Нүүрстөрөгч юунаас бүрддэг вэ? Нүүрстөрөгч - химийн болон физик шинж чанар. Нүүрстөрөгчийн хүчил ба түүний давс

Нүүрстөрөгч (лат. Carboneum) - химийн элементМенделеевийн үечилсэн системийн 2-р үеийн 14-р бүлэг (хуучин дугаарлалтын IV бүлэг); атомын дугаар 6, атомын масс 12.011.

Нүүрстөрөгч бол маш онцгой химийн элемент юм. Нүүрстөрөгчийн химээс хамгийн нарийн төвөгтэй синтез, асар их хэмжээний судлагдсан нэгдлүүд бүхий органик химийн хүчирхэг мод гарч ирэв. Органик химийн шинэ салбарууд бий болж байна. Биосферийг бүрдүүлдэг бүх амьд биетүүд нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдээс бүрддэг. Мөн аль эрт үхсэн моднууд хэдэн сая жилийн өмнө нүүрстөрөгч агуулсан түлш болж хувирсан - нүүрс, хүлэр гэх мэт ... Хүн бүрт танил болсон хамгийн энгийн харандаа - харандааг авцгаая. Даруухан бал чулуу нь байгалийн хамгийн хатуу бодис болох гялалзсан алмазтай холбоотой байдаг нь гайхалтай биш гэж үү? Алмаз, бал чулуу, карбин нь нүүрстөрөгчийн аллотропик өөрчлөлтүүд юм (Аллотропийг үзнэ үү). Бал чулуу (1), алмаз (2), карбины (3) бүтэц.

Хүний энэ бодистой танилцсан түүх олон зууны тэртээгээс эхэлдэг. Нүүрстөрөгчийг нээсэн хүний ​​нэр тодорхойгүй бөгөөд цэвэр нүүрстөрөгчийн аль хэлбэр болох бал чулуу эсвэл алмазыг анх нээсэн нь тодорхойгүй байна. Зөвхөн 18-р зууны төгсгөлд. Нүүрстөрөгч нь бие даасан химийн элемент гэдгийг хүлээн зөвшөөрсөн.

Дэлхийн царцдас дахь нүүрстөрөгчийн агууламж массын 0.023% байна. Нүүрстөрөгч нь ургамал, амьтны ертөнцийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Бүх чулуужсан түлш - газрын тос, хий, хүлэр, занар - нүүрстөрөгчийн үндсэн дээр баригдсан, нүүрс нь ялангуяа нүүрстөрөгчөөр баялаг юм. Нүүрстөрөгчийн ихэнх хэсэг нь эрдэс бодисуудад төвлөрдөг - шохойн чулуу CaCO 3 ба доломит CaMg (CO 3) 2 нь шүлтлэг шороон металлын давс, сул нүүрстөрөгчийн хүчил H 2 CO 3 юм.

Чухал элементүүдийн дотроос нүүрстөрөгч нь хамгийн чухал зүйл юм: манай гараг дээрх амьдрал нүүрстөрөгчийн үндсэн дээр бүтээгдсэн. Яагаад? Энэ асуултын хариуг бид Д.И.Менделеевийн "Химийн үндэс" номоос олдог: "Нүүрстөрөгч нь байгальд чөлөөт болон холбогч хэлбэрээр байдаг янз бүрийн хэлбэрүүдаа ба төрлүүд... Нүүрстөрөгчийн атомууд хоорондоо холбогдож өгөх чадвар нарийн төвөгтэй хэсгүүдбүх нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдэд илэрдэг... Аль ч элементэд... нарийн төвөгтэй байх чадвар нь нүүрстөрөгч шиг хөгжөөгүй... Ямар ч хос элемент нүүрстөрөгч, устөрөгч шиг олон нэгдлүүдийг өгдөггүй.”

Үнэн хэрэгтээ нүүрстөрөгчийн атомууд өөр хоорондоо болон бусад олон элементийн атомуудтай янз бүрийн аргаар нэгдэж, асар олон төрлийн бодис үүсгэдэг. Тэдний химийн холбоонөлөөгөөр үүсч, устгаж болно байгалийн хүчин зүйлүүд. Байгальд нүүрстөрөгчийн эргэлт ингэж үүсдэг: агаар мандлаас - ургамал руу, ургамлаас - амьтны организмд, тэднээс - руу. амьгүй байгальНүүрстөрөгч байгаа газар төрөл бүрийн бодис, нүүрстөрөгч байгаа газар молекулын архитектурт хамгийн олон янзын бүтэц байдаг (Нүүрс устөрөгчийг үзнэ үү).

Дэлхийн царцдас дахь нүүрстөрөгчийн хуримтлал нь бусад олон элементүүдийн хуримтлалтай холбоотой бөгөөд уусдаггүй карбонат хэлбэрээр тунадасждаг.CO 2, нүүрстөрөгчийн хүчил нь газрын царцдас дахь геохимийн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Галт уулын үед асар их хэмжээний CO 2 ялгардаг - дэлхийн түүхэнд энэ нь биосферийн нүүрстөрөгчийн гол эх үүсвэр байсан юм.

Органик бус нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд нь органик нэгдлүүдээс хамаагүй бага байдаг. Алмаз, бал чулуу, нүүрс хэлбэрийн нүүрстөрөгч нь зөвхөн халах үед нэгддэг. At өндөр температурэнэ нь металл болон зарим металл бус, тухайлбал бор зэрэгтэй нийлж карбид үүсгэдэг.

Органик бус нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдээс хамгийн алдартай нь нүүрстөрөгчийн хүчлийн давс, нүүрстөрөгчийн давхар исэл CO 2 ( нүүрстөрөгчийн давхар исэл) болон нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн CO. Гурав дахь оксид C 3 O 2 нь бага мэддэг. өнгөгүй хийтааламжгүй хурц үнэртэй.

Дэлхийн агаар мандалд амьсгалын болон шаталтын бүтээгдэхүүн болох 2.3 10 12 тонн CO 2 давхар исэл агуулагддаг. Энэ нь ургамлын хөгжлийг хангах нүүрстөрөгчийн гол эх үүсвэр юм. Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл гэж нэрлэгддэг нүүрстөрөгчийн дутуу исэл CO нь түлшний бүрэн бус шаталтын үед үүсдэг: автомашины яндангийн хий гэх мэт.

Аж үйлдвэрт нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн СО-г бууруулагч (жишээлбэл, тэсэлгээний зууханд төмрийг хайлуулах үед) болон синтез хийхэд ашигладаг. органик бодис(жишээлбэл, урвалын дагуу метилийн спирт: CO + 2H 2 → CH 3 (OH).

Элемент нүүрстөрөгчийн хамгийн алдартай аллотропик өөрчлөлтүүд: алмаз - органик бус полимеророн зайн, эзэлхүүний бүтэц; бал чулуу- хавтгай бүтэцтэй полимер; карабин- химийн бондын шинж чанар, харилцан адилгүй хоёр хэлбэрээр байдаг нүүрстөрөгчийн шугаман полимер; хоёр хэмжээст өөрчлөлт графен; нүүрстөрөгчийн нано хоолой цилиндр бүтэц. (Аллотропийг үзнэ үү).

Алмаз- талст борын нитридээс бусад бүх байгалийн болон хиймэл материалаас хатуулаг чанараараа илүү ховор эрдэс болох нүүрстөрөгчийн талст хэлбэр. Том очир эрдэнийн талстууд зүсэгдсэний дараа хамгийн үнэт чулуу болох алмааз болж хувирдаг.

17-р зууны төгсгөлд. Флоренцийн эрдэмтэд Аверани, Тардгиони нар хэд хэдэн жижиг алмазыг нэг том болгон нэгтгэж, шатаж буй шил ашиглан нарны туяагаар халаав. Очир алмаз алга болж, агаарт шатаж ... Францын химич А.Лавуазье 1772 онд энэ туршилтыг давтахаас өмнө алмаз алга болсон шалтгааныг тайлбарлахаас өмнө зуу орчим жил өнгөрчээ: үнэт алмазын болор шатсан. бусад туршилтуудад шатаасан хэсгүүдийн нэгэн адил фосфор, нүүрс. Зөвхөн 1797 онд Английн эрдэмтэн С.Теннант алмаз, нүүрсний мөн чанарыг нотолсон. Тэрээр нүүрс, алмазыг ижил масстай шатаасны дараа нүүрстөрөгчийн давхар ислийн хэмжээ ижил болохыг олж мэдэв. Үүний дараа тэд алмазыг авах гэж олон удаа оролдсон зохиомлоорбал чулуу, нүүрс, нүүрстөрөгч агуулсан материалаас өндөр температур, даралтанд . Заримдаа эдгээр туршилтуудын дараа алмаз шиг жижиг талстууд олддог байсан ч амжилттай туршилт хийх боломжгүй байв.

ЗХУ-ын физикч О.И.Лейпунский 1939 онд бал чулуу нь алмааз болж хувирах нөхцөлийг тооцоолсны дараа алмааз синтез хийх боломжтой болсон (даралт 60,000 атм, температур 1600-2000 ° C). 50-иад онд. зуунд, бараг нэгэн зэрэг хэд хэдэн оронд, тэр дундаа ЗХУ-д үйлдвэрлэлийн нөхцөлд хиймэл алмаз үйлдвэрлэж байжээ. Өнөө үед дотоодын үйлдвэрийн нэг байгууламжаас (1 карат = 0.2 гр) өдөрт 2000 каратын хиймэл алмаз үйлдвэрлэдэг. Өрөмдлөгийн машинуудын алмазан битүүд, алмаазан зүсэх хэрэгсэл, алмаазан чипс бүхий нунтаглах дугуй нь найдвартай, удаан хугацаанд ажилладаг. Хиймэл алмаз нь байгалийн талст шиг орчин үеийн технологид өргөн хэрэглэгддэг.

Өөр нэг цэвэр нүүрстөрөгчийн полимер - бал чулуу. Бал чулуун талст дээр нэг хавтгайд байрлах нүүрстөрөгчийн атомууд тогтмол зургаан өнцөгт хэлбэртэй нягт холбогддог. Нийтлэг нүүртэй зургаан өнцөгт нь багцын хавтгайг үүсгэдэг. Янз бүрийн давхаргын нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондын холбоо сул байна. Нэмж дурдахад өөр өөр хавтгайн нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох зай нь нэг хавтгайд хөрш зэргэлдээх атомуудын хоорондох зайнаас бараг 2.5 дахин их байдаг. Тиймээс бал чулууны талстыг бие даасан ширхэг болгон хуваахад бага зэрэг хүч хангалттай. Ийм учраас харандааны бал чулуу нь цаасан дээр ул мөр үлдээдэг. Нэг хавтгайд байрлах нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондын холбоог устгах нь зүйрлэшгүй хэцүү байдаг. Эдгээр холбоосын бат бөх чанар нь бал чулууны химийн өндөр эсэргүүцэлтэй холбоотой юм. Баяжмалаас бусад халуун шүлт ба хүчил ч гэсэн азотын хүчил.

