(!LANG: रसायनशास्त्रात कार्बन कसा दर्शविला जातो. कार्बन अणूची रचना. कार्बोनिक ऍसिड आणि त्याचे क्षार

(प्रथम इलेक्ट्रॉन)

कार्बन(रासायनिक चिन्ह C) मेंडेलीव्हच्या नियतकालिक प्रणालीच्या 2 रा कालावधीच्या मुख्य उपसमूहाच्या 4थ्या गटातील रासायनिक घटक, अनुक्रमांक 6, समस्थानिकांच्या नैसर्गिक मिश्रणाचे अणू वस्तुमान 12.0107 g/mol.

कथा

कार्बनकोळशाच्या रूपात प्राचीन काळी धातू वितळण्यासाठी वापरला जात असे. कार्बन, डायमंड आणि ग्रेफाइटचे ऍलोट्रॉपिक बदल फार पूर्वीपासून ज्ञात आहेत. 1780 च्या उत्तरार्धात A. Lavoisier द्वारे कार्बनचे मूलभूत स्वरूप स्थापित केले गेले.

नावाचे मूळ

आंतरराष्ट्रीय नाव: कार्बो - कोळसा.

भौतिक गुणधर्म

कार्बन खूप वैविध्यपूर्ण भौतिक गुणधर्मांसह अनेक ऍलोट्रॉपिक बदलांमध्ये अस्तित्वात आहे. विविध प्रकारचे रासायनिक बंध तयार करण्याच्या कार्बनच्या क्षमतेमुळे बदलांची विविधता आहे.

कार्बनचे समस्थानिक

नैसर्गिक कार्बनमध्ये दोन स्थिर समस्थानिक असतात - 12 C (98.892%) आणि 13 C (1.108%) आणि एक किरणोत्सर्गी समस्थानिक 14 C (β-emitter, T ½ = 5730 वर्षे), वातावरणात आणि पृथ्वीच्या वरच्या भागात केंद्रित कवच. स्ट्रॅटोस्फियरच्या खालच्या थरांमध्ये नायट्रोजन न्यूक्लीवरील वैश्विक किरणोत्सर्ग न्यूट्रॉनच्या क्रियेच्या परिणामी ते सतत तयार होते: 14 N (n, p) 14 C, आणि 1950 च्या मध्यापासून, एक माणूस म्हणून - अणुऊर्जा प्रकल्पांचे उत्पादन आणि हायड्रोजन बॉम्बच्या चाचणीचा परिणाम म्हणून.

14 सी ची निर्मिती आणि क्षय हा रेडिओकार्बन डेटिंग पद्धतीचा आधार आहे, जी चतुर्थांश भूविज्ञान आणि पुरातत्वशास्त्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.

कार्बनचे ऍलोट्रॉपिक बदल

कार्बनच्या विविध बदलांच्या संरचनेच्या योजना
a: हिरा, b: ग्रेफाइट, c: lonsdaleite
d: फुलरीन - बकीबॉल C 60 , ई: फुलरीन सी ५४०, f: फुलरीन सी ७०
g: आकारहीन कार्बन, h: कार्बन नॅनोट्यूब

कार्बनचे ऍलोट्रॉपी

lonsdaleite

फुलरेन्स

कार्बन नॅनोट्यूब

आकारहीन कार्बन

कोळसा काळा कार्बन काळा

कार्बन अणूच्या इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्समध्ये त्याच्या इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्सच्या संकरीकरणाच्या डिग्रीनुसार भिन्न भूमिती असू शकतात. कार्बन अणूच्या तीन मूलभूत भूमिती आहेत.

टेट्राहेड्रल -एक s- आणि तीन p-इलेक्ट्रॉन (sp 3 संकरित) मिसळून तयार होतो. कार्बन अणू टेट्राहेड्रॉनच्या मध्यभागी स्थित आहे, चार समतुल्य σ-बंधांनी कार्बन अणूंना किंवा इतर टेट्राहेड्रॉनच्या शिरोबिंदूंशी जोडलेले आहे. कार्बन अणूची ही भूमिती कार्बन डायमंड आणि लॉन्सडेलाइटच्या ऍलोट्रॉपिक बदलांशी संबंधित आहे. कार्बनचे असे संकरीकरण आहे, उदाहरणार्थ, मिथेन आणि इतर हायड्रोकार्बन्समध्ये.

त्रिकोणी -एक s- आणि दोन p-इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स (sp² संकरीकरण) मिक्स करून तयार होतो. कार्बन अणूमध्ये तीन समतुल्य σ-बंध असतात जे एकाच समतलामध्ये एकमेकांच्या 120° कोनात असतात. पी-ऑर्बिटल, जो संकरीत गुंतलेला नाही आणि σ-बंधांच्या समतलाला लंब स्थित आहे, इतर अणूंसह π-बंध तयार करण्यासाठी वापरला जातो. कार्बनची ही भूमिती ग्रेफाइट, फिनॉल इत्यादींसाठी वैशिष्ट्यपूर्ण आहे.

द्विकोनी -एक s- आणि एक p-इलेक्ट्रॉन (sp-hybridization) मिसळून तयार होतो. या प्रकरणात, दोन इलेक्ट्रॉन ढग एकाच दिशेने लांब असतात आणि असममित डंबेलसारखे दिसतात. इतर दोन p-इलेक्ट्रॉन π-बंध तयार करतात. अणूच्या अशा भूमितीसह कार्बन एक विशेष अॅलोट्रॉपिक बदल बनवतो - कार्बाइन.

ग्रेफाइट आणि हिरा

कार्बनचे मुख्य आणि चांगले अभ्यासलेले स्फटिकासारखे बदल म्हणजे डायमंड आणि ग्रेफाइट. सामान्य परिस्थितीत, फक्त ग्रेफाइट थर्मोडायनामिकली स्थिर असते, तर हिरा आणि इतर रूपे मेटास्टेबल असतात. वायुमंडलीय दाब आणि 1200 पेक्षा जास्त तापमानात कलमाझचे ग्रेफाइटमध्ये रूपांतर होण्यास सुरुवात होते, 2100 K वरील परिवर्तन सेकंदात होते. ΔH 0 संक्रमण - 1.898 kJ/mol. सामान्य दाबावर, कार्बन 3780 K वर sublimates. द्रव कार्बन फक्त एका विशिष्ट बाह्य दाबावर अस्तित्वात असतो. तिहेरी बिंदू: ग्रेफाइट-द्रव-स्टीम T = 4130 K, p = 10.7 MPa. डायमंडमध्ये ग्रेफाइटचे थेट संक्रमण 3000 K आणि 11-12 GPa च्या दाबाने होते.

60 GPa वरील दाबांवर, धातूच्या चालकतेसह C III (घनता हिऱ्याच्या तुलनेत 15-20% जास्त आहे) च्या अत्यंत दाट बदलाची निर्मिती गृहीत धरली जाते. उच्च दाब आणि तुलनेने कमी तापमानात (सुमारे 1200 के), उच्च-भिमुख ग्रेफाइट कार्बनचे षटकोनी फेरफार वुर्टझाइट-लॉन्सडेलाइट प्रकार क्रिस्टल जाळी (a = 0.252 nm, c = 0.412 nm, स्पेस ग्रुप P6 3 /ttc), 3.51 g/cm³, म्हणजेच हिर्‍याप्रमाणेच. लोन्सडेलाइट उल्कापिंडांमध्ये देखील आढळतो.

अल्ट्राफाइन हिरे (नॅनोडायमंड)

1980 मध्ये यूएसएसआरमध्ये, असे आढळून आले की कार्बनयुक्त सामग्रीच्या डायनॅमिक लोडिंगच्या परिस्थितीत, हिऱ्यासारखी रचना तयार होऊ शकते, ज्याला अल्ट्राफाइन डायमंड (UDDs) म्हणतात. सध्या, "नॅनोडायमंड्स" हा शब्द अधिक वापरला जातो. अशा पदार्थांमधील कणांचा आकार काही नॅनोमीटर असतो. यूडीडीच्या निर्मितीची परिस्थिती लक्षणीय नकारात्मक ऑक्सिजन शिल्लक असलेल्या स्फोटकांच्या विस्फोटादरम्यान लक्षात येऊ शकते, उदाहरणार्थ, आरडीएक्ससह टीएनटीचे मिश्रण. अशा परिस्थिती परिणामांवर देखील लक्षात येऊ शकतात आकाशीय पिंड o कार्बनयुक्त पदार्थांच्या उपस्थितीत पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर (सेंद्रिय पदार्थ, कुजून रुपांतर झालेले वनस्पतिजन्य पदार्थ, कोळसा इ.). अशा प्रकारे, तुंगुस्का उल्का पडण्याच्या झोनमध्ये, यूडीडी जंगलाच्या कचरामध्ये सापडले.

कार्बाइन

रेणूंच्या साखळीच्या संरचनेसह षटकोनी सिंगोनीच्या कार्बनच्या स्फटिकीय बदलास कार्बाइन म्हणतात. साखळी एकतर पॉलिनी (—C≡C—) किंवा पॉलीक्यूम्युलिन (=C=C=) आहेत. कार्बाइनचे अनेक प्रकार ज्ञात आहेत, जे युनिट सेलमधील अणूंची संख्या, सेल आकार आणि घनता (2.68–3.30 g/cm³) मध्ये भिन्न आहेत. कार्बिन खनिज चाओइट (ग्रेफाइटमधील पांढरे रेषा आणि समावेश) स्वरूपात निसर्गात आढळते आणि अॅसिटिलीनच्या ऑक्सिडेटिव्ह डिहाइड्रोपोलीकॉन्डेन्सेशनद्वारे, ग्रेफाइटवरील लेसर रेडिएशनच्या क्रियेद्वारे, हायड्रोकार्बन्स किंवा CCl 4 कमी तापमानात कृत्रिमरित्या प्राप्त केले जाते.

कार्बाइन ही अर्धसंवाहक गुणधर्म असलेली काळी बारीक पावडर (घनता 1.9-2 g/cm³) आहे. अणूंच्या लांब साखळ्यांमधून कृत्रिम परिस्थितीत मिळवले कार्बनएकमेकांना समांतर ठेवले.

कार्बाइन हा कार्बनचा रेखीय पॉलिमर आहे. कार्बाइन रेणूमध्ये, कार्बनचे अणू एकतर तिहेरी आणि सिंगल बॉन्ड्स (पॉलीन स्ट्रक्चर) किंवा दुहेरी बंध (पॉलीक्यूम्युलीन स्ट्रक्चर) द्वारे वैकल्पिकरित्या साखळ्यांमध्ये जोडलेले असतात. हा पदार्थ प्रथम 60 च्या दशकाच्या सुरुवातीस सोव्हिएत रसायनशास्त्रज्ञ व्ही.व्ही. कोर्शाक, ए.एम. स्लाडकोव्ह, व्ही.आय. कासाटोचकिन आणि यूपी कुद्र्यावत्सेव्ह यांनी मिळवला होता. मध्ये यूएसएसआर अकादमी ऑफ सायन्सेसचे ऑर्गनोइलेमेंट कंपाउंड्स संस्था.कार्बीनमध्ये अर्धसंवाहक गुणधर्म आहेत, आणि प्रकाशाच्या प्रभावाखाली, त्याची चालकता मोठ्या प्रमाणात वाढते. प्रथम व्यावहारिक अनुप्रयोग या गुणधर्मावर आधारित आहे - फोटोसेल्समध्ये.

फुलरेन्स आणि कार्बन नॅनोट्यूब

कार्बन हे क्लस्टर कण C 60 , C 70 , C 80 , C 90 , C 100 आणि सारखे (फुलरीन), तसेच ग्राफीन आणि नॅनोट्यूबच्या रूपात देखील ओळखले जाते.

आकारहीन कार्बन

आकारहीन कार्बनची रचना सिंगल-क्रिस्टल (नेहमी अशुद्धता असते) ग्रेफाइटच्या अव्यवस्थित संरचनेवर आधारित असते. हे कोक, तपकिरी आणि कडक कोळसा, कार्बन ब्लॅक, काजळी, सक्रिय कार्बन आहेत.

निसर्गात असणे

पृथ्वीच्या कवचातील कार्बनचे प्रमाण वस्तुमानानुसार ०.१% आहे. मुक्त कार्बन हिरा आणि ग्रेफाइटच्या स्वरूपात निसर्गात आढळतो. नैसर्गिक कार्बोनेट (चुनखडी आणि डोलोमाइट्स), जीवाश्म इंधनाच्या स्वरूपात कार्बनचे मुख्य वस्तुमान - अँथ्रासाइट (94-97% से), तपकिरी कोळसा (64-80% से), काळा कोळसा (76-95% से), तेल शेल (56-97% C). 78% C), तेल (82-87% C), ज्वलनशील नैसर्गिक वायू (99% पर्यंत मिथेन), पीट (53-56% C), तसेच बिटुमेन इ. वातावरणात आणि हायड्रोस्फियरमध्ये कार्बन डायऑक्साइड CO 2 आहे, हवेत 0.046% CO 2 वस्तुमानाने, नद्या, समुद्र आणि महासागरांच्या पाण्यात ~ 60 पट अधिक आहे. वनस्पती आणि प्राण्यांमध्ये कार्बन असतो (~18%).
कार्बन अन्नासह मानवी शरीरात प्रवेश करतो (सामान्यत: दररोज सुमारे 300 ग्रॅम). सामान्य सामग्रीमानवी शरीरात कार्बन सुमारे 21% (शरीराच्या वजनाच्या 70 किलो प्रति 15 किलो) पर्यंत पोहोचतो. कार्बन स्नायूंच्या वस्तुमानाचा 2/3 आणि 1/3 बनवतो हाडांची ऊती. हे शरीरातून प्रामुख्याने श्वासोच्छ्वासातून बाहेर टाकलेली हवा (कार्बन डायऑक्साइड) आणि मूत्र (युरिया) सह उत्सर्जित होते.
निसर्गातील कार्बन चक्रामध्ये जैविक चक्र, जीवाश्म इंधनाच्या ज्वलनाच्या वेळी वातावरणात CO 2 सोडणे, ज्वालामुखीय वायू, गरम खनिज झरे, समुद्राच्या पाण्याच्या पृष्ठभागाच्या थरांतून बाहेर पडणे इत्यादींचा समावेश होतो. जैविक चक्रामध्ये वस्तुस्थिती असते. तो कार्बन CO 2 च्या स्वरूपात वनस्पतींद्वारे ट्रोपोस्फियरमधून शोषला जातो. मग, बायोस्फीअरमधून, ते पुन्हा भूमंडलात परत येते: वनस्पतींसह, कार्बन प्राणी आणि मानवांच्या शरीरात प्रवेश करतो आणि नंतर, जेव्हा प्राणी आणि वनस्पतींचे साहित्य मातीमध्ये आणि CO 2 च्या स्वरूपात वातावरणात क्षय होते.

बाष्प अवस्थेत आणि नायट्रोजन आणि हायड्रोजनसह संयुगेच्या स्वरूपात कार्बन सूर्य, ग्रहांच्या वातावरणात आढळतो, तो दगड आणि लोखंडी उल्कामध्ये आढळतो.

बहुतेक कार्बन संयुगे आणि सर्व हायड्रोकार्बन्समध्ये सहसंयोजक संयुगे स्पष्ट वर्ण आहेत. C अणूंच्या आपापसात एकल, दुहेरी आणि तिहेरी बंधांची ताकद, C अणूंपासून स्थिर साखळी आणि चक्रे तयार करण्याची क्षमता सेंद्रिय रसायनशास्त्राद्वारे अभ्यासलेल्या कार्बनयुक्त संयुगांच्या प्रचंड संख्येचे अस्तित्व निर्धारित करते.

रासायनिक गुणधर्म

सामान्य तापमानात, कार्बन रासायनिकदृष्ट्या जड असतो, पुरेशा उच्च तापमानात तो अनेक घटकांसह एकत्रित होतो आणि मजबूत कमी करणारे गुणधर्म प्रदर्शित करतो. रासायनिक क्रियाकलाप विविध रूपेमालिकेत कार्बन कमी होतो: आकारहीन कार्बन, ग्रेफाइट, डायमंड, हवेत ते अनुक्रमे 300-500 °C, 600-700 °C आणि 850-1000 °C पेक्षा जास्त तापमानात प्रज्वलित होतात.

