. Katika ndege ya kila safu, atomi huunda gridi ya taifa na seli za hexagonal (makampuni); upande wa hexagon vile ni 1.42-1.45 Ᾰ. Katika tabaka za karibu, hexagons hazilala moja chini ya nyingine: bahati mbaya yao ya wima inarudiwa tu baada ya tabaka 2 katika tatu. Vifungo vitatu vya kila atomi ya kaboni viko kwenye ndege moja, na kutengeneza pembe za 120 °; Kifungo cha 4 kinaelekezwa kwa njia tofauti katika mwelekeo mmoja au mwingine kutoka kwa ndege hadi atomi za tabaka za jirani. Umbali kati ya atomi kwenye safu ni thabiti kabisa, lakini umbali kati ya tabaka za mtu binafsi unaweza kuwa kubadilishwa na mvuto wa nje: kwa mfano, wakati wa kushinikizwa chini ya shinikizo hadi 5000 atm, inapungua hadi 2.9 Ᾰ, na wakati grafiti inakua katika kujilimbikizia HNO 3, inaongezeka hadi 8 Ᾰ. Katika ndege ya safu moja, atomi za kaboni huunganishwa homeopolarly (kama katika minyororo ya hidrokaboni), lakini vifungo kati ya atomi za tabaka za karibu ni badala ya metali katika asili; hii ni dhahiri kutokana na ukweli kwamba conductivity ya umeme ya fuwele za grafiti katika mwelekeo perpendicular kwa tabaka ni ~ mara 100 zaidi kuliko conductivity katika mwelekeo wa safu. Hiyo. grafiti ina mali ya chuma katika mwelekeo mmoja na mali ya yasiyo ya chuma katika nyingine. Mpangilio wa atomi za kaboni katika kila safu ya kimiani ya grafiti ni sawa kabisa na katika molekuli za misombo tata ya kunukia ya nyuklia. Usanidi huu unaelezea vyema anisotropy kali ya grafiti, mipasuko iliyokuzwa ya kipekee, mali ya kuzuia msuguano na uundaji wa misombo ya kunukia wakati wa oxidation yake. Marekebisho ya amofasi ya kaboni nyeusi yanaonekana kama fomu huru (O. Ruff). Kwa ajili yake, kinachowezekana zaidi ni muundo wa seli za povu, usio na utaratibu wowote; kuta za seli hizo huundwa na tabaka za atomi hai kaboni unene wa atomi 3 hivi. Katika mazoezi, dutu hai ya makaa ya mawe kawaida hulala chini ya ganda la atomi za kaboni isiyofanya kazi zilizowekwa kwa karibu, zikielekezwa kwa kijiografia, na hupenyezwa na mijumuisho ya fuwele ndogo sana za grafiti. Pengine hakuna hatua maalum ya mabadiliko ya makaa ya mawe → grafiti: kati ya marekebisho yote mawili kuna mpito unaoendelea, wakati ambapo molekuli iliyojaa kwa nasibu ya C-atomi za makaa ya amofasi hubadilishwa kuwa kimiani ya kioo ya kawaida ya grafiti. Kwa sababu ya mpangilio wao wa nasibu, atomi za kaboni katika makaa ya amofasi huonyesha mshikamano wa juu zaidi wa mabaki, ambao (kulingana na mawazo ya Langmuir kuhusu utambulisho wa nguvu za utangazaji na nguvu za valence) inalingana na utangazaji wa juu na shughuli za kichocheo hivyo tabia ya makaa ya mawe. Atomi za kaboni zinazoelekezwa kwenye kimiani ya kioo hutumia mshikamano wao wote (katika almasi) au sehemu kubwa yake (kwenye grafiti) kwenye kushikamana kwa pande zote; Hii inalingana na kupungua kwa shughuli za kemikali na shughuli za adsorption. Katika almasi, adsorption inawezekana tu juu ya uso wa kioo moja, wakati katika grafiti, valency mabaki inaweza kuonekana kwenye nyuso zote za kila kimiani gorofa (katika "nyufa" kati ya tabaka za atomi), ambayo inathibitishwa na ukweli kwamba grafiti. inaweza kuvimba katika kioevu (HNO 3) na utaratibu wa uoksidishaji wake katika asidi ya grafiti.

