Doğal karbon. Acil!!! karbonun kimyasal özellikleri

Karbon (enlem. Carboneum), Mendeleev periyodik sisteminin 2. periyodunun 14. grubunun kimyasal bir elementidir (eski numaralandırmada grup IV); atom numarası 6, atom kütlesi 12.011.

Karbon çok özel bir kimyasal elementtir. Karbon kimyasından, en karmaşık sentezleri ve incelenen geniş bir yelpazedeki bileşikleri ile güçlü bir organik kimya ağacı büyümüştür. Organik kimyanın yeni dalları ortaya çıkıyor. Biyosferi oluşturan tüm canlılar karbon bileşiklerinden yapılmıştır. Ve milyonlarca yıl önce çoktan tükenmiş olan ağaçlar, karbon içeren yakıta (kömür, turba vb.) Dönüştü. Herkesin aşina olduğu bir nesne olan en sıradan kalemi ele alalım. Mütevazı grafit çubuğun doğadaki en sert madde olan ışıltılı elmasla akraba olması şaşırtıcı değil mi? Elmas, grafit, karbin karbonun allotropik modifikasyonlarıdır (bkz. Allotropi). Grafitin (1), elmasın (2), karabinanın (3) yapısı.

İnsanın bu maddeyle tanışmasının tarihi yüzyıllar öncesine dayanmaktadır. Karbonu keşfeden kişinin adı bilinmiyor ve ilk önce hangi saf karbon formunun (grafit veya elmas) keşfedildiği bilinmiyor. Sadece 18. yüzyılın sonunda. Karbonun bağımsız bir kimyasal element olduğu kabul edildi.

Yerkabuğundaki karbon içeriği kütlece %0,023'tür. Karbon, bitki ve hayvan dünyasının ana bileşenidir. Tüm fosil yakıtlar (petrol, gaz, turba, şist) karbon esasına dayalıdır ve kömür özellikle karbon açısından zengindir. Karbonun çoğu minerallerde yoğunlaşmıştır - alkalin toprak metallerin ve zayıf karbonik asit H2C03'ün tuzları olan kireçtaşı CaC03 ve dolomit CaMg(CO3)2.

Hayati unsurlar arasında karbon en önemlilerinden biridir: Gezegenimizdeki yaşam karbon temeline dayalıdır. Neden? Bu sorunun cevabı D.I. Mendeleev'in "Kimyanın Temelleri" kitabında bulunmaktadır: "Karbon doğada hem serbest hem de bağlantılı durumda, çok farklı form ve türlerde bulunur... Karbon atomlarının birbirleriyle bağlantı kurma yeteneği" diğer ve kompleks parçacıklar tüm karbon bileşiklerinde kendini gösterir... Elementlerin hiçbirinde... karmaşıklık kapasitesi karbondaki kadar gelişmiş değildir... Hiçbir element çifti, karbon ve hidrojen kadar bileşik vermez .”

Aslında karbon atomları birbirleriyle ve diğer birçok elementin atomlarıyla çeşitli şekillerde birleşerek çok çeşitli maddeler oluşturabilir. Kimyasal bağları doğal faktörlerin etkisi altında oluşturulabilir ve yok edilebilir. Doğada karbon döngüsü bu şekilde ortaya çıkar: atmosferden bitkilere, bitkilerden hayvan organizmalarına, onlardan cansız doğaya vb. Karbonun olduğu yerde çeşitli maddeler vardır, karbonun olduğu yerde, Moleküler mimaride çok çeşitli yapılar vardır (bkz. Hidrokarbonlar).

Yerkabuğunda karbon birikmesi, çözünmeyen karbonatlar vb. şeklinde çökelmiş birçok başka elementin birikmesiyle ilişkilidir. CO2 ve karbonik asit, yerkabuğunda önemli bir jeokimyasal rol oynar. Volkanizma sırasında büyük miktarda CO 2 açığa çıkar - Dünya tarihinde biyosfer için ana karbon kaynağıydı.

İnorganik karbon bileşikleri miktar olarak organik olanlardan çok daha küçüktür. Elmas, grafit ve kömür formundaki karbon yalnızca ısıtıldığında birleşir. Yüksek sıcaklıklarda metallerle ve bor gibi bazı ametallerle birleşerek karbürler oluşturur.

İnorganik karbon bileşiklerinden en iyi bilinenleri karbonik asit tuzları, karbondioksit CO2 (karbon dioksit) ve karbon monoksit CO'dur. Çok daha az bilinen üçüncü oksit, hoş olmayan, keskin bir kokuya sahip renksiz bir gaz olan C3O2'dir.

Dünya atmosferi, solunum ve yanmanın bir ürünü olan 2,3 10 12 ton CO 2 dioksit içerir. Bitki gelişimi için ana karbon kaynağıdır. Karbon monoksit olarak bilinen karbon monoksit CO, yakıtın eksik yanması sırasında oluşur: araba egzoz gazlarında vb.

Endüstride, karbon monoksit CO indirgeyici bir madde olarak (örneğin, yüksek fırınlarda dökme demiri eritirken) ve organik maddelerin sentezi için (örneğin, reaksiyona göre metil alkol: CO + 2H2 → CH3 () kullanılır. AH).

Elementel karbonun en ünlü allotropik modifikasyonları: elmas- mekansal, hacimsel yapıya sahip inorganik polimer; grafit- düzlemsel yapıya sahip polimer; karabina- kimyasal bağların doğası ve değişimi bakımından farklılık gösteren iki formda bulunan doğrusal bir karbon polimeri; iki boyutlu değişiklik grafen; karbon nanotüpler silindirik yapı. (bkz. Allotropi).

Elmas- Karbonun kristal formu, nadir bir mineral, sertlik açısından kristal bor nitrür hariç tüm doğal ve tüm yapay malzemelerden üstün. Büyük elmas kristalleri kesildikten sonra en değerli taş olan elmaslara dönüşür.

17. yüzyılın sonunda. Floransalı bilim adamları Averani ve Tardgioni, birkaç küçük elması büyük bir elmas halinde birleştirmeye çalıştılar ve onları yanan cam kullanarak güneş ışınlarıyla ısıtmaya çalıştılar. Elmaslar havada yanarak ortadan kayboldu... Fransız kimyager A. Lavoisier'nin 1772'de sadece bu deneyi tekrarlamakla kalmayıp aynı zamanda elmasın ortadan kaybolmasının nedenlerini açıklamasından yaklaşık yüz yıl geçti: değerli bir elmasın kristali yandı diğer deneylerde fosfor ve kömürün yandığı parçalarla aynı şekilde. Ve ancak 1797'de İngiliz bilim adamı S. Tennant, elmas ve kömürün doğasının kimliğini kanıtladı. Eşit kütlelerdeki kömür ve elmasın yanmasından sonra karbondioksit hacimlerinin aynı olduğunu buldu. Bundan sonra grafit, kömür ve karbon içeren malzemelerden yüksek sıcaklık ve basınçta yapay olarak elmas elde etmek için birçok girişimde bulunuldu. Bazen bu deneylerden sonra küçük elmas benzeri kristaller bulundu, ancak başarılı deneyler hiçbir zaman mümkün olmadı.

Elmas sentezi, 1939'da Sovyet fizikçisi O.I. Leypunsky'nin grafitin elmasa dönüşebileceği koşulları (yaklaşık 60.000 atm basınç, 1600-2000 °C sıcaklık) hesaplamasıyla mümkün oldu. 50'li yıllarda. yüzyılda, SSCB de dahil olmak üzere birçok ülkede neredeyse aynı anda endüstriyel koşullar altında yapay elmaslar üretildi. Günümüzde bir ev sanayi tesisinden günde 2000 karat yapay elmas üretiliyor (1 karat = 0,2 g). Sondaj kulelerinin elmas uçları, elmas kesme aletleri, elmas talaşlı taşlama taşları güvenilir ve uzun süre çalışır. Doğal kristaller gibi yapay elmaslar da modern teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.

Başka bir saf karbon polimeri pratikte daha da yaygın olarak kullanılmaktadır - grafit. Bir grafit kristalinde, aynı düzlemde bulunan karbon atomları düzenli altıgenler halinde sıkı bir şekilde bağlanmıştır. Ortak yüzlere sahip altıgenler paket düzlemleri oluşturur. Farklı yığınlardaki karbon atomları arasındaki bağlar zayıftır. Ek olarak, farklı düzlemlerdeki karbon atomları arasındaki mesafe, aynı düzlemdeki komşu atomlar arasındaki mesafenin neredeyse 2,5 katıdır. Bu nedenle, grafit kristalini tek tek pullara bölmek için hafif bir kuvvet yeterlidir. Kurşun kalemin grafit ucunun kağıt üzerinde iz bırakmasının nedeni budur. Aynı düzlemde bulunan karbon atomları arasındaki bağı yok etmek kıyaslanamayacak kadar zordur. Bu bağların gücü, grafitin yüksek kimyasal direncinin nedenidir. Konsantre nitrik asit haricinde sıcak alkaliler ve asitler bile onu etkilemez.

Yüksek kimyasal direncin yanı sıra, grafit aynı zamanda yüksek ısı direnciyle de karakterize edilir: Grafitten üretilen ürünler 3700 °C'ye kadar sıcaklıklarda kullanılabilir. Elektrik akımını iletme yeteneği grafitin birçok uygulama alanını belirlemiştir. Elektrik mühendisliği, metalurji, barut üretimi ve nükleer teknolojide gereklidir. En yüksek saflığa sahip grafit, reaktör yapımında etkili bir nötron moderatörü olarak kullanılır.

