Karbon Karbon atomudur. Karbon kütləsi

2024 Müəllif: Angel Austin | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 05:16

Üzvi və qeyri-üzvi təbiətin çoxlu müxtəlif birləşmələri əmələ gətirə bilən ən heyrətamiz elementlərdən biri karbondur. Bu element öz xüsusiyyətlərinə görə o qədər qeyri-adidir ki, hətta Mendeleyev hələ açıqlanmayan xüsusiyyətlərdən danışaraq onun böyük gələcəyini proqnozlaşdırmışdı.

Daha sonra praktiki olaraq təsdiqləndi. Məlum oldu ki, o, planetimizin əsas biogen elementidir və tamamilə bütün canlıların bir hissəsidir. Bundan əlavə, hər cəhətdən kökündən fərqli, lakin eyni zamanda yalnız karbon atomlarından ibarət formalarda mövcud ola bilir.

Ümumiyyətlə, bu strukturun bir çox xüsusiyyətləri var və biz məqalənin gedişində onlarla məşğul olmağa çalışacağıq.

Karbon: elementlər sistemindəki düstur və mövqe

Dövri sistemdə karbon elementi IV (14-də yeni modelə görə) qrupda, əsas alt qrupda yerləşir. Onun seriya nömrəsi 6, atom çəkisi isə 12.011. C işarəsi olan elementin təyini onun latın dilində - carboneum adını göstərir. Karbonun mövcud olduğu bir neçə fərqli forma var. Ona görə də onun formulası fərqlidir və xüsusi modifikasiyadan asılıdır.

Lakin reaksiya tənliklərinin yazılması üçün qeyd xüsusidir,əlbəttə var. Ümumiyyətlə, təmiz formada olan maddə haqqında danışarkən, indeksləşdirmədən karbon C-nin molekulyar formulu qəbul edilir.

Element kəşf tarixçəsi

Bu elementin özü antik dövrdən məlumdur. Axı təbiətdəki ən vacib minerallardan biri də kömürdür. Buna görə də qədim yunanlar, romalılar və digər millətlər üçün o, sirr deyildi.

Bu çeşiddən başqa almaz və qrafitdən də istifadə olunurdu. Sonuncu ilə uzun müddət bir çox çaşqın vəziyyətlər var idi, çünki tez-tez tərkibi təhlil etmədən qrafit üçün belə birləşmələr alınırdı, məsələn:

• gümüş qurğuşun;
• dəmir karbid;
• molibden sulfid.

Onların hamısı qara rəngə boyanmışdı və buna görə də qrafit sayılırdı. Daha sonra bu anlaşılmazlıq aradan qaldırıldı və karbonun bu forması özü oldu.

1725-ci ildən almazların böyük kommersiya əhəmiyyəti olub və 1970-ci ildə onların süni yolla alınması texnologiyası mənimsənilib. 1779-cu ildən bəri Karl Şeelenin işi sayəsində karbonun nümayiş etdirdiyi kimyəvi xassələr öyrənilir. Bu, bu element sahəsində bir sıra mühüm kəşflərin başlanğıcı oldu və onun bütün ən unikal xüsusiyyətlərini tapmaq üçün əsas oldu.

Karbon izotopları və təbiətdə paylanması

Sözügedən elementin ən mühüm biogenlərdən biri olmasına baxmayaraq, onun yer qabığının kütləsindəki ümumi miqdarı 0,15% təşkil edir. Bu, onun daimi dövriyyəyə, təbiətdəki təbii dövrəyə məruz qalması ilə bağlıdır.

Ümumiyyətlə, bir neçə vartərkibində karbon olan mineral birləşmələr. Bunlar təbii cinslərdir:

• dolomitlər və əhəngdaşları;
• antrasit;
• neft şist;
• təbii qaz;
• kömür;
• yağ;
• linyit;
• torf;
• bitum.

Bununla yanaşı, sadəcə karbon birləşmələrinin anbarı olan canlıları da unutmaq olmaz. Axı onlar zülalları, yağları, karbohidratları, nuklein turşularını əmələ gətirirdilər ki, bu da ən həyati struktur molekulları deməkdir. Ümumiyyətlə, 70 kq-dan quru bədən çəkisinin çevrilməsində, 15-i təmiz elementə düşür. Heyvanları, bitkiləri və digər canlıları deməyək, hər bir insanda belədir.

