คาร์บอน (ซี)– อโลหะทั่วไป ในตารางธาตุจะอยู่ในช่วงที่ 2 ของกลุ่ม IV ซึ่งเป็นกลุ่มย่อยหลัก หมายเลขซีเรียล 6, Ar = 12.011 amu, ประจุนิวเคลียร์ +6

คุณสมบัติทางกายภาพ:คาร์บอนทำให้เกิดการดัดแปลงแบบ allotropic มากมาย: เพชร- หนึ่งในสารที่แข็งที่สุด กราไฟท์, ถ่านหิน, เขม่า.

อะตอมของคาร์บอนมี 6 อิเล็กตรอน: 1s 2 2s 2 2p 2 . อิเล็กตรอนสองตัวสุดท้ายอยู่ใน p-ออร์บิทัลที่แยกจากกันและไม่มีคู่กัน โดยหลักการแล้ว คู่นี้สามารถครอบครองวงโคจรเดียวกันได้ แต่ในกรณีนี้ แรงผลักระหว่างอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ หนึ่งในนั้นใช้เวลา 2p x และอีกอันคือ 2p y , หรือ 2p z ออร์บิทัล

ความแตกต่างในพลังงานของระดับย่อย s- และ p ของชั้นนอกนั้นมีขนาดเล็กดังนั้นอะตอมจึงเข้าสู่สภาวะตื่นเต้นได้ง่ายซึ่งหนึ่งในสองอิเล็กตรอนจากวงโคจร 2s ผ่านไปยังอิเล็กตรอนอิสระ 2 ถูสถานะวาเลนซ์ปรากฏขึ้นพร้อมกับการกำหนดค่า 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . สถานะของอะตอมคาร์บอนนี้เองที่เป็นลักษณะเฉพาะของโครงตาข่ายเพชร—การจัดเรียงเชิงพื้นที่แบบจัตุรมุขของออร์บิทัลลูกผสม ความยาวพันธะและพลังงานเท่ากัน

ปรากฏการณ์นี้เรียกได้ว่าเป็น sp 3 -ไฮบริดและฟังก์ชันที่เกิดขึ้นใหม่คือ sp 3 -hybrid . การก่อตัวของพันธะ sp 3 สี่พันธะทำให้อะตอมของคาร์บอนมีสถานะเสถียรมากกว่าสามพันธะ rr-และการเชื่อมต่อแบบ s-s-หนึ่งรายการ นอกเหนือจากการผสมพันธุ์ sp 3 แล้ว sp 2 และ sp การผสมพันธุ์ยังถูกสังเกตที่อะตอมคาร์บอนอีกด้วย . ในกรณีแรกเกิดการทับซ้อนกัน ส-และ p-ออร์บิทัล 2 อัน ออร์บิทัลลูกผสม sp 2 ที่เทียบเท่ากัน 3 วงถูกสร้างขึ้น โดยอยู่ในระนาบเดียวกันที่มุม 120° ซึ่งกันและกัน p วงโคจรที่สามไม่มีการเปลี่ยนแปลงและตั้งฉากกับระนาบ เอสพี2.

ในระหว่างการผสมพันธุ์ sp วงโคจร s และ p จะทับซ้อนกัน มุม 180° เกิดขึ้นระหว่างออร์บิทัลลูกผสมสองอันที่เท่ากันซึ่งก่อตัวขึ้น ในขณะที่ p-ออร์บิทัลทั้งสองของแต่ละอะตอมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

การจัดสรรคาร์บอน เพชรและกราไฟท์

ในผลึกกราไฟท์ อะตอมของคาร์บอนจะอยู่ในระนาบขนานกันโดยครอบครองจุดยอดในนั้น รูปหกเหลี่ยมปกติ- อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมเชื่อมต่อกับพันธะไฮบริด sp 2 ที่อยู่ใกล้เคียงสามพันธะ การเชื่อมต่อระหว่างระนาบขนานเกิดขึ้นเนื่องจากแรงแวนเดอร์วาลส์ p-ออร์บิทัลอิสระของแต่ละอะตอมตั้งฉากกับระนาบของพันธะโควาเลนต์ การทับซ้อนของพวกมันอธิบายพันธะ π เพิ่มเติมระหว่างอะตอมของคาร์บอน ดังนั้นจาก สถานะเวเลนซ์ซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนในสารตั้งอยู่จะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของสารนี้.

คุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอน

สถานะออกซิเดชันที่มีลักษณะเฉพาะมากที่สุดคือ: +4, +2

ที่อุณหภูมิต่ำ คาร์บอนจะเฉื่อย แต่เมื่อถูกความร้อนจะมีกิจกรรมเพิ่มขึ้น

คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์:

- มีออกซิเจน
C 0 + O 2 – t° = CO 2 คาร์บอนไดออกไซด์
เมื่อขาดออกซิเจน - การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O คาร์บอนมอนอกไซด์

- มีฟลูออรีน
ค + 2F 2 = CF 4

- มีไอน้ำ
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 ก๊าซน้ำ

- ด้วยโลหะออกไซด์ นี่คือวิธีการถลุงโลหะจากแร่
C 0 + 2CuO – เสื้อ° = 2Cu + C +4 O 2

- มีกรด - ตัวออกซิไดซ์:
C 0 + 2H 2 SO 4 (เข้มข้น) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (เข้มข้น) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- เกิดคาร์บอนไดซัลไฟด์ด้วยซัลเฟอร์:
C + 2S 2 = ซีเอส 2

คาร์บอนเป็นตัวออกซิไดซ์:

- เกิดเป็นคาร์ไบด์กับโลหะบางชนิด

4Al + 3C 0 = อัล 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- มีไฮโดรเจน-มีเทน (รวมถึงสารประกอบอินทรีย์จำนวนมาก)

C0 + 2H2 = CH4

— ด้วยซิลิกอนทำให้เกิดคาร์บอรันดัม (ที่ 2000 °C ในเตาไฟฟ้า):

การค้นหาคาร์บอนในธรรมชาติ

คาร์บอนอิสระเกิดขึ้นในรูปของเพชรและกราไฟท์ ในรูปของสารประกอบคาร์บอนจะพบได้ในแร่ธาตุ: ชอล์ก, หินอ่อน, หินปูน - CaCO 3, โดโลไมต์ - MgCO 3 *CaCO 3; ไฮโดรคาร์บอเนต - Mg(HCO 3) 2 และ Ca(HCO 3) 2, CO 2 เป็นส่วนหนึ่งของอากาศ คาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักของสารประกอบอินทรีย์ตามธรรมชาติ ได้แก่ ก๊าซ น้ำมัน ถ่านหิน พีท และเป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์ โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต กรดอะมิโนที่ประกอบเป็นสิ่งมีชีวิต

สารประกอบคาร์บอนอนินทรีย์

C 4+ และ C 4- ไอออนไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการทางเคมีทั่วไปใดๆ ก็ตาม สารประกอบคาร์บอนมีพันธะโควาเลนต์ที่มีขั้วต่างกัน

คาร์บอนมอนอกไซด์บจก

คาร์บอนมอนอกไซด์; ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ละลายได้ในน้ำเล็กน้อย ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ เป็นพิษ จุดเดือด = -192°C; กรุณา = -205°ซ.

ใบเสร็จ
1) ในอุตสาหกรรม (ในเครื่องกำเนิดก๊าซ):
C + O 2 = CO 2

2) ในห้องปฏิบัติการ - การสลายตัวทางความร้อนของกรดฟอร์มิกหรือออกซาลิกเมื่อมี H 2 SO 4 (เข้มข้น):
HCOOH = H2O + CO

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

คุณสมบัติทางเคมี

ที่ สภาวะปกติ CO เฉื่อย; เมื่อถูกความร้อน - ตัวรีดิวซ์; ออกไซด์ที่ไม่ก่อรูปเกลือ

1) ด้วยออกซิเจน

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

2) ด้วยออกไซด์ของโลหะ

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

3)มีคลอรีน(ในที่มีแสง)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (ฟอสจีน)

4) ทำปฏิกิริยากับการหลอมของอัลคาไล (ภายใต้ความกดดัน)

CO + NaOH = HCOONa (รูปแบบโซเดียม)

5) เกิดคาร์บอนิลกับโลหะทรานซิชัน

พรรณี + 4CO – เสื้อ° = พรรณี(CO) 4

เฟ + 5CO – เสื้อ° = เฟ(CO) 5

คาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) CO2

คาร์บอนไดออกไซด์ไม่มีสีไม่มีกลิ่นความสามารถในการละลายในน้ำ - 0.9V CO 2 ละลายใน 1V H 2 O (ภายใต้สภาวะปกติ) หนักกว่าอากาศ t°pl. = -78.5°C (ของแข็ง CO 2 เรียกว่า "น้ำแข็งแห้ง") ไม่สนับสนุนการเผาไหม้

ใบเสร็จ

1. การสลายตัวด้วยความร้อนของเกลือของกรดคาร์บอนิก (คาร์บอเนต) การเผาหินปูน:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. การกระทำของกรดแก่ต่อคาร์บอเนตและไบคาร์บอเนต:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

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

เคมีคุณสมบัติบจก2
กรดออกไซด์: ทำปฏิกิริยากับออกไซด์และเบสพื้นฐานเพื่อสร้างเกลือของกรดคาร์บอนิก

นา 2 O + CO 2 = นา 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = นา 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

ที่อุณหภูมิสูงอาจแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์

C +4 O 2 + 2Mg – เสื้อ° = 2Mg +2 O + C 0

ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพ

ความขุ่นของน้ำมะนาว:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 Â (ตะกอนสีขาว) + H 2 O

มันจะหายไปเมื่อ CO 2 ถูกส่งผ่านน้ำปูนเป็นเวลานานเพราะว่า แคลเซียมคาร์บอเนตที่ไม่ละลายน้ำจะกลายเป็นไบคาร์บอเนตที่ละลายน้ำได้:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2

