1. Visuose organiniuose junginiuose anglies atomo valentingumas yra 4.

2. Anglis geba sudaryti paprastas ir labai sudėtingas molekules (didelės molekulinės masės junginius: baltymus, kaučiukus, plastikus).

3. Anglies atomai jungiasi ne tik su kitais atomais, bet ir tarpusavyje, sudarydami įvairias anglies – anglies grandines – tiesias, šakotas, uždaras:

4. Anglies junginiams būdingas izomerijos reiškinys, t.y. kai medžiagos turi tą pačią kokybinę ir kiekybinę sudėtį, bet skirtingą cheminę struktūrą, taigi ir savybes. Pavyzdžiui: empirinė formulė C 2 H 6 O atitinka dvi skirtingas medžiagų struktūras:

etilo alkoholis, dimetilo eteris,

skystis, t 0 kip. \u003d +78 0 С dujos, t 0 kip. \u003d -23,7 0 С

Todėl etilo alkoholis ir dimetilo eteris yra izomerai.

5. Daugumos organinių medžiagų vandeniniai tirpalai yra neelektrolitai, jų molekulės į jonus neskyla.

Izomerizmas.

Šis reiškinys buvo aptiktas 1823 m izomerija- medžiagų, turinčių tą pačią molekulių sudėtį, bet turinčių skirtingas savybes, buvimas. Kuo skiriasi izomerai? Kadangi jų sudėtis yra ta pati, priežasties galima ieškoti tik kitokioje molekulėje esančių atomų jungties tvarka.

Dar iki cheminės struktūros teorijos sukūrimo A.M. Butlerovas numatė, kad C 4 H 10 butanui, kurio linijinė struktūra yra CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 t 0 (bp. -0,5 0 C), egzistuoja kita medžiaga, kurios molekulinė formulė yra tokia pati, tačiau su skirtinga anglies atomų jungimosi seka molekulėje:

izobutanas

t 0 kip. - 11,7 0 С

Taigi, izomerai– tai medžiagos, kurių molekulinė formulė yra tokia pati, bet skirtinga cheminė struktūra, taigi ir savybės. Yra du pagrindiniai izomerijos tipai – struktūrinės ir erdvinis.

Struktūrinis vadinami izomerai, turintys skirtingą atomų jungimosi tvarką molekulėje. Yra trys jo tipai:

Anglies skeleto izomerija:

C - C - C - C - C C - C - C - C

Daugialypės jungties izomerija:

C \u003d C - C - C C - C = C - C

Tarpklasių izomerizmas:

propiono rūgštis

Erdvinė izomerija. Erdviniai izomerai turi tuos pačius pakaitus kiekviename anglies atome. Tačiau jie skiriasi tarpusavio išsidėstymu erdvėje. Yra du šios izomerijos tipai: geometrinis ir optinis. Geometrinė izomerija būdinga junginiams, turintiems plokščią molekulių struktūrą (alkenams, cikloalkanams, alkadienams ir kt.). Jei tie patys pakaitai anglies atomuose, pavyzdžiui, su dviguba jungtimi, yra vienoje molekulės plokštumos pusėje, tai bus cis-izomeras, o priešingose ​​pusėse - trans-izomeras:

Optinė izomerija- būdingas junginiams, turintiems asimetrinį anglies atomą, susijusį su keturiais skirtingais pakaitais. Optiniai izomerai yra vienas kito veidrodiniai atvaizdai. Pavyzdžiui:

Atomo elektroninė struktūra.

Atomo sandara tiriama neorganinėje chemijoje ir fizikoje. Yra žinoma, kad atomas lemia cheminio elemento savybes. Atomas susideda iš teigiamai įkrauto branduolio, kuriame yra sutelkta visa jo masė, ir neigiamai įkrautų elektronų, supančių branduolį.

Kadangi vykstant cheminėms reakcijoms reaguojančių atomų branduoliai nekinta, atomų fizikinės ir cheminės savybės priklauso nuo atomų elektronų apvalkalų sandaros. Elektronai gali pereiti iš vieno atomo į kitą, jie gali jungtis ir pan. Todėl mes išsamiai apsvarstysime elektronų pasiskirstymo atome klausimą, remdamiesi kvantine atomų sandaros teorija. Pagal šią teoriją elektronas vienu metu turi dalelės savybes (masę, krūvį) ir banginę funkciją. Judantiems elektronams tikslios vietos nustatyti neįmanoma. Jie yra erdvėje šalia atomo branduolio. Galima apibrėžti tikimybė elektrono radimas įvairiose erdvės dalyse. Elektronas šioje erdvėje tarsi „išteptas“ debesies pavidalu (1 pav.), kurio tankis mažėja.

1 paveikslas.

Vadinama erdvės sritis, kurioje elektrono radimo tikimybė yra didžiausia (≈ 95%) orbita.

Pagal kvantinę mechaniką elektrono būseną atome lemia keturi kvantiniai skaičiai: pagrindinis (n), orbita (l), magnetinis(m) ir suktis(s).

Pagrindinis kvantinis skaičius n – apibūdina elektrono energiją, orbitos atstumą nuo branduolio, t.y. energijos lygis ir ima reikšmes 1, 2, 3 ir kt. arba K, L, M, N ir kt. Reikšmė n = 1 atitinka mažiausią energiją. Su padidėjimu n elektrono energija didėja. Didžiausias elektronų skaičius energijos lygyje nustatomas pagal formulę: N = 2n2, kur n yra lygio numeris, taigi, kai:

n = 1 N = 2 n = 3 N = 18

n = 2 N = 8 n = 4 N = 32 ir kt.

Energijos lygiuose elektronai yra išsidėstę į polygius (arba subapvalus). Jų skaičius atitinka energijos lygio skaičių, tačiau jie yra charakterizuojami orbitos kvantinis skaičius l, kuri lemia orbitos formą. Ji turi reikšmės nuo 0 iki n-1. At

n=1 l= 0 n = 2 l= 0, 1 n = 3 l= 0, 1, 2 n = 4 l= 0, 1, 2, 3

Didžiausias elektronų skaičius polygyje nustatomas pagal formulę: 2(2l + 1). Polygiuose priimami raidžių žymėjimai:

l = 1, 2, 3, 4

Taigi, jei n = 1, l= 0, polygis s.

n = 2 l= 0, 1, polygis s, p.

Didžiausias elektronų skaičius polygiuose:

N s = 2 N d = 10

N p = 6 N f = 14 ir kt.

Polygiuose elektronų negali būti daugiau nei šis skaičius. Elektronų debesies formą lemia vertė l. At
l= 0 (s-orbitalė) elektronų debesis yra sferinės formos ir neturi erdvinės orientacijos.

2 pav.

Esant l = 1 (p-orbitalė), elektronų debesis turi hantelio formą arba „aštuntos figūros“ formą:

3 pav

Magnetinis kvantinis skaičius m charakterizuoja
orbitų išsidėstymas erdvėje. Jis gali įgyti bet kokių skaičių reikšmes nuo –l iki +l, įskaitant 0. Galimų magnetinio kvantinio skaičiaus reikšmių skaičius tam tikrai reikšmei l lygu (2 l+ 1). Pavyzdžiui:

l= 0 (s-orbitalė) m = 0, t.y. S orbitalė erdvėje turi tik vieną padėtį.

l= 1 (p-orbitalė) m = -1, 0, +1 (3 reikšmės).

l= 2 (d-orbitalė) m = -2, -1, 0, +1, +2 ir kt.

p ir d orbitos turi atitinkamai 3 ir 5 būsenas.

Orbitalės p yra pailgintos išilgai koordinačių ašių ir žymimos p x , p y , p z -orbitalėmis.

Sukimosi kvantinis skaičius s- apibūdina elektrono sukimąsi aplink savo ašį pagal laikrodžio rodyklę ir prieš laikrodžio rodyklę. Jis gali turėti tik dvi reikšmes +1/2 ir -1/2. Atomo elektroninio apvalkalo struktūra pavaizduota elektronine formule, kuri parodo elektronų pasiskirstymą energijos lygiais ir polygiais. Šiose formulėse energijos lygiai žymimi skaičiais 1, 2, 3, 4 ..., polygiai - raidėmis s, p, d, f. Elektronų skaičius polygyje rašomas kaip galia. Pavyzdžiui: didžiausias elektronų skaičius per s 2 , p 6 , d 10 , f 14 .

