Вуглець у вільному вигляді

Вуглець – елемент 2-го періоду і IVA-групи Періодичної системи, порядковий номер 6. Хімія вуглецю – це в основному хімія органічних сполук; неорганічних похідних вуглецю не так багато. Електронна формула атома [3He] 2s22p2, характерні ступені окислення 0, -IV, + II і + IV, стан CIV вважається стійким.

Шкала ступенів окислення вуглецю:

Вуглець має середню для неметалів електронегативність (2,50), проявляє неметалічні (кислотні) властивості. Неорганічні углеродсодержащие речовини – оксиди, вугільна кислота і її солі, бінарні сполуки; органічні речовини – практично необмежене число з’єднань з воднем (вуглеводні) та їх похідних, що містять різні по довжині ланцюга і цикли атомів вуглецю.

У природі – одинадцятий за хімічною поширеності елемент (четвертий серед неметалів). Зустрічається в самородному стані (алмаз, графіт) і у вигляді сполук. Життєво важливий елемент для всіх організмів.

Алотропні форми вуглецю С. У вільному вигляді вуглець існує у вигляді чотирьох аллотропних модифікацій: графіт, алмаз, карбін і фулерен.

Г р а ф і т – стійка аллотропная форма існування елементу. Сіро-чорний, з металевим блиском, жирний на дотик, м’який, володіє електропровідністю. Кристалічна решітка складається з шарів правильних шестикутних кілець, конденсованих по всім сторонам за рахунок оя-зв’язків (ВР2-гібридизація). Реагує з водяною парою, кислотами-окислювачами. Типовий відновник при сплаву, реагує з киснем, оксидами металів і солями. Відновлюється воднем і металами.

Для графіту характерне утворення безлічі карбідів – солеобразние (СаС2, Al4С3), ковалентних (карборунд SiC), металлоподобних (що мають Нестехіометричні складу, наприклад цементит Fe3C). Солеобразние карбіди повністю гідролізуються у воді.

Застосовується як конструкційний матеріал, основа вугільних електродів, сповільнювач нейтронів в ядерних реакторах, кокс – відновник в металургії та хімічної технології, сажа – наповнювач гуми.

Алмаз містить у вузлах кристалічної решітки атоми С з тетраедричних оточенням (sр3-гібридизація, р 3,52 г / см3). Шляхетний камінь, має найбільшу твердість серед природних речовин. Хімічна активність нижче, ніж у графіту. Вище 1200 ° C переходить в графіт. У чистому стані алмази – прозорі безбарвні кристали з сильним заломлюючим ефектом. Після обробки природних алмазів (ограновування, шліфування) отримують ювелірні дорогоцінні камені – діаманти. Менш чисті алмази зазвичай забарвлені і каламутні, наприклад сіро-блакитний і чорний (карбонадо).

У промисловості з графіту при 2000 ° C під дуже високим тиском отримують дрібні кристали штучних алмазів. Застосовуються вони для виготовлення ріжучих інструментів і точних вимірювальних приладів.

Карбин складається з лінійних макромолекул (С2) n з будовою -C? C- або = C = C = (sр-гібридизація,? 3,27 г / см3). Хімічно менш активний, ніж графіт. При 2300 ° C переходить в графіт. Прозорий і безбарвний, напівпровідник. Широкого застосування не має, дуже рідко зустрічається в природі.

Фулерен складається з молекул C60 або C70 (порожнисті сфери; sр2-гібридизація,? 1,7 г / см3, температура плавлення 500-600 ° C для С60), термічно стійкий до 900- 1000 ° C.

Темна порошок, розчинний у гексані (темно-червоний розчин для С60 темно-оранжевий для С70), напівпровідник. Хімічні властивості вивчені мало. Отримують фуллерен, випаровуючи графіт в атмосфері гелію при зниженому тиску. Виявлено в природі. Можливе використання в майбутньому – основа надпровідних матеріалів.

Нижче розглядаються властивості графіту як найпоширенішою і хімічно активної форми вуглецю.

Посилання на основну публікацію