Место углерода в природе

Углерод в природе, где он находится и как, свойства, использование

углерод в природе это может быть найдено в алмазах, нефти и граффити, среди многих других сценариев. Этот химический элемент занимает шестое место в периодической таблице и находится в горизонтальном ряду или периоде 2 и столбце 14. Он неметаллический и четырехвалентный; то есть вы можете установить 4 химические связи общих электронов или ковалентных связей.

Углерод — это элемент с наибольшим изобилием в земной коре. Это изобилие, его уникальное разнообразие в образовании органических соединений и его исключительная способность образовывать макромолекулы или полимеры при температурах, обычно встречающихся на Земле, делают его общим элементом всех известных форм жизни.

Углерод существует в природе как химический элемент без объединения в форме графита и алмаза. Тем не менее, по большей части он объединяется с образованием химических соединений углерода, таких как карбонат кальция (CaCO).3) и другие соединения в нефти и природном газе.

Он также образует несколько минералов, таких как антрацит, уголь, лигнит и торф. Наибольшее значение углерода заключается в том, что он представляет собой так называемый «строительный блок жизни» и присутствует во всех живых организмах..

  • 1 Где находится углерод и в какой форме?
    • 1.1 Кристаллические формы
    • 1.2 Аморфные формы
    • 1.3 Нефть, природный газ и битум
    • 2.1 Химический символ
    • 2.2 Атомный номер
    • 2.3 Физическое состояние
    • 2,4 Цвет
    • 2.5 Атомная масса
    • 2.6 Точка плавления
    • 2.7 Точка кипения
    • 2.8 Плотность
    • 2.9 Растворимость
    • 2.10 Электронная конфигурация
    • 2.11 Количество электронов во внешнем или валентном слое
    • 2.12 Емкость канала
    • 2.13 Катенасьон
    • 3.1 Фотосинтез
    • 3.2 Дыхание и разложение
    • 3.3 Геологические процессы
    • 3.4 Вмешательство человеческой деятельности
    • 4.1 Нефть и природный газ
    • 4.2 Графит
    • 4.3 Алмаз
    • 4.4 Антрацит
    • 4.5 каменный уголь
    • 4.6 лигнит
    • 4.7 Торф

    Где находится углерод и в какой форме?

    Помимо того, что он является химическим компонентом, общим для всех форм жизни, углерод в природе присутствует в трех кристаллических формах: алмаз, графит и фуллерен..

    Есть также несколько аморфных минеральных форм угля (антрацит, лигнит, уголь, торф), жидких форм (разновидности масел) и соды (природный газ)..

    Кристаллические формы

    В кристаллических формах атомы углерода объединяются, образуя упорядоченные структуры с геометрическим пространственным расположением.

    графит

    Это мягкий сплошной черный цвет с блеском или металлическим блеском теплостойким (огнеупорным). Его кристаллическая структура представляет собой атомы углерода, соединенные в гексагональные кольца, которые, в свою очередь, соединяются вместе, образуя листы.

    Месторождения графита редки и были обнаружены в Китае, Индии, Бразилии, Северной Корее и Канаде..

    бриллиант

    Это очень твердое твердое вещество, прозрачное для прохождения света и намного более плотное, чем графит: значение плотности алмаза эквивалентно почти в два раза больше, чем у графита.

    Атомы углерода в алмазе соединяются в тетраэдрической геометрии. Аналогично, алмаз сформирован из графита, подвергнутого условиям очень высоких температур и давлений (3000 ° С и 100 000 атм).

    Большая часть алмазов находится на глубине от 140 до 190 км в мантии. Через глубокие извержения вулканов магма может переносить их на расстояния, близкие к поверхности.

    Алмазные месторождения имеются в Африке (Намибия, Гана, Демократическая Республика Конго, Сьерра-Леоне и Южная Африка), Америке (Бразилия, Колумбия, Венесуэла, Гайана, Перу), Океании (Австралия) и Азии (Индия)..

    фуллерены

    Это молекулярные формы углерода, которые образуют кластеры из 60 и 70 атомов углерода в почти сферических молекулах, похожих на футбольные мячи.

    Есть также фуллерены, меньшие, чем 20 атомов углерода. Некоторые формы фуллеренов включают углеродные нанотрубки и углеродные волокна.