กรดคาร์บอนิกและมันเกลือ

เอช 2คาร์บอนไดออกไซด์ 3 -กรดอ่อน มีอยู่ในสารละลายที่เป็นน้ำเท่านั้น:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

พื้นฐาน:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - เกลือของกรด - ไบคาร์บอเนต, ไบคาร์บอเนต
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- เกลือปานกลาง - คาร์บอเนต

คุณสมบัติทั้งหมดของกรดมีลักษณะเฉพาะ

คาร์บอเนตและไบคาร์บอเนตสามารถแปลงร่างเป็นกัน:

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

นา 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

โลหะคาร์บอเนต (ยกเว้นโลหะอัลคาไล) ดีคาร์บอกซิเลตเมื่อถูกความร้อนจนเกิดออกไซด์:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพ- “การเดือด” ภายใต้อิทธิพลของกรดแก่:

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

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

คาร์ไบด์

แคลเซียมคาร์ไบด์:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2

อะเซทิลีนจะถูกปล่อยออกมาเมื่อสังกะสี แคดเมียม แลนทานัม และซีเรียมคาร์ไบด์ทำปฏิกิริยากับน้ำ:

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

เป็น 2 C และ Al 4 C 3 สลายตัวด้วยน้ำให้เกิดมีเทน:

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

ในเทคโนโลยีจะใช้ไททาเนียมคาร์ไบด์ TiC, ทังสเตน W 2 C (โลหะผสมแข็ง), ซิลิคอน SiC (คาร์บอรันดัม - เป็นสารกัดกร่อนและวัสดุสำหรับเครื่องทำความร้อน)

ไซยาไนด์

ได้จากการให้ความร้อนโซดาในบรรยากาศของแอมโมเนียและคาร์บอนมอนอกไซด์:

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

กรดไฮโดรไซยานิก HCN เป็นผลิตภัณฑ์สำคัญของอุตสาหกรรมเคมี และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ การผลิตทั่วโลกสูงถึง 200,000 ตันต่อปี โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของไอออนไซยาไนด์คล้ายกับคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) อนุภาคดังกล่าวเรียกว่าไอโซอิเล็กทรอนิกส์:

ค = อ: [:ค = น:] –

ไซยาไนด์ (สารละลายน้ำ 0.1-0.2%) ใช้ในการขุดทอง:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0.5 O 2 = 2 K + 2 KOH

เมื่อเดือดสารละลายไซยาไนด์ด้วยกำมะถันหรือของแข็งที่ละลายจะก่อตัวขึ้น ไทโอไซยาเนต:
KCN + S = KSCN

เมื่อให้ความร้อนไซยาไนด์ของโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ จะได้ไซยาไนด์: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2 สารละลายไซยาไนด์จะถูกออกซิไดซ์เป็น ไซยาเนต:

2 KCN + O 2 = 2 KCN

กรดไซยานิกมีอยู่สองรูปแบบ:

H-N=C=O; เอช-โอ-ซี = ยังไม่มีข้อความ:

ในปี 1828 ฟรีดริช เวอเลอร์ (1800-1882) ได้รับยูเรียจากแอมโมเนียมไซยาเนต: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 โดยการระเหยสารละลายที่เป็นน้ำ

เหตุการณ์นี้มักจะถือเป็นชัยชนะของเคมีสังเคราะห์เหนือ "ทฤษฎีไวทัลลิสติก"

มีไอโซเมอร์ของกรดไซยานิก - กรดระเบิด

H-O-N=C
เกลือของมัน (เมอร์คิวริก fulminate Hg(ONC) 2) ถูกใช้ในเครื่องจุดไฟแบบกระแทก

สังเคราะห์ ยูเรีย(ยูเรีย):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O ที่ 130 0 C และ 100 atm

ยูเรียเป็นกรดคาร์บอนิกเอไมด์ นอกจากนี้ยังมี "อะนาล็อกไนโตรเจน" - กัวนิดีน

คาร์บอเนต

สารประกอบคาร์บอนอนินทรีย์ที่สำคัญที่สุดคือเกลือของกรดคาร์บอนิก (คาร์บอเนต) H 2 CO 3 เป็นกรดอ่อน (K 1 = 1.3 10 -4; K 2 = 5 10 -11) รองรับบัฟเฟอร์คาร์บอเนต ความสมดุลของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ มหาสมุทรของโลกมีความจุบัฟเฟอร์มหาศาลเนื่องจากเป็นระบบเปิด ปฏิกิริยาบัฟเฟอร์หลักคือความสมดุลระหว่างการแยกตัวของกรดคาร์บอนิก:

เอช 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

เมื่อความเป็นกรดลดลง การดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศเพิ่มเติมจะเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของกรด:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

เมื่อความเป็นกรดเพิ่มขึ้น หินคาร์บอเนต (เปลือกหอย ชอล์ก และตะกอนหินปูนในมหาสมุทร) จะละลาย; สิ่งนี้จะชดเชยการสูญเสียไอออนของไฮโดรคาร์บอเนต:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (แข็ง) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

คาร์บอเนตที่เป็นของแข็งจะกลายเป็นไบคาร์บอเนตที่ละลายน้ำได้ เป็นกระบวนการละลายคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินทางเคมีเพื่อต่อต้าน “ผลกระทบเรือนกระจก” - ภาวะโลกร้อนเนื่องจากการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การแผ่รังสีความร้อนโลก. ประมาณหนึ่งในสามของการผลิตโซดาของโลก (โซเดียมคาร์บอเนต Na 2 CO 3) ใช้ในการผลิตแก้ว

เคมี

เคมีอนินทรีย์. องค์ประกอบและการเชื่อมต่อ

7. คาร์บอน

คุณสมบัติ 6 ค.

มวลอะตอม		คลาร์กที่.% (ความชุกในธรรมชาติ)
การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์*		สภาพร่างกาย	แข็ง
			เพชร – ไม่มีสี กราไฟท์ - สีเทา
พลังงานไอออไนเซชัน			5,000 (เพชร)
ไฟฟ้าสัมพัทธ์ แง่ลบ		ความหนาแน่น	เพชร – 3.51 กราไฟท์ – 2,2
สถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้		ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

*การกำหนดค่าระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกของอะตอมขององค์ประกอบจะแสดงขึ้น การกำหนดค่าระดับอิเล็กทรอนิกส์ที่เหลือจะสอดคล้องกับการกำหนดค่าของก๊าซมีตระกูลที่เสร็จสิ้นช่วงก่อนหน้าและระบุไว้ในวงเล็บ

ไอโซโทปคาร์บอน

คาร์บอนมีไอโซโทปเสถียร 2 ไอโซโทป: 12 C (98.892%) และ 13 ค (1.108%) ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของคาร์บอนมีความสำคัญมาก 14 C ปล่อยรังสี b-ray ด้วยค่า T ครึ่งชีวิต 1/2 = 5570 ปี. การใช้การหาคู่ของเรดิโอคาร์บอนโดยการกำหนดความเข้มข้นของไอโซโทป 14 นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุอายุของหินที่มีคาร์บอน การค้นพบทางโบราณคดี และเหตุการณ์ทางธรณีวิทยาได้อย่างแม่นยำ

อยู่ในธรรมชาติ ในธรรมชาติ คาร์บอนพบได้ในรูปของเพชร คาร์ไบน์ และกราไฟต์ และในสารประกอบจะอยู่ในรูปของถ่านหิน ถ่านหินสีน้ำตาล และน้ำมัน ส่วนหนึ่งของคาร์บอเนตธรรมชาติ: หินปูน หินอ่อน ชอล์ก

CaCO 3 , โดโลไมต์ CaCO 3 เอช เอ็มจีซีโอ 3- เป็นส่วนประกอบสำคัญของสารอินทรีย์

คุณสมบัติทางกายภาพ อะตอมของคาร์บอนมีอิเล็กตรอน 6 ตัว ซึ่ง 2 ตัวอยู่ในรูปแบบ ชั้นใน

(1s 2) 4 - ภายนอก (2s 2 2p 2 - พันธะของคาร์บอนกับธาตุอื่นส่วนใหญ่เป็นโคเวเลนต์ ความจุปกติของคาร์บอนคือ IV ลักษณะเด่นของอะตอมคาร์บอนคือความสามารถในการเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างสายโซ่ยาวที่แข็งแรง รวมถึงสายโซ่ปิดด้วย จำนวนของสารประกอบดังกล่าวมีมากมายมหาศาล เคมีอินทรีย์ .

