คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของคาร์บอน สถานะความจุของอะตอมคาร์บอน

ข้อมูลทั่วไปและวิธีการได้มา

คาร์บอน (C) เป็นอโลหะ ชื่อมาจากคำว่า ถ่านหิน โดยธรรมชาติจะพบทั้งในสภาวะอิสระและในรูปของสารประกอบจำนวนมาก เนื่องจากผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของการก่อตัวในสมัยโบราณจึงมีถ่านหินซึ่งมีองค์ประกอบหลักคือคาร์บอน

ปิโตรเลียม โอโซเซอไรต์ (ขี้ผึ้งจากภูเขา) และแอสฟัลต์ก็เป็นสารประกอบคาร์บอนเช่นกัน ซึ่งเห็นได้ชัดว่ามาจากการสลายตัวของสิ่งมีชีวิตในสมัยโบราณ

คาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักของโลกของสัตว์และพืช

แม้จะมีระบบคาร์บอนควบแน่นที่เป็นของแข็งที่หลากหลาย (ถ่านหิน โค้ก เขม่า กราไฟต์ เพชร ฯลฯ) แต่ก็มีการปรับเปลี่ยนผลึกสองแบบ: หกเหลี่ยม (สมดุล) ในรูปของกราไฟต์และลูกบาศก์ (metastable) ในรูปของเพชร คาร์บอนที่ได้จากการสลายตัวทางความร้อนของสารประกอบมีสีดำหนาแน่น ก่อนหน้านี้ คาร์บอนแบล็กถือเป็นการดัดแปลงองค์ประกอบพิเศษแบบอสัณฐาน จากข้อมูลล่าสุด โครงสร้างที่ดีของการดัดแปลงนี้สอดคล้องกับกราไฟท์

กราไฟท์มีเงินฝากค่อนข้างมาก ผลึกกราไฟท์ที่มีรูปแบบที่ดีนั้นหายาก กราไฟท์มีความยืดหยุ่น อ่อนนุ่ม มีความแวววาวเล็กน้อยจากโลหะ และมีความโดดเด่นด้วยความสกปรก กราไฟท์ธรรมชาติมักจะปนเปื้อนด้วยองค์ประกอบอื่นๆ (สูงถึง 20°/o) ดังนั้น กราไฟท์ประดิษฐ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงจึงถูกใช้สำหรับความต้องการของเทคโนโลยีสมัยใหม่และเหนือสิ่งอื่นใดคือพลังงานนิวเคลียร์ สำหรับการผลิตกราไฟต์เทียม ปิโตรเลียมโค้กส่วนใหญ่จะใช้เป็นฟิลเลอร์และทาร์พิตช์ถ่านหินเป็นสารยึดเกาะ ใช้กราไฟท์ธรรมชาติและคาร์บอนแบล็คเป็นสารเติมแต่งให้กับฟิลเลอร์ บางครั้งเรซินสังเคราะห์บางชนิด เช่น ฟูแรนหรือเรซินฟีนอล ถูกใช้เป็นสารยึดเกาะ การผลิตกราไฟท์ประดิษฐ์ประกอบด้วยการดำเนินการทางกลหลายอย่าง (การบด การบด การกรองโค้กให้เป็นเศษส่วน การผสมโค้กกับสารยึดเกาะ แม่พิมพ์เปล่า) และการหลอมด้วยความร้อนที่อุณหภูมิและระยะเวลาต่างกัน Grafitization - การอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายที่เปลี่ยนวัสดุคาร์บอนให้เป็นกราไฟต์ ดำเนินการที่อุณหภูมิ 3000-3100 °C

คาร์บอนรูปเพชรเป็นผลึกที่แข็งมาก (ในรูปบริสุทธิ์) ที่หักเหแสงอย่างแรง แง่มุมตามธรรมชาติของเพชรมักเป็นใบหน้าของรูปแปดด้านปกติ อย่างไรก็ตาม ยังมีรูปแบบอื่นๆ ของระบบลูกบาศก์อยู่ใน nx tetrahedron ซึ่งบ่งชี้ว่าเพชรนั้นเป็นของ tetrahedral hemhedron ของระบบลูกบาศก์

ในธรรมชาติ เพชรมักพบในสารจัดวาง กล่าวคือ ในหินลุ่มน้ำ ในหลายสถานที่ มีการพบเพชรในมะกอกที่มีแหล่งกำเนิดจากภูเขาไฟ ในท่อที่เรียกว่า Kimberlite

ในช่วงหลังสงคราม อุตสาหกรรมการผลิตเพชรเทียมได้ถูกกำหนดให้เป็นวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการผลิตน้ำพริกและเครื่องมือตัดต่างๆ

คุณสมบัติทางกายภาพ

ลักษณะของอะตอม เลขอะตอมของคาร์บอนคือ 6 มวลอะตอมคือ 12.01115 amu ปริมาตรอะตอมคือ 3.42 * 10-6 m 3 / mol รัศมีอะตอมโควาเลนต์คือ 0.077 นาโนเมตร รัศมีไอออนิก C 4 + 0.02 นาโนเมตร การกำหนดค่าของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของอะตอมคาร์บอนคือ 2n,2 2p 2 . คาร์บอนประกอบด้วยไอโซโทปเสถียรสองไอโซโทป |2C และ |3C ซึ่งมีปริมาณมากมายตามลำดับ 98.892 และ 1.108% ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่มีเลขมวล 10, 11, 14, 15 เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว โดยค่าครึ่งชีวิตจะอยู่ที่ 19.1 วินาที, 1224 วินาที, 5567 ปี, 2.4 วินาทีตามลำดับ

การปรับเปลี่ยน Allotropic - กราไฟท์และเพชร กราไฟต์มีลูกบาศก์ตาข่ายหกเหลี่ยม ซึ่งมีคาบที่อุณหภูมิห้องคือ a=0.2456 nm, c=0.6696 nm เพชรมีลูกบาศก์ตาข่ายที่มีคาบ a = 0.356679 นาโนเมตร ศักยภาพการแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมคาร์บอน / (eV): 11.264; 24.376; 47.86. อิเล็กโตรเนกาติวิตี 2.5 ฟังก์ชั่นการทำงานของอิเล็กตรอน<р=4,7 эВ. Эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 0,0034*10 -28 м 2 .

ความหนาแน่น. ที่อุณหภูมิห้อง ความหนาแน่นของเอ็กซ์เรย์ของกราไฟท์คือ 2.666 Mg/m 3 ความหนาแน่นของพิคโนเมตริกคือ 2.253 Mg/m 3 ; ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ความหนาแน่นของเอ็กซ์เรย์ของเพชรคือ 3.515 Mg/m 3 และความหนาแน่นของพิคโนเมตริกคือ 3.514 Mg/m 3

คุณสมบัติทางกล

เพชรมีความแข็งมากกว่าสารอื่นๆ ทั้งหมด จึงสามารถบดและแปรรูปโดยทั่วไปด้วยผงเพชรเท่านั้น แม้จะมีความแข็งสูง แต่เพชรก็เปราะบางมาก

ความแข็งระดับไมโครของเพชรตาม Knupp ที่อุณหภูมิ 20 °C คือ 88200 MPa ความแข็งระดับไมโคร พิจารณาโดยใช้ปิรามิดทั่วไป 78500 MPa ความต้านทานแรงดึงที่อุณหภูมิห้อง а в - = 1760-4-1780 MPa; โมดูลัสความยืดหยุ่นปกติในความตึง E = 1141.1 GPa ในทิศทาง t=1202 GPa และในทิศทาง t=1052 GPa (ข้อมูลอ้างอิงถึงอุณหภูมิห้อง)

กราไฟต์มีความแข็งน้อยกว่าเพชร ในระดับ Mohs ความแข็งของเพชรคือ 10 และความแข็งของกราไฟท์คือ 1. อิเล็กโทรด) ในทิศทางตามขวาง n = 6.18n-8.93 MPa บนเกลียวกราไฟท์คุณจะได้ o B =26- i -28 MPa; ความแข็งแรง 480-500 MPa ทำได้จาก "หนวด" กราไฟท์ (ข้อมูลอ้างอิงถึงอุณหภูมิห้อง) กราไฟท์ทนต่อแรงอัดได้ค่อนข้างดี ดังนั้น o ™ของกราไฟท์เครื่องปฏิกรณ์ที่ 20 "C คือ 20.6-34.3 MPa ในกราไฟท์หนาแน่นคุณสมบัตินี้สามารถเพิ่มเป็น 70 MPa การบีบอัดกราไฟท์ u \u003d 3.24 * 10 -11 Pa-1, การอัดตัวของเพชร x \u003d 0.23 -ยู - "ป้า -1.