ऑक्सिडेशनमध्ये +4, −4, क्वचित +2 (CO, मेटल कार्बाइड्स), +3 (C 2 N 2, halocyanates); इलेक्ट्रॉन आत्मीयता 1.27 eV; C 0 ते C 4+ या क्रमिक संक्रमणादरम्यान आयनीकरण ऊर्जा अनुक्रमे 11.2604, 24.383, 47.871 आणि 64.19 eV आहे.

अजैविक संयुगे

कार्बन अनेक घटकांसह कार्बाइड तयार करण्यासाठी प्रतिक्रिया देते.

ज्वलन उत्पादने कार्बन मोनोऑक्साइड CO आणि कार्बन डायऑक्साइड CO 2 आहेत. अस्थिर ऑक्साईड C 3 O 2 (वितळण्याचा बिंदू −111°C, उत्कलन बिंदू 7°C) आणि काही इतर ऑक्साइड देखील ओळखले जातात. ग्रेफाइट आणि आकारहीन कार्बन H 2 सोबत 1200°C वर, F 2 बरोबर 900°C वर अनुक्रमे प्रतिक्रिया देऊ लागतात.

पाण्यासह CO 2 एक कमकुवत कार्बोनिक ऍसिड बनवते - H 2 CO 3, जे लवण - कार्बोनेट बनवते. पृथ्वीवर, सर्वात व्यापक कार्बोनेट कॅल्शियम (चॉक, संगमरवरी, कॅल्साइट, चुनखडी आणि इतर खनिजे) आणि मॅग्नेशियम (डोलोमाइट) आहेत.

ग्रेफाइट हॅलोजन, अल्कली धातू आणि इतर पदार्थांसह समावेशक संयुगे तयार करतात. जेव्हा एन 2 माध्यमात कार्बन इलेक्ट्रोड्समधून विद्युत डिस्चार्ज जातो तेव्हा सायनाइड तयार होतो, उच्च तापमानात, एच 2 आणि एन 2 च्या मिश्रणासह कार्बनच्या परस्परसंवादाने हायड्रोसायनिक ऍसिड प्राप्त होते. सल्फरसह, कार्बन कार्बन डायसल्फाइड देते CS 2 , CS आणि C 3 S 2 देखील ओळखले जातात. बहुतेक धातू, बोरॉन आणि सिलिकॉनसह, कार्बन कार्बाईड बनवते. पाण्याच्या वाफेसह कार्बनची प्रतिक्रिया उद्योगात महत्त्वाची असते: C + H 2 O \u003d CO + H 2 (गॅसिफिकेशन घन इंधन). जेव्हा गरम केले जाते तेव्हा कार्बन मेटल ऑक्साईड्सला कमी करते, ज्याचा मोठ्या प्रमाणावर धातूशास्त्रात वापर केला जातो.

सेंद्रिय संयुगे

पॉलिमर साखळी बनवण्याच्या कार्बनच्या क्षमतेमुळे, कार्बन-आधारित संयुगांचा एक मोठा वर्ग आहे, जे अजैविक संयुगेपेक्षा खूप जास्त आहेत आणि जे सेंद्रीय रसायनशास्त्राचा अभ्यास करतात. त्यापैकी सर्वात विस्तृत गट आहेत: हायड्रोकार्बन्स, प्रथिने, चरबी इ.

कार्बन संयुगे पार्थिव जीवनाचा आधार बनतात आणि त्यांचे गुणधर्म मोठ्या प्रमाणावर अशा परिस्थितीची श्रेणी निर्धारित करतात ज्यामध्ये असे जीवन अस्तित्वात असू शकते. जिवंत पेशींमधील अणूंच्या संख्येच्या बाबतीत, कार्बनचा वाटा सुमारे 25% आहे, वस्तुमान अपूर्णांकाच्या बाबतीत, सुमारे 18% आहे.

अर्ज

पेन्सिल उद्योगात ग्रेफाइटचा वापर केला जातो. हे विशेषतः उच्च किंवा कमी तापमानात वंगण म्हणून वापरले जाते.

हिरा, त्याच्या अपवादात्मक कडकपणामुळे, एक अपरिहार्य अपघर्षक सामग्री आहे. ड्रिलच्या ग्राइंडिंग नोजलमध्ये डायमंड कोटिंग असते. शिवाय, दागिन्यांमध्ये रत्न म्हणून फेसेटेड हिरे वापरले जातात. त्याच्या दुर्मिळतेमुळे, उच्च सजावटीच्या गुणांमुळे आणि ऐतिहासिक परिस्थितींच्या संयोजनामुळे, हिरा सातत्याने सर्वात महाग रत्न आहे. डायमंडची अपवादात्मक उच्च थर्मल चालकता (2000 W/m.K पर्यंत) प्रोसेसरसाठी सब्सट्रेट म्हणून सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानासाठी एक आशादायक सामग्री बनवते. परंतु तुलनेने उच्च किंमत (सुमारे $50/ग्रॅम) आणि हिऱ्याच्या प्रक्रियेची जटिलता या क्षेत्रात त्याचा वापर मर्यादित करते.
फार्माकोलॉजी आणि औषधांमध्ये, विविध कार्बन संयुगे मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात - कार्बोनिक ऍसिड आणि कार्बोक्झिलिक ऍसिडचे व्युत्पन्न, विविध हेटरोसायकल, पॉलिमर आणि इतर संयुगे. तर, कार्बोलिन (सक्रिय कार्बन) शरीरातील विविध विषारी द्रव्ये शोषून घेण्यासाठी आणि काढून टाकण्यासाठी वापरली जाते; ग्रेफाइट (मलमांच्या स्वरूपात) - त्वचा रोगांच्या उपचारांसाठी; कार्बनचे किरणोत्सर्गी समस्थानिक - वैज्ञानिक संशोधनासाठी (रेडिओकार्बन विश्लेषण).

कार्बन मानवी जीवनात खूप मोठी भूमिका बजावते. त्याचे ऍप्लिकेशन या अनेक बाजूंच्या घटकाप्रमाणेच वैविध्यपूर्ण आहेत.

कार्बन हा सर्व सेंद्रिय पदार्थांचा आधार आहे. प्रत्येक सजीव हा मोठ्या प्रमाणात कार्बनचा बनलेला असतो. कार्बन हा जीवनाचा आधार आहे. सजीवांसाठी कार्बनचा स्त्रोत सामान्यतः वातावरण किंवा पाण्यातून CO 2 असतो. प्रकाशसंश्लेषणाच्या परिणामी, ते जैविक अन्न साखळींमध्ये प्रवेश करते ज्यामध्ये जिवंत प्राणी एकमेकांना किंवा एकमेकांचे अवशेष खातात आणि त्याद्वारे त्यांचे स्वतःचे शरीर तयार करण्यासाठी कार्बन काढतात. कार्बनचे जैविक चक्र एकतर ऑक्सिडेशन आणि वातावरणात परत येण्याने किंवा कोळशाच्या किंवा तेलाच्या रूपात विल्हेवाटीने संपते.

जीवाश्म इंधनाच्या स्वरूपात कार्बन: कोळसा आणि हायड्रोकार्बन्स (तेल, नैसर्गिक वायू) हे मानवजातीसाठी उर्जेचे सर्वात महत्वाचे स्त्रोत आहेत.

विषारी क्रिया

कार्बन हा वायुमंडलीय एरोसोलचा भाग आहे, परिणामी प्रादेशिक हवामान बदलू शकते आणि सनी दिवसांची संख्या कमी होऊ शकते. कार्बन आत जातो वातावरणवाहनांच्या एक्झॉस्ट गॅसचा एक भाग म्हणून काजळीच्या स्वरूपात, जेव्हा औष्णिक ऊर्जा प्रकल्पात कोळसा जाळला जातो, ओपन-कास्ट कोळसा खाणकाम, त्याचे भूमिगत गॅसिफिकेशन, कोळसा सांद्रता मिळवणे इ. ज्वलन स्रोतांवर कार्बनचे प्रमाण 100-400 असते. µg/m³, प्रमुख शहरे 2.4-15.9 µg/m³, ग्रामीण भाग 0.5-0.8 µg/m³. NPPs (6-15) पासून गॅस-एरोसोल उत्सर्जनासह वातावरणात प्रवेश करते. 10 9 Bq/दिवस 14 CO 2 .

वातावरणातील एरोसोलमध्ये कार्बनच्या उच्च सामग्रीमुळे लोकसंख्येच्या घटनांमध्ये वाढ होते, विशेषत: वरच्या श्वसनमार्ग आणि फुफ्फुस. व्यावसायिक रोग प्रामुख्याने ऍन्थ्रोकोसिस आणि धूळ ब्रॉन्कायटिस आहेत. कार्यरत क्षेत्राच्या हवेत MPC, mg/m³: डायमंड 8.0, अँथ्रासाइट आणि कोक 6.0, कोळसा 10.0, कार्बन ब्लॅक आणि कार्बन डस्ट 4.0; मध्ये वातावरणीय हवाकमाल एक-वेळ 0.15, सरासरी दररोज 0.05 mg/m³.

14 C चा विषारी प्रभाव, जो प्रोटीन रेणूंचा भाग आहे (विशेषत: DNA आणि RNA मध्ये), बीटा कण आणि नायट्रोजन रीकॉइल न्यूक्ली (14 C (β) → 14 N) च्या किरणोत्सर्गाच्या प्रभावाने आणि ट्रान्सम्युटेशन प्रभाव - a. C अणूचे N अणूमध्ये रूपांतर झाल्यामुळे रेणूच्या रासायनिक रचनेत बदल. कार्यरत क्षेत्राच्या हवेत 14 C ची परवानगीयोग्य एकाग्रता DK A 1.3 Bq/l, वातावरणातील हवेत DK B 4.4 Bq / l, पाण्यात 3.0.10 4 Bq / l, श्वसन प्रणालीद्वारे जास्तीत जास्त स्वीकार्य सेवन 3,2.10 8 Bq/वर्ष.

अतिरिक्त माहिती

- कार्बन संयुगे
- रेडिओकार्बन विश्लेषण
- ऑर्थोकार्बोक्झिलिक ऍसिड

कार्बनचे अॅलोट्रॉपिक प्रकार:

हिरा
ग्राफीन
ग्रेफाइट
कार्बाइन
लोन्सडेलीट
कार्बन नॅनोट्यूब
फुलरेन्स

अनाकार स्वरूप:

काजळी
कार्बन ब्लॅक
कोळसा

कार्बनचे समस्थानिक:

अस्थिर (एका दिवसापेक्षा कमी): 8C: कार्बन-8, 9C: कार्बन-9, 10C: कार्बन-10, 11C: कार्बन-11
स्थिर: 12C: कार्बन-12, 13C: कार्बन-13
10-10,000 वर्षे: 14C: कार्बन-14
अस्थिर (दिवसापेक्षा कमी): 15C: कार्बन-15, 16C: कार्बन-16, 17C: कार्बन-17, 18C: कार्बन-18, 19C: कार्बन-19, 20C: कार्बन-20, 21C: कार्बन-21, 22C: कार्बन-22

न्यूक्लाइड्सचे सारणी

कार्बन, कार्बोनियम, C (6)
कार्बन (इंग्रजी कार्बन, फ्रेंच कार्बोन, जर्मन कोहलेनस्टॉफ) कोळसा, काजळी आणि काजळीच्या स्वरूपात मानवजातीला अनादी काळापासून ओळखले जाते; सुमारे 100 हजार वर्षांपूर्वी, जेव्हा आमच्या पूर्वजांनी आगीवर प्रभुत्व मिळवले तेव्हा ते दररोज कोळसा आणि काजळी हाताळत होते. बहुधा, अगदी सुरुवातीच्या लोकांना कार्बन - डायमंड आणि ग्रेफाइट तसेच जीवाश्म कोळशाच्या ऍलोट्रॉपिक सुधारणांशी परिचित झाले. आश्चर्याची गोष्ट नाही की, कार्बनयुक्त पदार्थांचे ज्वलन ही माणसाला आवडणारी पहिली रासायनिक प्रक्रिया होती. ज्वलनशील पदार्थ गायब झाल्यापासून, अग्नीने भस्म होत असल्याने, ज्वलन ही पदार्थाच्या विघटनाची प्रक्रिया मानली जात होती आणि म्हणून कोळसा (किंवा कार्बन) हा घटक मानला जात नव्हता. घटक अग्नी होता, दहन सोबत असलेली घटना; पुरातन काळातील घटकांच्या शिकवणीमध्ये, अग्नी सामान्यत: घटकांपैकी एक आहे. XVII - XVIII शतकांच्या वळणावर. बेचर आणि स्टॅहल यांनी मांडलेला फ्लोगिस्टनचा सिद्धांत उदयास आला. या सिद्धांताने प्रत्येक दहनशील शरीरात विशेष प्राथमिक पदार्थ - वजनहीन द्रव - फ्लोगिस्टन, जो दहन प्रक्रियेत अस्थिर होतो हे ओळखले.

जेव्हा मोठ्या प्रमाणात कोळसा जाळला जातो तेव्हा फक्त थोडी राख उरते, कोळसा जवळजवळ शुद्ध फ्लोगिस्टन आहे असे फ्लोजिस्टिक्सचे मत होते. हे स्पष्टीकरण होते, विशेषतः, कोळशाच्या "फ्लोजिस्टिक" प्रभावासाठी, "चुना" आणि धातूपासून धातू पुनर्संचयित करण्याची क्षमता. नंतरच्या phlogistics, Réaumur, Bergman आणि इतरांना, कोळसा हा एक प्राथमिक पदार्थ आहे हे आधीच समजू लागले आहे. तथापि, प्रथमच, "शुद्ध कोळसा" लाव्हॉईझियरने ओळखला, ज्याने हवा आणि ऑक्सिजनमध्ये कोळसा आणि इतर पदार्थ जाळण्याच्या प्रक्रियेचा अभ्यास केला. गिटोन डी मॉर्व्हो, लॅव्हॉइसियर, बर्थोलेट आणि फोरक्रोइक्स "मेथड ऑफ केमिकल नामांकन" (1787) यांच्या पुस्तकात फ्रेंच "शुद्ध कोळसा" (चार्बोन पुर) ऐवजी "कार्बन" (कार्बोन) हे नाव दिसले. त्याच नावाखाली, कार्बन Lavoisier च्या "Elementary Textbook of Chemistry" मध्ये "Table of Simple Bodies" मध्ये दिसतो. 1791 मध्ये, इंग्लिश केमिस्ट टेनंटने मोफत कार्बन मिळविणारे पहिले होते; त्याने फॉस्फरसची वाफ कॅलक्लाइंड चॉकवर टाकली, परिणामी कॅल्शियम फॉस्फेट आणि कार्बन तयार झाला. जोरदार गरम केल्यावर हिरा अवशेषांशिवाय जळतो हे तथ्य बर्याच काळापासून ज्ञात आहे. 1751 मध्ये, फ्रेंच राजा फ्रान्सिस I याने बर्निंग प्रयोगांसाठी एक हिरा आणि एक माणिक देण्याचे मान्य केले, त्यानंतर हे प्रयोग फॅशनेबल बनले. असे दिसून आले की केवळ हिरा जळतो आणि रुबी (क्रोमियमच्या मिश्रणासह अॅल्युमिनियम ऑक्साईड) आग लावणाऱ्या लेन्सच्या फोकसमध्ये नुकसान न होता दीर्घकालीन गरम सहन करतो. Lavoisier ने मोठ्या आग लावणार्‍या यंत्राच्या साहाय्याने हिरा जाळण्याचा एक नवीन प्रयोग केला आणि हिरा स्फटिकासारखे कार्बन आहे असा निष्कर्ष काढला. कार्बनचा दुसरा ऍलोट्रोप - अल्केमिकल काळात ग्रेफाइटला सुधारित शिसेची चमक मानली जात होती आणि त्याला प्लंबगो असे म्हणतात; 1740 मध्ये पॉटला ग्रेफाइटमध्ये शिशाची कोणतीही अशुद्धता नसल्याचा शोध लागला. शीलेने ग्रेफाइटचा अभ्यास केला (1779) आणि, एक phlogistician म्हणून, तो एक विशेष प्रकारचा सल्फर बॉडी, बंधनकारक "एअर ऍसिड" (CO2,) आणि विशेष खनिज कोळसा असल्याचे मानले. मोठ्या संख्येने phlogiston.