ความแตกต่างในการปรับเปลี่ยนคาร์บอนแบบ allotropic เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของอิทธิพลของโครงสร้างผลึกของของแข็งที่มีต่อคุณสมบัติทางกายภาพของพวกมัน ใน กราไฟท์อะตอมของคาร์บอนมีสถานะ

เอสพี 2 - การผสมพันธุ์และจัดเรียงเป็นชั้นคู่ขนานสร้างเครือข่ายหกเหลี่ยม ภายในชั้นหนึ่ง อะตอมจะถูกยึดเหนี่ยวกันอย่างแน่นหนามากกว่าระหว่างชั้นต่างๆ ดังนั้นคุณสมบัติของแกรไฟต์จึงแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับ ทิศทางที่แตกต่างกัน- ดังนั้นความสามารถของกราไฟท์ในการแยกชั้นจึงสัมพันธ์กับการแตกของพันธะระหว่างชั้นที่อ่อนกว่าตามระนาบสลิป

อย่างมาก แรงกดดันสูงและความร้อนโดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ สามารถรับเทียมได้จากกราไฟท์ เพชร.ในผลึกเพชร อะตอมของคาร์บอนจะอยู่ในสถานะ

เอสพี 3 - การผสมพันธุ์ ดังนั้นพันธะทั้งหมดจึงเท่ากันและแข็งแกร่งมาก อะตอมก่อตัวเป็นกรอบสามมิติต่อเนื่องกัน เพชรเป็นสสารที่แข็งที่สุดที่พบในธรรมชาติ

ที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักคือคาร์บอนอีกสองชนิด - ปืนสั้นและ ฟูลเลอรีน

คุณสมบัติทางเคมี คาร์บอนในสถานะอิสระเป็นเรื่องปกติ สารรีดิวซ์เมื่อออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจนในอากาศส่วนเกิน จะเปลี่ยนเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV):

หากมีข้อบกพร่อง - เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (II):

ปฏิกิริยาทั้งสองมีคายความร้อนสูง

เมื่อคาร์บอนถูกให้ความร้อนในบรรยากาศ จะเกิดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) คาร์บอนมอนอกไซด์:

คาร์บอนลดโลหะหลายชนิดจากออกไซด์:

นี่คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับออกไซด์ของแคดเมียม ทองแดง และตะกั่ว เมื่อคาร์บอนทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ อลูมิเนียม และโลหะอื่นๆ บางชนิด คาร์ไบด์:

สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าโลหะแอคทีฟนั้นมีสารรีดิวซ์ที่แข็งแกร่งกว่าคาร์บอน ดังนั้นเมื่อถูกความร้อนโลหะจึงก่อตัวขึ้น ออกซิไดซ์คาร์บอนส่วนเกินการให้ คาร์ไบด์:

คาร์บอนมอนอกไซด์ (II)

เมื่อคาร์บอนออกซิเดชันไม่สมบูรณ์จะเกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) CO ขึ้น - คาร์บอนมอนอกไซด์.มันละลายได้ไม่ดีในน้ำ สถานะออกซิเดชันอย่างเป็นทางการของคาร์บอน 2+ ไม่ได้สะท้อนถึงโครงสร้างของโมเลกุล CO ในโมเลกุล CO นอกเหนือจากพันธะคู่ที่เกิดจากการแบ่งปันอิเล็กตรอนของคาร์บอนและออกซิเจนแล้ว ยังมีพันธะที่สามเพิ่มเติม (แสดงด้วยลูกศร) ที่เกิดขึ้นตามกลไกของผู้บริจาค-ผู้รับเนื่องจากมีอิเล็กตรอนออกซิเจนคู่เดียว : :

ในเรื่องนี้โมเลกุลของ CO มีความแข็งแรงอย่างมาก คาร์บอนมอนอกไซด์ (II) ไม่ก่อตัวเป็นเกลือและไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ กรด และด่างภายใต้สภาวะปกติ ที่อุณหภูมิสูง มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาการเติมและปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ ในอากาศ CO จะเผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีน้ำเงิน:

ลดโลหะจากออกไซด์:

เมื่อสัมผัสกับการฉายรังสีในแสงแดดโดยตรงหรือมีตัวเร่งปฏิกิริยา CO จะรวมตัวกับ

Cl2 , ขึ้นรูป ฟอสจีน -ก๊าซพิษร้ายแรง:

คาร์บอนมอนอกไซด์ (II) แทบไม่เคยพบในธรรมชาติเลย

มันสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการคายน้ำของกรดฟอร์มิก (วิธีการเตรียมในห้องปฏิบัติการ):

ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงครั้งล่าสุด อย่างเป็นทางการอย่างหมดจดถือได้ว่าเป็น CO แอนไฮไดรด์,กรดฟอร์มิก สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยปฏิกิริยาต่อไปนี้ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ CO ถูกส่งผ่านไปยังอัลคาไลหลอมเหลวที่ความดันสูง:

ทรานซิชันโลหะคาร์บอนิล

โลหะหลายชนิดทำให้ CO เกิดการระเหยได้ คาร์บอนิล:

พันธะโควาเลนต์

นิ- C ในโมเลกุลของนิกเกิลคาร์บอนิลนั้นเกิดขึ้นจากกลไกของผู้บริจาคและตัวรับ โดยความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนจากอะตอมของคาร์บอนไปเป็นอะตอมของนิกเกิล การเพิ่มขึ้นของประจุลบบนอะตอมโลหะได้รับการชดเชยด้วยการมีส่วนร่วมของ d-อิเล็กตรอนในพันธะ ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของโลหะจึงเป็น 0 เมื่อถูกความร้อน โลหะคาร์บอนิลจะสลายตัวเป็นโลหะและคาร์บอนออกไซด์ (II) ซึ่งก็คือ ใช้เพื่อให้ได้โลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง

คาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) คาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) คือคาร์บอนิกแอนไฮไดรด์ H

2 คาร์บอนไดออกไซด์ 3 และมีคุณสมบัติเป็นกรดออกไซด์ทั้งหมด

เมื่อละลายแล้ว

คาร์บอนไดออกไซด์ กรดคาร์บอนิกเกิดขึ้นบางส่วนในน้ำ และมีสมดุลต่อไปนี้ในสารละลาย:

การดำรงอยู่ของความสมดุลอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากรดคาร์บอนิกเป็นกรดอ่อนมาก (K

1 = 4ฮ 10 -7, เค 2 = 5ฮ 10 -11ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส) กรดคาร์บอนิกไม่เป็นที่รู้จักในรูปแบบอิสระ เนื่องจากมันไม่เสถียรและสลายตัวได้ง่ายกรดคาร์บอนิก ในโมเลกุลของกรดคาร์บอนิก อะตอมของไฮโดรเจนจะถูกพันธะกับอะตอมของออกซิเจน:

ในฐานะที่เป็น dibasic มันแยกตัวออกตามขั้นตอน กรดคาร์บอนิกเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ

กรดคาร์บอนิกเป็นกรด dibasic ทำให้เกิดเกลือปานกลาง - คาร์บอเนตและเกลือของกรด - ไฮโดรคาร์บอเนตปฏิกิริยาเชิงคุณภาพต่อเกลือเหล่านี้คือการกระทำของกรดแก่กับเกลือเหล่านี้ ในปฏิกิริยานี้ กรดคาร์บอนิกจะถูกแทนที่จากเกลือและสลายตัวและปล่อยออกมา คาร์บอนไดออกไซด์:

เกลือของกรดคาร์บอนิก

ในบรรดาเกลือของกรดคาร์บอนิก โซดา Na 2 CO 3 มีความสำคัญในทางปฏิบัติมากที่สุด - เกลือนี้ก่อให้เกิดผลึกไฮเดรตหลายชนิด ซึ่งมีความเสถียรมากที่สุดนา 2 CO 3 ซ 10H 2 โอ(โซดาคริสตัล). เมื่อเผาโซดาคริสตัลไลน์จะได้โซดาแอนไฮดรัสหรือ โซดาแอชนา 2 CO 3 - ยังใช้กันอย่างแพร่หลาย เบกกิ้งโซดา NaH CO 3 - จากเกลือของโลหะอื่นๆ สำคัญมี:เค 2 โค 3 ( โปแตช)– ผงสีขาว ละลายได้ดีในน้ำ พบในเถ้าพืช ใช้ในการผลิตสบู่เหลว แก้วทนไฟ เม็ดสี Ca CO 3 (หินปูน)– พบในธรรมชาติในรูปของหินอ่อน ชอล์ก และหินปูนที่ใช้ในการก่อสร้าง ได้มะนาวและคาร์บอนมอนอกไซด์จากมัน ( IV)

ลิขสิทธิ์ © 2005-2013 ซีนอยด์ เวอร์ชัน 2.0

การใช้วัสดุของไซต์สามารถทำได้ภายใต้ลิงก์ที่ใช้งานอยู่

คำนิยาม

คาร์บอน- องค์ประกอบที่หกของตารางธาตุ การกำหนด - C จากภาษาละติน "คาร์บอเนต" ตั้งอยู่ในช่วงที่ 2 กลุ่ม IVA หมายถึงอโลหะ ประจุนิวเคลียร์คือ 6

คาร์บอนพบได้ในธรรมชาติทั้งในสถานะอิสระและในรูปของสารประกอบหลายชนิด คาร์บอนอิสระเกิดขึ้นในรูปของเพชรและกราไฟท์ นอกจากถ่านหินฟอสซิลแล้ว ยังมีน้ำมันสะสมจำนวนมากในบาดาลของโลก เกลือของกรดคาร์บอนิก โดยเฉพาะแคลเซียมคาร์บอเนต พบได้ในปริมาณมหาศาลในเปลือกโลก มีคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ในอากาศอยู่เสมอ ในที่สุด สิ่งมีชีวิตของพืชและสัตว์ประกอบด้วยสารที่คาร์บอนเข้ามามีส่วนร่วม ดังนั้นธาตุนี้จึงเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบได้มากที่สุดในโลก แม้ว่าเนื้อหาทั้งหมดในเปลือกโลกจะอยู่ที่ประมาณ 0.1% (น้ำหนัก) เท่านั้น

มวลอะตอมและโมเลกุลของคาร์บอน

มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของสาร (Mr) คือตัวเลขที่แสดงว่ามวลของโมเลกุลที่กำหนดมากกว่า 1/12 ของมวลอะตอมคาร์บอนกี่ครั้ง และค่าสัมพัทธ์ มวลอะตอมองค์ประกอบ (A r) - จำนวนมวลเฉลี่ยของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมากกว่า 1/12 มวลของอะตอมคาร์บอน

เนื่องจากคาร์บอนในสถานะอิสระมีอยู่ในรูปของโมเลกุล monatomic C ค่าของอะตอมและ น้ำหนักโมเลกุลจับคู่. มีค่าเท่ากับ 12.0064