คุณสมบัติทางเคมี

ในสารประกอบ แสดงสถานะออกซิเดชัน -4, +2 และ +4

คาร์บอนโดยไม่คำนึงถึงการดัดแปลงมีกิจกรรมทางเคมีต่ำ ไม่ละลายในตัวทำละลายทั่วไป แต่ละลายได้ดีในโลหะหลอมเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโลหะ IVA - V1IIA ของกลุ่มย่อยของตารางธาตุ เมื่อสารที่หลอมละลายถูกทำให้เย็นลง คาร์บอนจะตกตะกอนทั้งในรูปของกราไฟต์อิสระหรือในรูปของสารประกอบโลหะ-คาร์บอน เพชรมีความทนทานต่อสารเคมีสูงมาก ไม่ได้รับผลกระทบจากกรดหรือเบส เมื่อได้รับความร้อนในออกซิเจนที่สูงกว่า 800 °C เพชรจะเผาไหม้เป็น CO 2 หากเพชรถูกทำให้ร้อนโดยไม่ได้สัมผัสกับอากาศ มันก็จะกลายเป็นกราไฟต์

กราไฟต์ถูกโจมตีทางเคมีได้ง่ายกว่าเพชร เมื่อให้ความร้อนด้วยออกซิเจนบริสุทธิ์จะติดไฟที่อุณหภูมิ 637-642 องศาเซลเซียส กราไฟท์ที่ชุบด้วยกรดไนตริกเข้มข้น จะพองตัวเมื่อถูกความร้อนจนเป็นสีแดง เมื่อบำบัดด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้นต่อหน้าสารออกซิไดซ์ กราไฟต์จะพองตัวและเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเข้ม คาร์บอนสีดำบางเกรดจะติดไฟในบรรยากาศที่มีออกซิเจนแม้จะได้รับความร้อนเพียงเล็กน้อย คาร์บอนแบล็คทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนแล้วที่อุณหภูมิปกติ เมื่อถูกความร้อน คาร์บอนจะรวมตัวกับองค์ประกอบหลายอย่าง เช่น ไฮโดรเจน ซัลเฟอร์ ซิลิกอน โบรอน ฯลฯ โดยธรรมชาติจะพบสารประกอบคาร์บอน-ไฮโดรเจนที่หลากหลาย

เมื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจน คาร์บอนจะเกิดออกไซด์อย่างง่ายสองชนิด ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของคาร์บอนคือ CO 2 ไดออกไซด์โดยการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ CO ออกไซด์จะเกิดขึ้น ความร้อนของการก่อตัวของ CO 2 ระหว่างการเกิดออกซิเดชันของกราไฟท์ D # 0 br = 395.2 kJ / mol และ CO D / / 0 br = 111.5 kJ / / mol นั่นคือต่ำกว่ามาก CO2 เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่ติดไฟ มีกลิ่นหวานเล็กน้อย มีน้ำหนักมากกว่าอากาศ 1.529 เท่า ทำให้กลายเป็นของเหลวได้ง่ายที่อุณหภูมิ 20 °C และความดัน 5.54 MPa ทำให้กลายเป็นของเหลวไม่มีสี อุณหภูมิวิกฤต C0 2 31.4 °C ความดันวิกฤต 7.151 MPa ที่ความดันปกติ CO 2 จะระเหิดที่

78.32 องศาเซลเซียส CO เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ถ่านหินที่มีการไหลของอากาศไม่เพียงพอเป็นก๊าซพิษที่ไม่มีกลิ่นหรือสี มันไม่รองรับการเผาไหม้ แต่ติดไฟได้เอง เบากว่าอากาศ 0.967 เท่า ที่ความดันบรรยากาศ CO จะทำให้เหลวที่อุณหภูมิ -191.34°C และแข็งตัวที่ -203.84°C

คาร์บอนทำปฏิกิริยากับกำมะถัน เมื่อไอระเหยผ่านถ่านร้อน จะเกิดคาร์บอนไดซัลไฟด์ CS 2 (คาร์บอนไดซัลไฟด์) คาร์บอนซัลไฟด์ที่ต่ำกว่านั้นไม่เสถียร คาร์บอนไดซัลไฟด์เป็นของเหลวไม่มีสีมีกลิ่นที่ทำให้หายใจไม่ออก จุดเดือดของ CS 2 คือ 46.2 "C การแข็งตัวคือ -110.6 ° C ความดันไอของ CS 2 ที่ 293 K คือ 0.0385 MPa คาร์บอนไดซัลไฟด์เป็นสารประกอบดูดความร้อนประมาณ 64.5 kJ / mol ถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสลายตัว CS 2 ระเบิดได้ แต่ปฏิกิริยาระเบิดไม่แพร่กระจายอย่างกว้างขวาง ในบรรดาสารประกอบอื่น ๆ ของคาร์บอนที่มีกำมะถัน ควรสังเกต COS ซึ่งเป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น COS ไวไฟสูง COS เกิดขึ้นเมื่อมีส่วนผสมของกำมะถันและคาร์บอนมอนอกไซด์ ไอถูกส่งผ่านท่อร้อนด้วยกันCOS จะทำให้เป็นของเหลวเมื่อ ^ 49.9 "C และแข็งตัวที่ -137.8 ° C

คาร์บอนทำปฏิกิริยากับไนโตรเจน เมื่อผลิตภัณฑ์ออร์แกนิกต่างๆ (หนัง ขนสัตว์ ฯลฯ) ถูกเผาโดยไม่มีอากาศ สารประกอบที่มี CN อนุมูลโมโนวาเลนต์จะก่อตัวขึ้น กรด HCN ที่ง่ายที่สุดซึ่งเป็นอนุพันธ์ของไซยาไนด์เรียกว่าไฮโดรไซยานิกและไซยาไนด์ของดวงอาทิตย์ กรดไฮโดรไซยานิกเป็นของเหลวไม่มีสีเดือดที่อุณหภูมิ 26.66 ° C; ในการเจือจางสูงจะมีกลิ่นคล้ายกับอัลมอนด์ขม HCN แข็งตัวที่อุณหภูมิ -14.85 องศาเซลเซียส เป็นพิษอย่างยิ่ง โพแทสเซียมและโซเดียมไซยาไนด์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตทองคำ รวมถึงการชุบโลหะมีค่าด้วยไฟฟ้า

มีสารประกอบคาร์บอนที่มีฮาโลเจน คาร์บอนฟลูออไรด์ CF 4 เป็นก๊าซไม่มีสีที่มีจุดเดือด -128 "C จุดหลอมเหลว -183.44 ° C CF 4 ได้มาจากปฏิกิริยาโดยตรงของฟลูออรีนและคาร์บอนหรือโดยการกระทำของ AgF บน CC1 4 ที่ 300 ° C. Carbon tetrachloride SCC- ของเหลวไม่มีสี ไม่ติดไฟ มีกลิ่นเฉพาะตัวเล็กน้อย SSC เดือดที่ 76.86°C และแข็งตัวที่ -22.77°C ที่อุณหภูมิปกติ SCC จะเฉื่อยทางเคมี ไม่ทำปฏิกิริยากับเบสหรือกรด STS ละลายสารอินทรีย์ได้เป็นอย่างดี มักใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับไขมัน น้ำมัน เรซิน ฯลฯ

สารประกอบของคาร์บอนกับโลหะ รวมทั้งโบรอนและซิลิกอน เรียกว่าคาร์ไบด์ คาร์ไบด์แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: ย่อยสลายได้ในน้ำและทนน้ำ คาร์ไบด์ที่ย่อยสลายได้ในน้ำถือได้ว่าเป็นเกลือของอะเซทิลีน ตามนี้องค์ประกอบสอดคล้องกับสูตรทั่วไป Me ^ Cr, Me "C 2 และ Me 2 (C 2) 3. อะเซทิไลด์ถูกแยกออกด้วยน้ำหรือกรดเจือจางเพื่อสร้างอะเซทิลีน

กลุ่มของคาร์ไบด์ที่ทนต่อน้ำหรือกรดเจือจางรวมถึงสารประกอบของคาร์บอนกับโลหะทรานซิชัน เช่นเดียวกับ SiC โครงสร้างผลึกของคาร์ไบด์ ยกเว้น SiC เป็นลูกบาศก์ของประเภท NaCl แคบริดดังกล่าวบางครั้งเรียกว่าสารประกอบคล้ายโลหะ เนื่องจากมีการนำไฟฟ้าและความร้อนสูงและมีความมันวาวของโลหะ สารประกอบของซิลิกอนที่มีคาร์บอน SiC คือคาร์บอรันดัม มีความแข็งสูงมาก โครงสร้างผลึกคล้ายกับเพชร ความร้อนของการก่อตัวของ SiC D # 0 br = 117.43 kJ / mol คาร์ไบด์ที่ทนต่อน้ำและกรดที่ไม่เจือปน ได้แก่ B 4 C, Cr 4 C, Cr 3 C 2 และอื่นๆ

พื้นที่ใช้งาน

คาร์บอนได้รับการนำไปใช้อย่างกว้างขวางที่สุดในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตเตาหลอมโลหะ ซึ่งใช้ความสามารถในการฟื้นฟูธาตุเหล็กจากแร่ คาร์บอนในการผลิตเตาหลอมใช้ถ่านโค้กซึ่งได้มาจากการให้ความร้อนถ่านหินโดยไม่ใช้อากาศ โค้กโลหะประกอบด้วยมากถึง 90% C, 1% H, 3% O, 0.5-1% N และเถ้า 5% เช่น ส่วนประกอบทนไฟ โค้กเผาไหม้ด้วยเปลวไฟสีน้ำเงินไม่มีเขม่า และมีค่าความร้อน 30-32 MJ/กก. กราไฟท์ใช้เป็นวัสดุทนไฟสำหรับการหลอมถ้วยใส่ตัวอย่างที่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว มันยังใช้ทำดินสอ น้ำมันหล่อลื่น สีทนไฟ ฯลฯ.

