Karboni është Një atom karboni. Masa e karbonit

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 05:41

Një nga elementët më të mahnitshëm që mund të formojë një larmi të madhe përbërjesh të natyrës organike dhe inorganike është karboni. Ky element është aq i pazakontë në vetitë e tij, saqë edhe Mendelejevi parashikoi një të ardhme të shkëlqyer për të, duke folur për veçori që ende nuk janë zbuluar.

Më vonë u konfirmua praktikisht. U bë e ditur se është elementi kryesor biogjen i planetit tonë, i cili është pjesë e absolutisht të gjitha qenieve të gjalla. Përveç kësaj, të aftë për të ekzistuar në forma që janë rrënjësisht të ndryshme në të gjitha aspektet, por në të njëjtën kohë përbëhen vetëm nga atome karboni.

Në përgjithësi, kjo strukturë ka shumë veçori dhe ne do të përpiqemi t'i trajtojmë gjatë artikullit.

Karboni: formula dhe pozicioni në sistemin e elementeve

Në sistemin periodik, elementi karbon ndodhet në grupin IV (sipas modelit të ri në 14), nëngrupin kryesor. Numri i tij serik është 6, dhe pesha atomike është 12.011. Emërtimi i një elementi me shenjën C tregon emrin e tij në latinisht - carboneum. Ka disa forma të ndryshme në të cilat ekziston karboni. Prandaj formula e saj është e ndryshme dhe varet nga modifikimi specifik.

Megjithatë, për shkrimin e ekuacioneve të reagimit, shënimi është specifik,sigurisht që kanë. Në përgjithësi, kur flitet për një substancë në formën e saj të pastër, formula molekulare e karbonit C adoptohet, pa indeksuar.

Historiku i zbulimit të elementeve

Vetë ky element është i njohur që nga lashtësia. Në fund të fundit, një nga mineralet më të rëndësishme në natyrë është qymyri. Prandaj, për grekët e lashtë, romakët dhe kombësitë e tjera, ai nuk ishte sekret.

Përveç kësaj shumëllojshmërie, janë përdorur edhe diamante dhe grafit. Me këtë të fundit kishte shumë situata konfuze për një kohë të gjatë, pasi shpesh, pa analizuar përbërjen, për grafit merreshin komponime të tilla si:

• plumb argjendi;
• karabit hekuri;
• sulfid molibden.

Ata ishin të gjitha të lyera me të zeza dhe për këtë arsye konsideroheshin grafit. Më vonë, ky keqkuptim u zgjidh dhe kjo formë e karbonit u bë vetë.

Që nga viti 1725, diamantet kanë pasur një rëndësi të madhe tregtare dhe në vitin 1970, teknologjia e marrjes së tyre artificialisht është zotëruar. Që nga viti 1779, falë punës së Karl Scheele, janë studiuar vetitë kimike që shfaq karboni. Ky ishte fillimi i një sërë zbulimesh të rëndësishme në fushën e këtij elementi dhe u bë baza për të zbuluar të gjitha tiparet e tij më unike.

Izotopet e karbonit dhe shpërndarja në natyrë

Pavarësisht se elementi në fjalë është një nga biogjenët më të rëndësishëm, përmbajtja e tij totale në masën e kores së tokës është 0.15%. Kjo për faktin se i nënshtrohet qarkullimit të vazhdueshëm, një cikël natyror në natyrë.

Në përgjithësi, ka disakomponimet minerale që përmbajnë karbon. Këto janë raca të tilla natyrore si:

• dolomite dhe gurë gëlqerorë;
• antracit;
• shist argjilor i naftës;
• gaz natyror;
• thymyr;
• vaj;
• linjit;
• torfe;
• bitum.

Përveç kësaj, nuk duhet të harrojmë për qeniet e gjalla, të cilat janë vetëm një depo e përbërjeve të karbonit. Në fund të fundit, ata formuan proteina, yndyrna, karbohidrate, acide nukleike, që do të thotë molekulat strukturore më vitale. Në përgjithësi, në shndërrimin e peshës së thatë trupore nga 70 kg, 15 bie në një element të pastër. Dhe kështu është me çdo person, për të mos përmendur kafshët, bimët dhe krijesat e tjera.