वीस वर्षांनंतर गिटोन डी मॉर्व्होने हलक्या गरम करून हिऱ्याचे ग्रेफाइटमध्ये आणि नंतर कार्बोनिक ऍसिडमध्ये रूपांतर केले.

कार्बोनियम हे आंतरराष्ट्रीय नाव lat वरून आले आहे. कार्बो (कोळसा). हा शब्द फार प्राचीन मूळचा आहे. त्याची तुलना cremare शी केली जाते - बर्न करणे; सागांचे मूळ, कॅल, रशियन गार, गल, गोल, संस्कृत स्टा म्हणजे उकळणे, शिजवणे. "कार्बो" हा शब्द इतर युरोपियन भाषांमधील कार्बनच्या नावांशी संबंधित आहे (कार्बन, चारबोन इ.). जर्मन कोहलेनस्टॉफ कोहले - कोळसा (जुने जर्मन कोलो, स्वीडिश किल्ला - गरम करण्यासाठी) पासून येतो. जुन्या रशियन युगोराटी, किंवा उगारती (बर्न, स्कॉर्च) मध्ये मूळ गार, किंवा पर्वत आहेत, ज्यामध्ये लक्ष्यात संभाव्य संक्रमण आहे; जुन्या रशियन युगलमधील कोळसा, किंवा त्याच मूळचा कोळसा. डायमंड (डायमंट) हा शब्द प्राचीन ग्रीकमधून आला आहे - अविनाशी, अविचल, कठोर आणि ग्रेफाइट ग्रीकमधून - मी लिहितो.

एटी लवकर XIXमध्ये रशियन रासायनिक साहित्यातील जुना शब्द कोळसा कधी कधी "कोळसा" या शब्दाने बदलला होता (शेरर, 1807; सेव्हरगिन, 1815); 1824 पासून सोलोव्योव्हने कार्बन नावाची ओळख करून दिली.

लेखाची सामग्री

कार्बन, C (कार्बोनियम), घटकांच्या नियतकालिक सारणीतील IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) गटातील एक नॉन-मेटलिक रासायनिक घटक. डायमंड क्रिस्टल्स (चित्र 1), ग्रेफाइट किंवा फुलरीन आणि इतर स्वरूपात निसर्गात उद्भवते आणि सेंद्रिय (कोळसा, तेल, प्राणी आणि वनस्पती जीव इ.) आणि अजैविक पदार्थ (चुनखडी, बेकिंग सोडाआणि इ.).

कार्बन व्यापक आहे, परंतु पृथ्वीच्या कवचामध्ये त्याची सामग्री केवळ 0.19% आहे.

कार्बन मोठ्या प्रमाणावर साध्या पदार्थांच्या स्वरूपात वापरला जातो. मौल्यवान हिऱ्यांव्यतिरिक्त, जे दागिन्यांचा विषय आहेत, औद्योगिक हिरे खूप महत्वाचे आहेत - ग्राइंडिंग आणि कटिंग टूल्सच्या निर्मितीसाठी.

कोळसा आणि कार्बनचे इतर आकारहीन प्रकार विरंगीकरण, शुध्दीकरण, वायूंचे शोषण, तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रात जेथे विकसित पृष्ठभागासह शोषकांची आवश्यकता असते तेथे वापरली जाते. कार्बाइड्स, धातूसह कार्बनचे संयुगे, तसेच बोरॉन आणि सिलिकॉन (उदाहरणार्थ, Al 4 C 3 , SiC, B 4 C) उच्च कडकपणाने वैशिष्ट्यीकृत आहेत आणि ते अपघर्षक आणि कटिंग टूल्स बनविण्यासाठी वापरले जातात. कार्बन स्टील्स आणि मिश्रधातूंमध्ये मूलभूत स्थितीत आणि कार्बाइड्सच्या स्वरूपात असतो. उच्च तापमानात (सिमेंटिंग) कार्बनसह स्टील कास्टिंगच्या पृष्ठभागाच्या संपृक्ततेमुळे पृष्ठभागाची कडकपणा आणि पोशाख प्रतिरोधकता लक्षणीय वाढते. देखील पहामिश्रधातू.

निसर्गात ग्रेफाइटचे अनेक प्रकार आहेत; काही कृत्रिमरित्या प्राप्त केले जातात; आकारहीन फॉर्म उपलब्ध आहेत (उदा. कोक आणि कोळसा). ऑक्सिजनच्या अभावी हायड्रोकार्बन्स जाळल्यावर काजळी, हाडांचा कोळसा, दिव्याचा काळा, अॅसिटिलीन ब्लॅक तयार होतो. तथाकथित पांढरा कार्बनकमी दाबाखाली पायरोलाइटिक ग्रेफाइटच्या उदात्तीकरणाद्वारे प्राप्त - हे टोकदार कडा असलेल्या ग्रेफाइटच्या पानांचे सर्वात लहान पारदर्शक क्रिस्टल्स आहेत.

इतिहास संदर्भ.

ग्रेफाइट, हिरा आणि आकारहीन कार्बन प्राचीन काळापासून ज्ञात आहेत. हे फार पूर्वीपासून ज्ञात आहे की इतर सामग्री ग्रेफाइटने चिन्हांकित केली जाऊ शकते आणि "ग्रेफाइट" हे नाव ग्रीक शब्दापासून आले आहे, ज्याचा अर्थ "लिहिणे" असा होतो. गोंधळलेले, अनेकदा समान बाह्य भौतिक गुणधर्म असलेले पदार्थ चुकीचे होते. , जसे की मोलिब्डेनाइट (मॉलिब्डेनम सल्फाइड), एकेकाळी ग्रेफाइट मानले जात असे. ग्रेफाइटच्या इतर नावांमध्ये "ब्लॅक लीड", "आयर्न कार्बाइड", "सिल्व्हर लीड" यांचा समावेश होतो. 1779 मध्ये, के. शीले यांना असे आढळून आले की ग्रेफाइटचे हवेसह ऑक्सीकरण होऊन कार्बन डायऑक्साइड तयार होऊ शकतो.

प्रथमच, हिऱ्यांचा वापर भारतात आढळला आणि ब्राझीलमध्ये, मौल्यवान दगडांना 1725 मध्ये व्यावसायिक महत्त्व प्राप्त झाले; दक्षिण आफ्रिकेतील ठेवी 1867 मध्ये सापडल्या. 20 व्या शतकात. मुख्य हिरे उत्पादक दक्षिण आफ्रिका, झैरे, बोत्सवाना, नामिबिया, अंगोला, सिएरा लिओन, टांझानिया आणि रशिया आहेत. कृत्रिम हिरे, ज्याचे तंत्रज्ञान 1970 मध्ये तयार केले गेले होते, ते औद्योगिक हेतूंसाठी तयार केले जातात.

ऍलोट्रॉपी.

जर एखाद्या पदार्थाची संरचनात्मक एकके (मोनॅटॉमिक घटकांसाठी अणू किंवा पॉलीएटॉमिक घटक आणि संयुगेसाठी रेणू) एकापेक्षा जास्त स्फटिक स्वरूपात एकमेकांशी जोडण्यास सक्षम असतील, तर या घटनेला अॅलोट्रॉपी म्हणतात. कार्बनमध्ये तीन अॅलोट्रॉपिक बदल आहेत - डायमंड, ग्रेफाइट आणि फुलरीन. डायमंडमध्ये, प्रत्येक कार्बन अणूला 4 टेट्राहेड्रल शेजारी असतात, ज्यामुळे घन संरचना तयार होते (चित्र 1, a). ही रचना बाँडच्या कमाल सहसंयोजकतेशी सुसंगत आहे आणि प्रत्येक कार्बन अणूचे सर्व 4 इलेक्ट्रॉन उच्च-शक्तीचे C–C बंध तयार करतात, उदा. संरचनेत कोणतेही वहन इलेक्ट्रॉन नाहीत. म्हणून, डायमंडला चालकता, कमी थर्मल चालकता, उच्च कडकपणा द्वारे ओळखले जाते; हे ज्ञात सर्वात कठीण पदार्थ आहे (चित्र 2). टेट्राहेड्रल रचनेत C–C बॉण्ड (बंधाची लांबी 1.54 Å, म्हणून सहसंयोजक त्रिज्या 1.54/2 = 0.77 Å) तोडण्यासाठी भरपूर ऊर्जा लागते, म्हणून हिरा, अपवादात्मक कडकपणासह, उच्च वितळ बिंदू (3550) द्वारे दर्शविला जातो. °C).

कार्बनचे आणखी एक अॅलोट्रॉपिक स्वरूप ग्रेफाइट आहे, जे गुणधर्मांमध्ये हिऱ्यापेक्षा खूप वेगळे आहे. ग्रेफाइट हा सहजपणे एक्सफोलिएटिंग क्रिस्टल्सचा एक मऊ काळा पदार्थ आहे, ज्याची वैशिष्ट्ये चांगली विद्युत चालकता (विद्युत प्रतिरोध 0.0014 ओहम सेमी) आहे. म्हणून, कंस दिवे आणि भट्टी (चित्र 3) मध्ये ग्रेफाइटचा वापर केला जातो, ज्यामध्ये उच्च तापमान तयार करणे आवश्यक आहे. मध्ये उच्च शुद्धतेचा ग्रेफाइट वापरला जातो आण्विक अणुभट्ट्यान्यूट्रॉन नियंत्रक म्हणून. भारदस्त दाबावर त्याचा वितळण्याचा बिंदू 3527°C आहे. सामान्य दाबावर, 3780°C वर ग्रेफाइट सबलिमेट्स (घन अवस्थेतून वायूमध्ये स्थानांतरीत होते).

ग्रेफाइट रचना (चित्र 1, b) ही 1.42 Å (हिऱ्यापेक्षा लक्षणीयरीत्या लहान) बाँड लांबीसह फ्यूज्ड षटकोनी रिंगांची एक प्रणाली आहे, परंतु प्रत्येक कार्बन अणूमध्ये तीन शेजारी असलेले सहसंयोजक बंध आहेत (3.4) Å) सहसंयोजक बंधासाठी खूप लांब आहे आणि ग्रेफाइटचे समांतर स्टॅक केलेले स्तर एकमेकांना कमकुवतपणे बांधतात. हा कार्बनचा चौथा इलेक्ट्रॉन आहे जो ग्रेफाइटची थर्मल आणि इलेक्ट्रिकल चालकता निर्धारित करतो - हे लांब आणि कमी मजबूत बंधन ग्रेफाइटची कमी कॉम्पॅक्टनेस बनवते, जे हिऱ्याच्या तुलनेत त्याच्या कमी कडकपणामध्ये परावर्तित होते (ग्रेफाइट घनता 2.26 g/cm 3, हिरा - 3.51 ग्रॅम/सेमी 3). त्याच कारणास्तव, ग्रेफाइट स्पर्शास निसरडा असतो आणि पदार्थाचे फ्लेक्स सहजपणे वेगळे करतो, ज्याचा वापर वंगण आणि पेन्सिल लीड्स बनविण्यासाठी केला जातो. शिशाची चमक मुख्यत्वे ग्रेफाइटच्या उपस्थितीमुळे असते.

कार्बन फायबरची ताकद जास्त असते आणि ते रेयॉन किंवा इतर उच्च कार्बन धागे तयार करण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात.

उच्च दाब आणि तापमानात, लोहासारख्या उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत, ग्रेफाइटचे हिऱ्यात रूपांतर होऊ शकते. ही प्रक्रिया कृत्रिम हिऱ्यांच्या औद्योगिक उत्पादनासाठी लागू करण्यात आली आहे. डायमंड क्रिस्टल्स उत्प्रेरकाच्या पृष्ठभागावर वाढतात. ग्रेफाइट-डायमंड समतोल 15,000 atm आणि 300 K किंवा 4,000 atm आणि 1,500 K वर आहे. कृत्रिम हिरे हायड्रोकार्बन्सपासून देखील मिळू शकतात.

कार्बनचे अनाकार स्वरूप जे क्रिस्टल्स बनत नाहीत त्यात कोळशाचा समावेश होतो, हवा, दिवा आणि वायूच्या काजळीशिवाय झाड गरम करून मिळविलेला, हवेच्या कमतरतेसह हायड्रोकार्बन्सच्या कमी-तापमानाच्या ज्वलनाच्या वेळी तयार होतो आणि थंड पृष्ठभागावर घनरूप होतो, हाडे चार - हाडे नष्ट करण्याच्या प्रक्रियेत कॅल्शियम फॉस्फेटचे मिश्रण, तसेच कोळसा (अशुद्धतेसह एक नैसर्गिक पदार्थ) आणि कोक, कोळसा किंवा तेल अवशेष (बिटुमिनस कोळसा) यांच्या कोरड्या ऊर्धपातन इंधनाच्या कोकिंगमधून प्राप्त होणारे कोरडे अवशेष, म्हणजे हवेशिवाय गरम करणे. कोकचा वापर लोह वितळण्यासाठी, फेरस आणि नॉन-फेरस धातूशास्त्रात केला जातो. कोकिंग दरम्यान, वायूजन्य उत्पादने देखील तयार होतात - कोक गॅस (H 2 , CH 4 , CO, इ.) आणि रासायनिक उत्पादने जी गॅसोलीन, पेंट्स, खते, औषधे, प्लास्टिक इत्यादींच्या निर्मितीसाठी कच्चा माल आहेत. कोकच्या उत्पादनासाठी मुख्य उपकरणाची योजना - कोक ओव्हन - अंजीरमध्ये दर्शविली आहे. 3.

कोळसा आणि काजळीचे विविध प्रकार विकसित पृष्ठभागाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत केले जातात आणि म्हणून ते वायू आणि द्रव शुद्धीकरणासाठी शोषक म्हणून तसेच उत्प्रेरक म्हणून वापरले जातात. कार्बनचे विविध प्रकार मिळविण्यासाठी, रासायनिक तंत्रज्ञानाच्या विशेष पद्धती वापरल्या जातात. कृत्रिम ग्रेफाइट 2260°C (Acheson प्रक्रिया) वर कार्बन इलेक्ट्रोड्समध्ये कॅल्सीनिंग ऍन्थ्रासाइट किंवा पेट्रोलियम कोकद्वारे प्राप्त केले जाते आणि वंगण आणि इलेक्ट्रोड्सच्या उत्पादनासाठी, विशेषतः धातूंच्या इलेक्ट्रोलाइटिक उत्पादनासाठी वापरले जाते.

कार्बन अणूची रचना.

वस्तुमान 12 (98.9% विपुलता) च्या सर्वात स्थिर कार्बन समस्थानिकेच्या केंद्रकामध्ये 6 प्रोटॉन आणि 6 न्यूट्रॉन (12 न्यूक्लिओन्स) तीन चतुर्थांशांमध्ये व्यवस्था केलेले आहेत, प्रत्येकामध्ये 2 प्रोटॉन आणि दोन न्यूट्रॉन आहेत, हेलियम न्यूक्लियस प्रमाणेच. आणखी एक स्थिर कार्बन समस्थानिक 13 C (ca. 1.1%) आहे आणि एक अस्थिर समस्थानिक 14 C निसर्गात 5730 वर्षांच्या अर्धायुष्यासह अस्तित्वात आहे. b-विकिरण. CO 2 च्या रूपातील तिन्ही समस्थानिक सजीव पदार्थाच्या सामान्य कार्बन चक्रात भाग घेतात. सजीवांच्या मृत्यूनंतर, कार्बनचा वापर थांबतो आणि C-युक्त वस्तूंची किरणोत्सर्गी पातळी मोजून दिनांक 14 C. कमी होते. b-14 CO 2 चे रेडिएशन हे मृत्यूपासून निघून गेलेल्या वेळेच्या प्रमाणात असते. 1960 मध्ये, डब्ल्यू. लिबी यांना किरणोत्सर्गी कार्बनवरील संशोधनासाठी नोबेल पारितोषिक देण्यात आले.

