周期表の炭素。 二酸化炭素

物理的特性：炭素は多くの同素体修飾を形成します。 ダイヤモンド- 最も硬い物質の一つ 黒鉛、石炭、すす.

炭素原子には 6 つの電子があります: 1s 2 2s 2 2p 2 . 最後の 2 つの電子は別々の p 軌道に位置し、対になっていません。 原理的には、このペアは同じ軌道を占める可能性がありますが、この場合、電子間の反発力が大幅に増加します。 このため、一方は 2p x を受け取り、もう一方は 2p y を受け取ります。 , または2p z軌道。

外層の s 副準位と p 副準位のエネルギーの差は小さいため、原子は非常に簡単に励起状態になり、2s 軌道の 2 つの電子のうち 1 つが自由電子に移ります。 2こすります。原子価状態は、1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 の構成で表示されます。 . ダイヤモンド格子の特徴である炭素原子の状態は、混成軌道の四面体空間配置、同一の長さと結合エネルギーです。

この現象は次のように呼ばれることが知られています sp 3 -ハイブリダイゼーション、そして新たな機能はsp 3 -ハイブリッドです . 4 つの sp 3 結合の形成により、炭素原子は 3 つの結合よりも安定した状態になります。 あー、あー、そして 1 つの S-S-接続。 sp 3 ハイブリダイゼーションに加えて、sp 2 および sp ハイブリダイゼーションも炭素原子で観察されます。 . 前者の場合、相互に重なりが発生します そ、そして2つのp軌道。 3 つの等価な sp 2 混成軌道が形成され、互いに 120° の角度で同じ平面内に位置します。 3 番目の軌道 p は変更されず、平面に垂直な方向を向いています。 スプ２。

sp ハイブリダイゼーション中、s 軌道と p 軌道は重なり合います。 形成される 2 つの等価な混成軌道の間には 180°の角度が生じますが、各原子の 2 つの p 軌道は変化しません。

炭素の同素性。 ダイヤモンドとグラファイト

グラファイト結晶では、炭素原子が平行な面に配置され、正六角形の頂点を占めています。 各炭素原子は、隣接する 3 つの sp 2 ハイブリッド結合に接続されています。 平行面間の接続はファンデルワールス力によって行われます。 各原子の自由 p 軌道は、共有結合の面に対して垂直に向いています。 それらの重なり合いは、炭素原子間の追加の π 結合を説明します。 したがって、から 物質内の炭素原子がどの原子価状態にあるかによって、その物質の特性が決まります.

炭素の化学的性質

最も特徴的な酸化状態は +4、+2 です。

低温では炭素は不活性ですが、加熱すると活性が高まります。

還元剤としての炭素:

- 酸素あり
C 0 + O 2 – t° = CO 2 二酸化炭素
酸素欠乏 - 不完全燃焼:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O 一酸化炭素

- フッ素入り
C + 2F 2 = CF 4

- 水蒸気あり
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 水性ガス

- 金属酸化物を含む。 このようにして、鉱石から金属が製錬されます。
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- 酸との併用 - 酸化剤:
C 0 + 2H 2 SO 4 (濃) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (濃) = C + 4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- 硫黄とともに二硫化炭素を形成します。
C + 2S 2 = CS 2。

酸化剤としての炭素:

- 一部の金属と炭化物を形成します

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- 水素 - メタン (および膨大な数の有機化合物)

C0 + 2H2 = CH4

— シリコンを使用するとカーボランダムを形成します (電気炉内 2000 °C):

自然界から炭素を見つける

遊離炭素はダイヤモンドとグラファイトの形で発生します。 炭素は化合物の形で鉱物に含まれます：チョーク、大理石、石灰石 - CaCO 3、ドロマイト - MgCO 3 *CaCO 3; 炭化水素 - Mg(HCO 3) 2 および Ca(HCO 3) 2、CO 2 は空気の一部です。 炭素は天然有機化合物（ガス、石油、石炭、泥炭）の主成分であり、生物を構成する有機物質、タンパク質、脂肪、炭水化物、アミノ酸の一部です。

