Carbono na tabela periódica. Dióxido de carbono

Propriedades físicas: o carbono forma muitas modificações alotrópicas: diamante- uma das substâncias mais duras grafite, carvão, fuligem.

Um átomo de carbono tem 6 elétrons: 1s 2 2s 2 2p 2 . Os dois últimos elétrons estão localizados em orbitais p separados e não estão emparelhados. Em princípio, este par poderia ocupar o mesmo orbital, mas neste caso a repulsão interelétron aumenta muito. Por esta razão, um deles leva 2p x, e o outro, 2p y , ou orbitais 2p z.

A diferença na energia dos subníveis s e p da camada externa é pequena, de modo que o átomo entra facilmente em um estado excitado, no qual um dos dois elétrons do orbital 2s passa para um livre. 2 esfregar. Um estado de valência aparece com a configuração 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . É este estado do átomo de carbono que é característico da rede do diamante - arranjo espacial tetraédrico de orbitais híbridos, comprimento e energia de ligações idênticos.

Este fenômeno é conhecido por ser chamado sp 3 -hibridização, e as funções emergentes são sp 3 -híbridas . A formação de quatro ligações sp 3 fornece ao átomo de carbono um estado mais estável do que três r-r- e uma conexão s-s. Além da hibridização sp 3, a hibridização sp 2 e sp também é observada no átomo de carbono . No primeiro caso, ocorre sobreposição mútua e- e dois orbitais p. São formados três orbitais híbridos sp 2 equivalentes, localizados no mesmo plano em um ângulo de 120° entre si. O terceiro orbital p permanece inalterado e direcionado perpendicularmente ao plano sp2.

Durante a hibridização sp, os orbitais s e p se sobrepõem. Um ângulo de 180° surge entre os dois orbitais híbridos equivalentes que são formados, enquanto os dois orbitais p de cada átomo permanecem inalterados.

Alotropia do carbono. Diamante e grafite

Em um cristal de grafite, os átomos de carbono estão localizados em planos paralelos, ocupando os vértices de hexágonos regulares. Cada átomo de carbono está conectado a três ligações híbridas sp 2 vizinhas. A ligação entre planos paralelos é realizada devido às forças de van der Waals. Os orbitais p livres de cada átomo são direcionados perpendicularmente aos planos das ligações covalentes. A sua sobreposição explica a ligação π adicional entre os átomos de carbono. Assim, a partir o estado de valência em que os átomos de carbono de uma substância estão localizados determina as propriedades dessa substância.

Propriedades químicas do carbono

Os estados de oxidação mais característicos são: +4, +2.

Em baixas temperaturas o carbono é inerte, mas quando aquecido sua atividade aumenta.

Carbono como agente redutor:

- com oxigênio
C 0 + O 2 – t° = CO 2 dióxido de carbono
com falta de oxigênio - combustão incompleta:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O monóxido de carbono

- com flúor
C + 2F 2 = CF 4

- com vapor de água
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 água gás

- com óxidos metálicos. É assim que o metal é fundido a partir do minério.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- com ácidos - agentes oxidantes:
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (conc.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- forma dissulfeto de carbono com enxofre:
C + 2S 2 = CS 2.

Carbono como agente oxidante:

- forma carbonetos com alguns metais

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- com hidrogênio - metano (bem como uma grande quantidade de compostos orgânicos)

C0 + 2H2 = CH4

— com o silício, forma carborundo (a 2000 °C em forno elétrico):

Encontrando carbono na natureza

O carbono livre ocorre na forma de diamante e grafite. Na forma de compostos, o carbono é encontrado em minerais: giz, mármore, calcário - CaCO 3, dolomita - MgCO 3 *CaCO 3; hidrocarbonatos - Mg(HCO 3) 2 e Ca(HCO 3) 2, CO 2 faz parte do ar; O carbono é o principal componente dos compostos orgânicos naturais - gás, petróleo, carvão, turfa, e faz parte de substâncias orgânicas, proteínas, gorduras, carboidratos, aminoácidos que constituem os organismos vivos.

Compostos inorgânicos de carbono

Nem os íons C 4+ nem C 4- são formados durante quaisquer processos químicos convencionais: os compostos de carbono contêm ligações covalentes de polaridades diferentes.

Monóxido de carbono CO

Monóxido de carbono; incolor, inodoro, pouco solúvel em água, solúvel em solventes orgânicos, tóxico, ponto de ebulição = -192°C; tpl. = -205ºC.

