Szén a periódusos rendszerben. Szén-dioxid

Fizikai tulajdonságok: a szén számos allotróp módosulatot képez: gyémánt- az egyik legkeményebb anyag grafit, szén, korom.

Egy szénatomnak 6 elektronja van: 1s 2 2s 2 2p 2 . Az utolsó két elektron külön p-pályán helyezkedik el, és nincsenek párosítva. Elvileg ez a pár elfoglalhatná ugyanazt a pályát, de ebben az esetben az elektronok közötti taszítás jelentősen megnő. Emiatt az egyik 2p x, a másik pedig vagy 2p y , vagy 2p z pályák.

A külső réteg s- és p-alszintjének energiájában kicsi a különbség, így az atom meglehetősen könnyen gerjesztett állapotba kerül, amelyben a 2s pályáról a két elektron közül az egyik átmegy egy szabadba. 2 dörzsölje. Valenciaállapot jelenik meg a következő konfigurációval: 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . A szénatomnak ez az állapota a gyémántrács jellemzője – a hibrid pályák tetraéderes térbeli elrendezése, a kötések azonos hossza és energiája.

Ezt a jelenséget köztudottan ún sp 3 -hibridizáció, a kialakuló függvények pedig sp 3 -hibridek . Négy sp 3 kötés kialakulása háromnál stabilabb állapotot biztosít a szénatomnak r-r-és egy s-s-kapcsolat. Az sp 3 hibridizáció mellett sp 2 és sp hibridizáció is megfigyelhető a szénatomon . Az első esetben kölcsönös átfedés következik be s-és két p-pálya. Három egyenértékű sp 2 hibrid pálya keletkezik, amelyek ugyanabban a síkban helyezkednek el, egymással 120°-os szöget bezárva. A harmadik p pálya változatlan, és a síkra merőleges sp2.

Az sp hibridizáció során az s és p pályák átfedik egymást. A kialakuló két ekvivalens hibridpálya között 180°-os szög alakul ki, miközben az egyes atomok két p-pályája változatlan marad.

A szén allotrópiája. Gyémánt és grafit

A grafitkristályban a szénatomok párhuzamos síkban helyezkednek el, szabályos hatszögek csúcsait foglalva el. Mindegyik szénatom három szomszédos sp 2 hibrid kötéshez kapcsolódik. A párhuzamos síkok közötti kapcsolat van der Waals erők hatására jön létre. Az egyes atomok szabad p-pályái merőlegesek a kovalens kötések síkjaira. Átfedésük magyarázza a szénatomok közötti további π kötést. Így től Az anyag tulajdonságait az a vegyértékállapot határozza meg, amelyben az anyag szénatomjai találhatók.

A szén kémiai tulajdonságai

A legjellemzőbb oxidációs állapotok: +4, +2.

Alacsony hőmérsékleten a szén inert, de hevítve aktivitása megnő.

Szén, mint redukálószer:

- oxigénnel
C 0 + O 2 – t° = CO 2 szén-dioxid
oxigénhiány esetén - tökéletlen égés:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O szén-monoxid

- fluorral
C + 2F 2 = CF 4

- vízgőzzel
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 vízgáz

- fémoxidokkal. Így olvasztják ki a fémet az ércből.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- savakkal - oxidálószerekkel:
C 0 + 2H 2 SO 4 (tömény) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (tömény) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- kénnel szén-diszulfidot képez:
C + 2S 2 = CS 2.

Szén, mint oxidálószer:

- egyes fémekkel karbidokat képez

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- hidrogénnel - metánnal (valamint rengeteg szerves vegyülettel)

C0 + 2H2 = CH4

— szilíciummal karborundumot képez (2000 °C-on elektromos kemencében):

A szén megtalálása a természetben

A szabad szén gyémánt és grafit formájában fordul elő. Vegyületek formájában a szén ásványi anyagokban található: kréta, márvány, mészkő - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 *CaCO 3; szénhidrogének - Mg(HCO 3) 2 és Ca(HCO 3) 2, a CO 2 a levegő része; A szén a természetes szerves vegyületek - gáz, olaj, szén, tőzeg - fő összetevője, és része az élő szervezeteket alkotó szerves anyagoknak, fehérjéknek, zsíroknak, szénhidrátoknak és aminosavaknak.

Szervetlen szénvegyületek

Sem C 4+, sem C 4- ion nem keletkezik hagyományos kémiai folyamatok során: a szénvegyületek különböző polaritású kovalens kötéseket tartalmaznak.

Szén-monoxid CO

Szén-monoxid; színtelen, szagtalan, vízben gyengén oldódik, szerves oldószerekben oldódik, mérgező, forráspont = -192°C; t pl. = -205 °C.

