Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Углерод

УГЛЕРОД (Carboneum) C, хим. элемент IV гр. периодич. системы, ат. н. 6, ат.м. 12.011. Природный У. состоит из двух стабильных изотопов - 12C (98,892%) и 13C (1,108%). Сечение захвата тепловых нейтронов 3,5·10-31 м2. В атмосфере присутствует радиоактивный нуклид 14C. Он постоянно образуется в ниж. слоях стратосферы в результате воздействия нейтронов космич. излучения на ядра азота по р-ции: 14N (n, р)14C. Конфигурация внеш. электронной оболочки атома У. 2s22p2; степени окисления +4, - 4, редко +2 (СО, карбонилы металлов), +3 (C2N2, галоген-цианы); сродство к электрону 1,27 эВ; энергий ионизации при последоват. переходе от С° к C4+ соотв. 11,26040, 24,383, 47,871 и 64,19 эВ;

электроотрицательность по Полингу 2,5; атомный радиус 0,077 нм, ионный радиус C4+ (в скобках даны координац. числа) 0,029 нм (4), 0,030 нм (6).

Содержание У. в земной коре 0,48% по массе. Свободный У. находится в природе в виде алмаза и графита. Осн. масса У. встречается в виде карбонатов природных (известняки и доломиты), горючих ископаемых - антрацит (94-97% С), бурые угли (64-80% С), каменные угли (76-95% С), горючие сланцы (56-78% С), нефть (82-87% С), газы природные горючие (до 99% CH4), торф (53-62% С), а также битумы и др. В атмосфере и гидросфере У. находится в виде углерода диоксида CO2, в воздухе 0,046% CO2 по массе, в водах рек, морей и океанов в ~ 60 раз больше. У. входит в состав растений и животных (~18%). Кругооборот У. в природе включает биол. цикл, выделение CO2 в атмосферу при сгорании ископаемого топлива, из вулканич. газов, горячих минер. источников, из поверхностных слоев океанич. вод и др. Биол. цикл состоит в том, что У. в виде CO2 поглощается из тропосферы растениями, затем из биосферы вновь возвращается в геосферу: с растениями У. попадает в организм животных и человека, а затем при гниении животных и растит, материалов - в почву и в виде CO2 - в атмосферу.

В парообразном состоянии и в виде соед. с азотом и водородом У. обнаружен в атмосфере Солнца, планет, он найден в каменных и железных метеоритах.

Большинство соединений У., и прежде всего углеводороды, обладают ярко выраженным характером ковалентных соединений. Прочность простых, двойных и тройных связей атомов У. между собой, способность образовывать устойчивые цепи и циклы из атомов С обусловливают существование огромного числа углеродсодержащих соед., изучаемых органической химией.

Свойства. Основные и хорошо изученные кристаллич. модификации У.- алмаз и графит. При нормальных условиях термодинамически устойчив только графит, а алмаз и др. формы метастабильны. При атм. давлении и т-ре выше 1200 К алмаз начинает переходить в графит, выше 2100 К превращение совершается за секунды; DH° перехода -1,898 кДж/моль. При нормальном давлении У. сублимируется при 3780 К. Жидкий У. существует только при определенном внеш. давлении. Тройные точки: графит - жидкость -пар T =4130 К, р=12 МПа; графит - жидкость - алмаз T=4100, p =12,5 ГПа. Прямой переход графита в алмаз происходит при 3000 К и давлении 11-12 ГПа.

При давлениях выше 60 ГПа предполагают образование весьма плотной модификации У. III (плотность на 15-20% выше плотности алмаза), имеющей металлич. проводимость. При высоких давлениях и относительно низких т-рах (ок. 1200 К) из высокоориентир. графита образуется гексагон. модификация У. с кристаллич. решеткой типа вюрцита -лонсдейлит (а = 0,252 HM, с =0,412 нм, пространств. группа Р63/ттс), плотн. 3,51 г/см3, т. е. такая же, как у алмаза. Лонсдейлит найден также в метеоритах.

Кристаллич. модификация У. гексагон, сингонии с цепочечным строением молекул наз. к а р б и н. Цепи имеют либо полииновое строение http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/4/2/14842.jpeg , либо поликумуленовое http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/4/3/14843.jpeg . Известно неск. форм карбина, отличающихся числом атомов в элементарной ячейке, размерами ячеек и плотностью (2,68-3,30 г/см3). Карбин встречается в природе в виде минерала чаоита (белые прожилки и вкрапления в графите) и получен искусственно - окислит, дегидрополи-конденсацией ацетилена, действием лазерного излучения на графит, из углеводородов или CCl4 в низкотемпературной плазме.

В основе строения аморфного У. лежит разупорядоченная структура мелкокристаллич. (всегда содержит примеси) графита. Это кокс (см. Кокс каменноугольный, Кокс нефтяной, Кокс пековый), бурые и каменные угли, сажа (см. Технический углерод), активный уголь. У. известен также в виде кластерных частиц C60 и C70 (фуллерены).