    Аморфные формы

    В аморфных формах атомы углерода не объединяются, образуя упорядоченную и правильную кристаллическую структуру. Вместо этого они даже содержат примеси от других элементов.

    антрацит

    Это самый старый метаморфический минеральный уголь (который происходит от модификации горных пород под воздействием температуры, давления или химического воздействия жидкостей), поскольку его образование относится к первичной или палеозойской эре, каменноугольному периоду..

    Антрацит — это аморфная форма углерода, в которой содержание этого элемента выше: от 86 до 95%. Серо-черный и металлический глянец, тяжелый и компактный.

    Как правило, антрацит находится в зонах геологической деформации и составляет приблизительно 1% мировых запасов угля..

    Географически он встречается в Канаде, США, Южной Африке, Франции, Великобритании, Германии, России, Китае, Австралии и Колумбии..

    Каменный уголь

    Это минеральный уголь, осадочная порода органического происхождения, образование которой относится к эпохам палеозоя и мезозоя. Содержание углерода составляет от 75 до 85%..

    Это черный, он характеризуется непрозрачностью и имеет матовый и жирный вид, так как он содержит большое количество битумных веществ. Образуется при сжатии лигнита в палеозойскую эру, в каменноугольный и пермский периоды..

    Это самая распространенная форма угля на планете. В Соединенных Штатах, Великобритании, Германии, России и Китае имеются крупные месторождения угля..

    бурый уголь

    Это ископаемый минеральный уголь, образовавшийся в третичном возрасте из торфа при сжатии (высокие давления). Он имеет более низкое содержание углерода, чем уголь, от 70 до 80%.

    Это немного компактный материал, рассыпчатый (характеристика, которая отличает его от других углеродных минералов), коричневый или черный. Его текстура похожа на древесину, а содержание углерода колеблется от 60 до 75%..

    Это топливо с легким воспламенением, с низкой теплотворной способностью и более низким содержанием воды, чем торф.

    В Германии, России, Чехии, Италии (в регионах Венето, Тоскана, Умбрия) и Сардинии имеются важные шахты с бурым углем. В Испании месторождения лигнита находятся в Астурии, Андорре, Сарагосе и Ла-Корунья.

    торф

    Это материал органического происхождения, образование которого происходит из четвертичной эры, гораздо более поздней, чем предыдущие угли..

    Это коричневато-желтый цвет и выглядит как губчатая масса низкой плотности, в которой вы можете увидеть остатки растений от того места, где они произошли.

    В отличие от перечисленных выше углей, торф не происходит в результате процессов карбонизации древесного материала или дерева, а образуется в результате скопления растений — в основном трав и мхов — в болотистых районах в результате процесса карбонизации, который еще не завершен..

    Торф имеет высокое содержание воды; по этой причине требует использования сушки и уплотнения перед использованием.

    Имеет низкое содержание углерода (всего 55%); следовательно, он имеет низкую энергетическую ценность. Когда он подвергается сгоранию, его остаток золы в изобилии и выделяет много дыма.

    Существуют важные месторождения торфа в Чили, Аргентине (Огненная Земля), Испании (Эспиноса-де-Серрато, Паленсия), Германии, Дании, Голландии, России, Франции..

    Нефть, природный газ и битум

    Масло (с латыни Petrae, что означает «камень»; и олеум, что означает «нефть»: «каменная нефть») представляет собой смесь многих органических соединений — большинства углеводородов, — образующихся в результате анаэробного бактериального разложения (в отсутствие кислорода) органического вещества..

    Он образовался в недрах, на больших глубинах и в особых условиях, как физических (высокие давления и температуры), так и химических (присутствие определенных каталитических соединений) в процессе, который занял миллионы лет.

    Во время этого процесса C и H высвобождались из органических тканей и снова объединялись, образуя огромное количество углеводородов, которые смешиваются в соответствии с их свойствами, образуя природный газ, нефть и битум..

    Нефтяные месторождения планеты расположены в основном в Венесуэле, Саудовской Аравии, Ираке, Иране, Кувейте, Объединенных Арабских Эмиратах, России, Ливии, Нигерии и Канаде..

    Есть запасы природного газа в России, Иране, Венесуэле, Катаре, Соединенных Штатах, Саудовской Аравии и Объединенных Арабских Эмиратах, среди других..

    Физико-химические свойства

    Среди свойств углерода можно отметить следующие:

    Химический символ

    С.

    Атомный номер

    6.

