Anglis yra anglies atomas. Anglies masė

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 05:34

Vienas nuostabiausių elementų, galinčių sudaryti daugybę organinių ir neorganinių junginių, yra anglis. Šis elementas yra toks neįprastas savo savybėmis, kad net Mendelejevas numatė jam puikią ateitį, kalbėdamas apie ypatybes, kurios dar nebuvo atskleistos.

Vėliau tai praktiškai pasitvirtino. Tapo žinoma, kad tai yra pagrindinis mūsų planetos biogeninis elementas, kuris yra absoliučiai visų gyvų būtybių dalis. Be to, gali egzistuoti visais atžvilgiais radikaliai skirtingomis formomis, bet tuo pat metu susidedančiomis tik iš anglies atomų.

Apskritai ši struktūra turi daug ypatybių, ir mes stengsimės jas aptarti straipsnio eigoje.

Anglis: formulė ir padėtis elementų sistemoje

Periodinėje sistemoje elementas anglis yra IV (pagal naująjį modelį 14) grupėje, pagrindiniame pogrupyje. Jo serijos numeris yra 6, o atominis svoris – 12 011. Elemento žymėjimas ženklu C nurodo jo pavadinimą lotyniškai – carboneum. Yra keletas skirtingų anglies formų. Todėl jo formulė skiriasi ir priklauso nuo konkrečios modifikacijos.

Tačiau, rašant reakcijos lygtis, žymėjimas yra specifinis,žinoma turi. Apskritai kalbant apie gryną medžiagą, naudojama anglies C molekulinė formulė be indeksavimo.

Elemento atradimo istorija

Pats šis elementas buvo žinomas nuo antikos laikų. Juk vienas svarbiausių mineralų gamtoje yra anglis. Todėl senovės graikams, romėnams ir kitų tautybių žmonėms jis nebuvo paslaptis.

Be šios veislės, taip pat buvo naudojami deimantai ir grafitas. Su pastaruoju ilgą laiką buvo daug painių situacijų, nes dažnai be sudėties analizės grafitui buvo imami tokie junginiai, kaip:

• sidabrinis švinas;
• geležies karbidas;
• molibdeno sulfidas.

Jie visi buvo nudažyti juodai, todėl laikomi grafitu. Vėliau šis nesusipratimas buvo išaiškintas ir ši anglies forma tapo savimi.

Nuo 1725 m. deimantai turėjo didelę komercinę reikšmę, o 1970 m. buvo įsisavinta jų dirbtinio gavimo technologija. Nuo 1779 m., Karlo Scheele'o darbo dėka, buvo tiriamos anglies cheminės savybės. Tai buvo daugelio svarbių atradimų šio elemento srityje pradžia ir tapo pagrindu išsiaiškinti visas unikaliausias jo savybes.

Anglies izotopai ir pasiskirstymas gamtoje

Nepaisant to, kad aptariamas elementas yra vienas svarbiausių biogeninių, bendras jo kiekis žemės plutos masėje yra 0,15%. Taip yra dėl to, kad jis yra nuolat cirkuliuojamas, natūralus gamtos ciklas.

Apskritai yra keletasmineraliniai junginiai, kurių sudėtyje yra anglies. Tai tokios natūralios veislės kaip:

• dolomitai ir kalkakmeniai;
• antracitas;
• naftos skalūnai;
• gamtinės dujos;
• anglys;
• aliejus;
• lignitas;
• durpės;
• bitumas.

Be to, neturėtume pamiršti apie gyvas būtybes, kurios yra tik anglies junginių saugykla. Juk iš jų susidarė b altymai, riebalai, angliavandeniai, nukleino rūgštys, o tai reiškia svarbiausias struktūrines molekules. Apskritai, paverčiant sausą kūno svorį iš 70 kg, grynam elementui tenka 15. Taip yra su kiekvienu žmogumi, jau nekalbant apie gyvūnus, augalus ir kitus padarus.