При обычных т-рах У. химически инертен, при достаточно высоких соединяется со мн. элементами, проявляет сильные восстановит. св-ва. Хим. активность разных форм У. убывает в ряду: аморфный У., графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при т-рах соотв. выше 300-500 0C, 600-700 0C и 850-1000 0C. Продукты горения - углерода оксид СО и диоксид CO2. Известны также неустойчивый оксид C3O2 (т. пл. -111 0C, т. кип. 7 0C) и нек-рые др. оксиды. Графит и аморфный У. начинают реагировать с H2 при 1200 0C, с F2 - соотв. выше 900 0C и при комнатной т-ре. Графит с галогенами, щелочными металлами и др. в-вами образует соединения включения (см. Графита соединения). При пропускании электрич. разряда между угольными электродами в среде N2 образуется циан, при высоких т-рах взаимодействием У. со смесью H2 и N2 получают синильную кислоту. С серой У. дает сероуглерод CS2, известны также CS и C3S2. С большинством металлов, В и Si У. образует карбиды. Важна в пром-сти р-ция У. с водяным паром С + H2Ohttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/4/4/14844.jpeg СО + H2 (см. Газификация твердых топлив). При нагревании У. восстанавливает оксиды металлов до металлов, что широко используется в металлургии.

О применении У. см. вышеперечисл. статьи, а также см. Углеграфитовые материалы, Углепластики и др.

У. входит в состав атм. аэрозолей, в результате чего может изменяться региональный климат, уменьшаться кол-во солнечных дней. Частицы У. поглощают солнечное излучение, что может вызвать нагревание пов-сти Земли. У. поступает в окружающую среду в виде сажи в составе выхлопных газов автотранспорта, при сжигании угля на ТЭС, при открытых разработках угля, подземной его газификации, получении угольных концентратов и др. Концентрация У. над источниками горения 100-400 мкг/м3, крупными городами 2,4-15,9 мкг/м3, сельскими р-нами 0,5-0,8 мкг/м3. С газоаэрозольными выбросами АЭС в атмосферу поступает (6-15)·109 Бк/сут 14CO2.

Высокое содержание У. в атм. аэрозолях ведет к повышению заболеваемости населения, особенно верх. дыхат. путей и легких. Проф. заболевания - в осн. антракоз и пылевой бронхит. В воздухе рабочей зоны ПДК, мг/м3: алмаз 8,0, антрацит и кокс 6,0, каменный уголь 10,0, технический У. и углеродная пыль 4,0; в атм. воздухе для сажи макс, разовая 0,15, среднесуточная 0,05 мг/м3.

Токсич. действие 14C, вошедшего в состав молекул белков (особенно в ДНК и РНК), определяется радиац. воздействием b-частиц и ядер отдачи азота http://www.pora.ru/image/encyclopedia/8/4/5/14845.jpeg и трансмутац. эффектом - изменением хим. состава молекулы в результате превращения атома С в атом N. Допустимая концентрация 14C в воздухе рабочей зоны ДКА 1,3 Бк/л, в атм. воздухе ДКБ 4,4 Бк/л, в воде 3,0·104 Бк/л, предельно допустимое поступление через органы дыхания 3,2· 108 Бк/год.

У. в виде древесного угля применялся в глубокой древности для выплавки металлов. Издавна известны алмаз и графит.

Элементарная природа У. установлена А. Лавуазье в кон. 1780-х гг.

Лит.: Химия гиперкоординированного углерода, пер. с англ., M., 199O, Kirk - Othmer encyclopedia, 3 ed., v. 4, N. Y., 1978, p. 556-709.

Я. А. Калашников.