การดัดแปลงแบบ Allotropy และการดัดแปลงแบบ Allotropic ของคาร์บอน

ในสถานะอิสระ คาร์บอนมีอยู่ในรูปของเพชรซึ่งตกผลึกในระบบลูกบาศก์และหกเหลี่ยม (ลอนสดาไลต์) และกราไฟต์ซึ่งอยู่ในระบบหกเหลี่ยม (รูปที่ 1) รูปแบบของคาร์บอน เช่น ถ่าน โค้ก หรือเขม่า มีโครงสร้างที่ไม่เป็นระเบียบ นอกจากนี้ยังมีการดัดแปลงแบบ allotropic ที่ได้จากการสังเคราะห์ ได้แก่ คาร์ไบน์และโพลีคิวมูลีน - คาร์บอนหลากหลายชนิดที่สร้างจากโพลีเมอร์สายโซ่เชิงเส้นประเภท -C= C- หรือ = C = C=

ข้าว. 1. การดัดแปลงคาร์บอนแบบ Allotropic

การดัดแปลงคาร์บอนแบบ Allotropic เป็นที่รู้จักกันในชื่อต่อไปนี้: กราฟีน, ฟูลเลอรีน, ท่อนาโน, เส้นใยนาโน, แอสตราเลน, คาร์บอนคล้ายแก้ว, ท่อนาโนขนาดมหึมา; คาร์บอนอสัณฐาน คาร์บอนนาโนบัด และคาร์บอนนาโนโฟม

ไอโซโทปคาร์บอน

ในธรรมชาติ คาร์บอนมีอยู่ในรูปของไอโซโทปเสถียร 2 ไอโซโทป 12 C (98.98%) และ 13 C (1.07%) เลขมวลคือ 12 และ 13 ตามลำดับ นิวเคลียสของอะตอมของไอโซโทปคาร์บอน 12 C ประกอบด้วยโปรตอน 6 ตัวและนิวตรอน 6 ตัว และไอโซโทป 13 C มีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเท่ากัน 5 ตัว

มีไอโซโทปคาร์บอนเทียม (กัมมันตภาพรังสี) หนึ่งไอโซโทป 14 C โดยมีครึ่งชีวิต 5,730 ปี

ไอออนคาร์บอน

ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมคาร์บอนมีอิเล็กตรอน 4 ตัว ซึ่งได้แก่ เวเลนซ์อิเล็กตรอน:

1วินาที 2 2วินาที 2 2p 2 .

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมี คาร์บอนสามารถสูญเสียเวเลนซ์อิเล็กตรอนได้ เช่น เป็นผู้บริจาคและเปลี่ยนเป็นไอออนที่มีประจุบวกหรือรับอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น เช่น เป็นตัวรับและกลายเป็นไอออนที่มีประจุลบ:

ค 0 -2e → ค 2+ ;

ค 0 -4e → ค 4+ ;

ค 0 +4e → ค 4- .

โมเลกุลและอะตอมคาร์บอน

ในสถานะอิสระ คาร์บอนมีอยู่ในรูปของโมเลกุลเชิงเดี่ยว C ต่อไปนี้เป็นคุณสมบัติบางประการที่แสดงถึงอะตอมของคาร์บอนและโมเลกุล:

โลหะผสมคาร์บอน

โลหะผสมคาร์บอนที่มีชื่อเสียงที่สุดทั่วโลก ได้แก่ เหล็กกล้าและเหล็กหล่อ เหล็กเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอนซึ่งมีปริมาณคาร์บอนไม่เกิน 2% ในเหล็กหล่อ (รวมถึงโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน) ปริมาณคาร์บอนจะสูงกว่า - จาก 2 ถึง 4%

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย	ปริมาตรของคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) จะถูกปล่อยออกมา (n.s.) เมื่อเผาหินปูน 500 กรัมที่มีเศษสิ่งสกปรก 0.1 มวล
สารละลาย	ให้เราเขียนสมการปฏิกิริยาสำหรับการเผาหินปูน: CaCO 3 = CaO + CO 2 - มาหามวลหินปูนบริสุทธิ์กัน ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นเราจะกำหนดเศษส่วนมวลโดยไม่มีสิ่งเจือปน: w ชัดเจน (CaCO 3) = 1 - w สิ่งเจือปน = 1 - 0.1 = 0.9 m ชัดเจน (CaCO 3) = m (CaCO 3) × w ชัดเจน (CaCO 3); ม. ชัดเจน (CaCO 3) = 500 × 0.9 = 450 กรัม ลองคำนวณปริมาณของสารหินปูน: n(CaCO 3) = ม. ชัดเจน (CaCO 3) / M(CaCO 3); n(CaCO 3) = 450 / 100 = 4.5 โมล ตามสมการปฏิกิริยา n(CaCO 3) :n(CO 2) = 1:1 หมายความว่า n(CaCO 3) = n(CO 2) = 4.5 โมล จากนั้นปริมาตรของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) ที่ปล่อยออกมาจะเท่ากับ: V(CO 2) = n(CO 2) ×V ม.; V(CO 2) = 4.5 × 22.4 = 100.8 ลิตร
คำตอบ	100.8 ลิตร

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	ต้องใช้สารละลายที่มี 0.05 ส่วนโดยมวลหรือไฮโดรเจนคลอไรด์ 5% เท่าใดในการทำให้แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นกลาง 11.2 กรัม
สารละลาย	ให้เราเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาการวางตัวเป็นกลางของแคลเซียมคาร์บอเนตกับไฮโดรเจนคลอไรด์: CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 - มาหาปริมาณแคลเซียมคาร์บอเนต: M(CaCO 3) = A r (Ca) + A r (C) + 3×A r (O); M(CaCO 3) = 40 + 12 + 3×16 = 52 + 48 = 100 กรัม/โมล n(CaCO 3) = ม. (CaCO 3) / M(CaCO 3); n(CaCO 3) = 11.2 / 100 = 0.112 โมล ตามสมการปฏิกิริยา n(CaCO 3) :n(HCl) = 1:2 ซึ่งหมายถึง n(HCl) = 2 ×n(CaCO 3) = 2 ×0.224 โมล ให้เราพิจารณามวลของไฮโดรเจนคลอไรด์ที่มีอยู่ในสารละลาย: M(HCl) = A r (H) + A r (Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 กรัม/โมล ม.(HCl) = n(HCl) × M(HCl) = 0.224 × 36.5 = 8.176 ก. คำนวณมวลของสารละลายไฮโดรเจนคลอไรด์: m สารละลาย (HCl) = m(HCl)× 100 / w(HCl); เมตร สารละลาย (HCl) = 8.176 × 100/5 = 163.52 กรัม
คำตอบ	163.52 ก

คาร์บอน, C, องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของระบบธาตุ น้ำหนักอะตอม 12.00 เลขอะตอม 6 จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ คาร์บอนถือว่าไม่มีไอโซโทป เมื่อเร็ว ๆ นี้เท่านั้นที่สามารถทำได้โดยใช้วิธีการที่ละเอียดอ่อนเป็นพิเศษในการตรวจจับการมีอยู่ของไอโซโทป C 13 คาร์บอนก็เป็นหนึ่งในนั้น องค์ประกอบสำคัญโดยความชุก, โดยความอุดมสมบูรณ์และความหลากหลายของสารประกอบ, โดยความสำคัญทางชีวภาพ (ในฐานะออร์กาโนเจน), โดยความกว้างใหญ่ไพศาล การใช้งานทางเทคนิคคาร์บอนเองและสารประกอบของมัน (เป็นวัตถุดิบและเป็นแหล่งพลังงานสำหรับความต้องการทางอุตสาหกรรมและในครัวเรือน) และสุดท้ายก็ด้วยบทบาทของคาร์บอนในการพัฒนาวิทยาศาสตร์เคมี คาร์บอนในสถานะอิสระแสดงปรากฏการณ์การแบ่งแยกอย่างเด่นชัด ซึ่งเป็นที่รู้จักมานานกว่าศตวรรษครึ่ง แต่ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างถี่ถ้วน ทั้งสองอย่างเนื่องมาจากความยากลำบากอย่างมากในการได้รับคาร์บอนในรูปแบบบริสุทธิ์ทางเคมี และเนื่องจากค่าคงที่ส่วนใหญ่ของ การปรับเปลี่ยนคาร์บอนแบบ allotropic จะแตกต่างกันไปอย่างมากขึ้นอยู่กับลักษณะทางสัณฐานวิทยาของโครงสร้าง ซึ่งกำหนดโดยวิธีและเงื่อนไขการผลิต

คาร์บอนก่อตัวเป็นผลึกสองรูปแบบ - เพชรและกราไฟต์ และยังเป็นที่รู้จักในสถานะอสัณฐานในรูปแบบของสิ่งที่เรียกว่า ถ่านหินอสัณฐาน ความแตกต่างของประการหลังถูกโต้แย้งอันเป็นผลมาจากการวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้: ถ่านหินถูกระบุด้วยกราไฟท์โดยพิจารณาว่าเป็นพันธุ์ทางสัณฐานวิทยาที่มีรูปแบบเดียวกัน - "คาร์บอนดำ" และความแตกต่างในคุณสมบัติของพวกมันถูกอธิบายโดยโครงสร้างทางกายภาพและระดับ ของการกระจายตัวของสาร อย่างไรก็ตามในเวลามาก เมื่อเร็วๆ นี้ได้รับข้อเท็จจริงที่ยืนยันการมีอยู่ของถ่านหินในรูปแบบ allotropic พิเศษ (ดูด้านล่าง)