Doğrusal karbon polimeri - karabinaşu ana kadar pratikte sınırlı ölçüde kullanılmıştır. Karbin molekülünde karbon atomları zincirler halinde dönüşümlü olarak üçlü ve tekli bağlarla bağlanır:

−C≡C−C≡C−C≡C−C≡C−C≡C−

Bu madde ilk olarak 60'ların başında Sovyet kimyagerleri V.V. Korshak, A.M. SSCB Bilimler Akademisi Organoelement Bileşikleri Enstitüsü'nde. Carbyne yarı iletken özelliklere sahiptir ve ışığa maruz kaldığında iletkenliği büyük ölçüde artar. İlk pratik uygulama bu özelliğe dayanmaktadır - fotosellerde.

Yine ülkemizde ilk kez elde edilen başka bir karbin - polikümülen (β-karbin) molekülünde, karbon atomları karbinden farklı şekilde - yalnızca çift bağlarla bağlanır:

═C═C═C═C═C═C═C═C═C═

Bilim tarafından bilinen organik bileşiklerin sayısı - karbon bileşikleri - 7 milyonu aşıyor. Doğal ve sentetik polimerlerin kimyası da öncelikle karbon bileşiklerinin kimyasıdır. Organik karbon bileşikleri, organik kimya, biyokimya ve doğal bileşiklerin kimyası gibi bağımsız bilimler tarafından incelenmektedir.

Karbon bileşiklerinin insan yaşamındaki önemi paha biçilmezdir; sabit karbon bizi her yerde çevreler: atmosferde ve litosferde, bitkilerde ve hayvanlarda, kıyafetlerimizde ve yiyeceklerimizde.

Belediye eğitim kurumu "Nikiforovskaya ortaokul No. 1"

Karbon ve ana inorganik bileşikleri

Soyut

Tamamlayan: 9B sınıfı öğrencisi

Sidorov İskender

Öğretmen: Sakharova L.N.

Dmitrievka 2009


giriiş

Bölüm I. Karbon hakkında her şey

1.1. Doğada karbon

1.2. Karbonun allotropik modifikasyonları

1.3. Karbonun kimyasal özellikleri

1.4. Karbon uygulaması

Bölüm II. İnorganik karbon bileşikleri

Çözüm

Edebiyat


giriiş

Karbon (lat. Carboneum) C, Mendeleev periyodik sisteminin IV. grubunun kimyasal bir elementidir: atom numarası 6, atom kütlesi 12.011(1). Karbon atomunun yapısını ele alalım. Karbon atomunun dış enerji seviyesi dört elektron içerir. Grafiksel olarak gösterelim:


Karbon eski çağlardan beri bilinmektedir ve bu elementi keşfedenin adı bilinmemektedir.

17. yüzyılın sonunda. Floransalı bilim adamları Averani ve Tardgioni birkaç küçük elması tek bir büyük elmas haline getirmeye çalıştılar ve bunları güneş ışığını kullanarak yanan bir camla ısıttılar. Elmaslar havada yanarak ortadan kayboldu. 1772'de Fransız kimyager A. Lavoisier, elmaslar yandığında CO2'nin oluştuğunu gösterdi. İngiliz bilim adamı S. Tennant ancak 1797'de grafit ve kömürün doğasının kimliğini kanıtladı. Eşit miktarda kömür ve elmas yakıldıktan sonra karbon monoksit (IV) hacimlerinin aynı olduğu ortaya çıktı.

Atomlarının birbirleriyle ve diğer elementlerin atomlarıyla çeşitli şekillerde birleşme yeteneğiyle açıklanan karbon bileşiklerinin çeşitliliği, karbonun diğer elementler arasındaki özel konumunu belirler.


Bölüm BEN . Karbon hakkında her şey

1.1. Doğada karbon

Karbon doğada hem serbest halde hem de bileşikler halinde bulunur.

Serbest karbon elmas, grafit ve karbin formunda oluşur.

Elmaslar çok nadirdir. Bilinen en büyük elmas olan Cullinan, 1905 yılında Güney Afrika'da bulunmuş olup, 621,2 g ağırlığında ve 10x6,5x5 cm ölçülerindedir. Moskova'daki Elmas Fonu, dünyanın en büyük ve en güzel elmaslarından biri olan “Orlov”u (37,92 g) barındırmaktadır. .

Pırlanta adını Yunancadan almıştır. "adamas" - yenilmez, yok edilemez. En önemli elmas yatakları Güney Afrika, Brezilya ve Yakutya'da bulunmaktadır.

Büyük grafit yatakları Almanya, Sri Lanka, Sibirya ve Altay'da bulunmaktadır.

Karbon içeren ana mineraller şunlardır: manyezit MgCO 3, kalsit (kireç direği, kireçtaşı, mermer, tebeşir) CaCO 3, dolomit CaMg(CO 3) 2, vb.

Tüm fosil yakıtlar - petrol, gaz, turba, kömür ve kahverengi kömür, şist - karbon esasına göre inşa edilmiştir. %99'a kadar C içeren bazı fosil kömürlerin bileşimi karbona yakındır.

Karbon yer kabuğunun %0,1'ini oluşturur.

Karbon monoksit (IV) CO2 formunda karbon atmosfere girer. Hidrosferde büyük miktarda CO2 çözülür.

1.2. Karbonun allotropik modifikasyonları

Temel karbon üç allotropik modifikasyon oluşturur: elmas, grafit, karabina.

1. Elmas, ışık ışınlarını son derece güçlü bir şekilde kıran, renksiz, şeffaf kristal bir maddedir. Elmastaki karbon atomları sp3 hibridizasyonu halindedir. Uyarılmış durumda, karbon atomlarındaki değerlik elektronları eşlenir ve dört eşlenmemiş elektron oluşur. Kimyasal bağlar oluştuğunda, elektron bulutları aynı uzun şekli kazanır ve eksenleri tetrahedronun köşelerine doğru yönlendirilecek şekilde uzaya yerleştirilir. Bu bulutların tepeleri diğer karbon atomlarından oluşan bulutlarla örtüştüğünde, 109°28" açıyla kovalent bağlar ortaya çıkar ve elmasın karakteristik özelliği olan atomik kristal kafes oluşur.

Elmastaki her bir karbon atomu, tetrahedronların merkezinden köşelerine kadar uzanan yönlerde bulunan diğer dört atomla çevrilidir. Dörtyüzlüdeki atomlar arasındaki mesafe 0,154 nm'dir. Tüm bağlantıların gücü aynıdır. Böylece elmastaki atomlar çok sıkı bir şekilde “paketlenir”. 20°C'de elmasın yoğunluğu 3,515 g/cm3'tür. Bu onun olağanüstü sertliğini açıklıyor. Elmas zayıf bir elektrik iletkenidir.

1961'de Sovyetler Birliği, grafitten sentetik elmasların endüstriyel üretimine başladı.

Elmasların endüstriyel sentezi binlerce MPa'lık basınç ve 1500 ila 3000°C arasındaki sıcaklıkları kullanır. İşlem, Ni gibi bazı metaller olabilen katalizörlerin varlığında gerçekleştirilir. Oluşan elmasların büyük kısmı küçük kristaller ve elmas tozudur.

Elmas, hava olmadan 1000°C'nin üzerinde ısıtıldığında grafite dönüşür. 1750°C'de elmasın grafite dönüşümü hızla gerçekleşir.

Elmas yapısı

2. Grafit, metalik parlaklığa sahip, dokunulduğunda yağlı ve sertliği kağıttan bile daha düşük olan gri-siyah kristal bir maddedir.

Grafit kristallerindeki karbon atomları sp2 hibridizasyonu durumundadır: her biri komşu atomlarla üç kovalent σ bağı oluşturur. Bağ yönleri arasındaki açılar 120°'dir. Sonuç, düzenli altıgenlerden oluşan bir ızgaradır. Katmanın içindeki karbon atomlarının bitişik çekirdekleri arasındaki mesafe 0,142 nm'dir. Grafitteki her karbon atomunun dış katmanındaki dördüncü elektron, hibridizasyona katılmayan bir p yörüngesini işgal eder.

Karbon atomlarından oluşan hibrit olmayan elektron bulutları, katman düzlemine dik olarak yönlendirilir ve birbirleriyle örtüşerek delokalize σ bağları oluştururlar. Bir grafit kristalindeki bitişik katmanlar birbirinden 0,335 nm uzaklıkta bulunur ve birbirlerine esas olarak van der Waals kuvvetleriyle zayıf bir şekilde bağlanır. Bu nedenle, grafit düşük mekanik dayanıma sahiptir ve kendileri de çok güçlü olan pullara kolaylıkla ayrılır. Grafitteki karbon atomu katmanları arasındaki bağ kısmen metalik niteliktedir. Bu, grafitin elektriği iyi ilettiğini ancak metaller kadar iyi iletmediğini açıklıyor.

Grafit yapısı

Grafitin fiziksel özellikleri, karbon atomu katmanlarına dik ve paralel yönlerde büyük ölçüde değişiklik gösterir.

Grafit, hava erişimi olmadan ısıtıldığında 3700°C'ye kadar herhangi bir değişikliğe uğramaz. Belirtilen sıcaklıkta erimeden süblimleşir.

Yapay grafit, hava erişimi olmayan elektrikli fırınlarda 3000°C'de en iyi kalitedeki kömürden üretilir.