Nyugta
1) Az iparban (gázgenerátorokban):
C + O 2 = CO 2

2) Laboratóriumban - hangya- vagy oxálsav hőbontása H 2 SO 4 (tömény) jelenlétében:
HCOOH = H2O + CO

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

Kémiai tulajdonságok

Normál körülmények között a CO közömbös; melegítéskor - redukálószer; nem sóképző oxid.

1) oxigénnel

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) fém-oxidokkal

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) klórral (fényben)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (foszgén)

4) reagál alkáli olvadékokkal (nyomás alatt)

CO + NaOH = HCOONa (nátrium-formiát)

5) átmeneti fémekkel karbonilokat képez

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Szén-monoxid (IV) CO2

Szén-dioxid, színtelen, szagtalan, vízben oldódik - 0,9 V CO 2 oldódik 1 V H 2 O-ban (normál körülmények között); nehezebb a levegőnél; t°pl = -78,5°C (a szilárd CO 2-t „szárazjégnek” nevezzük); nem támogatja az égést.

Nyugta

1. A szénsavsók (karbonátok) hőbomlása. Mészkő égetés:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. Erős savak hatása karbonátokra és bikarbonátokra:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

KémiaitulajdonságaitCO2
Savas oxid: Reagál bázikus oxidokkal és bázisokkal, szénsavsókat képezve

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Magasabb hőmérsékleten oxidáló tulajdonságokat mutathat

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Minőségi reakció

A mészvíz zavarossága:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (fehér csapadék) + H 2 O

Eltűnik, ha hosszú ideig CO 2 -t vezetnek át meszes vízen, mert Az oldhatatlan kalcium-karbonát oldható bikarbonáttá alakul:

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

A szénsav és annaksó

H 2CO 3 - Gyenge sav, csak vizes oldatban létezik:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Kétbázisú:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Savas sók - bikarbonátok, bikarbonátok
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Közepes sók - karbonátok

A savak minden tulajdonsága jellemző.

A karbonátok és a bikarbonátok átalakulhatnak egymásba:

2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

A fém-karbonátok (az alkálifémek kivételével) hevítéskor dekarboxilálódnak, és oxidot képeznek:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Minőségi reakció- „forralás” erős sav hatására:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

Karbidok

Kalcium-karbid:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.

Acetilén szabadul fel, amikor cink, kadmium, lantán és cérium-karbid reagál a vízzel:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La(OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C és Al 4 C 3 vízzel bomlik metánná:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 = 3 CH 4.

A technológiában titán-karbidokat TiC, w 2 C volfrámot (keményötvözetek), szilícium SiC-ot (karborundum - csiszolóanyagként és fűtőtestek anyagaként) használnak.

Cianid

szóda hevítésével ammónia és szén-monoxid atmoszférában nyerik:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

A hidrogén-cianid-HCN a vegyipar fontos terméke, és széles körben használják a szerves szintézisben. Globális termelése eléri az évi 200 ezer tonnát. A cianid-anion elektronszerkezete hasonló a szén-monoxidéhoz (II), ezeket izoelektronikusnak nevezzük:

C = O: [:C = N:] –

Az aranybányászatban cianidokat (0,1-0,2%-os vizes oldat) használnak:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

A cianid kénnel való forralásakor vagy szilárd anyagok olvasztásakor keletkeznek tiocianátok:
KCN + S = KSCN.

Ha alacsony aktivitású fémek cianidjait hevítjük, cianidot kapunk: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. A cianid oldatok oxidálódnak cianátok:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

A ciánsav két formában létezik:

H-N=C=O; H-O-C = N:

Friedrich Wöhler (1800-1882) 1828-ban ammónium-cianátból karbamidot nyert: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 vizes oldat bepárlásával.

Ezt az eseményt általában a szintetikus kémia győzelmének tekintik a "vitalisztikus elmélet" felett.

Van egy ciánsav izomerje - robbanásveszélyes sav

H-O-N=C.
Sóit (Hg(ONC) 2 higany-fulminát) ütvegyújtókban használják.

Szintézis karbamid(karbamid):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 C-on és 100 atm.

A karbamid egy szénsavamid, van egy „nitrogén-analógja” – a guanidin.

Karbonátok

A legfontosabb szervetlen szénvegyületek a szénsav sói (karbonátok). A H 2CO 3 gyenge sav (K 1 = 1,3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Karbonát puffertartók szén-dioxid egyensúly a légkörben. A világ óceánjainak óriási pufferkapacitása van, mert nyitott rendszerről van szó. A fő pufferreakció a szénsav disszociációja során kialakuló egyensúly:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Amikor a savasság csökken, a szén-dioxid további abszorpciója következik be a légkörből sav képződésével:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

A savasság növekedésével a karbonátos kőzetek (az óceánban lévő kagylók, kréta és mészkő üledékek) feloldódnak; ez kompenzálja a szénhidrogén-ionok elvesztését:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (szilárd) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

A szilárd karbonátok oldható bikarbonátokká alakulnak. Ez a felesleges szén-dioxid kémiai feloldásának folyamata ellensúlyozza az „üvegházhatást” - a Föld hősugárzásának szén-dioxid általi elnyelése miatti globális felmelegedést. A világ szódatermelésének (nátrium-karbonát Na 2 CO 3) körülbelül egyharmadát üveggyártásban használják fel.