ग्राउंड स्टेटमध्ये, कार्बनचे 6 इलेक्ट्रॉन 1 चे इलेक्ट्रॉन कॉन्फिगरेशन बनवतात s 2 2s 2 2px 1 2py 1 2pz 0 दुसऱ्या स्तराचे चार इलेक्ट्रॉन व्हॅलेन्स आहेत, जे नियतकालिक प्रणालीच्या IVA गटातील कार्बनच्या स्थितीशी संबंधित आहेत ( सेमी. घटकांची नियतकालिक सारणी). गॅस टप्प्यात अणूपासून इलेक्ट्रॉनच्या अलिप्ततेसाठी मोठ्या उर्जेची (सुमारे 1070 kJ / mol) आवश्यकता असल्याने, कार्बन इतर घटकांसह आयनिक बंध तयार करत नाही, कारण यासाठी पॉझिटिव्हच्या निर्मितीसह इलेक्ट्रॉनची अलिप्तता आवश्यक असते. आयन 2.5 च्या इलेक्ट्रॉन नकारात्मकतेसह, कार्बन मजबूत इलेक्ट्रॉन आत्मीयता दर्शवत नाही आणि म्हणून सक्रिय इलेक्ट्रॉन स्वीकारणारा नाही. म्हणून, नकारात्मक शुल्कासह कण तयार होण्याची शक्यता नाही. परंतु बाँडच्या अंशतः आयनिक स्वरूपासह, काही कार्बन संयुगे अस्तित्वात आहेत, उदाहरणार्थ, कार्बाइड्स. यौगिकांमध्ये, कार्बनची ऑक्सिडेशन स्थिती 4 असते. चार इलेक्ट्रॉन बंधांच्या निर्मितीमध्ये सहभागी होण्यासाठी, 2 कमी करणे आवश्यक आहे. s-इलेक्ट्रॉन आणि यापैकी एका इलेक्ट्रॉनची 2 ने उडी pz- कक्षीय; या प्रकरणात, 4 टेट्राहेड्रल बंध त्यांच्या दरम्यान 109° च्या कोनासह तयार होतात. संयुगांमध्ये, कार्बनचे व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन केवळ अंशतः त्यापासून दूर काढले जातात, म्हणून कार्बन सामान्य इलेक्ट्रॉन जोडी वापरून C–C प्रकारच्या शेजारच्या अणूंमध्ये मजबूत सहसंयोजक बंध तयार करतो. अशा बाँडची फुटण्याची ऊर्जा 335 kJ/mol आहे, तर Si-Si बाँडसाठी ती फक्त 210 kJ/mol आहे; म्हणून, लांब –Si–Si– साखळी अस्थिर असतात. कार्बन, CF 4 आणि CCl 4 सह अत्यंत प्रतिक्रियाशील हॅलोजनच्या संयुगेमध्येही बाँडचे सहसंयोजक स्वरूप कायम ठेवले जाते. कार्बन अणू बाँड निर्मितीसाठी प्रत्येक कार्बन अणूमधून एकापेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन प्रदान करण्यास सक्षम आहेत; अशा प्रकारे दुहेरी C=C आणि तिप्पट CºC बंध तयार होतात. इतर घटक देखील त्यांच्या अणूंमध्ये बंध तयार करतात, परंतु केवळ कार्बनच लांब साखळी तयार करण्यास सक्षम आहे. म्हणून, कार्बनसाठी हजारो संयुगे ओळखले जातात, ज्यांना हायड्रोकार्बन्स म्हणतात, ज्यामध्ये कार्बन हायड्रोजन आणि इतर कार्बन अणूंशी जोडला जातो, लांब साखळ्या किंवा रिंग संरचना तयार करतात. सेमी. रसायनशास्त्र ऑर्गेनिक.

या संयुगांमध्ये, हायड्रोजनला इतर अणूंसह बदलणे शक्य आहे, बहुतेक वेळा ऑक्सिजन, नायट्रोजन आणि हॅलोजनसह, अनेक सेंद्रिय संयुगे तयार होतात. फ्लोरोकार्बन, हायड्रोकार्बन्स ज्यामध्ये हायड्रोजनची जागा फ्लोरिनने घेतली आहे, त्यांच्यामध्ये महत्त्वाचे स्थान आहे. अशी संयुगे अत्यंत जड असतात आणि ती प्लास्टिक आणि वंगण म्हणून वापरली जातात (फ्लोरोकार्बन्स, म्हणजे हायड्रोकार्बन्स ज्यामध्ये सर्व हायड्रोजन अणू फ्लोरिन अणूंनी बदलले जातात) आणि कमी-तापमान शीतक (फ्रॉन्स, किंवा फ्रीॉन्स, - फ्लोरोक्लोरोहायड्रोकार्बन्स) म्हणून वापरले जातात.

1980 च्या दशकात, यूएस भौतिकशास्त्रज्ञांनी अतिशय मनोरंजक कार्बन संयुगे शोधून काढले ज्यामध्ये कार्बन अणू 5- किंवा 6-गोन्समध्ये जोडलेले असतात, परिपूर्ण सॉकर बॉल सममितीसह पोकळ चेंडूच्या आकारात C 60 रेणू तयार करतात. अमेरिकन वास्तुविशारद आणि अभियंता बकमिन्स्टर फुलर यांनी शोधलेल्या "जिओडेसिक घुमट" या रचनेत अधोरेखित होत असल्याने, संयुगांच्या नवीन वर्गाला "बकमिंस्टरफुलेरेन्स" किंवा "फुलेरेन्स" (आणि थोडक्यात, "फॅसिबॉल" किंवा "बकीबॉल") म्हणतात. फुलरेन्स - शुद्ध कार्बनचा तिसरा बदल (हिरा आणि ग्रेफाइट वगळता), ज्यामध्ये 60 किंवा 70 (आणि त्याहूनही अधिक) अणू असतात - कार्बनच्या सर्वात लहान कणांवर लेसर रेडिएशनच्या क्रियेद्वारे प्राप्त केले गेले. अधिक जटिल स्वरूपाच्या फुलरेन्समध्ये अनेक शंभर कार्बन अणू असतात. C 60 रेणूचा व्यास ~ 1 nm आहे. अशा रेणूच्या मध्यभागी एक मोठा युरेनियम अणू सामावून घेण्यासाठी पुरेशी जागा आहे.

मानक अणु वस्तुमान.

1961 मध्ये, इंटरनॅशनल युनियन्स ऑफ प्युअर अँड अप्लाइड केमिस्ट्री (IUPAC) आणि भौतिकशास्त्रात कार्बन समस्थानिक 12 C हे अणू वस्तुमानाचे एकक म्हणून स्वीकारले, अणू वस्तुमानाचा पूर्वीचा ऑक्सिजन स्केल रद्द केला. या प्रणालीतील कार्बनचे अणू वस्तुमान १२.०११ आहे, कारण ते तीन नैसर्गिक कार्बन समस्थानिकांसाठी सरासरी आहे, त्यांची निसर्गातील विपुलता लक्षात घेऊन. सेमी. परमाणु वस्तुमान.

कार्बनचे रासायनिक गुणधर्म आणि त्यातील काही संयुगे.

कार्बनचे काही भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म रासायनिक घटक या लेखात दिले आहेत. कार्बनची प्रतिक्रिया त्याच्या बदल, तापमान आणि फैलाव यावर अवलंबून असते. कमी तापमानात, कार्बनचे सर्व प्रकार पूर्णपणे जड असतात, परंतु गरम केल्यावर ते वातावरणातील ऑक्सिजनद्वारे ऑक्सिडाइझ केले जातात, ऑक्साइड तयार करतात:

ऑक्सिजनपेक्षा जास्त प्रमाणात विखुरलेला कार्बन गरम झाल्यावर किंवा ठिणगीतून स्फोट होण्यास सक्षम असतो. थेट ऑक्सिडेशन व्यतिरिक्त, बरेच काही आहेत आधुनिक पद्धतीऑक्साईड मिळवणे.

सबऑक्साइड कार्बन

C 3 O 2 हे P 4 O 10 पेक्षा जास्त malonic ऍसिडच्या निर्जलीकरण दरम्यान तयार होते:

C 3 O 2 मध्ये एक अप्रिय गंध आहे, ते सहजपणे हायड्रोलायझ केले जाते, मॅलोनिक ऍसिड पुन्हा तयार करते.

कार्बन मोनोऑक्साइड (II)ऑक्सिजनच्या अनुपस्थितीत कार्बनच्या कोणत्याही बदलाच्या ऑक्सिडेशन दरम्यान CO तयार होतो. प्रतिक्रिया एक्झोथर्मिक आहे, 111.6 kJ/mol सोडली जाते. पांढऱ्या उष्णतेवर कोक पाण्यावर प्रतिक्रिया देतो: C + H 2 O = CO + H 2; परिणामी गॅस मिश्रणाला "वॉटर गॅस" म्हणतात आणि आहे वायू इंधन. सीओ पेट्रोलियम उत्पादनांच्या अपूर्ण ज्वलनाच्या वेळी देखील तयार होतो, ऑटोमोबाईल एक्झॉस्टमध्ये लक्षणीय प्रमाणात आढळतो आणि फॉर्मिक ऍसिडच्या थर्मल डिसोसिएशनद्वारे प्राप्त होतो:

CO मध्ये कार्बनची ऑक्सिडेशन स्थिती +2 आहे, आणि कार्बन +4 ऑक्सिडेशन अवस्थेत अधिक स्थिर असल्याने, CO ऑक्सिजनद्वारे CO 2 वर सहज ऑक्सीकरण केले जाते: CO + O 2 → CO 2, ही प्रतिक्रिया अत्यंत एक्झोथर्मिक आहे (283 kJ / mol). CO चा वापर उद्योगात H 2 आणि इतर ज्वलनशील वायूंच्या मिश्रणात इंधन किंवा वायू कमी करणारे घटक म्हणून केला जातो. 500° C ला गरम केल्यावर, CO ची C आणि CO 2 लक्षात येण्याजोग्या प्रमाणात तयार होते, परंतु 1000° C वर, CO 2 च्या कमी सांद्रतेवर समतोल स्थापित केला जातो. CO ची क्लोरीनवर प्रतिक्रिया होते, फॉस्जीन तयार होते - COCl 2, इतर हॅलोजनसह प्रतिक्रिया त्याचप्रमाणे पुढे जातात, सल्फरच्या अभिक्रियामध्ये, कार्बोनिल सल्फाइड COS प्राप्त होतो, धातू (M) CO विविध रचनांचे कार्बोनिल्स बनवते M (CO) x, जे जटिल संयुगे आहेत. लोह कार्बोनिल हे रक्तातील हिमोग्लोबिनच्या CO सह परस्परसंवादाने तयार होते, ऑक्सिजनसह हिमोग्लोबिनची प्रतिक्रिया रोखते, कारण लोह कार्बोनिल एक मजबूत संयुग आहे. परिणामी, पेशींमध्ये ऑक्सिजन वाहक म्हणून हिमोग्लोबिनचे कार्य अवरोधित केले जाते, जे नंतर मरतात (आणि सर्व प्रथम, मेंदूच्या पेशी प्रभावित होतात). (म्हणून CO चे दुसरे नाव - "कार्बन मोनोऑक्साइड"). जर एखादी व्यक्ती 10 मिनिटांपेक्षा जास्त काळ अशा वातावरणात असेल तर हवेतील 1% (व्हॉल्यू.) CO धोकादायक आहे. CO चे काही भौतिक गुणधर्म तक्त्यामध्ये दिले आहेत.

कार्बन डायऑक्साइड, किंवा कार्बन मोनोऑक्साइड (IV)जास्त ऑक्सिजनमध्ये मूलभूत कार्बनच्या ज्वलनाच्या वेळी उष्णता (395 kJ/mol) सोडल्यास CO 2 तयार होतो. CO 2 ("कार्बन डायऑक्साइड" हे क्षुल्लक नाव) CO, पेट्रोलियम उत्पादने, पेट्रोल, तेल आणि इतर सेंद्रिय संयुगे यांच्या संपूर्ण ऑक्सिडेशन दरम्यान देखील तयार होते. जेव्हा कार्बोनेट पाण्यात विरघळतात, तेव्हा हायड्रोलिसिसच्या परिणामी CO 2 देखील सोडला जातो:

सीओ 2 मिळविण्यासाठी ही प्रतिक्रिया प्रयोगशाळेच्या सरावात वापरली जाते. हा वायू मेटल बायकार्बोनेट्सचे कॅल्सीनिंग करून देखील मिळू शकतो:

CO सह सुपरहीटेड वाफेच्या गॅस-फेज संवादामध्ये:

हायड्रोकार्बन्स आणि त्यांचे ऑक्सिजन डेरिव्हेटिव्ह जळताना, उदाहरणार्थ:

त्याचप्रमाणे, अन्न उत्पादनांचे औष्णिक आणि इतर प्रकारच्या उर्जेच्या मुक्ततेसह सजीवांमध्ये ऑक्सिडाइझ केले जाते. या प्रकरणात, ऑक्सिडेशन मध्यवर्ती टप्प्यांद्वारे सौम्य परिस्थितीत पुढे जाते, परंतु अंतिम उत्पादने समान असतात - CO 2 आणि H 2 O, उदाहरणार्थ, एंजाइमच्या कृती अंतर्गत शर्करा विघटन दरम्यान, विशेषतः किण्वन दरम्यान. ग्लुकोजचे:

कार्बन डाय ऑक्साईड आणि मेटल ऑक्साईडचे मोठे टन उत्पादन उद्योगात कार्बोनेटच्या थर्मल विघटनाद्वारे केले जाते:

सीमेंट उत्पादन तंत्रज्ञानामध्ये CaO मोठ्या प्रमाणात वापरला जातो. या योजनेनुसार कार्बोनेटची थर्मल स्थिरता आणि त्यांच्या विघटनासाठी उष्णतेचा वापर CaCO 3 (सीरीज) मध्ये वाढतो. देखील पहाआग प्रतिबंध आणि आग संरक्षण).

कार्बन ऑक्साईडची इलेक्ट्रॉनिक रचना.

कोणत्याही कार्बन मोनॉक्साईडच्या इलेक्ट्रॉनिक संरचनेचे वर्णन इलेक्ट्रॉन जोड्यांच्या वेगवेगळ्या व्यवस्थेसह तीन समतुल्य योजनांद्वारे केले जाऊ शकते - तीन रेझोनंट फॉर्म:

कार्बनच्या सर्व ऑक्साईडची एक रेखीय रचना असते.

कार्बोनिक ऍसिड.

जेव्हा CO 2 पाण्याशी संवाद साधतो तेव्हा कार्बोनिक ऍसिड H 2 CO 3 तयार होते. CO 2 (0.034 mol/l) च्या संतृप्त द्रावणात, रेणूंचा फक्त एक भाग H 2 CO 3 बनतो आणि बहुतेक CO 2 CO 2 CHH 2 O च्या हायड्रेटेड अवस्थेत असतो.

कार्बोनेट.

कार्बोनेट CO 2 सह मेटल ऑक्साईडच्या परस्परसंवादाने तयार होतात, उदाहरणार्थ, Na 2 O + CO 2 Na 2 CO 3.