無機炭素化合物

従来の化学プロセスでは C 4+ イオンも C 4- イオンも形成されません。炭素化合物には異なる極性の共有結合が含まれています。

一酸化炭素 CO

一酸化炭素; 無色、無臭、水にわずかに溶ける、有機溶媒に溶ける、有毒、沸点 = -192°C。 お願いします。 = -205℃。

レシート
1) 産業内 (ガス発生器内):
C + O 2 = CO 2

2) 実験室 - H 2 SO 4 (濃) 存在下でのギ酸またはシュウ酸の熱分解:
HCOOH = H2O + CO

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

化学的特性

通常の状態では、CO は不活性です。 加熱すると還元剤。 塩を形成しない酸化物。

1) 酸素を使用する

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

2) 金属酸化物を含む

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

3) 塩素を使用(光の下で)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (ホスゲン)

4) アルカリ溶融物と反応します（加圧下）

CO + NaOH = HCOONa (ギ酸ナトリウム)

5) 遷移金属とカルボニルを形成する

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

一酸化炭素 (IV) CO2

二酸化炭素、無色、無臭、水への溶解度 - 0.9V CO 2 は 1V H 2 O に溶解します (通常の条件下)。 空気より重い。 t°pl. = -78.5°C (固体 CO 2 は「ドライアイス」と呼ばれます)。 燃焼をサポートしません。

レシート

1. 炭酸塩（カーボネート）の熱分解。 石灰岩の焼成：

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. 炭酸塩および重炭酸塩に対する強酸の作用:

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

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

化学薬品プロパティCO2
酸酸化物: 塩基性酸化物および塩基と反応して炭酸塩を形成します。

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

高温では酸化特性を示す場合があります

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

定性的反応

石灰水の濁り：

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ￣ (白色沈殿物) + H 2 O

CO 2 を石灰水に長時間通すと消失します。 不溶性炭酸カルシウムは可溶性重炭酸塩に変わります。

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

炭酸とその塩

H2CO3 -弱酸であり、水溶液中にのみ存在します。

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

二塩基性:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - 酸塩 - 重炭酸塩、重炭酸塩
HCO 3 - ↔ H ++ CO 3 2- 中塩 - 炭酸塩

酸のすべての性質は特徴的です。

炭酸塩と重炭酸塩は相互に変化する可能性があります。

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

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

金属炭酸塩 (アルカリ金属を除く) は、加熱すると脱炭酸して酸化物を形成します。

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

定性的反応- 強酸の影響下での「沸騰」:

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

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

炭化物

炭化カルシウム:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2。

アセチレンは、亜鉛、カドミウム、ランタン、セリウムの炭化物が水と反応すると放出されます。

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

Be 2 C と Al 4 C 3 は水で分解してメタンを生成します。

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

技術的には、炭化チタン TiC、タングステン W 2 C (硬質合金)、シリコン SiC (カーボランダム - 研磨剤およびヒーターの材料として) が使用されます。

シアン化物

ソーダをアンモニアと一酸化炭素の雰囲気中で加熱することによって得られます。

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

青酸 HCN は化学産業の重要な製品であり、有機合成に広く使用されています。 世界の生産量は年間20万トンに達します。 シアン化物アニオンの電子構造は一酸化炭素 (II) に似ており、このような粒子は等電子と呼ばれます。

C = O:[:C = N:] –

シアン化物 (0.1 ～ 0.2% 水溶液) は金の採掘に使用されます。

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0.5 O 2 = 2 K + 2 KOH。

シアン化物の溶液を硫黄と一緒に沸騰させたり、固体を溶かしたりすると、シアン化物が生成します。 チオシアン酸塩:
KCN + S = KSCN。

低活性金属のシアン化物を加熱すると、Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2 のシアン化物が得られます。 シアン化物溶液は酸化されて、 シアン酸塩:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN。

シアン酸は 2 つの形態で存在します。

H-N=C=O; ホオシー = N:

1828 年、フリードリヒ ヴェーラー (1800-1882) は、水溶液を蒸発させることによってシアン酸アンモニウムから尿素を取得しました: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2。

この出来事は通常、「生命論的理論」に対する合成化学の勝利とみなされます。

シアン酸には異性体が存在します - 爆発性の酸

H-O-N=C.
その塩 (雷酸水銀 Hg(ONC) 2) は衝撃点火装置に使用されます。

合成 尿素（尿素）：

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O。130℃、100気圧で。

尿素は炭酸アミドであり、その「窒素類似体」であるグアニジンもあります。

炭酸塩

最も重要な無機炭素化合物は炭酸塩 (炭酸塩) です。 H 2 CO 3 は弱酸です (K 1 = 1.3 10 -4; K 2 = 5 10 -11)。 炭酸緩衝剤サポート 二酸化炭素平衡雰囲気の中で。 世界の海洋は開放系であるため、膨大な緩衝能力を持っています。 主な緩衝反応は、炭酸の解離中の平衡です。