Szén-dioxid, szén-monoxid, szén-dioxid – ezek mind egy olyan anyag elnevezései, amelyet szén-dioxidként ismerünk. Tehát milyen tulajdonságai vannak ennek a gáznak, és melyek az alkalmazási területei?

A szén-dioxid és fizikai tulajdonságai

A szén-dioxid szénből és oxigénből áll. A szén-dioxid képlete így néz ki – CO₂. A természetben szerves anyagok égése vagy bomlása során keletkezik. A levegő és az ásványforrások gáztartalma is meglehetősen magas. Emellett az emberek és az állatok is szén-dioxidot bocsátanak ki kilégzéskor.

Rizs. 1. Szén-dioxid molekula.

A szén-dioxid teljesen színtelen gáz, nem látható. Szintén nincs szaga. Magas koncentráció esetén azonban az emberben hypercapnia, azaz fulladás alakulhat ki. A szén-dioxid hiánya egészségügyi problémákat is okozhat. Ennek a gáznak a hiánya következtében a fulladás ellentétes állapota - hipokapnia - alakulhat ki.

Ha a szén-dioxidot alacsony hőmérsékleten helyezzük el, akkor -72 fokon kikristályosodik, és olyan lesz, mint a hó. Ezért a szilárd szén-dioxidot „száraz hónak” nevezik.

Rizs. 2. Száraz hó – szén-dioxid.

A szén-dioxid 1,5-szer sűrűbb, mint a levegő. Sűrűsége 1,98 kg/m³. A szén-dioxid molekulában a kémiai kötés poláris kovalens. Poláris, mivel az oxigénnek magasabb az elektronegativitása.

Az anyagok tanulmányozásában fontos fogalom a molekula- és moláris tömeg. A szén-dioxid moláris tömege 44. Ez a szám a molekulát alkotó atomok relatív atomtömegének összegéből adódik. A relatív atomtömegek értékei a D.I. táblázatból származnak. Mengyelejev és egész számokra kerekítve. Ennek megfelelően a CO₂ moláris tömege = 12+2*16.

A szén-dioxidban lévő elemek tömeghányadának kiszámításához követni kell az anyagban lévő egyes kémiai elemek tömeghányadainak kiszámítására szolgáló képletet.

n– az atomok vagy molekulák száma.
A r– egy kémiai elem relatív atomtömege.
úr– az anyag relatív molekulatömege.
Számítsuk ki a szén-dioxid relatív molekulatömegét!

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 vagy 27% Mivel a szén-dioxid képlete két oxigénatomot tartalmaz, akkor n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 vagy 73%

Válasz: w(C) = 0,27 vagy 27%; w(O) = 0,73 vagy 73%

A szén-dioxid kémiai és biológiai tulajdonságai

A szén-dioxid savas tulajdonságokkal rendelkezik, mivel savas oxid, és vízben oldva szénsavat képez:

CO2+H2O=H2CO3

Reagál lúgokkal, karbonátok és bikarbonátok képződését eredményezve. Ez a gáz nem ég. Csak bizonyos aktív fémek, például magnézium égnek benne.

Melegítéskor a szén-dioxid szén-monoxidra és oxigénre bomlik:

2CO3=2CO+O3.

Más savas oxidokhoz hasonlóan ez a gáz is könnyen reagál más oxidokkal:

СaO+Co3=CaCO3.

A szén-dioxid minden szerves anyag része. Ennek a gáznak a keringtetése a természetben termelők, fogyasztók és lebontók közreműködésével történik. Az életfolyamat során egy ember körülbelül 1 kg szén-dioxidot termel naponta. Belégzéskor oxigént kapunk, de ebben a pillanatban szén-dioxid képződik az alveolusokban. Ebben a pillanatban csere történik: az oxigén belép a vérbe, és a szén-dioxid távozik.

Az alkoholgyártás során szén-dioxid keletkezik. Ez a gáz a nitrogén-, oxigén- és argongyártás mellékterméke is. A szén-dioxid felhasználása az élelmiszeriparban szükséges, ahol a szén-dioxid tartósítószerként működik, a folyékony szén-dioxid pedig a tűzoltó készülékekben található.

Rizs. 3. Tűzoltó készülék.

Mit tanultunk?