แหล่งธรรมชาติและปริมาณคาร์บอน- ในแง่ของความชุกในธรรมชาติ คาร์บอนอยู่ในอันดับที่ 10 ในบรรดาธาตุต่างๆ คิดเป็น 0.013% ของบรรยากาศ 0.0025% ของไฮโดรสเฟียร์ และประมาณ 0.35% ของมวลเปลือกโลกทั้งหมด คาร์บอนส่วนใหญ่อยู่ในรูปของสารประกอบออกซิเจน อากาศในบรรยากาศประกอบด้วยคาร์บอนประมาณ 800 พันล้านตันในรูปของ CO 2 ไดออกไซด์; ในน้ำในมหาสมุทรและทะเล - คาร์บอนมากถึง 50,000 พันล้านตันในรูปของ CO 2 ไอออนของกรดคาร์บอนิกและไบคาร์บอเนต ในหิน - คาร์บอเนตที่ไม่ละลายน้ำ (แคลเซียม แมกนีเซียม และโลหะอื่นๆ) และสัดส่วนของ CaCO 3 เพียงอย่างเดียวคิดเป็นประมาณ ~160·10 หรือ 6 พันล้านตันของคาร์บอน อย่างไรก็ตาม ปริมาณสำรองขนาดมหึมาเหล่านี้ไม่ได้เป็นตัวแทน ค่าพลังงาน- สิ่งที่มีค่ามากกว่านั้นคือวัสดุคาร์บอนที่ติดไฟได้ - ถ่านหินฟอสซิล, พีท, น้ำมัน, ก๊าซไฮโดรคาร์บอน และน้ำมันดินธรรมชาติอื่น ๆ ปริมาณสำรองของสารเหล่านี้ในเปลือกโลกก็มีความสำคัญเช่นกัน: มวลรวมของคาร์บอนในถ่านหินฟอสซิลสูงถึง ~ 6,000 พันล้านตันในน้ำมัน ~ 10 พันล้านตัน ฯลฯ ในสถานะอิสระ คาร์บอนค่อนข้างหายาก (เพชรและชิ้นส่วน ของสารกราไฟท์) ถ่านหินฟอสซิลมีคาร์บอนอิสระเกือบหรือไม่มีเลย อ๊าก สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (โพลีไซคลิก) และสารประกอบคาร์บอนที่มีความเสถียรสูงกับธาตุอื่นๆ (H, O, N, S) ยังมีการศึกษาน้อยมาก สารประกอบคาร์บอนในธรรมชาติที่มีชีวิต (ชีวมณฑลของโลก) ซึ่งสังเคราะห์ในเซลล์พืชและสัตว์นั้นมีความโดดเด่นด้วยคุณสมบัติและปริมาณองค์ประกอบที่หลากหลายเป็นพิเศษ พบมากที่สุดใน พฤกษาสารต่างๆ เช่น ไฟเบอร์และลิกนิน ก็มีบทบาทเป็นแหล่งพลังงานเช่นกัน

คาร์บอนรักษาการกระจายตัวอย่างต่อเนื่องในธรรมชาติด้วยวัฏจักรต่อเนื่อง วัฏจักรประกอบด้วยการสังเคราะห์สารอินทรีย์ที่ซับซ้อนในเซลล์พืชและสัตว์ และการแยกตัวแบบย้อนกลับของสารเหล่านี้ระหว่างการสลายตัวแบบออกซิเดชัน (การเผาไหม้ การสลาย การหายใจ) ซึ่งนำไปสู่ ไปจนถึงการก่อตัวของ CO 2 ซึ่งนำพืชกลับมาสังเคราะห์อีกครั้ง รูปแบบทั่วไปของวัฏจักรนี้อาจเป็นได้ นำเสนอในรูปแบบดังต่อไปนี้:

การผลิตคาร์บอน- สารประกอบคาร์บอนจากพืชและสัตว์จะไม่เสถียรที่อุณหภูมิสูง และเมื่อถูกความร้อนอย่างน้อย 150-400°C โดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ จะสลายตัว ปล่อยน้ำและสารประกอบคาร์บอนระเหยง่าย และทิ้งสารตกค้างที่เป็นของแข็งไม่ระเหยซึ่งอุดมไปด้วยคาร์บอนและโดยปกติ เรียกว่าถ่านหิน กระบวนการไพโรไลติกนี้เรียกว่าการเผาถ่านหรือการกลั่นแบบแห้ง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี ไพโรไลซิสที่อุณหภูมิสูงของถ่านหินฟอสซิล น้ำมัน และพีท (ที่อุณหภูมิ 450-1150°C) ทำให้เกิดการปลดปล่อยคาร์บอนในรูปกราไฟท์ (โค้ก ถ่านหินรีทอร์ต) ยิ่งอุณหภูมิการไหม้เกรียมของวัสดุตั้งต้นสูงเท่าไร ถ่านหินหรือโค้กที่ได้ก็จะยิ่งปลดปล่อยคาร์บอนในองค์ประกอบและมีคุณสมบัติเป็นกราไฟท์มากขึ้นเท่านั้น

ถ่านหินอสัณฐานที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 800°C ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ เราพิจารณาว่าเป็นคาร์บอนอิสระ เนื่องจากมีองค์ประกอบอื่นๆ ที่จับกันทางเคมีจำนวนมาก Ch. อ๊าก ไฮโดรเจนและออกซิเจน ในบรรดาผลิตภัณฑ์ด้านเทคนิค ถ่านกัมมันต์และเขม่ามีคุณสมบัติใกล้เคียงกับคาร์บอนอสัณฐานมากที่สุด ถ่านหินที่บริสุทธิ์ที่สุดอาจเป็น ได้จากการเผาน้ำตาลบริสุทธิ์หรือไพเพอร์รอน, การบำบัดพิเศษของเขม่าก๊าซ ฯลฯ กราไฟท์ประดิษฐ์ที่ได้จากวิธีความร้อนไฟฟ้านั้นมีคาร์บอนเกือบบริสุทธิ์ในองค์ประกอบ กราไฟท์ธรรมชาติมักปนเปื้อนแร่ธาตุเจือปนอยู่เสมอ และยังมีไฮโดรเจน (H) และออกซิเจน (O) ที่จับตัวกันอยู่จำนวนหนึ่งด้วย ในสภาพที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ก็อาจเป็นไปได้ ได้รับหลังจากการบำบัดพิเศษหลายครั้งเท่านั้น: การเพิ่มคุณค่าทางกล, การล้าง, การบำบัดด้วยสารออกซิไดซ์และการเผาที่อุณหภูมิสูง การกำจัดที่สมบูรณ์สารระเหย ในเทคโนโลยีคาร์บอนไม่เคยเกี่ยวข้องกับคาร์บอนบริสุทธิ์อย่างสมบูรณ์ สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ใช้กับวัตถุดิบคาร์บอนธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการเสริมสมรรถนะ การอัพเกรด และการสลายตัวด้วยความร้อน (ไพโรไลซิส) ด้านล่างนี้คือปริมาณคาร์บอนของวัสดุคาร์บอนบางชนิด (เป็น %):

คุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอน- คาร์บอนอิสระแทบจะละลายได้อย่างสมบูรณ์ ไม่ระเหย และที่อุณหภูมิปกติจะไม่ละลายในตัวทำละลายใดๆ ที่รู้จัก มันละลายในโลหะหลอมเหลวบางชนิดเท่านั้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิใกล้จุดเดือดของโลหะอย่างหลัง: ในเหล็ก (มากถึง 5%), เงิน (มากถึง 6%) | รูทีเนียม (มากถึง 4%), โคบอลต์, นิกเกิล, ทองและแพลตตินัม ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน คาร์บอนจึงเป็นวัสดุที่ทนความร้อนได้มากที่สุด ไม่ทราบสถานะของเหลวของคาร์บอนบริสุทธิ์ และการเปลี่ยนรูปเป็นไอเริ่มต้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 3000°C เท่านั้น ดังนั้น การกำหนดคุณสมบัติของคาร์บอนจึงดำเนินการเฉพาะสำหรับสถานะของแข็งของการรวมกลุ่มเท่านั้น จากการดัดแปลงคาร์บอน เพชรมีความถาวรมากที่สุด คุณสมบัติทางกายภาพ- คุณสมบัติของกราไฟท์ในตัวอย่างต่างๆ (แม้แต่ที่บริสุทธิ์ที่สุด) ก็แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ คุณสมบัติของถ่านหินอสัณฐานมีความแปรปรวนมากยิ่งขึ้น ตารางเปรียบเทียบค่าคงที่ทางกายภาพที่สำคัญที่สุดของการดัดแปลงคาร์บอนต่างๆ

เพชรเป็นอิเล็กทริกทั่วไป ในขณะที่กราไฟท์และคาร์บอนมีค่าการนำไฟฟ้าของโลหะ โดย ค่าสัมบูรณ์ค่าการนำไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปในช่วงกว้างมาก แต่สำหรับถ่านหินจะต่ำกว่ากราไฟท์เสมอ ในกราไฟท์ ค่าการนำไฟฟ้าของโลหะจริงจะเข้าใกล้ ความจุความร้อนของการดัดแปลงคาร์บอนทั้งหมดที่อุณหภูมิ >1000°C มีแนวโน้มว่าจะเป็นเช่นนั้น ค่าคงที่ 0.47. ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -180°C ความจุความร้อนของเพชรจะมีน้อยมาก และที่อุณหภูมิ -27°C จะกลายเป็นศูนย์

คุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอน- เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 1,000°C ทั้งเพชรและถ่านหินจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นกราไฟต์ ซึ่งถือได้ว่าเป็นคาร์บอนรูปแบบ monotropic ที่เสถียรที่สุด (ที่อุณหภูมิสูง) การเปลี่ยนแปลงของถ่านหินอสัณฐานไปเป็นกราไฟท์เห็นได้ชัดว่าเริ่มต้นที่ประมาณ 800°C และสิ้นสุดที่ 1100°C ( ณ จุดสุดท้ายนี้ ถ่านหินสูญเสียกิจกรรมการดูดซับและความสามารถในการกระตุ้นปฏิกิริยาใหม่ และค่าการนำไฟฟ้าของถ่านหินก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยคงอยู่เกือบคงที่หลังจากนั้น) คาร์บอนอิสระมีลักษณะเฉพาะคือความเฉื่อยที่อุณหภูมิปกติและกิจกรรมที่สำคัญที่อุณหภูมิสูง ถ่านหินอสัณฐานมีปฏิกิริยาทางเคมีมากที่สุด ในขณะที่เพชรมีความทนทานมากที่สุด ตัวอย่างเช่น ฟลูออรีนทำปฏิกิริยากับถ่านหินที่อุณหภูมิ 15°C กับกราไฟท์เพียง 500°C และกับเพชรที่อุณหภูมิ 700°C เมื่อถูกความร้อนในอากาศ ถ่านหินที่มีรูพรุนจะเริ่มออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100°C กราไฟท์ที่อุณหภูมิประมาณ 650°C และเพชรที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 800°C ที่อุณหภูมิ 300°C ขึ้นไป ถ่านหินจะรวมตัวกับซัลเฟอร์เพื่อสร้างคาร์บอนไดซัลไฟด์ CS 2 ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,800°C คาร์บอน (ถ่านหิน) เริ่มทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน ก่อตัว (ในปริมาณเล็กน้อย) ไซยาโนเจน C 2 N 2 ปฏิกิริยาระหว่างคาร์บอนกับไฮโดรเจนเริ่มต้นที่ 1200°C และในช่วงอุณหภูมิ 1200-1500°C มีเพียงมีเทน CH 4 เท่านั้นที่เกิดขึ้น สูงกว่า 1,500°C - ส่วนผสมของมีเทน, เอทิลีน (C 2 H 4) และอะเซทิลีน (C 2 H 2) ที่อุณหภูมิประมาณ 3,000°C จะได้อะเซทิลีนเกือบทั้งหมด ที่อุณหภูมิของส่วนโค้งไฟฟ้า คาร์บอนจะรวมตัวโดยตรงกับโลหะ ซิลิคอน และโบรอน ทำให้เกิดเป็นคาร์ไบด์ที่สอดคล้องกัน ทางตรงหรือทางอ้อมก็ได้ ได้สารประกอบของคาร์บอนที่มีองค์ประกอบที่รู้จักทั้งหมด ยกเว้นก๊าซของกลุ่มศูนย์ คาร์บอนเป็นองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะซึ่งแสดงสัญญาณบางอย่างของแอมโฟเทอริซิตี้ อะตอมของคาร์บอนมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.50 Ᾰ (1Ᾰ = 10 -8 ซม.) และประกอบด้วย ทรงกลมภายนอกเวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว ซึ่งถูกยกให้หรือบวกกันเป็น 8 อย่างง่ายดายพอๆ กัน ดังนั้นวาเลนซีปกติของคาร์บอน ทั้งออกซิเจนและไฮโดรเจนคือ 4 ในสารประกอบส่วนใหญ่ คาร์บอนเป็นแบบเตตระวาเลนต์ มีเพียงสารประกอบจำนวนเล็กน้อยของคาร์บอนไดวาเลนต์ (คาร์บอนมอนอกไซด์และอะซีตัล, ไอโซไนไตรล์, กรดฟูลมิเนตและเกลือของมัน) และคาร์บอนไตรวาเลนต์ (ที่เรียกว่า "อนุมูลอิสระ") เท่านั้นที่เป็นที่รู้จัก

ด้วยออกซิเจน คาร์บอนจะก่อตัวเป็นออกไซด์ปกติสองชนิด: คาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นกรด CO 2 และคาร์บอนมอนอกไซด์ CO ที่เป็นกลาง นอกจากนี้ยังมีจำนวนหนึ่ง คาร์บอนซับออกไซด์ที่มีอะตอม C มากกว่า 1 อะตอม และไม่มีนัยสำคัญทางเทคนิค สิ่งเหล่านี้ที่รู้จักกันดีที่สุดคือซับออกไซด์ขององค์ประกอบ C 3 O 2 (ก๊าซที่มีจุดเดือด +7 ° C และจุดหลอมเหลว -111 ° C) ผลิตภัณฑ์แรกของการเผาไหม้คาร์บอนและสารประกอบของมันคือ CO 2 ซึ่งเกิดขึ้นตามสมการ:

C + O 2 = CO 2 +97600 แคลอรี่

การก่อตัวของ CO ในระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ไม่สมบูรณ์เป็นผลมาจากกระบวนการลดระดับรอง ตัวรีดิวซ์ในกรณีนี้คือตัวคาร์บอนเอง ซึ่งที่อุณหภูมิสูงกว่า 450°C จะทำปฏิกิริยากับ CO 2 ตามสมการ:

CO 2 +C = 2СО -38800 แคล;

ปฏิกิริยานี้สามารถย้อนกลับได้ อุณหภูมิสูงกว่า 950°C การแปลง CO 2 ให้เป็น CO ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งดำเนินการในเตาเผาที่สร้างก๊าซ ความสามารถในการลดพลังงานของคาร์บอนที่อุณหภูมิสูงยังใช้ในการผลิตก๊าซน้ำ (H 2 O + C = CO + H 2 -28380 cal) และในกระบวนการทางโลหะวิทยาเพื่อให้ได้โลหะอิสระจากออกไซด์ คาร์บอนในรูปแบบ Allotropic ตอบสนองต่อการกระทำของสารออกซิไดซ์บางชนิดแตกต่างกัน: ตัวอย่างเช่นส่วนผสมของ KCIO 3 + HNO 3 ไม่มีผลกระทบต่อเพชรเลย ถ่านหินอสัณฐานจะถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์เป็น CO 2 ในขณะที่กราไฟท์ผลิตสารประกอบอะโรมาติก - กรดกราไฟต์ ด้วยสูตรเอมพิริคัล (C 2 OH) x เป็นต้นไป กรดเมลลิติกค 6 (COOH) 6 . สารประกอบของคาร์บอนกับไฮโดรเจน - ไฮโดรคาร์บอน - มีจำนวนมากมายมหาศาล จากนั้นสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ ส่วนใหญ่ผลิตขึ้นทางพันธุกรรมซึ่งนอกเหนือจากคาร์บอนแล้วส่วนใหญ่มักประกอบด้วย H, O, N, S และฮาโลเจน

ความหลากหลายที่โดดเด่นของสารประกอบอินทรีย์ซึ่งรู้จักมากถึง 2 ล้านชนิด เนื่องมาจากคุณสมบัติบางประการของคาร์บอนในฐานะองค์ประกอบ 1) คาร์บอนมีลักษณะเฉพาะด้วยพันธะเคมีที่แข็งแกร่งกับธาตุอื่นๆ ส่วนใหญ่ ทั้งที่เป็นโลหะและอโลหะ ซึ่งทำให้คาร์บอนเกิดสารประกอบที่ค่อนข้างเสถียรกับทั้งสองธาตุ เมื่อรวมกับองค์ประกอบอื่นๆ คาร์บอนจะมีโอกาสเกิดไอออนน้อยมาก สารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นชนิดโฮโมโพลาร์และไม่แยกตัวออกภายใต้สภาวะปกติ การทำลายพันธะภายในโมเลกุลมักต้องเสียค่าใช้จ่าย จำนวนที่มีนัยสำคัญพลังงาน. เมื่อพิจารณาถึงความแข็งแกร่งของการเชื่อมต่อ เราควรแยกแยะความแตกต่าง ก) ความแข็งแรงของพันธะสัมบูรณ์ วัดโดยเทอร์โมเคมี และ ข) ความสามารถของพันธะในการแตกตัวภายใต้อิทธิพลของรีเอเจนต์ต่างๆ ลักษณะทั้งสองนี้ไม่เหมือนกันเสมอไป 2) อะตอมของคาร์บอนพันธะกันอย่างง่ายดายเป็นพิเศษ (ไม่มีขั้ว) ก่อตัวเป็นโซ่คาร์บอน ไม่ว่าจะเปิดหรือปิด ความยาวของโซ่ดังกล่าวไม่ได้อยู่ภายใต้ข้อจำกัดใดๆ ดังนั้นจึงทราบโมเลกุลที่ค่อนข้างเสถียรซึ่งมีสายโซ่เปิดที่มีอะตอมของคาร์บอน 64 อะตอม ความยาวและความซับซ้อนของห่วงโซ่แบบเปิดไม่ส่งผลต่อความแข็งแกร่งของการเชื่อมต่อของลิงก์ระหว่างกันหรือกับองค์ประกอบอื่น ๆ ในบรรดาโซ่ปิดนั้น วงแหวนที่มีสมาชิก 6 และ 5 ชิ้นนั้นเกิดขึ้นได้ง่ายที่สุด แม้ว่าจะรู้จักโซ่ที่มีวงแหวนซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 3 ถึง 18 อะตอมก็ตาม ความสามารถของอะตอมคาร์บอนในการเชื่อมต่อกันได้ดีอธิบายคุณสมบัติพิเศษของกราไฟท์และกลไกของกระบวนการเผาถ่าน ยังทำให้ชัดเจนว่าคาร์บอนไม่เป็นที่รู้จักในรูปของโมเลกุลไดอะตอมมิก C 2 ซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นจากการเปรียบเทียบกับองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะเบาอื่นๆ (คาร์บอนจะประกอบด้วยโมเลกุลเชิงเดี่ยวในรูปไอ) 3) เนื่องจากธรรมชาติของพันธะไม่มีขั้ว สารประกอบคาร์บอนจำนวนมากจึงมีความเฉื่อยทางเคมีไม่เพียงแต่ภายนอก (ปฏิกิริยาช้า) แต่ยังรวมถึงภายในด้วย (ความยากลำบากในการจัดเรียงภายในโมเลกุลใหม่) การปรากฏตัวของ "การต้านทานแบบพาสซีฟ" ขนาดใหญ่ทำให้การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของรูปแบบที่ไม่เสถียรไปเป็นรูปแบบที่มั่นคงมีความซับซ้อนอย่างมาก ซึ่งมักจะลดอัตราของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวให้เป็นศูนย์ ผลลัพธ์ที่ได้คือความเป็นไปได้ในการดำเนินการ จำนวนมากอยู่ในรูปแบบไอโซเมอร์ ซึ่งมีความเสถียรเกือบเท่ากันที่อุณหภูมิปกติ