Nëse marrim parasysh përbërjen e ajrit dhe ujit, domethënë hidrosferën në tërësi dhe atmosferën, atëherë ekziston një përzierje karbon-oksigjen, e shprehur me formulën CO_{2. Dioksidi ose dioksidi i karbonit është një nga gazrat kryesorë që përbëjnë ajrin. Është në këtë formë që pjesa masive e karbonit është 0.046%. Edhe më shumë dioksid karboni tretet në ujërat e oqeaneve.}

Masa atomike e karbonit si element është 12.011. Dihet se kjo vlerë llogaritet si mesatare aritmetike midis peshave atomike të të gjitha llojeve izotopike që ekzistojnë në natyrë, duke marrë parasysh përhapjen e tyre (në përqindje). Kjo është edhe për substancën në fjalë. Ekzistojnë tre izotopë kryesorë në të cilët gjendet karboni. Kjo është:

• ¹²С - pjesa masive e tij në shumicën dërrmuese është 98,93%;
• ¹³C -1,07%;
• ¹⁴C - radioaktive, gjysma e jetës 5700 vjet, emetues beta i qëndrueshëm.

Në praktikën e përcaktimit të moshës gjeokronologjike të mostrave përdoret gjerësisht izotopi radioaktiv ¹⁴С, i cili është një tregues për shkak të periudhës së gjatë të kalbjes.

Modifikime alotropike të një elementi

Karboni është një element që ekziston si një substancë e thjeshtë në disa forma. Kjo do të thotë, është në gjendje të formojë numrin më të madh të modifikimeve alotropike të njohura sot.

1. Variacionet kristalore - ekzistojnë në formën e strukturave të forta me rrjeta të rregullta të tipit atomik. Ky grup përfshin varietete të tilla si:

• diamante;
• fullerenes;
• grafite;
• karabinat;
• lonsdaleites;
• fibra dhe tuba karboni.

Të gjitha ato ndryshojnë në strukturën e rrjetës kristalore, në nyjet e së cilës ka një atom karboni. Prandaj janë vetitë krejtësisht unike, të ndryshme, fizike dhe kimike.

2. Format amorfe - ato formohen nga një atom karboni, i cili është pjesë e disa përbërjeve natyrore. Kjo do të thotë, këto nuk janë varietete të pastra, por me papastërti të elementeve të tjerë në sasi të vogla. Ky grup përfshin:

• karboni i aktivizuar;
• guri dhe druri;
• blozë;
• nanoshkumë karboni;
• antracit;
• karboni i qelqtë;
• një lloj lënde teknike.

Ato i bashkojnë edhe veçoritëstrukturat e rrjetës kristalore, duke shpjeguar dhe shfaqur vetitë.

3. Komponimet e karbonit në formë grupesh. Një strukturë e tillë në të cilën atomet janë të mbyllura në një zgavër konformimi të veçantë nga brenda, të mbushura me ujë ose bërthama të elementeve të tjerë. Shembuj:

• nanokone karboni;
• astralens;
• dikarbon.

Vetitë fizike të karbonit amorf

Për shkak të shumëllojshmërisë së gjerë të modifikimeve alotropike, është e vështirë të identifikohen ndonjë veti fizike të zakonshme për karbonin. Është më e lehtë të flasësh për një formë specifike. Për shembull, karboni amorf ka karakteristikat e mëposhtme.

1. Në zemër të të gjitha formave janë varietetet kristalore të imta të grafitit.
2. Kapacitet i lartë ngrohjeje.
3. Vetitë e mira përcjellëse.
4. Densiteti i karbonit është rreth 2 g/cm³.
5. Kur nxehet mbi 1600 ⁰C, ndodh një kalim në format grafiti.

Llojet e blozës, qymyrit dhe gurit përdoren gjerësisht për qëllime industriale. Ato nuk janë një manifestim i modifikimit të karbonit në formën e tij të pastër, por e përmbajnë atë në sasi shumë të mëdha.

Karbon kristalor

Ka disa opsione në të cilat karboni është një substancë që formon kristale të rregullta të llojeve të ndryshme, ku atomet janë të lidhur në seri. Si rezultat, formohen modifikimet e mëposhtme.