Dažnai grafiškai vaizduojamos elektroninės formulės, kurios parodo elektronų pasiskirstymą ne tik lygiuose ir polygiuose, bet ir orbitalėse, žymimose stačiakampiu. Polygiai skirstomi į kvantines ląsteles.

Nemokama kvantinė ląstelė

Ląstelė su nesuporuotu elektronu

Ląstelė su suporuotais elektronais

S polygyje yra viena kvantinė ląstelė.

P-polygyje yra 3 kvantinės ląstelės.

D-polygyje yra 5 kvantinės ląstelės.

F-polygyje yra 7 kvantinės ląstelės.

Nustatomas elektronų pasiskirstymas atomuose Pauli principas ir Gundo taisyklė. Pagal Pauli principą: atomas negali turėti elektronų su vienodomis visų keturių kvantinių skaičių reikšmėmis. Pagal Pauli principą energetinėje ląstelėje gali būti vienas, daugiausiai du elektronai su priešingais sukiniais. Ląstelės užpildomos pagal Hundo principą, pagal kurį kiekvienoje atskiroje ląstelėje pirmiausia po vieną išsidėsto elektronai, tada, kai yra užimtos visos tam tikro polygio ląstelės, prasideda elektronų poravimas.

Atominių elektronų orbitalių užpildymo seka nustatoma pagal V. Klečkovskio taisykles, priklausomai nuo sumos (n + l):

pirma užpildomi tie polygiai, kuriems ši suma mažesnė;

toms pačioms sumos reikšmėms (n + l) pirma, polygis užpildomas mažesne reikšme n.

Pavyzdžiui:

a) apsvarstykite 3d ir 4s polygių užpildymą. Apibrėžkime sumą (n + l):

y 3d(n + l) = 3 + 2 = 5, y 4s (n + l) = 4 + 0 = 4, todėl pirmiausia užpildomas 4 s polygis, o tada 3d polygis.

b) 3d, 4p, 5s polygiams reikšmių suma (n + l) = 5. Pagal Klečkovskio taisyklę užpildymas pradedamas mažesne n reikšme, t.y. 3d → 4p → 5s. Energijos lygių ir atomų polygių užpildymas elektronais vyksta tokia seka: valentingumas n = 2 n = 1

Be turi suporuotą elektronų porą 2s 2 polygyje. Norint atnešti energiją iš išorės, šią elektronų porą galima atskirti ir atomą paversti valentingu. Tokiu atveju vyksta elektrono perėjimas iš vieno polygio į kitą. Šis procesas vadinamas elektrono sužadinimas. Grafinė formulė Būkite sužadintos būsenos atrodys taip:

o valentingumas yra 2.

Anglies(lot. Carboneum), C, Mendelejevo periodinės sistemos IV grupės cheminis elementas, atominis skaičius 6, atominė masė 12.011. Žinomi du stabilūs izotopai: 12 C (98,892 %) ir 13 C (1,108 %). Iš radioaktyviųjų izotopų svarbiausias yra 14 C, kurio pusinės eliminacijos laikas (T ½ \u003d 5,6 10 3 metai). Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, veikiant 14 N azoto izotopui kosminės spinduliuotės neutronams, nuolat susidaro nedideli 14 C kiekiai (apie 2 10 -10 % masės), kurių amžių lemia specifinis 14 C izotopo aktyvumas m. biogeninės kilmės liekanų. 14 C yra plačiai naudojamas kaip izotopų žymeklis.

Istorijos nuoroda. Anglis buvo žinoma nuo seniausių laikų. Anglis buvo naudojama metalams iš rūdų atgauti, deimantas – kaip brangakmenis. Daug vėliau iš grafito buvo gaminami tigliai ir pieštukai.

1778 metais K. Scheele, kaitindamas grafitą salietra, atrado, kad šiuo atveju, kaip ir kaitinant anglį salietra, išsiskiria anglies dioksidas. Deimantų cheminė sudėtis buvo nustatyta A. Lavoisier (1772) eksperimentų su deimantų degimu ore ir S. Tennant (1797) tyrimais, kurie įrodė, kad vienodi deimantų ir anglies kiekiai yra vienodi. anglies dioksido kiekiai oksidacijos metu. 1789 m. Lavoisier anglį pripažino cheminiu elementu. Lotyniškas pavadinimas carboneum carbon gautas iš carbo – anglis.

Anglies pasiskirstymas gamtoje. Vidutinis anglies kiekis žemės plutoje yra 2,3 10 -2% masės (1 10 -2 ultrabazinėse, 1 10 -2 - bazinėse, 2 10 -2 - vidutinėse, 3 10 -2 - rūgštinėse uolienose) . Anglis kaupiasi viršutinėje žemės plutos dalyje (biosferoje): gyvojoje medžiagoje 18% Anglies, medžio 50%, anglies 80%, nafta 85%, antracito 96%. Nemaža dalis litosferoje esančios anglies yra susikaupusi klinčiuose ir dolomituose.

Nuosavų naudingųjų iškasenų skaičius Anglis - 112; išskirtinai daug organinių anglies junginių – angliavandenilių ir jų darinių.

Su anglies kaupimu žemės plutoje susikaupia daugybė kitų elementų, kuriuos absorbuoja organinės medžiagos ir nusėda netirpių karbonatų ir kt. pavidalu. CO 2 ir anglies rūgštis atlieka svarbų geocheminį vaidmenį žemės plutoje. Vulkanizmo metu išsiskiria didžiulis CO 2 kiekis – Žemės istorijoje tai buvo pagrindinis biosferos anglies šaltinis.

Palyginti su vidutiniu kiekiu žemės plutoje, žmonija iš gelmių išgauna ypač didelius anglies kiekius (anglį, naftą, gamtines dujas), nes šios fosilijos yra pagrindinis energijos šaltinis.

Anglies ciklas turi didelę geocheminę reikšmę.

Anglis taip pat plačiai pasklidusi erdvėje; Saulėje jis užima 4 vietą po vandenilio, helio ir deguonies.

Fizikinės anglies savybės.Žinomos kelios kristalinės anglies modifikacijos: grafitas, deimantas, karabinas, lonsdaleitas ir kt. Grafitas – pilkai juodas, nepermatomas, riebus liesti, žvynuotas, labai minkšta masė su metaliniu blizgesiu. Pagaminta iš šešiakampės struktūros kristalų: a = 2,462Å, c = 6,701Å. Esant kambario temperatūrai ir normaliam slėgiui (0,1 MN/m2 arba 1 kgf/cm2), grafitas yra termodinamiškai stabilus. Deimantas yra labai kieta kristalinė medžiaga. Kristalai turi kubinę į veidą orientuotą gardelę: a = 3,560Å. Esant kambario temperatūrai ir normaliam slėgiui, deimantas yra metastabilus. Pastebimas deimanto virsmas grafitu stebimas aukštesnėje nei 1400 °C temperatūroje vakuume arba inertinėje atmosferoje. Esant atmosferos slėgiui ir maždaug 3700 ° C temperatūrai, grafitas sublimuoja. Skystąją anglį galima gauti esant didesniam nei 10,5 MN/m2 (105 kgf/cm2) slėgiui ir aukštesnei nei 3700°C temperatūrai. Kietajai angliai (koksui, suodžiams, anglims) taip pat būdinga netvarkingos struktūros būsena – vadinamoji „amorfinė“ anglis, kuri nėra savarankiška modifikacija; jo struktūra pagrįsta smulkiagrūdžio grafito struktūra. Kai kurių rūšių „amorfinės“ anglies kaitinimas aukštesnėje nei 1500–1600°C temperatūroje, nepatekus į orą, sukelia jos virsmą grafitu. „Amorfinės“ anglies fizinės savybės labai stipriai priklauso nuo dalelių smulkumo ir priemaišų buvimo. „Amorfinės“ anglies tankis, šiluminė talpa, šilumos laidumas ir elektrinis laidumas visada yra didesni nei grafito. Karbinas gautas dirbtinai. Tai smulkiai kristaliniai juodi milteliai (tankis 1,9-2 g/cm3). Jis sudarytas iš ilgų C atomų grandinių, sukrautų lygiagrečiai viena kitai. Lonsdaleitas randamas meteorituose ir gaunamas dirbtiniu būdu.