    Физическое состояние

    Твердый, при нормальных условиях давления и температуры (1 атмосфера и 25 ° C).

    цвет

    Серый (графит) и прозрачный (алмаз).

    Атомная масса

    Точка плавления

    Точка кипения

    плотность

    растворимость

    Нерастворим в воде, растворим в четыреххлористом углероде CCl4.

    Электронная конфигурация

    Количество электронов во внешнем слое или валентности

    4.

    Пропускная способность

    4.

    сцепление

    Обладает способностью образовывать химические соединения в длинных цепях..

    Биогеохимический цикл

    Углеродный цикл представляет собой круговой биогеохимический процесс, посредством которого углерод может обмениваться между биосферой, атмосферой, гидросферой и земной литосферой..

    Знание этого циклического углеродного процесса на Земле позволяет продемонстрировать действия человека в этом цикле и его последствия для глобального изменения климата..

    Углерод может циркулировать между океанами и другими водоемами, а также между литосферой, почвой и недрами, атмосферой и биосферой. В атмосфере и гидросфере углерод существует в газообразной форме в виде СО2 (углекислый газ).

    фотосинтез

    Углерод в атмосфере поглощается наземными и водными организмами экосистем (фотосинтезирующими организмами)..

    Фотосинтез позволяет химической реакции между СО происходить2 и вода, опосредованная солнечной энергией и хлорофиллом из растений, для производства углеводов или сахаров. Этот процесс превращает простые молекулы с низким содержанием энергии CO2, H2O и кислород O2, в сложных молекулярных формах высокой энергии, которые являются сахарами.

    Гетеротрофные организмы, которые не могут осуществлять фотосинтез и являются потребителями в экосистемах, получают углерод и энергию при питании самих производителей и других потребителей..

    Дыхание и разложение

    Дыхание и разложение — это биологические процессы, которые выделяют углерод в окружающую среду в форме CO2 или СН4 (метан образуется при анаэробном разложении, то есть в отсутствие кислорода).

    Геологические процессы

    В результате геологических процессов и, как следствие, с течением времени, углерод анаэробного разложения может превращаться в ископаемое топливо, такое как нефть, природный газ и уголь. Кроме того, углерод также является частью других минералов и горных пород..

    Вмешательство человеческой деятельности

    Когда человек использует сжигание ископаемого топлива для получения энергии, углерод возвращается в атмосферу в виде огромных количеств СО2 которые не могут быть ассимилированы естественным биогеохимическим циклом углерода.

    Это избыток СО2 вызванный деятельностью человека отрицательно влияет на баланс углеродного цикла и является основной причиной глобального потепления.

    приложений

    Использование углерода и его соединений чрезвычайно разнообразно. Наиболее выдающийся со следующим:

    Нефть и природный газ

    Основное экономическое использование углерода заключается в его использовании в качестве углеводородного ископаемого топлива, такого как газообразный метан и нефть..

    Масло перегоняется на нефтеперерабатывающих заводах для получения различных производных, таких как бензин, дизельное топливо, керосин, асфальт, смазочные материалы, растворители и другие, которые, в свою очередь, используются в нефтехимической промышленности, которая производит сырье для пластмасс, удобрений, фармацевтической и лакокрасочной промышленности. среди прочих.

    графит

    Графит используется в следующих действиях:

    — Используется при изготовлении карандашей, смешанных с глинами.

    — Это часть производства огнеупорных кирпичей и тиглей, термостойких.

    — В различных механических устройствах, таких как шайбы, подшипники, поршни и прокладки.

    — Это отличная твердая смазка.

    — Из-за его электрической проводимости и его химической инертности, он используется в производстве электродов, углей электродвигателей..

    — Используется в качестве модератора на атомных электростанциях.

    бриллиант

    Алмаз обладает особенно исключительными физическими свойствами, такими как более высокая степень твердости и теплопроводность, известные до сих пор..

    Эти особенности позволяют промышленное применение в инструментах, используемых для резки и полировки инструментов для их высокой абразивности.

    Его оптические свойства, такие как прозрачность и способность расщеплять белый свет и преломлять свет, дают ему множество применений в оптических приборах, например, в производстве линз и призм..

    Характерная яркость, полученная из его оптических свойств, также очень ценится в ювелирной промышленности..