Recibo
1) Na indústria (em geradores de gás):
C + O 2 = CO 2

2) Em laboratório - decomposição térmica de ácido fórmico ou oxálico na presença de H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH = H2O + CO

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

Propriedades quimicas

Em condições normais, o CO é inerte; quando aquecido - um agente redutor; óxido não formador de sal.

1) com oxigênio

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

2) com óxidos metálicos

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

3) com cloro (na luz)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (fosgênio)

4) reage com derretimentos alcalinos (sob pressão)

CO + NaOH = HCOONa (formato de sódio)

5) forma carbonilas com metais de transição

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Monóxido de carbono (IV) CO2

Dióxido de carbono, incolor, inodoro, solubilidade em água - 0,9V CO 2 dissolve-se em 1V H 2 O (em condições normais); mais pesado que o ar; t°pl. = -78,5°C (CO 2 sólido é denominado “gelo seco”); não suporta combustão.

Recibo

1. Decomposição térmica de sais de ácido carbônico (carbonatos). Queima de calcário:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. A ação de ácidos fortes sobre carbonatos e bicarbonatos:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

QuímicopropriedadesCO2
Óxido ácido: Reage com óxidos básicos e bases para formar sais de ácido carbônico

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Em temperaturas elevadas pode apresentar propriedades oxidantes

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Reação qualitativa

Turbulência da água com cal:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (precipitado branco) + H 2 O

Ele desaparece quando o CO 2 passa pela água de cal por um longo período, porque carbonato de cálcio insolúvel se transforma em bicarbonato solúvel:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2

Ácido carbônico e seussal

H2CO3 - Um ácido fraco, existe apenas em solução aquosa:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Dibásico:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Sais ácidos - bicarbonatos, bicarbonatos
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Sais médios - carbonatos

Todas as propriedades dos ácidos são características.

Carbonatos e bicarbonatos podem se transformar:

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

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

Carbonatos metálicos (exceto metais alcalinos) descarboxilam quando aquecidos para formar um óxido:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Reação qualitativa- “fervura” sob a influência de um ácido forte:

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

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

Carbonetos

Carboneto de cálcio:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2.

O acetileno é liberado quando carbonetos de zinco, cádmio, lantânio e cério reagem com a água:

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

Seja 2 C e Al 4 C 3 se decompõem com água para formar metano:

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

Na tecnologia, são utilizados carbonetos de titânio TiC, tungstênio W 2 C (ligas duras), silício SiC (carborundo - como abrasivo e material para aquecedores).

Cianeto

obtido aquecendo refrigerante em uma atmosfera de amônia e monóxido de carbono:

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

O ácido cianídrico HCN é um importante produto da indústria química e é amplamente utilizado em síntese orgânica. Sua produção global chega a 200 mil toneladas por ano. A estrutura eletrônica do ânion cianeto é semelhante ao monóxido de carbono (II); tais partículas são chamadas de isoeletrônicas:

C = Ó: [:C = N:] –

Os cianetos (solução aquosa 0,1-0,2%) são usados ​​​​na mineração de ouro:

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

Ao ferver soluções de cianeto com enxofre ou derreter sólidos, eles formam tiocianatos:
KCN + S = KSCN.

Quando cianetos de metais pouco ativos são aquecidos, obtém-se cianeto: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Soluções de cianeto são oxidadas a cianatos:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

O ácido ciânico existe em duas formas:

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

Em 1828, Friedrich Wöhler (1800-1882) obteve uréia a partir de cianato de amônio: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 evaporando uma solução aquosa.

Este evento é geralmente considerado como a vitória da química sintética sobre a "teoria vitalística".

Existe um isômero de ácido ciânico - ácido explosivo

H-O-N=C.
Seus sais (fulminato mercúrico Hg(ONC) 2) são utilizados em dispositivos de ignição de impacto.

Síntese ureia(ureia):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. A 130 0 C e 100 atm.

A ureia é uma amida do ácido carbónico; existe também o seu “análogo do azoto” – a guanidina.