Cheminės anglies savybės. Anglies atomo išorinio elektroninio apvalkalo konfigūracija yra 2s 2 2p 2 . Angliui būdingas keturių kovalentinių ryšių susidarymas dėl išorinio elektronų apvalkalo sužadinimo į 2sp 3 būseną. Todėl anglis vienodai gali ir pritraukti, ir atiduoti elektronus. Cheminis ryšys gali būti atliktas dėl sp 3 -, sp 2 - ir sp-hibridinių orbitalių, kurios atitinka koordinacinius skaičius 4, 3 ir 2. Anglies valentinių elektronų skaičius ir valentinių orbitalių skaičius yra vienodi. ; tai viena iš anglies atomų ryšio stabilumo priežasčių.

Unikalus anglies atomų gebėjimas jungtis vienas su kitu sudaryti stiprias ir ilgas grandines bei ciklus lėmė daugybės įvairių anglies junginių, ištirtų organinės chemijos būdu, atsiradimą.

Junginiuose anglies oksidacijos būsena -4; +2; +4. Atominis spindulys 0,77Å, kovalentinis spindulys atitinkamai 0,77Å, 0,67Å, 0,60Å viengubose, dvigubose ir trigubose jungtyse; joninis spindulys C 4- 2,60Å, C 4+ 0,20Å. Įprastomis sąlygomis anglis yra chemiškai inertiška, aukštoje temperatūroje ji jungiasi su daugeliu elementų, pasižyminčių stipriomis redukuojančiomis savybėmis. Cheminis aktyvumas mažėja serijoje: "amorfinė" Anglis, grafitas, deimantas; sąveika su atmosferos deguonimi (degimas) vyksta atitinkamai aukštesnėje nei 300–500 ° C, 600–700 ° C ir 850–1000 ° C temperatūroje, susidarant anglies monoksidui (IV) CO 2 ir anglies monoksidui (II) CO.

CO 2 ištirpsta vandenyje ir susidaro anglies rūgštis. 1906 metais O. Dielsas gavo anglies suboksido C 3 O 2 . Visos anglies formos yra atsparios šarmams ir rūgštims ir lėtai oksiduojasi tik labai stipriais oksidatoriais (chromo mišinys, koncentruoto HNO 3 ir KClO 3 mišinys ir kt.). „Amorfinė“ anglis reaguoja su fluoru kambario temperatūroje, grafitu ir deimantu – kaitinama. Tiesioginis anglies ryšys su chloru vyksta elektros lanku; su bromu ir jodu Anglis nereaguoja, todėl netiesiogiai sintetinama daugybė anglies halogenidų. Iš oksihalogenidų, kurių bendroji formulė COX 2 (kur X yra halogenas), geriausiai žinomas COCl chloridas (fosgenas). Vandenilis nesąveikauja su deimantu; jis reaguoja su grafitu ir "amorfine" anglimi esant aukštai temperatūrai, dalyvaujant katalizatoriams (Ni, Pt): 600-1000 °C temperatūroje daugiausia susidaro metanas CH 4, 1500-2000 °C temperatūroje - acetilenas C 2 H 2 ; gaminiuose taip pat gali būti kitų angliavandenilių, pavyzdžiui, C 2 H 6 etano, C 6 H 6 benzeno. Sieros sąveika su "amorfine" anglimi ir grafitu prasideda 700-800°C temperatūroje, su deimantu - 900-1000°C; visais atvejais susidaro anglies disulfidas CS 2. Kiti sieros turintys anglies junginiai (CS tioksidas, C 3 S 2 tiono oksidas, COS sulfidas ir CSCl 2 tiofosgenas) gaunami netiesiogiai. Kai CS 2 sąveikauja su metalų sulfidais, susidaro tiokarbonatai - silpnos tiokarbonato rūgšties druskos. Anglies sąveika su azotu, kad gautų cianą (CN) 2, atsiranda, kai azoto atmosferoje tarp anglies elektrodų perduodama elektros iškrova. Tarp azoto turinčių anglies junginių didelę praktinę reikšmę turi vandenilio cianidas HCN (Prussic rūgštis) ir daugybė jo darinių: cianidai, halocianidai, nitrilai ir kt.. Esant aukštesnei nei 1000 °C temperatūrai, anglis sąveikauja su daugeliu metalų, sudarydama karbidus. . Visų formų anglis kaitinant redukuoja metalų oksidus, susidarant laisviesiems metalams (Zn, Cd, Cu, Pb ir kt.) arba karbidams (CaC 2, Mo 2 C, WC, TaC ir kt.). Anglis reaguoja aukštesnėje nei 600-800 °C temperatūroje su vandens garais ir anglies dioksidu (kuro dujinimas). Išskirtinis grafito bruožas yra gebėjimas, vidutiniškai kaitinant iki 300–400 °C, sąveikauti su šarminiais metalais ir halogenidais, sudaryti C 8 Me, C 24 Me, C 8 X tipo inkliuzinius junginius (kur X yra halogenas , Aš esu metalas). Žinomi grafito inkliuziniai junginiai su HNO 3 , H 2 SO 4 , FeCl 3 ir kitais (pavyzdžiui, grafito bisulfatas C 24 SO 4 H 2 ). Visos anglies formos netirpi įprastuose neorganiniuose ir organiniuose tirpikliuose, tačiau tirpsta kai kuriuose išlydytuose metaluose (pvz., Fe, Ni, Co).

Anglies ekonominę reikšmę lemia tai, kad daugiau nei 90% visų pasaulyje suvartojamų pirminių energijos šaltinių yra iškastinis kuras, kurio dominuojantis vaidmuo išliks ir ateinančius dešimtmečius, nepaisant intensyvios branduolinės energetikos plėtros. Tik apie 10% išgaunamo kuro naudojama kaip žaliava pagrindinei organinei sintezei ir naftos cheminei sintezei, plastikų gamybai ir kt.

anglies organizme. Anglis yra svarbiausias biogeninis elementas, sudarantis gyvybės Žemėje pagrindą, daugybės organinių junginių, dalyvaujančių kuriant organizmus ir užtikrinančių jų gyvybinę veiklą (biopolimerai, taip pat daugybė mažos molekulinės masės biologiškai aktyvių medžiagų – vitaminų), struktūrinis vienetas. , hormonai, mediatoriai ir kt.). Nemaža dalis organizmams reikalingos energijos susidaro ląstelėse dėl anglies oksidacijos. Gyvybės atsiradimas Žemėje šiuolaikiniame moksle laikomas sudėtingu anglies junginių evoliucijos procesu.

Unikalus anglies vaidmuo gyvojoje gamtoje atsiranda dėl jos savybių, kurių visumoje neturi joks kitas periodinės sistemos elementas. Tarp anglies atomų, taip pat tarp anglies ir kitų elementų, susidaro stiprūs cheminiai ryšiai, kurie vis dėlto gali nutrūkti esant santykinai švelnioms fiziologinėms sąlygoms (šie ryšiai gali būti viengubi, dvigubi ir trigubi). Anglies gebėjimas sudaryti 4 lygiaverčius valentinius ryšius su kitais anglies atomais leidžia sukurti įvairių tipų anglies skeletus – linijinius, šakotus, ciklinius. Svarbu tai, kad tik trys elementai - C, O ir H - sudaro 98% visos gyvų organizmų masės. Taip pasiekiamas tam tikras gyvosios gamtos ekonomiškumas: esant beveik neribotai anglies junginių struktūrinei įvairovei, nedidelis cheminių jungčių tipų skaičius leidžia žymiai sumažinti organinių medžiagų skaidymui ir sintezei reikalingų fermentų skaičių. Anglies atomo struktūrinės savybės yra įvairių organinių junginių izomerijos tipų pagrindas (optinės izomerijos gebėjimas pasirodė esąs lemiamas aminorūgščių, angliavandenių ir kai kurių alkaloidų biocheminėje evoliucijoje).

Remiantis visuotinai priimta AI Oparino hipoteze, pirmieji organiniai junginiai Žemėje buvo abiogeninės kilmės. Metanas (CH 4 ) ir vandenilio cianidas (HCN), esantys pirminėje žemės atmosferoje, buvo anglies šaltiniai. Atsiradus gyvybei, vienintelis neorganinės anglies šaltinis, dėl kurio susidaro visa biosferos organinė medžiaga, yra anglies monoksidas (IV) (CO 2), esantis atmosferoje, taip pat ištirpęs natūraliuose vandenyse. HCO 3 forma. Galingiausią anglies (CO 2 pavidalu) asimiliacijos (asimiliacijos) mechanizmą – fotosintezę – visur vykdo žalieji augalai (kasmet pasisavinama apie 100 mlrd. tonų CO 2). Žemėje taip pat yra evoliuciniu požiūriu senesnis CO 2 asimiliacijos būdas chemosintezės būdu; šiuo atveju chemosintetiniai mikroorganizmai naudoja ne saulės spinduliavimo energiją, o neorganinių junginių oksidacijos energiją. Dauguma gyvūnų su maistu suvartoja anglį gatavų organinių junginių pavidalu. Atsižvelgiant į organinių junginių asimiliacijos metodą, įprasta atskirti autotrofinius ir heterotrofinius organizmus. Mikroorganizmų panaudojimas baltymų ir kitų maistinių medžiagų biosintezei, naudojant naftos angliavandenilius kaip vienintelį anglies šaltinį, yra viena iš svarbių šiuolaikinių mokslo ir technikos problemų.