Химийн өндөр эсэргүүцэлээс гадна бал чулуу нь өндөр халуунд тэсвэртэй байдаг: түүгээр хийсэн бүтээгдэхүүнийг 3700 ° C хүртэл температурт ашиглаж болно. Удирдах чадвар цахилгаан гүйдэлбал чулууны хэрэглээний олон талбарыг тодорхойлсон. Энэ нь цахилгаан инженерчлэл, металлурги, дарь үйлдвэрлэл, цөмийн технологид хэрэгтэй. Хамгийн өндөр цэвэршилттэй графитыг реакторын барилгын ажилд үр дүнтэй нейтрон зохицуулагч болгон ашигладаг.

Шугаман нүүрстөрөгчийн полимер - карабинодоог хүртэл практикт хязгаарлагдмал хэмжээнд хэрэглэгдэж байна. Карбины молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомууд нь гурвалсан ба дан холбоогоор ээлжлэн гинжээр холбогддог.

−C≡C−C≡C−C≡C−C≡C−C≡C−

Энэ бодисыг анх 60-аад оны эхээр ЗХУ-ын химич В.В.Сладков, В.И. ЗХУ-ын Шинжлэх Ухааны Академийн Органик элементийн нэгдлүүдийн хүрээлэнд. Карбин нь хагас дамжуулагч шинж чанартай бөгөөд гэрэлд өртөх үед цахилгаан дамжуулах чанар нь ихээхэн нэмэгддэг. Эхнийх нь энэ өмч дээр суурилдаг практик хэрэглээ- фотоэлелүүдэд.

Манай улсад анх удаа олж авсан карбинын өөр нэг хэлбэр болох поликумулен (β-карбин) молекул дахь нүүрстөрөгчийн атомууд нь карбинаас ялгаатай нь зөвхөн давхар холбоогоор холбогддог.

═C═C═C═C═C═C═C═C═C═

Тоо шинжлэх ухаанд мэдэгддэгорганик нэгдлүүд - нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд - 7 саяас давсан полимерууд - байгалийн ба синтетик - мөн үндсэндээ нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийн хими юм. Органик нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг органик хими, биохими, байгалийн нэгдлүүдийн хими зэрэг бие даасан шинжлэх ухаан судалдаг.

Хүний амьдрал дахь нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийн ач холбогдол нь үнэлж баршгүй юм - тогтмол нүүрстөрөгч биднийг хаа сайгүй хүрээлж байдаг: агаар мандал ба литосфер, ургамал, амьтан, хувцас, хоол хүнс.

Нүүрстөрөгч (C)- ердийн металл бус; В үечилсэн хүснэгт 2-р үеийн IV бүлэгт, үндсэн дэд бүлэг. Серийн дугаар 6, Ар = 12.011 аму, цөмийн цэнэг +6.

Физик шинж чанарууд:нүүрстөрөгч нь олон аллотроп өөрчлөлтийг үүсгэдэг: алмаз- хамгийн их нэг хатуу бодис, бал чулуу, нүүрс, хөө тортог.

Нүүрстөрөгчийн атом нь 6 электронтой: 1s 2 2s 2 2p 2 . Сүүлийн хоёр электрон нь тусдаа p-орбиталд байрладаг бөгөөд хосгүй байна. Зарчмын хувьд энэ хос нь ижил тойрог замд байрлаж болох боловч энэ тохиолдолд электрон хоорондын түлхэлт ихээхэн нэмэгддэг. Энэ шалтгааны улмаас тэдгээрийн нэг нь 2p x, нөгөө нь 2p y-ийг авдаг , эсвэл 2p z орбиталууд.

Гаднах давхаргын s ба p дэд түвшний энергийн ялгаа бага тул атом нь өдөөх төлөвт амархан ордог бөгөөд 2s орбиталаас хоёр электроны аль нэг нь чөлөөтэй руу шилждэг. 2 урэх. 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 тохиргоотой валентын төлөв гарч ирнэ. . Чухамхүү нүүрстөрөгчийн атомын энэ төлөв нь алмазан торны шинж чанар юм - эрлийз тойрог замын тетраэдр орон зайн зохион байгуулалт, ижил уртба холболтын энерги.

Энэ үзэгдлийг нэрлэх нь мэдэгдэж байна sp 3 - эрлийзжилт,болон шинээр гарч ирж буй функцууд нь sp 3 -hybrid . Дөрвөн sp 3 холбоо үүсэх нь нүүрстөрөгчийн атомыг гурваас илүү тогтвортой төлөвтэй болгодог r-r-ба нэг s-s-холболт. Нүүрстөрөгчийн атомд sp 3 эрлийзжихээс гадна sp 2 ба sp эрлийзжилт ажиглагдаж байна. . Эхний тохиолдолд харилцан давхцал үүсдэг с-ба хоёр p-орбитал. Нэг хавтгайд бие биенээсээ 120 ° өнцгөөр байрладаг гурван эквивалент sp 2 эрлийз орбитал үүсдэг. Гурав дахь тойрог замын p нь өөрчлөгдөөгүй бөгөөд хавтгайд перпендикуляр чиглэнэ sp2.

Sp эрлийзжих үед s ба p орбиталууд давхцдаг. Үүссэн хоёр эквивалент эрлийз орбиталуудын хооронд 180° өнцөг үүсч атом бүрийн хоёр p-орбитал өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

Нүүрстөрөгчийн аллотропи. Алмаз ба бал чулуу

Бал чулуун талст дахь нүүрстөрөгчийн атомууд нь ердийн зургаан өнцөгтүүдийн оройг эзэлдэг зэрэгцээ хавтгайд байрладаг. Нүүрстөрөгчийн атом бүр гурван хөрш sp 2 эрлийз бондтой холбогддог. хооронд зэрэгцээ хавтгайнуудВан дер Ваалсын хүчний ачаар харилцаа холбоо хийгдэж байна. Атом бүрийн чөлөөт p-орбиталууд нь ковалент бондын хавтгайд перпендикуляр чиглэнэ. Тэдний давхцал нь нүүрстөрөгчийн атомуудын хоорондох нэмэлт π холбоог тайлбарладаг. Тиймээс, -аас Бодис дахь нүүрстөрөгчийн атомууд байрлах валентын төлөв нь энэ бодисын шинж чанарыг тодорхойлдог.

Нүүрстөрөгчийн химийн шинж чанар

Хамгийн онцлог исэлдэлтийн төлөвүүд нь: +4, +2.

At бага температурнүүрстөрөгч нь идэвхгүй боловч халах үед идэвхжил нэмэгддэг.

Нүүрстөрөгчийг бууруулах бодис болгон:

- хүчилтөрөгчтэй
C 0 + O 2 – t° = CO 2 нүүрстөрөгчийн давхар исэл
хүчилтөрөгчийн дутагдалтай - бүрэн бус шаталт:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O нүүрстөрөгчийн дутуу исэл

- фтортой
C + 2F 2 = CF 4

- усны ууртай
C 0 + H 2 O - 1200 ° = C +2 O + H 2 усны хий

- металлын ислүүдтэй. Ингэж л хүдрээс металл хайлуулдаг.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- хүчилтэй - исэлдүүлэгч бодисууд:
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (конц.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- хүхэртэй нүүрстөрөгчийн сульфид үүсгэдэг:
C + 2S 2 = CS 2.

Исэлдүүлэгч бодис болох нүүрстөрөгч:

- зарим металлуудтай карбид үүсгэдэг

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- устөрөгч - метантай (мөн маш олон тооны органик нэгдлүүд)

C0 + 2H2 = CH4

- цахиуртай бол карборунд үүсгэдэг (цахилгаан зууханд 2000 ° C-д):

Байгальд нүүрстөрөгчийг олох

Чөлөөт нүүрстөрөгч нь алмааз, бал чулуу хэлбэрээр үүсдэг. Нэгдлийн хэлбэрээр нүүрстөрөгч нь ашигт малтмалаас олддог: шохой, гантиг, шохойн чулуу - CaCO 3, доломит - MgCO 3 * CaCO 3; гидрокарбонатууд - Mg(HCO 3) 2 ба Ca(HCO 3) 2, CO 2 нь агаарын нэг хэсэг юм; Нүүрстөрөгч нь байгалийн органик нэгдлүүдийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болох хий, тос, нүүрс, хүлэр бөгөөд амьд организмыг бүрдүүлдэг органик бодис, уураг, өөх тос, нүүрс ус, амин хүчлүүдийн нэг хэсэг юм.

Органик бус нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд

Ямар ч хэвийн нөхцөлд C 4+ ион ба C 4- аль нь ч байхгүй химийн процессуудүүсдэггүй: нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг агуулдаг ковалент холбооөөр өөр туйлшрал.

Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл CO

Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл; өнгөгүй, үнэргүй, усанд бага зэрэг уусдаг, органик уусгагчид уусдаг, хортой, буцлах температур = -192 ° C; t pl. = -205 ° C.

Баримт
1) Аж үйлдвэрт (хийн генераторуудад):
C + O 2 = CO 2

2) Лабораторид - дулааны задрал H 2 SO 4 (конц.) агуулагдах шоргоолжны эсвэл оксалийн хүчил:
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Химийн шинж чанар

Хэвийн нөхцөлд CO нь идэвхгүй байдаг; халах үед - бууруулагч бодис; давс үүсгэдэггүй исэл.

1) хүчилтөрөгчтэй

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) металлын ислүүдтэй

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) хлортой (гэрэлд)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (фосген)

4) шүлтийн хайлмалтай урвалд ордог (даралтын дор)

CO + NaOH = HCOONa (натрийн формат)

5) шилжилтийн металлуудтай карбонил үүсгэдэг

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (IV) CO2

Нүүрстөрөгчийн давхар исэл, өнгөгүй, үнэргүй, усанд уусдаг - 0.9V CO 2 нь 1V H 2 O (хэвийн нөхцөлд) уусдаг; агаараас илүү хүнд; t°pl = -78.5°C (хатуу CO 2 нь "хуурай мөс" гэж нэрлэгддэг); шаталтыг дэмждэггүй.

Баримт

1. Нүүрстөрөгчийн хүчлийн давс (карбонат) -ын дулааны задрал. Шохойн чулууг шатаах:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. Үйлдэл хүчтэй хүчилкарбонат ба бикарбонатын хувьд:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

Химийншинж чанаруудCO2
Хүчиллэг исэл: Үндсэн исэл ба суурьтай урвалд орж нүүрстөрөгчийн хүчлийн давс үүсгэдэг

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Өндөр температурт исэлдүүлэх шинж чанартай байж болно

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Чанарын урвал

Шохойн усны үүлэрхэг байдал:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (цагаан тунадас) + H 2 O

Шохойн усаар CO 2-ыг удаан хугацаагаар нэвтрүүлэхэд алга болдог, учир нь уусдаггүй кальцийн карбонат нь уусдаг бикарбонат болж хувирдаг.

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2

Нүүрстөрөгчийн хүчил ба түүнийдавс

H 2CO 3 -Сул хүчил, энэ нь зөвхөн усан уусмалд байдаг:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Хоёр суурь:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 — Хүчиллэг давс- бикарбонат, гидрокарбонат
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Дунд зэргийн давс - карбонатууд

Хүчлийн бүх шинж чанар нь онцлог шинж чанартай байдаг.

Карбонат ба бикарбонатууд бие биенээ хувиргаж болно.