H 2 CO 3 ↔ H ++ HCO 3 - 。

酸性度が低下すると、酸の形成とともに大気から二酸化炭素がさらに吸収されます。
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 。

酸性度が増加すると、炭酸塩岩（海の貝殻、チョーク、石灰岩の堆積物）が溶解します。 これにより、炭化水素イオンの損失が補われます。

H ++ CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (固体) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

固体炭酸塩は可溶性重炭酸塩に変わります。 「温室効果」、つまり二酸化炭素による地球からの熱放射の吸収による地球温暖化に対抗するのは、過剰な二酸化炭素を化学的に溶解するこのプロセスです。 世界のソーダ（炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 ）生産量の約 3 分の 1 がガラスの製造に使用されています。

二酸化炭素、一酸化炭素、二酸化炭素 - これらはすべて、私たちに二酸化炭素として知られている 1 つの物質の名前です。 では、このガスにはどのような特性があり、どのような応用分野があるのでしょうか?

二酸化炭素とその物性

二酸化炭素は炭素と酸素から構成されています。 二酸化炭素の式は次のようになります – CO₂。 自然界では、有機物質の燃焼または崩壊中に形成されます。 空気や鉱泉中のガス含有量も非常に高いです。 さらに、人間や動物も息を吐くときに二酸化炭素を排出します。

米。 1. 二酸化炭素分子。

二酸化炭素は完全に無色の気体であり、目には見えません。 匂いもありません。 ただし、高濃度の場合、高炭酸ガス血症、つまり窒息を引き起こす可能性があります。 二酸化炭素の不足は健康上の問題を引き起こす可能性もあります。 このガスが不足すると、窒息とは逆の状態、つまり低炭酸ガス血症が発生する可能性があります。

二酸化炭素を低温下に置くと、マイナス72度になると結晶化して雪のようになります。 したがって、固体状態の二酸化炭素は「乾いた雪」と呼ばれます。

米。 2. 乾いた雪 – 二酸化炭素。

二酸化炭素は空気の1.5倍の密度があります。 密度は 1.98 kg/m3 で、二酸化炭素分子の化学結合は極性共有結合です。 酸素の電気陰性度の値が高いため、極性があります。

物質の研究における重要な概念は、分子とモル質量です。 二酸化炭素のモル質量は 44 です。この数値は、分子を構成する原子の相対原子質量の合計から形成されます。 相対原子質量の値は、D.I.の表から取得されます。 メンデレーエフは整数に四捨五入されます。 したがって、CO₂ のモル質量は 12+2*16 となります。

二酸化炭素中の元素の質量分率を計算するには、物質中の各化学元素の質量分率を計算する公式に従う必要があります。

n– 原子または分子の数。
あ r– 化学元素の相対原子量。
氏– 物質の相対分子量。
二酸化炭素の相対分子量を計算してみましょう。

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0.27 または 27% 二酸化炭素の式には 2 つの酸素原子が含まれるため、n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0.73 または 73%

答え: w(C) = 0.27 または 27%; w(O) = 0.73 または 73%

二酸化炭素の化学的および生物学的特性

二酸化炭素は酸性酸化物であるため酸性の特性を持ち、水に溶解すると炭酸を形成します。

CO₂+H₂O=H₂CO₃

アルカリと反応し、炭酸塩および重炭酸塩を生成します。 このガスは燃えません。 マグネシウムなどの特定の活性金属のみが燃焼します。

二酸化炭素は加熱すると一酸化炭素と酸素に分解されます。

2CO₃=2CO+O₃。

他の酸性酸化物と同様に、このガスは他の酸化物と容易に反応します。

СaO+Co₃=CaCO₃。

二酸化炭素はすべての有機物質の一部です。 自然界におけるこのガスの循環は、生産者、消費者、分解者の助けを借りて行われます。 人は生きていく過程で、1日あたり約1kgの二酸化炭素を生成します。 私たちは息を吸うと酸素を受け取りますが、このとき肺胞内では二酸化炭素が生成されます。 この瞬間、酸素が血液に入り、二酸化炭素が出てくるという交換が起こります。

二酸化炭素はアルコールの製造時に発生します。 このガスは、窒素、酸素、アルゴンの生成の副産物でもあります。 食品産業では二酸化炭素の使用が必要であり、二酸化炭素は防腐剤として機能し、消火器には液体の二酸化炭素が使用されています。