Anglies kiekis gyvuose organizmuose sausoje medžiagoje yra: 34,5-40% vandens augalams ir gyvūnams, 45,4-46,5% sausumos augalams ir gyvūnams ir 54% bakterijoms. Vykstant gyvybinei organizmų veiklai, daugiausia dėl audinių kvėpavimo, vyksta oksidacinis organinių junginių skilimas, kai CO 2 išsiskiria į išorinę aplinką. Anglis taip pat išsiskiria kaip sudėtingesnių galutinių medžiagų apykaitos produktų dalis. Po gyvūnų ir augalų mirties dalis anglies dėl mikroorganizmų vykdomų skilimo procesų vėl virsta CO 2. Taip gamtoje vyksta anglies ciklai. Didelė anglies dalis yra mineralizuota ir sudaro iškastinės anglies telkinius: anglis, naftą, kalkakmenį ir kt. Be pagrindinės savo funkcijos – anglies šaltinio – natūraliuose vandenyse ir biologiniuose skysčiuose ištirpęs CO 2 dalyvauja palaikant optimalų gyvenimo procesams aplinkos rūgštingumą. Kaip CaCO 3 dalis, anglis sudaro daugelio bestuburių (pavyzdžiui, moliuskų lukštų) išorinį skeletą, taip pat randama koraluose, paukščių kiaušinių lukštuose ir kt. Anglies junginiai, tokie kaip HCN, CO, CCl 4, kurie vyravo Žemės pirminiai toliau, vykstant biologinei evoliucijai, jie virto stipriais metabolizmo antimetabolitais.

Be stabilių anglies izotopų, gamtoje yra plačiai paplitęs radioaktyvusis 14 C (žmogaus organizme yra apie 0,1 mikrokurio). Daugelis pagrindinių metabolizmo ir anglies ciklo gamtoje tyrimų pasiekimų yra susiję su anglies izotopų naudojimu biologiniuose ir medicinos tyrimuose. Taigi, radioaktyviosios anglies etiketės pagalba įrodyta galimybė H 14 CO 3 - fiksuoti augalų ir gyvūnų audiniuose, nustatyta fotosintezės reakcijų seka, ištirta aminorūgščių mainai, daugelio biologiškai aktyvių medžiagų biosintezės keliai. buvo atsekti junginiai ir kt. 14 C naudojimas prisidėjo prie molekulinės biologijos sėkmės tiriant baltymų biosintezės ir paveldimos informacijos perdavimo mechanizmus. Nustačius 14 C specifinį aktyvumą anglies turinčiose organinėse liekanose, galima spręsti apie jų amžių, kuris naudojamas paleontologijoje ir archeologijoje.

(pirmasis elektronas)

Anglies(cheminis simbolis C) Mendelejevo periodinės sistemos 2-ojo periodo pagrindinio pogrupio 4-osios grupės cheminis elementas, eilės numeris 6, natūralaus izotopų mišinio atominė masė 12,0107 g / mol.

Istorija

Anglies medžio anglies pavidalu senovėje buvo naudojamas metalams lydyti. Alotropinės anglies, deimanto ir grafito modifikacijos buvo žinomos jau seniai. Anglies elementinę prigimtį 1780-ųjų pabaigoje nustatė A. Lavoisier.

vardo kilmė

Tarptautinis pavadinimas: carbō – anglis.

Fizinės savybės

Anglies yra daug alotropinių modifikacijų, turinčių labai įvairių fizinių savybių. Modifikacijų įvairovė atsiranda dėl anglies gebėjimo sudaryti įvairių tipų cheminius ryšius.

Anglies izotopai

Natūralią anglį sudaro du stabilūs izotopai – 12 C (98,892 %) ir 13 C (1,108 %) ir vienas radioaktyvusis izotopas 14 C (β-spinduliuotojas, T ½ = 5730 metų), susitelkę atmosferoje ir viršutinėje žemės dalyje. pluta. Jis nuolat susidaro apatiniuose stratosferos sluoksniuose dėl kosminės spinduliuotės neutronų poveikio azoto branduoliams vykstant reakcijai: 14 N (n, p) 14 C, o taip pat nuo šeštojo dešimtmečio vidurio kaip žmogus. - pagamintas iš atominių elektrinių ir bandant vandenilines bombas.

14 C susidarymas ir skilimas yra radioaktyviosios anglies datavimo metodo, plačiai taikomo kvartero geologijoje ir archeologijoje, pagrindas.

Allotropinės anglies modifikacijos

Įvairių anglies modifikacijų sandaros schemos
a: deimantas, b: grafitas, c: lonsdaleite
d: fullerenas - buckyball C 60 , e: fullerenas C 540, f: fullerenas C 70
g: amorfinė anglis, h: anglies nanovamzdelis

Anglies alotropija

lonsdaleite

fullerenai

anglies nanovamzdeliai

amorfinė anglis

Anglies juodoji suodžiai

Anglies atomo elektronų orbitalės gali turėti skirtingą geometriją, priklausomai nuo jo elektronų orbitalių hibridizacijos laipsnio. Yra trys pagrindinės anglies atomo geometrijos.

Tetraedras - susidaro sumaišius vieną s- ir tris p-elektronus (sp 3 hibridizacija). Anglies atomas yra tetraedro centre, keturiais lygiaverčiais σ-ryšiais sujungtas su anglies atomais ar kitais tetraedro viršūnėse. Ši anglies atomo geometrija atitinka anglies deimanto ir lonsdaleito alotropines modifikacijas. Anglis turi tokią hibridizaciją, pavyzdžiui, metane ir kituose angliavandeniliuose.

Trigonalis - susidaro sumaišius vieną s- ir dvi p-elektronų orbitales (sp² hibridizacija). Anglies atomas turi tris lygiaverčius σ ryšius, esančius toje pačioje plokštumoje 120° kampu vienas kito atžvilgiu. Hibridizacijoje nedalyvaujanti p-orbitalė, esanti statmenai σ-jungčių plokštumai, naudojama π-ryšiams su kitais atomais formuoti. Tokia anglies geometrija būdinga grafitui, fenoliui ir kt.

Įstrižainė – susidaro sumaišius vieną s- ir vieną p-elektroną (sp-hibridizacija). Šiuo atveju du elektronų debesys yra pailgi ta pačia kryptimi ir atrodo kaip asimetriniai hanteliai. Kiti du p-elektronai sudaro π-jungtis. Anglis su tokia atomo geometrija sudaro specialią alotropinę modifikaciją – karabiną.

grafitas ir deimantas

Pagrindinės ir gerai ištirtos kristalinės anglies modifikacijos yra deimantas ir grafitas. Normaliomis sąlygomis tik grafitas yra termodinamiškai stabilus, o deimantas ir kitos formos yra metastabilios. Esant atmosferos slėgiui ir aukštesnei nei 1200 temperatūrai Kalmazas pradeda virsti grafitu, virš 2100 K transformacija vyksta per sekundes. ΔH 0 perėjimas - 1,898 kJ / mol. Esant normaliam slėgiui, anglis sublimuojasi 3780 K temperatūroje. Skysta anglis egzistuoja tik esant tam tikram išoriniam slėgiui. Trigubai taškai: grafitas-skystis-garai T = 4130 K, p = 10,7 MPa. Tiesioginis grafito perėjimas į deimantą vyksta 3000 K temperatūroje ir 11–12 GPa slėgyje.

Esant slėgiui, viršijančiam 60 GPa, daroma prielaida, kad susidaro labai tanki C III modifikacija (tankis yra 15–20 % didesnis nei deimanto) su metaliniu laidumu. Esant aukštam slėgiui ir santykinai žemai temperatūrai (apie 1200 K), labai orientuotas grafitas sudaro šešiakampę anglies modifikaciją su vurcito-lonsdaleito tipo kristaline gardele (a = 0,252 nm, c = 0,412 nm, erdvės grupė P6 3 /ttc), tankis. 3,51 g / cm³, tai yra tiek pat, kiek deimantas. Lonsdaleitas taip pat randamas meteorituose.