Havanın və suyun tərkibini, yəni bütövlükdə hidrosferi və atmosferi nəzərə alsaq, onda CO_{2 düsturu ilə ifadə olunan karbon-oksigen qarışığı var.. Dioksid və ya karbon qazı havanı əmələ gətirən əsas qazlardan biridir. Məhz bu formada karbonun kütlə payı 0,046% təşkil edir. Okeanların sularında daha çox karbon qazı həll olunur.}

Bir element kimi karbonun atom kütləsi 12.011-dir. Məlumdur ki, bu qiymət təbiətdə mövcud olan bütün izotopik növlərin yayılması nəzərə alınmaqla (faizlə) atom çəkiləri arasında arifmetik orta qiymət kimi hesablanır.). Bu, sözügedən maddə üçün də belədir. Karbonun tapıldığı üç əsas izotop var. Bu:

• ¹²С - onun böyük əksəriyyətində kütlə payı 98,93%;
• ¹³C -1,07%;
• ¹⁴C - radioaktiv, yarımparçalanma müddəti 5700 il, sabit beta emitent.

Nümunələrin geoxronoloji yaşının təyini praktikasında ¹⁴С radioaktiv izotopundan geniş istifadə olunur ki, bu da uzun çürümə müddətinə görə göstəricidir.

Elementin allotropik modifikasiyası

Karbon bir neçə formada sadə maddə kimi mövcud olan elementdir. Yəni, o, bu gün məlum olan ən çox sayda allotropik modifikasiya yaratmağa qadirdir.

1. Kristal variasiyalar - müntəzəm atom tipli qəfəslərə malik güclü strukturlar şəklində mövcuddur. Bu qrupa aşağıdakı növlər daxildir:

• almazlar;
• fullerenes;
• qrafitlər;
• karbinlər;
• lonsdaleites;
• karbon lifləri və borular.

Hamısı düyünlərində karbon atomunun olduğu kristal qəfəsin quruluşuna görə fərqlənir. Beləliklə, həm fiziki, həm də kimyəvi tamamilə unikal, bənzərsiz xüsusiyyətlər.

2. Amorf formalar - bəzi təbii birləşmələrin bir hissəsi olan karbon atomundan əmələ gəlirlər. Yəni bunlar təmiz çeşidlər deyil, digər elementlərin az miqdarda çirkləri ilə. Bu qrupa daxildir:

• aktivləşdirilmiş karbon;
• daş və ağac;
• his;
• karbon nanofoam;
• antrasit;
• şüşə karbon;
• texniki maddə növü.

Onları həm də xüsusiyyətlər birləşdirirkristal şəbəkənin strukturları, xassələri izah edən və təzahür etdirən.

3. Çoxluq şəklində karbon birləşmələri. Atomların içəridən xüsusi uyğunlaşma boşluğunda bağlandığı, su və ya digər elementlərin nüvələri ilə doldurulduğu belə bir quruluş. Nümunələr:

• karbon nanokonları;
• astralens;
• dikarbon.

Amorf karbonun fiziki xassələri

Allotropik modifikasiyaların geniş çeşidinə görə, karbon üçün hər hansı ümumi fiziki xassələri müəyyən etmək çətindir. Konkret bir forma haqqında danışmaq daha asandır. Məsələn, amorf karbon aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir.

1. Bütün formaların əsasında qrafitin incə kristal sortları dayanır.
2. Yüksək istilik tutumu.
3. Yaxşı keçirici xüsusiyyətlər.
4. Karbon sıxlığı təxminən 2 q/sm³.
5. 1600 ⁰C-dən yuxarı qızdırıldıqda qrafit formalarına keçid baş verir.

Sənaye məqsədləri üçün kök, kömür və daş sortlarından geniş istifadə olunur. Onlar saf formada karbon modifikasiyasının təzahürü deyil, onu çox böyük miqdarda ehtiva edir.

Kristal karbon

Karbonun atomların ardıcıl bağlandığı müxtəlif növ müntəzəm kristallar əmələ gətirən maddə olduğu bir neçə variant var. Nəticədə aşağıdakı dəyişikliklər əmələ gəlir.