A szén-dioxid olyan anyag, amely normál körülmények között színtelen és szagtalan. Közkeletű nevén, a szén-dioxidon kívül szén-monoxidnak vagy szén-dioxidnak is nevezik.

Teszt a témában

A jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.3. Összes értékelés: 116.

A szén (angolul Carbon, francia Carbone, németül Kohlenstoff) szén, korom és korom formájában időtlen idők óta ismert az emberiség számára; körülbelül 100 ezer évvel ezelőtt, amikor őseink elsajátították a tüzet, minden nap foglalkoztak szénnel és kormmal. Valószínűleg nagyon korán az emberek megismerkedtek a szén - gyémánt és grafit, valamint a fosszilis szén allotróp módosulataival. Nem meglepő, hogy a széntartalmú anyagok elégetése volt az egyik első olyan kémiai folyamat, amely érdekelte az embert. Mivel az égő anyag eltűnt, amikor a tűz elfogy, az égést az anyag bomlási folyamatának tekintették, ezért a szenet (vagy szenet) nem tekintették elemnek. Az elem a tűz volt – az égést kísérő jelenség; Az elemekről szóló ősi tanításokban a tűz általában az egyik elemként jelenik meg. A XVII - XVIII. század fordulóján. Megszületett a flogiszton elmélet, amelyet Becher és Stahl terjesztett elő. Ez az elmélet minden éghető testben felismerte egy speciális elemi anyag - egy súlytalan folyadék - flogiszton jelenlétét, amely az égési folyamat során elpárolog. Mivel nagy mennyiségű szén elégetésekor csak kevés hamu marad, a flogisztika úgy vélte, hogy a szén szinte tiszta flogiszton. Ez magyarázza különösen a szén „flogisztikus” hatását – a fémek „mészekből” és ércekből való helyreállításának képességét. A későbbi flogisztika, Reaumur, Bergman és mások már kezdték megérteni, hogy a szén elemi anyag. A „tiszta szenet” azonban először Lavoisier ismerte fel, aki a szén és más anyagok égési folyamatát tanulmányozta a levegőben és az oxigénben. Guiton de Morveau, Lavoisier, Berthollet és Fourcroix "Method of Chemical Nomenclature" (1787) című könyvében a "carbon" (carbone) név jelent meg a francia "pure coal" (charbone pur) helyett. Ugyanezen a néven a szén szerepel az „Egyszerű testek táblázatában” Lavoisier „Elementary Textbook of Chemistry”-ben. 1791-ben Tennant angol kémikus volt az első, aki szabad szénhez jutott; foszforgőzt bocsátott át kalcinált krétán, ami kalcium-foszfát és szén képződését eredményezte. Régóta ismert, hogy a gyémánt erős hevítés hatására anélkül ég le, hogy maradékot hagyna. Még 1751-ben I. Ferenc francia király beleegyezett, hogy gyémántot és rubint ad égetési kísérletekhez, ami után ezek a kísérletek még divatossá váltak. Kiderült, hogy csak a gyémánt égés, a rubin (alumínium-oxid króm keverékével) pedig károsodás nélkül képes ellenállni a hosszan tartó melegítésnek a gyújtólencse fókuszában. Lavoisier új kísérletet végzett a gyémántok elégetésével egy nagy gyújtógéppel, és arra a következtetésre jutott, hogy a gyémánt kristályos szén. A szén-grafit második allotrópját az alkímiai időszakban módosított ólomfénynek tekintették, és plumbágónak nevezték; Csak 1740-ben fedezte fel Pott, hogy a grafitban nincs ólomszennyeződés. Scheele a grafitot tanulmányozta (1779), és flogisztikusként speciális kéntestnek, egy speciális ásványi szénnek tekintette, amely kötött „légsavat” (CO 2) és nagy mennyiségű flogisztont tartalmaz.

Húsz évvel később Guiton de Morveau a gyémántot gondos melegítéssel grafittá, majd szénsavvá alakította.

A Carboneum nemzetközi név a latinból származik. carbo (szén). Ez a szó nagyon ősi eredetű. A cremare-hez hasonlítják - égetni; gyökér sag, cal, orosz gar, gal, gol, szanszkrit sta jelentése: forralni, főzni. A "carbo" szó más európai nyelveken a szén neveihez kapcsolódik (szén, szén stb.). A német Kohlenstoff a Kohle-ból származik - szén (ónémet kolo, svéd kylla - fűteni). A régi orosz ugorati, vagy ugarati (égetni, perzselni) gyökere gar, vagy hegyek, lehetséges átmenettel golra; szén óorosz yugalban, vagy szén, azonos eredetű. A gyémánt (Diamante) szó az ógörögből származik - elpusztíthatatlan, hajthatatlan, kemény, a grafit pedig a görögből - írom.