กราไฟต์ซึ่งมีการนำไฟฟ้าสูง พบการใช้งานที่หลากหลายในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและการขึ้นรูปด้วยไฟฟ้า (อิเล็กโทรด ถ่านกัมมันต์ กราไฟต์บางเกรดสำหรับหลอดไส้ ฯลฯ) นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในวัสดุโครงสร้างสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ การผลิตกราไฟท์ในประเทศของเราถูกควบคุมโดย GOST 17022-81 ซึ่งใช้กับกราไฟท์ธรรมชาติประเภทหลัก ตาม GOST นี้ กราไฟท์สำหรับหล่อลื่นสามเกรด GS-1 ถึง 3, กราไฟท์ GT เบ้าหลอมสองเกรด, กราไฟท์กราไฟท์สำหรับหล่อ 2 เกรด, กราไฟท์สะสม GAK สามเกรด, กราไฟท์ GEM ไฟฟ้าสี่เกรด, กราไฟท์พื้นฐานสามเกรด GE (ใช้สำหรับการผลิตเซลล์กัลวานิก) ผลิตขึ้น, กราไฟท์ดินสอ GK สองเกรด, กราไฟท์เพชร GAL สองเกรด (สำหรับการผลิตเพชรและผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่ต้องการความเฉื่อย ความบริสุทธิ์ และการนำไฟฟ้าสูง) ปริมาณเถ้าในเกรดที่ต่ำกว่าของการหล่อลื่น อิเล็กโทรด และกราไฟท์โรงหล่อคือ 13-18 ° / o และในบางกรณีอาจสูงถึง 25% โดยน้ำหนัก (เช่น

ในอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ใช้กราไฟท์ประดิษฐ์ซึ่งเป็นวิธีการใช้ที่พัฒนาขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ผ่านมา

คาร์บอนอาจเป็นองค์ประกอบทางเคมีหลักและน่าทึ่งที่สุดในโลกเพราะด้วยความช่วยเหลือจากสารประกอบต่าง ๆ จำนวนมากทั้งอนินทรีย์และอินทรีย์จึงก่อตัวขึ้น คาร์บอนเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด เราสามารถพูดได้ว่าคาร์บอนพร้อมกับน้ำและออกซิเจนเป็นพื้นฐานของชีวิตบนโลกของเรา! คาร์บอนมีหลายรูปแบบที่ไม่เหมือนกันทั้งในด้านคุณสมบัติทางเคมีกายภาพหรือลักษณะที่ปรากฏ แต่มันเป็นคาร์บอนทั้งหมด!

ประวัติการค้นพบคาร์บอน

มนุษย์รู้จักคาร์บอนมาตั้งแต่สมัยโบราณ ชาวกรีกโบราณใช้กราไฟต์และถ่านหิน และเพชรถูกนำมาใช้ในอินเดีย จริงอยู่ สารประกอบที่มีลักษณะคล้ายกันมักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นกราไฟต์ อย่างไรก็ตาม กราไฟต์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสมัยโบราณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเขียน แม้แต่ชื่อของมันก็ยังมาจากคำภาษากรีก "grapho" - "ฉันเขียน" กราไฟท์ถูกใช้ในดินสอแล้ว เพชรมีการซื้อขายครั้งแรกในบราซิลในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 18 นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมามีการค้นพบเงินฝากจำนวนมาก และในปี 1970 ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการผลิตเพชรเทียมขึ้น เพชรเทียมดังกล่าวใช้ในอุตสาหกรรม ในทางกลับกัน เพชรธรรมชาติก็ถูกนำมาใช้ในเครื่องประดับ

คาร์บอนในธรรมชาติ

ปริมาณคาร์บอนที่สำคัญที่สุดถูกรวบรวมในชั้นบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ บรรยากาศประกอบด้วยคาร์บอนประมาณ 0.046% และมากกว่านั้น - อยู่ในรูปที่ละลายในมหาสมุทรโลก

นอกจากนี้ ตามที่เราเห็นข้างต้น คาร์บอนเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น ร่างกายมนุษย์ 70 กก. มีคาร์บอนประมาณ 13 กก.! อยู่ที่คนๆ เดียวเท่านั้น! และคาร์บอนยังพบได้ในพืชและสัตว์ทุกชนิด จึงพิจารณา...

วัฏจักรคาร์บอนในธรรมชาติ

การดัดแปลง Allotropic ของคาร์บอน

คาร์บอนเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งก่อให้เกิดการดัดแปลงแบบ allotropic หรือเรียกง่ายๆ ว่ารูปแบบต่างๆ การปรับเปลี่ยนเหล่านี้แบ่งออกเป็นผลึก อสัณฐาน และในรูปแบบของกระจุก

การดัดแปลงคริสตัลมีตะแกรงคริสตัลที่ถูกต้อง กลุ่มนี้รวมถึง: เพชร, ฟูลเลอไรท์, กราไฟต์, ลอนสเดลไลท์, เส้นใยคาร์บอนและท่อ การดัดแปลงผลึกของคาร์บอนส่วนใหญ่อยู่ในอันดับที่ 1 ในการจัดอันดับ " วัสดุที่แข็งที่สุดในโลก"

รูปแบบ Allotropic ของคาร์บอน: a) lonsdaleite; b) เพชร;
c) กราไฟท์; d) คาร์บอนอสัณฐาน; จ) C60 (ฟูลเลอรีน); f) กราฟีน;
g) ท่อนาโนชั้นเดียว

รูปแบบอสัณฐานเกิดจากคาร์บอนที่มีสิ่งเจือปนเล็กน้อยขององค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ตัวแทนหลักของกลุ่มนี้คือ: ถ่านหิน (หิน, ไม้, ถ่านกัมมันต์), เขม่า, แอนทราไซต์

สารประกอบคาร์บอนที่ซับซ้อนและไฮเทคที่สุดในรูปแบบของคลัสเตอร์ กลุ่มเป็นโครงสร้างพิเศษที่อะตอมของคาร์บอนถูกจัดเรียงในลักษณะที่มีรูปร่างเป็นโพรงซึ่งเต็มไปด้วยอะตอมของธาตุอื่นๆ เช่น น้ำ จากภายใน มีตัวแทนไม่มากนักในกลุ่มนี้ ซึ่งรวมถึงคาร์บอนนาโนโคน แอสตราลีนและไดคาร์บอน

กราไฟต์ - "ด้านมืด" ของเพชร

การประยุกต์ใช้คาร์บอน

คาร์บอนและสารประกอบมีความสำคัญอย่างยิ่งในชีวิตมนุษย์ คาร์บอนเป็นเชื้อเพลิงหลักประเภทหนึ่งบนโลก - ก๊าซธรรมชาติและน้ำมัน สารประกอบคาร์บอนใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมีและโลหะ ในการก่อสร้าง วิศวกรรม และการแพทย์ การดัดแปลงแบบ Allotropic ในรูปแบบของเพชรใช้ในเครื่องประดับ fullerite และ lonsdaleite ในวิทยาศาสตร์จรวด น้ำมันหล่อลื่นต่างๆ สำหรับกลไก อุปกรณ์ทางเทคนิค และอื่นๆ อีกมากมายทำจากสารประกอบคาร์บอน อุตสาหกรรมทุกวันนี้ทำไม่ได้ถ้าไม่มีคาร์บอน มันถูกใช้ทุกที่!

