Шта је угљеник? Опис, својства и формула угљеника

Укратко говорите о томе шта је угљеник немогуће. На крају крајева, он је основа живота. Овај елемент је присутан у свим органским једињењима и само он може да формира ДНК молекуле из милиона атома. Његова својства су бројна, па је о томе детаљније рећи.

Формула, нотација, карактеристике

Овај елемент, који се налази у табели испод броја шест, означен је симболом "Ц". Електронска структурна формула угљеника је следећа: 1с ² 2с ² 2п ² . Маса му је 12,0107 аму. Ова супстанца има:

• Два неспарена електрона у основном стању. Показује валенцију ИИ.
• Четири неупарена електрона у побуђеном стању. Показује валенцију ИВ.

Треба напоменути да се у Земљиној кори налази одређена маса угљеника. 0.023%, да будемо прецизни. Углавном се акумулира у горњем дијелу, у биосфери. Највећи део масе угљеника у литосфери се акумулира у доломитима и кречњацима, у облику карбоната.

Физичке карактеристике

Шта је угљеник? Ово је супстанца која постоји у великом броју алотропних модификација, а њихове физичке особине се могу навести дуго времена. Различите супстанце су због способности угљеника да формира хемијске везе различитих типова.

Шта је са својствима угљеника као једноставне супстанце? Они се могу сажети на следећи начин:

• Под нормалним условима, густина је 2,25 г / цм3.
• Тачка кључања је 3506.85 ° Ц.
• Моларни топлотни капацитет је 8,54 Ј / (К • мол).
• Температура критичног фазног прелаза (када се гас не кондензује под било којим притиском) је 4130 К, 12 МПа.
• Моларни волумен 5,3 цм3 / мол.

Такође је вредно навести измене угљеника.

Од кристалних супстанци најпознатије су: дијамант, карбин, графит, нано-дијамант, фуллерите, лонсдалеит, фулерен, као и карбонска влакна.

Аморфне формације обухватају дрво, фосил и активни угаљ, антрацит, кокс, стаклени угљен, чађу, чађу и нанопен.

Али ништа од горе наведеног није чиста алотропна форма супстанце о којој се расправља. То су само хемијска једињења у којима је угљеник садржан у високој концентрацији.

Структура

Интересантно је да електронске орбитале атома угљеника нису исте. Они имају различиту геометрију. Све зависи од степена хибридизације. Постоје три најчешће геометрије:

• Тетрахедрал . Формира се када се појави мешавина три п- и једног с-електрона. Ова геометрија атома угљеника је уочена у лонсдалеиту и дијаманту. Метан и други угљоводоници имају сличну структуру.
• Тригонал . Ова геометрија формира мешавину две п- и једне с-електронске орбитале. Други п-елемент не учествује у хибридизацији, али је укључен у формирање π-везе са другим атомима. Ова структура је карактеристична за фенол, графит и друге модификације.
• Дигонал . Ова структура се формира због мешања с- и п-електрона (један по један). Интересантно је шта електронски облаци изгледају као асиметричне бућице. Испружили су се дуж његовог правца. Још два п-електрона формирају ноторне π-везе. Ова геометрија је карактеристична за карбине.

Не тако давно, 2010. године, научници са универзитета, који се налази у Ноттингхаму, открили су једињење у којем су четири атома одједном била у истој равни. Име му је Мономериц Дилитио Метханиум.

Молекуле

О њима треба рећи одвојено. Атоми испитиване супстанце могу се придружити, што доводи до формирања комплексних молекула угљеника. Од засићених На, С ₂ и Н ₂ , између којих је привлачност сувише слаба, одликују се тенденцијом кондензације у чврсто стање. Молекули угљеника могу остати у гасовитом стању, само ако одржавате високу температуру. У супротном, супстанца се тренутно стврдњава.

Прије неког времена, у САД, у Националној лабораторији Берклеев, синтетизиран је нови облик чврстог угљика. Ово је Ц36. И његов молекул формира 36 атома угљеника. Супстанца се формира заједно са фулеренима Ц60. Дешава се између два графитне електроде, у условима пламена лучног пражњења. Научници сугеришу да молекули нове супстанце имају интересантне хемијско-електричне особине које још нису проучаване.