Jei atsižvelgsime į oro ir vandens sudėtį, tai yra, visą hidrosferą ir atmosferą, tai yra anglies ir deguonies mišinys, išreikštas formule CO_{2. Dioksidas arba anglies dioksidas yra viena iš pagrindinių dujų, sudarančių orą. Būtent šioje formoje anglies masės dalis yra 0,046%. Dar daugiau anglies dioksido ištirpsta vandenynų vandenyse.}

Anglies, kaip elemento, atominė masė yra 12,011. Yra žinoma, kad ši vertė apskaičiuojama kaip aritmetinis vidurkis tarp visų gamtoje egzistuojančių izotopų rūšių atominių svorių, atsižvelgiant į jų paplitimą (procentais).). Tai pasakytina ir apie nagrinėjamą medžiagą. Yra trys pagrindiniai izotopai, kuriuose randama anglis. Tai yra:

• ¹²С – jo masės dalis didžiojoje daugumoje yra 98,93 %;
• ¹³C –1,07 %;
• ¹⁴C – radioaktyvus, pusinės eliminacijos laikas 5700 metų, stabilus beta skleidėjas.

Geochronologinio mėginių amžiaus nustatymo praktikoje plačiai naudojamas radioaktyvusis izotopas ¹⁴С, kuris yra rodiklis dėl ilgo skilimo laikotarpio.

Alotropinės elemento modifikacijos

Anglis yra elementas, kuris egzistuoja kaip paprasta medžiaga keliomis formomis. Tai reiškia, kad jis gali sudaryti daugiausiai šiandien žinomų alotropinių modifikacijų.

1. Kristaliniai variantai – egzistuoja stiprių struktūrų su įprastomis atominio tipo grotelėmis pavidalu. Į šią grupę įeina tokios veislės:

• deimantai;
• fullerenes;
• grafitas;
• karabinai;
• lonsdaleites;
• anglies pluoštai ir vamzdeliai.

Visi jie skiriasi kristalinės gardelės struktūra, kurios mazguose yra anglies atomas. Taigi visiškai unikalios, nepanašios savybės, tiek fizinės, tiek cheminės.

2. Amorfinės formos – jas sudaro anglies atomas, kuris yra kai kurių natūralių junginių dalis. Tai yra, tai nėra grynos veislės, o su kitų elementų priemaišomis nedideliais kiekiais. Į šią grupę įeina:

• aktyvinta anglis;
• akmuo ir mediena;
• suodžiai;
• anglies nanoputos;
• antracitas;
• stiklinė anglis;
• techninė medžiaga.

Juos taip pat vienija savybėskristalinės gardelės struktūros, paaiškinančios ir išreiškiančios savybes.

3. Anglies junginiai klasterių pavidalu. Tokia struktūra, kurioje atomai iš vidaus uždaromi specialios konformacijos įduboje, užpildytoje vandeniu ar kitų elementų branduoliais. Pavyzdžiai:

• anglies nanokūgiai;
• astralens;
• dikarbonas.

Amorfinės anglies fizinės savybės

Dėl daugybės alotropinių modifikacijų įvairovės sunku nustatyti bendras fizines anglies savybes. Lengviau kalbėti apie konkrečią formą. Pavyzdžiui, amorfinė anglis turi šias charakteristikas.

1. Visų formų centre yra smulkių kristalų grafito atmainos.
2. Didelė šilumos talpa.
3. Geros laidumo savybės.
4. Anglies tankis yra apie 2 g/cm³.
5. Kai kaitinama virš 1600 ⁰C, įvyksta perėjimas prie grafito formų.

Suodžiai, anglis ir akmens rūšys plačiai naudojamos pramonės reikmėms. Jie nėra grynos anglies modifikacijos apraiška, bet jose yra labai dideli kiekiai.

Kristalinė anglis

Yra keletas variantų, kai anglis yra medžiaga, formuojanti įprastus įvairių tipų kristalus, kuriuose atomai yra sujungti nuosekliai. Dėl to susidaro šios modifikacijos.