Carbonatos

Os compostos inorgânicos de carbono mais importantes são os sais de ácido carbônico (carbonatos). H 2 CO 3 é um ácido fraco (K 1 = 1,3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Suportes de buffer de carbonato equilíbrio de dióxido de carbono na atmosfera. Os oceanos do mundo têm uma enorme capacidade tampão porque são um sistema aberto. A principal reação tampão é o equilíbrio durante a dissociação do ácido carbônico:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Quando a acidez diminui, ocorre absorção adicional de dióxido de carbono da atmosfera com a formação de ácido:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

À medida que a acidez aumenta, as rochas carbonáticas (conchas, giz e sedimentos calcários no oceano) dissolvem-se; isso compensa a perda de íons hidrocarbonato:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (sólido) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Carbonatos sólidos se transformam em bicarbonatos solúveis. É este processo de dissolução química do excesso de dióxido de carbono que neutraliza o “efeito estufa” - aquecimento global devido à absorção da radiação térmica da Terra pelo dióxido de carbono. Cerca de um terço da produção mundial de refrigerante (carbonato de sódio Na 2 CO 3) é usado na produção de vidro.

Dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de carbono - todos esses são nomes para uma substância que conhecemos como dióxido de carbono. Então, quais propriedades esse gás possui e quais são suas áreas de aplicação?

Dióxido de carbono e suas propriedades físicas

O dióxido de carbono consiste em carbono e oxigênio. A fórmula do dióxido de carbono é assim – CO₂. Na natureza, é formado durante a combustão ou decomposição de substâncias orgânicas. O conteúdo de gás no ar e nas fontes minerais também é bastante alto. Além disso, humanos e animais também emitem dióxido de carbono quando expiram.

Arroz. 1. Molécula de dióxido de carbono.

O dióxido de carbono é um gás completamente incolor e não pode ser visto. Também não tem cheiro. Porém, com altas concentrações, uma pessoa pode desenvolver hipercapnia, ou seja, asfixia. A falta de dióxido de carbono também pode causar problemas de saúde. Como resultado da falta desse gás, pode ocorrer a condição oposta à asfixia - hipocapnia.

Se você colocar o dióxido de carbono em condições de baixa temperatura, então a -72 graus ele cristaliza e se torna como neve. Portanto, o dióxido de carbono no estado sólido é chamado de “neve seca”.

Arroz. 2. Neve seca – dióxido de carbono.

O dióxido de carbono é 1,5 vezes mais denso que o ar. Sua densidade é de 1,98 kg/m³. A ligação química na molécula de dióxido de carbono é covalente polar. É polar devido ao fato de o oxigênio ter um valor de eletronegatividade mais alto.

Um conceito importante no estudo de substâncias é a massa molecular e molar. A massa molar do dióxido de carbono é 44. Esse número é formado a partir da soma das massas atômicas relativas dos átomos que compõem a molécula. Os valores das massas atômicas relativas são retirados da tabela de D.I. Mendeleev e são arredondados para números inteiros. Conseqüentemente, a massa molar do CO₂ = 12+2*16.

Para calcular as frações mássicas dos elementos do dióxido de carbono, é necessário seguir a fórmula de cálculo das frações mássicas de cada elemento químico de uma substância.

n– número de átomos ou moléculas.
A R– massa atômica relativa de um elemento químico.
Senhor– massa molecular relativa da substância.
Vamos calcular a massa molecular relativa do dióxido de carbono.

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12/44 = 0,27 ou 27% Como a fórmula do dióxido de carbono inclui dois átomos de oxigênio, então n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 ou 73%

Resposta: w(C) = 0,27 ou 27%; w(O) = 0,73 ou 73%

Propriedades químicas e biológicas do dióxido de carbono

O dióxido de carbono tem propriedades ácidas porque é um óxido ácido e, quando dissolvido em água, forma ácido carbônico:

CO₂+H₂O=H₂CO₃

Reage com álcalis, resultando na formação de carbonatos e bicarbonatos. Este gás não queima. Apenas certos metais ativos, como o magnésio, queimam nele.

Quando aquecido, o dióxido de carbono se decompõe em monóxido de carbono e oxigênio:

2CO₃=2CO+O₃.

Como outros óxidos ácidos, este gás reage facilmente com outros óxidos:

CaO+Co₃=CaCO₃.

O dióxido de carbono faz parte de todas as substâncias orgânicas. A circulação desse gás na natureza é feita com o auxílio de produtores, consumidores e decompositores. No processo da vida, uma pessoa produz aproximadamente 1 kg de dióxido de carbono por dia. Quando inspiramos, recebemos oxigênio, mas neste momento se forma dióxido de carbono nos alvéolos. Nesse momento ocorre uma troca: o oxigênio entra no sangue e sai o dióxido de carbono.