Grafit, geniş bir sıcaklık ve basınç aralığında termodinamik olarak kararlı olduğundan karbonun standart durumu olarak kabul edilir. Grafitin yoğunluğu 2,265 g/cm3'tür.

3. Karbin ince kristalli siyah bir tozdur. Kristal yapısında, karbon atomları doğrusal zincirlerde değişen tekli ve üçlü bağlarla bağlanır:

−С≡С−С≡С−С≡С−

Bu madde ilk olarak V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin, Yu.P. Kudryavtsev, XX yüzyılın 60'lı yılların başında.

Daha sonra karbininin farklı formlarda bulunabileceği ve karbon atomlarının çift bağlarla bağlandığı hem poliasetilen hem de polikümülen zincirlerini içerdiği gösterildi:

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

Daha sonra doğada, göktaşı maddesinde karbin bulundu.

Carbyne yarı iletken özelliklere sahiptir; ışığa maruz kaldığında iletkenliği büyük ölçüde artar. Farklı bağ türlerinin varlığı ve kristal kafeste karbon atomu zincirlerini yerleştirmenin farklı yolları nedeniyle, karbinin fiziksel özellikleri büyük ölçüde değişebilir. Karabina 2000°C'nin üzerinde havaya erişim olmadan ısıtıldığında stabildir; 2300°C civarındaki sıcaklıklarda grafite geçişi gözlenir.

Doğal karbon (%98,892) ve (%1,108) olmak üzere iki izotoptan oluşur. Ayrıca atmosferde yapay olarak üretilen radyoaktif izotopun küçük katkıları da bulundu.

Daha önce, kömür, kurum ve kokunun bileşim açısından saf karbona benzer olduğuna ve özelliklerinde elmas ve grafitten farklı olduğuna, karbonun bağımsız bir allotropik modifikasyonunu ("amorf karbon") temsil ettiğine inanılıyordu. Ancak bu maddelerin, karbon atomlarının grafitte olduğu gibi bağlandığı çok küçük kristal parçacıklardan oluştuğu tespit edildi.

4. Kömür – ince öğütülmüş grafit. Karbon içeren bileşiklerin hava erişimi olmadan termal ayrışması sırasında oluşur. Kömürlerin özellikleri, elde edildikleri maddeye ve üretim yöntemine bağlı olarak önemli ölçüde farklılık gösterir. Her zaman özelliklerini etkileyen yabancı maddeler içerirler. En önemli kömür türleri kok, odun kömürü ve istir.

Kok, kömürün havaya erişimi olmadan ısıtılmasıyla üretilir.

Odun havaya erişim olmadan ısıtıldığında kömür oluşur.

Kurum çok ince bir grafit kristal tozdur. Hidrokarbonların (doğal gaz, asetilen, terebentin vb.) sınırlı hava erişimiyle yanmasıyla oluşur.

Aktif karbonlar, esas olarak karbondan oluşan gözenekli endüstriyel adsorbanlardır. Adsorpsiyon, gazların ve çözünmüş maddelerin katıların yüzeyi tarafından emilmesidir. Aktif karbonlar katı yakıtlardan (turba, kahverengi ve taşkömürü, antrasit), odun ve ürünlerinden (kömür, talaş, kağıt atığı), deri endüstrisi atıklarından ve kemik gibi hayvansal malzemelerden elde edilir. Yüksek mekanik mukavemete sahip kömürler, hindistancevizi ve diğer sert kabuklu yemişlerin kabuklarından ve meyve çekirdeklerinden üretilir. Kömürün yapısı her boyuttaki gözeneklerle temsil edilir, ancak adsorpsiyon kapasitesi ve adsorpsiyon hızı, granüllerin birim kütlesi veya hacmi başına mikro gözeneklerin içeriği ile belirlenir. Aktif karbon üretilirken, başlangıç ​​​​malzemesi ilk önce havaya erişim olmadan ısıl işleme tabi tutulur, bunun sonucunda nem ve kısmen reçineler çıkarılır. Bu durumda kömürün geniş gözenekli yapısı oluşur. Mikro gözenekli bir yapı elde etmek için aktivasyon, gaz veya buharla oksidasyon veya kimyasal reaktiflerle işlem yoluyla gerçekleştirilir.

1.3. Karbonun kimyasal özellikleri

Normal sıcaklıklarda elmas, grafit ve kömür kimyasal olarak inerttir ancak yüksek sıcaklıklarda aktiviteleri artar. Karbonun ana formlarının yapısından da anlaşılacağı üzere kömür, grafitten ve özellikle elmastan daha kolay reaksiyona girer. Grafit yalnızca elmastan daha reaktif olmakla kalmaz, aynı zamanda belirli maddelerle reaksiyona girdiğinde elmasın oluşturmadığı ürünler oluşturabilir.

1. Oksitleyici bir madde olarak karbon, yüksek sıcaklıklarda belirli metallerle reaksiyona girerek karbürler oluşturur:

ZS + 4Al = Al4C3 (alüminyum karbür).

2. Hidrojen ile kömür ve grafit hidrokarbonları oluşturur. En basit temsilci - metan CH4 - yüksek sıcaklıkta (600-1000°C) bir Ni katalizörünün varlığında elde edilebilir:

C + 2H2CH4.

3. Karbon, oksijenle etkileşime girdiğinde indirgeyici özellikler sergiler. Herhangi bir allotropik modifikasyonun karbonunun tamamen yanması ile karbon monoksit (IV) oluşur:

C + O2 = C02.

Eksik yanma karbon monoksit (II) CO üretir:

C + O 2 = 2CO.

Her iki reaksiyon da ekzotermiktir.

4. Kömürün indirgeyici özellikleri özellikle metal oksitlerle (çinko, bakır, kurşun vb.) etkileşime girdiğinde belirgindir, örneğin:

C + 2CuO = C02 + 2Cu,

C + 2ZnO = C02 + 2Zn.

Metalurjinin en önemli süreci olan cevherlerden metallerin eritilmesi bu reaksiyonlara dayanmaktadır.

Diğer durumlarda, örneğin kalsiyum oksit ile etkileşime girdiğinde karbürler oluşur:

CaO + 3S = CaC2 + CO.

5. Kömür, sıcak konsantre sülfürik ve nitrik asitlerle oksitlenir:

C + 2H 2 SO 4 = C02 + 2SO 2 + 2H 2 O,

3S + 4HNO3 = 3SO2 + 4NO + 2H20.

Her türlü karbon alkalilere karşı dayanıklıdır!

1.4. Karbon uygulaması

Elmaslar çeşitli sert malzemeleri işlemek, camı kesmek, taşlamak, delmek ve oymak ve kayaları delmek için kullanılır. Elmaslar cilalanıp kesildikten sonra takı olarak kullanılan elmaslara dönüştürülür.

Grafit, modern endüstri için en değerli malzemedir. Grafit, dökümhane kalıpları, eritme potaları ve diğer refrakter ürünlerin yapımında kullanılır. Yüksek kimyasal direnci nedeniyle, içi grafit plakalarla kaplı boru ve aparatların imalatında grafit kullanılır. Elektrik endüstrisinde, örneğin elektrot üretiminde önemli miktarlarda grafit kullanılır. Grafit, kalem ve bazı boyaların yapımında ve yağlayıcı olarak kullanılır. Nükleer reaktörlerde nötronları yumuşatmak için çok saf grafit kullanılır.

Doğrusal bir karbon polimeri olan karbin, yüksek sıcaklıklarda çalışabilen yarı iletkenlerin ve ultra güçlü fiberlerin üretimi için umut verici bir malzeme olarak bilim adamlarının dikkatini çekiyor.

Kömür metalurji endüstrisinde ve demircilikte kullanılır.

Kok, cevherlerden metallerin eritilmesinde indirgeyici madde olarak kullanılır.

Karbon siyahı, mukavemeti arttırmak için kauçuk dolgu maddesi olarak kullanılır, bu nedenle araba lastikleri siyahtır. Kurum ayrıca matbaa mürekkepleri, mürekkebi ve ayakkabı cilasının bir bileşeni olarak da kullanılır.

Aktif karbonlar çeşitli maddeleri saflaştırmak, çıkarmak ve ayırmak için kullanılır. Aktif karbonlar gaz maskelerinde dolgu maddesi olarak ve tıpta sorbent olarak kullanılır.


Bölüm II . İnorganik karbon bileşikleri

Karbon iki oksit oluşturur - karbon monoksit (II) CO ve karbon monoksit (IV) CO2.

Karbon monoksit (II) CO, suda az çözünen, renksiz, kokusuz bir gazdır. Çok zehirli olduğu için karbon monoksit adını almıştır. Nefes alırken kana karışarak hızlı bir şekilde hemoglobin ile birleşerek güçlü bir karboksihemoglobin bileşiği oluşturur ve böylece hemoglobinin oksijen taşıma yeteneğinden mahrum kalır.

%0,1 CO içeren havanın solunması halinde kişi aniden bilincini kaybedip ölebilir. Yakıtın eksik yanması sırasında karbon monoksit oluşur, bu nedenle bacaların erken kapanması çok tehlikelidir.

Karbon monoksit (II), bildiğiniz gibi, tuz oluşturmayan bir oksit olarak sınıflandırılır, çünkü metal olmayan bir oksit olduğundan tuz ve su oluşturmak için alkaliler ve bazik oksitlerle reaksiyona girmesi gerekir, ancak bu gözlenmez. .

2CO + O2 = 2CO2.

Karbon monoksit (II), metal oksitlerden oksijeni uzaklaştırma yeteneğine sahiptir; Metalleri oksitlerinden arındırın.