1. Deimantas. Struktūra yra kubinė, kurioje yra sujungtos keturios tetraedros. Dėl to visi kovalentiniai kiekvieno atomo cheminiai ryšiaimaksimaliai prisotintas ir patvarus. Tai paaiškina fizines savybes: anglies tankis yra 3300 kg/m³. Didelis kietumas, maža šiluminė talpa, elektros laidumo trūkumas – visa tai yra kristalinės gardelės struktūros rezultatas. Yra techniškai gauti deimantai. Jie susidaro grafitui pereinant prie kitos modifikacijos, veikiant aukštai temperatūrai ir tam tikram slėgiui. Apskritai deimantų lydymosi temperatūra yra tokia pat aukšta, kiek stiprumas – apie 3500 ⁰C.
2. Grafitas. Atomai išsidėstę panašiai kaip ir ankstesnės medžiagos sandara, tačiau tik trys ryšiai yra prisotinti, o ketvirtasis tampa ilgesnis ir ne toks stiprus, jungia gardelės šešiakampių žiedų „sluoksnius“. Dėl to paaiškėja, kad grafitas yra minkšta, riebi juoda liesti medžiaga. Jis turi gerą elektros laidumą ir aukštą lydymosi temperatūrą – 3525 ⁰C. Galimybė sublimuoti - sublimacija iš kietos būsenos į dujinę būseną, apeinant skystąją būseną (3700 ⁰С temperatūroje). Anglies tankis yra 2,26 g/cm^3, , kuris yra daug mažesnis nei deimanto. Tai paaiškina skirtingas jų savybes. Dėl sluoksninės kristalinės gardelės struktūros galima naudoti grafitą pieštukų laidų gamybai. Perbraukus per popierių, dribsniai nusilupa ir palieka juodą žymę ant popieriaus.
3. Fullerenes. Jie buvo atidaryti tik praėjusio amžiaus 80-aisiais. Tai modifikacijos, kuriose anglies atomai yra tarpusavyje sujungti specialia išgaubta uždara struktūra, kuri yra centretuštuma. O kristalo forma – daugiakampis, teisinga organizacija. Atomų skaičius lyginis. Garsiausia fullereno forma yra С₆₀. Tyrimo metu buvo rasti panašios medžiagos mėginiai:

• meteoritai;
• dugno nuosėdos;
• folguritas;
• šungitas;
• oro erdvė, kur yra dujų pavidalu.

Visos kristalinės anglies rūšys turi didelę praktinę reikšmę, nes turi daug savybių, naudingų inžinerijoje.

Reaktyvumas

Molekulinė anglis pasižymi mažu reaktyvumu dėl stabilios konfigūracijos. Jį galima priversti leistis į reakcijas tik suteikiant atomui papildomos energijos ir priverčiant išgaruoti išorinio lygio elektronus. Šiuo metu valentingumas tampa 4. Todėl junginiuose jo oksidacijos būsena yra + 2, + 4, - 4.

Praktiškai visos reakcijos su paprastomis medžiagomis, tiek metalais, tiek nemetalais, vyksta veikiant aukštai temperatūrai. Aptariamas elementas gali būti ir oksidatorius, ir reduktorius. Tačiau pastarosios savybės jame ypač ryškios, ir tai yra pagrindas jį naudoti metalurgijos ir kitose pramonės šakose.

Apskritai gebėjimas užmegzti cheminę sąveiką priklauso nuo trijų veiksnių:

• anglies dispersija;
• allotropinė modifikacija;
• reakcijos temperatūra.

Taigi, kai kuriais atvejais yra sąveika su toliau nurodytais dalykaismedžiagos:

• nemetalai (vandenilis, deguonis);
• metalai (aliuminis, geležis, kalcis ir kt.);
• metalų oksidai ir jų druskos.

Nereaguoja su rūgštimis ir šarmais, labai retai su halogenais. Svarbiausia iš anglies savybių yra gebėjimas sudaryti ilgas grandines tarpusavyje. Jie gali užsidaryti ciklu, formuoti šakas. Taip susidaro organiniai junginiai, kurių šiandien priskaičiuojama milijonais. Šių junginių pagrindas yra du elementai – anglis, vandenilis. Taip pat gali būti įtraukti kiti atomai: deguonis, azotas, siera, halogenai, fosforas, metalai ir kiti.

Pagrindiniai junginiai ir jų charakteristikos

Yra daug įvairių junginių, kuriuose yra anglies. Garsiausios iš jų formulė yra CO₂ - anglies dioksidas. Tačiau, be šio oksido, dar yra CO – monoksido arba anglies monoksido, taip pat suboksido C₃O₂.

Iš druskų, kuriose yra šio elemento, dažniausiai yra kalcio ir magnio karbonatai. Taigi kalcio karbonatas pavadinime turi keletą sinonimų, nes gamtoje jis randamas tokia forma:

• kreida;
• marmuras;
• kalkakmenis;
• dolomitas.