    антрацит

    Антрацит с трудом поджигается, медленно горит и требует много кислорода. Его сгорание производит небольшое пламя бледно-синего цвета и выделяет много тепла.

    Несколько лет назад антрацит использовался в термоэлектростанциях и для отопления домов. Его использование имеет такие преимущества, как производство небольшого количества золы или пыли, небольшое количество дыма и медленный процесс сгорания..

    Из-за высокой экономической стоимости и дефицита антрацит был заменен природным газом на термоэлектростанциях и электроэнергией в домах..

    Каменный уголь

    Уголь используется в качестве сырья для получения:

    — Кокс, топливо из доменных печей сталелитейных заводов.

    — Креозот, полученный путем смешивания смолистых дистиллятов из каменного угля и используемый в качестве защитного герметика для древесины, подверженной атмосферным воздействиям.

    — Крезол (химически метилфенол) извлекают из угля и используют в качестве дезинфицирующего и антисептического средства,

    — Другие производные, такие как газ, смола или смола, а также соединения, используемые в производстве парфюмерии, инсектицидов, пластмасс, красок, шин и дорожных покрытий, среди прочих.

    бурый уголь

    Лигнит представляет собой топливо среднего качества. Струя, разновидность лигнита, характеризуется очень компактным из-за длительного процесса карбонизации и высокого давления и используется в ювелирном деле и украшении..

    Источник

    

    Углерод

    Углерод по праву считается одним из самых важных элементов на нашей планете. Он образует больше соединений, чем любой другой элемент.

    Электронная конфигурация атома углерода

    Основные характеристики

    Необычность углерода заключается в том, что он может существовать в различных формах, которые принято называть аллотропными модификациями или аллотропиями. Все аллотропии углерода отличаются молекулярным строением, именно поэтому у каждой модификации свои химические и физические свойства.

    Одним из самых известных аллотропов углерода является алмаз — прозрачное кристаллическое вещество. Это самый твердый минерал из известных на Земле, более того, теплопроводность алмаза также самая высокая по сравнению со всеми прочими элементами.

    А вот графит — другая модификация углерода — один из самых мягких материалов. Графит является очень хорошим проводником электричества.

    Графит

    В отличие от остальных аллотропов, аморфный углерод в форме древесного угля способен образовывать длинные цепочки молекул, соединяя атомы углерода между собой.

    Углерод в природе

    Углерод встречается в природе как в свободном виде, так и в качестве компонента различных соединений. Углерод — основной элемент известняков, бурого и каменного угля, нефти, торфа и природных газов. Углерод окружает нас повсюду: он находится в атмосфере в виде углекислого газа СO2.

    Использование углерода

    В настоящее время ученые уверены в безграничных перспективах использования графена. Они даже говорят о том, что из этого материала можно построить космический лифт, на котором получится подняться на околоземную орбиту!

    Благодаря аллотропным модификациям углерод нашел самое широкое применение практически во всех отраслях нашей жизни. В форме угля, нефти и природного газа углерод является одним из важнейших источников энергии. Он входит в состав самых востребованных сплавов — стали и чугуна. Бриллианты — ограненные и шлифованные алмазы — нашли применение в ювелирной промышленности и считаются одними из самых дорогих драгоценных камней.

    бриллиант

    Круговорот углерода в природе

    Ты уже знаешь, что одним из наиболее важных и востребованных элементов для всех живых существ является углерод: даже в организме человека его количество составляет 1/5 часть массы тела.

    Цикл углерода

    В атмосфере Земли и Мировом океане находятся запасы углерода в виде углекислого газа (СO2). И именно этот углерод востребован так называемыми поглотителями.

    Как происходит процесс поглощения углерода?

    1. Путем фотосинтеза, который необходим для роста и развития растений. Из воздуха растения поглощают молекулы углекислого газа, затем при помощи солнечного света и воды углерод превращается в кислород и сахар.
    2. При помощи Мирового океана, воды которого также способны поглотить избыток углерода из атмосферы. Диоксид углерода, или углекислый газ (СO2), находящийся в воздухе, вступает в реакцию с морской водой, в результате чего в океане образуется углекислота. Это вещество идет на формирование раковин морских организмов, которые, в конечном итоге, превращаются в осадочные породы, например известняк.

