Уикипедия

Въглерод: Разлика между версии

Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
Редакция без резюме
корекции
Ред 21:
| CAS_номер =7440-44-0
| CAS_номер_коментар =
 
| атомна_маса =12,0107
| атомна_маса_коментар =
Line 101 ⟶ 100:
| твърдост_Бринел =
| твърдост_Бринел_коментар =
 
| наименование =
| открит_от =[[Древен Египет|Древните египтяни]] и [[шумер]]ите<ref>{{cite web |url=http://www.caer.uky.edu/carbon/history/carbonhistory.shtml |title=History of Carbon and Carbon Materials&nbsp;– Center for Applied Energy Research&nbsp;– University of Kentucky |publisher=Caer.uky.edu |date= }} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20121101085829/http://www.caer.uky.edu/carbon/history/carbonhistory.shtml |date=2012-11-01 }}</ref>
Line 107 ⟶ 105:
| изолиран_от =
| изолиран_през =
 
| изотопи =
{{Химичен елемент/изотоп разпад1|символ=C|масово_число=11|препратка=|честота=[[Синтетичен елемент|синт.]]|период_полуразпад=20 мин.|тип_разпад=[[бета-разпад|β<sup>+</sup>]]|продукт_символ=B|продукт_масово_число=11|препратка1=}}
Line 242 ⟶ 239:
От останалите радиоактивни изотопи на въглерода най-дълго живеещ е въглерод-11 с период на полуразпад 20,334 секунди и вид [[Бета-разпад|β<sup>+</sup>-разпад]].<ref name=":0" />
 
== Химични свойства и съединения ==
Електронната конфигурация на въглеродния атом е 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>2</sup>, което му позволява от -4 до +4 степени на окисление, като преобладаващо е четиривалентното състояние.<ref name=":0" /> Има два несдвоени електрона, които участват в две [[Ковалентна химична връзка|ковалентни химични връзки]], въпреки че по правило те трябва да са четири.<ref name=":0" /> Обяснението е, че един от 2s-електроните преминава на 2p-орбита, в резултат от което се появяват четири ковалентни връзки с другите атоми. След прехода на единия електрон на по-висока орбита, въглеродният атом преминава във възбудено състояние 1s<sup>2</sup>2s<sup>1</sup>2p<sup>3</sup>. Така, три от връзките би трябвало да са еднакви, а от тях да се различава само 2s<sup>1</sup> връзката. В действителност, и четирите връзки са еднакви, тъй като три атомни 2p-орбити се комбинират с една 2s-връзка и образуват четири sp<sup>3</sup>-орбити с еднакви размер и форма. Така се получава sp<sup>3</sup>-хибридизация, тоест изравняване. Такива орбити са разположени в пространството под ъгли от 109°28′, образувайки правилен тетраедър с център въглеродния атом. Идеята е въведена през 1928 г. от [[Лайнъс Полинг]]. В съединенията валентните електрони на въглерода образуват здрави ковалентни С–С връзки, с помощта на общи електронни двойки с голяма енергия на разкъсване. Ковалентният характер на връзките се запазва и при тетрахалогенидите – CF<sub>4</sub>, CCl<sub>4</sub>. Въглеродните атоми са способни да образуват здрави двойни и тройни връзки помежду си. Други елементи също са способни да образуват връзки между своите атоми, но само въглеродът е способен до образува дълги вериги или кръгови структури.<ref name=":0" />
 
Line 252 ⟶ 249:
 
Във всички свои алотропни форми въглеродът е инертен при обикновена температура. Не се разтваря в органични и неорганични разтворители (изключение правят фулерените), не му действат киселини и основи. Единствено гореща концентрирана азотна киселина може да го окисли до CO<sub>2</sub>.<ref name=":2" />
 
== Химични съединения ==
 
=== Неорганични съединения ===
Line 266 ⟶ 261:
 
==== Графитиди и графитени производни ====
Графитът реагира с флуор при 400 – 500 °C, при което се получават съединения с променлив състав CF<sub>x</sub>. При х = 0,7 съединението е сиво-черно, при х = 0,9 е сребристосиво, а при х = 1 става безцветна прозрачна маса. Над 600 °C реакцията протича с взрив и с получават газообразни флуориди.<ref name=":2" />
 
CF<sub>x</sub> има графитена структура, като въглеродът е в sp<sup>3</sup>-хибридно състояние. Локализирането на електроните обуславя диелектричните свойства на графитовия флуорид. Не се получават аналогични съединения с другите халогени.
 
При взаимодействие на графит със суспензия на KClO<sub>4</sub> в нитрирна смес се получава графитен оксид.<ref name=":2" /> Той е нестабилно съединение, което се разлага бавно при 70 °C, а при 200 °C изгаря до смес от въглеродни оксиди и сажди.
 