2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

Металл карбонатууд (шүлтлэг металлаас бусад) исэл үүсгэхийн тулд халаахад декарбоксилат:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Чанарын урвал- Хүчтэй хүчлийн нөлөөн дор "буцалгах":

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

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

Карбидууд

Кальцийн карбид:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.

Цайр, кадми, лантан, церийн карбидууд устай урвалд ороход ацетилен ялгардаг.

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

2 C байх ба Al 4 C 3 нь усаар задарч метан үүсгэнэ.

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

Технологийн хувьд титан карбидыг TiC, вольфрам W 2 C (хатуу хайлш), цахиур SiC (карборунд - зүлгүүр, халаагуурт зориулсан материал болгон) ашигладаг.

Цианид

аммиак ба нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн уур амьсгалд содыг халаах замаар олж авсан:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Гидроцианы хүчил HCN нь химийн үйлдвэрлэлийн чухал бүтээгдэхүүн бөгөөд өргөн хэрэглэгддэг органик синтез. Түүний дэлхийн үйлдвэрлэл жилд 200 мянган тонн хүрдэг. Цахим бүтэцЦианидын анион нь нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) -тэй төстэй бөгөөд ийм хэсгүүдийг изоэлектроник гэж нэрлэдэг.

C = О: [:C = Н:] -

Цианид (0.1-0.2%) усан уусмал) алт олборлоход ашигласан:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0.5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

Цианидын уусмалыг хүхэр эсвэл хайлуулах хатуу бодистой буцалгах үед тиоцианатууд:
KCN + S = KSCN.

Идэвх багатай металлын цианидуудыг халаахад цианид гарна: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Цианидын уусмалыг исэлдүүлэн цианатууд:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

Цианы хүчил нь хоёр хэлбэрээр байдаг:

H-N=C=O; H-O-C = Н:

1828 онд Фридрих Вёлер (1800-1882) аммонийн цианатаас мочевин гаргаж авсан: NH 4 OCN = CO (NH 2) 2 усан уусмалыг ууршуулах замаар.

Энэ үйл явдлыг ихэвчлэн синтетик химийн "амьдралын онол"-ыг ялсан гэж үздэг.

Цианы хүчлийн изомер байдаг - тэсрэх хүчил

H-O-N=C.
Түүний давс (мөнгөн усны фульминат Hg(ONC) 2) нь гал асаах төхөөрөмжид ашиглагддаг.

Синтез мочевин(мочевин):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 С ба 100 атм.

Мочевин бол нүүрстөрөгчийн хүчлийн амид бөгөөд түүний "азотын аналог" - гуанидин байдаг.

Карбонатууд

Хамгийн чухал нь органик бус нэгдлүүднүүрстөрөгч - нүүрстөрөгчийн хүчлийн давс (карбонат). H 2 CO 3 нь сул хүчил (K 1 = 1.3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Карбонат буферийн дэмжлэг нүүрстөрөгчийн давхар ислийн тэнцвэрагаар мандалд. Дэлхийн далай нь асар их буферийн багтаамжтай байдаг нээлттэй систем. Үндсэн буфер урвал нь нүүрстөрөгчийн хүчлийн диссоциацийн үеийн тэнцвэрт байдал юм.

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Хүчиллэг буурах үед агаар мандлаас нүүрстөрөгчийн давхар ислийн нэмэлт шингээлт нь хүчил үүсэх үед үүсдэг.
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Хүчиллэг ихсэх тусам карбонат чулуулаг (далай дахь хясаа, шохой, шохойн чулууны хурдас) уусдаг; Энэ нь гидрокарбонатын ионуудын алдагдлыг нөхдөг.

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (хатуу) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Хатуу карбонатууд уусдаг бикарбонат болж хувирдаг. Энэ нь илүүдэл нүүрстөрөгчийн давхар ислийг химийн аргаар уусгах үйл явц юм. хүлэмжийн нөлөө» – дэлхийн дулааралДэлхийгээс дулааны цацрагийг нүүрстөрөгчийн давхар ислээр шингээж авсантай холбоотой. Дэлхийн содын үйлдвэрлэлийн гуравны нэг орчим нь (натрийн карбонат Na 2 CO 3) шилний үйлдвэрлэлд ашиглагддаг.

Алмазан бүтэц (А)ба бал чулуу (б)

Нүүрстөрөгч(Латин Карбонум) - С, Менделеевийн үечилсэн системийн IV бүлгийн химийн элемент, атомын дугаар 6, атомын масс 12.011. Энэ нь байгальд алмаз, бал чулуу, фуллерен болон бусад хэлбэрийн талст хэлбэрээр олддог бөгөөд органик (нүүрс, газрын тос, амьтан, ургамлын организм гэх мэт) болон органик бус бодисууд(шохойн чулуу, хүнсний сод гэх мэт). Нүүрстөрөгч өргөн тархсан боловч дэлхийн царцдас дахь түүний агууламж ердөө 0.19% байдаг.

Нүүрстөрөгчийг энгийн бодис хэлбэрээр өргөн хэрэглэдэг. Үнэт эдлэлийн зүйл болох үнэт алмаазаас гадна их үнэ цэнэаж үйлдвэрийн алмазтай - нунтаглах, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд зориулагдсан. Нүүрс болон бусад аморф нүүрстөрөгчийг өнгөгүйжүүлэх, цэвэршүүлэх, хийн шингээх, боловсруулсан гадаргуутай шингээгч шаардлагатай технологийн салбарт ашигладаг. Карбид, нүүрстөрөгчийн металл, түүнчлэн бор, цахиуртай нэгдлүүд (жишээлбэл, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) нь өндөр хатуулагтай бөгөөд зүлгүүр, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Нүүрстөрөгч нь ган ба хайлшийн нэг хэсэг бөгөөд карбид хэлбэрээр элементийн төлөвт байдаг. Ган цутгамал гадаргууг өндөр температурт нүүрстөрөгчөөр дүүргэх (нүүрсжих) нь гадаргуугийн хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.

Түүхэн суурь

Графит, алмаз, аморф нүүрстөрөгч нь эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан. Бал чулууг бусад материалыг тэмдэглэхэд ашиглаж болно гэдгийг эрт дээр үеэс мэддэг байсан бөгөөд "бичих" гэсэн утгатай грек үгнээс гаралтай "графит" нэрийг өөрөө 1789 онд А.Вернер санал болгосон. Гэсэн хэдий ч бал чулууны түүх нарийн төвөгтэй байдаг нь ижил төстэй гадаад физик шинж чанартай бодисууд, тухайлбал молибденит (молибдений сульфид) гэж нэг удаа графит гэж андуурдаг байв. Бал чулууны бусад нэрэнд "хар хар тугалга", "карбид төмөр", "мөнгөн хар тугалга" орно.

1779 онд К.Шээле бал чулууг агаарт исэлдүүлэн нүүрстөрөгчийн давхар ислийг үүсгэж болохыг тогтоожээ. Алмазыг анх Энэтхэг, Бразилд ашиглаж байжээ эрдэнийн чулуу 1725 онд арилжааны ач холбогдлыг олж авсан; дахь хадгаламж Өмнөд Африк 1867 онд нээгдсэн.

20-р зуунд Гол алмаз үйлдвэрлэгчид нь Өмнөд Африк, Заир, Ботсвана, Намиби, Ангол, Сьерра-Леон, Танзани, Орос юм. Технологи нь 1970 онд бий болсон хүний ​​гараар хийсэн алмазыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар үйлдвэрлэдэг.

Үл хөдлөх хөрөнгө

Нүүрстөрөгчийн дөрвөн талст өөрчлөлтийг мэддэг:

• бал чулуу,
• алмаз,
• карабин,
• лонсдейт.

Графит- саарал хар, тунгалаг бус, хүрэхэд тослог, хайрст үлд, металл гялбаатай маш зөөлөн масстай. Өрөөний температур ба хэвийн даралт (0.1 Мн/м2 буюу 1 кгс/см2) үед бал чулуу нь термодинамикийн хувьд тогтвортой байдаг.

Алмаз- маш хатуу, талст бодис. Талстууд нь нүүр төвтэй куб тортой. Өрөөний температур ба хэвийн даралттай үед алмаз метаставтай байдаг. Алмазыг бал чулуу болгон хувиргах нь 1400 хэмээс дээш температурт вакуум эсвэл идэвхгүй орчинд ажиглагддаг. Агаар мандлын даралт ба 3700 ° C-ийн температурт бал чулуу нь дээд цэгтээ хүрдэг.

Шингэн нүүрстөрөгчийг 10.5 Мн / м2 (105 кгс / см2) даралт, 3700 ° C-аас дээш температурт авч болно. Хатуу нүүрстөрөгч (кокс, хөө тортог, нүүрс) нь мөн эмх замбараагүй бүтэцтэй төлөвөөр тодорхойлогддог - "аморф" гэж нэрлэгддэг нүүрстөрөгч нь бие даасан өөрчлөлтийг илэрхийлдэггүй; Түүний бүтэц нь нарийн талст графитын бүтэц дээр суурилдаг. Зарим төрлийн "аморф" нүүрстөрөгчийг агаарт нэвтрэхгүйгээр 1500-1600 хэмээс дээш халаах нь бал чулуу болж хувирдаг.

"Аморф" нүүрстөрөгчийн физик шинж чанар нь бөөмсийн тархалт, хольц байгаа эсэхээс ихээхэн хамаардаг. "Аморф" нүүрстөрөгчийн нягт, дулаан багтаамж, дулаан дамжуулалт, цахилгаан дамжуулах чанар нь бал чулуунаас үргэлж өндөр байдаг.

Карбинзохиомлоор олж авсан. Энэ нь нарийн талст хар нунтаг (нягшил 1.9-2 г/см3) юм. Атомын урт гинжээр бүтээгдсэн ХАМТ, бие биентэйгээ зэрэгцээ байрлуулсан.

Лонсдейтсолироос олдож, зохиомлоор олж авсан; түүний бүтэц, шинж чанарыг эцэслэн тогтоогоогүй байна.

Нүүрстөрөгчийн шинж чанар
Атомын дугаар		6
Атомын масс		12,011
Изотопууд:	тогтвортой	12, 13
	тогтворгүй	8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
Хайлах цэг		3550°С
Буцлах цэг		4200 ° C
Нягт		1.9-2.3 г/см 3 (бал чулуу) 3.5-3.53 г/см 3 (алмаз)
Хатуулаг (Mohs)		1-2
Дэлхийн царцдас дахь агууламж (масс.)		0,19%
Исэлдэлтийн төлөв		-4; +2; +4

Хайлш

Ган

Металлургид коксыг ангижруулагч болгон ашигладаг. Нүүрс - хуурамч үйлдвэрт, дарь (75% KNO 3 + 13% C + 12% S) үйлдвэрлэх, хий шингээх (шингээх), мөн өдөр тутмын амьдралд. Нүүрстөрөгчийн харыг резин дүүргэгч болгон, хар будаг үйлдвэрлэхэд ашигладаг - хэвлэх бэх, бэх, түүнчлэн хуурай гальван эсүүд. Шилэн нүүрстөрөгчийг маш түрэмгий орчинд тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэх, түүнчлэн нисэх, сансрын нисгэхэд ашигладаг.

Идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгч нь хий, шингэнээс хортой бодисыг шингээдэг: энэ нь хийн маск, цэвэршүүлэх системийг дүүргэхэд хэрэглэгддэг бөгөөд хордлогын үед анагаах ухаанд ашиглагддаг.

Нүүрстөрөгч нь бүх органик бодисын үндэс юм. Аливаа амьд организм нүүрстөрөгчөөс бүрддэг. Нүүрстөрөгч бол амьдралын үндэс юм. Амьд организмын нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр нь ихэвчлэн агаар мандлаас эсвэл уснаас CO 2 байдаг. Фотосинтезийн үр дүнд биологид ордог хүнсний сүлжээ, тэнд амьд оршнолууд бие биенээ эсвэл бие биенийхээ үлдэгдлийг идэж, улмаар бие махбодоо бүтээхийн тулд нүүрстөрөгчийг олж авдаг. Нүүрстөрөгчийн биологийн мөчлөг нь исэлдэж, агаар мандалд буцах, эсвэл нүүрс, газрын тос хэлбэрээр булшлах замаар дуусдаг.

Цацраг идэвхт 14 С изотопыг ашигласан нь амжилтанд хүрсэн молекул биологиуургийн биосинтез ба дамжуулах механизмыг судлахад удамшлын мэдээлэл. Тодорхойлолт тодорхой үйл ажиллагааНүүрстөрөгч агуулсан органик үлдэгдэл дэх 14 С нь палеонтологи, археологид ашиглагддаг насыг нь тодорхойлох боломжийг бидэнд олгодог.

Эх сурвалжууд

Химийн элементүүд ба материалууд
Химийн элементүүд	Азот. Аргон. Устөрөгч. Гели. Төмөр . Кальци. Хүчилтөрөгч. Цахиур. магни. Манган.

Өгүүллийн агуулга

НҮҮСРЭГ, C (карбон), элементүүдийн үелэх системийн IVA бүлгийн (C, Si, Ge, Sn, Pb) металл бус химийн элемент. Энэ нь байгальд алмазын талст (Зураг 1), бал чулуу эсвэл фуллерен болон бусад хэлбэрээр олддог бөгөөд органик (нүүрс, газрын тос, амьтан, ургамлын организм гэх мэт) болон органик бус бодис (шохойн чулуу, хүнсний сода, гэх мэт).

Нүүрстөрөгч өргөн тархсан боловч дэлхийн царцдас дахь түүний агууламж ердөө 0.19% байдаг.

Нүүрстөрөгчийг энгийн бодис хэлбэрээр өргөн хэрэглэдэг. Үнэт эдлэлийн объект болох үнэт алмаазаас гадна үйлдвэрлэлийн алмаз нь нунтаглах, зүсэх багаж үйлдвэрлэхэд чухал ач холбогдолтой юм.

Нүүрс болон бусад аморф нүүрстөрөгчийг өнгөгүйжүүлэх, цэвэршүүлэх, хийн шингээх, боловсруулсан гадаргуутай шингээгч шаардлагатай технологийн салбарт ашигладаг. Карбид, нүүрстөрөгчийн металл, түүнчлэн бор, цахиуртай нэгдлүүд (жишээлбэл, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) нь өндөр хатуулагтай бөгөөд зүлгүүр, зүсэх хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Нүүрстөрөгч нь ган ба хайлшийн нэг хэсэг бөгөөд карбид хэлбэрээр элементийн төлөвт байдаг. Өндөр температурт (цементжих) ган цутгамал гадаргууг нүүрстөрөгчөөр дүүргэх нь гадаргуугийн хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг. Мөн үзнэ үүхайлш.

Байгальд бал чулууны олон янзын хэлбэрүүд байдаг; заримыг нь зохиомлоор олж авдаг; Аморф хэлбэрүүд байдаг (жишээлбэл, кокс, нүүрс). Хүчилтөрөгчгүй үед нүүрсустөрөгчийг шатаахад хөө тортог, ясны нүүрс, чийдэнгийн хар, ацетилен хар үүсдэг. гэж нэрлэгддэг цагаан нүүрстөрөгчбагассан даралтын дор пиролит графитын сублимацаар олж авсан - эдгээр нь үзүүртэй ирмэг бүхий бал чулуун навчны тунгалаг жижиг талстууд юм.

Түүхэн мэдээлэл.

Графит, алмаз, аморф нүүрстөрөгч нь эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан. Бал чулууг бусад материалыг тэмдэглэхэд ашиглаж болно гэдгийг эрт дээр үеэс мэддэг байсан бөгөөд "бичих" гэсэн утгатай грек үгнээс гаралтай "графит" нэрийг өөрөө 1789 онд А.Вернер санал болгосон. Гэсэн хэдий ч бал чулууны түүх нарийн төвөгтэй байдаг нь ижил төстэй гадаад физик шинж чанартай бодисууд, тухайлбал молибденит (молибдений сульфид) гэж нэг удаа графит гэж андуурдаг байв. Бал чулууны бусад нэрэнд "хар хар тугалга", "төмрийн карбид", "мөнгөн хар тугалга" орно. 1779 онд К.Шээле бал чулууг агаарт исэлдүүлэн нүүрстөрөгчийн давхар ислийг үүсгэж болохыг тогтоожээ.

Алмаз анх Энэтхэгт ашиглагдаж эхэлсэн бөгөөд 1725 онд Бразилд үнэт чулуу арилжааны ач холбогдолтой болсон; Өмнөд Африк дахь ордуудыг 1867 онд илрүүлсэн.20-р зуунд. Гол алмаз үйлдвэрлэгчид нь Өмнөд Африк, Заир, Ботсвана, Намиби, Ангол, Сьерра-Леон, Танзани, Орос юм. Технологи нь 1970 онд бий болсон хүний ​​гараар хийсэн алмазыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар үйлдвэрлэдэг.

Аллотропи.

Хэрэв бодисын бүтцийн нэгжүүд (монатомт элементүүдийн атомууд эсвэл олон атомт элемент ба нэгдлүүдийн молекулууд) бие биетэйгээ нэгээс олон талст хэлбэрээр нэгдэх чадвартай бол энэ үзэгдлийг аллотропи гэж нэрлэдэг. Нүүрстөрөгч нь алмааз, бал чулуу, фуллерен гэсэн гурван аллотроп өөрчлөлттэй. Алмазан дахь нүүрстөрөгчийн атом бүр 4 тетраэдр зохион байгуулалттай хөрштэй бөгөөд куб бүтцийг бүрдүүлдэг (Зураг 1, А). Энэ бүтэц нь бондын хамгийн их коваленттай тохирч байгаа бөгөөд нүүрстөрөгчийн атом бүрийн бүх 4 электрон нь өндөр бат бэх C-C холбоог үүсгэдэг, өөрөөр хэлбэл. Бүтцэд дамжуулагч электронууд байдаггүй. Тиймээс алмаз нь дамжуулах чадваргүй, дулаан дамжуулалт багатай, өндөр хатуулагтай байдаг; энэ нь мэдэгдэж байгаа хамгийн хатуу бодис юм (Зураг 2). Тетраэдрийн бүтцэд C-C холбоог (холбооны урт 1.54 Å, иймээс ковалент радиус 1.54/2 = 0.77 Å) таслахад их хэмжээний энерги шаардагддаг тул алмаз нь онцгой хатуулагтай, өндөр хайлах цэгээр (3550 °) тодорхойлогддог. C).

Нүүрстөрөгчийн өөр нэг аллотроп хэлбэр нь алмаазаас тэс өөр шинж чанартай бал чулуу юм. Графит нь амархан гууждаг талстаас тогтсон зөөлөн хар бодис бөгөөд цахилгаан дамжуулах чанар сайтай ( цахилгаан эсэргүүцэл 0.0014 Ом см). Тиймээс бал чулууг нуман чийдэн, зууханд ашигладаг (Зураг 3), өндөр температурыг бий болгох шаардлагатай байдаг. Өндөр цэвэршилттэй бал чулууг ашигладаг цөмийн реакторууднейтрон зохицуулагчийн хувьд. Өндөр даралттай үед түүний хайлах цэг нь 3527°С байна. Хэвийн даралтад бал чулуу нь сублимат болдог. хатуу төлөвхий рүү) 3780 ° C-д.

Бал чулууны бүтэц (Зураг 1, б) нь 1.42 Å (алмазаас хамаагүй богино) холбогч урттай зургаан өнцөгт цагирагуудын систем бөгөөд нүүрстөрөгчийн атом бүр гурван хөрштэй гурван (алмазынх шиг дөрөв биш) ковалент холбоо, дөрөв дэх холбоо ( 3.4) байдаг. Å) нь ковалент холбоонд хэт урт бөгөөд зэрэгцээ графит давхаргыг хооронд нь сул холбодог. Энэ бол графитын дулаан, цахилгаан дамжуулах чанарыг тодорхойлдог нүүрстөрөгчийн дөрөв дэх электрон бөгөөд энэ нь урт бөгөөд бага бат бөх холбоо нь алмаазтай харьцуулахад бага хатуулагтай (бал чулууны нягтрал 2.26 г / см 3, алмаз) бага нягтралыг үүсгэдэг. - 3.51 г / см 3). Үүнтэй ижил шалтгаанаар бал чулуу нь хүрэхэд гулгамтгай бөгөөд бодисын ширхэгийг амархан салгадаг тул тосолгооны материал, харандааны утас хийхэд ашигладаг. Хар тугалганы хар тугалга шиг гялбаа нь голчлон бал чулуу байгаатай холбоотой.

Нүүрстөрөгчийн утас нь өндөр хүч чадалтай бөгөөд район эсвэл бусад өндөр нүүрстөрөгчийн утас хийхэд ашиглаж болно.

Өндөр даралт, температурт төмөр зэрэг катализаторын оролцоотойгоор бал чулуу нь алмаз болж хувирдаг. Энэ процесс нь хиймэл алмазыг үйлдвэрийн аргаар үйлдвэрлэхэд зориулагдсан. Алмазан талстууд катализаторын гадаргуу дээр ургадаг. Бал чулуу-алмазын тэнцвэр нь 15,000 атм ба 300 К эсвэл 4000 атм ба 1500 К-т байдаг. Мөн нүүрсустөрөгчөөс хиймэл алмазыг гаргаж авч болно.

Талст үүсгэдэггүй аморф нүүрстөрөгчийн хэлбэрт модыг агааргүй халаах замаар олж авсан нүүрс, чийдэн, хийн хөө тортог, агаарын дутагдалтай нүүрсустөрөгчийг бага температурт шатаах, хүйтэн гадаргуу дээр конденсацлах үед үүссэн нүүрс, ясны нүүрс орно. ясыг устгах явцад кальцийн фосфатын хольц, түүнчлэн нүүрс (байгалийн хольцтой бодис) ба кокс, нүүрс эсвэл нефтийн үлдэгдлийг (битумтай нүүрс) хуурай нэрэх аргаар коксжуулах замаар гаргаж авсан хуурай үлдэгдэл. , өөрөөр хэлбэл агаар нэвтрэхгүйгээр халаах. Коксыг ширэм хайлуулах, хар ба өнгөт металлургид ашигладаг. Коксжих явцад хийн бүтээгдэхүүнүүд үүсдэг - коксын хий (H 2, CH 4, CO гэх мэт), бензин, будаг, бордоо үйлдвэрлэх түүхий эд болох химийн бүтээгдэхүүн. эм, хуванцар гэх мэт. Кокс үйлдвэрлэх үндсэн төхөөрөмж болох коксын зуухны диаграммыг Зураг дээр үзүүлэв. 3.