O dióxido de carbono é produzido durante a produção de álcool. Este gás também é um subproduto na produção de nitrogênio, oxigênio e argônio. O uso de dióxido de carbono é necessário na indústria alimentícia, onde o dióxido de carbono atua como conservante e o dióxido de carbono na forma líquida é encontrado em extintores de incêndio.

Arroz. 3. Extintor de incêndio.

O que aprendemos?

O dióxido de carbono é uma substância que em condições normais é incolor e inodora. Além do nome comum, dióxido de carbono, também é chamado de monóxido de carbono ou dióxido de carbono.

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O carbono (carbono inglês, carbono francês, kohlenstoff alemão) na forma de carvão, fuligem e fuligem é conhecido pela humanidade desde tempos imemoriais; cerca de 100 mil anos atrás, quando nossos ancestrais dominavam o fogo, eles lidavam com carvão e fuligem todos os dias. Provavelmente, muito cedo as pessoas se familiarizaram com as modificações alotrópicas do carbono - diamante e grafite, bem como com o carvão fóssil. Não é de surpreender que a combustão de substâncias contendo carbono tenha sido um dos primeiros processos químicos a interessar ao homem. Como a substância em chamas desaparecia ao ser consumida pelo fogo, a combustão era considerada um processo de decomposição da substância e, portanto, o carvão (ou carbono) não era considerado um elemento. O elemento era o fogo – um fenômeno que acompanha a combustão; Nos antigos ensinamentos sobre os elementos, o fogo geralmente aparece como um dos elementos. Na virada dos séculos XVII para XVIII. Surgiu a teoria do flogisto, apresentada por Becher e Stahl. Esta teoria reconheceu a presença em cada corpo combustível de uma substância elementar especial - um fluido sem peso - o flogisto, que evapora durante o processo de combustão. Como quando uma grande quantidade de carvão é queimada, resta apenas um pouco de cinza, a flogística acreditava que o carvão era flogístico quase puro. Isto é o que explica, em particular, o efeito “flogístico” do carvão – a sua capacidade de restaurar metais a partir de “cal” e minérios. Posteriormente, os flogistas, Réaumur, Bergman e outros, já começaram a entender que o carvão é uma substância elementar. No entanto, o “carvão limpo” foi reconhecido como tal pela primeira vez por Lavoisier, que estudou o processo de combustão do carvão e de outras substâncias no ar e no oxigénio. No livro "Método de Nomenclatura Química" (1787) de Guiton de Morveau, Lavoisier, Berthollet e Fourcroix, o nome "carbono" (carbone) apareceu em vez do francês "carvão puro" (charbone pur). Sob o mesmo nome, o carbono aparece na “Tabela de Corpos Simples” no “Elementary Textbook of Chemistry” de Lavoisier. Em 1791, o químico inglês Tennant foi o primeiro a obter carbono livre; ele passou vapor de fósforo sobre giz calcinado, resultando na formação de fosfato de cálcio e carbono. Há muito se sabe que o diamante queima sem deixar resíduos quando aquecido fortemente. Em 1751, o rei francês Francisco I concordou em dar diamantes e rubi para experimentos de combustão, após os quais esses experimentos até se tornaram moda. Descobriu-se que apenas o diamante queima e o rubi (óxido de alumínio com uma mistura de cromo) pode suportar aquecimento prolongado no foco da lente de ignição sem danos. Lavoisier realizou um novo experimento sobre a queima de diamantes usando uma grande máquina incendiária e chegou à conclusão de que o diamante é carbono cristalino. O segundo alótropo do carbono - grafite no período alquímico foi considerado um brilho de chumbo modificado e foi chamado de plumbago; Foi somente em 1740 que Pott descobriu a ausência de qualquer impureza de chumbo na grafite. Scheele estudou a grafite (1779) e, sendo flogístico, considerou-a um tipo especial de corpo de enxofre, um carvão mineral especial contendo “ácido aéreo” ligado (CO 2) e uma grande quantidade de flogisto.

Vinte anos depois, Guiton de Morveau transformou o diamante em grafite e depois em ácido carbônico por meio de aquecimento cuidadoso.