1. ในสารประกอบอินทรีย์ทั้งหมด อะตอมของคาร์บอนมีความจุ 4

2. คาร์บอนสามารถสร้างโมเลกุลที่เรียบง่ายและซับซ้อนมาก (สารประกอบโมเลกุลสูง: โปรตีน ยาง พลาสติก)

3. อะตอมของคาร์บอนรวมกันไม่เพียง แต่กับอะตอมอื่น ๆ เท่านั้น แต่ยังรวมเข้าด้วยกันทำให้เกิดคาร์บอน - โซ่คาร์บอนต่างๆ - ตรง, แตกแขนง, ปิด:

4. สำหรับสารประกอบคาร์บอน ปรากฏการณ์ของไอโซเมอร์คือลักษณะเฉพาะ กล่าวคือ เมื่อสารมีองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณเหมือนกัน แต่มีโครงสร้างทางเคมีต่างกัน ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติต่างกัน ตัวอย่างเช่น สูตรเชิงประจักษ์ C 2 H 6 O สอดคล้องกับโครงสร้างของสารสองแบบ:

เอทิลแอลกอฮอล์, ไดเมทิลอีเทอร์,

ของเหลว t 0 กีบ \u003d +78 0 Сแก๊ส t 0 กีบ \u003d -23.7 0 С

ดังนั้นเอทิลแอลกอฮอล์และไดเมทิลอีเทอร์จึงเป็นไอโซเมอร์

5. สารละลายที่เป็นน้ำของสารอินทรีย์ส่วนใหญ่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ โมเลกุลของสารเหล่านี้ไม่สลายตัวเป็นไอออน

ไอโซเมอริซึม

ในปี พ.ศ. 2366 ได้มีการค้นพบปรากฏการณ์ดังกล่าว isomerism- การมีอยู่ของสารที่มีองค์ประกอบของโมเลกุลเหมือนกัน แต่มีคุณสมบัติต่างกัน ไอโซเมอร์ต่างกันอย่างไร? เนื่องจากองค์ประกอบเหมือนกัน จึงสามารถค้นหาสาเหตุในลำดับการเชื่อมต่อของอะตอมในโมเลกุลที่แตกต่างกันเท่านั้น

ก่อนการสร้างทฤษฎีโครงสร้างทางเคมี A.M. Butlerov ทำนายว่าสำหรับ C 4 H 10 บิวเทนซึ่งมีโครงสร้างเชิงเส้นของ CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 t 0 (bp. -0.5 0 C) การมีอยู่ของสารอื่นที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แต่ ด้วยลำดับการเชื่อมต่อของอะตอมคาร์บอนในโมเลกุลที่แตกต่างกัน:

ไอโซบิวเทน

t 0 กีบ - 11.7 0 С

ดังนั้น, ไอโซเมอร์- เป็นสารที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แต่มีโครงสร้างทางเคมีต่างกัน ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติต่างกัน isomerism มีสองประเภทหลัก − โครงสร้างและ เชิงพื้นที่

โครงสร้างเรียกว่า ไอโซเมอร์ ซึ่งมีลำดับการเชื่อมต่อของอะตอมในโมเลกุลต่างกัน มีสามประเภท:

Isomerism ของโครงกระดูกคาร์บอน:

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

ไอโซเมอริซึมหลายพันธะ:

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

ไอโซเมอร์ระหว่างคลาส:

กรดโพรพิโอนิก

ไอโซเมอร์เชิงพื้นที่ไอโซเมอร์เชิงพื้นที่มีหมู่แทนที่เหมือนกันบนอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอม แต่พวกเขาต่างกันในการจัดเรียงร่วมกันในอวกาศ isomerism นี้มีสองประเภท: เรขาคณิตและออปติคัล เรขาคณิต isomerism เป็นลักษณะของสารประกอบที่มีโครงสร้างระนาบของโมเลกุล (แอลคีน, ไซโคลแอลเคน, แอลคาเดียน เป็นต้น) หากหมู่แทนที่เดียวกันในอะตอมของคาร์บอน เช่น ด้วยพันธะคู่ อยู่ที่ด้านหนึ่งของระนาบของโมเลกุล นี่จะเป็น cis-isomer ด้านตรงข้าม - ทรานส์-ไอโซเมอร์:

ออปติคอล isomerism- ลักษณะของสารประกอบที่มีอะตอมของคาร์บอนอสมมาตรซึ่งสัมพันธ์กับหมู่แทนที่ที่แตกต่างกันสี่ตัว Optical isomers เป็นภาพสะท้อนของกันและกัน ตัวอย่างเช่น:

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม

โครงสร้างของอะตอมได้รับการศึกษาในวิชาเคมีอนินทรีย์และฟิสิกส์ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าอะตอมเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมี อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวก ซึ่งมวลทั้งหมดจะถูกทำให้เข้มข้น และอิเล็กตรอนที่มีประจุลบรอบๆ นิวเคลียส

เนื่องจากนิวเคลียสของอะตอมที่ทำปฏิกิริยาไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยาเคมี คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของอะตอมจึงขึ้นอยู่กับโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง สามารถรวมกันได้ เป็นต้น ดังนั้นเราจะพิจารณารายละเอียดเกี่ยวกับการกระจายของอิเล็กตรอนในอะตอมโดยพิจารณาจากทฤษฎีควอนตัมของโครงสร้างของอะตอม ตามทฤษฎีนี้ อิเล็กตรอนมีคุณสมบัติของอนุภาค (มวล ประจุ) และฟังก์ชันคลื่นพร้อมกัน สำหรับอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ จะไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนได้ ตั้งอยู่ในอวกาศใกล้กับนิวเคลียสของอะตอม สามารถกำหนดได้ ความน่าจะเป็นการหาอิเล็กตรอนในส่วนต่างๆ ของอวกาศ อิเล็กตรอนถูก "เปื้อน" ในพื้นที่นี้ในรูปของเมฆ (รูปที่ 1) ซึ่งความหนาแน่นลดลง

รูปที่ 1

พื้นที่ของช่องว่างที่ความน่าจะเป็นที่จะพบอิเล็กตรอนสูงสุด (≈ 95%) เรียกว่า orbital.

ตามกลศาสตร์ควอนตัม สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมถูกกำหนดโดยตัวเลขควอนตัมสี่ตัว: หลัก (น), orbital (ล), แม่เหล็ก(ม.)และ ปั่น(ส).

หมายเลขควอนตัมหลัก n - แสดงลักษณะพลังงานของอิเล็กตรอน, ระยะห่างของวงโคจรจากนิวเคลียส, เช่น ระดับพลังงานและรับค่า 1, 2, 3 เป็นต้น หรือ K, L, M, N เป็นต้น ค่า n = 1 สอดคล้องกับพลังงานต่ำสุด ด้วยการเพิ่มขึ้น นพลังงานของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดับพลังงานถูกกำหนดโดยสูตร: ยังไม่มีข้อความ = 2n2โดยที่ n คือหมายเลขระดับ ดังนั้น เมื่อ:

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

n = 2 N = 8 n = 4 N = 32 เป็นต้น

ภายในระดับพลังงาน อิเล็กตรอนจะถูกจัดเรียงในระดับย่อย (หรือเปลือกย่อย) จำนวนของพวกเขาสอดคล้องกับจำนวนของระดับพลังงาน แต่มีลักษณะ หมายเลขควอนตัมโคจร l,ซึ่งกำหนดรูปร่างของวงโคจร ใช้ค่าตั้งแต่ 0 ถึง n-1 ที่

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

จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดับย่อยถูกกำหนดโดยสูตร: 2(2l + 1) สำหรับระดับย่อย ยอมรับการกำหนดตัวอักษร:

l = 1, 2, 3, 4

ดังนั้น ถ้า n = 1 l= 0, ระดับย่อย s.

n = 2 l= 0, 1, ระดับย่อย s, p.

จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดับย่อย:

N s = 2 N d = 10

N p = 6 N f = 14 เป็นต้น

มีจำนวนอิเล็กตรอนที่ระดับย่อยไม่เกินจำนวนเหล่านี้ รูปร่างของเมฆอิเล็กตรอนถูกกำหนดโดยค่า l. ที่
l= 0 (s-orbital) เมฆอิเล็กตรอนมีรูปทรงกลมและไม่มีการวางแนวเชิงพื้นที่

รูปที่ 2

ที่ l = 1 (p-orbital) เมฆอิเล็กตรอนมีรูปร่างเป็นดัมเบลหรือรูปร่างของ "รูปที่แปด":

รูปที่ 3

เลขควอนตัมแม่เหล็ก mลักษณะ
การจัดเรียงออร์บิทัลในอวกาศ สามารถรับค่าของตัวเลขใดก็ได้ตั้งแต่ –l ถึง +l รวมถึง 0 จำนวนค่าที่เป็นไปได้ของตัวเลขควอนตัมแม่เหล็กสำหรับค่าที่กำหนด lเท่ากับ (2 l+ 1). ตัวอย่างเช่น:

l= 0 (s-orbital) m = 0, เช่น วงโคจรมีตำแหน่งเดียวในอวกาศ

l= 1 (p-orbital) m = -1, 0, +1 (3 ค่า)

l= 2 (d-orbital) m = -2, -1, 0, +1, +2 เป็นต้น

p และ d ออร์บิทัลมี 3 และ 5 สถานะตามลำดับ

ออร์บิทัล p ถูกยืดออกตามแกนพิกัดและแสดงด้วย p x , p y , p z -orbitals

หมุนหมายเลขควอนตัม s- กำหนดลักษณะการหมุนของอิเล็กตรอนรอบแกนของมันเองตามเข็มนาฬิกาและทวนเข็มนาฬิกา สามารถมีค่าได้เพียง 2 ค่า +1/2 และ -1/2 โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมแสดงด้วยสูตรอิเล็กทรอนิกส์ที่แสดงการกระจายตัวของอิเล็กตรอนเหนือระดับพลังงานและระดับย่อย ในสูตรเหล่านี้ ระดับพลังงานแสดงด้วยตัวเลข 1, 2, 3, 4 ... ระดับย่อย - ด้วยตัวอักษร s, p, d, f จำนวนอิเล็กตรอนในระดับย่อยเขียนเป็นกำลัง ตัวอย่างเช่น จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดต่อ s 2 , p 6 , d 10 , f 14 .

สูตรอิเล็กทรอนิกส์มักจะแสดงเป็นภาพกราฟิก ซึ่งแสดงการกระจายของอิเล็กตรอน ไม่เพียงแต่ในระดับและระดับย่อยเท่านั้น แต่ยังแสดงอยู่ในออร์บิทัลด้วย ซึ่งแสดงด้วยสี่เหลี่ยม ระดับย่อยแบ่งออกเป็นเซลล์ควอนตัม

เซลล์ควอนตัมฟรี

เซลล์ที่มีอิเล็กตรอนไม่คู่

เซลล์ที่มีอิเล็กตรอนคู่

มีเซลล์ควอนตัมหนึ่งเซลล์ที่ระดับ s-sub

มีเซลล์ควอนตัม 3 เซลล์ในระดับ p-sub

มีเซลล์ควอนตัม 5 เซลล์บน d-sublevel

มีเซลล์ควอนตัม 7 เซลล์ที่ระดับ f-sub

กำหนดการกระจายของอิเล็กตรอนในอะตอม หลักการเปาลีและ กฎของกุนด์. ตามหลักการของเปาลี: อะตอมไม่สามารถมีอิเล็กตรอนที่มีค่าเท่ากันของตัวเลขควอนตัมทั้งสี่ตัวได้ตามหลักการของ Pauli ในเซลล์พลังงานสามารถมีอิเล็กตรอนได้สูงสุดสองตัวที่มีการหมุนตรงข้าม การเติมเซลล์เกิดขึ้นตามหลักการ Hund โดยที่อิเล็กตรอนจะตั้งอยู่ทีละตัวในแต่ละเซลล์ จากนั้นเมื่อเซลล์ทั้งหมดของระดับย่อยที่กำหนดถูกครอบครอง การจับคู่ของอิเล็กตรอนจะเริ่มต้นขึ้น

ลำดับของการเติมอะตอมของอิเล็กตรอนออร์บิทัลถูกกำหนดโดยกฎของ V. Klechkovsky ขึ้นอยู่กับผลรวม (n + l):

ขั้นแรกให้เติมระดับย่อยเหล่านั้นซึ่งจำนวนนี้น้อยกว่า

สำหรับค่าเดียวกันของผลรวม (n + l) ขั้นแรก ระดับย่อยจะเต็มไปด้วยค่าที่น้อยกว่า น.

ตัวอย่างเช่น:

a) พิจารณาการเติมระดับย่อย 3d และ 4s ให้เรากำหนดผลรวม (n + l):

y 3d(n + l) = 3 + 2 = 5, y 4s (n + l) = 4 + 0 = 4 ดังนั้นระดับย่อย 4s จะถูกเติมก่อนแล้วจึงเติมระดับย่อย 3d

b) สำหรับระดับย่อย 3d, 4p, 5s, ผลรวมของค่า ​​(n + l) = 5. ตามกฎของ Klechkovsky การเติมเริ่มต้นด้วยค่าที่น้อยกว่าของ n นั่นคือ 3d → 4p → 5s. การเติมระดับพลังงานและระดับย่อยของอะตอมด้วยอิเล็กตรอนเกิดขึ้นตามลำดับดังนี้ วาเลนซ์ n = 2 n = 1

Be มีคู่ของอิเล็กตรอนในระดับย่อย 2s 2 ในการดึงพลังงานจากภายนอก อิเล็กตรอนคู่นี้สามารถแยกออกได้ และอะตอมสามารถสร้างวาเลนซ์ได้ ในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากระดับย่อยหนึ่งไปอีกระดับหนึ่งจะเกิดขึ้น กระบวนการนี้เรียกว่า การกระตุ้นของอิเล็กตรอนสูตรกราฟิก อยู่ในสถานะตื่นเต้น จะมีลักษณะดังนี้:

และความจุคือ 2

อยู่ในสถานะการเชื่อมต่อ คาร์บอนเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่เรียกว่าสารอินทรีย์ นั่นคือ สารมากมายที่อยู่ในร่างกายของพืชและสัตว์ทุกชนิด อยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำและอากาศ และอยู่ในรูปของเกลือของคาร์บอนไดออกไซด์และสารอินทรีย์ตกค้างในดินและมวลของเปลือกโลก ทุกคนรู้จักความหลากหลายของสารที่ประกอบเป็นร่างกายของสัตว์และพืช ขี้ผึ้งและน้ำมัน น้ำมันสนและเรซิน กระดาษฝ้ายและโปรตีน เนื้อเยื่อเซลล์พืชและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อสัตว์ กรดทาร์ทาริกและแป้ง สารเหล่านี้และสารอื่น ๆ อีกมากมายที่รวมอยู่ในเนื้อเยื่อและน้ำผลไม้ของพืชและสัตว์เป็นสารประกอบคาร์บอน สาขาของสารประกอบคาร์บอนมีขนาดใหญ่มากจนเป็นสาขาเคมีพิเศษ กล่าวคือ เคมีของคาร์บอนหรือสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ดีกว่า

คำเหล่านี้จากพื้นฐานเคมีโดย D. I. Mendeleev ทำหน้าที่เป็นบทสรุปโดยละเอียดของเรื่องราวของเราเกี่ยวกับองค์ประกอบสำคัญ - คาร์บอน อย่างไรก็ตาม มีวิทยานิพนธ์หนึ่งฉบับที่นี่ ซึ่งจากมุมมองของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ของสสาร สามารถโต้แย้งได้ แต่มีรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

อาจเป็นไปได้ว่านิ้วมือบนมือจะเพียงพอที่จะนับองค์ประกอบทางเคมีที่หนังสือวิทยาศาสตร์อย่างน้อยหนึ่งเล่มไม่ได้อุทิศให้กับ แต่หนังสือวิทยาศาสตร์ยอดนิยมอิสระ - ไม่ใช่โบรชัวร์บน 20 หน้าที่ไม่สมบูรณ์พร้อมกระดาษห่อปก แต่มีปริมาณค่อนข้างคงที่เกือบ 500 หน้า - มีองค์ประกอบเพียงชิ้นเดียวในเนื้อหา - คาร์บอน

โดยทั่วไปแล้ว วรรณกรรมเกี่ยวกับคาร์บอนนั้นร่ำรวยที่สุด ประการแรกคือหนังสือและบทความทั้งหมดของนักเคมีอินทรีย์โดยไม่มีข้อยกเว้น ประการที่สองเกือบทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับพอลิเมอร์ ประการที่สาม สิ่งพิมพ์มากมายที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงฟอสซิล ประการที่สี่ ส่วนสำคัญของวรรณกรรมชีวการแพทย์ ...