Төрөл бүрийн нүүрс, хөө тортог нь өндөр хөгжилтэй гадаргуутай тул хий, шингэнийг цэвэршүүлэх шингээгч, мөн катализатор болгон ашигладаг. Төрөл бүрийн хэлбэрийн нүүрстөрөгчийг олж авахын тулд тусгай аргыг ашигладаг химийн технологи. Хиймэл бал чулууг нүүрстөрөгчийн электродуудын хооронд 2260 ° C температурт (Ачесон процесс) антрацит эсвэл нефтийн коксыг кальцилах замаар гаргаж авдаг бөгөөд тосолгооны материал, электрод үйлдвэрлэх, ялангуяа металлын электролитийн үйлдвэрлэлд ашигладаг.

Нүүрстөрөгчийн атомын бүтэц.

Хамгийн тогтвортой нүүрстөрөгчийн изотопын цөм нь масс 12 (98.9% элбэг) нь гелийн цөмтэй төстэй тус бүр нь 2 протон, хоёр нейтрон агуулсан гурван квартетт байрладаг 6 протон, 6 нейтрон (12 нуклон) юм. Өөр тогтвортой изотопнүүрстөрөгч - 13 С (ойролцоогоор 1.1%), байгальд 5730 жилийн хагас задралын хугацаатай тогтворгүй 14 С изотоп байдаг. б- цацраг. Бүх гурван изотоп нь CO 2 хэлбэрээр амьд бодисын нүүрстөрөгчийн хэвийн эргэлтэнд оролцдог. Амьд организм үхсэний дараа нүүрстөрөгчийн хэрэглээ зогсч, 14 С-ийн цацраг идэвхт бодисын түвшинг хэмжих замаар С агуулсан объектыг тодорхойлох боломжтой б-14 CO 2 цацраг нь нас барснаас хойш өнгөрсөн хугацаатай пропорциональ байна. 1960 онд В.Либби цацраг идэвхт нүүрстөрөгчийн судалгаанд зориулж Нобелийн шагнал хүртжээ.

Үндсэн төлөвт нүүрстөрөгчийн 6 электрон үүсдэг цахим тохиргоо 1с 2 2с 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0 . Хоёрдахь түвшний дөрвөн электрон нь валент бөгөөд энэ нь үелэх системийн IVA бүлгийн нүүрстөрөгчийн байрлалтай тохирч байна. см. ЭЛЕМЕНТИЙН ҮЕИЙН СИСТЕМ). Хийн фазын (ойролцоогоор 1070 кЖ/моль) атомаас электроныг зайлуулахын тулд их хэмжээний энерги шаардагдах тул нүүрстөрөгч үүсдэггүй. ионы холбообусад элементүүдтэй, учир нь энэ нь эерэг ион үүсгэхийн тулд электроныг зайлуулах шаардлагатай болно. 2.5-ийн цахилгаан сөрөг чанар бүхий нүүрстөрөгч нь электроны хүчтэй хамааралгүй бөгөөд үүний дагуу идэвхтэй электрон хүлээн авагч биш юм. Тиймээс сөрөг цэнэгтэй бөөмс үүсэх хандлагатай байдаггүй. Гэхдээ зарим нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд нь карбид гэх мэт хэсэгчилсэн ион шинж чанартай байдаг. Нэгдлүүдэд нүүрстөрөгч 4-ийн исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг. Бонд үүсэхэд дөрвөн электрон оролцохын тулд 2-ыг хослуулах шаардлагатай. с-электрон ба эдгээр электронуудын аль нэг нь 2-оор үсрэх p z- тойрог зам; энэ тохиолдолд 4 тетраэдрийн холбоо үүснэ, тэдгээрийн хоорондох өнцөг нь 109 ° байна. Нэгдлүүдийн хувьд нүүрстөрөгчийн валентийн электронууд түүнээс хэсэгчлэн татагддаг тул нүүрстөрөгч нь нийтлэг электрон хосыг ашиглан хөрш С-С атомуудын хооронд хүчтэй ковалент холбоо үүсгэдэг. Ийм холболтын тасрах энерги нь 335 кЖ/моль байхад Si-Si бондын хувьд ердөө 210 кЖ/моль байдаг тул урт -Si-Si- гинж тогтворгүй байдаг. Бондын ковалент шинж чанар нь нүүрстөрөгч, CF 4, CCl 4 бүхий өндөр идэвхтэй галогенүүдийн нэгдлүүдэд ч хадгалагддаг. Нүүрстөрөгчийн атомууд нь нүүрстөрөгчийн атом бүрээс нэгээс илүү электрон өгч, холбоо үүсгэх чадвартай; Ийнхүү давхар C=C, гурвалсан CєC бондууд үүсдэг. Бусад элементүүд нь атомуудын хооронд холбоо үүсгэдэг боловч зөвхөн нүүрстөрөгч нь урт гинж үүсгэх чадвартай. Тиймээс нүүрстөрөгчийн хувьд нүүрсустөрөгч гэж нэрлэгддэг олон мянган нэгдлүүд мэдэгдэж байгаа бөгөөд нүүрстөрөгч нь устөрөгч болон бусад нүүрстөрөгчийн атомуудтай холбогдож урт гинж эсвэл цагираган бүтэц үүсгэдэг. см. ОРГАНИК ХИМИ.

Эдгээр нэгдлүүдэд устөрөгчийг бусад атомуудаар, ихэвчлэн хүчилтөрөгч, азот, галогенээр сольж янз бүрийн органик нэгдлүүдийг үүсгэх боломжтой. ЧухалТэдний дунд фтор нүүрстөрөгч - устөрөгчийг фтороор сольдог нүүрсустөрөгчид байдаг. Ийм нэгдлүүд нь маш идэвхгүй бөгөөд хуванцар, тосолгооны материал (фтор нүүрстөрөгч, өөрөөр хэлбэл бүх устөрөгчийн атомыг фторын атомаар сольсон нүүрсустөрөгчид) болон бага температурт хөргөгч (хлорфтор нүүрстөрөгч эсвэл фреон) болгон ашигладаг.

1980-аад онд АНУ-ын физикчид нүүрстөрөгчийн атомууд нь 5 эсвэл 6 гонтой холбогдож, хөл бөмбөгийн бөмбөгний төгс тэгш хэмтэй хөндий бөмбөг хэлбэртэй C 60 молекул үүсгэдэг маш сонирхолтой нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг нээсэн. Энэхүү загвар нь Америкийн архитектор, инженер Бакминстер Фуллерийн зохион бүтээсэн "геодезийн бөмбөгөр"-ийн үндэс суурь болсон тул шинэ ангинэгдлүүдийг "бакминстерфуллерен" эсвэл "фуллерен" гэж нэрлэдэг байсан (мөн илүү товчоор - "фазиболл" эсвэл "баки бөмбөг"). Фуллерен - 60 эсвэл 70 (эсвэл түүнээс дээш) атомаас бүрдэх цэвэр нүүрстөрөгчийн гурав дахь өөрчлөлтийг (алмаз ба бал чулуунаас бусад) нүүрстөрөгчийн хамгийн жижиг хэсгүүдэд лазерын цацрагийн нөлөөгөөр олж авсан. Фуллерен нь илүү их байдаг нарийн төвөгтэй хэлбэрхэдэн зуун нүүрстөрөгчийн атомаас бүрддэг. С молекулын диаметр нь 60 ~ 1 нм байна. Ийм молекулын төвд ураны том атомыг багтаах хангалттай зай бий.

Стандарт атомын масс.

1961 онд Олон улсын цэвэр болон хэрэглээний химийн холбоо (IUPAC) ба Физик нь нүүрстөрөгчийн изотоп 12 С-ийн массыг атомын массын нэгж болгон авч, атомын массын өмнө нь байсан хүчилтөрөгчийн хуваарийг устгасан. Энэ систем дэх нүүрстөрөгчийн атомын масс нь 12.011 байна, учир нь энэ нь байгальд элбэг байдаг нүүрстөрөгчийн гурван изотопын дундаж утга юм. см. АТОМЫН МАСС.

Нүүрстөрөгч ба түүний зарим нэгдлүүдийн химийн шинж чанар.

Зарим физик болон химийн шинж чанарнүүрстөрөгчийг ХИМИЙН ЭЛЕМЕНТҮҮД нийтлэлд өгсөн. Реактив байдалнүүрстөрөгч нь түүний өөрчлөлт, температур, тархалтаас хамаардаг. Бага температурт нүүрстөрөгчийн бүх хэлбэр нь нэлээд идэвхгүй байдаг боловч халах үед тэдгээр нь агаар мандлын хүчилтөрөгчөөр исэлдэж, исэл үүсгэдэг.

Илүүдэл хүчилтөрөгч дэх нарийн тархсан нүүрстөрөгч нь халах эсвэл оч үүсгэх үед дэлбэрч болно. Шууд исэлдэлтээс гадна исэл үйлдвэрлэх илүү орчин үеийн аргууд байдаг.

Нүүрстөрөгчийн давхар исэл

C 3 O 2 нь малоны хүчлийг P 4 O 10 дээр усгүйжүүлснээр үүсдэг.

C 3 O 2 нь эвгүй үнэртэй бөгөөд амархан гидролиз болж, дахин малоны хүчил үүсгэдэг.

Нүүрстөрөгчийн (II) дан исэл CO нь хүчилтөрөгчийн дутагдалтай нөхцөлд нүүрстөрөгчийн аливаа өөрчлөлтийг исэлдүүлэх явцад үүсдэг. Урвал нь экзотермик бөгөөд 111.6 кЖ/моль ялгардаг. Кокс нь цагаан дулааны температурт устай урвалд ордог: C + H 2 O = CO + H 2; үүссэн хийн хольцыг "усны хий" гэж нэрлэдэг бөгөөд хийн түлш юм. СО нь нефтийн бүтээгдэхүүний бүрэн бус шаталтын үед үүсдэг;

CO дахь нүүрстөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв нь +2 бөгөөд нүүрстөрөгч нь +4 исэлдэлтийн төлөвт илүү тогтвортой байдаг тул CO нь хүчилтөрөгчөөр CO 2: CO + O 2 → CO 2 болж амархан исэлддэг тул энэ урвал нь маш экзотермик (283 кЖ) юм. /моль). CO-ийг үйлдвэрлэлд Н2 болон бусад шатамхай хийтэй холихдоо түлш эсвэл хий бууруулах бодис болгон ашигладаг. 500 ° C хүртэл халаахад CO нь мэдэгдэхүйц хэмжээгээр C ба CO 2 үүсгэдэг боловч 1000 ° C-д CO 2-ийн бага концентрацид тэнцвэрт байдал тогтдог. CO нь хлортой урвалд орж, фосген - COCl 2 үүсгэдэг, бусад галогентэй ижил төстэй урвал явагддаг, хүхрийн карбонил сульфидтэй урвалд ороход COS, металууд (M) -тэй CO янз бүрийн найрлагатай карбонилуудыг үүсгэдэг M(CO) x, эдгээр нь нарийн төвөгтэй нэгдлүүд юм. Цусан дахь гемоглобин нь CO-тэй урвалд ороход төмрийн карбонил үүсдэг бөгөөд энэ нь гемоглобины хүчилтөрөгчтэй урвалд орохоос сэргийлдэг, учир нь төмрийн карбонил нь илүү хүчтэй нэгдэл юм. Үүний үр дүнд гемоглобины хүчилтөрөгчийг эсэд зөөвөрлөх функцийг хааж, улмаар үхдэг (мөн тархины эсүүд голчлон нөлөөлдөг). (Тиймээс CO-ийн өөр нэр - "нүүрстөрөгчийн дутуу исэл"). Агаар дахь аль хэдийн 1% (хэлбэр) CO нь ийм агаар мандалд 10 минутаас илүү хугацаагаар байвал хүмүүст аюултай. CO-ийн зарим физик шинж чанарыг хүснэгтэд үзүүлэв.