O nome internacional Carboneum vem do latim. carbo (carvão). Esta palavra é de origem muito antiga. É comparado com cremare – queimar; root sag, cal, russo gar, gal, gol, sânscrito sta significa ferver, cozinhar. A palavra "carbo" está associada aos nomes do carbono em outras línguas europeias (carbono, charbone, etc.). O alemão Kohlenstoff vem de Kohle - carvão (antigo alemão kolo, sueco kylla - para aquecer). O antigo ugorati russo, ou ugarati (queimar, chamuscar) tem a raiz gar, ou montanhas, com uma possível transição para gol; carvão no antigo russo yugal, ou carvão, da mesma origem. A palavra diamante (Diamante) vem do grego antigo - indestrutível, inflexível, duro, e grafite do grego - eu escrevo.

Carbono(latim carboneum), C, elemento químico do grupo IV do sistema periódico de Mendeleev, número atômico 6, massa atômica 12,011. Dois isótopos estáveis ​​são conhecidos: 12 c (98,892%) e 13 c (1,108%). Dos isótopos radioativos, o mais importante é o de 14 s com meia-vida (T = 5,6 × 10 3 anos). Pequenas quantidades de 14 c (cerca de 2 × 10 -10% em massa) são constantemente formadas nas camadas superiores da atmosfera sob a ação de nêutrons da radiação cósmica no isótopo de nitrogênio 14 n. Com base na atividade específica do isótopo 14c em resíduos de origem biogênica, é determinada sua idade. 14 c é amplamente utilizado como .

Referência histórica . U. é conhecido desde os tempos antigos. O carvão serviu para restaurar metais de minérios, diamante - como pedra preciosa. Muito mais tarde, o grafite começou a ser usado na fabricação de cadinhos e lápis.

Em 1778 K. Scheele, aquecendo grafite com salitre, descobri que neste caso, como no aquecimento de carvão com salitre, é liberado dióxido de carbono. A composição química do diamante foi estabelecida como resultado de experimentos de A. Lavoisier(1772) sobre o estudo da combustão de diamantes no ar e a pesquisa de S. Inquilino(1797), que provou que quantidades iguais de diamante e carvão produzem quantidades iguais de dióxido de carbono durante a oxidação. U. foi reconhecido como elemento químico em 1789 por Lavoisier. U. recebeu o nome latino carboneum de carbo - carvão.

Distribuição na natureza. O conteúdo médio de urânio na crosta terrestre é de 2,3? 10 -2% em peso (1 ? 10 -2 em ultrabásico, 1 ? 10 -2 - em básico, 2 ? 10 -2 - em médio, 3 ? 10 -2 -V rochas ácidas). U. acumula-se na parte superior da crosta terrestre (biosfera): na matéria viva 18% U., madeira 50%, carvão 80%, petróleo 85%, antracite 96%. Uma parte significativa da litosfera dos EUA está concentrada em calcários e dolomitas.

O número de minerais próprios dos EUA é 112; O número de compostos orgânicos de hidrocarbonetos e seus derivados é excepcionalmente grande.

O acúmulo de carbono na crosta terrestre está associado ao acúmulo de muitos outros elementos que são sorvidos pela matéria orgânica e precipitados na forma de carbonatos insolúveis, etc. O Co 2 e o ácido carbônico desempenham um papel geoquímico importante na crosta terrestre. Uma enorme quantidade de CO2 é liberada durante o vulcanismo - na história da Terra, esta foi a principal fonte de dióxido de carbono para a biosfera.

Em comparação com o conteúdo médio da crosta terrestre, a humanidade extrai urânio do subsolo (carvão, petróleo, gás natural) em quantidades excepcionalmente grandes, uma vez que estes minerais são a principal fonte de energia.

O ciclo do urânio é de grande importância geoquímica.