Umuhimu wa kiufundi wa kaboni. Kuhusu b. au m. ya kaboni ya bure iliyopatikana wakati wa michakato ya charring na coking, basi matumizi yake katika teknolojia ni msingi wote kemikali yake (inertness, kupunguza uwezo) na mali yake ya kimwili (upinzani joto, conductivity umeme, adsorption uwezo). Kwa hivyo, coke na mkaa, pamoja na matumizi yao ya moja kwa moja ya sehemu kama mafuta yasiyo na moto, hutumiwa kuzalisha mafuta ya gesi (gesi za jenereta); katika metallurgy ya metali za feri na zisizo na feri - kwa kupunguzwa kwa oksidi za chuma (Fe, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi); katika teknolojia ya kemikali - kama wakala wa kupunguza katika utengenezaji wa sulfidi (Na, Ca, Ba) kutoka kwa sulfati, chumvi za kloridi isiyo na maji (Mg, Al), kutoka kwa oksidi za chuma, katika utengenezaji wa glasi mumunyifu na fosforasi - kama malighafi kwa uzalishaji wa carbudi ya kalsiamu, carborundum na carbides nyingine kaboni disulfide, nk; katika sekta ya ujenzi - kama nyenzo ya kuhami joto. Makaa ya mawe na coke hutumika kama vifaa vya elektroni za tanuu za umeme, bafu za elektroliti na seli za galvanic, kwa ajili ya utengenezaji wa makaa ya arc, rheostats, brashi za kubadilisha, crucibles kuyeyuka, nk, na pia kama pua katika vifaa vya kemikali vya aina ya mnara. Mbali na matumizi hayo hapo juu, mkaa hutumika kuzalisha monoksidi kaboni iliyokolea, chumvi ya sianidi, kwa ajili ya uwekaji saruji wa chuma, hutumika sana kama adsorbent, kama kichocheo cha baadhi ya athari za sintetiki, na hatimaye hujumuishwa katika unga mweusi na vilipuzi vingine. na nyimbo za pyrotechnic.

Uamuzi wa uchambuzi wa kaboni. Carbon imedhamiriwa kwa ubora kwa kuchaji sampuli ya dutu bila ufikiaji wa hewa (ambayo haifai kwa vitu vyote) au, ambayo ni ya kuaminika zaidi, na oxidation yake kamili, kwa mfano, kwa kuhesabu katika mchanganyiko na oksidi ya shaba, na. malezi ya CO 2 inathibitishwa na athari za kawaida. Ili kupima kaboni, sampuli ya dutu hii huchomwa katika anga ya oksijeni; CO 2 inayotokana inachukuliwa na ufumbuzi wa alkali na kuamua kwa uzito au kiasi kwa kutumia mbinu za kawaida za uchambuzi wa kiasi. Njia hii inafaa kwa ajili ya kuamua kaboni si tu katika misombo ya kikaboni na makaa ya kiufundi, lakini pia katika metali.

Tabia za kemikali Radi ya Covalent 77 jioni Radi ya ion 16 (+4e) 260 (-4e) jioni Umeme 2.55 (Mizani ya Pauling) Majimbo ya oxidation 4 , 3 , 2, 1 , , , , , -4 Nishati ya ionization
(elektroni ya kwanza) 1085.7 (11.25) kJ/mol (eV) Mali ya thermodynamic ya dutu rahisi Msongamano (katika hali ya kawaida) 2.25 (grafiti) g/cm³ Kiwango cha joto 3550 °C Joto la kuchemsha 5003 K; 4830 °C Jambo muhimu 4130, 12 MPa Uwezo wa joto wa molar 8.54 (graphite) J/(K mol) Kiasi cha Molar 5.3 cm³/mol Kioo kimiani ya dutu rahisi Muundo wa kimiani hexagonal (graphite), cubic (almasi) Vigezo vya kimiani a=2.46; c=6.71 (graphite); a=3.567 (almasi) Mtazamo c/a 2.73 (graphite) Debye joto 1860 (almasi) Sifa nyingine Conductivity ya joto (K300) 1.59 W/(m K) Nambari ya CAS 7440-44-0 Wigo wa chafu

Uwezo wa kaboni kuunda minyororo ya polima husababisha darasa kubwa la misombo inayotokana na kaboni inayoitwa ogani, ambayo ni nyingi zaidi kuliko isokaboni na ni masomo ya kemia ya kikaboni.