Fe203 + ZSO = 2Fe + ZSO2.

Metalurjide dökme demirin eritilmesinde kullanılan karbon (II) oksidin bu özelliğidir.

Karbon monoksit (IV) CO 2 - yaygın olarak karbondioksit olarak bilinir - renksiz, kokusuz bir gazdır. Havadan yaklaşık bir buçuk kat daha ağırdır. Normal şartlarda 1 hacim karbondioksit 1 hacim suda çözünür.

Yaklaşık 60 atm basınçta karbondioksit renksiz bir sıvıya dönüşür. Sıvı karbondioksit buharlaştığında, bir kısmı endüstride preslenen, kar benzeri katı bir kütleye dönüşür - bu, bildiğiniz, yiyecekleri depolamak için kullanılan "kuru buzdur". Katı karbondioksitin moleküler bir kafese sahip olduğunu ve süblimleşme yeteneğine sahip olduğunu zaten biliyorsunuz.

Karbondioksit CO 2 tipik bir asidik oksittir: alkalilerle (örneğin kireçli suda bulanıklığa neden olur), bazik oksitlerle ve suyla etkileşime girer.

Yanmaz ve yanmayı desteklemez bu nedenle yangınları söndürmek için kullanılır. Bununla birlikte, magnezyum karbondioksit içinde yanmaya devam ederek bir oksit oluşturur ve karbonu kurum şeklinde açığa çıkarır.

C02 + 2Mg = 2MgO + C.

Karbon dioksit, karbonik asit tuzlarının - karbonatların hidroklorik, nitrik ve hatta asetik asit çözeltileriyle reaksiyona sokulmasıyla üretilir. Laboratuvarda hidroklorik asidin tebeşir veya mermer üzerindeki etkisi sonucu karbondioksit üretilir.

CaC03 + 2HCl = CaCl2 + H20 + C02.

Endüstride karbondioksit kireç taşının yakılmasıyla üretilir:

CaCO3 = CaO + C02.

Daha önce sözü edilen uygulamaya ek olarak karbon dioksit aynı zamanda gazlı içeceklerin yapımında ve soda üretiminde de kullanılmaktadır.

Karbon monoksit (IV) suda çözüldüğünde, çok kararsız olan ve orijinal bileşenlerine (karbon dioksit ve su) kolayca ayrışan karbonik asit H2C03 oluşur.

Bir dibazik asit olarak karbonik asit iki dizi tuz oluşturur: orta - karbonatlar, örneğin CaC03 ve asidik - hidrokarbonatlar, örneğin Ca(HCO3) 2. Karbonatlardan yalnızca potasyum, sodyum ve amonyum tuzları suda çözünür. Asit tuzları genellikle suda çözünür.

Su varlığında karbondioksit fazlalığı olduğunda karbonatlar bikarbonatlara dönüşebilir. Dolayısıyla, karbondioksit kireçli sudan geçirilirse, suda çözünmeyen kalsiyum karbonatın çökelmesi nedeniyle ilk önce bulanık hale gelecektir, ancak karbondioksitin daha fazla geçmesiyle, çözünür kalsiyum bikarbonatın oluşması sonucu bulanıklık kaybolur:

CaCO3 + H2O + C02 = Ca(HCO3)2.

Suyun geçici sertliğini açıklayan şey bu tuzun varlığıdır. Neden geçici? Çünkü ısıtıldığında çözünür kalsiyum bikarbonat çözünmeyen karbonata dönüşür:

Ca(HCO3)2 = CaC03 ↓ + H20 + C02.

Bu reaksiyon, kazanların, buharlı ısıtma borularının ve ev su ısıtıcılarının duvarlarında kireç oluşumuna yol açar ve doğada bu reaksiyonun bir sonucu olarak mağaralarda aşağıdan dikitlerin büyüdüğü tuhaf sarkıtlar oluşur.

Diğer kalsiyum ve magnezyum tuzları, özellikle klorürler ve sülfatlar suya kalıcı sertlik kazandırır. Suyun sabit sertliği kaynatılarak ortadan kaldırılamaz. Başka bir karbonat - soda kullanmalısınız.

Bu Ca2+ iyonlarını tortuya dönüştüren Na 2 CO 3, örneğin:

CaCl2 + Na2C03 = CaC03 ↓ + 2NaCl.

Geçici su sertliğini gidermek için kabartma tozu da kullanılabilir.

Karbonatlar ve bikarbonatlar asit çözeltileri kullanılarak tespit edilebilir: asitlere maruz kaldığında karbondioksit salınımı nedeniyle karakteristik bir "kaynama" gözlenir.

Bu reaksiyon karbonik asit tuzlarına yönelik kalitatif bir reaksiyondur.


Çözüm

Dünyadaki tüm yaşam karbona dayalıdır. Canlı bir organizmanın her molekülü bir karbon iskeleti temelinde inşa edilmiştir. Karbon atomları sürekli olarak biyosferin bir kısmından (Dünya'nın yaşamın var olduğu dar kabuğu) diğerine göç eder. Doğadaki karbon döngüsü örneğini kullanarak gezegenimizdeki yaşamın dinamiklerini takip edebiliriz.

Dünyadaki ana karbon rezervleri atmosferde bulunan ve Dünya Okyanusunda çözünmüş karbondioksit yani karbondioksit (CO2) formundadır. Öncelikle atmosferdeki karbondioksit moleküllerini ele alalım. Bitkiler bu molekülleri emer, daha sonra fotosentez işlemi yoluyla karbon atomu çeşitli organik bileşiklere dönüştürülür ve böylece bitki yapısına dahil edilir. Aşağıda birkaç seçenek bulunmaktadır:

1. Bitkiler ölene kadar karbon bitkilerde kalabilir. Daha sonra molekülleri, mantarlar ve termitler gibi ayrıştırıcılar (ölü organik maddeyle beslenen ve aynı zamanda onu basit inorganik bileşiklere parçalayan organizmalar) için besin olarak kullanılacak. Sonunda karbon atmosfere CO2 olarak geri dönecek;

2. Bitkiler otçullar tarafından yenilebilir. Bu durumda, karbon ya atmosfere geri dönecek (hayvanların solunum sürecinde ve ölümden sonra çürümeleri sırasında) ya da otçullar etoburlar tarafından yenilecek (bu durumda karbon tekrar atmosfere geri dönecek). aynı yollar);

3. Bitkiler ölebilir ve toprak altına düşebilir. Daha sonra en sonunda kömür gibi fosil yakıtlara dönüşecekler.

Orijinal CO2 molekülünün deniz suyunda çözülmesi durumunda çeşitli seçenekler de mümkündür:

Karbondioksit basitçe atmosfere geri dönebilir (Dünya Okyanusu ile atmosfer arasında bu tür karşılıklı gaz değişimi sürekli olarak meydana gelir);

Karbon deniz bitkilerinin veya hayvanlarının dokularına girebilir. Daha sonra yavaş yavaş okyanusların dibinde çökeltiler halinde birikecek ve sonunda kireç taşına dönüşecek veya çökeltilerden tekrar deniz suyuna geçecektir.

Karbon çökeltilere veya fosil yakıtlara karışırsa atmosferden uzaklaştırılır. Dünyanın var olduğu süre boyunca bu şekilde uzaklaştırılan karbonun yerini, volkanik patlamalar ve diğer jeotermal süreçler sırasında atmosfere salınan karbondioksit almıştır. Modern koşullarda, bu doğal faktörler aynı zamanda fosil yakıtların insan tarafından yakılmasından kaynaklanan emisyonlarla da desteklenmektedir. CO 2'nin sera etkisi üzerindeki etkisi nedeniyle, karbon döngüsünün incelenmesi, atmosfer çalışmasına katılan bilim adamları için önemli bir görev haline geldi.

Bu araştırmanın bir kısmı bitki dokusunda (örneğin yeni ekilen bir ormanda) bulunan CO2 miktarını belirlemektir - bilim adamları buna karbon havuzu diyor. Hükümetler CO2 emisyonlarını sınırlamak için uluslararası bir anlaşmaya varmaya çalışırken, tek tek ülkelerdeki karbon yutakları ve emisyonlarının dengelenmesi konusu, sanayileşmiş ülkeler için önemli bir tartışma konusu haline geldi. Ancak bilim insanları, atmosferdeki karbondioksit birikiminin yalnızca orman ekimi ile durdurulabileceğinden şüpheli.

Karbon, dünyanın biyosferinde birbirine bağlı kapalı yollar boyunca sürekli olarak dolaşır. Günümüzde doğal süreçlere fosil yakıtların yakılmasının sonuçları da eklenmektedir.


Edebiyat:

1. Akhmetov N.S. Kimya 9. sınıf: ders kitabı. genel eğitim için ders kitabı kuruluşlar. – 2. baskı. – M.: Eğitim, 1999. – 175 s.: hasta.

2. Gabrielyan O.Ş. Kimya 9. sınıf: ders kitabı. genel eğitim için ders kitabı kuruluşlar. – 4. baskı. – M.: Bustard, 2001. – 224 s.: hasta.

3. Gabrielyan O.Ş. Kimya 8-9. sınıflar: yöntem. ödenek. – 4. baskı. – M.: Bustard, 2001. – 128 s.

4. Eroshin D.P., Shishkin E.A. Kimyada problem çözme yöntemleri: ders kitabı. ödenek. – M.: Eğitim, 1989. – 176 s.: hasta.