U. também é difundido no espaço; no Sol, ocupa o 4º lugar, depois do hidrogênio, hélio e oxigênio.

Propriedades físicas e químicas. São conhecidas quatro modificações cristalinas do carbono: grafite, diamante, carabina e lonsdaleíta. A grafite é uma massa cinza-preta, opaca, gordurosa ao toque, escamosa, muito macia e com brilho metálico. Construído a partir de cristais de estrutura hexagonal: a=2,462 a, c=6,701 a. À temperatura ambiente e pressão normal (0,1 Mn/m 2, ou 1 kgf/cm 2) a grafite é termodinamicamente estável. O diamante é uma substância cristalina muito dura. Os cristais têm uma rede cúbica de face centrada: uma = 3.560 a. À temperatura ambiente e pressão normal, o diamante é metaestável (para detalhes sobre a estrutura e propriedades do diamante e da grafite, consulte os artigos relevantes). Uma notável transformação do diamante em grafite é observada em temperaturas acima de 1400 °C no vácuo ou em atmosfera inerte. À pressão atmosférica e a uma temperatura de cerca de 3700 °C, a grafite sublima. U. líquido pode ser obtido em pressões acima de 10,5 Mn/m 2(105 kgf/cm 2) e temperaturas acima de 3700 °C. Para U difícil. ( coque, fuligem, carvão) também é característico um estado com estrutura desordenada - o chamado U. “amorfo”, que não representa uma modificação independente; Sua estrutura é baseada na estrutura da grafite cristalina fina. O aquecimento de algumas variedades de carbono “amorfo” acima de 1500-1600 °C sem acesso ao ar provoca a sua transformação em grafite. As propriedades físicas do carbono “amorfo” são muito dependentes da dispersão das partículas e da presença de impurezas. A densidade, capacidade térmica, condutividade térmica e condutividade elétrica do carbono “amorfo” são sempre superiores às do grafite. Carbyne é obtido artificialmente. É um pó preto finamente cristalino (densidade 1,9-2 g/cm3) . Construído a partir de longas cadeias de átomos de C dispostos paralelamente entre si. A lonsdaleíta é encontrada em meteoritos e obtida artificialmente; sua estrutura e propriedades não foram definitivamente estabelecidas.

Configuração da camada eletrônica externa do átomo de U. 2s 2 2p 2 . O carbono é caracterizado pela formação de quatro ligações covalentes, devido à excitação da camada eletrônica externa para o estado 2 sp3. Portanto, o carbono é igualmente capaz de atrair e doar elétrons. A ligação química pode ocorrer devido a sp 3 -, sp 2 - E sp-orbitais híbridos, que correspondem aos números de coordenação 4, 3 e 2. O número de elétrons de valência do elétron e o número de orbitais de valência são iguais; Esta é uma das razões para a estabilidade da ligação entre os átomos de U.

A capacidade única dos átomos de urânio de se conectarem entre si para formar cadeias e ciclos fortes e longos levou ao surgimento de um grande número de diferentes compostos de urânio em estudo. química orgânica.

Nos compostos, o urânio apresenta um estado de oxidação de -4; +2; +4. Raio atômico 0,77 a, raios covalentes 0,77 a, 0,67 a, 0,60 a, respectivamente, em ligações simples, duplas e triplas; raio iônico c 4- 2,60 a , c 4+ 0,20 a . Em condições normais, o urânio é quimicamente inerte; em altas temperaturas combina-se com muitos elementos, exibindo fortes propriedades redutoras. A atividade química diminui na seguinte ordem: carbono “amorfo”, grafite, diamante; a interação com o oxigênio do ar (combustão) ocorre respectivamente em temperaturas acima de 300-500 °C, 600-700 °C e 850-1000 °C com formação de dióxido de carbono co 2 e monóxido de carbono co.

co 2 se dissolve em água para formar ácido carbónico. Em 1906 O. Dias recebeu subóxido U. c 3 o 2. Todas as formas de U. são resistentes a álcalis e ácidos e são oxidadas lentamente apenas por agentes oxidantes muito fortes (mistura crômica, mistura de hno 3 concentrado e kclo 3, etc.). U. “amorfo” reage com flúor à temperatura ambiente, grafite e diamante - quando aquecido. A ligação direta do dióxido de carbono com o cloro ocorre em um arco elétrico; U. não reage com bromo e iodo, portanto numerosos halogenetos de carbono sintetizado indiretamente. Dos oxihaletos de fórmula geral cox 2 (onde X é halogênio), o mais conhecido é o oxicloreto cocl 2 ( fosgênio) . O hidrogênio não interage com o diamante; reage com grafite e carbono “amorfo” em altas temperaturas na presença de catalisadores (ni, pt): a 600-1000 °C, forma-se principalmente metano ch 4, a 1500-2000 ° C - acetileno c 2 h 2 , Outros hidrocarbonetos também podem estar presentes nos produtos, por exemplo etano c 2 h 6 , benzeno c 6 h 6 . A interação do enxofre com carbono “amorfo” e grafite começa em 700-800 °C, com diamante em 900-1000 °C; em todos os casos, forma-se dissulfeto de carbono cs 2. Dr. U. compostos contendo enxofre (tióxido cs, tióxido c 3 s 2, sulfeto de cos e tiofosgênio cscl 2) são obtidos indiretamente. Quando o cs 2 interage com sulfetos metálicos, formam-se tiocarbonatos - sais de ácido tiocarbônico fraco. A interação do dióxido de carbono com o nitrogênio para produzir cianogênio (cn) 2 ocorre quando uma descarga elétrica passa entre eletrodos de carbono em uma atmosfera de nitrogênio. Entre os compostos de urânio contendo nitrogênio, o cianeto de hidrogênio hcn e seus numerosos derivados: cianetos, halo-halogenatos, nitrilas, etc., são de grande importância prática. Em temperaturas acima de 1000 ° C, o urânio interage com muitos metais, dando carbonetos. Todas as formas de carbono, quando aquecidas, reduzem os óxidos metálicos com a formação de metais livres (zn, cd, cu, pb, etc.) ou carbonetos (cac 2, mo 2 c, wo, tac, etc.). U. reage em temperaturas acima de 600-800°C com vapor de água e dióxido de carbono . Uma característica distintiva do grafite é a capacidade, quando aquecido moderadamente a 300-400 °C, de interagir com metais alcalinos e halogenetos para formar trocando conexões digite c 8 me, c 24 me, c 8 x (onde X é halogênio, me é metal). Os compostos conhecidos incluem grafite com hno 3, h 2 so 4, fecl 3, etc. (por exemplo, bissulfato de grafite c 24 so 4 h 2). Todas as formas de urânio são insolúveis em solventes inorgânicos e orgânicos comuns, mas dissolvem-se em alguns metais fundidos (por exemplo, fe, ni, co).