Графитът дава голям брой съединения с включване на атоми и цели молекули между графитените слоеве, наречени графитиди. Графитидите на алкалните метали удължават връзката С-С, без да изменят структурата на графита. Изменят се само свойствата му.<ref name=":2" />
 
Съединенията на графита, получени чрез вмъкване на молекули на метални халогениди, оксиди, сулфати и др., имат по-сможнисложни структури и различни свойства от простите съединения. Те могат да се отнесат към аналогични съединения на включване между силикатните слоеве.<ref name=":2" />
 
==== Фулериди ====
Line 286 ⟶ 281:
С реактивните [[метал]]и като [[волфрам]], въглеродът образува или '''[[карбид]]и''' (C<sup>4–</sup>), или '''ацетилениди''' (acetylides) C<sub>2</sub><sup>2–</sup> и влиза в състава на [[сплав]]и с висока точка на топене. Тези аниони се свързват също с [[метан]] и [[ацетилен]], и двата слаби киселини. Въглеродът образува с металите, бора и силиция разнообразни съединения, наречени карбиди. С активните метали образува солеобразни карбиди: Na<sub>2</sub>C<sub>2</sub>, CaC<sub>2</sub>, Mg<sub>4</sub>C<sub>3</sub>, Al<sub>4</sub>C<sub>3</sub>.<ref name=":0" />
 
Карбидите на алкалоземните метали се получават при взаимодействие на техните оскидиоксиди с въглища в електрична пещ:
 
<chem display="inline">CaO + CO2 ->[{t°=2200 - 2500 °C}] CaC2 + CO</chem>.
 
Карбидите на Be, Al и лантаноидите се получават при директна ситезасинтеза на елементите в електрическа пещ в инертна атмосфера. Имат състав Be<sub>2</sub>C, Al<sub>3</sub>C<sub>4</sub>, LnC<sub>2</sub>, Ln<sub>4</sub>(C<sub>2</sub>)<sub>3</sub>.
 
Всички тези карбиди са твърди безцветни или бледожълти кристални меществавещества, с изключение на Be<sub>2</sub>C, който има керемиденочервен цвят.<ref name=":2" /> ВсичкиРеагират буйно реагират с водата. Карбидите на алкалните и алкалоземните метали и ''f''-елементите реагират с вода до етен (ацетилен), и затова се наричат ацетилиди, а карбидите на Be и Al – метан, наричат се метаниди:<ref name=":2" />
 
<chem>CaC2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + C2H2 ^</chem>;
Line 302 ⟶ 297:
При ацетилидите в кристалната решетка има йони от вида C{{Индекси|b=2|p=2-}}, а при метанидите – C<sup>4-</sup>. Йони от втория вид се срещат само в метанидите. При Al<sub>3</sub>C<sub>4</sub> структурата е по-сложна, защото е невъзможно да се получи такова силно разделение на зарядите – (Al<sup>3+</sup>)<sub>4</sub> и (C<sup>4-</sup>)<sub>3</sub>.<ref name=":2" />
 
В теоритично отношение представляват интерес LaC<sub>2</sub>, YC<sub>2</sub>, TbC<sub>2</sub>, UC<sub>2</sub> и други, които са изучени добре. Те имат еднакъв стехиометричен състав с карбидите на алкалоземните метали, но проявяват метална проводимост, а алкалоземните карбиди са изолатори.<ref name=":2" /> Структурните изследвания на тези съединения с помощта на дифракция на неутрони показват, че металите запазват тривалентното си състояние. Връзката в една такава молекула се осъществява като два електрона от металния атом образуват аниона C{{Индекси|b=2|p=2-}}, който е изоелектронен на зотнатаазотната молекула – C{{Индекси|b=2|p=2-}} KK(σ<sub>s</sub>)<sup>2</sup>(σ<sup>*</sup><sub>s</sub>)<sup>2</sup>(π<sub>x</sub>)<sup>2</sup>(π<sub>y</sub>)<sup>2</sup>(σ<sub>z</sub>)<sup>2</sup>(π<sup>*</sup><sub>x</sub>)<sup>0</sup>(π<sup>*</sup><sub>y</sub>)<sup>0</sup>(σ<sup>*</sup><sub>z</sub>)<sup>0</sup>.<ref name=":2" /> В йона C{{Индекси|b=2|p=2-}} има свободни антисвързващи орбитали, образуващи зоната на проводимост на кристала. В тази зона частично се делокализира третия електрон от металните атоми, опрделящокойто определя и проводимостта на тези съединения. За такъв вид йонна, и отчасти метална връзка в тези съенинениясъединения говори и фактът, че при хидролизата им като странични продукти се отделят и C<sub>2</sub>H<sub>4</sub> и C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>, които се получават при редукцияреакцията на етин с атомен водород.<ref name=":2" /> Частичното заселванезапълване на антисвързващата орбитала в йона [C≡C]<sup>2-</sup> с електрон намалява порядъка на връзката и увеличава разстоянието между въглеродните атоми.
 