1. www.pravda.ru: Избыток воды сделал "суперземли" безжизненными
20.11.2013
... Это, конечно же, газовые гиганты (хотя жизнь вполне возможна на их спутниках), планеты, находящиеся слишком близко к своей звезде (или слишком далеко от нее), а также те, на которых совсем нет углерода и воды — двух "кирпичиков", без которых невозможно построение жизни земного типа. Впрочем, недавнее исследование астрономов показало, что планеты с большим содержанием углерода тоже не могут ...
2. www.pravda.ru: Губернатор Тульской области намерен закрыть опасные для экологии объекты
18.10.2013
... Новомосковск" и ООО "ТехКормЦентр", на которых были выявлены чрезмерные выбросы в атмосферу вредных веществ, в том числе формальдегида, нафталина, бензола, толуола, фенола, оксида углерода. ...
3. www.pravda.ru: На Марсе нашли "неземную" воду
04.12.2012
... Сейчас они пытаются выкрутиться из этого дела. Их пресс-релиз составлен так, как будто его вообще писал человек нетрезвый и не соображающий, что он пишет. То есть вроде как они нашли какие-то углероды, но при этом говорят, что его могли и собой завести. То есть это все настолько недоказуемо на данный момент, что обсуждать даже не интересно". ...
4. www.pravda.ru: Физики обнаружили "нестандартную" частицу
27.09.2012
... 0 -->Опыты, прошедшие на известном дубнинском коллайдере "Нуклотрон", состояли в следующем: разогнанный до нужных скоростей пучок частиц попадал на углеродную или медную мишень. Этот пучок состоял из дейтронов (они содержат один протон и один нейтрон ядра дейтерия, стабильного тяжелого изотопа водорода) и протонов. И вот эти дейтроны разгоняли на ...
5. www.pravda.ru: Зеленый материк против чистой энергетики
04.07.2012
... 1 июля 2012 года. Таким образом, премьер-министр Австралии Джулия Гиллард ступила на тропу войны с промышленными предприятиями, по вине которых страна занимает первое место по объему выбросов углерода на душу населения среди развитых стран мира. ...
6. www.pravda.ru: "Гринпис" отвоюет у чиновников зубров
20.06.2012
... для рядового покупателя. Вот только жить там, тем более всю жизнь, представляется не менее опасным, чем в центре Москвы. В Московской области выросло общее загрязнение воздуха оксидами азота, серы, углерода, а некоторые предприятия вовсю коптят небо ночью, когда выбросы не фиксируются из-за отсутствия специальных приборов в местах выбросов. ...
7. www.pravda.ru: Марсианский углерод оказался неживым
29.05.2012
... десяти исследуемых фрагментов было обнаружено достаточно много молекул углеводородов, которые состоят из нескольких замкнутых колец атомов углерода и прочих элементов. Особенно заинтересовали ученых восстановленные соединения углерода (например, полициклические ароматические углеводороды), которые, в отличие от окисленного углерода углекислого ...
8. www.pravda.ru: В сливе химикатов в Удмуртии заподозрили шестерых
26.03.2012
... сообщалось ранее, в Удмуртии в 3 км от поселка Балезино было обнаружено около 163 тонн ядовитого четыреххлористого углерода. Химикат был незаконно слит в битумное хранилище, расположенное на территории заброшенного завода военных дорожников. Цистерны с отходами новочебоксарского "Химпрома" прибыли еще в декабре. ...
9. www.ecosever.ru: Бактерии, общаясь между собой, влияют на климат Земли
14.10.2011
... института Вудс-Хоула (США) обнаружили, что бактериальные связи способны оказывать существенное влияние на климат планеты.  В океане бактерии налипают на мельчайшие богатые углеродом частицы, опускающиеся на глубину: в основном это либо крошечные морские растения, испустившие дух, либо экскременты зоопланктона, который полакомился микрофлорой. Американские биогеохимики выяснили, ...
10. www.ecosever.ru: Из недр Арктики фонтанами бьет метан, усиливающий парниковый эффект
28.09.2011
... международных ресурсов", - сказал Семилетов.Таяние вечной мерзлоты в Арктике приведет к выделению в атмосферу "дополнительных" 25-85 млрд тонн парниковых газов в год (в пересчете на углерод), при том, что все человечество выбрасывает около 13 млрд тонн углерода. В итоге почвы тундры начнут не поглощать, а выделять "лишний" углекислый газ и метан.На текущий момент тундра и другие ...
11. www.pravda.ru: Айсберги предлагают убирать кипятком
30.08.2011
... воду большое количество железа, пишет РИА Новый регион. Это стимулирует рост некоторых организмов. Те, в свою очередь, выделяют с экскрементами углерод, который в таком состоянии опускается на дно, а не поднимается вверх, чтобы войти в состав углекислого ...
12. www.ecosever.ru: Сбербанк объявил новый конкурс "киотских" проектов
12.08.2011
... России, оператор российского углеродного рынка, в пятницу объявил новый конкурс "киотских" проектов, который на этот раз впервые проводится раздельно по трем секторам. Суммарный лимит сокращений выбросов - в два раза выше, чем в предыдущих ...
13. www.pravda.ru: Шварценеггер рассказал о своих планах после отставки
12.10.2010
... Высшей школы экономики."Кем бы я ни был, я точно знаю, что буду заниматься защитой природы, развитием возобновляемых источников энергии, изменением климата и снижением выбросов двуокиси углерода, а также развитием органического топлива", - заявил Арнольд Шварценеггер в ответ на вопрос о своих планах на будущее. ...
14. www.pravda.ru: Нобелевский комитет решит судьбу премии по химии
06.10.2010
... и два британских исследователя, разработавших генетический тест отцовства. В списке упоминаются и разработчики материала нового типа, который подходит для хранения водорода, метана и диоксида углерода, сообщает РИА ...
15. www.pravda.ru: Русские ученые получили "нобелевку" по физике
05.10.2010
... лет назад Гейм и Новоселов экспериментальным путем доказали возможность получения наноматериала графена - особой формы углерода, представляющей собой лист толщиной в один атом. ...
1 2 3 4 >




Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео