Атом угљеника: структура, карактеристике и својства

У овом чланку разматрамо елемент који је део периодног система Д.И. Менделеев, наиме угљеник. У модерној номенклатури, она је означена симболом Ц, налази се у четрнаестој групи и "учесник" другог периода, има шести редни број и свој аму. = 12.0107.

Атомске орбитале и њихова хибридизација

Почнимо да разматрамо угљеник из његових орбитала и њихову хибридизацију - њене главне карактеристике, захваљујући којима се и даље цине научници целог света. Каква је њихова структура?

Хибридизација атома угљеника је постављена на такав начин да валентни електрони заузимају положаје на три орбитале, и то: један је на 2с орбитала, а два на 2п-орбитали. Последња два од три орбитале формирају угао једнак 90 степени у односу један на други, а орбита 2с има сферичну симетрију. Међутим, овај облик уређаја разматраних орбитала не дозвољава нам да схватимо у шта угљик улази органска једињења образује углове од 120, 180 и 109,5 степени. Формула за електронску структуру атома угљеника изражава се на следећи начин: (Хе) 2с ² 2п ² .

Резолуција резултирајуће контрадикције направљена је увођењем концепта хибридизације атомских орбитала. Да би разумели тространу, варијантну природу Ц, било је потребно створити три облика разумијевања његове хибридизације. Главни допринос настајању и развоју овог концепта дао је Линус Паулинг.

Пхисицал пропертиес

Структура атома угљеника одређује присуство одређеног броја одређених карактеристика физичке природе. Атоми овог елемента формирају једноставну супстанцу - угљеник, који има модификације. Варијације у променама њене структуре могу дати формираној супстанци различите карактеристике квалитета. Разлог за присуство великог броја модификација угљеника лежи у његовој способности да успостави и формира хетерогене везе хемијске природе.

Структура атома угљеника може варирати, што јој омогућава да има одређени број изотопских облика. Карбон који се налази у природи формира се уз помоћ два изотопа у стабилном стању - ¹² Ц и ¹³ Ц - и изотопа са радиоактивним својствима - ¹⁴ Ц. Последњи изотоп је концентрисан у горњим слојевима Земљине коре иу атмосфери. Због утицаја космичког зрачења, односно његових неутрона, на језгро атома азота, формира се радиоактивни изотоп од ¹⁴ Ц. Након средине педесетих година двадесетог века, почео је да пада у животну средину као вештачки производ настао током рада нуклеарних електрана, и због употребе хидрогенска бомба. На процесу распадања 14Ц заснива се метода радиокарбонског датирања, која је своју широку примјену нашла у археологији и геологији.

Модификација угљеника у алотропном облику

У природи постоје многе супстанце које садрже угљеник. Човјек користи структуру угљиковог атома за властите потребе приликом стварања различитих супстанци, укључујући:

1. Кристални угљеници (дијаманти, угљеничне наноцеви, влакна и жице, фулерени итд.).
2. Аморфни угљеници (активни и дрвени угаљ, разне врсте кокса, чађа, чађа, нанофоам и антрацит).
3. Кластерски облици угљеника (ди-угљеник, наноцоне и астралена једињења).

Структурне карактеристике атомске структуре

Електронска структура атома угљеника може имати различиту геометрију, која зависи од нивоа хибридизације орбитала које поседује. Постоје 3 главна типа геометрије:

1. Тетраедарска - настаје услијед помака четири електрона, од којих је један с-, а три припадају п-електронима. Атом Ц заузима централну позицију у тетраедру и повезан је са четири еквивалентне сигма везе са другим атомима који заузимају врх овог тетраедра. Са таквим геометријским распоредом угљеника, његови алотропни облици могу да формирају, на пример, дијамант и лонсдалеит.
2. Тригонал - свој изглед дугује померању три орбитале, од којих је једна с- и два п-. Овде постоје три сигма везе које су у равноправној позицији; они леже у заједничкој равни и приањају под углом од 120 степени у односу један на други. Слободна п-орбитала налази се окомито на раван сигма-везе. Графит има сличну геометрију.
3. Дијагонала - појављује се због мешања с-и п-електрона (сп хибридизација). Електронски облаци се извлаче дуж општег правца и попримају облик асиметричне бучице. Слободни електрони стварају π-везе. Ова структура геометрије у угљенику доводи до појаве карбина, посебног облика модификације.