5. Kremenchugskaya M. Kimya: Bir okul çocuğunun referans kitabı. – M.: Filol. Toplum "WORD": LLC "AST Yayınevi", 2001. - 478 s.

6.Kritsman V.A. İnorganik kimya üzerine kitap okumak. – M.: Eğitim, 1986. – 273 s.



Bu kitapta "karbon" kelimesi oldukça sık karşımıza çıkıyor: yeşil yapraklar ve demir, plastik ve kristaller ve daha pek çok hikayeyle ilgili hikayelerde. Karbon - "kömürü doğuran" - en şaşırtıcı kimyasal elementlerden biridir. Tarihi, Dünya'daki yaşamın ortaya çıkışının ve gelişiminin tarihidir, çünkü Dünya'daki tüm canlıların bir parçasıdır.

Karbon neye benziyor?

Hadi bazı deneyler yapalım. Şekeri alıp hava almadan ısıtalım. Önce eriyecek, kahverengiye dönecek, sonra siyahlaşıp kömüre dönüşerek su salacak. Şimdi bu kömürü varlığında ısıtırsanız, hiçbir kalıntı bırakmadan yanacak ve dönüşecektir. Bu nedenle, şeker kömür ve sudan oluşuyordu (bu arada şekere karbonhidrat denir) ve "şeker" kömürü görünüşe göre saf karbondur, çünkü karbondioksit, karbonun oksijenle bir bileşiğidir. Bu, karbonun siyah, yumuşak bir toz olduğu anlamına gelir.

Kalemler sayesinde iyi tanıdığınız gri yumuşak grafit taşını ele alalım. Oksijenle ısıtırsanız, kömürden biraz daha yavaş da olsa kalıntı bırakmadan yanacak ve yandığı cihazda karbondioksit kalacaktır. Bu, grafitin aynı zamanda saf karbon olduğu anlamına mı geliyor? Elbette ama hepsi bu değil.

Şeffaf, ışıltılı bir değerli taş ve tüm minerallerin en serti olan elmas, aynı cihazda oksijenle ısıtılırsa yanarak karbondioksite dönüşür. Bir elması oksijene erişimi olmadan ısıtırsanız grafite dönüşür ve çok yüksek basınç ve sıcaklıklarda grafitten bir elmas elde edebilirsiniz.

Yani kömür, grafit ve elmas aynı elementin (karbon) farklı varoluş biçimleridir.

Daha da şaşırtıcı olanı, karbonun çok sayıda farklı bileşiğe "katılma" yeteneğidir (bu kitapta "karbon" kelimesinin bu kadar sık ​​geçmesinin nedeni budur).

Periyodik tablonun 104 elementi üzerinde çalışılan kırk binden fazla bileşiği oluşturur. Ve temeli karbon olan bir milyondan fazla bileşik zaten biliniyor!

Bu çeşitliliğin nedeni, karbon atomlarının birbirine ve diğer atomlara güçlü bağlarla bağlanarak zincir, halka ve diğer şekillerde karmaşık yapılar oluşturabilmesidir. Tablodaki karbon dışında hiçbir element bunu yapamaz.

Karbon atomlarından oluşturulabilecek sonsuz sayıda şekil ve dolayısıyla sonsuz sayıda olası bileşik vardır. Bunlar çok basit maddeler olabilir, örneğin dört atomun bir karbon atomuna bağlı olduğu bir moleküldeki aydınlatıcı gaz metan ve moleküllerinin yapısı henüz belirlenmemiş kadar karmaşık olabilir. Bu tür maddeler şunları içerir:

KARBON, C, periyodik tablonun IV. grubunun kimyasal elementi, atom ağırlığı 12.00, atom numarası 6. Yakın zamana kadar karbonun izotopları olmadığı düşünülüyordu; C 13 izotopunun varlığının tespiti ancak son zamanlarda özellikle hassas yöntemler kullanılarak mümkün olmuştur. Karbon, yaygınlığı, bileşiklerinin sayısı ve çeşitliliği, biyolojik önemi (organojen olarak), karbonun kendisinin ve bileşiklerinin yaygın teknik kullanımı (hammadde ve kaynak olarak) açısından en önemli unsurlardan biridir. endüstriyel ve evsel ihtiyaçlar için enerji) ve son olarak kimya biliminin gelişimindeki rolü açısından. Serbest haldeki karbon, bir buçuk asırdan fazla bir süredir bilinen, ancak hem kimyasal olarak saf bir formda karbon elde etmenin son derece zor olması hem de karbonun sabitlerinin çoğu nedeniyle hala tam olarak incelenmemiş olan belirgin bir allotropi olgusu sergiler. Karbonun allotropik modifikasyonları, üretim yöntemi ve koşulları tarafından belirlenen yapılarının morfolojik özelliklerine bağlı olarak büyük ölçüde değişir.

Karbon iki kristal form oluşturur - elmas ve grafit ve aynı zamanda amorf halde sözde formda da bilinir. amorf kömür. İkincisinin bireyselliği, son araştırmaların bir sonucu olarak tartışmalıdır: kömür, her ikisi de aynı formun morfolojik çeşitleri - “siyah karbon” olarak dikkate alınarak grafit ile tanımlandı ve özelliklerindeki fark, fiziksel yapı ve derece ile açıklandı. maddenin dağılımı. Ancak çok yakın zamanda kömürün özel bir allotropik form olarak varlığını doğrulayan gerçekler elde edildi (aşağıya bakınız).

Doğal kaynaklar ve karbon stokları. Doğadaki yaygınlık açısından karbon, elementler arasında 10. sırada yer alır ve atmosferin %0,013'ünü, hidrosferin %0,0025'ini ve yer kabuğunun toplam kütlesinin yaklaşık %0,35'ini oluşturur. Karbonun çoğu oksijen bileşikleri formundadır: atmosferik hava, CO2 dioksit formunda ~800 milyar ton karbon içerir; okyanusların ve denizlerin suyunda - CO2, karbonik asit iyonları ve bikarbonatlar şeklinde 50.000 milyar tona kadar karbon; kayalarda çözünmeyen karbonatlar (kalsiyum, magnezyum ve diğer metaller) ve tek başına CaCO3'ün payı ~160.10 6 milyar ton karbona karşılık gelir. Ancak bu devasa rezervler herhangi bir enerji değerini temsil etmiyor; yanıcı karbonlu malzemeler çok daha değerlidir - fosil kömürler, turba, ardından petrol, hidrokarbon gazları ve diğer doğal bitümler. Bu maddelerin yer kabuğundaki rezervi de oldukça önemlidir: Fosil kömürlerdeki toplam karbon kütlesi ~6000 milyar tona, petroldeki ~10 milyar tona vb. ulaşır. Serbest durumda, karbon oldukça nadirdir (elmas ve parça) grafit maddesi). Fosil kömürler neredeyse hiç serbest karbon içermez veya içermez: ch'den oluşurlar. varış. Yüksek molekül ağırlıklı (polisiklik) ve diğer elementlerle (H, O, N, S) çok kararlı karbon bileşikleri hala çok az araştırılmıştır. Bitki ve hayvan hücrelerinde sentezlenen canlı doğadaki karbon bileşikleri (dünyanın biyosferi), çok çeşitli özellikler ve bileşim miktarları ile ayırt edilir; Bitki dünyasında en yaygın maddeler olan lif ve lignin de enerji kaynağı olarak rol oynar. Karbon, bitki ve hayvan hücrelerinde karmaşık organik maddelerin sentezi ve bu maddelerin oksidatif ayrışma (yanma, bozunma, solunum) sırasında ters ayrışmasından oluşan sürekli bir döngü sayesinde doğada sabit bir dağılım sağlar. bitkilerin yeniden sentez için kullandığı CO2 oluşumuna yol açar. Bu döngünün genel şeması şu şekilde olabilir: aşağıdaki formda sunulmuştur:

Karbon üretimi. Bitkisel ve hayvansal kökenli karbonlu bileşikler, yüksek sıcaklıklarda kararsızdır ve havaya erişim olmadan en az 150-400°C'ye ısıtıldığında ayrışır, su ve uçucu karbon bileşikleri açığa çıkar ve karbon açısından zengin, uçucu olmayan katı bir kalıntı bırakır ve genellikle kömür denir. Bu pirolitik işleme kömürleştirme veya kuru damıtma denir ve teknolojide yaygın olarak kullanılır. Fosil kömürlerin, petrolün ve turbanın (450-1150°C sıcaklıkta) yüksek sıcaklıkta pirolizi, grafit formundaki karbonun (kok, imbikli kömür) salınmasına yol açar. Başlangıç ​​malzemelerinin kömürleşme sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, elde edilen kömür veya kok, bileşim açısından serbest karbona ve özellikler açısından grafite o kadar yakın olur.

