Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

Углерод – это один из самых важных химических элементов, без которого невозможна жизнь всех живых организмов. Он является основным компонентом всех органических соединений, которые поддерживают жизнь на Земле. 

С этим атомом тесно связано понятие «органическая химия», основоположником которой является великий учёный Берцелиус Йёнс Якоб.

Положение углерода в периодической системе химических элементов

Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

Кратко об углероде (С):

  • порядковый номер атома углерода – 6;

  • он расположен во втором периоде;

  • углерод занимает 4 группу, главную подгруппу (а).

Электронное строение углерода

Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

+6C )2 )4 1s2 2s2 2p2

У атома углерода всего два электронных уровня. На первом расположено 2 электрона, на втором – 4. Всего электронов 6, а значит, заряд ядра будет равен +6.

Атомная масса атома – 12.011.

Степень окисления углерода (-4; -2; 0; +2; +4) зависит от вещества, в котором он состоит.

Примеры:

  • С-4Н4+1;

  • C-2H3+1 Cl-1;

  • C0H+12Cl-12;

  • C-2H+1Cl-13;

  • C+4Cl4-1.

Аллотропные модификации и физические свойства

Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

Рассмотрим 4 основные аллотропные модификации углерода, их формулы и физические свойства.

Алмаз (С)

Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

Физические свойства:

  • Благодаря своей уникальной кристаллической решётке, алмаз считается самым твёрдым камнем на планете после корунда.

  • Из твёрдости алмаза следует ещё одно его важное физическое свойство – высокая плотность.

  • Алмаз отличается своей уникальной теплопроводностью, которая лидирует среди всех твёрдых тел. Кроме того, такая порода не проводит электричество.

  • Графит (С)

    Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

    Физические свойства:

    • тёмный, ближе к чёрному цвет;

    • имеет сильно выраженный металлический блеск;

    • прозрачность проявляется в наименьшей степени;

    • имеет огромную температуру сгорания (38500 градусов по Цельсию);

    • температура плавления больше 3800 градусов по Цельсию:

    • теплопроводность 100 — 354 Вт.

    Фуллерен (С60)

    Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

    Физические свойства:

    • плотность 1,68 г/см3;

    • температура плавления 1180 градусов по Цельсию;

    • не растворяется в воде (но растворим в бензоле);

    • плотность 1,69 г/см3;

    • не имеет цвета.

    Карбин (CH3OH)

    Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

    Физические свойства:

    • консистенция – порошок;

    • цвет чёрный;

    • электропроводен (зависит от действия света: чем он больше, тем выше электропроводность);

    • плотность 1,9 -3,30 г/см3;

    • высокая твёрдость и теплопроводность.

    Качественные реакции

    Цель проведения качественных реакций – выявление наличия нужного атома, вещества или иона.

    Рассмотрим их подробнее:

  • Ca(OH)2 + CO2 = Ca(CO3) (осадок) + H2O – образование вещества, нерастворимого в воде, что свидетельствует о том, что в реакции присутствует углекислый газ.

  • CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2
    – образование углекислого газа, что говорит о присутствии в реакции иона CO32-.

  • Соединения углерода

    Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

    Углерод образует два оксида:

    1. Оксид углерода (II) – CO. Другое название – угарный газ.

    Характеристика: не имеет запаха и цвета. Опасен для жизни живых организмов. Молярная масса – 28,01 г/моль. Получают за счёт окисления углерода кислородом:

    C + O2 = 2CO + Q (теплота).

    2. Оксид углерода (IV) – CO2. Другое название – углекислый газ, «сухой лёд». Характеристика: без цвета и запаха. Не горит и не поддерживает горения.

    C+O2 = CO2 + Q.

    Это кислотный оксид, которому соответствует угольная кислота. Молярная масса – 44,01 г/моль.

    Карбиды – бесцветные вещества, имеющие форму кристаллов и содержащие в своём составе углерод. Примеры: SiC, Al3C4, CaC2, Cr3C2.

    Органические соединения углерода:

    • углеводороды (алкины, алкены, алканы);

    • кислородосодержащие соединения (спирты, кислоты и альдегиды, кетоны);

    • азотосодержащие соединения (нитросоединения, амины, аминокислоты).

    Химические свойства углерода

    Углерод является и окислителем и восстановителем.

    Углерод — характеристика, строение и свойства элемента

    Окислитель:

    C0 + 4e = C-4

    Примеры:

    4Al + 3C0 = Al4C3

    C0 + 2H2 = CH4

    Восстановитель:

    C0 – 4e = C+4

    C0 – 2e = C+2

    Примеры:

    C0 + O2 = CO2

    C0 + 2CuO = 2Cu + C+4O2 

    Углерод – это неметалл, т. е. принимает на внешний уровень недостающие атомы.

    Таким образом, значение углерода в жизни всего живого очень велико. Его многочисленные уникальные свойства, различные модификации позволяют использовать углерод во множестве сфер промышленности.

    Беликова Ирина

    Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

    Оцените автора
    Добавить комментарий

    Вставить формулу как
    Блок
    Строка
    Дополнительные настройки
    Цвет формулы
    Цвет текста
    #333333
    Используйте LaTeX для набора формулы
    Предпросмотр
    \({}\)
    Формула не набрана
    Вставить
    Adblock
    detector