अल्कली मेटल कार्बोनेटचा अपवाद वगळता, बाकीचे पाण्यात व्यावहारिकदृष्ट्या अघुलनशील असतात आणि कॅल्शियम कार्बोनेट कार्बोनिक ऍसिडमध्ये अंशतः विरघळणारे असतात किंवा दाब असलेल्या पाण्यात CO 2 द्रावणात:

या प्रक्रिया चुनखडीच्या थरातून वाहणाऱ्या भूजलामध्ये घडतात. परिस्थितीत कमी दाबआणि पासून बाष्पीभवन भूजलज्यामध्ये Ca(HCO 3) 2 अवक्षेपित CaCO 3 आहे. अशा प्रकारे गुहांमध्ये स्टॅलेक्टाईट्स आणि स्टॅलेग्माइट्स वाढतात. लोह, तांबे, मॅंगनीज आणि क्रोमियम आयनच्या पाण्यातील अशुद्धतेच्या उपस्थितीद्वारे या मनोरंजक भूवैज्ञानिक रचनांचा रंग स्पष्ट केला जातो. कार्बन डायऑक्साइड मेटल हायड्रॉक्साईड्स आणि त्यांच्या सोल्यूशनसह हायड्रोकार्बोनेट्स तयार करण्यासाठी प्रतिक्रिया देते, उदाहरणार्थ:

CS 2 + 2Cl 2 ® CCl 4 + 2S

CCl 4 टेट्राक्लोराइड हा एक ज्वलनशील पदार्थ नसलेला पदार्थ आहे, जो कोरड्या साफसफाईच्या प्रक्रियेत विलायक म्हणून वापरला जातो, परंतु ज्वालारोधक म्हणून वापरण्याची शिफारस केलेली नाही, कारण उच्च तापमानात ते विषारी फॉस्जीन (एक वायूयुक्त विषारी पदार्थ) बनवते. CCl 4 स्वतः देखील विषारी आहे आणि, जर योग्य प्रमाणात श्वास घेतल्यास, यकृत विषबाधा होऊ शकते. CCl 4 देखील मिथेन CH 4 आणि Cl 2 मधील फोटोकेमिकल अभिक्रियाने तयार होतो; या प्रकरणात, मिथेनच्या अपूर्ण क्लोरिनेशनच्या उत्पादनांची निर्मिती शक्य आहे - CHCl 3, CH 2 Cl 2 आणि CH 3 Cl. प्रतिक्रिया इतर हॅलोजन प्रमाणेच पुढे जातात.

ग्रेफाइट प्रतिक्रिया.

कार्बनचे बदल म्हणून ग्रेफाइट, षटकोनी रिंगांच्या थरांमधील मोठ्या अंतराने वैशिष्ट्यीकृत, असामान्य प्रतिक्रियांमध्ये प्रवेश करते, उदाहरणार्थ, अल्कली धातू, हॅलोजन आणि काही क्षार (FeCl 3) थरांमध्ये घुसतात, KC 8, KC ची संयुगे तयार करतात. 16 प्रकार (इंटरस्टिशियल, समावेश किंवा क्लॅथ्रेट्स म्हणतात). अम्लीय माध्यमात (सल्फ्यूरिक किंवा नायट्रिक ऍसिड) KClO 3 सारखे मजबूत ऑक्सिडायझिंग घटक क्रिस्टल जाळीच्या मोठ्या प्रमाणासह (थरांमधील 6 Å पर्यंत) पदार्थ तयार करतात, ज्याचे स्पष्टीकरण ऑक्सिजन अणूंचा परिचय आणि संयुगांच्या निर्मितीद्वारे केले जाते. , ज्याच्या पृष्ठभागावर, ऑक्सिडेशनच्या परिणामी, कार्बोक्सिल गट (–COOH ) - ऑक्सिडाइज्ड ग्रेफाइट किंवा मेलिटिक (बेंझेनहेक्साकार्बोक्झिलिक) ऍसिड C 6 (COOH) 6 सारखे संयुगे. या संयुगांमध्ये, C:O गुणोत्तर 6:1 ते 6:2.5 पर्यंत बदलू शकते.

कार्बाइड्स.

कार्बन धातू, बोरॉन आणि सिलिकॉन विविध संयुगे ज्याला कार्बाइड म्हणतात. सर्वात सक्रिय धातू (IA–IIIA उपसमूह) मीठासारखे कार्बाइड तयार करतात, उदाहरणार्थ, Na 2 C 2 , CaC 2 , Mg 4 C 3 , Al 4 C 3 . उद्योगात, कॅल्शियम कार्बाइड कोक आणि चुनखडीपासून खालील प्रतिक्रियांद्वारे प्राप्त केले जाते:

कार्बाइड्स गैर-वाहक असतात, जवळजवळ रंगहीन असतात, हायड्रोकार्बन्स तयार करण्यासाठी हायड्रोलायझ करतात, उदाहरणार्थ

CaC 2 + 2H 2 O \u003d C 2 H 2 + Ca (OH) 2

प्रतिक्रियेद्वारे तयार होणारे ऍसिटिलीन C 2 H 2 अनेक सेंद्रिय पदार्थांच्या निर्मितीमध्ये फीडस्टॉक म्हणून काम करते. ही प्रक्रिया मनोरंजक आहे कारण ती अकार्बनिक निसर्गाच्या कच्च्या मालापासून सेंद्रिय संयुगेच्या संश्लेषणात संक्रमण दर्शवते. हायड्रोलिसिसवर अॅसिटिलीन तयार करणाऱ्या कार्बाइड्सना एसिटाइलाइड म्हणतात. सिलिकॉन आणि बोरॉन कार्बाइड्समध्ये (SiC आणि B 4 C), अणूंमधील बंध सहसंयोजक असतो. संक्रमण धातू (बी-उपसमूह घटक) कार्बनने गरम केल्यावर धातूच्या पृष्ठभागावरील क्रॅकमध्ये परिवर्तनीय रचनेचे कार्बाइड तयार करतात; त्यांच्यातील बंध धातूच्या जवळ आहे. या प्रकारच्या काही कार्बाइड्स, जसे की WC, W 2 C, TiC आणि SiC, उच्च कडकपणा आणि रीफ्रॅक्टरनेस द्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत आणि चांगली विद्युत चालकता आहे. उदाहरणार्थ, NbC, TaC आणि HfC हे सर्वात रीफ्रॅक्टरी पदार्थ आहेत (mp = 4000–4200 ° C), डायनिओबियम कार्बाइड Nb 2 C 9.18 K वर एक सुपरकंडक्टर आहे, TiC आणि W 2 C हे डायमंडच्या कडकपणाच्या जवळ आहेत, आणि कडकपणा B. 4 C (हिराचे स्ट्रक्चरल अॅनालॉग) मोह्स स्केलवर 9.5 आहे ( सेमी. तांदूळ २). संक्रमण धातूची त्रिज्या असल्यास निष्क्रिय कार्बाइड तयार होतात

कार्बनचे नायट्रोजन डेरिव्हेटिव्ह्ज.

या गटात युरिया NH 2 CONH 2 - द्रावणाच्या स्वरूपात वापरले जाणारे नायट्रोजन खत समाविष्ट आहे. दबावाखाली गरम केल्यावर NH 3 आणि CO 2 मधून युरिया मिळतो:

सायनोजेन (CN) 2 हे हॅलोजनच्या अनेक गुणधर्मांसारखेच असते आणि बहुतेकदा त्याला स्यूडोहॅलोजन म्हणून संबोधले जाते. सायनाइड आयनचे ऑक्सिजन, हायड्रोजन पेरॉक्साइड किंवा Cu 2+ आयन: 2CN - ® (CN) 2 + 2e सह ​​सायनाइड आयनचे सौम्य ऑक्सीकरण करून मिळते.

सायनाइड आयन, इलेक्ट्रॉन दाता असल्याने, संक्रमण धातूच्या आयनांसह सहजपणे जटिल संयुगे तयार करतात. CO प्रमाणेच, सायनाइड आयन हे एक विष आहे, जे सजीवांमध्ये लोह संयुगे बांधते. सायनाइड कॉम्प्लेक्स आयनमध्ये सामान्य सूत्र -0.5 असते x, कुठे एक्सही धातूची समन्वय संख्या आहे (जटिल एजंट), प्रायोगिकदृष्ट्या धातूच्या आयनच्या ऑक्सिडेशन स्थितीच्या दुप्पट मूल्याच्या समान. अशा जटिल आयनांची उदाहरणे आहेत (काही आयनांची रचना खाली दिली आहे) टेट्रासायनो-निकेलेट (II) -आयन 2–, हेक्सास्यानोफेरेट (III) 3–, डायसायनोअर्जेन्टेट -:

कार्बोनिल्स.

कार्बन मोनोऑक्साइड अनेक धातू किंवा धातूच्या आयनांवर थेट प्रतिक्रिया देण्यास सक्षम आहे, ज्यामुळे कार्बोनिल्स नावाची जटिल संयुगे तयार होतात, जसे की Ni(CO) 4 , Fe(CO) 5 , Fe 2 (CO) 9 , 3 , Mo(CO) 6 , 2 . या यौगिकांमधील बंध वर वर्णन केलेल्या सायनो कॉम्प्लेक्समधील बाँडसारखेच असतात. Ni(CO) 4 हा एक अस्थिर पदार्थ आहे जो निकेलला इतर धातूंपासून वेगळे करण्यासाठी वापरला जातो. स्ट्रक्चर्समध्ये कास्ट आयर्न आणि स्टीलच्या संरचनेचा बिघाड बहुतेक वेळा कार्बोनिल्सच्या निर्मितीशी संबंधित असतो. हायड्रोजन कार्बोनिल्सचा भाग असू शकतो, कार्बोनिल हायड्राइड तयार करतो, जसे की H 2 Fe (CO) 4 आणि HCo (CO) 4, जे अम्लीय गुणधर्म प्रदर्शित करतात आणि अल्कलीशी प्रतिक्रिया देतात:

H 2 Fe(CO) 4 + NaOH → NaHFe(CO) 4 + H 2 O

कार्बोनिल हॅलाइड्स देखील ओळखले जातात, उदाहरणार्थ Fe (CO) X 2, Fe (CO) 2 X 2, Co (CO) I 2, Pt (CO) Cl 2, जेथे X कोणतेही हॅलोजन आहे.

हायड्रोकार्बन्स.

हायड्रोजनसह कार्बनच्या संयुगे मोठ्या संख्येने ज्ञात आहेत

• पदनाम - C (कार्बन);
• कालावधी - II;
• गट - 14 (IVa);
• अणु द्रव्यमान - 12.011;
• अणुक्रमांक - 6;
• अणूची त्रिज्या = 77 pm;
• सहसंयोजक त्रिज्या = 77 pm;
• इलेक्ट्रॉनचे वितरण - 1s 2 2s 2 2p 2;
• हळुवार बिंदू = 3550°C;
• उकळत्या बिंदू = 4827°C;
• इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी (पॉलिंगनुसार / आल्प्रेड आणि रोचोव्हच्या मते) = 2.55 / 2.50;
• ऑक्सीकरण स्थिती: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• घनता (n.a.) \u003d 2.25 g/cm 3 (ग्रेफाइट);
• मोलर व्हॉल्यूम = 5.3 सेमी 3 / मोल.

कार्बन संयुगे:

कोळशाच्या स्वरूपात कार्बन अनादी काळापासून माणसाला ज्ञात आहे, म्हणून, त्याच्या शोधाच्या तारखेबद्दल बोलण्यात काही अर्थ नाही. वास्तविक, कार्बनला त्याचे नाव 1787 मध्ये मिळाले, जेव्हा "केमिकल नामकरणाची पद्धत" हे पुस्तक प्रकाशित झाले, ज्यामध्ये फ्रेंच नाव "शुद्ध कोळसा" (चार्बोन पुर) ऐवजी "कार्बन" (कार्बोन) हा शब्द दिसला.

कार्बनमध्ये अमर्यादित लांबीच्या पॉलिमर साखळ्या तयार करण्याची अद्वितीय क्षमता आहे, ज्यामुळे रसायनशास्त्राच्या एका वेगळ्या शाखेद्वारे अभ्यासल्या जाणार्‍या संयुगांचा एक मोठा वर्ग निर्माण होतो - सेंद्रिय रसायनशास्त्र. सेंद्रिय कार्बन संयुगे पृथ्वीवरील जीवनाला अधोरेखित करतात, म्हणून, रासायनिक घटक म्हणून कार्बनच्या महत्त्वाबद्दल बोलण्यात काही अर्थ नाही - तो पृथ्वीवरील जीवनाचा आधार आहे.

आता अजैविक रसायनशास्त्राच्या दृष्टिकोनातून कार्बनचा विचार करा.

तांदूळ. कार्बन अणूची रचना.

कार्बनचे इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फिगरेशन 1s 2 2s 2 2p 2 आहे (अणूंची इलेक्ट्रॉनिक रचना पहा). बाह्य ऊर्जा स्तरावर, कार्बनमध्ये 4 इलेक्ट्रॉन असतात: 2 s-sublevel वर जोडलेले + 2 p-orbitals वर जोडलेले नसलेले. जेव्हा कार्बन अणू उत्तेजित अवस्थेत जातो (ऊर्जेचा खर्च आवश्यक असतो), तेव्हा s-sublevel मधील एक इलेक्ट्रॉन त्याच्या जोडीला "सोडतो" आणि p-sublevel वर जातो, जेथे एक मुक्त कक्ष असते. अशा प्रकारे, उत्तेजित अवस्थेत, कार्बन अणूचे इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फिगरेशन खालील फॉर्म घेते: 1s 2 2s 1 2p 3 .

तांदूळ. कार्बन अणूचे उत्तेजित स्थितीत संक्रमण.

अशा "कॅस्टलिंग" कार्बन अणूंच्या व्हॅलेन्स शक्यतांचा लक्षणीय विस्तार करतात, जे ऑक्सिडेशन स्थिती +4 (सक्रिय नॉन-मेटल्ससह संयुगे) वरून -4 (धातूंच्या संयुगेमध्ये) पर्यंत नेऊ शकते.

उत्तेजित अवस्थेत, संयुगेमधील कार्बन अणूचे व्हॅलेन्स 2 असते, उदाहरणार्थ, CO (II), आणि उत्तेजित अवस्थेत त्यात 4: CO 2 (IV) असते.

कार्बन अणूची "विशिष्टता" या वस्तुस्थितीत आहे की त्याच्या बाह्य ऊर्जा स्तरावर 4 इलेक्ट्रॉन आहेत, म्हणून, पातळी पूर्ण करण्यासाठी (ज्यासाठी, कोणत्याही रासायनिक घटकाचे अणू प्रयत्न करतात), ते दोन्ही देऊ शकतात आणि सहसंयोजक बंध तयार करण्यासाठी समान "यश" इलेक्ट्रॉनसह संलग्न करा (कोव्हॅलेंट बाँड पहा).

कार्बन एक साधा पदार्थ म्हणून

एक साधा पदार्थ म्हणून, कार्बन अनेक ऍलोट्रॉपिक बदलांच्या स्वरूपात असू शकतो:

• हिरा
• ग्रेफाइट
• फुलरीन
• कार्बाइन

हिरा

तांदूळ. हिऱ्याची स्फटिक जाळी.

डायमंड गुणधर्म:

• रंगहीन क्रिस्टलीय पदार्थ;
• निसर्गातील सर्वात कठीण पदार्थ;
• एक मजबूत अपवर्तक प्रभाव आहे;
• उष्णता आणि विजेचे खराब वाहक.

तांदूळ. डायमंड टेट्राहेड्रॉन.

हिऱ्याची अपवादात्मक कडकपणा त्याच्या क्रिस्टल जाळीच्या संरचनेद्वारे स्पष्ट केली जाते, ज्याचा आकार टेट्राहेड्रॉनचा असतो - टेट्राहेड्रॉनच्या मध्यभागी एक कार्बन अणू असतो, जो शिरोबिंदू बनवणाऱ्या चार शेजारच्या अणूंसह तितक्याच मजबूत बंधांनी जोडलेला असतो. टेट्राहेड्रॉनचे (वरील आकृती पहा). असे "बांधकाम" यामधून, शेजारच्या टेट्राहेड्राशी जोडलेले आहे.

ग्रेफाइट

तांदूळ. ग्रेफाइट क्रिस्टल जाळी.

ग्रेफाइट गुणधर्म:

• स्तरित संरचनेचा राखाडी रंगाचा मऊ क्रिस्टलीय पदार्थ;
• धातूची चमक आहे;
• वीज चांगले चालवते.

ग्रेफाइटमध्ये, कार्बनचे अणू अनंत स्तरांमध्ये व्यवस्थित एकाच समतलात नियमित षटकोनी तयार करतात.

