Углерод (С) — это химический элемент 14-й группы периодической таблицы с атомным номером 6. Он является фундаментальным строительным блоком всех известных форм жизни и играет ключевую роль во многих природных и промышленных процессах.

Кто открыл?

Углерод в его различных формах (уголь, сажа, графит, алмаз) известен человечеству с древнейших времен.

Однако как химический элемент он был признан лишь в 1789 году французским химиком Антуаном Лавуазье.

В 1791 году английский химик Смитсон Теннант первым получил свободный углерод в лабораторных условиях, пропуская пары фосфора над прокаленным мелом.

Это доказало, что алмаз и уголь — это химически одно и то же вещество.

Свойства

Углерод — неметалл, который может существовать в различных формах (аллотропах).

Он не имеет точки плавления при нормальном давлении, так как сублимируется (переходит из твёрдого состояния в газообразное) при температуре около 3630 °C.

Свойства углерода сильно зависят от его аллотропной модификации:

Алмаз — самое твёрдое вещество в природе, не проводит электричество, прозрачен.

Графит — мягкое, слоистое вещество, хороший проводник электричества и тепла, непрозрачен.

Углерод способен образовывать прочные ковалентные связи, в том числе с самим собой, что позволяет ему создавать длинные цепи, кольца и сложные структуры.
Это свойство является основой органической химии.

Аллотропия

Аллотропия — это способность элемента существовать в нескольких различных формах.

Углерод обладает самым большим числом аллотропных модификаций.

Основные из них:

Алмаз — атомы углерода соединены в тетраэдрическую кристаллическую решетку.

Графит — атомы углерода образуют плоские слои, которые слабо связаны между собой.

Графен — это один слой атомов углерода, образующий двумерную шестиугольную решетку. Он невероятно прочный и обладает уникальными электронными свойствами.

Фуллерены — молекулы в виде сферы или эллипсоида, состоящие из десятков атомов углерода (самый известный — C60, похожий на футбольный мяч).

Карбин — длинные цепочки атомов углерода.

Аморфный углерод — сажа, уголь.

Изотопы

Углерод имеет три природных изотопа:

Углерод-12 (¹²С) — самый распространённый (98,93%), стабильный изотоп.

Углерод-13 (¹³С) — стабильный изотоп (1,07%).

Углерод-14 (¹⁴С) — радиоактивный изотоп с периодом полураспада около 5730 лет.

Он образуется в атмосфере под действием космических лучей и используется в радиоуглеродном анализе для определения возраста археологических находок и геологических образцов.

Получение

В промышленности чистый углерод в виде сажи получают путём термического разложения углеводородов (нефти или природного газа) при высоких температурах.

Графит производят из нефтяного кокса, а синтетические алмазы — из графита под воздействием очень высоких температур и давления.

Применение

Углерод и его соединения используются повсеместно:

В промышленности: графит используется для производства электродов, карандашей и смазочных материалов.

Технический углерод (сажа) является наполнителем для резины, используемой в шинах.

Алмазы используются в ювелирном деле и как абразивные материалы для резки и сверления.

В энергетике: уголь, нефть и природный газ — это ископаемые виды топлива, состоящие в основном из соединений углерода.

В медицине: активированный уголь применяется для выведения токсинов из организма.

В электронике: графен используется для создания сверхбыстрых транзисторов и гибких дисплеев.

Источник углерод химический элемент