    Тропические леса

    Одновременно с поглощением углерода происходит и обратный процесс — его возвращение в атмосферу, причем различными путями:

    1. Дыхание. Каждое живое существо во время дыхания поглощает кислород, а выделяет углекислый газ.
    2. Гниение (разложение). Живые организмы умирают и с течением времени разлагаются. Когда это происходит, углерод либо возвращается в атмосферу, либо остается в Земле в виде ископаемых видов топлива.
    3. Горение. В процессе горения древесины или природного топлива углерод высвобождается и возвращается в атмосферу.

    поглощает кислород, а выделяет углекислый газ

    Человек и природа

    Удивительная особенность природы заключается в балансе и гармонии всех веществ и элементов. Но, к сожалению, деятельность человека нередко приводит к нарушению этой гармонии, в том числе и цикла углерода.

    Постоянно увеличивающееся количество сжигаемого топлива (нефти, газа, угля) способствует большим выбросам в атмосферу углекислого газа.

    Вырубка лесов существенно сокращает количество растений, которые выделяют в атмосферу кислород, так необходимый для всего живого.

    Постоянное загрязнение вод морей и океанов отходами производства неизбежно ведет к ухудшению качества воды и гибели морских организмов.

    Источник

    Углерод

    углерод

    Углерод — это, пожалуй, основной и самый удивительный химический элемент на Земле, ведь с его помощью формируется колоссальное количество разнообразных соединений, как неорганических, так и органических. Углерод является основой всех живых существ, можно сказать, что углерод, наравне с водой и кислородом, — основа жизни на нашей планете! Углерод имеет разнообразие форм, которые не похожи ни по своим физико-химическим свойствам, ни по внешнему виду. Но всё это углерод!

    История открытия углерода

    Углерод был известен человечеству ещё с глубокой древности. Графит и уголь использовались ещё древними греками, а алмазы нашли применение в Индии. Правда, за графит частенько принимали похожие по внешнему виду соединения. Тем не менее, графит имел широкое применение в древности, в частности для письма. Даже его название происходит от греческого слова «графо» — «пишу». Графит сейчас используется в карандашах. Алмазами начали впервые торговать в Бразилии в первой половине 18 века, с этого времени открыто множество месторождений, а в 1970 году была разработана технология получения алмазов искусственным путём. Такие искусственные алмазы применяются в промышленности, натуральные же, в свою очередь, в ювелирном деле.

    Углерод в природе

    Содержание углерода в земной коре составляет всего около 0,15%. Казалось бы, один из основных элементов, а так мало… На самом деле, углерод подвержен постоянному круговороту из земной коры через биосферу в атмосферу и наоборот. Из углерода состоят природный газ, нефть, уголь, торф, известняки и многие другие соединения.

    Наиболее значимое количество углерода собрано в атмосфере и гидросфере в виде углекислого газа. В атмосфере углерода содержится около 0,046%, а еще больше — в растворенном виде в Мировом Океане.

    Кроме того, как мы видели выше, углерод является основой живых организмов. Например, в теле человека массой 70 кг содержится около 13 кг углерода! Это только в одном человеке! А углерод содержится также во всех растениях и животных. Вот и считайте…

    круговорот углерода в природе

    Круговорот углерода в природе

    Аллотропные модификации углерода

    Углерод — уникальный химический элемент, который образует так называемые аллотропные модификации, или, проще говоря, различные формы. Эти модификации подразделяются кристаллические, аморфные и в виде кластеров.

    Кристаллические модификации имеют правильную кристаллическую решётку. К этой группе относятся: алмаз, фуллерит, графит, лонсдейлит, углеродные волокна и трубки. Подавляющее большинство кристаллических модификаций углерода на первых местах в рейтинге «Самые твёрдые материалы в мире» .

    аллотропные модификации углерода

    Аллотропные формы углерода: a) лонсдейлит; б) алмаз;
    в) графит; г) аморфный углерод; д) C60 (фуллерен); е) графен;
    ж) однослойная нанотрубка

    Аморфные формы образованы углеродом с небольшими примесями других химических элементов. Основные представители этой группы: уголь (каменный, древесный, активированный), сажа, антрацит.

    Самыми сложными и высокотехнологичными являются соединения углерода в виде кластеров. Кластеры — это особая структура, при которой атомы углерода расположены таким образом, что образуют полую форму, которая заполнена изнутри атомами других элементов, например, воды. В этой группе не так уж и много представителей, в неё входят углеродные наноконусы, астралены и диуглерод.

