Будова атома вуглецю: фізичні і хімічні властивості

Вуглець (С) – шостий елемент періодичної таблиці Менделєєва з атомним вагою 12. Елемент відноситься до неметалів і має ізотоп 14С. Будова атома вуглецю лежить в основі всієї органічної хімії, тому що всі органічні речовини включають молекули вуглецю.

Положення вуглецю в періодичній таблиці Менделєєва:

  • шостий порядковий номер;
  • четверта група;
  • другий період.

Положення вуглецю в таблиці Менделєєва

Спираючись на дані з таблиці, можна зробити висновок, що будова атома елемента вуглецю включає дві оболонки, на яких розташовано шість електронів. Валентність вуглецю, що входить до складу органічних речовин, постійна і дорівнює IV. Це означає, що на зовнішньому електронному рівні знаходиться чотири електрона, а на внутрішньому – два.

З чотирьох електронів два займають сферичну 2s-орбіталь, а інші два – 2p-орбіталь у вигляді гантелі. У збудженому стані один електрон з 2s-орбіталі переходить на одну з 2p-орбіталей. При переході електрона з однієї орбіталі на іншу витрачається енергія.

Таким чином, збуджений атом вуглецю має чотири неспарених електрона. Його конфігурацію можна виразити формулою 2s12p3. Це дає можливість утворювати чотири ковалентні зв’язки з іншими елементами. Наприклад, в молекулі метану (СН4) вуглець утворює зв’язки з чотирма атомами водню – одна зв’язок між s-орбиталями водню і вуглецю і три зв’язку між p-орбіталей вуглецю і s -орбіталямі водню.

Схему будови атома вуглецю можна представити у вигляді записи + 6C) 2) 4 або 1s22s22p2.

Фізичні властивості

Вуглець зустрічається в природі у вигляді гірських порід. Відомо кілька аллотропних модифікацій вуглецю:

  • графіт;
  • алмаз;
  • карбин;
  • вугілля;
  • сажа.

Всі ці речовини відрізняються будовою кристалічної решітки. Найбільш тверда речовина – алмаз – має кубічну форму вуглецю. При високих температурах алмаз перетворюється на графіт з гексагональної структурою.

Хімічні властивості

Атомну будову вуглецю і його здатність приєднувати чотири атома іншої речовини визначають хімічні властивості елемента. Вуглець реагує з металами, утворюючи карбіди:

Са + 2С → СаС2;
Cr + C → CrC;
3Fe + C → Fe3C.

Також реагує з оксидами металів:

2ZnO + C → 2Zn + CO2;
PbO + C → Pb + CO;
SnO2 + 2C → Sn + 2CO.

При високих температурах вуглець реагує з неметалами, зокрема з воднем, утворюючи вуглеводні:

З + 2Н2 → СН4.

З киснем вуглець утворює вуглекислий газ і чадний газ:

З + О2 → СО2;
2С + О2 → 2СО.

Чадний газ також утворюється при взаємодії з водою:

C + H2O → CO + H2.

Концентровані кислоти окислюють вуглець, утворюючи вуглекислий газ:

2H2SO4 + C → CO2 + 2SO2 + 2H2O;
4HNO3 + C → CO2 + 4NO2 + 2H2O.

Активність вуглецю зростає при нагріванні. При низьких температурах елемент відносно стабільний.

Що ми дізналися?

Вуглець – типовий неметал з шістьма електронами на s- і р-орбіталях. В активному стані набуває валентність IV і здатний приєднувати чотири атома речовини. Вуглець може бути представлений у вигляді вугілля, сажі, графіту, алмазу. Елемент реагує з металами, неметалами, кислотами, киснем, оксидами.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Білірубін