A importância económica nacional da energia é determinada pelo facto de mais de 90% de todas as fontes primárias de energia consumidas no mundo provirem de fontes orgânicas. combustível, cujo papel dominante continuará nas próximas décadas, apesar do intenso desenvolvimento da energia nuclear. Apenas cerca de 10% do combustível extraído é utilizado como matéria-prima para síntese orgânica básica E síntese petroquímica, para conseguir plásticos e etc.

B. A. Popovkin.

U. no corpo . U. é o elemento biogênico mais importante que forma a base da vida na Terra, uma unidade estrutural de um grande número de compostos orgânicos envolvidos na construção dos organismos e garantindo suas funções vitais ( biopolímeros, bem como numerosas substâncias biologicamente ativas de baixo peso molecular - vitaminas, hormônios, mediadores, etc.). Uma parte significativa da energia necessária aos organismos é formada nas células devido à oxidação do carbono.O surgimento da vida na Terra é considerado na ciência moderna como um processo complexo de evolução dos compostos de carbono. .

O papel único do carbono na natureza viva se deve às suas propriedades, que em conjunto não são possuídas por nenhum outro elemento do sistema periódico. Fortes ligações químicas são formadas entre átomos de carbono, bem como entre carbono e outros elementos, que, no entanto, podem ser quebradas sob condições fisiológicas relativamente suaves (essas ligações podem ser simples, duplas ou triplas). A capacidade do carbono de formar quatro ligações de valência equivalentes com outros átomos de carbono torna possível construir esqueletos de carbono de vários tipos – lineares, ramificados e cíclicos. É significativo que apenas três elementos - C, O e H - representem 98% da massa total dos organismos vivos. Isto alcança uma certa eficiência na natureza viva: com uma diversidade estrutural quase ilimitada de compostos de carbono, um pequeno número de tipos de ligações químicas permite reduzir significativamente o número de enzimas necessárias para a decomposição e síntese de substâncias orgânicas. As características estruturais do átomo de carbono estão na base dos vários tipos isomeria compostos orgânicos (a capacidade de isomeria óptica acabou por ser decisiva na evolução bioquímica de aminoácidos, carboidratos e alguns alcalóides).

De acordo com a hipótese geralmente aceita de A.I. Oparina, Os primeiros compostos orgânicos da Terra eram de origem abiogênica. As fontes de hidrogênio foram o metano (ch 4) e o cianeto de hidrogênio (hcn), contidos na atmosfera primária da Terra. Com o surgimento da vida, a única fonte de carbono inorgânico, a partir da qual se forma toda a matéria orgânica da biosfera, é dióxido de carbono(co 2), localizado na atmosfera, e também dissolvido em águas naturais na forma de hco - 3. O mecanismo mais poderoso para assimilação (assimilação) de U. (na forma de CO 2) - fotossíntese - realizado em todos os lugares por plantas verdes (cerca de 100 bilhões são assimilados anualmente). T co 2). Na Terra, existe um método evolutivamente mais antigo de assimilar CO 2 por quimiossíntese; neste caso, os microrganismos quimiossintéticos utilizam não a energia radiante do Sol, mas a energia de oxidação de compostos inorgânicos. A maioria dos animais consome urânio com alimentos na forma de compostos orgânicos prontos. Dependendo do método de assimilação dos compostos orgânicos, costuma-se distinguir organismos autotróficos E organismos heterotróficos. Utilização de microrganismos para a biossíntese de proteínas e outros nutrientes utilizando U como única fonte. hidrocarbonetos o petróleo é um dos importantes problemas científicos e técnicos modernos.