Szén(latin carboneum), C, Mengyelejev periódusos rendszerének IV. csoportjába tartozó kémiai elem, 6-os rendszám, 12.011 atomtömeg. Két stabil izotóp ismert: a 12 c (98,892%) és a 13 c (1,108%). A radioaktív izotópok közül a legfontosabb a 14 s felezési idejű (T = 5,6 × 10 3 év). Kis mennyiségű 14 c (kb. 2 × 10 -10 tömeg%) folyamatosan képződik a légkör felső rétegeiben a kozmikus sugárzás neutronjainak hatására a 14 n nitrogénizotópon. A 14 c izotóp fajlagos aktivitása alapján biogén eredetű maradványokban meghatározzuk azok korát. 14 c széles körben használatos mint .

Történelmi hivatkozás . U. ősidők óta ismert. Faszén szolgált fémek helyreállítására ércekből, gyémánt - drágakőként. Jóval később a grafitot tégelyek és ceruzák készítésére kezdték használni.

1778-ban K. Scheele, grafitot salétromos hevítéssel fedeztem fel, hogy ebben az esetben, mint a szén salétromos hevítésénél, szén-dioxid szabadul fel. A gyémánt kémiai összetételét kísérletek eredményeként állapította meg A. Lavoisier(1772) a gyémánt levegőben történő égésének tanulmányozásáról és az S. Tennant(1797), aki bebizonyította, hogy azonos mennyiségű gyémánt és szén azonos mennyiségű szén-dioxidot termel az oxidáció során. Az U.-t Lavoisier 1789-ben ismerte el kémiai elemként. U. a carboneum latin nevet a carbo - széntől kapta.

Elterjedés a természetben. A földkéreg átlagos urántartalma 2,3? 10 -2 tömeg% (1 - 10 -2 ultrabázikusban, 1 - 10 -2 - bázikusban, 2 - 10 -2 - közegben, 3 - 10 -2 - V savas kőzetek). Az U. a földkéreg (bioszféra) felső részén halmozódik fel: élőanyagban 18% U., fa 50%, szén 80%, olaj 85%, antracit 96%. Az U. litoszféra jelentős része mészkövekben és dolomitokban koncentrálódik.

U. saját ásványainak száma 112; A szénhidrogének és származékaik szerves vegyületeinek száma kiemelkedően nagy.

A szén földkéregben történő felhalmozódása sok más elem felhalmozódásával jár, amelyek a szerves anyagok által felszívódnak és oldhatatlan karbonátok formájában kicsapódnak stb. A CO 2 és a szénsav jelentős geokémiai szerepet tölt be a földkéregben. A vulkanizmus során hatalmas mennyiségű szén-dioxid szabadul fel - a Föld történetében ez volt a bioszféra szén-dioxid fő forrása.

Az emberiség a földkéreg átlagos tartalmához képest kivételesen nagy mennyiségben von ki uránt az altalajból (szén, olaj, földgáz), hiszen ezek az ásványok a fő energiaforrások.

Az uránciklusnak nagy geokémiai jelentősége van.

Az U. térben is elterjedt; A Napon a hidrogén, a hélium és az oxigén után a 4. helyen áll.

Fizikai és kémiai tulajdonságok. A szén négy kristályos módosulata ismert: grafit, gyémánt, karabély és lonsdaleit. A grafit szürkésfekete, átlátszatlan, zsíros tapintású, pikkelyes, nagyon puha, fémes fényű massza. Hexagonális szerkezetű kristályokból készült: a=2,462 a, c=6,701 a. Szobahőmérsékleten és normál nyomáson (0,1 Mn/m 2, vagy 1 kgf/cm2) A grafit termodinamikailag stabil. A gyémánt nagyon kemény, kristályos anyag. A kristályoknak arcközpontú köbös rácsuk van: a = 3560 a. Szobahőmérsékleten és normál nyomáson a gyémánt metastabil (a gyémánt és a grafit szerkezetéről és tulajdonságairól részletesen lásd a vonatkozó cikkeket). A gyémánt észrevehető átalakulása grafittá 1400 °C feletti hőmérsékleten vákuumban vagy inert atmoszférában figyelhető meg. Atmoszférikus nyomáson és körülbelül 3700 °C hőmérsékleten a grafit szublimál. Folyékony U. 10,5 feletti nyomáson nyerhető Mn/m 2(105 kgf/cm2) és 3700 °C feletti hőmérsékleten. Kemény U. ( koksz, korom, szén) szintén jellemző a rendezetlen szerkezetű állapot - az úgynevezett „amorf” U., amely nem jelent önálló módosulást; Szerkezete a finomkristályos grafit szerkezetén alapul. Egyes „amorf” szénfajták 1500-1600 °C fölé hevítése levegő hozzáférése nélkül grafittá alakul. Az „amorf” szén fizikai tulajdonságai nagymértékben függenek a részecskék diszperziójától és a szennyeződések jelenlététől. Az „amorf” szén sűrűsége, hőkapacitása, hővezető képessége és elektromos vezetőképessége mindig nagyobb, mint a grafité. A karbynt mesterségesen nyerik. Finom kristályos fekete por (sűrűsége 1,9-2 g/cm3) . Egymással párhuzamosan elhelyezkedő C atomok hosszú láncaiból épül fel. A lonsdaleitet meteoritokban találják, és mesterségesen állítják elő; szerkezetét és tulajdonságait nem állapították meg véglegesen.