การแบ่งส่วนและโครงสร้างอะตอมของคาร์บอน - การวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์ทำให้สามารถสร้างโครงสร้างอะตอมของเพชรและกราไฟต์ได้อย่างน่าเชื่อถือ วิธีการวิจัยแบบเดียวกันนี้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับคำถามของการมีอยู่ของการดัดแปลงคาร์บอนแบบ allotropic ครั้งที่สาม ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นคำถามเกี่ยวกับความอสัณฐานหรือความเป็นผลึกของถ่านหิน ถ้าถ่านหินเป็นรูปแบบอสัณฐาน มันก็จะไม่สามารถทำได้ ไม่ได้ระบุด้วยกราไฟต์หรือเพชร แต่ต้องถือเป็นคาร์บอนรูปแบบพิเศษ ซึ่งเป็นสารเดี่ยวๆ ในเพชร อะตอมของคาร์บอนถูกจัดเรียงในลักษณะที่แต่ละอะตอมอยู่ตรงกลางของจัตุรมุข ซึ่งมีจุดยอดเป็นอะตอม 4 อะตอมที่อยู่ติดกัน แต่ละอันจะเป็นศูนย์กลางของจัตุรมุขที่คล้ายกันอีกอันหนึ่ง ระยะห่างระหว่างอะตอมที่อยู่ติดกันคือ 1.54 Ᾰ (ขอบของลูกบาศก์ระดับประถมศึกษาของโครงตาข่ายคริสตัลคือ 3.55 Ᾰ) โครงสร้างนี้มีขนาดกะทัดรัดที่สุด มันสอดคล้องกับความแข็ง ความหนาแน่น และความเฉื่อยทางเคมีของเพชรสูง (การกระจายแรงวาเลนซ์สม่ำเสมอ) การเชื่อมต่อระหว่างอะตอมของคาร์บอนในโครงตาข่ายเพชรนั้นเหมือนกับในโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่ในกลุ่มไขมัน (แบบจำลองคาร์บอนจัตุรมุข) ในผลึกกราไฟต์ อะตอมของคาร์บอนถูกจัดเรียงเป็นชั้นหนาแน่น โดยเว้นระยะห่าง 3.35-3.41 Ᾰ จากกัน ทิศทางของชั้นเหล่านี้เกิดขึ้นพร้อมกับระนาบรอยแยกและระนาบเลื่อนในระหว่างการเปลี่ยนรูปทางกล ในระนาบของแต่ละชั้น อะตอมจะก่อตัวเป็นตารางที่มีเซลล์หกเหลี่ยม (บริษัท) ด้านของรูปหกเหลี่ยมดังกล่าวคือ 1.42-1.45 Ᾰ ในชั้นที่อยู่ติดกัน รูปหกเหลี่ยมจะไม่วางซ้อนกัน: ความบังเอิญในแนวตั้งจะเกิดขึ้นซ้ำหลังจาก 2 ชั้นในชั้นที่สามเท่านั้น พันธะสามพันธะของแต่ละอะตอมของคาร์บอนอยู่ในระนาบเดียวกัน โดยมีมุม 120°; พันธะที่ 4 ถูกชี้นำสลับกันในทิศทางเดียวหรืออีกทิศทางหนึ่งจากระนาบไปยังอะตอมของชั้นข้างเคียง ระยะห่างระหว่างอะตอมในชั้นจะคงที่อย่างเคร่งครัด แต่ระยะห่างระหว่างแต่ละชั้นสามารถเป็นได้ เปลี่ยนแปลงโดยอิทธิพลภายนอก: ตัวอย่างเช่น เมื่อกดภายใต้แรงกดดันสูงถึง 5,000 atm มันจะลดลงเหลือ 2.9 Ᾰ และเมื่อกราไฟท์พองตัวใน HNO 3 ที่เข้มข้น มันจะเพิ่มขึ้นเป็น 8 Ᾰ ในระนาบของชั้นหนึ่ง อะตอมของคาร์บอนจะถูกพันธะแบบโฮโอโพโพลาร์ (เช่นในโซ่ไฮโดรคาร์บอน) แต่พันธะระหว่างอะตอมของชั้นที่อยู่ติดกันนั้นค่อนข้างเป็นโลหะในธรรมชาติ เห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าค่าการนำไฟฟ้าของผลึกกราไฟท์ในทิศทางตั้งฉากกับชั้นนั้นสูงกว่าค่าการนำไฟฟ้าในทิศทางของชั้นประมาณ 100 เท่า ที่. กราไฟท์มีคุณสมบัติของโลหะในทิศทางเดียวและคุณสมบัติของอโลหะในทิศทางอื่น การจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนในแต่ละชั้นของโครงกราไฟต์จะเหมือนกับการจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนในสารประกอบอะโรมาติกนิวเคลียร์เชิงซ้อนทุกประการ โครงสร้างนี้อธิบายได้ดีถึงแอนไอโซโทรปีของกราไฟท์ ความแตกแยกที่ได้รับการพัฒนาเป็นพิเศษ คุณสมบัติการต้านการเสียดสี และการก่อตัวของสารประกอบอะโรมาติกในระหว่างการออกซิเดชัน เห็นได้ชัดว่าการดัดแปลงอสัณฐานของคาร์บอนสีดำมีอยู่ในรูปแบบอิสระ (O. Ruff) สำหรับสิ่งนี้ สิ่งที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดคือโครงสร้างเซลล์คล้ายโฟมซึ่งไร้ความสม่ำเสมอใดๆ ผนังของเซลล์ดังกล่าวเกิดจากชั้นของอะตอมที่ทำงานอยู่คาร์บอน มีความหนาประมาณ 3 อะตอม ในทางปฏิบัติ สารออกฤทธิ์ของถ่านหินมักจะอยู่ใต้เปลือกของอะตอมคาร์บอนที่ไม่ใช้งานซึ่งมีระยะห่างกันอย่างใกล้ชิด โดยมีลักษณะเป็นภาพกราฟิก และถูกแทรกซึมโดยการรวมเอาผลึกกราไฟท์ที่มีขนาดเล็กมากเข้าไป อาจไม่มีจุดเปลี่ยนเฉพาะของถ่านหิน→กราไฟต์: ระหว่างการดัดแปลงทั้งสองจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในระหว่างที่มวลอะตอม C ของถ่านหินอสัณฐานที่รวมตัวกันแบบสุ่มจะถูกเปลี่ยนเป็นมวลปกติ ตาข่ายคริสตัลกราไฟท์ เนื่องจากการจัดเรียงแบบสุ่ม อะตอมของคาร์บอนในถ่านหินอสัณฐานจึงมีสัมพรรคภาพตกค้างสูงสุด ซึ่ง (ตามแนวคิดของ Langmuir เกี่ยวกับอัตลักษณ์ของแรงดูดซับกับแรงเวเลนซ์) สอดคล้องกับการดูดซับสูงและกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของถ่านหิน อะตอมของคาร์บอนที่อยู่ในโครงตาข่ายคริสตัลจะใช้ความสัมพันธ์ทั้งหมด (ในเพชร) หรือส่วนใหญ่ (ในกราไฟท์) กับการยึดเกาะซึ่งกันและกัน ซึ่งสอดคล้องกับกิจกรรมทางเคมีและกิจกรรมการดูดซับที่ลดลง ในเพชร การดูดซับทำได้เฉพาะบนพื้นผิวของผลึกเดี่ยวเท่านั้น ในขณะที่กราไฟต์ เวเลนซ์ตกค้างสามารถปรากฏบนพื้นผิวทั้งสองของโครงตาข่ายแบนแต่ละอัน (ใน "รอยแตก" ระหว่างชั้นของอะตอม) ซึ่งได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่ากราไฟท์ สามารถพองตัวในของเหลวได้ (HNO 3) และกลไกการออกซิเดชั่นของกรดกราไฟติก

ความสำคัญทางเทคนิคของคาร์บอน- สำหรับข. หรือ ม. คาร์บอนอิสระที่ได้รับระหว่างกระบวนการถ่านและถ่านโค้ก จากนั้นการนำไปใช้ในเทคโนโลยีจะขึ้นอยู่กับทั้งสารเคมี (ความเฉื่อย ความสามารถในการลด) และคุณสมบัติทางกายภาพ (ความต้านทานความร้อน การนำไฟฟ้า ความสามารถในการดูดซับ) ดังนั้น โค้กและถ่าน นอกเหนือจากการใช้ประโยชน์โดยตรงบางส่วนเป็นเชื้อเพลิงไร้ตำหนิแล้ว ยังถูกใช้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ (ก๊าซเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ในโลหะวิทยาของโลหะเหล็กและอโลหะ - สำหรับการลดออกไซด์ของโลหะ (Fe, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi) ในเทคโนโลยีเคมี - เป็นตัวรีดิวซ์ในการผลิตซัลไฟด์ (Na, Ca, Ba) จากซัลเฟต, เกลือปราศจากคลอไรด์ (Mg, Al) จากโลหะออกไซด์ในการผลิตแก้วที่ละลายน้ำได้และฟอสฟอรัส - เป็นวัตถุดิบสำหรับ การผลิตแคลเซียมคาร์ไบด์ คาร์บอรันดัม และคาร์บอนไดซัลไฟด์คาร์ไบด์อื่นๆ ฯลฯ ในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง - เป็นวัสดุฉนวนความร้อน ถ่านหินรีทอร์ตและโค้กทำหน้าที่เป็นวัสดุสำหรับอิเล็กโทรด เตาอบไฟฟ้าอ่างอิเล็กโทรไลต์และเซลล์กัลวานิก สำหรับการผลิตอาร์คถ่านหิน รีโอสแตต แปรงสับเปลี่ยน ถ้วยหลอมละลาย ฯลฯ รวมถึงหัวฉีดในอุปกรณ์เคมีชนิดทาวเวอร์ ถ่านนอกเหนือจากการใช้งานข้างต้น ยังใช้สำหรับการผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์เข้มข้น เกลือไซยาไนด์ สำหรับการทำให้เป็นคาร์บอนของเหล็ก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นตัวดูดซับ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาสังเคราะห์บางอย่าง และสุดท้ายก็รวมอยู่ใน ผงสีดำและองค์ประกอบระเบิดและพลุไฟอื่นๆ