1. Diamant. Struktura është kubike, në të cilën janë të lidhura katër tetraedra. Si rezultat, të gjitha lidhjet kimike kovalente të secilit atommaksimalisht të ngopur dhe të qëndrueshme. Kjo shpjegon vetitë fizike: dendësia e karbonit është 3300 kg/m³. Fortësi e lartë, kapaciteti i ulët i nxehtësisë, mungesa e përçueshmërisë elektrike - e gjithë kjo është rezultat i strukturës së rrjetës kristalore. Ka diamante të përftuara teknikisht. Ato formohen gjatë kalimit të grafitit në modifikimin tjetër nën ndikimin e temperaturës së lartë dhe një presioni të caktuar. Në përgjithësi, pika e shkrirjes së diamantit është aq e lartë sa forca - rreth 3500 ⁰C.
2. Grafit. Atomet janë rregulluar në mënyrë të ngjashme me strukturën e substancës së mëparshme, megjithatë, vetëm tre lidhje janë të ngopura, dhe e katërta bëhet më e gjatë dhe më pak e fortë, lidh "shtresat" e unazave gjashtëkëndore të grilës. Si rezultat, rezulton se grafiti është një substancë e zezë e butë dhe e yndyrshme në prekje. Ka përçueshmëri të mirë elektrike dhe ka një pikë të lartë shkrirjeje - 3525 ⁰C. E aftë për sublimim - sublimimi nga një gjendje e ngurtë në gjendje të gaztë, duke anashkaluar gjendjen e lëngshme (në një temperaturë prej 3700 ⁰С). Dendësia e karbonit është 2,26 g/cm^3, që është shumë më e ulët se ajo e diamantit. Kjo shpjegon vetitë e tyre të ndryshme. Për shkak të strukturës së shtresave të rrjetës kristalore, është e mundur të përdoret grafiti për prodhimin e plumbave të lapsit. Kur kaloni nëpër letër, thekonet hiqen dhe lënë një shenjë të zezë në letër.
3. Fullerene. Ato u hapën vetëm në vitet 80 të shekullit të kaluar. Janë modifikime në të cilat karbonet ndërlidhen në një strukturë të veçantë të mbyllur konveks, e cila ka në qendërzbrazëti. Dhe forma e një kristali - një shumëfaqësh, organizimi i saktë. Numri i atomeve është çift. Forma më e famshme e fullerenit është С₆₀. Mostrat e një substance të ngjashme u gjetën gjatë hulumtimit:

• meteorite;
• sedimentet e poshtme;
• folgurite;
• shungite;
• hapësira e jashtme, ku përmbahet në formën e gazeve.

Të gjitha llojet e karbonit kristalor kanë një rëndësi të madhe praktike, pasi ato kanë një sërë veçorish të dobishme në inxhinieri.

Reaktiviteti

Karboni molekular shfaq reaktivitet të ulët për shkak të konfigurimit të tij të qëndrueshëm. Mund të detyrohet të hyjë në reaksione vetëm duke i dhënë atomit energji shtesë dhe duke i detyruar elektronet e nivelit të jashtëm të avullojnë. Në këtë pikë, valenca bëhet 4. Prandaj, në përbërje, ajo ka një gjendje oksidimi prej + 2, + 4, - 4.

Praktikisht të gjitha reaksionet me substanca të thjeshta, si metale ashtu edhe jometale, zhvillohen nën ndikimin e temperaturave të larta. Elementi në fjalë mund të jetë edhe një agjent oksidues dhe një agjent reduktues. Megjithatë, veçoritë e fundit janë veçanërisht të theksuara në të, dhe kjo është baza e përdorimit të tij në industrinë metalurgjike dhe në industri të tjera.

Në përgjithësi, aftësia për të hyrë në ndërveprim kimik varet nga tre faktorë:

• dispersion i karbonit;
• modifikimi alotropik;
• temperatura e reagimit.

Kështu, në disa raste ka një ndërveprim me sa vijonsubstanca:

• jometale (hidrogjen, oksigjen);
• metale (alumin, hekur, kalcium dhe të tjera);
• oksidet e metaleve dhe kripërat e tyre.

Nuk reagon me acide dhe alkale, shumë rrallë me halogjene. Më e rëndësishmja nga vetitë e karbonit është aftësia për të formuar zinxhirë të gjatë me njëri-tjetrin. Ata mund të mbyllen në një cikël, të formojnë degë. Kështu ndodh formimi i përbërjeve organike, të cilat sot numërohen në miliona. Baza e këtyre komponimeve janë dy elemente - karboni, hidrogjeni. Atome të tjera mund të përfshihen gjithashtu: oksigjeni, azoti, squfuri, halogjenet, fosfori, metalet dhe të tjera.

Përbërjet kryesore dhe karakteristikat e tyre

Ka shumë komponime të ndryshme që përmbajnë karbon. Formula e më të famshmëve prej tyre është CO₂ - dioksid karboni. Megjithatë, përveç këtij oksidi, ka edhe CO - monoksid ose monoksid karboni, si dhe suboksid C₃O₂.

Ndër kripërat që përmbajnë këtë element, më të zakonshmet janë karbonatet e kalciumit dhe magnezit. Pra, karbonati i kalciumit ka disa sinonime në emër, pasi në natyrë shfaqet në formën:

• shumës;
• mermer;
• gur gëlqeror;
• dolomit.