Hadithi

Mwanzoni mwa karne za XVII-XVIII. nadharia ya phlogiston iliibuka, iliyowekwa mbele na Johann Becher na Georg Stahl. Nadharia hii ilitambua uwepo katika kila mwili unaoweza kuwaka wa dutu maalum ya msingi - maji yasiyo na uzito - phlogiston, ambayo huvukiza wakati wa mchakato wa mwako. Tangu wakati kiasi kikubwa cha makaa ya mawe kinachomwa, majivu kidogo tu yanabaki, phlogistics iliamini kuwa makaa ya mawe yalikuwa karibu phlogiston safi. Hii ndio ilielezea, haswa, athari ya "phlogisticating" ya makaa ya mawe - uwezo wake wa kurejesha metali kutoka "chokaa" na ores. Phlogistics ya baadaye, Reaumur, Bergman na wengine, tayari wameanza kuelewa kwamba makaa ya mawe ni dutu ya msingi. Walakini, "makaa safi" yalitambuliwa kwanza na Antoine Lavoisier, ambaye alisoma mchakato wa mwako wa makaa ya mawe na vitu vingine katika hewa na oksijeni. Katika kitabu "Method of Chemical Nomenclature" (1787) na Guiton de Morveau, Lavoisier, Berthollet na Fourcroix, jina "carbon" (carbone) lilionekana badala ya Kifaransa "makaa ya mawe safi" (charbone pur). Chini ya jina hilohilo, kaboni inaonekana katika "Jedwali la Miili Rahisi" katika "Kitabu cha Msingi cha Kemia" cha Lavoisier.

asili ya jina

Mwanzoni mwa karne ya 19, neno "suluhisho la kaboni" wakati mwingine lilitumiwa katika fasihi za kemikali za Kirusi (Scherer, 1807; Severgin, 1815); Tangu 1824, Solovyov alianzisha jina "kaboni". Misombo ya kaboni ina sehemu katika jina lao wanga (yeye)- kutoka lat. kabo (n. carbonis) "makaa".

Tabia za kimwili

Carbon ipo katika aina mbalimbali za alotropu zenye sifa tofauti za kimaumbile. Aina mbalimbali za marekebisho ni kutokana na uwezo wa kaboni kuunda vifungo vya kemikali vya aina tofauti.

Isotopu za kaboni

Kaboni asilia ina isotopu mbili thabiti - 12 C (98.93%) na 13 C (1.07%) na isotopu moja ya mionzi 14 C (β-emitter, T ½ = miaka 5730), iliyojilimbikizia angahewa na sehemu ya juu ya dunia. gome. Inaundwa mara kwa mara katika tabaka za chini za stratosphere kama matokeo ya athari ya neutroni kutoka kwa mionzi ya cosmic kwenye nuclei ya nitrojeni kulingana na majibu: 14 N (n, p) 14 C, na pia, tangu katikati ya miaka ya 1950, kama bidhaa iliyotengenezwa na mwanadamu ya vinu vya nyuklia na kama matokeo ya majaribio ya mabomu ya hidrojeni.

Marekebisho ya allotropiki ya kaboni

Kaboni ya fuwele

Kaboni ya amofasi

  • Makaa ya Kisukuku: Anthracite na Makaa ya Kisukuku.
  • Coal coke, petroli coke, nk.

Katika mazoezi, kama sheria, fomu za amofasi zilizoorodheshwa hapo juu ni misombo ya kemikali yenye maudhui ya juu ya kaboni, badala ya fomu safi ya allotropic ya kaboni.

Fomu za nguzo

Muundo

Kaboni ya kioevu inapatikana tu kwa shinikizo fulani la nje. Pointi tatu: grafiti - kioevu - mvuke T= 4130 K, R= 10.7 MPa na grafiti - almasi - kioevu T≈ K4000, R≈ 11 GPA. Grafiti ya mstari wa usawa - kioevu kwenye awamu R, T- mchoro una mteremko mzuri, ambao unageuka hasi inapokaribia grafiti ya uhakika - almasi - kioevu, ambayo inahusishwa na mali ya kipekee ya atomi za kaboni kuunda molekuli za kaboni zinazojumuisha idadi tofauti ya atomi (kutoka mbili hadi saba) . Mteremko wa mstari wa usawa wa almasi-kioevu, kwa kukosekana kwa majaribio ya moja kwa moja katika eneo la joto la juu sana (> 4000-5000 K) na shinikizo (> 10-20 GPa), ilionekana kuwa mbaya kwa miaka mingi. Majaribio ya moja kwa moja yaliyofanywa na watafiti wa Kijapani na usindikaji wa data iliyopatikana ya majaribio, kwa kuzingatia uwezo wa ajabu wa joto la juu la joto la almasi, ilionyesha kuwa mteremko wa mstari wa usawa wa almasi-kioevu ni chanya, yaani, almasi ni nzito kuliko kioevu chake. (katika kuyeyuka itazama na kutoelea kama barafu kwenye maji) .