800°C'nin altındaki sıcaklıklarda oluşan amorf kömür bunu yapamaz. biz onu serbest karbon olarak kabul ediyoruz çünkü önemli miktarda kimyasal olarak bağlı diğer elementleri içeriyor, Ch. varış. hidrojen ve oksijen. Teknik ürünlerden aktif karbon ve kurum, özellikleri bakımından amorf karbona en yakın olanlardır. En saf kömür olabilir saf şekerin veya piperonalin kömürleştirilmesi, gaz kurumunun özel işlenmesi vb. ile elde edilir. Elektrotermal yollarla elde edilen yapay grafit, bileşim olarak neredeyse saf karbondur. Doğal grafit her zaman mineral safsızlıklarıyla kirlenir ve ayrıca belirli miktarda bağlı hidrojen (H) ve oksijen (O) içerir; nispeten saf bir durumda olabilir. yalnızca bir dizi özel işlemden sonra elde edilir: mekanik zenginleştirme, yıkama, oksitleyici maddelerle işlem ve uçucu maddeler tamamen giderilene kadar yüksek sıcaklıklarda kalsinasyon. Karbon teknolojisinde hiçbir zaman tamamen saf karbonla ilgilenilmez; Bu sadece doğal karbon hammaddeleri için değil, aynı zamanda zenginleştirme, iyileştirme ve termal ayrışma (piroliz) ürünleri için de geçerlidir. Aşağıda bazı karbonlu malzemelerin karbon içeriği (% olarak) verilmiştir:

Karbonun fiziksel özellikleri. Serbest karbon neredeyse tamamen eriyebilir, uçucu değildir ve normal sıcaklıklarda bilinen çözücülerin hiçbirinde çözünmez. Yalnızca bazı erimiş metallerde, özellikle de kaynama noktasına yaklaşan sıcaklıklarda çözünür: demirde (%5'e kadar), gümüşte (%6'ya kadar) | rutenyum (%4'e kadar), kobalt, nikel, altın ve platin. Oksijenin yokluğunda karbon ısıya en dayanıklı malzemedir; Saf karbonun sıvı hali bilinmemektedir ve buhara dönüşümü ancak 3000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda başlamaktadır. Bu nedenle, karbonun özelliklerinin belirlenmesi yalnızca katı agregasyon durumu için gerçekleştirildi. Karbon modifikasyonları arasında elmas en sabit fiziksel özelliklere sahiptir; Grafitin çeşitli numunelerindeki (en saf olanları bile) özellikleri önemli ölçüde farklılık gösterir; Amorf kömürün özellikleri daha da değişkendir. Çeşitli karbon modifikasyonlarının en önemli fiziksel sabitleri tabloda karşılaştırılmıştır.

Elmas tipik bir dielektriktir, grafit ve karbon ise metalik elektrik iletkenliğine sahiptir. Mutlak değerde iletkenlikleri çok geniş bir aralıkta değişir, ancak kömürlerde bu her zaman grafitlerden daha düşüktür; Grafitlerde gerçek metallerin iletkenliği yaklaşır. 1000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda tüm karbon modifikasyonlarının ısı kapasitesi 0,47'lik sabit bir değere yönelir. -180°C'nin altındaki sıcaklıklarda elmasın ısı kapasitesi yok denecek kadar küçülür ve -27°C'de neredeyse sıfır olur.

Karbonun kimyasal özellikleri. 1000°C'nin üzerine ısıtıldığında, hem elmas hem de kömür yavaş yavaş grafite dönüşür; dolayısıyla bu, karbonun en kararlı (yüksek sıcaklıklarda) monotropik formu olarak kabul edilmelidir. Amorf kömürün grafite dönüşümü görünüşe göre 800°C civarında başlıyor ve 1100°C'de bitiyor (bu son noktada kömür adsorbsiyon aktivitesini ve yeniden etkinleşme yeteneğini kaybeder ve elektrik iletkenliği keskin bir şekilde artar, bundan sonra neredeyse sabit kalır). Serbest karbon, normal sıcaklıklarda eylemsizlik ve yüksek sıcaklıklarda önemli aktivite ile karakterize edilir. Amorf kömür kimyasal olarak en aktif olanıdır, elmas ise en dayanıklı olanıdır. Örneğin flor, kömürle 15°C sıcaklıkta, grafitle yalnızca 500°C'de ve elmasla 700°C'de reaksiyona girer. Havada ısıtıldığında gözenekli kömür 100°C'nin altında, grafit yaklaşık 650°C'de ve elmas 800°C'nin üzerinde oksitlenmeye başlar. 300°C ve üzerindeki sıcaklıklarda kömür kükürt ile birleşerek karbon disülfür CS2'yi oluşturur. 1800°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda karbon (kömür) nitrojenle etkileşime girmeye başlar ve (küçük miktarlarda) siyanojen C2N2 oluşturur. Karbonun hidrojenle etkileşimi 1200°C'de başlar ve 1200-1500°C sıcaklık aralığında yalnızca metan CH4 oluşur; 1500°C'nin üzerinde - metan, etilen (C2H4) ve asetilen (C2H2) karışımı; 3000°C civarındaki sıcaklıklarda neredeyse yalnızca asetilen elde edilir. Elektrik arkının sıcaklığında karbon, metaller, silikon ve bor ile doğrudan birleşerek karşılık gelen karbürleri oluşturur. Doğrudan veya dolaylı yollar olabilir. Sıfır grubun gazları dışında bilinen tüm elementlere sahip karbon bileşikleri elde edildi. Karbon, bazı amfoterlik belirtileri sergileyen metalik olmayan bir elementtir. Karbon atomunun çapı 1,50 Ᾰ (1Ᾰ = 10 -8 cm)'dir ve dış kürede eşit derecede kolaylıkla vazgeçilebilen veya 8'e eklenen 4 değerlik elektronu içerir; bu nedenle hem oksijen hem de hidrojenin normal değeri dörttür. Bileşiklerinin büyük çoğunluğunda karbon dört değerliklidir; yalnızca az sayıda iki değerlikli karbon bileşiği (karbon monoksit ve asetalleri, izonitriller, fulminat asit ve tuzları) ve üç değerlikli karbon ("serbest radikal" olarak adlandırılan) bileşikleri bilinmektedir.

Karbon, oksijenle birlikte iki normal oksit oluşturur: asidik karbon dioksit CO2 ve nötr karbon monoksit CO. Ayrıca bir dizi var karbon altoksitleri 1'den fazla C atomu içeren ve teknik önemi olmayan; Bunlardan en iyi bilineni C3O2 bileşiminin altoksitidir (kaynama noktası +7 ° C ve erime noktası -111 ° C olan bir gaz). Karbonun ve bileşiklerinin yanmasının ilk ürünü, aşağıdaki denkleme göre oluşan CO2'dir:

C+O2 = CO2 +97600 kal.

Yakıtın eksik yanması sırasında CO oluşumu ikincil bir indirgeme işleminin sonucudur; Bu durumda indirgeyici madde, 450°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda aşağıdaki denkleme göre CO2 ile reaksiyona giren karbonun kendisidir:

CO2 +C = 2СО -38800 cal;

bu reaksiyon tersine çevrilebilir; 950°C'nin üzerinde, CO2'nin CO'ya dönüşümü neredeyse tamamlanır ve bu, gaz üreten fırınlarda gerçekleştirilir. Karbonun yüksek sıcaklıklarda enerjik indirgeme yeteneği, su gazı üretiminde (H 2 O + C = CO + H 2 -28380 cal) ve metalurjik işlemlerde oksitinden serbest metal elde etmek için de kullanılır. Allotropik karbon formları bazı oksitleyici maddelerin etkisine farklı tepki verir: örneğin, bir KCIO3 + HNO3 karışımının elmas üzerinde hiçbir etkisi yoktur, amorf kömür tamamen CO2'ye oksitlenir, grafit ise aromatik bileşikler - grafitik asitler üretir ampirik formül (C 2 OH) x'ten itibaren melitik asit C6(COOH)6. Hidrojenli karbon bileşikleri - hidrokarbonlar - oldukça fazladır; onlardan, karbona ek olarak çoğunlukla H, O, N, S ve halojenleri içeren diğer organik bileşiklerin çoğu genetik olarak üretilir.

2 milyona kadar bilinen organik bileşiklerin olağanüstü çeşitliliği, bir element olarak karbonun belirli özelliklerinden kaynaklanmaktadır. 1) Karbon, hem metalik hem de metalik olmayan diğer elementlerin çoğuyla güçlü bir kimyasal bağla karakterize edilir ve bu nedenle her ikisiyle de oldukça kararlı bileşikler oluşturur. Karbonun diğer elementlerle birleştiğinde iyon oluşturma eğilimi çok azdır. Çoğu organik bileşik homeopolar tiptedir ve normal koşullar altında ayrışmaz; İçlerindeki molekül içi bağların kırılması çoğu zaman önemli miktarda enerji harcamayı gerektirir. Ancak bağlantıların gücünü değerlendirirken şunu ayırt etmek gerekir; a) termokimyasal olarak ölçülen mutlak bağ kuvveti ve b) çeşitli reaktiflerin etkisi altında bağın kırılma yeteneği; bu iki özellik her zaman örtüşmez. 2) Karbon atomları birbirlerine olağanüstü kolaylıkla (polar olmayan) bağlanarak açık veya kapalı karbon zincirleri oluştururlar. Bu tür zincirlerin uzunluğu görünüşe göre herhangi bir kısıtlamaya tabi değildir; Böylece 64 karbon atomlu açık zincirlere sahip oldukça kararlı moleküller bilinmektedir. Açık zincirlerin uzaması ve karmaşıklığı, bunların birbirleriyle veya diğer unsurlarla olan bağlantılarının gücünü etkilemez. Kapalı zincirler arasında 6 ve 5 üyeli halkalar en kolay şekilde oluşturulur, ancak 3 ila 18 karbon atomu içeren halkalı zincirler de bilinmektedir. Karbon atomlarının birbirine bağlanma yeteneği, grafitin özel özelliklerini ve kömürleşme süreçlerinin mekanizmasını iyi açıklamaktadır; aynı zamanda karbonun diatomik C2 molekülleri formunda bilinmediği gerçeğini de açıkça ortaya koyar; bu, diğer hafif metalik olmayan elementlerle (buhar formunda karbon tek atomlu moleküllerden oluşur) analojiyle beklenebilir. 3) Bağların polar olmayan doğasından dolayı, birçok karbon bileşiği yalnızca harici olarak (reaksiyonun yavaşlaması) değil, aynı zamanda dahili olarak da (molekül içi yeniden düzenlemelerin zorluğu) kimyasal eylemsizliğe sahiptir. Büyük "pasif dirençlerin" varlığı, kararsız formların kendiliğinden kararlı formlara dönüşmesini büyük ölçüde karmaşıklaştırır ve çoğu zaman bu dönüşümün oranını sıfıra düşürür. Bunun sonucu, normal sıcaklıklarda neredeyse eşit derecede kararlı olan çok sayıda izomerik formun gerçekleştirilmesi olasılığıdır.