米。 3. 消火器。

私たちは何を学んだのでしょうか？

二酸化炭素は、通常の状態では無色無臭の物質です。 一般名である二酸化炭素のほかに、一酸化炭素、二酸化炭素とも呼ばれます。

トピックに関するテスト

報告書の評価

平均評価: 4.3. 受け取った評価の合計: 116。

石炭、すす、すすの形の炭素（英語のカーボン、フランス語の Carbone、ドイツ語の Kohlenstoff）は、太古の昔から人類に知られています。 約10万年前、私たちの祖先が火を習得したとき、彼らは毎日石炭とすすを扱いました。 おそらく、非常に早い時期に人々は炭素の同素体修飾、つまりダイヤモンドやグラファイト、さらには化石石炭に精通していたのでしょう。 炭素含有物質の燃焼が人類の興味を引いた最初の化学プロセスの 1 つであることは驚くべきことではありません。 燃える物質は火によって消費されると消滅するため、燃焼は物質の分解過程と考えられ、したがって石炭（または炭素）は元素とはみなされませんでした。 要素は火、つまり燃焼を伴う現象でした。 元素に関する古代の教えでは、通常、火は元素の 1 つとして登場します。 XVII - XVIII 世紀の変わり目。 ベッヒャーとスタールによって提唱されたフロギストン理論が生まれました。 この理論は、各可燃物体の中に、燃焼プロセス中に蒸発する特別な単体物質、無重力流体、フロギストンが存在することを認識しました。 大量の石炭を燃やしてもわずかな灰しか残らないため、フロギスティックスでは石炭はほぼ純粋なフロギストンであると考えられていました。 これは、特に石炭の「発火」効果、つまり「石灰」や鉱石から金属を復元する石炭の能力を説明したものです。 後の火文学者、レオミュール、ベルイマンらは、石炭が基本物質であることをすでに理解し始めていました。 しかし、「きれいな石炭」を最初にそのように認識したのは、空気と酸素中での石炭やその他の物質の燃焼プロセスを研究したラヴォワジェです。 Guiton de Morveau、Lavoisier、Berthollet、Fourcroix による著書「化学命名法」(1787 年) では、フランス語の「純石炭」(charbone pur) の代わりに「炭素」(carbone) という名前が登場しました。 炭素は同じ名前で、ラヴォアジエの『初等化学教科書』の「単純体の表」に登場します。 1791 年、イギリスの化学者テナントが初めて遊離炭素を入手しました。 彼は、焼成したチョークの上にリン蒸気を通過させ、その結果、リン酸カルシウムと炭素が形成されました。 ダイヤモンドは強く加熱すると残留物を残さずに燃焼することが古くから知られていました。 1751 年にフランス王フランソワ 1 世は、燃焼実験のためにダイヤモンドとルビーを与えることに同意し、その後、これらの実験は流行するようになりました。 ダイヤモンドだけが燃え、ルビー（クロムを混合した酸化アルミニウム）は点火レンズの焦点での長時間の加熱に損傷なく耐えられることが判明しました。 ラヴォアジエは、大型の焼夷機を使用してダイヤモンドを燃焼させる新しい実験を実施し、ダイヤモンドは結晶質の炭素であるという結論に達しました。 錬金術時代の炭素 - グラファイトの 2 番目の同素体は、改良された鉛の光沢と考えられ、プラムバゴと呼ばれました。 ポットが黒鉛中に鉛の不純物が存在しないことを発見したのは 1740 年になってからでした。 シェーレは黒鉛を研究し (1779 年)、フロギスト学者であったため、それを特殊な種類の硫黄体、結合した「気中酸」 (CO 2) と大量のフロギストンを含む特殊な鉱石炭であると考えました。

20年後、ギトン・ドゥ・モルヴォーは注意深く加熱することによってダイヤモンドをグラファイトに変え、さらに炭酸に変えました。

国際名 Carboneum はラテン語に由来します。 カーボ（石炭）。 この言葉は非常に古い起源を持っています。 クレマーレ - 燃えるものと比較されます。 ルートサグ、カル、ロシアンガー、ガル、ゴル、サンスクリット語でスタは煮る、調理するという意味です。 「カルボ」という言葉は、他のヨーロッパ言語の炭素の名前（カーボン、チャーボーンなど）に関連付けられています。 ドイツ語のKohlenstoffは、Kohle（石炭）（古ドイツ語kolo、スウェーデン語kylla-熱）に由来します。 古いロシア語の ugorati または ugarati (燃える、焦げる) の語源は gar (山) で、gol に移行する可能性があります。 古いロシアのユガル語で石炭、または同じ起源の石炭。 ダイヤモンド（ディアマンテ）という言葉は古代ギリシャ語から来ており、壊れない、不屈、硬い、そしてギリシャ語の黒鉛であると私は書きます。