ग्रेफाइटमध्ये, शेजारच्या कार्बन अणूंमधील रासायनिक बंध प्रत्येक अणूच्या तीन व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन्सद्वारे तयार होतात (खालील आकृतीमध्ये निळ्या रंगात दाखवलेले), तर प्रत्येक कार्बन अणूचे चौथे इलेक्ट्रॉन (लाल रंगात दाखवलेले) पी-ऑर्बिटलमध्ये असते, जे ग्रेफाइट लेयरच्या समतलाला लंब असतो, लेयरच्या समतल भागामध्ये सहसंयोजक बंधांच्या निर्मितीमध्ये भाग घेत नाही. त्याचा "उद्देश" वेगळा आहे - शेजारच्या लेयरमध्ये पडलेल्या त्याच्या "भाऊ" शी संवाद साधणे, ते ग्रेफाइटच्या स्तरांमधील कनेक्शन प्रदान करते आणि पी-इलेक्ट्रॉनची उच्च गतिशीलता ग्रेफाइटची चांगली विद्युत चालकता निर्धारित करते.

तांदूळ. ग्रेफाइटमध्ये कार्बन अणूच्या ऑर्बिटल्सचे वितरण.

फुलरीन

तांदूळ. फुलरीन क्रिस्टल जाळी.

फुलरीन गुणधर्म:

• फुलरीन रेणू हा सॉकर बॉल सारख्या पोकळ गोलांमध्ये बंद असलेल्या कार्बन अणूंचा संग्रह आहे;
• हा पिवळ्या-केशरी रंगाचा बारीक-स्फटिकासारखा पदार्थ आहे;
• हळुवार बिंदू = 500-600°C;
• सेमीकंडक्टर;
• खनिज शुंगाइटचा भाग आहे.

कार्बाइन

कार्बाइन गुणधर्म:

• निष्क्रिय काळा पदार्थ;
• पॉलिमरिक रेखीय रेणूंचा समावेश असतो ज्यामध्ये अणू एकल आणि तिहेरी बॉन्ड्सद्वारे जोडलेले असतात;
• सेमीकंडक्टर

कार्बनचे रासायनिक गुणधर्म

सामान्य परिस्थितीत, कार्बन हा एक जड पदार्थ आहे, परंतु जेव्हा गरम होतो तेव्हा ते विविध साध्या आणि जटिल पदार्थांवर प्रतिक्रिया देऊ शकते.

कार्बनच्या बाह्य ऊर्जा स्तरावर 4 इलेक्ट्रॉन आहेत (तेथे किंवा येथे नाही) असे वर आधीच सांगितले गेले आहे, त्यामुळे कार्बन दोन्ही इलेक्ट्रॉन दान करू शकतो आणि ते स्वीकारू शकतो, काही संयुगांमध्ये कमी करणारे गुणधर्म आणि इतरांमध्ये ऑक्सिडायझिंग गुणधर्म दर्शवितो.

कार्बन आहे कमी करणारे एजंटऑक्सिजन आणि इतर घटकांच्या प्रतिक्रियांमध्ये ज्यांची इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटी जास्त असते (घटकांच्या इलेक्ट्रोनेगेटिव्हिटीचे तक्ता पहा):

• हवेत गरम केल्यावर ते जळते (कार्बन डायऑक्साइडच्या निर्मितीसह जास्त ऑक्सिजनसह; त्याच्या कमतरतेसह - कार्बन मोनोऑक्साइड (II)):
  C + O 2 \u003d CO 2;
  2C + O 2 \u003d 2CO.
• सल्फर वाफेसह उच्च तापमानावर प्रतिक्रिया देते, क्लोरीन, फ्लोरिनसह सहजपणे संवाद साधते:
  C+2S=CS2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F2+C=CF4
• गरम केल्यावर, ते ऑक्साइडमधून अनेक धातू आणि नॉन-मेटल्स पुनर्संचयित करते:
  C 0 + Cu +2 O \u003d Cu 0 + C +2 O;
  C 0 + C +4 O 2 \u003d 2C +2 O
• 1000 डिग्री सेल्सिअस (गॅसिफिकेशन प्रक्रिया) तपमानावर पाण्याशी प्रतिक्रिया करून पाण्याचा वायू तयार होतो:
  C + H 2 O \u003d CO + H 2;

कार्बन धातू आणि हायड्रोजनसह प्रतिक्रियांमध्ये ऑक्सिडायझिंग गुणधर्म प्रदर्शित करते:

• कार्बाइड तयार करण्यासाठी धातूंवर प्रतिक्रिया देते:
  Ca + 2C = CaC 2
• हायड्रोजनशी संवाद साधून कार्बन मिथेन बनवतो:
  C + 2H 2 = CH 4

कार्बन त्याच्या संयुगांच्या थर्मल विघटनाने किंवा मिथेनच्या पायरोलिसिसद्वारे (उच्च तापमानावर) प्राप्त होतो:
CH 4 \u003d C + 2H 2.

कार्बनचा वापर

कार्बन संयुगे राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थेत सर्वात विस्तृत अनुप्रयोग आढळले आहेत, त्या सर्वांची यादी करणे शक्य नाही, आम्ही फक्त काही सूचित करू:

• ग्रेफाइटचा वापर पेन्सिल लीड्स, इलेक्ट्रोड्स, मेल्टिंग क्रुसिबल, न्यूट्रॉन मॉडरेटर म्हणून अणुभट्ट्यांमध्ये, वंगण म्हणून केला जातो;
• हिरे दागिन्यांमध्ये, कटिंग साधन म्हणून, ड्रिलिंग उपकरणांमध्ये, अपघर्षक सामग्री म्हणून वापरले जातात;
• कमी करणारे एजंट म्हणून, कार्बनचा वापर विशिष्ट धातू आणि नॉन-मेटल्स (लोह, सिलिकॉन) मिळविण्यासाठी केला जातो;
• कार्बन मोठ्या प्रमाणात आहे सक्रिय कार्बन, ज्याला दैनंदिन जीवनात (उदाहरणार्थ, हवा आणि द्रावण शुद्ध करण्यासाठी शोषक म्हणून) आणि औषध (सक्रिय कार्बन टॅब्लेट) आणि उद्योगात (उत्प्रेरक ऍडिटीव्हसाठी वाहक म्हणून, पॉलिमरायझेशन उत्प्रेरक इ.) दोन्हीमध्ये सर्वात विस्तृत अनुप्रयोग आढळला आहे. ).

कार्बन(lat. कार्बोनियम), C, मेंडेलीव्ह नियतकालिक प्रणालीच्या गट IV चा एक रासायनिक घटक, अणु क्रमांक 6, अणु वस्तुमान 12.011. दोन स्थिर समस्थानिक ज्ञात आहेत: 12 C (98.892%) आणि 13 C (1.108%). किरणोत्सर्गी समस्थानिकांपैकी, सर्वात महत्वाचे म्हणजे अर्धायुष्य (T ½ \u003d 5.6 10 3 वर्षे) असलेले 14 C. 14 एन नायट्रोजन समस्थानिकेवरील कॉस्मिक रेडिएशन न्यूट्रॉनच्या क्रियेने वरच्या वातावरणात 14 से. (सुमारे 2 10 -10% वस्तुमान) सतत तयार होतात. त्यांचे वय 14 सी समस्थानिकेच्या विशिष्ट क्रियाकलापांद्वारे निर्धारित केले जाते. बायोजेनिक उत्पत्तीचे अवशेष. 14 सी हे समस्थानिक ट्रेसर म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.

इतिहास संदर्भ.कार्बन प्राचीन काळापासून ज्ञात आहे. कोळशाच्या धातूपासून धातू पुनर्प्राप्त करण्यासाठी काम केले जाते, हिरा - जसे रत्न. खूप नंतर, ग्रेफाइटचा वापर क्रूसिबल आणि पेन्सिल बनवण्यासाठी केला गेला.

1778 मध्ये, K. Scheele, सॉल्टपीटरसह ग्रेफाइट गरम करताना आढळून आले की या प्रकरणात, तसेच सॉल्टपीटरसह कोळसा गरम करताना, कार्बन डायऑक्साइड सोडला जातो. रासायनिक रचनाहवेतील हिऱ्याच्या ज्वलनावर ए. लॅव्हॉइसियर (1772) च्या प्रयोगांमुळे आणि एस. टेनंट (1797) च्या अभ्यासामुळे हिऱ्याची स्थापना झाली, ज्यांनी हे सिद्ध केले की हिरा आणि कोळसा समान प्रमाणात कार्बन डायऑक्साइड देतात. ऑक्सिडेशन दरम्यान. कार्बन ओळखला गेला आहे रासायनिक घटक 1789 मध्ये Lavoisier द्वारे. लॅटिन नाव कार्बोनियम कार्बन कार्बो पासून प्राप्त - कोळसा.

निसर्गात कार्बनचे वितरण.पृथ्वीच्या कवचामध्ये कार्बनची सरासरी सामग्री वस्तुमानानुसार 2.3 10 -2% आहे (अल्ट्राबेसिकमध्ये 1 10 -2, 1 10 -2 - मूलभूत, 2 10 -2 - मध्यम, 3 10 -2 - आम्ल खडकांमध्ये) . पृथ्वीच्या कवचाच्या (बायोस्फीअर) वरच्या भागात कार्बन जमा होतो: सजीव पदार्थात 18% कार्बन, लाकूड 50%, कोळसा 80%, तेल 85%, अँथ्रासाइट 96%. लिथोस्फियरमधील कार्बनचा महत्त्वपूर्ण भाग चुनखडी आणि डोलोमाइट्समध्ये केंद्रित आहे.

स्वतःच्या खनिजांची संख्या कार्बन - 112; कार्बनचे सेंद्रिय संयुगे अपवादात्मकपणे मोठ्या संख्येने - हायड्रोकार्बन्स आणि त्यांचे डेरिव्हेटिव्ह.

पृथ्वीच्या कवचामध्ये कार्बन जमा होण्याशी संबंधित आहे सेंद्रिय पदार्थांनी शोषलेले आणि अघुलनशील कार्बोनेट इत्यादींच्या रूपात अवक्षेपित केलेल्या इतर अनेक घटकांचे संचय. CO 2 आणि कार्बोनिक ऍसिड पृथ्वीच्या कवचामध्ये महत्त्वपूर्ण भू-रासायनिक भूमिका बजावतात. ज्वालामुखी दरम्यान CO 2 ची प्रचंड मात्रा सोडली जाते - पृथ्वीच्या इतिहासात ते बायोस्फीअरसाठी कार्बनचे मुख्य स्त्रोत होते.

पृथ्वीच्या कवचातील सरासरी सामग्रीच्या तुलनेत, मानवजाती खोलीतून (कोळसा, तेल, नैसर्गिक वायू) अपवादात्मकपणे मोठ्या प्रमाणात कार्बन काढते, कारण हे जीवाश्म उर्जेचे मुख्य स्त्रोत आहेत.

कार्बन सायकलला भू-रासायनिकदृष्ट्या खूप महत्त्व आहे.

कार्बन अवकाशातही मोठ्या प्रमाणात वितरीत केला जातो; सूर्यावर, तो हायड्रोजन, हेलियम आणि ऑक्सिजन नंतर चौथ्या स्थानावर आहे.

कार्बनचे भौतिक गुणधर्म.कार्बनचे अनेक क्रिस्टलीय बदल ज्ञात आहेत: ग्रेफाइट, डायमंड, कार्बाइन, लॉन्सडेलाइट आणि इतर. ग्रेफाइट - राखाडी-काळा, अपारदर्शक, स्पर्शास स्निग्ध, खवलेयुक्त, धातूच्या शीनसह अतिशय मऊ वस्तुमान. षटकोनी संरचनेच्या स्फटिकांपासून तयार केलेले: a = 2.462Å, c = 6.701Å. खोलीच्या तापमानात आणि सामान्य दाबावर (0.1 MN/m2, किंवा 1 kgf/cm2), ग्रेफाइट थर्मोडायनामिकली स्थिर असतो. डायमंड हा एक अतिशय कठीण, स्फटिकासारखा पदार्थ आहे. क्रिस्टल्समध्ये क्यूबिक फेस-केंद्रित जाळी असते: a = 3.560Å. खोलीच्या तापमानात आणि सामान्य दाबावर, हिरा मेटास्टेबल असतो. व्हॅक्यूममध्ये किंवा निष्क्रिय वातावरणात 1400 डिग्री सेल्सियसपेक्षा जास्त तापमानात हिऱ्याचे ग्रेफाइटमध्ये लक्षणीय रूपांतर दिसून येते. वातावरणीय दाब आणि सुमारे 3700 ° से तापमानात, ग्रेफाइट sublimates. 10.5 MN/m2 (105 kgf/cm2) पेक्षा जास्त दाब आणि 3700°C पेक्षा जास्त तापमानावर द्रव कार्बन मिळवता येतो. घन कार्बन (कोक, काजळी, कोळसा) देखील एक अव्यवस्थित रचना असलेल्या अवस्थेद्वारे दर्शविले जाते - तथाकथित "अनाकार" कार्बन, जो स्वतंत्र बदल नाही; त्याची रचना सूक्ष्म ग्रेफाइटच्या संरचनेवर आधारित आहे. हवेत प्रवेश न करता 1500-1600°C वर "निराकार" कार्बनचे काही प्रकार गरम केल्याने त्यांचे ग्रेफाइटमध्ये रूपांतर होते. "अनाकार" कार्बनचे भौतिक गुणधर्म कणांच्या सूक्ष्मतेवर आणि अशुद्धतेच्या उपस्थितीवर जोरदारपणे अवलंबून असतात. घनता, उष्णता क्षमता, थर्मल चालकता आणि "अनाकार" कार्बनची विद्युत चालकता ग्रेफाइटपेक्षा नेहमीच जास्त असते. कार्बीन कृत्रिमरित्या मिळवले. ही एक बारीक स्फटिक काळी पावडर आहे (घनता 1.9-2 g/cm3). हे एकमेकांना समांतर स्टॅक केलेल्या C अणूंच्या लांब साखळ्यांपासून तयार केले आहे. लोन्सडेलाइट उल्कापिंडांमध्ये आढळतो आणि कृत्रिमरित्या प्राप्त होतो.

कार्बनचे रासायनिक गुणधर्म.कार्बन अणूच्या बाह्य इलेक्ट्रॉन शेलचे कॉन्फिगरेशन 2s 2 2p 2 आहे. बाह्य इलेक्ट्रॉन शेलच्या 2sp 3 स्थितीत उत्तेजित झाल्यामुळे कार्बन चार सहसंयोजक बंधांच्या निर्मितीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. म्हणून, कार्बन इलेक्ट्रॉनला आकर्षित करण्यास आणि दान करण्यास तितकेच सक्षम आहे. रासायनिक बंध sp 3 -, sp 2 - आणि sp-हायब्रीड ऑर्बिटल्समुळे केले जाऊ शकतात, जे समन्वय क्रमांक 4, 3 आणि 2 शी संबंधित आहेत. कार्बनच्या व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉनची संख्या आणि व्हॅलेन्स ऑर्बिटल्सची संख्या समान आहेत. ; कार्बन अणूंमधील बंधनाच्या स्थिरतेचे हे एक कारण आहे.

मजबूत आणि लांब साखळी आणि चक्रे तयार करण्यासाठी कार्बन अणू एकमेकांशी एकत्र येण्याच्या अद्वितीय क्षमतेमुळे सेंद्रिय रसायनशास्त्राद्वारे अभ्यासलेल्या विविध कार्बन संयुगे मोठ्या संख्येने उदयास आले आहेत.