Нүүрстөрөгчийн давхар исэл буюу нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (IV) CO 2 нь дулаан ялгаруулах (395 кЖ / моль) бүхий илүүдэл хүчилтөрөгч дэх элементийн нүүрстөрөгчийг шатаах замаар үүсдэг. CO 2 (жижиг нэр нь "нүүрстөрөгчийн давхар исэл") нь CO, нефтийн бүтээгдэхүүн, бензин, тос болон бусад органик нэгдлүүдийг бүрэн исэлдүүлэх явцад үүсдэг. Карбонатыг усанд уусгах үед гидролизийн үр дүнд CO 2 мөн ялгардаг.

Энэ урвалыг ихэвчлэн лабораторийн практикт CO 2 үйлдвэрлэхэд ашигладаг. Энэ хийг мөн металл бикарбонатыг шохойжуулах замаар олж авч болно.

хийн фазын харилцан үйлчлэлийн үед хэт халсан уур CO-тай:

нүүрсустөрөгч болон тэдгээрийн хүчилтөрөгчийн деривативыг шатаах үед, жишээлбэл:

Үүний нэгэн адил хүнсний бүтээгдэхүүн нь амьд организмд исэлдэж, дулаан болон бусад төрлийн энерги ялгаруулдаг. Энэ тохиолдолд исэлдэлт нь зөөлөн нөхцөлд завсрын үе шатанд явагддаг боловч эцсийн бүтээгдэхүүн нь ижил байдаг - CO 2 ба H 2 O, жишээлбэл, ферментийн нөлөөн дор элсэн чихэр задрах үед, ялангуяа исгэх үед. глюкоз:

Аж үйлдвэрт нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба металлын ислийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэх нь карбонатын дулааны задралаар явагддаг.

Цемент үйлдвэрлэх технологид CaO их хэмжээгээр ашиглагддаг. Энэ схемийн дагуу карбонатуудын дулааны тогтвортой байдал, тэдгээрийн задралын дулааны хэрэглээ нь CaCO 3 цувралын дагуу нэмэгддэг. бас үзнэ үүГАЛМАС УРЬДЧИЛАН СЭРГИЙЛЭХ, ГАЛЫН ХАМГААЛАХ).

Нүүрстөрөгчийн ислийн электрон бүтэц.

Аливаа нүүрстөрөгчийн дутуу ислийн электрон бүтцийг электрон хосуудын өөр өөр зохион байгуулалттай ижил магадлалтай гурван схемээр дүрсэлж болно - гурван резонансын хэлбэр.

Бүх нүүрстөрөгчийн исэл нь шугаман бүтэцтэй байдаг.

Нүүрстөрөгчийн хүчил.

CO 2 устай урвалд ороход нүүрстөрөгчийн хүчил H 2 CO 3 үүсдэг. CO 2 (0.034 моль/л) ханасан уусмалд зөвхөн зарим молекулууд нь H 2 CO 3 үүсгэдэг бөгөөд CO 2-ийн ихэнх нь CO 2 CHH 2 O гидратлагдсан төлөвт байдаг.

Карбонатууд.

Металлын исэл CO 2, жишээлбэл, Na 2 O + CO 2 Na 2 CO 3-тай харилцан үйлчлэлцэх замаар карбонатууд үүсдэг.

Шүлтлэг металлын карбонатаас бусад нь усанд бараг уусдаггүй, кальцийн карбонат нь нүүрстөрөгчийн хүчил эсвэл даралтын дор усанд уусдаг CO 2 уусмалд хэсэгчлэн уусдаг.

Эдгээр процессууд нь шохойн чулууны давхаргаар урсах гүний усанд явагддаг. Бага даралт, ууршилтын нөхцөлд CaCO 3 нь Ca(HCO 3) 2 агуулсан гүний уснаас тунадас үүсгэдэг. Агуйд сталактит, сталагмитууд ингэж ургадаг. Эдгээр сонирхолтой геологийн тогтоцуудын өнгө нь усан дахь төмөр, зэс, манган, хромын ионуудын хольцтой холбоотой байдаг. Нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь металлын гидроксид ба тэдгээрийн уусмалуудтай урвалд орж, бикарбонат үүсгэдэг, жишээлбэл:

CS 2 + 2Cl 2 ® CCl 4 + 2S

CCl 4 тетрахлорид нь шатамхай бус бодис бөгөөд хуурай цэвэрлэгээнд уусгагч болгон ашигладаг боловч өндөр температурт хортой фосген (хийн хорт бодис) үүсдэг тул үүнийг гал хамгаалагч болгон ашиглахыг зөвлөдөггүй. CCl 4 нь өөрөө бас хортой бөгөөд хэрэв мэдэгдэхүйц хэмжээгээр амьсгалсан бол элэгний хордлого үүсгэдэг. CCl 4 нь мөн метан CH 4 ба Cl 2 хоорондын фотохимийн урвалаар үүсдэг; энэ тохиолдолд метаныг бүрэн бус хлоржуулах бүтээгдэхүүн - CHCl 3, CH 2 Cl 2 ба CH 3 Cl үүсэх боломжтой. Бусад галогентэй ижил төстэй урвал явагддаг.

Бал чулууны урвал.

Зургаан өнцөгт цагирагуудын давхаргын хоорондох зай ихтэй байдаг нүүрстөрөгчийн өөрчлөлт болох графит нь ер бусын урвалд ордог, жишээлбэл, шүлтлэг металл, галоген ба зарим давс (FeCl 3) давхаргын хооронд нэвтэрч, KC 8, KC зэрэг нэгдлүүдийг үүсгэдэг. 16 (завсрын, оруулах эсвэл клатрат гэж нэрлэдэг). KClO 3 зэрэг хүчтэй исэлдүүлэгч бодисууд хүчиллэг орчин(хүхрийн эсвэл азотын хүчил) нь их хэмжээний талст тортой бодис үүсгэдэг (давхарга хооронд 6 А хүртэл) бөгөөд энэ нь хүчилтөрөгчийн атомууд орж, гадаргуу дээр исэлдэлтийн үр дүнд нэгдлүүд үүсдэгтэй холбоотой юм. , карбоксилын бүлгүүд (–COOH) үүсдэг - исэлдсэн бал чулуу эсвэл меллит (бензол гексакарбоксилын) хүчил C 6 (COOH) 6 зэрэг нэгдлүүд. Эдгээр нэгдлүүдэд C:O харьцаа 6:1-ээс 6:2.5 хооронд хэлбэлзэж болно.

Карбидууд.

Нүүрстөрөгч нь металл, бор, цахиуртай карбид гэж нэрлэгддэг янз бүрийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Ихэнх идэвхтэй металлууд(IA–IIIA дэд бүлгүүд) давстай төстэй карбидыг үүсгэдэг, жишээлбэл, Na 2 C 2, CaC 2, Mg 4 C 3, Al 4 C 3. Аж үйлдвэрийн хувьд кальцийн карбидыг кокс ба шохойн чулуунаас дараахь урвалаар гаргаж авдаг.

Карбид нь цахилгаан дамжуулах чадваргүй, бараг өнгөгүй, гидролиз болж нүүрсустөрөгч үүсгэдэг

CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2

Урвалын үр дүнд үүссэн ацетилен C 2 H 2 нь олон органик бодисыг үйлдвэрлэх эхлэлийн материал болдог. Энэ процесс нь органик бус шинж чанартай түүхий эдээс органик нэгдлүүдийн нийлэгжилт рүү шилжих шилжилтийг илэрхийлдэг тул сонирхолтой юм. Гидролизийн үед ацетилен үүсгэдэг карбидыг ацетиленид гэж нэрлэдэг. Цахиур ба борын карбидуудад (SiC ба B 4 C) атомуудын хоорондын холбоо нь ковалент шинж чанартай байдаг. Шилжилтийн металууд (В-дэд бүлгийн элементүүд) нүүрстөрөгчөөр халах үед мөн металл гадаргуу дээрх хагарлын үед хувьсах найрлагатай карбид үүсгэдэг; тэдгээрийн доторх холбоо нь металлтай ойрхон байдаг. Энэ төрлийн зарим карбидууд, тухайлбал WC, W 2 C, TiC болон SiC нь өндөр хатуулаг, галд тэсвэртэй чанараараа ялгагддаг бөгөөд сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай байдаг. Жишээлбэл, NbC, TaC, HfC нь хамгийн галд тэсвэртэй бодисууд (mp = 4000–4200 ° C), диниобий карбид Nb 2 C нь 9.18 К-т хэт дамжуулагч, TiC ба W 2 C нь алмазтай ойролцоо хатуулаг, В хатуулагтай байдаг. 4 C (алмазын бүтцийн аналог) нь Mohs масштабаар 9.5 байна ( см. будаа. 2). Шилжилтийн металлын радиустай бол идэвхгүй карбидууд үүсдэг

Нүүрстөрөгчийн азотын деривативууд.

Энэ бүлэгт мочевин NH 2 CONH 2 - уусмал хэлбэрээр ашигладаг азотын бордоо орно. Мочевиныг NH 3 ба CO 2-аас даралтын дор халаах замаар гаргаж авдаг.

Цианоген (CN) 2 нь галогентэй төстэй олон шинж чанартай бөгөөд ихэвчлэн псевдогалоген гэж нэрлэгддэг. Цианидыг хүчилтөрөгч, устөрөгчийн хэт исэл эсвэл Cu 2+ ионоор бага зэрэг исэлдүүлэх замаар цианидыг гаргаж авдаг: 2CN – ® (CN) 2 + 2e.

Цианидын ион нь электрон донор учраас амархан үүсдэг нарийн төвөгтэй нэгдлүүдшилжилтийн металлын ионуудтай. CO-ийн нэгэн адил цианидын ион нь амьд организмын амин чухал төмрийн нэгдлүүдийг холбодог хор юм. Цианидын цогцолбор ионууд нь ерөнхий томьёотой -0.5 x, Хаана X– металлын координацын дугаар (комплекс үүсгэгч), эмпирик байдлаар металлын ионы исэлдэлтийн төлөвөөс хоёр дахин их байна. Ийм нарийн төвөгтэй ионуудын жишээ нь (зарим ионы бүтцийг доор өгөв) тетрацианоникелат (II) ион 2-, гексацианоферрат (III) 3-, дицианоаргентат –:

Карбонил.