炭素(ラテン語カルボネウム)、C、メンデレーエフの周期系 IV 族の化学元素、原子番号 6、原子質量 12.011。 2 つの安定同位体が知られています: 12 c (98.892%) と 13 c (1.108%)。 放射性同位体の中で最も重要なものは、半減期が 14 秒 (T = 5.6 × 10 3 年) です。 少量の 14 c (質量で約 2 × 10 -10%) が、窒素同位体 14 n に対する宇宙放射線中性子の作用により、大気の上層で常に生成されます。 生物起源の残基に含まれる 14c 同位体の比活性に基づいて、それらの年齢が決定されます。 14c は以下のように広く使用されています。 .

歴史的参照 。 U.は古くから知られていました。 木炭は、鉱石から金属を復元したり、宝石としてダイヤモンドを修復したりするのに役立ちました。 ずっと後になって、黒鉛はるつぼや鉛筆の製造に使用され始めました。

1778年にK. シェーレ黒鉛を硝石で加熱すると、石炭を硝石で加熱したときと同じように、この場合にも二酸化炭素が発生することがわかりました。 ダイヤモンドの化学組成は、A による実験の結果として確立されました。 ラヴォアジエ(1772) 空気中でのダイヤモンドの燃焼の研究と S. テナント(1797) は、同量のダイヤモンドと石炭が酸化中に同量の二酸化炭素を生成することを証明しました。 U. は 1789 年にラヴォアジエによって化学元素として認められました。 U.はラテン語名carboneumをcarbo（石炭）から受け取りました。

自然界での分布。 地殻中の平均ウラン含有量は2.3? 10 -2 重量％（超塩基性で 1 ～ 10 -2、塩基性で 1 ～ 10 -2、中程度で 2 ～ 10 -2、3 ～ 10 -2 -V酸性の岩石）。 U. は地球の地殻 (生物圏) の上部に蓄積します。生物中には U. 18%、木材に 50%、石炭に 80%、石油に 85%、無煙炭に 96% 含まれます。 U. リソスフェアの重要な部分は石灰岩とドロマイトに集中しています。

U. 自身の鉱物の数は 112 です。 炭化水素とその誘導体の有機化合物の数は非常に多いです。

地殻中の炭素の蓄積は、有機物に吸着され、不溶性炭酸塩などの形で沈殿する他の多くの元素の蓄積と関連しています。 Co 2 と炭酸は、地球の地殻において主要な地球化学的役割を果たしています。 火山活動中には大量の CO2 が放出されます。地球の歴史において、これは生物圏の主な二酸化炭素源でした。

これらの鉱物は主なエネルギー源であるため、地殻の平均含有量と比較して、人類は下層土（石炭、石油、天然ガス）から例外的に大量のウランを抽出しています。

ウランサイクルは地球化学的に非常に重要です。

U.は宇宙にも広がっています。 太陽では水素、ヘリウム、酸素に次いで4位にランクされています。

物理的及び化学的性質。 炭素の結晶変態としては、グラファイト、ダイヤモンド、カービン、ロンズデライトの 4 つが知られています。 グラファイトは灰黒色で、不透明で、触れると油っぽく、鱗片状で、金属の光沢のある非常に柔らかい塊です。 六方晶系構造の結晶から構成されています: a=2.462a、c=6.701a。 室温常圧（0.1 Mn/m2、または1 kgf/cm2) グラファイトは熱力学的に安定です。 ダイヤモンドは非常に硬い結晶質の物質です。 結晶には面心立方格子があります。 a = 3,560a. 室温常圧では、ダイヤモンドは準安定です（ダイヤモンドとグラファイトの構造と性質の詳細については、関連記事を参照してください）。 ダイヤモンドからグラファイトへの顕著な変化は、真空中または不活性雰囲気中で 1400 °C 以上の温度で観察されます。 大気圧および約 3700 °C の温度では、グラファイトは昇華します。 液体 U は 10.5 以上の圧力で得られます。 Mn/m 2(105 kgf/cm2) および 3700 °C 以上の温度。 ハードなUのために。（ コークス、すす、木炭）無秩序な構造を持つ状態も特徴的です-いわゆる「アモルファス」U。これは独立した修飾を表しません。 その構造は微結晶グラファイトの構造に基づいています。 いくつかの種類の「アモルファス」カーボンを空気に触れずに 1500 ～ 1600 °C 以上で加熱すると、グラファイトに変化します。 「アモルファス」カーボンの物理的特性は、粒子の分散と不純物の存在に大きく依存します。 「アモルファス」カーボンの密度、熱容量、熱伝導率、電気伝導率は常にグラファイトよりも高くなります。 カービンは人工的に得られます。 微細な結晶質の黒色粉末（密度1.9～2）です。 g/cm3) . 互いに平行に配置された C 原子の長い鎖から構成されています。 ロンズデライトは隕石の中で発見され、人工的に得られます。 その構造と特性は明確には確立されていません。