Šarminių žemių metalų karbonatų svarba pasireiškia tuo, kad jie yra aktyvūs stalaktitų ir stalagmitų, taip pat požeminio vandens susidarymo dalyviai.

Anglies rūgštis yra dar vienas junginys, kuris sudaro anglį. Jo formulė yraH₂CO₃. Tačiau įprastu pavidalu jis yra labai nestabilus ir tirpale iš karto suyra į anglies dioksidą ir vandenį. Todėl žinomos tik jo druskos, o ne jos pačios kaip tirpalas.

Anglies halogenidai – daugiausia gaunami netiesiogiai, nes tiesioginė sintezė vyksta tik labai aukštoje temperatūroje ir esant mažam produkto išeigimui. Vienas iš labiausiai paplitusių – CCL₄ – anglies tetrachloridas. Toksiškas junginys, kuris įkvėpus gali sukelti apsinuodijimą. Gaunamas radikalaus fotocheminio vandenilio atomų pakeitimo metane reakcijose.

Metalų karbidai yra anglies junginiai, kurių oksidacijos būsena yra 4. Taip pat gali būti asociacijų su boru ir siliciu. Pagrindinė kai kurių metalų (aliuminio, volframo, titano, niobio, tantalo, hafnio) karbidų savybė yra didelis stiprumas ir puikus elektrinis laidumas. Boro karbidas В₄С yra viena kiečiausių medžiagų po deimantų (9,5 pagal Mosą). Šie junginiai naudojami inžinerijoje, taip pat chemijos pramonėje, kaip angliavandenilių gamybos š altiniai (kalcio karbidas su vandeniu sudaro acetileną ir kalcio hidroksidą).

Daugelis metalų lydinių gaminami naudojant anglį, todėl žymiai pagerinama jų kokybė ir techninės charakteristikos (plienas yra geležies ir anglies lydinys).

Ypatingo dėmesio nusipelno daugybė organinių anglies junginių, kuriuose ji yra pagrindinis elementas, galintis susijungti su tais pačiais atomais į ilgas įvairių struktūrų grandines. Tai apima:

• alkanai;
• alkenai;
• arenos;
• b altymai;
• angliavandeniai;
• nukleorūgštys;
• alkoholiai;
• karboksirūgštys ir daugelis kitų medžiagų klasių.

Anglies naudojimas

Anglies junginių ir jų alotropinių modifikacijų svarba žmogaus gyvenime yra labai didelė. Galite įvardyti kelias globaliausias pramonės šakas, kad įsitikintumėte, jog tai tiesa.

1. Šis elementas sudaro visų rūšių iškastinį kurą, iš kurio žmogus gauna energijos.
2. Metalurgijos pramonė naudoja anglį kaip stipriausią reduktorius, kad gautų metalus iš jų junginių. Čia taip pat plačiai naudojami karbonatai.
3. Statybos ir chemijos pramonė sunaudoja didžiulius kiekius anglies junginių, kad susintetintų naujas medžiagas ir gautų reikiamus produktus.

Taip pat galite pavadinti tokius ekonomikos sektorius:

• branduolinė pramonė;
• juvelyriniai dirbiniai;
• techninė įranga (tepalai, karščiui atsparūs tigliai, pieštukai ir kt.);
• uolienų geologinio amžiaus nustatymas – radioaktyvus žymeklis ¹⁴С;
• anglis yra puikus adsorbentas, todėl tinkamas filtrams gaminti.

Apyvarta gamtoje

Gamtoje randama anglies masė įtraukta į nuolatinį ciklą, kuris kas sekundę sukasi aplink Žemės rutulį. Taigi atmosferos anglies š altinis CO₂ yra absorbuojamasaugalų ir jį išskiria visos gyvos būtybės kvėpavimo procese. Patekęs į atmosferą, jis vėl absorbuojamas, todėl ciklas nesustoja. Tuo pačiu metu organinių likučių žūtis sukelia anglies išsiskyrimą ir jos kaupimąsi žemėje, iš kur ją vėl sugeria gyvi organizmai ir išleidžia į atmosferą dujų pavidalu.