1. Brilyant. Quruluş dörd tetraedranın birləşdirildiyi kub şəklindədir. Nəticədə, hər bir atomun bütün kovalent kimyəvi bağlarımaksimum doymuş və davamlıdır. Bu, fiziki xassələri izah edir: karbonun sıxlığı 3300 kq/m³ təşkil edir. Yüksək sərtlik, aşağı istilik tutumu, elektrik keçiriciliyinin olmaması - bütün bunlar kristal şəbəkənin strukturunun nəticəsidir. Texniki yolla əldə edilmiş brilyantlar var. Onlar yüksək temperaturun və müəyyən təzyiqin təsiri altında qrafitin növbəti modifikasiyaya keçməsi zamanı əmələ gəlir. Ümumiyyətlə, almazın ərimə nöqtəsi gücü qədər yüksəkdir - təxminən 3500 ⁰C.
2. Qrafit. Atomlar əvvəlki maddənin quruluşuna bənzər şəkildə yerləşdirilir, lakin yalnız üç bağ doyur, dördüncüsü isə daha uzun və daha az güclü olur, o, şəbəkənin altıbucaqlı üzüklərinin "qatlarını" birləşdirir. Nəticədə məlum olur ki, qrafit toxunanda yumşaq, yağlı qara maddədir. Yaxşı elektrik keçiriciliyinə malikdir və yüksək ərimə nöqtəsinə malikdir - 3525 ⁰C. Sublimasiya qabiliyyəti - maye vəziyyətdən yan keçərək bərk vəziyyətdən qaz halına sublimasiya (3700 ⁰С temperaturda). Karbonun sıxlığı 2,26 q/sm^3, almazdan xeyli aşağıdır. Bu, onların fərqli xüsusiyyətlərini izah edir. Kristal qəfəsin laylı quruluşuna görə, karandaş tellərinin istehsalı üçün qrafitdən istifadə etmək mümkündür. Kağız üzərində sürüşdürdükdə lopalar soyulur və kağızda qara iz buraxır.
3. Fullerenlər. Onlar yalnız ötən əsrin 80-ci illərində açılıb. Onlar karbonların mərkəzdə olan xüsusi qabarıq qapalı strukturda bir-birinə bağlandığı modifikasiyalardır.boşluq. Və kristalın forması - çoxhedron, düzgün təşkili. Atomların sayı cütdür. Fullerenin ən məşhur forması С₆₀-dir. Tədqiqat zamanı oxşar maddənin nümunələri tapıldı:

• meteoritlər;
• dib çöküntüləri;
• folqurit;
• shungite;
• xarici kosmos, qazlar şəklində olan yerdə.

Bütün kristal karbon növləri böyük praktik əhəmiyyətə malikdir, çünki onlar mühəndislikdə faydalı bir sıra xüsusiyyətlərə malikdirlər.

Reaktivlik

Molekulyar karbon sabit konfiqurasiyasına görə aşağı reaktivlik nümayiş etdirir. Yalnız atoma əlavə enerji verməklə və xarici səviyyənin elektronlarını buxarlanmağa məcbur etməklə reaksiyalara girməyə məcbur edilə bilər. Bu zaman valentlik 4 olur. Buna görə də birləşmələrdə + 2, + 4, - 4 oksidləşmə vəziyyətinə malikdir.

Sadə maddələrlə, həm metallarla, həm də qeyri-metallarla praktiki olaraq bütün reaksiyalar yüksək temperaturun təsiri altında gedir. Sözügedən element həm oksidləşdirici, həm də reduksiyaedici ola bilər. Bununla belə, sonuncu xassələr onda xüsusilə aydın görünür və bu, onun metallurgiya və digər sənaye sahələrində istifadəsi üçün əsasdır.

Ümumiyyətlə, kimyəvi qarşılıqlı təsirə girmək qabiliyyəti üç amildən asılıdır:

• karbonun dispersiyası;
• allotropik modifikasiya;
• reaksiya temperaturu.

Beləliklə, bəzi hallarda aşağıdakılarla qarşılıqlı əlaqə varmaddələr:

• qeyri-metallar (hidrogen, oksigen);
• metallar (alüminium, dəmir, kalsium və s.);
• metal oksidləri və onların duzları.

Turşular və qələvilərlə, çox nadir hallarda halogenlərlə reaksiya vermir. Karbonun xüsusiyyətlərindən ən mühümü bir-biri ilə uzun zəncirlər əmələ gətirmə qabiliyyətidir. Onlar bir dövrə bağlaya, budaqlar əmələ gətirə bilərlər. Bu gün sayı milyonlarla olan üzvi birləşmələrin əmələ gəlməsi belədir. Bu birləşmələrin əsasını iki element təşkil edir - karbon, hidrogen. Digər atomlar da daxil edilə bilər: oksigen, azot, kükürd, halogenlər, fosfor, metallar və başqaları.

Əsas birləşmələr və onların xüsusiyyətləri

Tərkibində karbon olan çoxlu müxtəlif birləşmələr var. Onlardan ən məşhurunun formulası CO₂ - karbon qazıdır. Bununla belə, bu oksidə əlavə olaraq, CO - monooksid və ya dəm qazı, həmçinin suboksid C₃O₂ var.

Bu elementi ehtiva edən duzlar arasında ən çox rast gəlinənləri kalsium və maqnezium karbonatlarıdır. Beləliklə, kalsium karbonatın adında bir neçə sinonim var, çünki təbiətdə bu formada olur:

• təbaşir;
• mərmər;
• əhəngdaşı;
• dolomit.