U原子の外側電子殻の構成。 2s 2 2p 2 。炭素は、外側の電子殻が状態 2 に励起されることにより、4 つの共有結合が形成されるという特徴があります。 スプ３。したがって、炭素は電子を引き寄せることも電子を与えることも等しく行うことができます。 化学結合が起こる原因としては、 sp3-、sp2-そして sp- 配位数 4、3、2 に対応する混成軌道。電子の価電子の数と価電子軌道の数は同じです。 これが、U 原子間の結合が安定する理由の 1 つです。

ウラン原子が互いに結合して強くて長い鎖とサイクルを形成するという独特の能力により、膨大な数の異なるウラン化合物の出現が研究されています。 有機化学。

化合物では、ウランは -4 の酸化状態を示します。 +2; +4。 原子半径 0.77 a、一重結合、二重結合、三重結合の共有結合半径 0.77 a、0.67 a、0.60 a。 イオン半径 c 4- 2.60 a 、 c 4+ 0.20 a 。 通常の状態では、ウランは化学的に不活性ですが、高温では多くの元素と結合し、強い還元特性を示します。 化学活性は、「アモルファス」カーボン、グラファイト、ダイヤモンドの順に減少します。 空気酸素との相互作用（燃焼）は、それぞれ300～500℃、600～700℃、850～1000℃を超える温度で起こり、二酸化炭素co 2 と一酸化炭素co が形成されます。

co 2 は水に溶けて生成します 炭酸。 1906 年に O. ディールズ亜酸化物 U. c 3 o 2 を受け取りました。 すべての形態の U. はアルカリと酸に耐性があり、非常に強力な酸化剤 (クロム混合物、濃 hno 3 と kclo 3 の混合物など) によってのみゆっくりと酸化されます。 「非晶質」U.は室温でフッ素、加熱するとグラファイトおよびダイヤモンドと反応します。 二酸化炭素と塩素の直接的な結合は、電気アークで発生します。 U. は臭素やヨウ素と反応しないため、多くの ハロゲン化炭素間接的に合成されます。 一般式 cox 2 (X はハロゲン) のオキシハロゲン化物の中で、最もよく知られているのはオキシ塩化物 cocl 2 ( ホスゲン) . 水素はダイヤモンドとは相互作用しません。 触媒（ni、pt）の存在下、高温でグラファイトおよび「非晶質」炭素と反応します：600〜1000℃で主にメタンch 4が形成され、1500〜2000℃でアセチレンc 2 h 2 , 他の炭化水素も製品中に存在する可能性があります (例: エタン c 2 h 6)。 , ベンゼン c 6 h 6 。 硫黄と「アモルファス」炭素およびグラファイトとの相互作用は 700 ～ 800 °C で始まり、ダイヤモンドの場合は 900 ～ 1000 °C で始まります。 すべての場合において、二硫化炭素 cs 2 が形成されます。 博士。 U. 硫黄を含む化合物 (cs チオキサイド、c 3 s 2 チオキサイド、cos 硫化物およびチオホスゲン cscl 2) は間接的に得られます。 cs 2 が金属硫化物と相互作用すると、弱チオ炭酸の塩であるチオ炭酸塩が形成されます。 窒素雰囲気中で炭素電極間で放電が行われると、二酸化炭素と窒素の相互作用によりシアン (cn) 2 が生成されます。 ウランの窒素含有化合物の中で、シアン化水素 hcn とその多数の誘導体 (シアン化物、ハロハロゲン酸塩、ニトリルなど) は実用上非常に重要です。1000 °C 以上の温度では、ウランは多くの金属と相互作用し、 炭化物。あらゆる形態の炭素は、加熱すると金属酸化物を還元して遊離金属 (Zn、cd、cu、pb など) または炭化物 (cac 2、mo 2 c、wo、tac など) を形成します。 U. 600～800℃以上の温度で水蒸気および二酸化炭素と反応する . グラファイトの特徴は、300 ～ 400 °C に適度に加熱すると、アルカリ金属やハロゲン化物と相互作用して生成する能力です。 接続の切り替え c 8 me、c 24 me、c 8 x と入力します (X はハロゲン、me は金属です)。 既知の化合物としては、ｈｎｏ ３、ｈ ２ ｓｏ ４、ｆｅｃｌ ３ などを有するグラファイト（例えば、重硫酸グラファイトｃ ２４ ｓｏ ４ ｈ ２）が挙げられる。 すべての形態のウランは通常の無機溶媒および有機溶媒には溶けませんが、一部の溶融金属 (fe、ni、co など) には溶解します。