    Графит - "тёмная сторона" алмаза

    Графит — «тёмная сторона» алмаза

    Применение углерода

    Углерод и его соединения имеют огромное значение в жизнедеятельности человека. Из углерода образованы главные виды топлива на Земле — природный газ и нефть. Соединения углерода широко применяются в химической и металлургической промышленности, в строительстве, в машиностроении и медицине. Аллотропные модификации в виде алмазов используют в ювелирном деле, фуллерит и лонсдейлит в ракетостроении. Из соединений углерода изготавливаются различные смазки для механизмов, техническое оборудование и многое другое. Промышленность в настоящее время не может обойтись без углерода, он используется везде!

    Источник

    Углерод

    Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.

    Углерод

    Общая характеристика элементов IVa группы

    От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

    Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.

    Элементы IVa группы

    • C — 2s 2 2p 2
    • Si — 3s 2 3p 2
    • Ge — 4s 2 4p 2
    • Sn — 5s 2 5p 2
    • Pb — 6s 2 6p 2

    Степени оксиления углерода

    Природные соединения
    • Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
    • MgCO3 — магнезит
    • CaCO3 — кальцит (мел, мрамор)
    • CaCO3*MgCO3 — доломит

    Алмаз, графит, магнезит и доломит

    Получение

    Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.

    Разложение углеродистых соединений

    Химические свойства

    При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

    2С + O2 → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)

    С + O2 → (t) CO2 (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)

    При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

    Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)

    Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)

    Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

    Карбид алюминия

    Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:

    Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

    SiO2 + C → (t) Si + CO

    Может восстановить и собственный оксид:

    Угарный газ

    Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

    В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

    Оксид азота IV

    Оксид углерода II — СO

    Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

    Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.

    В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

    В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

    Химические свойства

    Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

    FeO + CO → Fe + CO2

    Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.

    Карбонил железа

    Оксид углерода IV — CO2

    Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.

    В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.

    В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.

    Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

    Горение природного газа

    Химические свойства

      Реакция с водой

    В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.

    В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания), кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).

    2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)

    KOH + CO2 → KHCO3 (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)

    При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

    Zn + CO2 → (t) ZnO + CO

    Оксид цинка II

    Угольная кислота

    Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

    Угольная кислота

    Химические свойства

    Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха.

    Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа — помутнение исчезало.

    Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.

    Осадок выпал и растворился

    Чтобы сделать из средней соли (карбоната) — кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу H2CO3 — ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.

    Li2CO3 + CO2 + H2O → LiHCO3 (средняя соль + кислота = кислая соль)

    Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.

    При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.

    © Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

    Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

    Источник

    Место углерода в природе

    углерод

    Углерод – важнейший химический элемент периодической таблицы Менделеева. Без него, как и без кислорода и водорода немыслимой была бы сама Жизнь. Можно без преувеличения сказать, что жизнь всех живых существ от амебы до человека построена именно из соединений углерода. Углерод – биогенный элемент составляющий основу жизни на нашей планете. Будучи структурной единицей огромного числа различных органических соединений, он участвует и в построении живых организмов и в обеспечении их жизнедеятельности. Даже возникновение самой Жизни рассматривается учеными как сложный процесс эволюции углеродных соединений. А какие химические и физические свойства этого чудесного элемента, история его открытие и современное применение в химии, читайте об этом далее.

    История открытия углерода

    На самом деле углерод был известен человеку еще с глубокой древности в виде своих аллотропных модификаций: алмаза и графита. Помимо этого углерод в виде древесного угля активно применялся при выплавке металлов. От угля происходит и само название углерода, как химического элемента.

    Но в те далекие времена люди пользовались углеродом в виде угля, или любовались им же, в виде алмазов, неосознанно, без понимания того, какой важный химический элемент стоит за всем этим.

    Научное открытие углерода произошло в 1791 году, когда английский химик Теннант впервые получил свободный углерод. Для получения углерода он пропускал пары фосфора над прокаленным мелом. В результате этой химической реакции образовались фосфат кальция и чистый углерод. Впрочем, этому опыту предшествовали и другие искания, например выдающийся французский химик Лавуазье поставил опыт по сжиганию алмаза при помощи большой зажигательной машины. Драгоценный алмаз сгорел без остатка, после чего ученый пришел к выводу, что алмаз представляет собой ничто иное как кристаллический углерод.