ดังนั้นเราจะไม่พยายามโอบรับความใหญ่โต (ไม่ใช่โดยบังเอิญที่ผู้เขียนหนังสือยอดนิยมเกี่ยวกับองค์ประกอบหมายเลข 6 เรียกมันว่า "ไม่สิ้นสุด"!) แต่เราจะเน้นเฉพาะสิ่งสำคัญจากประเด็นหลัก - เราจะพยายามดูคาร์บอนจากสามมุมมอง

คาร์บอนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบไม่กี่อย่าง"ไม่มีครอบครัว ไม่มีเผ่า" ประวัติการสัมผัสของมนุษย์กับสารนี้ย้อนกลับไปในสมัยก่อนประวัติศาสตร์ ไม่ทราบชื่อผู้ค้นพบคาร์บอน และยังไม่ทราบว่ารูปแบบใดของธาตุคาร์บอน - เพชรหรือกราไฟต์ - ถูกค้นพบก่อนหน้านี้ ทั้งสองเกิดขึ้นนานเกินไปแล้ว มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถระบุได้: ก่อนเพชรและก่อนกราไฟต์ สารถูกค้นพบ ซึ่งเมื่อสองสามทศวรรษก่อนถือเป็นรูปแบบที่สาม ของธาตุคาร์บอน - ถ่านหินอสัณฐาน แต่ในความเป็นจริง ถ่าน แม้แต่ถ่านก็ไม่ใช่คาร์บอนบริสุทธิ์ ประกอบด้วยไฮโดรเจน ออกซิเจน และธาตุอื่นๆ จริงอยู่ พวกมันสามารถกำจัดออกได้ แต่ถึงกระนั้นคาร์บอนของถ่านหินก็จะไม่กลายเป็นการดัดแปลงของธาตุคาร์บอนโดยอิสระ สิ่งนี้ก่อตั้งขึ้นเฉพาะในไตรมาสที่สองของศตวรรษของเรา การวิเคราะห์โครงสร้างแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนอสัณฐานโดยพื้นฐานแล้วเป็นกราไฟต์เดียวกัน ซึ่งหมายความว่าไม่ใช่อสัณฐาน แต่เป็นผลึก มีเพียงคริสตัลที่มีขนาดเล็กมากและมีข้อบกพร่องมากกว่านั้น หลังจากนั้น พวกเขาเริ่มเชื่อว่าคาร์บอนบนโลกมีอยู่ในรูปแบบพื้นฐานสองแบบเท่านั้น - ในรูปของกราไฟต์และเพชร

คุณเคยคิดบ้างไหมว่าสาเหตุของ "ลุ่มน้ำ" ที่แหลมคมของคุณสมบัติที่ทำงานในช่วงเวลาสั้น ๆ ที่สองของตารางธาตุตามแนวแยกคาร์บอนออกจากไนโตรเจนที่ตามมา? ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน เป็นก๊าซภายใต้สภาวะปกติ คาร์บอน - ในรูปแบบใด - เป็นของแข็ง จุดหลอมเหลวของไนโตรเจนคือลบ 210.5 °C และคาร์บอน (ในรูปของกราไฟท์ภายใต้ความดันมากกว่า 100 atm) จะอยู่ที่ประมาณบวก 4000 °C...

Dmitri Ivanovich Mendeleev เป็นคนแรกที่แนะนำว่าความแตกต่างนี้เกิดจากโครงสร้างโพลีเมอร์ของโมเลกุลคาร์บอน เขาเขียนว่า: "ถ้าคาร์บอนก่อตัวเป็นโมเลกุล C 2 เช่น O 2 ก็จะเป็นก๊าซ" และยิ่งไปกว่านั้น: “ความสามารถของอะตอมถ่านหินในการรวมตัวกันและให้โมเลกุลที่ซับซ้อนนั้นแสดงออกมาในสารประกอบคาร์บอนทั้งหมด ไม่มีองค์ประกอบใดที่มีความสามารถในการทำให้เกิดภาวะแทรกซ้อนได้จนถึงระดับคาร์บอน จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีพื้นฐานสำหรับการกำหนดระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของถ่านหิน กราไฟต์ โมเลกุลเพชร มีเพียงคนเดียวเท่านั้นที่คิดว่ามี C p โดยที่ n เป็นค่าขนาดใหญ่

คาร์บอนและโพลีเมอร์

สมมติฐานนี้ได้รับการยืนยันในยุคของเรา ทั้งกราไฟต์และเพชรเป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเดียวกัน

ตามคำพูดของศาสตราจารย์ Yu.V. Khodakov "บนพื้นฐานของธรรมชาติของกองกำลังที่จะเอาชนะ อาชีพของช่างตัดเพชรสามารถนำมาประกอบกับวิชาชีพเคมี" แท้จริงแล้ว เครื่องตัดต้องเอาชนะแรงที่ไม่ค่อนข้างอ่อนแอของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล แต่ด้วยแรงของพันธะเคมี ซึ่งรวมอะตอมของคาร์บอนเข้าเป็นโมเลกุลของเพชร คริสตัลเพชรใดๆ ก็ตาม แม้แต่ Cullinan ขนาดใหญ่ 600 กรัม ก็ยังเป็นหนึ่งโมเลกุล ซึ่งเป็นโมเลกุลของพอลิเมอร์สามมิติที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอสูงและเกือบจะสมบูรณ์แบบ

กราไฟท์เป็นอีกเรื่องหนึ่ง การจัดลำดับโพลีเมอร์ที่นี่ขยายได้เพียงสองทิศทางเท่านั้น - ตามแนวระนาบไม่ใช่ในอวกาศ ในกราไฟต์ชิ้นหนึ่ง เครื่องบินเหล่านี้ก่อตัวเป็นแพ็คที่มีความหนาแน่นพอสมควร ชั้นซึ่งเชื่อมต่อถึงกันไม่ใช่ด้วยแรงทางเคมี แต่เกิดจากแรงปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอกว่า นั่นคือเหตุผลที่ทำให้การผลัดเซลล์ผิวกราไฟท์เป็นเรื่องง่ายแม้จากการสัมผัสกับกระดาษ ในเวลาเดียวกัน มันยากมากที่จะทำลายแผ่นกราไฟท์ในทิศทางตามขวาง - ที่นี่พันธะเคมีตอบโต้

เป็นคุณสมบัติของโครงสร้างโมเลกุลที่อธิบายความแตกต่างอย่างมากในคุณสมบัติของกราไฟท์และเพชร กราไฟต์เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ในขณะที่เพชรเป็นฉนวน กราไฟต์ไม่ส่งแสงเลย - เพชรมีความโปร่งใส ไม่ว่าเพชรจะถูกออกซิไดซ์อย่างไร มีเพียง CO 2 เท่านั้นที่จะเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน และโดยการออกซิไดซ์กราไฟต์ คุณจะได้ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางหลายอย่างหากต้องการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรดกราไฟท์ (องค์ประกอบตัวแปร) และกรดเมลิติก C 6 (COOH) 6 ออกซิเจนถูกเชื่อมระหว่างชั้นของแพ็คกราไฟท์และออกซิไดซ์เฉพาะอะตอมของคาร์บอนบางส่วนเท่านั้น ไม่มีจุดอ่อนในผลึกเพชรดังนั้นจึงเป็นไปได้ทั้งการเกิดออกซิเดชันหรือการเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์ - ไม่มีทางที่สาม ...

ดังนั้นจึงมีพอลิเมอร์ "เชิงพื้นที่" ของธาตุคาร์บอน มี "ระนาบ" โดยหลักการแล้ว การมีอยู่ของพอลิเมอร์เชิงเส้น "หนึ่งมิติ" ของคาร์บอนนั้นได้รับการสันนิษฐานมานานแล้ว แต่ยังไม่พบในธรรมชาติ

ไม่พบในขณะนี้ ไม่กี่ปีหลังจากการสังเคราะห์ พบพอลิเมอร์คาร์บอนเชิงเส้นในปล่องอุกกาบาตในเยอรมนี และนักเคมีชาวโซเวียตคนแรก V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin และ Yu.P. คุดริฟต์เซฟ. พอลิเมอร์เชิงเส้นของคาร์บอนมีชื่อว่าคาร์ไบน์ ภายนอกดูเหมือนผงผลึกละเอียดสีดำ มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ และภายใต้การกระทำของแสง ค่าการนำไฟฟ้าของปืนสั้นจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ปืนสั้นยังเปิดเผยคุณสมบัติที่ไม่คาดคิดอย่างสมบูรณ์ ปรากฎว่าเมื่อเลือดสัมผัสกับมัน จะไม่เกิดลิ่มเลือด - ลิ่มเลือด ดังนั้นเส้นใยที่เคลือบด้วยปืนสั้นจึงเริ่มถูกนำมาใช้ในการผลิตหลอดเลือดเทียมที่ร่างกายไม่ได้ปฏิเสธ

ตามที่ผู้ค้นพบปืนสั้นสิ่งที่ยากที่สุดสำหรับพวกเขาคือการพิจารณาว่าอะตอมของคาร์บอนเชื่อมต่อกันเป็นพันธะประเภทใด มันสามารถมีพันธะเดี่ยวและสามตัวสลับกัน (-C = C-C=C -C=) หรืออาจมีพันธะคู่เท่านั้น (=C=C=C=C=)... และอาจมีทั้งสองอย่างพร้อมกัน . เพียงไม่กี่ปีต่อมา Korshak และ Sladkov ก็สามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่มีพันธะคู่ในปืนสั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากทฤษฎีอนุญาตให้มีพอลิเมอร์คาร์บอนเชิงเส้นที่มีพันธะคู่เท่านั้น จึงมีความพยายามเพื่อให้ได้มาซึ่งความหลากหลายนี้ โดยพื้นฐานแล้ว การดัดแปลงธาตุคาร์บอนครั้งที่สี่