Атоми угљеника у природи

Структура и својства атома угљика одавно су људи разматрали и користе се за добијање великог броја различитих супстанци. Атоми овог елемента, због своје јединствене способности да формирају различите хемијске везе и присуство хибридизације орбитала, стварају различите алотропне модификације уз учешће само једног елемента, од атома истог типа, угљеника.

У природи, угљеник се налази у земљиној кори; има облик дијаманата, графита, разних запаљивих природних ресурса, као што су уље, антрацит, мрки угаљ, шкриљац, тресет, итд. Укључено у гасове које човек користи у енергетској индустрији. Угљеник у саставу његовог диоксида испуњава хидросферу и атмосферу Земље, ау ваздуху досеже 0,046%, ау води - до шездесет пута више.

У људском телу, Ц се налази у количини која је приближно једнака 21%, и углавном се излучује урином и издисаним ваздухом. Исти елемент је укључен у биолошки циклус, апсорбује га биљка и конзумира током фотосинтезе.

Атоми угљеника, због своје способности да успоставе различите ковалентне везе и граде њихове ланце, па чак и циклусе, могу створити велику количину супстанци органске природе. Поред тога, овај елемент је део сунчеве атмосфере, који се налази у једињењима са водоником и азотом.

Хемијска својства

Сада размотрите структуру и својства атома угљеника са хемијске тачке гледишта.

Важно је знати да угљеник има инертна својства у нормалним температурним условима, али може показати својства редукционе природе под утицајем високих температура. Маин оксидациона стања: + - 4, понекад +2, а такође и +3.

Учествује у реакцији са великим бројем елемената. Може реаговати са водом, водоником, халогеном, алкални метали киселине, флуор, сумпор, итд.

Структура атома угљеника генерише невероватно велику количину супстанци које се раздвајају у посебну класу. Таква једињења се називају органским и заснивају се на Ц. Могуће је због својстава атома овог елемента да формирају полимерне ланце. Међу најпознатијим и екстензивним групама су протеини (протеини), масти, угљени хидрати и угљоводоници.

Методе рада

Због јединствене структуре атома угљеника и његових пратећих својстава, елемент је широко коришћен од стране људи, на пример, када се стварају оловке, овде се користи талионици од металних талина - графита. Дијаманти се користе као абразивни материјали, накит, млазнице за бушилице, итд.

Фармакологија и медицина су такође укључени у употребу угљеника у различитим једињењима. Овај елемент је део челика, служи као основа за сваки органска материја учествује у процесу фотосинтезе, итд.

Токсичност елемента

Структура атома угљеника садржи присуство опасног утицаја на живу материју. Угљен улази у свет око нас као резултат сагоревања угља у термоелектранама, део је гасова произведених у аутомобилима, у случају концентрата угља, итд.

Висок проценат угљеника у аеросолима, што подразумева повећање инциденције људи. Горњи дишни путеви и плућа су најчешће захваћени. Неке болести се могу класификовати као професионалне, нпр. Бронхитис прашине и болести групе пнеумокониозе.

¹⁴ Ц је токсичан, а јачина његовог утицаја одређена је радијационом интеракцијом са β-честицама. Овај атом је део састава биолошких молекула, укључујући оне садржане у деокси и рибонуклеинским киселинама. Сматра се да је дозвољена количина од ¹⁴ Ц у ваздуху радне површине 1,3 Бк / л. Максимална количина угљеника која улази у тело током дисања је једнака 3,2 * 10 ⁸ Бк / год.