Az U atom külső elektronhéjának konfigurációja. 2s 2 2p 2 . A szenet négy kovalens kötés képződése jellemzi, a külső elektronhéj 2-es állapotba való gerjesztése következtében sp3. Ezért a szén egyformán képes elektronokat vonzani és leadni. Kémiai kötés előfordulhat a sp 3 -, sp 2 -És sp-hibrid pályák, amelyek a 4, 3 és 2 koordinációs számoknak felelnek meg. Az elektron vegyértékelektronjainak száma és a vegyértékpályáinak száma megegyezik; Ez az egyik oka az U atomok közötti kötés stabilitásának.

Az uránatomok egyedülálló képessége, hogy erős és hosszú láncokat és ciklusokat képezzenek egymással, hatalmas számú különböző uránvegyület megjelenéséhez vezetett. szerves kémia.

A vegyületekben az urán oxidációs állapota -4; +2; +4. Atomsugár 0,77 a, kovalens sugara 0,77 a, 0,67 a, 0,60 a, egyszeres, kettős és hármas kötésekben; ionos sugár c 4- 2,60 a , c 4+ 0,20 a . Normál körülmények között az urán kémiailag inert, magas hőmérsékleten sok elemmel kombinálódik, és erős redukáló tulajdonságokat mutat. A kémiai aktivitás a következő sorrendben csökken: „amorf” szén, grafit, gyémánt; kölcsönhatás a levegő oxigénjével (égés) 300-500 °C, 600-700 °C és 850-1000 °C feletti hőmérsékleten megy végbe, szén-dioxid-co 2 és szén-monoxid co képződésével.

A co 2 vízben oldódik és képződik szénsav. 1906-ban O. Diels szuboxidot kapott U. c 3 o 2. Az U. minden formája ellenáll a lúgoknak és savaknak, és csak nagyon erős oxidálószerek (króm keverék, tömény hno 3 és kclo 3 keveréke stb.) oxidálják lassan. Az „amorf” U. szobahőmérsékleten fluorral, hevítéskor grafittal és gyémánttal reagál. A szén-dioxid és a klór közvetlen kapcsolata elektromos ívben történik; Az U. nem lép reakcióba brómmal és jóddal, ezért számos szén-halogenidek indirekt módon szintetizálódik. A cox 2 általános képletű oxihalogenidek közül (ahol X jelentése halogén) a legismertebb az oxiklorid cocl 2 ( foszgén) . A hidrogén nem lép kölcsönhatásba a gyémánttal; grafittal és „amorf” szénnel reagál magas hőmérsékleten katalizátorok jelenlétében (ni, pt): 600-1000 °C-on főleg metán ch 4 képződik, 1500-2000 °C-on - acetilén c 2 h 2 , Más szénhidrogének is jelen lehetnek a termékekben, például etán c 2 h 6 , benzol c 6 óra 6 . A kén kölcsönhatása „amorf” szénnel és grafittal 700-800 °C-on, a gyémánttal 900-1000 °C-on kezdődik; minden esetben szén-diszulfid cs 2 keletkezik. Dr. U. kéntartalmú vegyületeket (cs tioxid, c 3 s 2 tioxid, cos szulfid és tiofoszgén cscl 2) közvetve nyerik. Amikor a cs 2 kölcsönhatásba lép fém-szulfidokkal, tiokarbonátok képződnek - gyenge tiokarbonsav sói. A szén-dioxid és a nitrogén kölcsönhatása cianogén (cn) 2 előállítására akkor következik be, amikor elektromos kisülést vezetnek át a szénelektródák között nitrogénatmoszférában. Az urán nitrogéntartalmú vegyületei közül a hidrogén-cianid hcn és számos származéka: cianidok, halogénezett halogénsavak, nitrilek stb. nagy gyakorlati jelentőséggel bírnak karbidok. A szén minden formája hevítéskor redukálja a fémoxidokat szabad fémek (zn, cd, cu, pb stb.) vagy karbidok (cac 2, mo 2 c, wo, tac stb.) képződésével. U. 600-800 °C feletti hőmérsékleten reagál vízgőzzel és szén-dioxiddal . A grafit sajátossága, hogy mérsékelten 300-400 °C-ra hevítve alkálifémekkel és halogenidekkel kölcsönhatásba lép. kapcsolatok kapcsolása típus c 8 me, c 24 me, c 8 x (ahol X halogén, me fém). Az ismert vegyületek közé tartozik a hno 3, h 2 so 4, fecl 3 stb. grafit (például grafit-biszulfát c 24 so 4 h 2). Az urán minden formája nem oldódik közönséges szervetlen és szerves oldószerekben, de oldódik néhány olvadt fémben (például fe, ni, co).