คาร์บอนในแร่ธาตุ

สารนี้ได้รับจากสถาบัน Organoelement Compounds ของ USSR Academy of Sciences พอลิเมอร์คาร์บอนเชิงเส้นชนิดใหม่นี้มีชื่อว่า พอลิคิวมูลีน และตอนนี้รู้จักพอลิเมอร์เชิงเส้นของคาร์บอนอย่างน้อยแปดตัวซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างของผลึกขัดแตะ ในวรรณคดีต่างประเทศ ทั้งหมดเรียกว่าคาร์บีน

องค์ประกอบนี้เป็นเตตระวาเลนต์เสมอแต่เนื่องจากมันอยู่ตรงกลางของคาบ สถานะออกซิเดชันของมันในสถานการณ์ที่ต่างกันจึงเป็น +4 หรือ -4 อย่างใดอย่างหนึ่ง ในปฏิกิริยากับอโลหะ มันเป็นอิเล็กโทรโพซิทีฟ กับโลหะ - ในทางตรงกันข้าม แม้แต่ในกรณีที่พันธะไม่ใช่ไอออนิกแต่เป็นโควาเลนต์ คาร์บอนก็ยังคงเป็นจริงสำหรับตัวมันเอง - ความจุอย่างเป็นทางการของมันยังเท่ากับสี่

มีสารประกอบน้อยมากที่คาร์บอนอย่างน้อยก็แสดงความจุอย่างเป็นทางการมากกว่าสี่ชนิด โดยทั่วไปรู้จักสารประกอบดังกล่าวเพียงชนิดเดียวเท่านั้นคือ CO คาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งคาร์บอนดูเหมือนจะเป็นไดวาเลนต์ ดูเหมือนว่าแม่นยำเพราะในความเป็นจริงมีการเชื่อมต่อที่ซับซ้อนกว่า อะตอมของคาร์บอนและออกซิเจนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโพลาไรซ์ 3 โควาเลนต์ และสูตรโครงสร้างของสารประกอบนี้เขียนได้ดังนี้: O + \u003d C "

ในปี 1900 M. Gomberg ได้รับสารประกอบอินทรีย์ triphenylmethyl (C 6 H 5) 3 C ดูเหมือนว่าอะตอมของคาร์บอนที่นี่มีไตรวาเลนท์ แต่ต่อมากลับกลายเป็นว่าคราวนี้ความจุที่ผิดปกตินั้นเป็นทางการอย่างหมดจด Triphenylmethyl และแอนะล็อกของมันเป็นอนุมูลอิสระ แต่ต่างจากอนุมูลส่วนใหญ่ พวกมันค่อนข้างเสถียร

ในอดีต สารประกอบคาร์บอนน้อยมากที่ยังคง "อยู่ใต้หลังคา" ของเคมีอนินทรีย์ เหล่านี้คือคาร์บอนออกไซด์, คาร์ไบด์ - สารประกอบที่มีโลหะ, เช่นเดียวกับโบรอนและซิลิกอน, คาร์บอเนต - เกลือของกรดคาร์บอนิกที่อ่อนแอที่สุด, คาร์บอนไดซัลไฟด์ CS 2, สารประกอบไซยาไนด์ เราต้องปลอบใจตัวเองด้วยความจริงที่ว่า "เพลา" มักเกิดขึ้น (หรือเกิดขึ้น) ในการผลิต ซึ่งชดเชยข้อบกพร่องในระบบการตั้งชื่อ อันที่จริง คาร์บอนส่วนที่ใหญ่ที่สุดของเปลือกโลกไม่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตของพืชและสัตว์ ไม่ใช่ในถ่านหิน น้ำมัน และอินทรียวัตถุอื่น ๆ ที่นำมารวมกัน แต่ในสารประกอบอนินทรีย์เพียงสองชนิด - หินปูน CaCO 3 และโดโลไมต์ MgCa (CO 3 ) 2. คาร์บอนเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุอีกสองสามโหล เพียงจำไว้ว่าหินอ่อน CaCO 3 (พร้อมสารเติมแต่ง), มาลาไคต์ Cu 2 (OH) 2 CO 3, แร่สังกะสีสมิทโซไนต์ ZnCO 3 ... มีคาร์บอนทั้งในหินอัคนีและหินแตกผลึก

แร่ธาตุที่มีคาร์ไบด์นั้นหายากมาก ตามกฎแล้วสารเหล่านี้เป็นสารที่มีแหล่งกำเนิดลึกเป็นพิเศษ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงถือว่ามีคาร์บอนอยู่ในแกนกลางของโลก

สำหรับอุตสาหกรรมเคมี คาร์บอนและสารประกอบอนินทรีย์ของคาร์บอนเป็นที่สนใจอย่างมาก โดยมักจะเป็นวัตถุดิบ มักใช้เป็นวัสดุโครงสร้างน้อยกว่า

อุปกรณ์หลายอย่างในอุตสาหกรรมเคมี เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ทำจากกราไฟท์ และนี่เป็นเรื่องปกติ: กราไฟท์มีความทนทานต่อความร้อนและสารเคมีได้ดี และในขณะเดียวกันก็นำความร้อนได้ดีมาก กราไฟต์ได้กลายเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีเจ็ทด้วยคุณสมบัติเดียวกัน หางเสือทำจากกราไฟต์ซึ่งทำงานโดยตรงกับเปลวไฟของอุปกรณ์หัวฉีด แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะจุดไฟท์ในอากาศ (แม้ในออกซิเจนบริสุทธิ์ การทำเช่นนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย) และการระเหยของกราไฟต์นั้นจำเป็นต้องมีอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิที่พัฒนาขึ้นมากแม้ในเครื่องยนต์จรวด นอกจากนี้ภายใต้ความดันปกติกราไฟท์เช่นหินแกรนิตจะไม่ละลาย

เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงการผลิตไฟฟ้าเคมีสมัยใหม่โดยปราศจากกราไฟท์ อิเล็กโทรดกราไฟต์ไม่เพียงใช้โดยนักเคมีไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังใช้โดยนักเคมีด้วย พอจำได้ว่าในอิเล็กโทรไลเซอร์ที่ใช้ในการผลิตโซดาไฟและคลอรีน แอโนดเป็นกราไฟท์

การใช้คาร์บอน

มีการเขียนหนังสือหลายเล่มเกี่ยวกับการใช้สารประกอบคาร์บอนในอุตสาหกรรมเคมี แคลเซียมคาร์บอเนต หินปูน ทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตปูนขาว ซีเมนต์ แคลเซียมคาร์ไบด์ แร่อีกชนิดหนึ่ง - โดโลไมต์ - คือ "บรรพบุรุษ" ของกลุ่มวัสดุทนไฟโดโลไมต์กลุ่มใหญ่ โซเดียมคาร์บอเนตและไบคาร์บอเนต - โซดาแอชและโซดาดื่ม หนึ่งในผู้บริโภคหลักของโซดาแอชเป็นอุตสาหกรรมแก้วและยังคงเป็นอุตสาหกรรมแก้ว ซึ่งต้องการประมาณหนึ่งในสามของการผลิต Na 2 CO 3 ของโลก

และสุดท้าย เกี่ยวกับคาร์ไบด์เล็กน้อย โดยปกติเมื่อพูดถึงคาร์ไบด์ พวกเขาหมายถึงแคลเซียมคาร์ไบด์ - แหล่งที่มาของอะเซทิลีนและด้วยเหตุนี้ผลิตภัณฑ์จำนวนมากของการสังเคราะห์สารอินทรีย์ แต่แคลเซียมคาร์ไบด์แม้ว่าจะมีชื่อเสียงมากที่สุด แต่ก็ไม่ได้เป็นสารที่สำคัญและจำเป็นเพียงอย่างเดียวของกลุ่มนี้ โบรอนคาร์ไบด์ B 4 C เป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับอะตอม

เทคโนโลยีซิลิกอนคาร์ไบด์ SiC หรือคาร์บอรันดัมเป็นวัสดุขัดถูที่สำคัญที่สุด คาร์ไบด์ของโลหะหลายชนิดมีความทนทานต่อสารเคมีสูงและมีความแข็งเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น carborundum นั้นด้อยกว่าเพชรเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ความแข็งในระดับ Mooca คือ 9.5-9.75 (เพชร - 10) แต่คาร์บอรันดัมมีราคาถูกกว่าเพชร ได้มาจากเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิประมาณ 2,000 ° C จากส่วนผสมของโค้กและทรายควอทซ์