Itin smulkūs deimantai (nanodeimantai)

1980-aisiais SSRS buvo nustatyta, kad anglies turinčių medžiagų dinaminės apkrovos sąlygomis gali susidaryti į deimantą panašios struktūros, kurios vadinamos itin smulkiais deimantais (UDD). Šiuo metu vis dažniau vartojamas terminas „nanodeimantai“. Tokių medžiagų dalelių dydis yra keli nanometrai. UDD susidarymo sąlygos gali būti įgyvendintos detonuojant sprogmenis, turinčius reikšmingą neigiamą deguonies balansą, pavyzdžiui, TNT ir RDX mišinius. Tokios sąlygos gali susidaryti ir dangaus kūnų smūgių į Žemės paviršių metu esant anglies turinčioms medžiagoms (organinėms medžiagoms, durpėms, anglims ir kt.). Taigi Tunguskos meteorito kritimo zonoje UDD buvo rasta miško paklotėje.

Karabinas

Šešiakampės singonijos anglies kristalinė modifikacija su molekulių grandinine struktūra vadinama karabinu. Grandinės yra arba polieno (—C≡C—) arba polikumuleno (=C=C=). Yra žinomos kelios karabino formos, kurios skiriasi atomų skaičiumi vienetinėje ląstelėje, ląstelės dydžiu ir tankiu (2,68–3,30 g/cm³). Karbinas gamtoje randamas mineralinio chaoito pavidalu (balti dryžiai ir intarpai grafite) ir gaunamas dirbtinai oksidaciniu dehidropolikondensacijos būdu acetilenui, lazerio spinduliuote veikiant grafitą, iš angliavandenilių arba CCl 4 žemos temperatūros plazmoje.

Karabinas yra juodi smulkiagrūdžiai milteliai (tankis 1,9-2 g/cm³), turintys puslaidininkinių savybių. Gautas dirbtinėmis sąlygomis iš ilgų atomų grandinių anglies išdėstyti lygiagrečiai vienas kitam.

Karbinas yra linijinis anglies polimeras. Karbino molekulėje anglies atomai yra sujungti grandinėmis pakaitomis arba trigubomis ir viengubomis jungtimis (polieno struktūra) arba nuolat dvigubomis jungtimis (polikumuleno struktūra). Pirmą kartą šią medžiagą septintojo dešimtmečio pradžioje gavo sovietų chemikai V. V. Koršakas, A. M. Sladkovas, V. I. Kasatochkinas ir Yu. P. Kudryavcevas. in SSRS mokslų akademijos Organinių elementų junginių institutas.Karbinas turi puslaidininkinių savybių, o veikiant šviesai jo laidumas labai padidėja. Pirmasis praktinis pritaikymas pagrįstas šia savybe – fotoelementuose.

Fullerenai ir anglies nanovamzdeliai

Anglis taip pat žinoma kaip klasterio dalelės C 60, C 70, C 80, C 90, C 100 ir panašiai (fullerenai), taip pat grafenai ir nanovamzdeliai.

amorfinė anglis

Amorfinės anglies struktūra pagrįsta netvarkinga vienakristalinio (visada turinčio priemaišų) grafito struktūra. Tai koksas, rudosios ir kietosios anglys, suodžiai, suodžiai, aktyvuota anglis.

Buvimas gamtoje

Anglies kiekis žemės plutoje yra 0,1% masės. Laisvoji anglis gamtoje randama deimanto ir grafito pavidalu. Pagrindinė anglies masė yra natūralių karbonatų (kalkakmenių ir dolomitų), iškastinio kuro - antracito (94-97% C), rusvųjų anglių (64-80% C), akmens anglių (76-95% C) pavidalu, naftos skalūnai (56-95% C). 78% C), nafta (82-87% C), degiosios gamtinės dujos (iki 99% metano), durpės (53-56% C), taip pat bitumas ir kt. Atmosferoje ir hidrosferoje anglies dioksido pavidalu CO 2, ore 0,046% CO 2 masės, upių, jūrų ir vandenynų vandenyse ~60 kartų daugiau. Anglies yra augaluose ir gyvūnuose (~18%).
Anglis į žmogaus organizmą patenka su maistu (paprastai apie 300 g per dieną). Bendras anglies kiekis žmogaus organizme siekia apie 21% (15 kg 70 kg kūno svorio). Anglis sudaro 2/3 raumenų masės ir 1/3 kaulų masės. Iš organizmo jis išsiskiria daugiausia su iškvepiamu oru (anglies dioksidu) ir šlapimu (karbamidu).
Anglies ciklas gamtoje apima biologinį ciklą, CO 2 išsiskyrimą į atmosferą degant iškastiniam kurui, iš vulkaninių dujų, karštųjų mineralinių šaltinių, iš paviršinių vandenynų vandenų sluoksnių ir kt. Biologinis ciklas susideda iš to, kad kad anglį CO 2 pavidalu augalai sugeria iš troposferos . Tada iš biosferos vėl grįžta į geosferą: su augalais anglis patenka į gyvūnų ir žmonių organizmus, o vėliau, gyvūninėms ir augalinėms medžiagoms irstant, į dirvą ir CO 2 pavidalu į atmosferą.

Garų būsenoje ir junginių su azotu ir vandeniliu pavidalu anglis randama Saulės atmosferoje, planetose, jos randama akmens ir geležies meteorituose.

Dauguma anglies junginių, o ypač angliavandeniliai, turi ryškų kovalentinių junginių pobūdį. C atomų viengubų, dvigubų ir trigubų jungčių stiprumas, gebėjimas sudaryti stabilias grandines ir ciklus iš C atomų lemia daugybės anglies turinčių junginių, tirtų organinės chemijos, egzistavimą.

Cheminės savybės

Esant įprastoms temperatūroms, anglis yra chemiškai inertiška, pakankamai aukštoje temperatūroje ji jungiasi su daugeliu elementų ir pasižymi stipriomis redukuojančiomis savybėmis. Eilėse mažėja skirtingų anglies formų cheminis aktyvumas: amorfinės anglies, grafito, deimanto, ore jos užsidega esant aukštesnei nei 300–500 °C, 600–700 °C ir 850–1000 °C temperatūrai.

Oksidacijos laipsniai +4, −4, retai +2 (CO, metalų karbidai), +3 (C 2 N 2, halocianatai); elektronų giminingumas 1,27 eV; jonizacijos energija nuoseklaus perėjimo iš C 0 į C 4+ metu yra atitinkamai 11,2604, 24,383, 47,871 ir 64,19 eV.

neorganiniai junginiai

Anglis reaguoja su daugeliu elementų, sudarydama karbidus.

Degimo produktai yra anglies monoksidas CO ir anglies dioksidas CO 2 . Taip pat žinomas nestabilus oksidas C 3 O 2 (lydymosi temperatūra –111°C, virimo temperatūra 7°C) ir kai kurie kiti oksidai. Grafitas ir amorfinė anglis pradeda reaguoti su H 2 1200 ° C temperatūroje, su F 2 900 ° C temperatūroje.

CO 2 su vandeniu sudaro silpną anglies rūgštį - H 2 CO 3, iš kurios susidaro druskos - Karbonatai. Žemėje labiausiai paplitę karbonatai yra kalcis (kreida, marmuras, kalcitas, kalkakmenis ir kiti mineralai) ir magnis (dolomitas).

Grafitas sudaro inkliuzinius junginius su halogenais, šarminiais metalais ir kitomis medžiagomis. Kai elektros iškrova praeina tarp anglies elektrodų N 2 terpėje, susidaro cianidas, aukštoje temperatūroje cianido rūgštis gaunama anglies sąveikoje su H 2 ir N 2 mišiniu. Su siera anglis suteikia anglies disulfidą CS 2 , CS ir C 3 S 2 taip pat žinomi. Su dauguma metalų, boro ir silicio, anglis sudaro karbidus. Pramonėje svarbi anglies reakcija su vandens garais: C + H 2 O \u003d CO + H 2 (Kietojo kuro dujinimas). Kaitinant anglis redukuoja metalų oksidus į metalus, o tai plačiai naudojama metalurgijoje.

organiniai junginiai

Dėl anglies gebėjimo sudaryti polimerų grandines yra didžiulė anglies pagrindu pagamintų junginių klasė, kurių yra daug daugiau nei neorganinių ir kurie yra organinės chemijos tyrinėjimai. Tarp jų yra plačiausios grupės: angliavandeniliai, baltymai, riebalai ir kt.

Anglies junginiai sudaro sausumos gyvybės pagrindą, o jų savybės daugiausia lemia sąlygų, kuriomis gali egzistuoti tokios gyvybės formos, diapazoną. Pagal atomų skaičių gyvose ląstelėse anglies dalis yra apie 25%, masės dalis - apie 18%.

Taikymas

Grafitas naudojamas pieštukų pramonėje. Jis taip pat naudojamas kaip tepalas esant ypač aukštai arba žemai temperatūrai.

Deimantas dėl savo išskirtinio kietumo yra nepakeičiama abrazyvinė medžiaga. Grąžtų šlifavimo antgaliai yra deimantine danga. Be to, briaunoti deimantai naudojami kaip brangakmeniai papuošaluose. Dėl savo retumo, aukštų dekoratyvinių savybių ir istorinių aplinkybių derinio deimantas yra nuolat brangiausias brangakmenis. Dėl išskirtinai didelio deimanto šilumos laidumo (iki 2000 W/m.K) jis yra perspektyvi medžiaga puslaidininkių technologijoms kaip procesorių substratas. Tačiau santykinai aukšta kaina (apie 50 USD už gramą) ir deimantų apdorojimo sudėtingumas riboja jo taikymą šioje srityje.
Farmakologijoje ir medicinoje plačiai naudojami įvairūs anglies junginiai – anglies rūgšties ir karboksirūgščių dariniai, įvairūs heterociklai, polimerai ir kiti junginiai. Taigi karbolenas (aktyvuota anglis) naudojamas įvairiems toksinams absorbuoti ir pašalinti iš organizmo; grafitas (tepalų pavidalu) - odos ligoms gydyti; radioaktyvieji anglies izotopai – moksliniams tyrimams (radioangliavandenių analizei).

Anglis vaidina didžiulį vaidmenį žmogaus gyvenime. Jo pritaikymas yra toks pat įvairus, kaip ir pats šis daugialypis elementas.

Anglis yra visų organinių medžiagų pagrindas. Kiekvienas gyvas organizmas daugiausia sudarytas iš anglies. Anglis yra gyvybės pagrindas. Anglies šaltinis gyviems organizmams dažniausiai yra CO 2 iš atmosferos arba vandens. Dėl fotosintezės jis patenka į biologines maisto grandines, kuriose gyvi daiktai ryja vienas kitą arba vienas kito liekanas ir taip išgauna anglį, kad sukurtų savo kūną. Biologinis anglies ciklas baigiasi arba oksidacija ir grįžimu į atmosferą, arba pašalinimu anglies ar naftos pavidalu.

Anglis iškastinio kuro pavidalu: anglis ir angliavandeniliai (nafta, gamtinės dujos) yra vienas svarbiausių žmonijos energijos šaltinių.

Toksiškas veiksmas

Anglis yra atmosferos aerozolių dalis, dėl to gali keistis regiono klimatas ir sumažėti saulėtų dienų skaičius. Anglis į aplinką patenka suodžių pavidalu kaip variklinių transporto priemonių išmetamųjų dujų dalis, kai anglys deginamos šiluminėse elektrinėse, atviros anglies kasybos metu, jos požeminis dujofikavimas, anglies koncentratų gavimas ir kt. Anglies koncentracija virš degimo šaltiniai yra 100–400 µg/m³ 4–15,9 µg/m³, kaimo vietovėse 0,5–0,8 µg/m³. Su dujų-aerozolių emisijomis iš atominių elektrinių (6-15) patenka į atmosferą.10 9 Bq/parą 14 CO 2 .

Didelis anglies kiekis atmosferos aerozoliuose padidina gyventojų, ypač viršutinių kvėpavimo takų ir plaučių, sergamumą. Profesinės ligos dažniausiai yra antrakozė ir dulkių bronchitas. Darbo zonos ore MPC, mg/m³: deimantas 8,0, antracitas ir koksas 6,0, anglis 10,0, suodžiai ir anglies dulkės 4,0; atmosferos ore, maksimalus vienkartinis 0,15, vidutinis per parą 0,05 mg / m³.

14 C, kuris yra baltymų molekulių dalis (ypač DNR ir RNR), toksinį poveikį lemia beta dalelių ir azoto atatrankos branduolių (14 C (β) → 14 N) spinduliuotės poveikis ir transmutacijos efektas – a. molekulės cheminės sudėties pokytis dėl C atomo virsmo N atomu Leistina 14 C koncentracija darbo zonos ore DK A 1,3 Bq / l, atmosferos ore DK B 4,4 Bq / l, vandenyje 3,0,10 4 Bq / l, didžiausias leistinas patekimas per kvėpavimo sistemą 3 ,2,10 8 Bq/metus.

Papildoma informacija

– Anglies junginiai
— Radioaktyviosios anglies analizė
- Ortokarboksirūgštis

Allotropinės anglies formos:

Deimantas
Grafenas
Grafitas
Karabinas
Lonsdaleite
anglies nanovamzdeliai
Fullerenai

Amorfinės formos:

Suodžiai
anglies juodumo
Anglis

Anglies izotopai:

Nestabilus (mažiau nei dieną): 8C: anglis-8, 9C: anglis-9, 10C: anglis-10, 11C: anglis-11
Stabilus: 12C: anglis-12, 13C: anglis-13
10-10 000 metų: 14C: anglis-14
Nestabilus (mažiau nei dieną): 15C: anglis-15, 16C: anglis-16, 17C: anglis-17, 18C: anglis-18, 19C: anglis-19, 20C: anglis-20, 21C: anglis-21, 22C: anglis-22

Nuklidų lentelė

Anglis, Carboneum, C (6)
Anglis (angl. Carbon, French Carbone, vok. Kohlenstoff) anglies, suodžių ir suodžių pavidalu žmonijai buvo žinoma nuo neatmenamų laikų; maždaug prieš 100 tūkstančių metų, kai mūsų protėviai įvaldė ugnį, jie kasdien susidorodavo su anglimi ir suodžiais. Tikriausiai labai anksti žmonės susipažino su alotropinėmis anglies modifikacijomis – deimantu ir grafitu, taip pat su iškastinėmis anglimis. Nenuostabu, kad anglies turinčių medžiagų degimas buvo vienas pirmųjų cheminių procesų, sudominusių žmogų. Kadangi deganti medžiaga išnyko, ją sudegė ugnis, degimas buvo laikomas medžiagos skilimo procesu, todėl anglis (arba anglis) nebuvo laikoma elementu. Elementas buvo ugnis, reiškinys, lydintis degimą; senovės stichijų mokymuose ugnis dažniausiai figūruoja kaip vienas iš elementų. XVII – XVIII amžių sandūroje. atsirado Becherio ir Stahlo iškelta flogistono teorija. Ši teorija pripažino, kad kiekviename degiame kūne yra speciali elementari medžiaga - nesvarus skystis - flogistonas, kuris degimo metu išgaruoja.

Sudeginus didelį kiekį anglies lieka tik šiek tiek pelenų, flogistika manė, kad anglis yra beveik grynas flogistonas. Tai buvo visų pirma „flogistinio“ anglies poveikio paaiškinimas, jos gebėjimas atkurti metalus iš „kalkių“ ir rūdų. Vėlesni flogistikai Réaumur, Bergman ir kiti jau pradėjo suprasti, kad anglis yra elementari medžiaga. Tačiau pirmą kartą „gryną anglį“ tokia pripažino Lavoisier, tyrinėjęs anglies ir kitų medžiagų degimo ore ir deguonyje procesą. Guiton de Morveau, Lavoisier, Berthollet ir Fourcroix knygoje „Cheminės nomenklatūros metodas“ (1787) vietoj prancūziško „pure coal“ (charbone pur) atsirado pavadinimas „anglis“ (carbone). Tuo pačiu pavadinimu anglis yra „Paprastų kūnų lentelėje“ Lavoisier „Elementariame chemijos vadovėlyje“. 1791 m. anglų chemikas Tennantas pirmasis gavo laisvą anglį; jis praleido fosforo garus per kalcinuotą kreidą, todėl susidarė kalcio fosfatas ir anglis. Tai, kad stipriai kaitinant deimantas dega be likučių, žinoma jau seniai. Dar 1751 m. Prancūzijos karalius Pranciškus I sutiko padovanoti deimantą ir rubiną deginimo eksperimentams, po kurių šie eksperimentai netgi tapo madingi. Paaiškėjo, kad dega tik deimantas, o rubinas (aliuminio oksidas su chromo priemaiša) atlaiko ilgalaikį kaitinimą uždegančio lęšio židinyje nepažeisdamas. Lavoisier surengė naują eksperimentą deginant deimantą didelės padegamosios mašinos pagalba ir padarė išvadą, kad deimantas yra kristalinė anglis. Antrasis anglies alotropas – grafitas alcheminiu laikotarpiu buvo laikomas modifikuotu švino blizgesiu ir vadintas plumbago; tik 1740 m. Pottas atrado, kad grafite nėra švino priemaišų. Scheele tyrinėjo grafitą (1779 m.) ir, būdamas flogistikas, laikė jį ypatingos rūšies sieros korpusu, specialia mineraline anglimi, kurioje yra surištos „oro rūgšties“ (CO2) ir daug flogistono.