การวิเคราะห์หาปริมาณคาร์บอน- คาร์บอนถูกกำหนดในเชิงคุณภาพโดยการเผาตัวอย่างของสารโดยไม่ให้เข้าถึงอากาศ (ซึ่งไม่เหมาะกับสารทุกชนิด) หรือซึ่งมีความน่าเชื่อถือมากกว่ามาก โดยการออกซิเดชันแบบหมดสิ้นของมัน เช่น โดยการเผาในส่วนผสมที่มีคอปเปอร์ออกไซด์ และ การก่อตัวของ CO 2 ได้รับการพิสูจน์โดยปฏิกิริยาธรรมดา สำหรับ ปริมาณตัวอย่างคาร์บอนของสารถูกเผาในบรรยากาศออกซิเจน CO 2 ที่ได้จะถูกดักจับด้วยสารละลายอัลคาไล และถูกกำหนดโดยน้ำหนักหรือปริมาตรโดยใช้วิธีการวิเคราะห์เชิงปริมาณแบบเดิมๆ วิธีนี้เหมาะสำหรับการวัดคาร์บอนไม่เพียงแต่ในสารประกอบอินทรีย์และถ่านหินทางเทคนิคเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในโลหะด้วย

ออกไซด์ที่ไม่ก่อตัวเป็นเกลือ (ไม่แยแสและไม่แยแส) CO, SiO, N 2 0, NO

ออกไซด์ที่เกิดเกลือ:

ขั้นพื้นฐาน ออกไซด์ที่มีไฮเดรตเป็นเบส โลหะออกไซด์ที่มีสถานะออกซิเดชัน +1 และ +2 (น้อยกว่า +3) ตัวอย่าง: Na 2 O - โซเดียมออกไซด์, CaO - แคลเซียมออกไซด์, CuO - คอปเปอร์ (II) ออกไซด์, CoO - โคบอลต์ (II) ออกไซด์, Bi 2 O 3 - บิสมัท (III) ออกไซด์, Mn 2 O 3 - แมงกานีส (III) ออกไซด์)

แอมโฟเทอริก ออกไซด์ที่มีไฮเดรตเป็นแอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์ โลหะออกไซด์ที่มีสถานะออกซิเดชัน +3 และ +4 (น้อยกว่า +2) ตัวอย่าง: Al 2 O 3 - อลูมิเนียมออกไซด์, Cr 2 O 3 - โครเมียม (III) ออกไซด์, SnO 2 - ดีบุก (IV) ออกไซด์, MnO 2 - แมงกานีส (IV) ออกไซด์, ZnO - ซิงค์ออกไซด์, BeO - เบริลเลียมออกไซด์

ที่เป็นกรด ออกไซด์ที่มีไฮเดรตเป็นกรดที่มีออกซิเจน ออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ ตัวอย่าง: P 2 O 3 - ฟอสฟอรัส (III) ออกไซด์, CO 2 - คาร์บอนออกไซด์ (IV), N 2 O 5 - ไนโตรเจนออกไซด์ (V), SO 3 - ซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI), Cl 2 O 7 - คลอรีนออกไซด์ ( ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว) โลหะออกไซด์ที่มีสถานะออกซิเดชัน +5, +6 และ +7 ตัวอย่าง: Sb 2 O 5 - พลวง (V) ออกไซด์ CrOz - โครเมียม (VI) ออกไซด์, MnOz - แมงกานีส (VI) ออกไซด์, Mn 2 O 7 - แมงกานีส (VII) ออกไซด์

การเปลี่ยนแปลงธรรมชาติของออกไซด์โดยเพิ่มสถานะออกซิเดชันของโลหะ

คุณสมบัติทางกายภาพ

ออกไซด์เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ มีสีต่างกัน ตัวอย่างเช่น: คอปเปอร์ (II) ออกไซด์ CuO สีดำ, แคลเซียมออกไซด์ CaO สีขาว- ของแข็ง ซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI) SO 3 เป็นของเหลวระเหยไม่มีสีและคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) CO 2 เป็นก๊าซไม่มีสีภายใต้สภาวะปกติ

สภาพร่างกาย

CaO, CuO, Li 2 O และออกไซด์พื้นฐานอื่น ๆ ZnO, Al 2 O 3, Cr 2 O 3 และแอมโฟเทอริกออกไซด์อื่น ๆ SiO 2, P 2 O 5, CrO 3 และกรดออกไซด์อื่น ๆ

SO 3, Cl 2 O 7, Mn 2 O 7 เป็นต้น

ก๊าซ:

CO 2, SO 2, N 2 O, NO, NO 2 เป็นต้น

ความสามารถในการละลายน้ำ

ละลายน้ำได้:

ก) ออกไซด์พื้นฐานของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท

b) กรดออกไซด์เกือบทั้งหมด (ยกเว้น: SiO 2)

ไม่ละลายน้ำ:

ก) ออกไซด์พื้นฐานอื่น ๆ ทั้งหมด

b) แอมโฟเทอริกออกไซด์ทั้งหมด

คุณสมบัติทางเคมี

1. คุณสมบัติกรดเบส

คุณสมบัติทั่วไปของออกไซด์พื้นฐาน ที่เป็นกรด และแอมโฟเทอริกคือปฏิกิริยาระหว่างกรด-เบส ซึ่งแสดงไว้ในแผนภาพต่อไปนี้:

(สำหรับออกไซด์ของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทเท่านั้น) (ยกเว้น SiO 2)

แอมโฟเทอริกออกไซด์ซึ่งมีคุณสมบัติทั้งออกไซด์พื้นฐานและกรดจะทำปฏิกิริยากับ กรดแก่และด่าง:

2. คุณสมบัติรีดอกซ์

หากองค์ประกอบมีสถานะออกซิเดชันที่แปรผัน (s.o.) แสดงว่าออกไซด์ขององค์ประกอบนั้นมีค่า s ต่ำ โอ สามารถแสดงคุณสมบัติรีดิวซ์และออกไซด์ที่มีค่า c สูง โอ - ออกซิเดชัน

ตัวอย่างของปฏิกิริยาที่ออกไซด์ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์:

ออกซิเดชันของออกไซด์ที่มีค่า c ต่ำ โอ ออกไซด์ที่มีค่า c สูง โอ องค์ประกอบ

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

2S +4 O 2 + O 2 = 2S +6 O 3

2N +2 O + O 2 = 2N +4 O 2

คาร์บอน (II) มอนอกไซด์จะลดโลหะจากออกไซด์และไฮโดรเจนจากน้ำ

C +2 O + FeO = เฟ + 2C +4 O 2

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

ตัวอย่างของปฏิกิริยาที่ออกไซด์ทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์:

ลดออกไซด์ที่มีค่าโอสูง ธาตุเป็นออกไซด์ที่มีค่า c ต่ำ โอ หรือเป็นสารธรรมดา

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

2S +6 O 3 + H 2 S = 4S +4 O 2 + H 2 O

C +4 O 2 + มก. = C 0 + 2MgO

Cr +3 2 O 3 + 2Al = 2Cr 0 + 2Al 2 O 3

Cu +2 O + H 2 = Cu 0 + H 2 O

การใช้ออกไซด์ของโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำในการออกซิเดชั่นของสารอินทรีย์

ออกไซด์บางชนิดที่ธาตุมีสารตัวกลางค o. มีความสามารถในการไม่สมส่วน;

ตัวอย่างเช่น:

2NO 2 + 2NaOH = นาโน 2 + นาโน 3 + H 2 O

วิธีการได้รับ

1. ปฏิกิริยาระหว่างสารอย่างง่าย - โลหะและอโลหะ - กับออกซิเจน:

4Li + O 2 = 2Li 2 O;

2Cu + O 2 = 2CuO;

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5

2. การคายน้ำของเบสที่ไม่ละลายน้ำ, แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์ และกรดบางชนิด:

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

2อัล(OH) 3 = อัล 2 O 3 + 3H 2 O

H 2 SO 3 = SO 2 + H 2 O

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O

3. การสลายตัวของเกลือบางชนิด:

2Cu(หมายเลข 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

CaCO 3 = CaO + CO 2

(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O

4. การออกซิเดชันของสารเชิงซ้อนกับออกซิเจน:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + H 2 O

4เฟส 2 + 11O 2 = 2เฟ 2 โอ 3 + 8SO 2

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

5. การลดกรดออกซิไดซ์ด้วยโลหะและอโลหะ:

Cu + H 2 SO 4 (conc) = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 (คอนซี) + 4Ca = 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

2HNO 3 (เจือจาง) + S = H 2 SO 4 + 2NO

6. การแปลงออกไซด์ระหว่างปฏิกิริยารีดอกซ์ (ดูคุณสมบัติรีดอกซ์ของออกไซด์)