यौगिकांमध्ये, कार्बन ऑक्सिडेशन स्थिती -4 प्रदर्शित करते; +2; +4. अणु त्रिज्या 0.77Å, सहसंयोजक त्रिज्या 0.77Å, 0.67Å, 0.60Å अनुक्रमे सिंगल, डबल आणि ट्रिपल बाँडमध्ये; आयनिक त्रिज्या C 4- 2.60Å, C 4+ 0.20Å. सामान्य परिस्थितीत, कार्बन रासायनिकदृष्ट्या जड असतो; उच्च तापमानात, ते अनेक घटकांसह एकत्रित होते, मजबूत कमी करणारे गुणधर्म प्रदर्शित करते. रासायनिक क्रिया मालिकेत कमी होते: "अनाकार" कार्बन, ग्रेफाइट, हिरा; वातावरणातील ऑक्सिजन (ज्वलन) शी परस्परसंवाद अनुक्रमे 300-500 ° से, 600-700 ° से आणि 850-1000 ° से वरील तापमानात कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO 2 आणि कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO च्या निर्मितीसह होतो.

CO 2 पाण्यात विरघळते आणि कार्बनिक ऍसिड तयार करते. 1906 मध्ये, O. Diels ने कार्बन सबऑक्साइड C 3 O 2 मिळवला. कार्बनचे सर्व प्रकार क्षार आणि आम्लांना प्रतिरोधक असतात आणि ते फक्त अतिशय मजबूत ऑक्सिडायझिंग एजंट्सद्वारे (क्रोमियम मिश्रण, केंद्रित HNO 3 आणि KClO 3 आणि इतर) द्वारे हळूहळू ऑक्सिडाइझ केले जातात. "अनाकार" कार्बन खोलीच्या तपमानावर फ्लोरिनवर प्रतिक्रिया देतो, ग्रेफाइट आणि डायमंड - गरम झाल्यावर. क्लोरीनसह कार्बनचे थेट कनेक्शन इलेक्ट्रिक आर्कमध्ये होते; ब्रोमिन आणि आयोडीनसह कार्बन प्रतिक्रिया देत नाही, म्हणून असंख्य कार्बन हॅलाइड्स अप्रत्यक्षपणे संश्लेषित केले जातात. COX 2 (जेथे X हे हॅलोजन आहे) या सामान्य सूत्राच्या ऑक्सिहलाइड्सपैकी COCl क्लोराईड (फॉस्जीन) हे सर्वोत्कृष्ट ज्ञात आहे. हायड्रोजन हिऱ्याशी संवाद साधत नाही; उत्प्रेरकांच्या (Ni, Pt) उपस्थितीत उच्च तापमानात ते ग्रेफाइट आणि "अनाकार" कार्बनशी प्रतिक्रिया देते: 600-1000 °C वर, प्रामुख्याने मिथेन CH 4 तयार होते, 1500-2000 °C वर - ऍसिटिलीन C 2 H 2 ; इतर हायड्रोकार्बन्स देखील उत्पादनांमध्ये असू शकतात, उदाहरणार्थ C 2 H 6 इथेन, C 6 H 6 बेंझिन. सल्फरचा "अनाकार" कार्बन आणि ग्रेफाइटचा परस्परसंवाद 700-800°C, हिरा 900-1000°C वर सुरू होतो; सर्व प्रकरणांमध्ये कार्बन डायसल्फाइड CS 2 तयार होतो. सल्फर (CS thioxide, C 3 S 2 thione oxide, COS सल्फाइड आणि CSCl 2 thiophosgene) असलेली इतर कार्बन संयुगे अप्रत्यक्षपणे मिळवली जातात. जेव्हा CS 2 मेटल सल्फाइड्सशी संवाद साधतो तेव्हा थायोकार्बोनेट्स तयार होतात - कमकुवत थायोकार्बोनिक ऍसिडचे लवण. सायनोजेन (CN) 2 तयार करण्यासाठी नायट्रोजनसह कार्बनचा परस्परसंवाद तेव्हा होतो जेव्हा नायट्रोजन वातावरणातील कार्बन इलेक्ट्रोड्समधून विद्युत डिस्चार्ज जातो. कार्बनच्या नायट्रोजनयुक्त संयुगांमध्ये, हायड्रोजन सायनाइड एचसीएन (प्रुसिक ऍसिड) आणि त्याचे असंख्य डेरिव्हेटिव्ह्ज: सायनाइड्स, हॅलोसायनाइड्स, नायट्रिल्स आणि इतरांना खूप व्यावहारिक महत्त्व आहे. 1000 डिग्री सेल्सिअसपेक्षा जास्त तापमानात, कार्बन अनेक धातूंशी संवाद साधतो, ज्यामुळे कार्बायड्स तयार होतात. . कार्बनचे सर्व प्रकार, गरम केल्यावर, मुक्त धातू (Zn, Cd, Cu, Pb, आणि इतर) किंवा कार्बाइड्स (CaC 2 , Mo 2 C, WC, TaC आणि इतर) तयार करून मेटल ऑक्साईड कमी करतात. कार्बन 600-800 °C पेक्षा जास्त तापमानावर पाण्याची वाफ आणि कार्बन डायऑक्साइड (इंधनांचे गॅसिफिकेशन) सह प्रतिक्रिया देतो. 300-400 डिग्री सेल्सिअस मध्यम गरम केल्यावर, अल्कली धातू आणि हॅलाइड्सशी संवाद साधून C 8 Me, C 24 Me, C 8 X प्रकार (जेथे X हे हॅलोजन आहे) ची समावेशक संयुगे तयार करण्याची क्षमता हे ग्रेफाइटचे एक विशिष्ट वैशिष्ट्य आहे. , मी एक धातू आहे). ग्रेफाइट समावेश संयुगे HNO 3 , H 2 SO 4 , FeCl 3 आणि इतर (उदाहरणार्थ, ग्रेफाइट बायसल्फेट C 24 SO 4 H 2 ) सह ओळखले जातात. कार्बनचे सर्व प्रकार सामान्य अजैविक आणि सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्समध्ये अघुलनशील असतात, परंतु काही वितळलेल्या धातूंमध्ये (उदा., Fe, Ni, Co) विद्रव्य असतात.

कार्बनचे आर्थिक महत्त्व या वस्तुस्थितीद्वारे निश्चित केले जाते की जगातील सर्व प्राथमिक उर्जेच्या स्त्रोतांपैकी 90% पेक्षा जास्त हे जीवाश्म इंधन आहेत, ज्याची प्रमुख भूमिका अणुऊर्जेच्या गहन विकासानंतरही पुढील दशकांपर्यंत राहील. काढलेल्या इंधनापैकी फक्त 10% हे मूलभूत सेंद्रिय संश्लेषण आणि पेट्रोकेमिकल संश्लेषण, प्लास्टिक आणि इतरांच्या उत्पादनासाठी कच्चा माल म्हणून वापरले जाते.

शरीरातील कार्बन.कार्बन हा सर्वात महत्वाचा बायोजेनिक घटक आहे जो पृथ्वीवरील जीवसृष्टीचा आधार बनतो, जीव निर्माण करण्यात आणि त्यांची महत्त्वपूर्ण क्रिया (बायोपॉलिमर, तसेच असंख्य कमी आण्विक वजन जैविक दृष्ट्या सक्रिय पदार्थ - जीवनसत्त्वे) सुनिश्चित करण्यात गुंतलेल्या मोठ्या संख्येने सेंद्रिय संयुगेचे संरचनात्मक एकक. , हार्मोन्स, मध्यस्थ आणि इतर). कार्बनच्या ऑक्सिडेशनमुळे जीवांना आवश्यक असलेल्या ऊर्जेचा महत्त्वपूर्ण भाग पेशींमध्ये तयार होतो. पृथ्वीवरील जीवनाचा उदय हा कार्बन संयुगांच्या उत्क्रांतीची एक जटिल प्रक्रिया म्हणून आधुनिक विज्ञानात मानला जातो.

सजीव निसर्गात कार्बनची अनन्य भूमिका त्याच्या गुणधर्मांमुळे आहे, जी एकूणच नियतकालिक प्रणालीच्या इतर कोणत्याही घटकांच्या ताब्यात नसते. कार्बन अणूंमध्ये, तसेच कार्बन आणि इतर घटकांमध्ये, मजबूत रासायनिक बंध तयार होतात, जे, तथापि, तुलनेने सौम्य शारीरिक परिस्थितींमध्ये तोडले जाऊ शकतात (हे बंध एकल, दुहेरी आणि तिप्पट असू शकतात). कार्बनच्या इतर कार्बन अणूंसह 4 समतुल्य व्हॅलेन्स बॉन्ड्स तयार करण्याची क्षमता विविध प्रकारचे कार्बन सांगाडे तयार करणे शक्य करते - रेखीय, ब्रंच, चक्रीय. हे लक्षणीय आहे की सजीवांच्या एकूण वस्तुमानाच्या केवळ तीन घटक - C, O आणि H - 98% बनवतात. हे जिवंत निसर्गात एक विशिष्ट अर्थव्यवस्था प्राप्त करते: कार्बन यौगिकांच्या जवळजवळ अमर्यादित स्ट्रक्चरल विविधतेसह, थोड्या प्रमाणात रासायनिक बंधांमुळे सेंद्रिय पदार्थांच्या विघटन आणि संश्लेषणासाठी आवश्यक एंजाइमची संख्या लक्षणीयरीत्या कमी करणे शक्य होते. कार्बन अणूची संरचनात्मक वैशिष्ट्ये अधोरेखित करतात विविध प्रकारचेसेंद्रिय यौगिकांचे आयसोमेरिझम (ऑप्टिकल आयसोमेरिझमची क्षमता एमिनो अॅसिड, कार्बोहायड्रेट्स आणि काही अल्कलॉइड्सच्या जैवरासायनिक उत्क्रांतीत निर्णायक ठरली).

AI Oparin च्या सामान्यतः स्वीकारल्या गेलेल्या गृहीतकानुसार, पृथ्वीवरील प्रथम सेंद्रिय संयुगे अबोजेनिक उत्पत्तीचे होते. पृथ्वीच्या प्राथमिक वातावरणात असलेले मिथेन (CH 4) आणि हायड्रोजन सायनाइड (HCN) कार्बनचे स्रोत म्हणून काम करतात. जीवसृष्टीच्या उदयानंतर, अजैविक कार्बनचा एकमेव स्त्रोत, ज्यामुळे बायोस्फियरचे सर्व सेंद्रिय पदार्थ तयार होतात, कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) (CO 2), जे वातावरणात असते आणि नैसर्गिक पाण्यात विरघळते. HCO 3 चे स्वरूप. कार्बन (CO 2 च्या रूपात) आत्मसात करण्याची सर्वात शक्तिशाली यंत्रणा - प्रकाशसंश्लेषण - हिरव्या वनस्पतींद्वारे सर्वत्र चालते (दरवर्षी सुमारे 100 अब्ज टन CO 2 आत्मसात केले जाते). पृथ्वीवर, केमोसिंथेसिसद्वारे CO 2 चे आत्मसात करण्याचा एक उत्क्रांतीदृष्ट्या अधिक प्राचीन मार्ग देखील आहे; या प्रकरणात, केमोसिंथेटिक सूक्ष्मजीव सूर्याची तेजस्वी ऊर्जा वापरत नाहीत, परंतु अजैविक संयुगांच्या ऑक्सिडेशनची ऊर्जा वापरतात. बहुतेक प्राणी अन्नासोबत कार्बनचा वापर तयार सेंद्रिय संयुगेच्या स्वरूपात करतात. सेंद्रिय संयुगे आत्मसात करण्याच्या पद्धतीवर अवलंबून, ऑटोट्रॉफिक जीव आणि हेटरोट्रॉफिक जीव यांच्यात फरक करण्याची प्रथा आहे. प्रथिने आणि इतर पोषक तत्वांच्या जैवसंश्लेषणासाठी सूक्ष्मजीवांचा वापर, कार्बनचा एकमेव स्त्रोत म्हणून तेल हायड्रोकार्बन्स वापरणे ही आधुनिक वैज्ञानिक आणि तांत्रिक समस्यांपैकी एक आहे.

कोरड्या पदार्थांच्या आधारावर सजीवांमध्ये कार्बनचे प्रमाण आहे: जलीय वनस्पती आणि प्राण्यांसाठी 34.5-40%, स्थलीय वनस्पती आणि प्राण्यांसाठी 45.4-46.5% आणि जीवाणूंसाठी 54%. जीवांच्या महत्त्वपूर्ण क्रियाकलापांच्या प्रक्रियेत, मुख्यतः ऊतींच्या श्वासोच्छवासामुळे, बाह्य वातावरणात CO 2 सोडल्यास सेंद्रिय संयुगेचे ऑक्सिडेटिव्ह विघटन होते. चयापचय प्रक्रियेच्या अधिक जटिल उत्पादनांचा भाग म्हणून कार्बन देखील सोडला जातो. प्राणी आणि वनस्पतींच्या मृत्यूनंतर, सूक्ष्मजीवांद्वारे केल्या जाणार्‍या क्षय प्रक्रियेच्या परिणामी कार्बनचा काही भाग पुन्हा CO 2 मध्ये रूपांतरित होतो. निसर्गात कार्बनचे चक्र असेच असते. कार्बनचा एक महत्त्वाचा भाग खनिज बनतो आणि जीवाश्म कार्बनचे साठे तयार करतो: कोळसा, तेल, चुनखडी आणि इतर. त्याच्या मुख्य कार्याव्यतिरिक्त - कार्बनचा स्त्रोत - नैसर्गिक पाण्यात आणि जैविक द्रवपदार्थांमध्ये विरघळलेला CO 2 जीवन प्रक्रियेसाठी अनुकूल वातावरणाची आम्लता राखण्यात गुंतलेला आहे. CaCO 3 चा भाग म्हणून, कार्बन अनेक इनव्हर्टेब्रेट्सचा बाह्य सांगाडा बनवतो (उदाहरणार्थ, मोलस्क कवच), आणि ते कोरल, पक्ष्यांच्या अंड्याचे कवच आणि इतरांमध्ये देखील आढळतात. कार्बन संयुगे जसे की HCN, CO, CCl 4, जे प्रचलित होते. पृथ्वीचे प्राथमिक पुढे, जैविक उत्क्रांतीच्या प्रक्रियेत, ते चयापचयच्या मजबूत प्रतिमेटाबोलाइट्समध्ये बदलले.

कार्बनच्या स्थिर समस्थानिकांच्या व्यतिरिक्त, किरणोत्सर्गी 14 सी निसर्गात व्यापक आहे (त्यात मानवी शरीरात सुमारे 0.1 मायक्रोक्युरी असते). चयापचय आणि निसर्गातील कार्बन चक्राच्या अभ्यासातील अनेक प्रमुख प्रगती जैविक आणि वैद्यकीय संशोधनामध्ये कार्बन समस्थानिकेच्या वापराशी संबंधित आहेत. अशा प्रकारे, रेडिओकार्बन लेबलच्या मदतीने, वनस्पती आणि प्राण्यांच्या ऊतींद्वारे एच 14 सीओ 3 निश्चित करण्याची शक्यता सिद्ध झाली, प्रकाशसंश्लेषण प्रतिक्रियांचा क्रम स्थापित केला गेला, अमीनो ऍसिडच्या देवाणघेवाणीचा अभ्यास केला गेला, अनेक जैविक दृष्ट्या सक्रिय जैवसंश्लेषण मार्ग. संयुगे शोधून काढले, इ. 14 C च्या वापरामुळे प्रथिने जैवसंश्लेषण आणि आनुवंशिक माहितीच्या प्रसारणाच्या अभ्यास यंत्रणेमध्ये आण्विक जीवशास्त्राच्या यशास हातभार लागला. कार्बनयुक्त सेंद्रिय अवशेषांमध्ये 14 सी च्या विशिष्ट क्रियाकलापांचे निर्धारण केल्याने त्यांच्या वयाचा न्याय करणे शक्य होते, जे पॅलेओन्टोलॉजी आणि पुरातत्वशास्त्रात वापरले जाते.

कार्बन (C)एक सामान्य नॉन-मेटल आहे; नियतकालिक प्रणालीमध्ये IV गटाच्या 2 रा कालावधीत, मुख्य उपसमूह आहे. क्रमिक संख्या 6, Ar = 12.011 amu, अणु शुल्क +6.

भौतिक गुणधर्म:कार्बन अनेक ऍलोट्रॉपिक बदल तयार करतो: हिरासर्वात कठीण पदार्थांपैकी एक ग्रेफाइट, कोळसा, काजळी.