O teor de U nos organismos vivos calculado com base na matéria seca é: 34,5-40% em plantas e animais aquáticos, 45,4-46,5% em plantas e animais terrestres e 54% em bactérias. Durante a vida dos organismos, principalmente devido a respiração dos tecidos, a decomposição oxidativa de compostos orgânicos ocorre com a liberação de CO 2 no ambiente externo. U. também é liberado como parte de produtos finais metabólicos mais complexos. Após a morte de animais e plantas, parte do carbono é novamente convertida em CO2 como resultado de processos de decomposição realizados por microrganismos. É assim que ocorre o ciclo do carbono na natureza . Parte significativa do urânio é mineralizada e forma depósitos de urânio fóssil: carvão, petróleo, calcário, etc. Além das funções principais - fonte de urânio - o co 2, dissolvido em águas naturais e fluidos biológicos, participa da manutenção do acidez ideal do ambiente para os processos vitais. Como parte do caco 3, U. forma o exoesqueleto de muitos invertebrados (por exemplo, conchas de moluscos) e também é encontrado em corais, cascas de ovos de pássaros, etc. Compostos de U. como hcn, co, ccl 4, que prevaleceram no atmosfera primária da Terra no período pré-biológico, mais tarde, no processo de evolução biológica, transformou-se em forte antimetabólitos metabolismo.

Além dos isótopos estáveis ​​de carbono, o 14c radioativo é difundido na natureza (o corpo humano contém cerca de 0,1 McCurie) . O uso de isótopos de urânio em pesquisas biológicas e médicas está associado a muitas conquistas importantes no estudo do metabolismo e do ciclo do urânio na natureza. . Assim, com o auxílio de uma etiqueta de radiocarbono, foi comprovada a possibilidade de fixação do h 14 co - 3 pelos tecidos vegetais e animais, a sequência das reações da fotossíntese foi estabelecida, o metabolismo dos aminoácidos foi estudado, as vias de biossíntese de muitos compostos biologicamente ativos foram rastreados, etc. O uso do 14 c contribuiu para o sucesso da biologia molecular no estudo dos mecanismos de biossíntese de proteínas e na transmissão de informações hereditárias. A determinação da atividade específica do 14 c em resíduos orgânicos contendo carbono permite avaliar sua idade, que é utilizada em paleontologia e arqueologia.

N. N. Chernov.

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Baixar resumo

O carbono C é o número 6 na tabela periódica de Mendeleev. Até os povos primitivos notaram que após a queima da madeira se forma carvão, que pode ser usado para desenhar nas paredes de uma caverna. Todos os compostos orgânicos contêm carbono. As duas modificações alotrópicas do carbono mais estudadas são a grafite e o diamante.

Carbono em química orgânica

O carbono ocupa um lugar especial na tabela periódica. Devido à sua estrutura, forma longas cadeias de ligações de estrutura linear ou cíclica. Mais de 10 milhões de compostos orgânicos são conhecidos. Apesar de sua diversidade, no ar e sob a influência da temperatura sempre se transformarão em dióxido de carbono e.

O papel do carbono em nossas vidas diárias é enorme. Sem dióxido de carbono, a fotossíntese, um dos principais processos biológicos, não ocorrerá.

Aplicação de carbono

O carbono é amplamente utilizado na medicina para criar vários medicamentos orgânicos. Os isótopos de carbono permitem a datação por radiocarbono. Sem carbono, a indústria metalúrgica não pode funcionar. O carvão queimado em caldeiras de pirólise de combustível sólido serve como fonte de energia. Na indústria de refino de petróleo, a gasolina e o óleo diesel são produzidos a partir de compostos orgânicos de carbono. Grande parte do carbono é necessária para produzir açúcar. Também é utilizado na síntese de compostos orgânicos importantes para todas as áreas da vida cotidiana.