    алмаз

    Интересно, что в этих опытах совместно с алмазом пробовали сжигать и другие драгоценные камни, к примеру, рубин. Но другие камни выдерживали высокую температуру, только алмаз сгорал без остатка, что и обратило внимание на его отличную химическую природу.

    Углерод в таблице Менделеева

    В основе расположения химических элементов в периодической системе Менделеева лежит их атомный вес, рассчитанный относительно атомного веса водорода. Атомная масса углерода составляет 12,011, согласно ней он занимает почетное 6-е место в таблице Менделеева и обозначается латинской литерой С.

    Помимо этого следует обратить внимание на следующие характеристики углерода:

    • Природный углерод состоит из смеси двух стабильных изотопов 12 С (98,892%) и 13 С (1,108%)
    • Помимо этого известно 6 радиоактивных изотопов углерода. Один из них, изотоп 14 С с периодом полураспада 5,73*10 3 лет в небольших количествах образуется в верхних слоях атмосферы нашей планеты под действием космического излучения.

    Строение атома углерода

    Атом углерода имеет 2 оболочки (как впрочем, и все элементы, расположенные во втором периоде) и 6 электронов: 1s 2 2s 2 2p 2 . Четыре валентных электрона находятся на внешнем электронном уровне атома углерода. А оставшиеся два электрона находятся на отдельных p-орбиталях, при этом они являются неспаренными.

    Строение атома углерода

    Так на картинке изображена схема электронного строения атома углерода.

    Физические свойства углерода

    Своими физическими свойствами углерод типичный неметалл. При этом он образует множество аллотропных модификаций («аллотропные» означает существование двух и более разных веществ из одного химического элемента): наиболее популярными из них являются алмаз, графит, уголь, сажа. При этом алмаз – одно из самых твердых веществ, представляющих углерод.

    Разумеется, разные аллотропные модификации углерода имеют и разные физические свойства. Если алмаз типичное твердое тело, то, к примеру, жидкий углерод, который можно получить только при определенном внешнем давлении, обладает совершенно иными физическими свойствами, нежели алмаз или графит.

    Аллотропные модификации углерода

    Химические свойства углерода

    В обычных условиях углерод, как правило, химически инертен, но при высоких температурах он может вступать в химические взаимодействия со многими другими элементами, обычно проявляя сильные восстановительные свойства. Приведем примеры химических реакций углерода как восстановителя с:

    — с кислородом
    C 0 + O2 – t° = CO2 углекислый газ

    при недостатке кислорода — неполное сгорание:
    2C 0 + O2 – t° = 2C +2 O угарный газ

    — с водяным паром
    C 0 + H2O – 1200° = С +2 O + H2 водяной газ

    — с оксидами металлов. Таким образом, выплавляют металл из руды.
    C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O2

    — с серой образует сероуглерод:
    С + 2S2 = СS2.

    Порой углерод может выступать и как окислитель, образуя карбиды при вступлении в химические реакции с некоторыми металлами:

    Ca + 2C 0 = CaC2 -4

    Вступая в реакцию с водородом, углерод образует метан:

    Углерод в природе

    В земной коре содержание углерода составляет всего лишь 0,15%. Несмотря на эту кажущуюся маленькой цифру, стоит заметить, что углерод непрерывно участвует в природном круговороте из земной коры через биосферу в атмосферу и наоборот. Также именно из углерода состоят такие ценные ресурсы как нефть, уголь, торф, известняки и природный газ. И как мы писали в начале нашей статьи, углерод – основа жизни. Скажем, в теле взрослого человека с весом в 70 кг имеется около 13 кг углерода. Это только в одном человека, примерно в таких же пропорциях углерод содержится в телах всех других живых существ, растений и животных.

    круговорот углерода в природе

    Применение углерода

    Можно сказать, что углерод неразрывно связан с самим развитием человеческой цивилизации. Именно из соединений с участием углерода образованы основные топлива, благодаря которым ездят машины, летают самолеты, вы можете приготовить себе еду и обогреть свой дом в холодную пору – это нефть и газ. Помимо этого соединения углерода активно используются в химической и металлургической промышленности, в фармацевтике и строительстве. Алмазы, будучи аллотропной модификацией углерода используются в ювелирном деле и ракетостроении. В целом промышленность современности не может обойтись без углерода, он необходим практически везде.

    Источник

    Читайте:  Как человек влияет на природу сочинение на английском