Po dvidešimties metų Guiton de Morveau, švelniai kaitindamas, pavertė deimantą grafitu, o paskui anglies rūgštimi.

Tarptautinis pavadinimas Carboneum kilęs iš lot. anglis (anglis). Žodis yra labai senos kilmės. Jis lyginamas su kremu – deginti; sagos šaknis, cal, rusų gar, gal, tikslas, sanskrito sta reiškia virti, virti. Žodis „carbo“ yra susijęs su anglies pavadinimais kitomis Europos kalbomis (anglis, anglis ir kt.). Vokiškas Kohlenstoff kilęs iš Kohle – anglis (senoji vokiška kolo, švedų kylla – šildyti). Senosios rusų kalbos ugorati arba ugarati (deginti, apdeginti) turi šaknį gar, arba kalnus, su galimu perėjimu į tikslą; anglis senąja rusų kalba yug'l, arba anglis, tos pačios kilmės. Žodis deimantas (Diamante) kilęs iš senovės graikų – nesunaikinamas, tvirtas, kietas, o grafitas iš graikų – rašau.

XIX amžiaus pradžioje. senasis žodis anglis rusų chemijos literatūroje kartais buvo pakeistas žodžiu „anglis“ (Sherer, 1807; Severgin, 1815); nuo 1824 m. Solovjovas įvedė anglies pavadinimą.

APIBRĖŽIMAS

Anglies- šeštasis periodinės lentelės elementas. Pavadinimas - C iš lotyniško „carboneum“. Įsikūręs antrame periode, IVA grupė. Nurodo nemetalus. Branduolinis krūvis yra 6.

Anglis gamtoje randama tiek laisvos būsenos, tiek daugybės junginių pavidalu. Laisvoji anglis susidaro kaip deimantas ir grafitas. Be iškastinių anglių, Žemės žarnyne yra daug naftos sankaupų. Žemės plutoje randama didžiulis kiekis anglies rūgšties druskų, ypač kalcio karbonato. Ore visada yra anglies dioksido. Galiausiai, augalų ir gyvūnų organizmai susideda iš medžiagų, kurių formavime dalyvauja anglis. Taigi šis elementas yra vienas iš labiausiai paplitusių Žemėje, nors bendras jo kiekis žemės plutoje yra tik apie 0,1% (masės).

Anglies atominė ir molekulinė masė

Santykinė medžiagos molekulinė masė (M r) yra skaičius, parodantis, kiek kartų tam tikros molekulės masė yra didesnė nei 1/12 anglies atomo masės, ir santykinė elemento atominė masė (Ar r) yra kiek kartų vidutinė cheminio elemento atomų masė yra didesnė už 1/12 anglies atomo masės.

Kadangi laisvoje būsenoje anglis egzistuoja monoatominių C molekulių pavidalu, jos atominės ir molekulinės masės reikšmės yra vienodos. Jie lygūs 12,0064.

Anglies alotropija ir alotropinės modifikacijos

Laisvoje būsenoje anglis egzistuoja deimanto pavidalu, kuris kristalizuojasi kubinėje ir šešiakampėje (lonsdaleito) sistemoje, ir grafito, priklausančio šešiakampei sistemai (1 pav.). Anglies formos, tokios kaip anglis, koksas ar suodžiai, turi netvarkingą struktūrą. Taip pat yra alotropinių modifikacijų, gautų sintetiniu būdu – tai karabino ir polikumuleno – anglies atmainos, pagamintos iš -C=C- arba =C=C= tipo linijinės grandinės polimerų.

Ryžiai. 1. Alotropinės anglies modifikacijos.

Taip pat žinomos alotropinės anglies modifikacijos, kurios turi tokius pavadinimus: grafenas, fullerenas, nanovamzdeliai, nanopluoštai, astralenas, stiklinė anglis, milžiniški nanovamzdeliai; amorfinė anglis, anglies nanopumpuriai ir anglies nanoputos.

Anglies izotopai

Gamtoje anglis egzistuoja dviejų stabilių izotopų 12 C (98,98 %) ir 13 C (1,07 %) pavidalu. Jų masės skaičiai yra atitinkamai 12 ir 13. 12 C anglies izotopo branduolyje yra šeši protonai ir šeši neutronai, o 13 C izotopo – tiek pat protonų ir penki neutronai.

Yra vienas dirbtinis (radioaktyvus) anglies izotopas, 14 C, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 5730 metų.

anglies jonų

Išoriniame anglies atomo energijos lygyje yra keturi elektronai, kurie yra valentiniai:

1s 2 2s 2 2p 2.

Dėl cheminės sąveikos anglis gali prarasti valentinius elektronus, t.y. būti jų donoru, ir virsti teigiamai įkrautais jonais arba priimti elektronus iš kito atomo, t.y. būti jų akceptoriumi ir virsti neigiamo krūvio jonais:

C0-2e → C2+;

C0-4e → C4+;

C 0 +4e → C 4-.

Molekulė ir anglies atomas

Laisvoje būsenoje anglis egzistuoja monoatominių C molekulių pavidalu. Štai keletas anglies atomui ir molekulei būdingų savybių:

Anglies lydiniai

Pasaulyje žinomiausi anglies lydiniai yra plienas ir ketus. Plienas yra geležies ir anglies lydinys, kuriame anglies kiekis neviršija 2%. Ketaus (taip pat ir geležies su anglimi lydinyje) anglies kiekis yra didesnis – nuo ​​2 iki 4%.

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

Pratimas	Koks anglies monoksido (IV) tūris išsiskirs (n.o.) deginant 500 g kalkakmenio, kuriame yra 0,1 masės dalies priemaišų.
Sprendimas	Rašome kalkakmenio skrudinimo reakcijos lygtį: CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 -. Raskime gryno kalkakmenio masę. Norėdami tai padaryti, pirmiausia nustatome jo masės dalį be priemaišų: w skaidrus (CaCO 3) \u003d 1 - w priemaiša \u003d 1 - 0,1 \u003d 0,9. m skaidrus (CaCO 3) \u003d m (CaCO 3) × w skaidrus (CaCO 3); m skaidrus (CaCO 3) \u003d 500 × 0,9 \u003d 450 g. Apskaičiuokite kalkakmenio medžiagos kiekį: n (CaCO 3) \u003d m skaidrus (CaCO 3) / M (CaCO 3); n(CaCO 3) \u003d 450/100 \u003d 4,5 mol. Pagal reakcijos lygtį n (CaCO 3) : n (CO 2) = 1:1, tada n (CaCO 3) \u003d n (CO 2) \u003d 4,5 mol. Tada išsiskiriančio anglies monoksido tūris (IV) bus lygus: V(CO 2) \u003d n(CO 2) × V m; V (CO 2) \u003d 4,5 × 22,4 \u003d 100,8 litro.
Atsakymas	100,8 l