कार्बन अणूमध्ये 6 इलेक्ट्रॉन असतात: 1s 2 2s 2 2p 2 . शेवटचे दोन इलेक्ट्रॉन स्वतंत्र p-ऑर्बिटल्समध्ये स्थित आहेत आणि जोडलेले नाहीत. तत्वतः, ही जोडी एक कक्षा व्यापू शकते, परंतु या प्रकरणात इंटरलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण जोरदार वाढते. या कारणास्तव, त्यापैकी एक 2p x घेतो, आणि दुसरा, एकतर 2p y , किंवा 2p z-ऑर्बिटल्स.

बाह्य स्तराच्या s- आणि p- उप-स्तरांच्या उर्जांमधील फरक कमी आहे, म्हणून, अणू सहजपणे उत्तेजित अवस्थेत जातो, ज्यामध्ये 2s-ऑर्बिटलमधील दोन इलेक्ट्रॉनांपैकी एक मुक्त एकाकडे जातो. 2 आर. 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 कॉन्फिगरेशनसह व्हॅलेन्स स्थिती उद्भवते . ही कार्बन अणूची ही अवस्था आहे जी डायमंड जाळीचे वैशिष्ट्य आहे - हायब्रिड ऑर्बिटल्सची टेट्राहेड्रल अवकाशीय व्यवस्था, समान बाँडची लांबी आणि ऊर्जा.

या इंद्रियगोचर म्हणतात म्हणून ओळखले जाते sp 3 -संकरीकरण,आणि परिणामी कार्ये sp 3 -hybrid आहेत . चार sp 3 बाँड्सची निर्मिती कार्बन अणूला तीनपेक्षा अधिक स्थिर स्थिती प्रदान करते आरआर-आणि एक एस-एस-बॉन्ड. कार्बन अणूवर sp 3 संकरीकरण व्यतिरिक्त, sp 2 आणि sp संकरीकरण देखील पाहिले जाते. . पहिल्या प्रकरणात, परस्पर ओव्हरलॅप आहे s-आणि दोन p-ऑर्बिटल्स. तीन समतुल्य sp 2 - हायब्रीड ऑर्बिटल्स तयार होतात, एकमेकांच्या 120 ° च्या कोनात एकाच विमानात स्थित असतात. तिसरा ऑर्बिटल p अपरिवर्तित आहे आणि विमानाला लंब दिशेने निर्देशित केला आहे sp2.

sp संकरीत, s आणि p ऑर्बिटल्स ओव्हरलॅप होतात. तयार झालेल्या दोन समतुल्य संकरित ऑर्बिटल्समध्ये 180° चा कोन निर्माण होतो, तर प्रत्येक अणूचे दोन p-ऑर्बिटल्स अपरिवर्तित राहतात.

कार्बनचे ऍलोट्रॉपी. हिरा आणि ग्रेफाइट

ग्रेफाइट क्रिस्टलमध्ये, कार्बन अणू समांतर समतलांमध्ये स्थित असतात, त्यांच्यामध्ये नियमित षटकोनीच्या शिरोबिंदू व्यापतात. प्रत्येक कार्बन अणू तीन लगतच्या sp 2 संकरित बंधांशी जोडलेला असतो. समांतर विमानांदरम्यान, व्हॅन डेर वॉल्स सैन्याने कनेक्शन केले जाते. प्रत्येक अणूचे मुक्त p-ऑर्बिटल्स सहसंयोजक बंधांच्या समतलांना लंब दिशेने निर्देशित केले जातात. त्यांचा ओव्हरलॅप कार्बन अणूंमधील अतिरिक्त π-बंध स्पष्ट करतो. तर पासून पदार्थामध्ये कार्बनचे अणू ज्या व्हॅलेन्स स्थितीत असतात, त्यावर या पदार्थाचे गुणधर्म अवलंबून असतात.

कार्बनचे रासायनिक गुणधर्म

सर्वात वैशिष्ट्यपूर्ण ऑक्सीकरण राज्ये: +4, +2.

कमी तापमानात, कार्बन निष्क्रिय असतो, परंतु जेव्हा गरम होतो तेव्हा त्याची क्रिया वाढते.

कमी करणारे एजंट म्हणून कार्बन:

- ऑक्सिजनसह
C 0 + O 2 - t ° \u003d CO 2 कार्बन डायऑक्साइड
ऑक्सिजनच्या कमतरतेसह - अपूर्ण ज्वलन:
2C 0 + O 2 - t° = 2C +2 O कार्बन मोनोऑक्साइड

- फ्लोरिन सह
C + 2F 2 = CF 4

- वाफेसह
C 0 + H 2 O - 1200 ° \u003d C + 2 O + H 2 पाण्याचा वायू

- मेटल ऑक्साईडसह. अशा प्रकारे धातूचा गंध धातूपासून होतो.
C 0 + 2CuO - t ° \u003d 2Cu + C +4 O 2

- ऍसिडसह - ऑक्सिडायझिंग एजंट:
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) \u003d C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
С 0 + 4HNO 3 (conc.) = С +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- सल्फरसह कार्बन डायसल्फाइड तयार करते:
C + 2S 2 \u003d CS 2.

ऑक्सिडायझिंग एजंट म्हणून कार्बन:

- काही धातूंसह कार्बाइड तयार करतात

4Al + 3C 0 \u003d Al 4 C 3

Ca + 2C 0 \u003d CaC 2 -4

- हायड्रोजनसह - मिथेन (तसेच मोठ्या प्रमाणात सेंद्रिय संयुगे)

C 0 + 2H 2 \u003d CH 4

- सिलिकॉनसह, कार्बोरंडम बनते (विद्युत भट्टीत 2000 ° से):

निसर्गात कार्बन शोधणे

फ्री कार्बन डायमंड आणि ग्रेफाइट म्हणून होतो. संयुगांच्या स्वरूपात कार्बन खनिजांमध्ये आढळतो: खडू, संगमरवरी, चुनखडी - CaCO 3, डोलोमाइट - MgCO 3 * CaCO 3; bicarbonates - Mg (HCO 3) 2 आणि Ca (HCO 3) 2, CO 2 हवेचा भाग आहे; कार्बन हा नैसर्गिक सेंद्रिय संयुगेचा मुख्य घटक आहे - वायू, तेल, कोळसा, कुजून रुपांतर झालेले वनस्पतिजन्य पदार्थ (सरपणासाठी याचा वापर होतो), सेंद्रिय पदार्थ, प्रथिने, चरबी, कर्बोदकांमधे, अमीनो ऍसिड जे सजीवांचा भाग आहेत.

अजैविक कार्बन संयुगे

कोणत्याही पारंपरिक रासायनिक प्रक्रियेत C 4+ किंवा C 4- आयन तयार होत नाहीत: कार्बन संयुगांमध्ये वेगवेगळ्या ध्रुवीयतेचे सहसंयोजक बंध असतात.

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) SO

कार्बन मोनॉक्साईड; रंगहीन, गंधहीन, पाण्यात कमी प्रमाणात विरघळणारे, सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्समध्ये विरघळणारे, विषारी, bp = -192°C; t चौ. = -205°C.

पावती
1) उद्योगात (गॅस जनरेटरमध्ये):
C + O 2 = CO 2

२) प्रयोगशाळेत - H 2 SO 4 (conc.) च्या उपस्थितीत फॉर्मिक किंवा ऑक्सॅलिक ऍसिडचे थर्मल विघटन:
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 \u003d CO + CO 2 + H 2 O

रासायनिक गुणधर्म

सामान्य परिस्थितीत, CO निष्क्रिय आहे; गरम झाल्यावर - कमी करणारे एजंट; नॉन-मीठ तयार करणारा ऑक्साईड.

1) ऑक्सिजनसह

2C +2 O + O 2 \u003d 2C +4 O 2

2) मेटल ऑक्साईडसह

C +2 O + CuO \u003d Cu + C +4 O 2

3) क्लोरीनसह (प्रकाशात)

CO + Cl 2 - hn \u003d COCl 2 (फॉस्जीन)

4) अल्कली वितळण्यावर प्रतिक्रिया देते (दबावाखाली)

CO + NaOH = HCOONa (सोडियम फॉर्मेट)

5) संक्रमण धातूंसह कार्बोनिल्स तयार करतात

Ni + 4CO - t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO - t° = Fe(CO) 5

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO2

कार्बन डायऑक्साइड, रंगहीन, गंधहीन, पाण्यात विद्राव्यता - 0.9V CO 2 1V H 2 O मध्ये विरघळते (सामान्य परिस्थितीत); हवेपेक्षा जड; t°pl.= -78.5°C (घन CO 2 ला "ड्राय बर्फ" म्हणतात); ज्वलन समर्थन करत नाही.

पावती

1. कार्बोनिक ऍसिड (कार्बोनेट्स) च्या क्षारांचे थर्मल विघटन. चुनखडी गोळीबार:

CaCO 3 - t ° \u003d CaO + CO 2

1. कार्बोनेट आणि बायकार्बोनेट्सवर मजबूत ऍसिडची क्रिया:

CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2

रासायनिकगुणधर्मCO2
ऍसिड ऑक्साईड: कार्बोनिक ऍसिड लवण तयार करण्यासाठी मूलभूत ऑक्साईड आणि तळाशी प्रतिक्रिया देते

Na 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 \u003d NaHCO 3

भारदस्त तापमानात ऑक्सिडायझिंग गुणधर्म प्रदर्शित करू शकतात

C +4 O 2 + 2Mg - t ° \u003d 2Mg +2 O + C 0

गुणात्मक प्रतिक्रिया

लिंबाच्या पाण्याची गढूळपणा:

Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 3 ¯ (पांढरा अवक्षेपण) + H 2 O

जेव्हा CO 2 लिंबाच्या पाण्यातून बराच काळ जातो तेव्हा ते अदृश्य होते, कारण. अघुलनशील कॅल्शियम कार्बोनेटचे रूपांतर विद्रव्य बायकार्बोनेटमध्ये होते:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2

कार्बोनिक ऍसिड आणि त्याचेमीठ

H2CO3 —कमकुवत ऍसिड, फक्त जलीय द्रावणात अस्तित्वात आहे:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

दुहेरी आधार:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - आम्ल क्षार - बायकार्बोनेट्स, बायकार्बोनेट
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- मध्यम क्षार - कार्बोनेट

ऍसिडचे सर्व गुणधर्म वैशिष्ट्यपूर्ण आहेत.

कार्बोनेट आणि बायकार्बोनेट एकमेकांमध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकतात:

2NaHCO 3 - t° \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d 2NaHCO 3

मेटल कार्बोनेट (अल्कली धातू वगळता) ऑक्साइड तयार करण्यासाठी गरम केल्यावर डीकार्बोक्झिलेट:

CuCO 3 - t ° \u003d CuO + CO 2

गुणात्मक प्रतिक्रिया- मजबूत ऍसिडच्या कृती अंतर्गत "उकळणे":

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

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

कार्बाइड्स

कॅल्शियम कार्बाइड:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

झिंक, कॅडमियम, लॅन्थॅनम आणि सेरियम कार्बाइड्स पाण्यावर प्रतिक्रिया देतात तेव्हा अॅसिटिलीन सोडले जाते:

2 LaC 2 + 6 H 2 O \u003d 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C आणि Al 4 C 3 पाण्याद्वारे विघटित होऊन मिथेन तयार होते:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O \u003d 4 Al (OH) 3 \u003d 3 CH 4.

टायटॅनियम कार्बाइड्स टीआयसी, टंगस्टन डब्ल्यू 2 सी (कठोर मिश्रधातू), सिलिकॉन एसआयसी (कार्बोरंडम - हीटरसाठी अपघर्षक आणि सामग्री म्हणून) तंत्रज्ञानामध्ये वापरले जातात.

सायनाइड्स

अमोनिया आणि कार्बन मोनॉक्साईडच्या वातावरणात सोडा गरम करून प्राप्त होतो:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO \u003d 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

हायड्रोसायनिक ऍसिड एचसीएन - महत्वाचे उत्पादनरासायनिक उद्योग, सेंद्रिय संश्लेषणात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. त्याचे जागतिक उत्पादन दरवर्षी 200 हजार टनांपर्यंत पोहोचते. सायनाइड आयनची इलेक्ट्रॉनिक रचना कार्बन मोनोऑक्साइड (II) सारखीच असते, अशा कणांना आयसोइलेक्ट्रॉनिक म्हणतात:

सी = O:[:C = N:]-

सोन्याच्या खाणकामात सायनाइड्स (०.१-०.२% जलीय द्रावण) वापरले जातात:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0.5 O 2 \u003d 2 K + 2 KOH.

जेव्हा सायनाइडचे द्रावण सल्फरने उकळले जाते किंवा घन पदार्थ मिसळले जातात तेव्हा थायोसायनेट:
KCN + S = KSCN.

जेव्हा कमी-सक्रिय धातूंचे सायनाइड गरम केले जातात तेव्हा सायनाइड मिळते: Hg (CN) 2 \u003d Hg + (CN) 2. सायनाइड द्रावणांचे ऑक्सिडीकरण केले जाते सायनेट्स:

2KCN + O2 = 2KOCN.

सायनिक ऍसिड दोन स्वरूपात अस्तित्वात आहे:

H-N=C=O; H-O-C = N:

1828 मध्ये, फ्रेडरिक वोहलर (1800-1882) यांनी अमोनियम सायनेटपासून युरिया मिळवला: NH 4 OCN \u003d CO (NH 2) 2 जलीय द्रावणाचे बाष्पीभवन करून.

या घटनेला सामान्यतः सिंथेटिक रसायनशास्त्राचा "जीवनवादी सिद्धांत" वर विजय म्हणून पाहिले जाते.

सायनिक ऍसिडचा एक आयसोमर आहे - फुलमिनिक ऍसिड

H-O-N=C.
त्याचे क्षार (पारा फुलमिनेट Hg(ONC) 2) इम्पॅक्ट इग्निटरमध्ये वापरले जातात.

संश्लेषण युरिया(कार्बामाइड):

CO 2 + 2 NH 3 \u003d CO (NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 C आणि 100 atm वर.

युरिया हे कार्बोनिक ऍसिडचे अमाइड आहे, त्याचे "नायट्रोजन अॅनालॉग" देखील आहे - ग्वानिडाइन.

कार्बोनेट

कार्बनचे सर्वात महत्वाचे अजैविक संयुगे म्हणजे कार्बोनिक ऍसिड (कार्बोनेट्स) चे क्षार. H 2 CO 3 एक कमकुवत ऍसिड आहे (K 1 \u003d 1.3 10 -4; K 2 \u003d 5 10 -11). कार्बोनेट बफर सपोर्ट करते कार्बन डायऑक्साइड शिल्लकवातावरणात महासागरांमध्ये मोठी बफर क्षमता आहे कारण ते एक मुक्त प्रणाली आहेत. मुख्य बफर प्रतिक्रिया कार्बोनिक ऍसिडच्या पृथक्करण दरम्यान समतोल आहे:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

आंबटपणा कमी झाल्यामुळे, वातावरणातून कार्बन डायऑक्साइडचे अतिरिक्त शोषण आम्लाच्या निर्मितीसह होते:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

आंबटपणाच्या वाढीसह, कार्बोनेट खडक (समुद्रात टरफले, खडू आणि चुनखडीचे साठे) विरघळतात; हे हायड्रोकार्बोनेट आयनच्या नुकसानाची भरपाई करते:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (tv.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

घन कार्बोनेट विद्रव्य हायड्रोकार्बन्समध्ये रूपांतरित होतात. अतिरिक्त कार्बन डायऑक्साइडच्या रासायनिक विघटनाची ही प्रक्रिया आहे जी "ग्रीनहाऊस इफेक्ट" - कार्बन डायऑक्साइडद्वारे पृथ्वीच्या थर्मल रेडिएशनच्या शोषणामुळे ग्लोबल वार्मिंगचा प्रतिकार करते. जगातील सोडाच्या उत्पादनापैकी अंदाजे एक तृतीयांश सोडा (सोडियम कार्बोनेट Na 2 CO 3) काचेच्या उत्पादनात वापरला जातो.