Az energia nemzetgazdasági jelentőségét meghatározza, hogy a világon felhasznált összes elsődleges energiaforrás több mint 90%-a szerves forrásból származik. üzemanyag, amelynek meghatározó szerepe az atomenergia intenzív fejlesztése ellenére a következő évtizedekben is megmarad. A kitermelt tüzelőanyagnak csak körülbelül 10%-a kerül felhasználásra nyersanyagként alapvető szerves szintézisÉs petrolkémiai szintézis, megszerzéséért műanyagok satöbbi.

B. A. Popovkin.

U. a testben . Az U. a legfontosabb biogén elem, amely a földi élet alapját képezi, hatalmas számú szerves vegyület szerkezeti egysége, amelyek részt vesznek az organizmusok felépítésében és létfontosságú funkcióik biztosításában ( biopolimerek, valamint számos kis molekulatömegű biológiailag aktív anyag – vitaminok, hormonok, mediátorok stb.). Az élőlények számára szükséges energia jelentős része a sejtekben képződik a szén oxidációja miatt. Az élet megjelenését a Földön a modern tudomány a szénvegyületek evolúciójának összetett folyamatának tekinti .

A szén egyedülálló szerepe az élő természetben annak a tulajdonságainak köszönhető, amelyek összességében a periódusos rendszer egyetlen más elemének sem rendelkeznek. A szénatomok, valamint a szén és más elemek között erős kémiai kötések jönnek létre, amelyek azonban viszonylag enyhe fiziológiai körülmények között felszakadhatnak (ezek lehetnek egyszeres, kettős vagy hármas kötések). A szén azon képessége, hogy négy ekvivalens vegyértékkötést hozzon létre más szénatomokkal, lehetővé teszi különböző típusú szénvázak felépítését – lineáris, elágazó és ciklikus. Lényeges, hogy csak három elem - C, O és H - teszi ki az élő szervezetek össztömegének 98%-át. Ezzel bizonyos hatékonyság érhető el az élő természetben: a szénvegyületek szinte korlátlan szerkezeti sokfélesége mellett a kis számú kémiai kötés lehetővé teszi a szerves anyagok lebontásához és szintéziséhez szükséges enzimek számának jelentős csökkentését. A szénatom szerkezeti jellemzői a különböző típusok hátterében állnak izoméria szerves vegyületek (az optikai izoméria képessége meghatározónak bizonyult az aminosavak, szénhidrátok és egyes alkaloidok biokémiai evolúciójában).

Az általánosan elfogadott hipotézis szerint A.I. Oparina, Az első szerves vegyületek a Földön abiogén eredetűek voltak. A hidrogén forrása a metán (ch 4) és a hidrogén-cianid (hcn) volt, amely a Föld elsődleges légkörében található. Az élet megjelenésével az egyetlen szervetlen szénforrás, amelynek köszönhetően a bioszféra összes szerves anyaga képződik. szén-dioxid(co 2), a légkörben található, és a természetes vizekben is oldódik hco - 3 formájában. Az U. asszimilációjának (asszimilációjának) legerősebb mechanizmusa (co 2 formájában) - fotoszintézis - mindenhol zöld növények végzik (évente mintegy 100 milliárdot asszimilálnak). T co 2). A Földön létezik egy evolúciós szempontból ősibb módszer a co 2 asszimilálására kemoszintézis; ebben az esetben a kemoszintetikus mikroorganizmusok nem a Nap sugárzó energiáját, hanem a szervetlen vegyületek oxidációs energiáját használják fel. A legtöbb állat táplálékkal együtt fogyasztja az uránt kész szerves vegyületek formájában. A szerves vegyületek asszimilációs módszerétől függően szokás megkülönböztetni autotróf organizmusokÉs heterotróf szervezetek. Mikroorganizmusok felhasználása fehérjék és más tápanyagok bioszintézisére U-t egyedüli forrásként használva. szénhidrogének Az olaj az egyik fontos modern tudományos és műszaki probléma.