2 PAVYZDYS

Pratimas	Kiek reikės tirpalo, kuriame yra 0,05 masės frakcijos arba 5% vandenilio chlorido, norint neutralizuoti 11,2 g kalcio karbonato?
Sprendimas	Rašome kalcio karbonato neutralizavimo vandenilio chloridu lygtį: CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2 -. Raskite kalcio karbonato medžiagos kiekį: M(CaCO 3) = A r (Ca) + A r (C) + 3 × A r (O); M (CaCO 3) \u003d 40 + 12 + 3 × 16 \u003d 52 + 48 = 100 g / mol. n (CaCO 3) \u003d m (CaCO 3) / M (CaCO 3); n (CaCO 3) \u003d 11,2 / 100 \u003d 0,112 mol. Pagal reakcijos lygtį n (CaCO 3) : n (HCl) \u003d 1: 2, o tai reiškia n(HCl) \u003d 2 × n (CaCO 3) \u003d 2 × 0,224 mol. Nustatykite tirpale esančios vandenilio chlorido medžiagos masę: M (HCl) \u003d A r (H) + A r (Cl) \u003d 1 + 35,5 \u003d 36,5 g / mol. m(HCl) = n(HCl) × M(HCl) = 0,224 × 36,5 = 8,176 g Apskaičiuokite vandenilio chlorido tirpalo masę: m tirpalo (HCl) = m(HCl) × 100 / w(HCl); m tirpalas (HCl) = 8,176 × 100 / 5 = 163,52 g
Atsakymas	163,52 g

Deimanto struktūra a) ir grafitas b)

Anglies(lot carboneum) - C, Mendelejevo periodinės sistemos IV grupės cheminis elementas, atominis skaičius 6, atominė masė 12.011. Gamtoje jis randamas deimantų, grafito arba fullereno kristalų ir kitų formų pavidalu ir yra organinių (anglies, naftos, gyvūnų ir augalų organizmų ir kt.) ir neorganinių medžiagų (kalkakmenis, kepimo soda ir kt.) dalis. Anglis yra plačiai paplitusi, tačiau jos kiekis žemės plutoje yra tik 0,19%.

Anglis plačiai naudojama paprastų medžiagų pavidalu. Be brangiųjų deimantų, kurie yra papuošalų objektas, didelę reikšmę turi pramoniniai deimantai - šlifavimo ir pjovimo įrankių gamybai. Medžio anglis ir kitos amorfinės anglies formos naudojamos dujoms nuspalvinti, valyti, adsorbuoti, technologijos srityse, kur reikalingi adsorbentai su išvystytu paviršiumi. Karbidai, anglies junginiai su metalais, taip pat su boru ir siliciu (pavyzdžiui, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) pasižymi dideliu kietumu ir naudojami abrazyviniams bei pjovimo įrankiams gaminti. Anglies yra plienuose ir lydiniuose elementinės būsenos ir karbidų pavidalu. Plieno liejinių paviršiaus prisotinimas anglimi esant aukštai temperatūrai (karburizacija) žymiai padidina paviršiaus kietumą ir atsparumą dilimui.

Istorijos nuoroda

Grafitas, deimantas ir amorfinė anglis buvo žinomi nuo antikos laikų. Seniai žinoma, kad grafitu galima žymėti ir kitą medžiagą, o patį pavadinimą „grafitas“, kilusį iš graikų kalbos žodžio, reiškiančio „rašyti“, A. Werneris pasiūlė 1789 m.. Tačiau grafito istorija yra supainioti, dažnai su juo buvo supainiotos panašių išorinių fizinių savybių turinčios medžiagos. , pavyzdžiui, molibdenitas (molibdeno sulfidas), kažkada laikytas grafitu. Be kitų grafito pavadinimų, žinomi „juodasis švinas“, „geležies karbidas“, „sidabrinis švinas“.

1779 metais K. Scheele nustatė, kad grafitas gali būti oksiduojamas oru ir susidaro anglies dioksidas. Pirmą kartą deimantai buvo panaudoti Indijoje, o Brazilijoje brangakmeniai įgijo komercinę reikšmę 1725 m.; telkiniai Pietų Afrikoje buvo aptikti 1867 m.

XX amžiuje Pagrindiniai deimantų gamintojai yra Pietų Afrika, Zairas, Botsvana, Namibija, Angola, Siera Leonė, Tanzanija ir Rusija. Dirbtiniai deimantai, kurių technologija sukurta 1970 m., yra gaminami pramoniniais tikslais.

Savybės

Yra žinomos keturios kristalinės anglies modifikacijos:

• grafitas,
• deimantas,
• karabinas,
• lonsdaleite.

Grafitas- pilkai juoda, nepermatoma, riebi liesti, žvynuota, labai minkšta masė su metaliniu blizgesiu. Esant kambario temperatūrai ir normaliam slėgiui (0,1 MN/m2 arba 1 kgf/cm2), grafitas yra termodinamiškai stabilus.

Deimantas- labai kieta kristalinė medžiaga. Kristalai turi kubinę veidą nukreiptą grotelę. Esant kambario temperatūrai ir normaliam slėgiui, deimantas yra metastabilus. Pastebimas deimanto virsmas grafitu stebimas aukštesnėje nei 1400°C temperatūroje vakuume arba inertinėje atmosferoje. Esant atmosferos slėgiui ir maždaug 3700 ° C temperatūrai, grafitas sublimuoja.

Skystąją anglį galima gauti esant didesniam nei 10,5 MN/m2 (105 kgf/cm2) slėgiui ir aukštesnei nei 3700°C temperatūrai. Kietajai angliai (koksui, suodžiams, anglims) taip pat būdinga netvarkingos struktūros būsena – vadinamoji „amorfinė“ anglis, kuri nėra savarankiška modifikacija; jo struktūra pagrįsta smulkiagrūdžio grafito struktūra. Kai kurių „amorfinės“ anglies rūšių kaitinimas virš 1500–1600 ° C be oro sukelia jų virsmą grafitu.

„Amorfinės“ anglies fizinės savybės labai stipriai priklauso nuo dalelių sklaidos ir priemaišų buvimo. „Amorfinės“ anglies tankis, šiluminė talpa, šilumos laidumas ir elektrinis laidumas visada yra didesni nei grafito.

Karabinas gauti dirbtinai. Tai smulkiai kristaliniai juodos spalvos milteliai (tankis 1,9-2 g / cm 3). Sukurtas iš ilgų atomų grandinių NUO išdėstyti lygiagrečiai vienas kitam.

Lonsdaleite rasta meteorituose ir gauta dirbtiniu būdu; jo struktūra ir savybės galutinai nenustatytos.

Anglies savybės
atominis skaičius		6
Atominė masė		12,011
Izotopai:	stabilus	12, 13
	nestabilus	8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
Lydymosi temperatūra		3550°С
Virimo temperatūra		4200°C
Tankis		1,9–2,3 g / cm 3 (grafitas) 3,5–3,53 g / cm 3 (deimantas)
Kietumas (Mosas)		1-2
Turinys žemės plutoje (masė)		0,19%
Oksidacijos būsenos		-4; +2; +4

Lydiniai

Plienas

Metalurgijoje koksas naudojamas kaip reduktorius. Medžio anglis – kalvėse, parakui gauti (75% KNO 3 + 13% C + 12% S), sugerti dujas (adsorbcija), taip pat kasdieniame gyvenime. Suodžiai naudojami kaip guminis užpildas, juodų dažų gamybai – spaudos rašalui ir rašalui, taip pat sausuose galvaniniuose elementuose. Stiklinė anglis naudojama gaminant įrangą, skirtą labai agresyviai aplinkai, taip pat aviacijoje ir astronautikoje.

Aktyvintoji anglis sugeria kenksmingas medžiagas iš dujų ir skysčių: į jas pripildomos dujokaukės, valymo sistemos, ji naudojama medicinoje apsinuodijus.

Anglis yra visų organinių medžiagų pagrindas. Kiekvienas gyvas organizmas daugiausia sudarytas iš anglies. Anglis yra gyvybės pagrindas. Anglies šaltinis gyviems organizmams dažniausiai yra CO 2 iš atmosferos arba vandens. Dėl fotosintezės jis patenka į biologines maisto grandines, kuriose gyvi daiktai valgo vienas kitą arba vienas kito liekanas ir taip išgauna anglį, kad sukurtų savo kūną. Biologinis anglies ciklas baigiasi arba oksidacija ir grįžimu į atmosferą, arba pašalinimu anglies ar naftos pavidalu.

Radioaktyvaus izotopo 14 C naudojimas prisidėjo prie molekulinės biologijos sėkmės tiriant baltymų biosintezės mechanizmus ir paveldimos informacijos perdavimą. Nustačius 14 C specifinį aktyvumą anglies turinčiose organinėse liekanose, galima spręsti apie jų amžių, kuris naudojamas paleontologijoje ir archeologijoje.

Šaltiniai

Cheminiai elementai ir medžiagos
Cheminiai elementai	Azotas. Argonas. Vandenilis. Helis. Geležis . Kalcis. Deguonis. Silicis. Magnis. Manganas.