Rëndësia e karbonateve të metaleve alkaline tokësore manifestohet në faktin se ata janë pjesëmarrës aktivë në formimin e stalaktiteve dhe stalagmiteve, si dhe në ujërat nëntokësore.

Acidi karbonik është një përbërës tjetër që formon karbonin. Formula e saj ështëH₂CO₃. Sidoqoftë, në formën e tij të zakonshme, është jashtëzakonisht i paqëndrueshëm dhe dekompozohet menjëherë në dioksid karboni dhe ujë në tretësirë. Prandaj, njihen vetëm kripërat e tij, dhe jo vetë, si zgjidhje.

Halidet e karbonit - përftohen kryesisht në mënyrë indirekte, pasi sinteza direkte bëhet vetëm në temperatura shumë të larta dhe me rendiment të ulët të produktit. Një nga më të zakonshmet - CCL₄ - tetrakloridi i karbonit. Një përbërës toksik që mund të shkaktojë helmim nëse thithet. Marrë nga reaksionet e zëvendësimit radikal fotokimik të atomeve të hidrogjenit në metan.

Karbitet e metaleve janë komponime karboni në të cilat ai shfaq një gjendje oksidimi prej 4. Ekzistenca e lidhjeve me borin dhe silicin është gjithashtu e mundur. Vetia kryesore e karbiteve të disa metaleve (alumini, tungsteni, titani, niobium, tantal, hafnium) është forca e lartë dhe përçueshmëria e shkëlqyer elektrike. Karbidi i borit В₄С është një nga substancat më të forta pas diamantit (9,5 sipas Mohs). Këto komponime përdoren në inxhinieri, si dhe në industrinë kimike, si burime për prodhimin e hidrokarbureve (karbidi i kalciumit me ujë çon në formimin e acetilenit dhe hidroksidit të kalciumit).

Shumë lidhje metalike prodhohen duke përdorur karbon, duke rritur ndjeshëm cilësinë dhe karakteristikat e tyre teknike (çeliku është një aliazh i hekurit dhe karbonit).

Vëmendje e veçantë meriton përbërje të shumta organike të karbonit, në të cilat ai është një element themelor i aftë për t'u kombinuar me të njëjtat atome në zinxhirë të gjatë të strukturave të ndryshme. Këto përfshijnë:

• alkane;
• alkenes;
• arena;
• proteina;
• karbohidrate;
• acidet nukleike;
• alkoolet;
• acidet karboksilike dhe shumë klasa të tjera substancash.

Përdorimi i karbonit

Rëndësia e përbërjeve të karbonit dhe modifikimeve të tij alotropike në jetën e njeriut është shumë e lartë. Ju mund të përmendni disa nga industritë më globale për ta bërë të qartë se kjo është e vërtetë.

1. Ky element formon të gjitha llojet e lëndëve djegëse fosile nga të cilat një person merr energji.
2. Industria metalurgjike përdor karbonin si agjentin më të fortë reduktues për të marrë metale nga përbërjet e tyre. Karbonatet gjithashtu përdoren gjerësisht këtu.
3. Ndërtimi dhe industria kimike konsumojnë sasi të mëdha të përbërjeve të karbonit për të sintetizuar substanca të reja dhe për të marrë produktet e nevojshme.

Mund të emërtoni edhe sektorë të tillë të ekonomisë si:

• industria bërthamore;
• bizhuteri;
• pajisje teknike (lubrifikantë, enë rezistente ndaj nxehtësisë, lapsa, etj.);
• përcaktimi i moshës gjeologjike të shkëmbinjve - gjurmues radioaktiv ¹⁴С;
• karboni është një absorbues i shkëlqyer, gjë që e bën atë të përshtatshëm për të bërë filtra.

Qarkullimi në natyrë

Masa e karbonit që gjendet në natyrë përfshihet në një cikël konstant që qarkullon çdo sekondë rreth globit. Kështu, burimi atmosferik i karbonit - CO₂, absorbohetbimëve dhe lirohet nga të gjitha qeniet e gjalla në procesin e frymëmarrjes. Pasi në atmosferë, ajo përthithet përsëri, dhe kështu cikli nuk ndalet. Në të njëjtën kohë, vdekja e mbetjeve organike çon në çlirimin e karbonit dhe akumulimin e tij në tokë, nga ku ai absorbohet përsëri nga organizmat e gjallë dhe lirohet në atmosferë në formën e gazit.