В практическо отношение от тази група карбиди представлява интерес калциевият карбид. Той се произвежда в големи количества за получаване на [[Ацетилен|етенетин]], необходим за химическата промишленост и за ацетиленовата горелка за загряване на метали.
[[Файл:Silicon carbid - side view.jpg|мини|Силициев карбид, SiC]]
Към втората група карбиди са SiC и B<sub>4</sub>C, а към третата група – карбидите на ''d-''елементите.<ref name=":2" />
Line 313 ⟶ 308:
{{Основна|Въглероден оксид}}
 
[[въглероден оксид|'''Въглеродният оксид''']] (CO) се образува при непълно изгаряне или при изгаряне на графит. Реакцията на водна пара с червено нагрят кокс също получава монооксид. Тази смес от CO и H, наречена „воден газ“, се използва за индустриално гориво. В лабораторни условия въглероден моноксид може да се получи при нагряване на [[Мравчена киселина|мравчена]] (HCOOH) или [[оксалова киселина]] (H<sub>2</sub>C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>) в присъствието на [[сярна киселина]]. При нормални условия това е безцветен отровен газ и в химическо отношение е инертен. При нагряване се проявяват неговите редукционни свойства, поради което той играе важна роля в металургията, редуцирайки металните оксиди до чист метал. От кислорода на въздуха се окислява при висока температура (около 700 °C), но гори лесно със синкав пламък:<ref name=":0" /><ref name=":1" />
 
<chem>2 CO + O2 -> 2 CO2</chem>
Line 323 ⟶ 318:
При облъчване или в присъствие на катализатор въглеродният оксид реагира с [[хлор]]а, като се получава въглероден оксид-дихлорид ('''[[фосген]]'''), който може да бъде разглеждан и като дихлорид на въглеродната киселина.<ref name=":1" /> Фосгенът е газ, силно дразнещ лигавиците.<ref name=":1" />
 
<chem>CO + Cl2 ->[{catкат}] COCl2</chem>
 
Възможно е да се получи и при окисление на хлороформ:<ref name=":1" />
Line 341 ⟶ 336:
[[Въглероден диоксид|'''Вълеродният диоксид''']] е безцветен газ, 1,5 пъти<ref name=":0" /> по-тежък от въздуха, кисел на вкус.<ref name=":1" /> Не е токсичен, но при големи концентрации е възможно задушаване от недостиг на кислород. В далечни исторически времена той е бил основен компонент на [[атмосфера]]та на Земята, но днес е сред второстепенните компоненти.<ref>{{cite journal|author=JS Levine, TR Augustsson and M Natarajan|year=1982|title=The prebiological paleoatmosphere: stability and composition|journal=Origins of Life and Evolution of Biospheres|volume=12|issue=3|pages=245&nbsp;– 259|doi=10.1007/BF00926894}}</ref> Разтворен във вода, въглеродният диоксид образува въглена киселина (H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>), но тя не е стабилна.<ref>{{cite journal|author=T. Loerting|last2=Tautermann|first2=Christofer|last3=Kroemer|first3=Romano T.|last4=Kohl|first4=Ingrid|last5=Hallbrucker|first5=Andreas|last6=Mayer|first6=Erwin|last7=Liedl|first7=Klaus R.|year=2001|title=On the Surprising Kinetic Stability of Carbonic Acid|journal=Angew. Chem. Int. Ed.|volume=39|pages=891&nbsp;– 895|doi=10.1002/(SICI)1521-3773(20000303)39:5<891::AID-ANIE891>3.0.CO;2-E}}</ref> Чрез тази междинна реакция обаче се формират карбонатни йони. Някои важни минерали са карбонатни, например [[калцит]]. Въглеродният диоксид се получава, като някоя форма на въглеродно съединение гори в излишък на кислород.<ref name=":0" /> Много от металните карбонати отделят въглероден диоксид при нагряване освобождават CO<sub>2</sub>:
 
<chem>CaCO3 ->[t{Т}] CaO + CO2</chem>
 
Глюкозната ферментация по време на приготвяне на етанол и алкохол, който се намира в т. нар. „алкохолни напитки“ – вино, бира и др., произвежда голямо количество CO<sub>2</sub>, и като страничен продукт – глюкозоетанол:
Взето от „https://bg.wikipedia.org/wiki/Въглерод“.