Allotropi ve karbonun atomik yapısı . X-ışını analizi, elmas ve grafitin atomik yapısını güvenilir bir şekilde oluşturmayı mümkün kıldı. Aynı araştırma yöntemi, esasen kömürün amorfluğu veya kristalliğiyle ilgili bir sorun olan, karbonun üçüncü bir allotropik modifikasyonunun varlığı sorununa ışık tutuyor: eğer kömür amorf bir oluşumsa, o zaman olamaz. ne grafit ne de elmasla özdeşleştirilir, ancak karbonun özel bir formu, bireysel ve basit bir madde olarak düşünülmelidir. Elmasta karbon atomları, her bir atom, köşeleri 4 bitişik atom olan bir tetrahedronun merkezinde yer alacak şekilde düzenlenmiştir; ikincisinin her biri sırasıyla başka bir benzer tetrahedronun merkezidir; bitişik atomlar arasındaki mesafeler 1,54 Ᾰ'dir (kristal kafesin temel küpünün kenarı 3,55 Ᾰ'dir). Bu yapı en kompakt olanıdır; elmasın yüksek sertliğine, yoğunluğuna ve kimyasal eylemsizliğine (değerlik kuvvetlerinin eşit dağılımı) karşılık gelir. Elmas kafesteki karbon atomlarının karşılıklı bağlantısı, yağlı serideki çoğu organik bileşiğin molekülleriyle aynıdır (dört yüzlü karbon modeli). Grafit kristallerinde karbon atomları, birbirlerinden 3,35-3,41 Ᾰ aralıklı yoğun katmanlar halinde düzenlenir; Bu katmanların yönü, mekanik deformasyonlar sırasında yarılma düzlemleri ve kayma düzlemleri ile çakışmaktadır. Her katmanın düzleminde atomlar, altıgen hücrelerden (şirketlerden) oluşan bir ızgara oluşturur; böyle bir altıgenin kenar uzunluğu 1,42-1,45 Ᾰ'dir. Bitişik katmanlarda altıgenler birbirinin altında yer almaz: dikey çakışmaları yalnızca üçüncü katmandaki 2 katmandan sonra tekrarlanır. Her karbon atomunun üç bağı aynı düzlemde bulunur ve 120°'lik açılar oluşturur; 4. bağ, düzlemden komşu katmanların atomlarına bir yönde veya başka bir yönde dönüşümlü olarak yönlendirilir. Bir katmandaki atomlar arasındaki mesafeler kesinlikle sabittir, ancak tek tek katmanlar arasındaki mesafe sabittir. dış etkilerle değişir: örneğin 5000 atm'ye kadar basınç altında basıldığında 2,9 Ᾰ'ye düşer ve grafit konsantre HNO3'te şiştiğinde 8 Ᾰ'ye yükselir. Bir katmanın düzleminde, karbon atomları homeopolar olarak bağlanır (hidrokarbon zincirlerinde olduğu gibi), ancak bitişik katmanların atomları arasındaki bağlar doğası gereği oldukça metaliktir; Bu, grafit kristallerinin katmanlara dik yöndeki elektriksel iletkenliğinin, katman yönündeki iletkenlikten ~100 kat daha yüksek olduğu gerçeğinden açıkça anlaşılmaktadır. O. Grafit bir yönde metal özelliklerine, diğer yönde ise metal olmayan özelliklere sahiptir. Grafit kafesinin her katmanındaki karbon atomlarının düzeni, karmaşık nükleer aromatik bileşiklerin moleküllerindekiyle tamamen aynıdır. Bu konfigürasyon, grafitin keskin anizotropisini, olağanüstü gelişmiş bölünmeyi, sürtünme önleme özelliklerini ve oksidasyon sırasında aromatik bileşiklerin oluşumunu iyi açıklamaktadır. Siyah karbonun amorf modifikasyonu görünüşe göre bağımsız bir form olarak mevcuttur (O. Ruff). Onun için en muhtemel olanı, herhangi bir düzenlilikten yoksun, köpük benzeri bir hücresel yapıdır; bu tür hücrelerin duvarları aktif atom katmanlarından oluşur karbon yaklaşık 3 atom kalınlığındadır. Uygulamada, kömürün aktif maddesi genellikle yakın aralıklı aktif olmayan karbon atomlarından oluşan, grafitsel olarak yönlendirilmiş bir kabuğun altında bulunur ve çok küçük grafit kristalitlerin katılımıyla nüfuz eder. Muhtemelen kömür → grafitin belirli bir dönüşüm noktası yoktur: her iki modifikasyon arasında sürekli bir geçiş vardır ve bu sırada amorf kömürün rastgele kalabalık C atomları kütlesi, düzenli bir grafit kristal kafesine dönüşür. Amorf kömürdeki karbon atomları, rastgele dizilimlerinden dolayı maksimum bir artık afinite sergiler; bu (Langmuir'in adsorpsiyon kuvvetlerinin valans kuvvetleriyle özdeşliği hakkındaki fikirlerine göre), kömürün karakteristik özelliği olan yüksek adsorpsiyon ve katalitik aktiviteye karşılık gelir. Kristal kafeste yönlendirilen karbon atomları, ilgilerinin tamamını (elmasta) veya çoğunu (grafitte) karşılıklı yapışmaya harcar; Bu, kimyasal aktivitede ve adsorpsiyon aktivitesinde bir azalmaya karşılık gelir. Elmasta adsorpsiyon yalnızca tek bir kristalin yüzeyinde mümkündür, grafitte ise her bir düz kafesin her iki yüzeyinde (atom katmanları arasındaki "çatlaklarda") artık değerlik görünebilir; bu, grafitin sıvılarda şişebilir (HNO 3) ve grafit asite oksidasyonunun mekanizması.

Karbonun teknik önemi. B'ye gelince. veya m, kömürleştirme ve koklaştırma işlemleri sırasında elde edilen serbest karbon, bu durumda teknolojide kullanımı hem kimyasal (inertlik, indirgeme yeteneği) hem de fiziksel özelliklerine (ısı direnci, elektriksel iletkenlik, adsorpsiyon kapasitesi) dayanmaktadır. Böylece kok ve odun kömürü, alevsiz yakıt olarak kısmi doğrudan kullanımlarına ek olarak, gazlı yakıt (jeneratör gazları) üretmek için kullanılır; demir ve demir dışı metallerin metalurjisinde - metal oksitlerin (Fe, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi) indirgenmesi için; kimya teknolojisinde - sülfatlardan sülfürlerin (Na, Ca, Ba), susuz klorür tuzlarının (Mg, Al), metal oksitlerden üretiminde indirgeyici madde olarak, çözünür cam ve fosfor üretiminde - hammadde olarak kalsiyum karbür, karborundum ve diğer karbürler, karbon disülfür vb. üretimi; inşaat sektöründe - ısı yalıtım malzemesi olarak. İmbik kömürü ve kok, elektrikli fırınların, elektrolitik banyoların ve galvanik hücrelerin elektrotları, ark kömürleri, reostatlar, komütatör fırçaları, eritme potaları vb. üretimi için malzeme olarak ve ayrıca kule tipi kimyasal ekipmanlarda bir ağızlık olarak hizmet eder. Yukarıdaki uygulamalara ek olarak kömür, konsantre karbon monoksit üretimi için, siyanür tuzları, çeliğin sementasyonu için kullanılır, bazı sentetik reaksiyonlar için bir katalizör olarak bir adsorban olarak yaygın şekilde kullanılır ve son olarak kara barut ve diğer patlayıcı ve piroteknik bileşimler.

Karbonun analitik tespiti. Karbon, bir maddenin numunesinin havaya erişimi olmadan kömürleştirilmesi (bu, tüm maddeler için uygun değildir) veya çok daha güvenilir olan, kapsamlı oksidasyonu, örneğin bakır oksitli bir karışım içinde kalsinasyon yoluyla niteliksel olarak belirlenir ve CO2'nin oluşumu sıradan reaksiyonlarla kanıtlanmıştır. Karbon miktarını belirlemek için maddenin bir numunesi oksijen atmosferinde yakılır; elde edilen CO2 bir alkali çözelti ile yakalanır ve geleneksel kantitatif analiz yöntemleri kullanılarak ağırlık veya hacim olarak belirlenir. Bu yöntem yalnızca organik bileşiklerde ve teknik kömürlerde değil aynı zamanda metallerde de karbonun belirlenmesi için uygundur.