Qələvi torpaq metal karbonatlarının əhəmiyyəti onların stalaktit və stalaqmitlərin, eləcə də yer altı suların əmələ gəlməsində fəal iştirakçı olmasında özünü göstərir.

Karbon turşusu karbon əmələ gətirən başqa bir birləşmədir. Onun formuludurH₂CO₃. Bununla belə, adi formada, son dərəcə qeyri-sabitdir və məhlulda dərhal karbon qazına və suya parçalanır. Buna görə də məhlul kimi özü deyil, yalnız duzları məlumdur.

Karbon halogenidləri - əsasən dolayı yolla əldə edilir, çünki birbaşa sintez yalnız çox yüksək temperaturda və məhsulun aşağı məhsuldarlığı ilə baş verir. Ən çox yayılmışlardan biri - CCL₄ - karbon tetraklorid. Nəfəs aldıqda zəhərlənməyə səbəb ola biləcək zəhərli birləşmə. Metanda hidrogen atomlarının radikal fotokimyəvi əvəzlənməsi reaksiyaları nəticəsində əldə edilmişdir.

Metal karbidlər 4 oksidləşmə vəziyyətini nümayiş etdirən karbon birləşmələridir. Bor və silisiumla birləşmələrin mövcudluğu da mümkündür. Bəzi metalların (alüminium, volfram, titan, niobium, tantal, hafnium) karbidlərinin əsas xüsusiyyəti yüksək möhkəmlik və əla elektrik keçiriciliyidir. Bor karbid В₄С almazdan sonra ən sərt maddələrdən biridir (Mohs-a görə 9,5). Bu birləşmələr karbohidrogenlərin istehsalı üçün mənbələr kimi maşınqayırmada, eləcə də kimya sənayesində istifadə olunur (su ilə kalsium karbid asetilen və kalsium hidroksid əmələ gəlməsinə səbəb olur).

Bir çox metal ərintiləri karbondan istifadə etməklə hazırlanır və bununla da onların keyfiyyətini və texniki xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə artırır (polad dəmir və karbon ərintisidir).

Xüsusi diqqət karbonun çoxsaylı üzvi birləşmələrinə layiqdir, onun tərkibində eyni atomlarla müxtəlif strukturların uzun zəncirlərində birləşməyə qadir olan əsas elementdir. Bunlara daxildir:

• alkanlar;
• alkenlər;
• arenalar;
• proteinlər;
• karbohidratlar;
• nuklein turşuları;
• spirtlər;
• karboksilik turşular və bir çox başqa siniflər.

Karbon istifadəsi

Karbon birləşmələrinin və onun allotropik modifikasiyalarının insan həyatında əhəmiyyəti çox yüksəkdir. Bunun doğru olduğunu aydınlaşdırmaq üçün bir neçə ən qlobal sənayenin adını çəkə bilərsiniz.

1. Bu element insanın enerji aldığı bütün növ qalıq yanacaqları əmələ gətirir.
2. Metallurgiya sənayesi karbondan onların birləşmələrindən metal əldə etmək üçün ən güclü reduksiyaedici vasitə kimi istifadə edir. Karbonatlar da burada geniş istifadə olunur.
3. Tikinti ve kimya sənayesi yeni maddələrin sintezi və lazımi məhsulların əldə edilməsi üçün çoxlu miqdarda karbon birləşmələri istehlak edir.

İqtisadiyyatın belə sahələrini də adlandıra bilərsiniz:

• nüvə sənayesi;
• zərgərlik;
• texniki avadanlıq (sürtkü yağları, istiliyədavamlı tigelər, karandaşlar və s.);
• süxurların geoloji yaşının təyini - radioaktiv izləyici ¹⁴С;
• karbon əla adsorbentdir və bu onu filtrlər hazırlamaq üçün əlverişli edir.

Təbiətdə dövriyyə

Təbiətdə tapılan karbon kütləsi dünya ətrafında hər saniyə dövr edən sabit dövrəyə daxildir. Beləliklə, atmosferdəki karbon mənbəyi - CO₂ udulur.bitkilərdir və tənəffüs prosesində bütün canlılar tərəfindən sərbəst buraxılır. Atmosferə girdikdən sonra yenidən udulur və beləliklə, dövr dayanmır. Eyni zamanda, üzvi qalıqların ölümü karbonun sərbəst buraxılmasına və yer üzündə toplanmasına gətirib çıxarır, oradan yenidən canlı orqanizmlər tərəfindən udulur və qaz şəklində atmosferə buraxılır.