Грапхите

Сада можете детаљније рећи о најпознатијим модификацијама супстанце као што је угљеник.

Графит је природни минерал са слојевитом структуром. Ево његових карактеристика:

• Он је велики диригент.
• То је релативно мека супстанца због своје ниске тврдоће.
• Када се загрева у одсуству ваздуха, она је отпорна.
• Не топи се.
• На додир масно, клизаво.
• У природном графиту садржи 10-12% нечистоћа. То су по правилу оксиди гвожђа и глине.

Ако говоримо о хемијским својствима, вреди напоменути да са соли и алкални метали ова супстанца формира такозвана инклузиона једињења. Чак и графит на високим температурама реагује са кисеоником, горећи угљен диоксид. Али контакт са неоксидирајућим киселинама не доноси никакав резултат - ова супстанца се једноставно не раствара у њима.

Нанесите графит у најразличитијим сферама. Користи се у производњи облога плоча и талионица, у производњи гријаћих елемената и електрода. Без учешћа графита, немогуће је добити синтетичке дијаманте. Такође игра улогу модератора неутрона у нуклеарним реакторима. И наравно, од њега се праве штапићи за оловке, који ометају каолин. И то је само део подручја где се користи.

Диамонд

То је метастабилни минерал који може постојати неограничено време, што је донекле захваљујући снази и густини угљеника. Дијамант је најтежа супстанца на Мохсовој скали, лако сече стакло.

Има високу топлотну проводљивост, дисперзију, индекс рефракције. Издржљив је и да би се растопио, потребна вам је температура од 4000 ° Ц и притисак од око 11 ГПа. Његова особина је луминесценција, способност да светли у различитим бојама.

Ово је ретка, иако заједничка материја. Старост минерала, према неким истраживањима, може бити у распону од 100 до 2,5 милијарди година. Пронађени су дијаманти ванземаљског поријекла, можда чак и прије сунца.

Овај минерал је нашао своју употребу у накиту. Резани дијамант, назван дијамант, је скуп, али је његов статус као драгуља и лепоте учинио га још популарнијим. Иначе, ова супстанца се користи иу изради секутића, бушилица, ножева, итд. Због своје изузетне тврдоће, минерал се користи у многим индустријама.

Царбин

Настављајући тему о томе шта је угљеник, морамо рећи неколико речи о њеној модификацији, као што је карбин. Изгледа као црни кристални прах, има својства полуводича. Добија се вештачки почетком 60-их година од стране совјетских научника.

Посебност ове супстанце је повећање проводљивости под светлосним ефектом. Зато је почео да се користи у фотонапонским ћелијама.

Грапхене

Ово је први светски дводимензионални кристал. Ова модификација има већу механичку чврстоћу од графита, и рекордно високу топлотну проводљивост, која износи ~ 5 • 10 ³ В • м ⁻¹ • К -. Носачи графена имају високу покретљивост, због чега супстанца има перспективу за њену употребу у различитим применама. Сматра се да може постати будућа основа наноелектронике и чак замијенити силициј у интегрираним круговима.

Графен се добија вештачки у научним лабораторијама. За то је потребно прибјећи механичком одвајању графитних слојева од високо оријентисане супстанце. Тако добијте узорке високог квалитета са неопходном мобилношћу носилаца.

Његова својства нису у потпуности проучена, али научници су већ примијетили нешто занимљиво. На пример, у графену нема кристализације Вингера. А у двоструком слоју материје, понашање електрона подсећа на карактеристике течних кристала. Ако посматрамо параметре раздвајања на кристалу, успећемо да добијемо графенску наноструктуру сличну кутији.

Токсичност

Ова тема вреди напоменути у закључку приче о томе шта је угљеник. Чињеница је да се ова супстанца испушта у атмосферу заједно са издувним гасовима аутомобила. А такође и при сагоревању угља, подземној гасификацији иу многим другим процесима.

Повећани садржај ове супстанце у ваздуху доводи до повећања броја болести. Посебно, ово се односи на плућа и горње респираторне путеве. Али токсични ефекат је последица интеракције природе зрачења са β-честицама, што доводи до чињенице да се хемијски састав молекула мења и својства супстанце - такође.