Нүүрстөрөгчийн дутуу исэл нь олон металл эсвэл металлын ионуудтай шууд урвалд орж, карбонил гэж нэрлэгддэг нарийн төвөгтэй нэгдлүүдийг үүсгэдэг, жишээлбэл Ni(CO) 4, Fe(CO) 5, Fe 2 (CO) 9, 3, Mo(CO) 6, 2 . Эдгээр нэгдлүүдийн холболт нь дээр дурдсан циано цогцолборуудын холболттой төстэй юм. Ni(CO) 4 нь никельийг бусад металлаас ялгахад ашигладаг дэгдэмхий бодис юм. Бүтэц дэх цутгамал төмөр, гангийн бүтэц муудах нь ихэвчлэн карбонил үүсэхтэй холбоотой байдаг. Устөрөгч нь карбонилийн нэг хэсэг байж, H 2 Fe (CO) 4 ба HCo (CO) 4 зэрэг карбонил гидрид үүсгэдэг. хүчиллэг шинж чанарба шүлттэй урвалд орох:

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

Карбонил галогенийг бас мэддэг, жишээ нь Fe(CO)X 2, Fe(CO) 2 X 2, Co(CO)I 2, Pt(CO)Cl 2, X нь дурын галоген юм.

Нүүрс устөрөгч.

Маш олон тооны нүүрстөрөгч-устөрөгчийн нэгдлүүд мэдэгдэж байна

Органик болон органик бус шинж чанартай олон төрлийн нэгдлүүдийг үүсгэх чадвартай хамгийн гайхалтай элементүүдийн нэг бол нүүрстөрөгч юм. Энэ бол ер бусын шинж чанартай элемент тул Менделеев хараахан илчлээгүй байгаа шинж чанаруудын талаар ярихдаа түүний агуу ирээдүйг урьдчилан таамаглаж байсан.

Хожим нь энэ нь практик дээр батлагдсан. Энэ бол манай гаригийн биогенийн гол элемент, бүх амьд оршнолуудын нэг хэсэг болох нь тодорхой болсон. Нэмж дурдахад энэ нь бүх талаараа эрс ялгаатай хэлбэрээр оршин тогтнох чадвартай боловч зөвхөн нүүрстөрөгчийн атомуудаас бүрддэг.

Ерөнхийдөө энэ бүтэц нь олон онцлог шинж чанартай бөгөөд бид нийтлэлийн явцад тэдгээрийг ойлгохыг хичээх болно.

Нүүрстөрөгч: элементийн систем дэх томъёо ба байрлал

Тогтмол хүснэгтэд нүүрстөрөгчийн элемент нь үндсэн дэд бүлэг болох IV бүлэгт (14 дэх шинэ загварын дагуу) байрладаг. Түүний атомын дугаар нь 6, атомын жин нь 12.011. С тэмдэг бүхий элементийн тэмдэглэгээ нь түүний нэрийг Латин хэлээр илэрхийлнэ - carboneum. Нүүрстөрөгчийн хэд хэдэн хэлбэр байдаг. Тиймээс түүний томъёо нь өөр өөр бөгөөд тодорхой өөрчлөлтөөс хамаарна.

Гэхдээ мэдээжийн хэрэг, урвалын тэгшитгэл бичих тусгай тэмдэглэгээ байдаг. Ер нь аливаа бодисыг цэвэр хэлбэрээр нь ярихад түүнийг хүлээн зөвшөөрдөг молекулын томъёонүүрстөрөгч С, индексжүүлэлтгүй.

Элементийн нээлтийн түүх

Энэ элемент нь өөрөө эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан. Эцсийн эцэст байгальд хамгийн чухал ашигт малтмалын нэг бол нүүрс юм. Тиймээс эртний Грекчүүд, Ромчууд болон бусад үндэстнүүдийн хувьд энэ нь нууц биш байв.

Энэ төрөл зүйлээс гадна алмаз, бал чулууг бас ашигласан. Найрлагад нь дүн шинжилгээ хийлгүйгээр нэгдлүүдийг бал чулуу гэж андуурдаг байсан тул удаан хугацааны туршид төөрөгдүүлсэн олон нөхцөл байдал үүссэн.

• мөнгөн хар тугалга;
• төмрийн карбид;
• Молибдений сульфид.

Тэд бүгд хараар будсан тул бал чулуу гэж тооцогддог байв. Хожим нь энэ үл ойлголцол тодорхой болж, нүүрстөрөгчийн энэ хэлбэр өөрөө болсон.

1725 оноос хойш алмаз нь арилжааны чухал ач холбогдолтой болж, 1970 онд тэдгээрийг зохиомлоор үйлдвэрлэх технологийг эзэмшсэн. 1779 оноос хойш Карл Шеелегийн ажлын ачаар нүүрстөрөгчийн химийн шинж чанарыг судалж эхэлсэн. Энэ нь энэ элементийн салбарт хэд хэдэн чухал нээлтүүдийн эхлэл болж, түүний бүх өвөрмөц шинж чанарыг тодруулах үндэс суурь болсон юм.

Нүүрстөрөгчийн изотопууд ба байгальд тархалт

Хэдийгээр энэ элемент нь хамгийн чухал биогенийн нэг боловч түүний масс дахь нийт агууламж дэлхийн царцдас 0.15% байна. Энэ нь байгалийн жам ёсны мөчлөгийн байнгын эргэлтэнд байдаг тул ийм зүйл тохиолддог.

Ерөнхийдөө бид нүүрстөрөгч агуулсан хэд хэдэн эрдсийн нэгдлүүдийг нэрлэж болно. Эдгээр нь байгалийн үүлдэр юм, тухайлбал:

• доломит ба шохойн чулуу;
• антрацит;
• шатдаг занар;
• байгалийн хий;
• нүүрс;
• тос;
• хүрэн нүүрс;
• хүлэр;
• битумууд.

Үүнээс гадна бид зүгээр л нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийн агуулах болох амьд биетүүдийн талаар мартаж болохгүй. Эцсийн эцэст тэд уураг, өөх тос, нүүрс ус үүсгэдэг. нуклейн хүчил, энэ нь хамгийн чухал бүтцийн молекулууд гэсэн үг юм. Ерөнхийдөө 70 кг хуурай биеийн жингийн 15 нь цэвэр элемент юм. Энэ нь амьтан, ургамал, бусад амьтдын тухай ярихгүй, хүн бүрт зориулагдсан байдаг.

Хэрэв бид ус, өөрөөр хэлбэл гидросферийг бүхэлд нь, агаар мандал гэж үзвэл CO 2 томъёогоор илэрхийлсэн нүүрстөрөгч ба хүчилтөрөгчийн холимог байдаг. Диоксид буюу нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь агаарыг бүрдүүлдэг гол хий юм. Яг энэ хэлбэрээр массын хэсэгнүүрстөрөгч нь 0.046%. Үүнээс ч илүү нүүрстөрөгчийн давхар исэл дэлхийн далайн усанд уусдаг.

Элемент болох нүүрстөрөгчийн атомын масс нь 12.011. Энэ утгыг байгальд байгаа бүх изотоп сортуудын атомын жингийн хоорондох арифметик дундажаар, тэдгээрийн элбэг дэлбэг байдлыг (хувь хувиар) харгалзан үздэг нь мэдэгдэж байна. Энэ нь тухайн бодисын хувьд тохиолддог. Нүүрстөрөгчийн үндсэн гурван изотоп байдаг. Энэ:

• 12 C - түүний массын эзлэх хувь дийлэнх нь 98.93%;
• 13 С - 1.07%;
• 14 С - цацраг идэвхт, хагас задралын хугацаа 5700 жил, тогтвортой бета ялгаруулагч.

Дээжийн геохронологийн насыг тодорхойлох практикт өргөн хэрэглэгддэг цацраг идэвхт изотоп 14 С, энэ нь удаан задралын хугацаатай холбоотой үзүүлэлт юм.

Элементийн аллотропик өөрчлөлтүүд

Нүүрстөрөгч нь энгийн бодис болох хэд хэдэн хэлбэрээр байдаг элемент юм. Энэ нь өнөө үед мэдэгдэж байгаа хамгийн олон тооны аллотроп өөрчлөлтийг бий болгох чадвартай юм.

1. Кристал өөрчлөлтүүд - ердийн атомын төрлийн тортой бат бөх бүтэц хэлбэрээр оршдог. Энэ бүлэгт дараахь сортууд орно.

• алмаз;
• фуллерен;
• бал чулуу;
• карбин;
• лонсдейтүүд;
• болон хоолой.

Тэд бүгд өөр өөр тортой бөгөөд тэдгээрийн зангилаанд нүүрстөрөгчийн атом байдаг. Тиймээс физик, химийн аль алиных нь бүрэн өвөрмөц, ялгаатай шинж чанарууд.

2. Аморф хэлбэрүүд - тэдгээр нь байгалийн зарим нэгдлүүдийн нэг хэсэг болох нүүрстөрөгчийн атомаас үүсдэг. Өөрөөр хэлбэл, эдгээр нь цэвэр сорт биш, харин бусад элементүүдийн хольцыг бага хэмжээгээр агуулдаг. IN энэ бүлэгҮүнд:

• идэвхжүүлсэн нүүрс;
• чулуу, мод;
• хөө тортог;
• нүүрстөрөгчийн нано хөөс;
• антрацит;
• шилэн нүүрстөрөгч;
• бодисын техникийн олон янз байдал.

Тэд мөн шинж чанарыг тайлбарлаж, харуулдаг болор торны бүтцийн онцлогоор нэгддэг.

3. Кластер хэлбэрийн нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд. Энэ нь атомууд дотроосоо хөндий, усаар эсвэл бусад элементийн цөмөөр дүүрсэн тусгай конформацид түгжигдсэн бүтэц юм. Жишээ нь:

• нүүрстөрөгчийн наноконууд;
• астралууд;
• дикарбон.

Аморф нүүрстөрөгчийн физик шинж чанар

Учир нь маш олон төрөлаллотропик өөрчлөлтүүд нь нүүрстөрөгчийн нийтлэг физик шинж чанарыг тодорхойлоход хэцүү байдаг. Тодорхой хэлбэрийн талаар ярих нь илүү хялбар байдаг. Жишээлбэл, аморф нүүрстөрөгч нь дараах шинж чанартай байдаг.

1. Бүх хэлбэрүүд нь бал чулууны нарийн талст сортууд дээр суурилдаг.
2. Өндөр дулаан багтаамжтай.
3. Сайн дамжуулагч шинж чанартай.
4. Нүүрстөрөгчийн нягт нь ойролцоогоор 2 г / см3 байна.
5. 1600 0 С-ээс дээш халах үед бал чулуу хэлбэрт шилжинэ.

Техникийн зориулалтаар хөө тортог, чулуун сортуудыг өргөн ашигладаг. Эдгээр нь цэвэр хэлбэрээр нүүрстөрөгчийн өөрчлөлтийн илрэл биш боловч маш их хэмжээгээр агуулдаг.