ตามที่นักวิชาการนักวิทยาศาสตร์โซเวียตที่มีชื่อเสียง I.L. Knunyants เคมีอินทรีย์ถือได้ว่าเป็นสะพานที่วิทยาศาสตร์โยนทิ้งตั้งแต่ธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตไปจนถึงรูปแบบสูงสุด - ชีวิต และเมื่อหนึ่งศตวรรษครึ่งที่แล้ว นักเคมีที่เก่งที่สุดในยุคนั้นเองก็เชื่อและสอนสาวกของพวกเขาว่าเคมีอินทรีย์เป็นศาสตร์ของสารที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมและอยู่ภายใต้การแนะนำของ "สสาร" ที่แปลกประหลาดบางอย่าง - พลังชีวิต แต่ในไม่ช้าพลังนี้ก็ถูกส่งไปยังถังขยะของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ การสังเคราะห์สารอินทรีย์หลายชนิด เช่น ยูเรีย กรดอะซิติก ไขมัน สารคล้ายน้ำตาล ทำให้ไม่จำเป็น

คำจำกัดความคลาสสิกของ K. Schorlemmer ปรากฏขึ้นซึ่งไม่สูญเสียความหมายแม้ 100 ปีต่อมา: "เคมีอินทรีย์คือเคมีของไฮโดรคาร์บอนและอนุพันธ์ของพวกมัน นั่นคือผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนถูกแทนที่ด้วยอะตอมหรือกลุ่มอะตอมอื่น"

ดังนั้น สารอินทรีย์จึงเป็นคุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบไม่ใช่เพียงองค์ประกอบเดียว แต่เป็นสารประกอบประเภทเดียวขององค์ประกอบนี้ แต่ชั้นอะไร! ชั้นเรียนไม่ได้แบ่งออกเป็นกลุ่มและกลุ่มย่อยเท่านั้น - เป็นวิทยาศาสตร์อิสระ พวกมันออกมาจากสารอินทรีย์ ชีวเคมี เคมีของโพลีเมอร์สังเคราะห์ เคมีของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและยาที่แยกออกมาจากสารอินทรีย์ ...

สารประกอบอินทรีย์นับล้าน (สารประกอบคาร์บอน!) และสารประกอบอื่น ๆ รวมกันประมาณหนึ่งแสนชนิดรวมกันเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว

เป็นที่ทราบกันดีว่าชีวิตถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานคาร์บอน แต่ทำไมคาร์บอนซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในโลกถึง 11 ชนิดจึงได้รับงานที่ยากในการเป็นพื้นฐานของทุกชีวิต?

คำตอบสำหรับคำถามนี้ไม่ชัดเจน ประการแรก "ในองค์ประกอบใดไม่มีองค์ประกอบใดที่สามารถทำให้เกิดภาวะแทรกซ้อนได้จนถึงระดับคาร์บอน" ประการที่สอง คาร์บอนสามารถรวมเข้ากับองค์ประกอบส่วนใหญ่ได้ และในหลากหลายวิธี ประการที่สาม พันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอน เช่นเดียวกับอะตอมของไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน กำมะถัน ฟอสฟอรัส และองค์ประกอบอื่นๆ ที่ประกอบเป็นสารอินทรีย์สามารถถูกทำลายได้ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยทางธรรมชาติ ดังนั้นคาร์บอนจึงหมุนเวียนอยู่ในธรรมชาติอย่างต่อเนื่อง จากบรรยากาศสู่พืช จากพืชสู่สิ่งมีชีวิต จากสิ่งมีชีวิตสู่ความตาย

จากคนตายสู่คนเป็น...

เวเลนซ์ทั้งสี่ของอะตอมคาร์บอนเปรียบเสมือนสี่มือ และถ้าอะตอมสองอะตอมเชื่อมต่อกันแสดงว่ามี "แขน" อยู่แล้วหกอัน หรือ - สี่ถ้าใช้อิเล็กตรอนสองตัวในการสร้างคู่ (พันธะคู่) หรือ - เพียงสองถ้าพันธะเช่นเดียวกับอะเซทิลีนเป็นสามเท่า แต่พันธะเหล่านี้ (เรียกว่าไม่อิ่มตัว) เป็นเหมือนระเบิดในกระเป๋าเสื้อหรือมารในขวด พวกเขาถูกซ่อนไว้ในขณะนี้ แต่ในช่วงเวลาที่เหมาะสมพวกเขาหลุดพ้นจากเกมการพนันที่มีปฏิสัมพันธ์ทางเคมีและการเปลี่ยนแปลง โครงสร้างที่หลากหลายเกิดขึ้นจาก "เกม" เหล่านี้หากคาร์บอนมีส่วนเกี่ยวข้อง บรรณาธิการของ "สารานุกรมสำหรับเด็ก" คำนวณจากอะตอมของคาร์บอน 20 อะตอมและอะตอมไฮโดรเจน 42 อะตอม, ไฮโดรคาร์บอนที่แตกต่างกัน 366,319 ตัว, สาร 366,319 ขององค์ประกอบ C 20 H42 และถ้าไม่มีผู้เข้าร่วมหกสิบคนใน "เกม" แต่หลายพันคน ถ้าในหมู่พวกเขาไม่ใช่ตัวแทนของ "ทีม" สองทีม แต่ให้พูดว่าแปด!

ที่ใดมีคาร์บอน ที่นั่นย่อมมีความหลากหลาย ที่ใดมีคาร์บอน ที่นั่นย่อมมีปัญหา และการออกแบบที่แตกต่างกันมากที่สุดในสถาปัตยกรรมโมเลกุล โซ่ธรรมดาเช่นเดียวกับในบิวเทน CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 หรือโพลีเอทิลีน -CH 2 -CH 2 -CH 2 - CH 2 - และโครงสร้างที่แตกแขนงง่ายที่สุดคือไอโซบิวเทน

C (คาร์บอน) ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่ใช่โลหะของกลุ่ม IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) ของตารางธาตุ มันเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบของผลึกเพชร (รูปที่ 1) กราไฟต์หรือฟูลเลอรีนและรูปแบบอื่น ๆ และเป็นส่วนหนึ่งของอินทรีย์ (ถ่านหิน น้ำมัน สัตว์และพืชเป็นต้น) และสารอนินทรีย์ (หินปูน เบกกิ้งโซดา ฯลฯ .) คาร์บอนเป็นที่แพร่หลาย แต่มีเนื้อหาในเปลือกโลกเพียง 0.19% ( ดูสิ่งนี้ด้วยเพชร; ฟุลเลรีน)

คาร์บอนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในรูปของสารธรรมดา นอกจากเพชรล้ำค่าซึ่งเป็นเรื่องของเครื่องประดับแล้ว เพชรอุตสาหกรรมยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตเครื่องมือเจียรและตัด ถ่านและคาร์บอนในรูปแบบอสัณฐานอื่นๆ ใช้สำหรับการลดสี การทำให้บริสุทธิ์ การดูดซับก๊าซ ในพื้นที่ของเทคโนโลยีที่ต้องการตัวดูดซับที่มีพื้นผิวที่พัฒนาแล้ว คาร์ไบด์ สารประกอบของคาร์บอนกับโลหะ เช่นเดียวกับโบรอนและซิลิกอน (เช่น Al 4 C 3 , SiC, B 4 C) มีความแข็งสูงและใช้สำหรับทำเครื่องมือขัดและตัด คาร์บอนมีอยู่ในเหล็กกล้าและโลหะผสมในสถานะธาตุและในรูปของคาร์ไบด์ ความอิ่มตัวของพื้นผิวของการหล่อเหล็กด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง (ซีเมนต์) ช่วยเพิ่มความแข็งผิวและความต้านทานการสึกหรอได้อย่างมาก ดูสิ่งนี้ด้วยอัลลอย

กราไฟท์ในธรรมชาติมีหลายรูปแบบ บางส่วนได้มาจากการปลอมแปลง มีรูปแบบอสัณฐาน (เช่น โค้กและถ่าน) เขม่า, ถ่านกระดูก, โคมไฟสีดำ, อะเซทิลีนแบล็คเกิดขึ้นเมื่อไฮโดรคาร์บอนถูกเผาโดยขาดออกซิเจน ที่เรียกว่า คาร์บอนสีขาวได้จากการระเหิดของกราไฟท์ไพโรไลติกภายใต้แรงดันที่ลดลง สิ่งเหล่านี้คือผลึกใสที่เล็กที่สุดของใบกราไฟต์ที่มีขอบแหลม

Sunyaev Z.I. ปิโตรเลียมคาร์บอน. ม., 1980
เคมีของคาร์บอนกัมมันตภาพรังสี. ม., 1990

ค้นหา "คาร์บอน" บน