Kimyasal özellikler Kovalent yarıçap akşam 77 İyon yarıçapı 16 (+4g) 260 (-4g) öğleden sonra Elektronegatiflik 2,55 (Pauling ölçeği) Oksidasyon durumları 4 , 3 , 2, 1 , , , , , -4 İyonlaşma enerjisi
(ilk elektron) 1085,7 (11,25) kJ/mol (eV) Basit bir maddenin termodinamik özellikleri Yoğunluk (normal şartlarda) 2,25 (grafit) g/cm³ Erime noktası 3550°C Kaynama noktası 5003K; 4830 °C Kritik nokta 4130, 12 MPa Molar ısı kapasitesi 8,54 (grafit) J/(K mol) Molar hacim 5,3 cm³/mol Basit bir maddenin kristal kafesi Kafes yapısı altıgen (grafit), kübik (elmas) Kafes parametreleri a=2.46; c=6,71 (grafit); a=3,567 (elmas) Davranış C/A 2,73 (grafit) Debye sıcaklığı 1860 (elmas) Diğer özellikler Isı iletkenliği (300 K) 1,59 W/(m·K) CAS numarası 7440-44-0 Emisyon spektrumu

Karbonun polimer zincirleri oluşturma yeteneği, sayıları inorganik olanlardan çok daha fazla olan ve organik kimyanın inceleme konusu olan, organik adı verilen çok büyük bir karbon bazlı bileşik sınıfının ortaya çıkmasına neden olur.

Hikaye

XVII-XVIII yüzyılların başında. Johann Becher ve Georg Stahl tarafından öne sürülen flojiston teorisi ortaya çıktı. Bu teori, yanma işlemi sırasında buharlaşan özel bir temel maddenin - ağırlıksız bir sıvı - flojistonun her yanıcı gövdesindeki varlığını kabul etti. Büyük miktarda kömür yakıldığında geriye sadece çok az kül kaldığından, flojistikçiler kömürün neredeyse saf flojiston olduğuna inanıyorlardı. Özellikle kömürün "flojistikleştirici" etkisini, yani metalleri "kireç" ve cevherlerden geri kazanma yeteneğini açıklayan şey budur. Daha sonraki flojistikçiler, Reaumur, Bergman ve diğerleri, kömürün temel bir madde olduğunu çoktan anlamaya başlamışlardı. Ancak “temiz kömür” ilk kez kömürün ve diğer maddelerin hava ve oksijende yanma sürecini inceleyen Antoine Lavoisier tarafından fark edildi. Guiton de Morveau, Lavoisier, Berthollet ve Fourcroix'in "Kimyasal Adlandırma Yöntemi" (1787) kitabında, Fransızca "saf kömür" (charbone pur) yerine "karbon" (karbon) adı yer aldı. Karbon, Lavoisier'in "Temel Kimya Ders Kitabı"ndaki "Basit Cisimler Tablosu"nda da aynı adla yer almaktadır.

İsmin kökeni

19. yüzyılın başlarında Rus kimya literatüründe “karbon çözeltisi” terimi bazen kullanılıyordu (Scherer, 1807; Severgin, 1815); 1824'ten beri Solovyov "karbon" adını tanıttı. Karbon bileşiklerinin adında bir kısmı vardır karbonhidrat(o)- enlemden itibaren. karbonhidrat (n. karboniler) "kömür".

Fiziksel özellikler

Karbon, çok çeşitli fiziksel özelliklere sahip çeşitli allotroplarda bulunur. Modifikasyonların çeşitliliği, karbonun farklı tipte kimyasal bağlar oluşturma yeteneğinden kaynaklanmaktadır.

Karbon izotopları

Doğal karbon iki kararlı izotoptan oluşur - 12 C (%98,93) ve 13 C (%1,07) ve bir radyoaktif izotop 14 C (β-yayıcı, T ½ = 5730 yıl), atmosferde ve dünyanın üst kısmında yoğunlaşmıştır. havlamak. Kozmik radyasyondan gelen nötronların reaksiyona göre nitrojen çekirdekleri üzerindeki etkisinin bir sonucu olarak stratosferin alt katmanlarında sürekli olarak oluşur: 14 N (n, p) 14 C ve ayrıca 1950'lerin ortalarından beri, nükleer santrallerin insan yapımı bir ürünü ve hidrojen bombalarının test edilmesi sonucu.

Karbonun allotropik modifikasyonları

Kristalin karbon

Amorf karbon

  • Fosil Kömür: Antrasit ve Fosil Kömür.
  • Kömür kok, petrol koku vb.

Pratikte, kural olarak, yukarıda sıralanan amorf formlar, karbonun saf allotropik formundan ziyade, yüksek karbon içeriğine sahip kimyasal bileşiklerdir.

Küme formları

Yapı

Sıvı karbon yalnızca belirli bir dış basınçta bulunur. Üçlü noktalar: grafit - sıvı - buhar T= 4130 K, R= 10,7 MPa ve grafit - elmas - sıvı T≈ 4000 K, R≈ 11 GPa. Denge çizgisi grafiti - fazda sıvı R, T- Diyagramın pozitif bir eğimi vardır ve bu eğim, farklı sayıda atomdan (ikiden yediye kadar) oluşan karbon molekülleri oluşturmak için karbon atomlarının benzersiz özellikleriyle ilişkili olan üçlü nokta grafit - elmas - sıvıya yaklaştıkça negatife döner. . Elmas-sıvı denge çizgisinin eğimi, çok yüksek sıcaklıklar (>4000-5000 K) ve basınçlar (>10-20 GPa) bölgesinde doğrudan deneylerin yokluğunda, uzun yıllar negatif olarak kabul edildi. Japon araştırmacılar tarafından gerçekleştirilen doğrudan deneyler ve elde edilen deneysel verilerin, elmasın anormal yüksek sıcaklıktaki ısı kapasitesi dikkate alınarak işlenmesi, elmas-sıvı denge çizgisinin eğiminin pozitif olduğunu, yani elmasın sıvısından daha ağır olduğunu gösterdi. (eriyikte batar ve sudaki buz gibi yüzmez) .

Ultra dağılmış elmaslar (nanoelmaslar)

1980'lerde SSCB'de, karbon içeren malzemelerin dinamik yüklenmesi koşulları altında, ultra ince elmaslar (UDD) adı verilen elmas benzeri yapıların oluşabileceği keşfedildi. Günümüzde “nanodiamonds” terimi giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bu tür malzemelerdeki parçacık boyutu birkaç nanometredir. UDD'nin oluşma koşulları, örneğin TNT'nin heksojen ile karışımları gibi önemli bir negatif oksijen dengesine sahip patlayıcıların patlaması sırasında gerçekleştirilebilir. Bu tür koşullar, karbon içeren maddelerin (organik madde, turba, kömür vb.) varlığında gök cisimlerinin Dünya yüzeyine çarpması sırasında da gerçekleşebilir. Böylece Tunguska göktaşının düştüğü bölgede orman tabanında UDA'lar keşfedildi.

Karabin

Altıgen sistemdeki karbonun moleküllerin zincir yapısına sahip kristalin modifikasyonuna karbin adı verilir. Zincirler ya bir polien yapısına (−C≡C−) ya da bir polikümülen yapıya (=C=C=) sahiptir. Birim hücredeki atom sayısı, hücre boyutları ve yoğunluğu (2,68-3,30 g/cm³) bakımından farklılık gösteren çeşitli karbin formları bilinmektedir. Carbyne doğada mineral kaoit (beyaz damarlar ve grafit içindeki kalıntılar) formunda oluşur ve asetilenin oksidatif dehidropolikondensasyonu, lazer radyasyonunun grafit üzerindeki etkisi, düşük sıcaklıktaki plazmadaki hidrokarbonlardan veya CCl4'ten yapay olarak elde edilir.

Carbyne, ince kristalli bir kara tozdur (yoğunluk 1,9-2 g/cm³) ve yarı iletken özelliklere sahiptir. Yapay koşullar altında birbirine paralel uzanan uzun karbon atomu zincirlerinden elde edilir.

Carbyne doğrusal bir karbon polimeridir. Karbin molekülünde, karbon atomları zincirler halinde ya üçlü ve tekli bağlarla (polien yapısı) ya da kalıcı olarak çift bağlarla (polikümülen yapısı) bağlanır. Bu madde ilk olarak 1960'ların başında SSCB Bilimler Akademisi'nde Sovyet kimyagerleri V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Carbyne yarı iletken özelliklere sahiptir ve ışığa maruz kaldığında iletkenliği büyük ölçüde artar. İlk pratik uygulama bu özelliğe dayanmaktadır - fotovoltaik hücrelerde.

Fullerenler ve karbon nanotüpler

Karbon ayrıca C 60, C 70, C 80, C 90, C 100 ve benzerleri (fullerenler) küme parçacıklarının yanı sıra grafenler, nanotüpler ve karmaşık yapılar - astralenler formunda da bilinir.

Amorf karbon (yapı)

Amorf karbonun yapısı, tek kristalli (her zaman safsızlıklar içeren) grafitin düzensiz yapısına dayanmaktadır. Bunlar kok, kahverengi ve sert kömürler, karbon siyahı, is, aktif karbondur.

Grafen

Grafen, sp² bağları aracılığıyla altıgen iki boyutlu bir kristal kafese bağlanan, bir atom kalınlığında karbon atomlarından oluşan bir katmandan oluşan, karbonun iki boyutlu allotropik bir modifikasyonudur.

Doğada olmak

Dünyanın bir bütün olarak 730 ppm karbondan oluştuğu, bunun 2000 ppm'inin çekirdekte, 120 ppm'inin manto ve kabukta olduğu tahmin edilmektedir. Dünyanın kütlesi 5,972⋅10·24 kg olduğundan, bu 4360 milyon gigaton karbonun varlığına işaret eder.