Кристал нүүрстөрөгч

Нүүрстөрөгч нь ердийн талст үүсгэдэг бодис болох хэд хэдэн сонголт байдаг янз бүрийн төрөл, атомууд цуваа холбогдсон байдаг. Үүний үр дүнд дараахь өөрчлөлтүүд үүсдэг.

1. - дөрвөн тетраэдр холбогдсон куб. Үүний үр дүнд атом бүрийн бүх ковалент химийн холбоо нь аль болох ханасан, хүчтэй байдаг. Энэ нь физик шинж чанарыг тайлбарлаж байна: нүүрстөрөгчийн нягт 3300 кг / м3. Өндөр хатуулаг, бага дулаан багтаамж, цахилгаан дамжуулах чадваргүй байдал - энэ бүхэн болор торны бүтцийн үр дүн юм. Техникийн аргаар үйлдвэрлэсэн алмазууд байдаг. Эдгээр нь өндөр температур, тодорхой даралтын нөлөөн дор бал чулууг дараагийн өөрчлөлтөд шилжүүлэх явцад үүсдэг. Ерөнхийдөө энэ нь хүч чадалтай адил өндөр байдаг - ойролцоогоор 3500 0 С.
2. Графит. Атомууд нь өмнөх бодисын бүтэцтэй төстэй байрладаг боловч зөвхөн гурван холбоо нь ханасан, дөрөв дэх нь урт, бага бат бөх болж, торны зургаан өнцөгт цагирагуудын "давхарга" -ыг холбодог. Үүний үр дүнд бал чулуу нь хүрэхэд зөөлөн, тослог хар бодис болох нь тогтоогджээ. Энэ нь сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай, өндөр хайлах цэгтэй - 3525 0 С. Сублимац хийх чадвартай - шингэнийг алгасаж, хатуу төлөвөөс хийн төлөвт шилжих чадвартай (3700 0 С-ийн температурт). Нүүрстөрөгчийн нягт нь 2.26 г/см3 буюу алмазынхаас хамаагүй бага. Энэ нь тэдний өөр өөр шинж чанарыг тайлбарладаг. Кристал тор нь давхаргат бүтэцтэй тул бал чулууг харандааны утас хийхэд ашиглаж болно. Цаасан дээгүүр өнгөрөхөд хайрс нь хуулж, цаасан дээр хар толбо үлдээдэг.
3. Фуллерен. Тэд зөвхөн өнгөрсөн зууны 80-аад оны үед л нээгдсэн. Эдгээр нь нүүрстөрөгчийг өөр хоорондоо холбосон тусгай гүдгэр битүү бүтэцтэй, төвд нь хоосон зайтай байдаг өөрчлөлтүүд юм. Түүнээс гадна болор хэлбэр нь олон талт, зөв зохион байгуулалт. Атомын тоо тэгш байна. Фуллерен C 60-ийн хамгийн алдартай хэлбэр. Судалгааны явцад ижил төстэй бодисын дээж олдсон:

• солир;
• ёроолын хурдас;
• фольгурит;
• шунгит;
• тэдгээр нь хий хэлбэрээр агуулагдаж байсан сансар огторгуй.

Талст нүүрстөрөгчийн бүх сортууд чухал ач холбогдолтой практик ач холбогдол, учир нь тэдгээр нь технологийн хувьд хэд хэдэн ашигтай шинж чанартай байдаг.

Химийн үйл ажиллагаа

Молекулын нүүрстөрөгч бага байдаг химийн үйл ажиллагаатогтвортой тохиргоотой учраас. Атомд нэмэлт энерги өгч, электронуудыг хүчээр шахаж байж л урвалд оруулах боломжтой гадаад түвшинуурлах. Энэ үед валент нь 4 болно. Тиймээс нэгдлүүдэд + 2, + 4, - 4 исэлдэлтийн төлөвтэй байна.

Бараг бүх хариу үйлдэл энгийн бодисууд, металл ба металл бус аль аль нь өндөр температурын нөлөөн дор үүсдэг. Тухайн элемент нь исэлдүүлэгч бодис эсвэл бууруулагч бодис байж болно. Гэсэн хэдий ч сүүлийн шинж чанарууд нь ялангуяа тод илэрдэг бөгөөд энэ нь түүнийг металлургийн болон бусад салбарт ашиглахад үндэслэсэн зүйл юм.

Ер нь бол орох чадвар химийн урвалгурван хүчин зүйлээс хамаарна:

• нүүрстөрөгчийн тархалт;
• аллотроп өөрчлөлт;
• урвалын температур.

Тиймээс зарим тохиолдолд дараахь бодисуудтай харилцан үйлчлэлцдэг.

• металл бус (устөрөгч, хүчилтөрөгч);
• металл (хөнгөн цагаан, төмөр, кальци болон бусад);
• металлын исэл ба тэдгээрийн давс.

Хүчил ба шүлттэй урвалд ордоггүй, галогентэй маш ховор байдаг. Нүүрстөрөгчийн хамгийн чухал шинж чанар нь хоорондоо урт гинж үүсгэх чадвар юм. Тэд мөчлөгт хааж, салбар үүсгэж болно. Өнөөдөр сая саяар тоологдох органик нэгдлүүд ингэж үүсдэг. Эдгээр нэгдлүүдийн үндэс нь нүүрстөрөгч ба устөрөгч гэсэн хоёр элемент юм. Энэ найрлагад бусад атомууд орно: хүчилтөрөгч, азот, хүхэр, галоген, фосфор, металл болон бусад.

Үндсэн холболтууд ба тэдгээрийн шинж чанарууд

Нүүрстөрөгч агуулсан олон төрлийн нэгдлүүд байдаг. Тэдгээрийн хамгийн алдартай томъёо нь CO 2 - нүүрстөрөгчийн давхар исэл юм. Гэсэн хэдий ч энэ ислээс гадна CO - дутуу исэл эсвэл нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, түүнчлэн C 3 O 2 субоксид байдаг.

Энэ элементийг агуулсан давсуудын дунд хамгийн түгээмэл нь кальци, магнийн карбонатууд юм. Тиймээс кальцийн карбонат нь байгальд дараах хэлбэрээр байдаг тул нэрэндээ хэд хэдэн ижил утгатай байдаг.

• шохой;
• гантиг;
• шохойн чулуу;
• доломит

Шүлтлэг шороон металлын карбонатуудын ач холбогдол нь сталактит, сталагмит, түүнчлэн гүний ус үүсэхэд идэвхтэй оролцдогт илэрдэг.

Нүүрстөрөгчийн хүчилнь нүүрстөрөгч үүсгэдэг өөр нэг нэгдэл юм. Түүний томъёо нь H 2 CO 3 юм. Гэсэн хэдий ч ердийн хэлбэрээрээ энэ нь маш тогтворгүй бөгөөд уусмал дахь нүүрстөрөгчийн давхар исэл, усанд шууд задардаг. Тиймээс зөвхөн түүний давсыг мэддэг бөгөөд өөрөө шийдэл биш юм.

Нүүрстөрөгчийн галогенийг голчлон шууд бус аргаар олж авдаг, учир нь шууд синтез нь зөвхөн маш өндөр температурт, бүтээгдэхүүний гарц багатай байдаг. Хамгийн түгээмэл нэг нь CCL 4 - нүүрстөрөгчийн тетрахлорид юм. Амьсгалахад хордлого үүсгэдэг хортой нэгдэл. Метан дахь радикал фотохимийн орлуулалтын урвалаар олж авсан.

Металл карбидууд нь 4-ийн исэлдэлтийн төлөвтэй нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд юм. Мөн бор, цахиуртай нэгдлүүд байж болно. Зарим металлын карбидын гол шинж чанар (хөнгөн цагаан, вольфрам, титан, ниобий, тантал, гафни) нь өндөр хүч чадал, маш сайн цахилгаан дамжуулах чанар юм. Бор карбид B 4 C нь алмазын дараах хамгийн хатуу бодисуудын нэг юм (Mohs-ийн дагуу 9.5). Эдгээр нэгдлүүдийг технологи, химийн үйлдвэрт нүүрсустөрөгчийн эх үүсвэр болгон ашигладаг (устай кальцийн карбид нь ацетилен, кальцийн гидроксид үүсэхэд хүргэдэг).

Олон металлын хайлшийг нүүрстөрөгч ашиглан хийдэг бөгөөд ингэснээр чанар нь мэдэгдэхүйц нэмэгддэг техникийн үзүүлэлтүүд(ган нь төмөр ба нүүрстөрөгчийн хайлш юм).

Олон тооны органик нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд онцгой анхаарал хандуулах ёстой бөгөөд энэ нь ижил атомуудтай нэгдэж янз бүрийн бүтцийн урт гинж үүсгэх чадвартай үндсэн элемент юм. Үүнд:

• алканууд;
• алкенууд;
• арена;
• уураг;
• нүүрс ус;
• нуклейн хүчил;
• согтууруулах ундаа;
• карбоксилын хүчил болон бусад олон төрлийн бодисууд.

Нүүрстөрөгчийн хэрэглээ

Хүний амьдралд нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд болон түүний аллотроп өөрчлөлтийн ач холбогдол маш их байдаг. Энэ нь үнэхээр тийм гэдгийг ойлгуулахын тулд дэлхийн хамгийн олон салбарыг нэрлэж болно.

1. Энэ элемент нь хүн төрөлхтөн эрчим хүч авдаг бүх төрлийн органик түлшийг бүрдүүлдэг.
2. Металлургийн үйлдвэрүүд нүүрстөрөгчийг нэгдлүүдээс нь металл авахын тулд хүчирхэг бууруулагч бодис болгон ашигладаг. Карбонатуудыг энд бас өргөн хэрэглэдэг.
3. Барилга, химийн үйлдвэрүүд шинэ бодисыг нэгтгэж, шаардлагатай бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхийн тулд асар их хэмжээний нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг хэрэглэдэг.

Та мөн эдийн засгийн ийм салбаруудыг нэрлэж болно:

• цөмийн үйлдвэрлэл;
• үнэт эдлэл хийх;
• техникийн тоног төхөөрөмж (тосолгооны материал, халуунд тэсвэртэй тигель, харандаа гэх мэт);
• чулуулгийн геологийн насыг тодорхойлох - цацраг идэвхт үзүүлэлт 14 С;
• Нүүрстөрөгч нь маш сайн шингээгч бөгөөд үүнийг шүүлтүүр үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжийг олгодог.

Байгаль дахь дугуй

Байгальд агуулагдах нүүрстөрөгчийн масс нь тогтмол мөчлөгт багтдаг бөгөөд энэ нь секунд тутамд мөчлөгт тохиолддог бөмбөрцөг рүү. Тиймээс агаар мандлын нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болох CO 2 нь ургамалд шингэж, амьсгалах явцад бүх амьд биетээс ялгардаг. Агаар мандалд орсны дараа дахин шингэж, улмаар мөчлөг үргэлжилнэ. Энэ тохиолдолд органик үлдэгдлийн үхэл нь нүүрстөрөгчийг ялгаруулж, хөрсөнд хуримтлагдахад хүргэдэг бөгөөд тэндээс амьд организмууд дахин шингэж, агаар мандалд хий хэлбэрээр ялгардаг.