Характеристика і застосування вуглецю
Історія відкриття:
Карбон відомий з глибокої давнини. У 1778 К. Шеєле, нагріваючи графіт з селітрою, виявив, що при цьому, як і при нагріванні вугілля з селітрою, виділяється вуглекислий газ. Хімічний склад алмаза був встановлений в результаті дослідів А. Лавуазьє (1772) по вивчення горіння алмаза на повітрі і досліджень С. Теннанта (1797), довів, що однакові кількості алмаза і вугілля дають при окисленні рівні кількості вуглекислого газу. Карбон як хімічний елемент був визнаний тільки в 1789 А. Лавуазье. На початку XIX ст. старе слово вугілля в російській хімічної літературі іноді замінювалося словом “углетвор” (Шерер, 1807; Севергін, 1815); з 1824 Соловйов ввів назву вуглець. Латинська назва сarboneum вуглець отримав від сarbo – вугілля.
Отримання:
Неповне спалювання метану: СН4 + О2 = С + 2Н2О (сажа);
Суха перегонка деревини, кам’яного вугілля (деревне вугілля, кокс).
Фізичні властивості:
Відомі чотири кристалічні модифікації вуглецю: графіт, алмаз, карбін і лонсдейліт.
Графіт – сіро-чорна, непрозора, жирна на дотик, луската, дуже м’яка маса з металевим блиском. При кімнатній температурі і нормальному тиску (0,1 Мн / м2, або 1кгс / см2) графіт термодинамічно стабільний. При атмосферному тиску і температурі близько 3700 ° С графіт переганяється. Рідкий карбон може бути отриманий при тиску вище 10,5 Мн / м2 (1051 кгс / см2) і температурах вище 3700 ° С. Cтруктура мелкокристаллического графіту лежить в основі будови “аморфного” вуглецю, який не є самостійною модифікації (кокс, сажа, деревне вугілля). Нагрівання деяких різновидів “аморфного” вуглецю вище 1500-1600 ° С без доступу повітря викликає їх перетворення в графіт. Фізичні властивості “аморфного” вуглецю дуже сильно залежать від дисперсність часток і наявності домішок. Щільність, теплоємність, теплопровідність і електропровідність “аморфного” вуглеводу завжди вище, ніж графіту.
Алмаз – дуже тверда, кристалічна речовина. Кристали мають кубічні гранецентрированную грати: а = 3,560. При кімнатній температурі і нормальному тиску алмаз метастабільний. Помітне перетворення алмаза в графіт спостерігається при температурах вище 1400 ° С у вакуумі або в інертній атмосфері.
Карбин отриманий штучно. Він являє собою дрібнокристалічний порошок чорного кольору (щільність 1,9 – 2 г / см3). Побудований з довгих ланцюжків атомів С, укладених паралельно один одному.
Лонсдейліт знайдений в метеоритах і отриманий штучно; його структура та властивості остаточно не вивчені
Хімічні властивості:
Вуглець малоактивний, на холоду реагує тільки з F2 (утворюючи CF4). При нагріванні реагує з багатьма неметалами і складними речовинами, виявляючи відновні властивості:
CO2 + C = CO вище 900 ° С
2H2O + C = CO2 + H2 вище 1000 ° С або H2O + C = CO + H2 вище 1200 ° С
CuO + C = Cu + CO
HNO3 + 3C = 3 CO2 + 4 NO + 2 H2O
Слабкі окислювальні властивості виявляються в реакціях з металами, воднем
Ca + С = CaС2 карбід кальцію
Si + С = CSi карборунд
CaO + C = CaC2 + CO
Найважливіші сполуки:
Оксиди СО, СО2
Вугільна кислота Н2СО3, карбонати кальцію (крейда, мармур, кальцит, вапняк),
Карбіди СаС2
Органічні речовини, наприклад вуглеводні, білки, жири
Застосування:
Графіт використовується в олівцевої промисловості, також ісполузется як мастило при особливо високих або низьких температурах. Алмаз використовується в якості абразивного матеріалу, дорогоцінного каміння в ювелірних прикрасах. Алмазним напиленням володіють шліфувальні насадки бормашин. У фармакології та медицині використовуються сполуки вуглецю – похідні вугільної кислоти і карбонових кислот, різні гетероцикли, полімери та ін. Так, карболен (активоване вугілля), застосовується для абсорбції та виведення з організму різних токсинів; графіт (у вигляді мазей) – для лікування шкірних захворювань; радіоактивні ізотопи вуглецю – для наукових досліджень (радіовуглецевий аналіз). Вуглець у вигляді викопного палива: вугілля і вуглеводнів (нафта, природний газ) – один з найважливіших джерел енергії для людства.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)