Almasi za Ultradisperse (nanodiamonds)

Katika miaka ya 1980 katika USSR, iligunduliwa kuwa chini ya hali ya upakiaji wa nguvu wa vifaa vyenye kaboni, miundo ya almasi, inayoitwa almasi ya ultrafine (UDD), inaweza kuunda. Hivi sasa, neno "nanodiamonds" linazidi kutumika. Ukubwa wa chembe katika nyenzo hizo ni nanometers chache. Masharti ya malezi ya UDD yanaweza kupatikana wakati wa kulipuka kwa milipuko na usawa mkubwa wa oksijeni hasi, kwa mfano, mchanganyiko wa TNT na hexojeni. Hali kama hizo zinaweza pia kufikiwa wakati wa athari za miili ya mbinguni kwenye uso wa Dunia mbele ya nyenzo zenye kaboni (kikaboni, peat, makaa ya mawe, nk). Kwa hivyo, katika ukanda wa kuanguka wa meteorite ya Tunguska, UDAs ziligunduliwa kwenye sakafu ya msitu.

Carbin

Marekebisho ya fuwele ya kaboni ya mfumo wa hexagonal na muundo wa mnyororo wa molekuli inaitwa carbyne. Minyororo ina muundo wa polyene (−C≡C-) au muundo wa polycumulene (=C=C=). Aina kadhaa za carbyne zinajulikana, zinazotofautiana katika idadi ya atomi katika seli ya kitengo, saizi ya seli na msongamano (2.68-3.30 g/cm³). Carbyne hutokea kwa asili kwa namna ya chaoite ya madini (mishipa nyeupe na inclusions katika grafiti) na hupatikana kwa bandia na dehydropolycondensation ya oxidative ya asetilini, hatua ya mionzi ya laser kwenye grafiti, kutoka kwa hidrokaboni au CCl 4 katika plasma ya chini ya joto.

Carbyne ni unga mweusi laini-fuwele (wiani 1.9-2 g/cm³) na una sifa za semiconductor. Imepatikana chini ya hali ya bandia kutoka kwa minyororo mirefu ya atomi za kaboni iliyowekwa sambamba kwa kila mmoja.

Carbyne ni polima ya mstari wa kaboni. Katika molekuli ya carbyne, atomi za kaboni zimeunganishwa kwa minyororo kwa njia mbadala ama kwa vifungo vitatu na moja (muundo wa polyene), au kwa kudumu na vifungo viwili (muundo wa polycumulene). Dutu hii ilipatikana kwanza na wanakemia wa Soviet V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin na Yu.P. Kudryavtsev mapema miaka ya 1960 katika Chuo cha Sayansi cha USSR. Carbyne ina mali ya semiconducting, na conductivity yake huongezeka sana wakati inakabiliwa na mwanga. Maombi ya kwanza ya vitendo yanategemea mali hii - katika seli za photovoltaic.

Fullerenes na nanotubes za kaboni

Carbon pia inajulikana kwa namna ya chembe za nguzo C 60, C 70, C 80, C 90, C 100 na kadhalika (fullerenes), pamoja na graphene, nanotubes na miundo tata - astralenes.

Kaboni ya amofasi (muundo)

Muundo wa kaboni ya amofasi inategemea muundo usio na utaratibu wa fuwele moja (daima ina uchafu) grafiti. Hizi ni coke, kahawia na makaa ngumu, kaboni nyeusi, soti, kaboni iliyoamilishwa.

Graphene

Graphene ni muundo wa alotropiki wa kaboni wenye pande mbili, unaoundwa na safu ya atomi za kaboni atomi moja nene, iliyounganishwa kupitia vifungo vya sp² kwenye kimiani ya fuwele ya pande mbili-mbili.

Kuwa katika asili

Imekadiriwa kuwa Dunia kwa ujumla ina 730 ppm carbon, na 2000 ppm katika kiini na 120 ppm katika vazi na ukoko. Kwa kuwa uzito wa Dunia ni 5.972⋅10 24 kg, hii ina maana kuwepo kwa gigatoni milioni 4360 za kaboni.