エネルギーの国家経済的重要性は、世界で消費されるすべての一次エネルギー源の 90% 以上が有機資源から来ているという事実によって決まります。 燃料、原子力エネルギーの集中的な開発にもかかわらず、その支配的な役割は今後数十年間続くでしょう。 抽出された燃料のうち、燃料の原料として使用されるのはわずか10％程度です。 基礎的な有機合成そして 石油化学合成、得るために プラスチックや。。など。

B.A.ポポフキン。

体内のU. 。 U.は、地球上の生命の基礎を形成する最も重要な生物起源元素であり、生物の構築とその重要な機能の確保に関与する膨大な数の有機化合物の構造単位です（ 生体高分子、同様に、ビタミン、ホルモン、メディエーターなどの数多くの低分子生物学的活性物質も含まれます。 生物に必要なエネルギーのかなりの部分は炭素の酸化により細胞内で形成され、現代科学では地球上の生命の出現は炭素化合物の進化の複雑なプロセスであると考えられています。 .

生きた自然界における炭素の独特の役割は、周期系の他の元素が全体的に持たないその特性によるものです。 炭素原子間、および炭素と他の元素の間には強い化学結合が形成されますが、比較的穏やかな生理学的条件下では切断​​される可能性があります (これらの結合は単結合、二重結合、または三重結合の場合があります)。 炭素は他の炭素原子と 4 つの等価な原子価結合を形成することができるため、直鎖状、分枝鎖状、環状など、さまざまな種類の炭素骨格を構築することができます。 生物の総質量の 98% が C、O、H の 3 つの元素だけで構成されていることは重要です。 これにより、生物界では一定の効率が達成されます。炭素化合物の構造の多様性はほぼ無限であり、化学結合の種類が少ないため、有機物質の分解と合成に必要な酵素の数を大幅に減らすことができます。 炭素原子の構造上の特徴がさまざまなタイプの基礎となっています 異性化有機化合物（光学異性の能力は、アミノ酸、炭水化物、および一部のアルカロイドの生化学的進化において決定的であることが判明した）。

一般に受け入れられている A.I. の仮説によると、 オパリナ、地球上で最初の有機化合物は生物起源のものでした。 水素の供給源は、地球の一次大気中に含まれるメタン (ch 4) とシアン化水素 (hcn) でした。 生命の出現により、生物圏のすべての有機物が形成される無機炭素の唯一の供給源は、 二酸化炭素(co 2) は大気中に存在し、hco - 3 の形で天然水にも溶けています。 Uの同化（同化）のための最も強力なメカニズム（co 2の形で） - 光合成 -緑の植物によってあらゆる場所で行われます（年間約1,000億個が同化されます）。 Tコ 2)。 地球上には、進化的により古い、CO 2 を同化する方法があります。 化学合成。この場合、化学合成微生物は太陽の放射エネルギーではなく、無機化合物の酸化エネルギーを利用します。 ほとんどの動物は、既製の有機化合物の形で食物と一緒にウランを消費します。 有機化合物の同化方法に応じて、区別するのが通例です 独立栄養生物そして 従属栄養生物。 Uを唯一の供給源として使用して、タンパク質およびその他の栄養素を生合成するための微生物の使用。 炭化水素石油は現代の重要な科学的および技術的問題の 1 つです。