Az élő szervezetek U-tartalma szárazanyagra számítva: vízi növényekben és állatokban 34,5-40%, szárazföldi növényekben és állatokban 45,4-46,5%, baktériumokban 54%. Az élőlények élete során főként annak köszönhető szöveti légzés, a szerves vegyületek oxidatív bomlása a co 2 külső környezetbe történő kibocsátásával megy végbe. Az U. összetettebb anyagcsere-végtermékek részeként is felszabadul. Az állatok és növények elpusztulása után a szén egy része ismét szén-dioxiddá alakul a mikroorganizmusok által végrehajtott bomlási folyamatok eredményeként. Így megy végbe a szén körforgása a természetben . Az urán jelentős része mineralizálódik, és fosszilis urán lelőhelyeket képez: szén, olaj, mészkő stb. A fő funkciókon - az uránforráson - kívül a természetes vizekben és biológiai folyadékokban oldott co 2 részt vesz a a környezet optimális savassága az életfolyamatokhoz . A caco 3 részeként az U. számos gerinctelen állat (például puhatestű héja) külső vázát képezi, és megtalálható a korallokban, madártojáshéjban stb. A Föld primer légköre a prebiológiai időszakban, később, a biológiai evolúció folyamatában erőssé vált antimetabolitok anyagcsere.

A szén stabil izotópjain kívül a radioaktív 14c széles körben elterjedt a természetben (az emberi szervezet kb. 0,1 izotópot tartalmaz). mccurie) . Az uránizotópok felhasználása a biológiai és orvosi kutatásokban számos jelentős eredményhez kapcsolódik az anyagcsere és a természetben zajló uránciklus tanulmányozásában. . Így egy radiokarbon tag segítségével bebizonyították a h 14 co - 3 növényi és állati szövetek általi rögzítésének lehetőségét, megállapították a fotoszintézis reakciók sorrendjét, tanulmányozták az aminosavak metabolizmusát, számos bioszintézis útját. biológiailag aktív vegyületeket nyomon követtek stb. A 14 c alkalmazása hozzájárult a molekuláris biológia sikeréhez a fehérje bioszintézis mechanizmusainak és az öröklődő információk átvitelének vizsgálatában. A széntartalmú szerves maradványokban a 14 c fajlagos aktivitásának meghatározása lehetővé teszi azok korának megítélését, amelyet az őslénytan és régészet használ.

N. N. Csernov.

Megvilágított.: Shafranovsky I. I., Almazy, M. - L., 1964; Ubbelohde A. R., Lewis F. A., Grafit és kristályos vegyületei, ford. angolból, M., 1965; Remi G., Szervetlen kémia tantárgy, ford. német nyelvből, 1. kötet, M., 1972; Perelman A.I., Geochemistry of elements in the hypergenesis zone, M., 1972; Nekrasov B.V., Az általános kémia alapjai, 3. kiadás, M., 1973; Akhmetov N. S., Szervetlen kémia, 2. kiadás, M., 1975; Vernadsky V.I., Essays on Geochemistry, 6. kiadás, M., 1954; Roginsky S.Z., Shnol S.E., Isotopes in biochemistry, M., 1963; A biokémia horizontjai, ford. angolból, M., 1964; Az evolúciós és technikai biokémia problémái, M., 1964; Calvin M., Kémiai evolúció, ford. angolból, M., 1971; Löwy A., Sikiewitz F., Sejtszerkezet és funkció, ford. angolból, 1971, ch. 7; Bioszféra, ford. angolból, M., 1972.

Letöltés absztrakt

Mengyelejev periódusos rendszerében a szén C a 6. helyen áll, még a primitív emberek is észrevették, hogy fa elégetése után szén keletkezik, amivel a barlang falaira lehet rajzolni. Minden szerves vegyület tartalmaz szenet. A szén két legtöbbet vizsgált allotróp módosulata a grafit és a gyémánt.

Szén a szerves kémiában

A szén különleges helyet foglal el a periódusos rendszerben. Szerkezetéből adódóan lineáris vagy ciklikus szerkezetű, hosszú kötésláncokat alkot. Több mint 10 millió szerves vegyület ismert. Sokféleségük ellenére a levegőben és a hőmérséklet hatására mindig szén-dioxiddá és.

A szén szerepe mindennapi életünkben óriási. Szén-dioxid nélkül nem megy végbe a fotoszintézis, az egyik fő biológiai folyamat.

A szén alkalmazása

A szenet széles körben használják az orvostudományban különféle szerves gyógyszerek előállítására. A szénizotópok lehetővé teszik a radiokarbon kormeghatározást. Szén nélkül a kohászati ​​ipar nem működhet. A szilárd tüzelésű pirolízis kazánokban elégetett szén energiaforrásként szolgál. Az olajfinomító iparban a benzint és a gázolajat szerves szénvegyületekből állítják elő. A szén nagy része a cukor előállításához szükséges. A mindennapi élet minden területén fontos szerves vegyületek szintézisében is felhasználják.