乾物ベースで計算した生物中の U 含有量は、水生動植物で 34.5 ～ 40%、陸生動植物で 45.4 ～ 46.5%、細菌で 54% となります。 生物が生きている間、主に次のような原因が考えられます。 組織呼吸、有機化合物の酸化分解は、外部環境への CO 2 の放出とともに起こります。 U. は、より複雑な代謝最終製品の一部としてもリリースされます。 動植物の死後、微生物による分解プロセスの結果、炭素の一部は再びco2に変換されます。 自然界ではこうして炭素循環が起こる . ウランの大部分は鉱化され、石炭、石油、石灰石などの化石ウランの堆積物を形成します。 ウランの供給源である主な機能に加えて、天然水や体液に溶けている CO 2 は、環境の維持に関与しています。生命プロセスにとって環境の最適な酸性度。 caco 3 の一部として、U. は多くの無脊椎動物 (軟体動物の殻など) の外骨格を形成し、サンゴや鳥の卵の殻などにも含まれています。生物以前の時代の地球の一次大気は、その後の生物進化の過程で強大な大気へと変化しました。 代謝拮抗物質代謝。

炭素の安定同位体に加えて、放射性 14c も自然界に広く存在しています (人体には約 0.1 個の放射性 14c が含まれています)。 マッキュリー) . 生物学的および医学的研究におけるウラン同位体の使用は、自然界の代謝およびウランサイクルの研究における多くの主要な成果と関連しています。 . したがって、放射性炭素タグの助けを借りて、植物および動物組織による h 14 co - 3 の固定の可能性が証明され、光合成反応の順序が確立され、アミノ酸の代謝が研究され、多くのアミノ酸の生合成経路が研究されました。生物学的に活性な化合物などが追跡されました。 14 c の使用は、タンパク質生合成のメカニズムと遺伝情報の伝達の研究における分子生物学の成功に貢献しました。 炭素を含む有機残留物中の 14 c の比放射能を測定すると、その年代を判断することができ、古生物学や考古学で使用されます。

N.N.チェルノフ。

点灯:シャフラノフスキー I.I.、アルマジー、M. - L.、1964 年。 Ubbelohde A.R.、Lewis F.A.、グラファイトおよびその結晶性化合物、trans。 英語から、M.、1965年。 Remi G.、無機化学コース、トランス。 ドイツ語、第 1 巻、M.、1972 年より。 ペレルマン A.I.、「ハイパージェネシス ゾーンにおける元素の地球化学」、M.、1972 年。 Nekrasov B.V.、一般化学の基礎、第 3 版、M.、1973 年。 アフメトフ N.S.、無機化学、第 2 版、M.、1975 年。 Vernadsky V.I.、地球化学に関するエッセイ、第 6 版、M.、1954 年。 Roginsky S.Z.、Shnol S.E.、生化学における同位体、M.、1963; 生化学の地平、トランス。 英語から、M.、1964年。 進化的生化学と技術的生化学の問題、M.、1964年。 Calvin M.、化学進化、トランス。 英語から、M.、1971年。 Löwy A.、Sikiewitz F.、細胞の構造と機能、trans。 英語、1971、ch. より。 7; バイオスフィア、トランス。 英語、M.、1972 年より。

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炭素 C はメンデレーエフの周期表の 6 番目であり、原始人でも、木を燃やした後に石炭が形成され、洞窟の壁に絵を描くのに使用できることに気づいていました。 すべての有機化合物には炭素が含まれています。 最も研究されている炭素の同素体修飾はグラファイトとダイヤモンドの 2 つです。

有機化学における炭素

炭素は周期表の中で特別な位置を占めています。 その構造により、線状または環状構造の長い結合鎖を形成します。 1,000 万以上の有機化合物が知られています。 その多様性にもかかわらず、空気中や温度の影響下では常に二酸化炭素に変わります。

私たちの日常生活における炭素の役割は非常に大きいです。 二酸化炭素がなければ、主要な生物学的プロセスの 1 つである光合成は起こりません。

カーボンの応用

炭素は、さまざまな有機医薬品を作成するために医学で広く使用されています。 炭素同位体により放射性炭素年代測定が可能になります。 炭素がなければ冶金産業は運営できません。 固体燃料熱分解ボイラーで燃焼された石炭はエネルギー源として機能します。 石油精製産業では、有機炭素化合物からガソリンとディーゼル燃料が製造されます。 炭素の多くは砂糖を生成するために必要です。 日常生活のあらゆる分野にとって重要な有機化合物の合成にも使用されます。