1. ყველა ორგანულ ნაერთში ნახშირბადის ატომს აქვს 4 ვალენტობა.

2. ნახშირბადს შეუძლია შექმნას მარტივი და ძალიან რთული მოლეკულები (მაღალმოლეკულური ნაერთები: ცილები, რეზინები, პლასტმასი).

3. ნახშირბადის ატომები აკავშირებენ არა მარტო სხვა ატომებს, არამედ ერთმანეთთანაც, ქმნიან სხვადასხვა ნახშირბად-ნახშირბადის ჯაჭვებს - სწორ, განშტოებულ, დახურულს:

4. ნახშირბადის ნაერთებს ახასიათებს იზომერიზმის ფენომენი, ე.ი. როდესაც ნივთიერებებს აქვთ ერთი და იგივე ხარისხობრივი და რაოდენობრივი შემადგენლობა, მაგრამ განსხვავებული ქიმიური სტრუქტურა და, შესაბამისად, განსხვავებული თვისებები. მაგალითად: ემპირიული ფორმულა C 2 H 6 O შეესაბამება ნივთიერებების ორ განსხვავებულ სტრუქტურას:

ეთილის სპირტი, დიმეთილის ეთერი,

სითხე, t 0 boil. = +78 0 C გაზი, t 0 boil. = -23,7 0 C

ამრიგად, ეთილის სპირტი და დიმეთილეთერი არის იზომერები.

5. ორგანული ნივთიერებების უმეტესობის წყალხსნარები არაელექტროლიტებია, მათი მოლეკულები არ იშლება იონებად.

იზომერიზმი.

1823 წელს ფენომენი აღმოაჩინეს იზომერიზმი- ერთი და იგივე მოლეკულური შემადგენლობის მქონე, მაგრამ განსხვავებული თვისებების მქონე ნივთიერებების არსებობა. რა არის იზომერებს შორის განსხვავება? ვინაიდან მათი შემადგენლობა ერთნაირია, მიზეზი მხოლოდ მოლეკულაში ატომების შეერთების სხვადასხვა თანმიმდევრობაში შეიძლება ვეძებოთ.

ჯერ კიდევ ქიმიური სტრუქტურის თეორიის შექმნამდე A.M. ბუტლეროვმა იწინასწარმეტყველა, რომ ბუტანისთვის C 4 H 10, რომელსაც აქვს წრფივი სტრუქტურა CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3 t 0 (დუღილის წერტილი -0,5 0 C), სხვა ნივთიერების არსებობა იგივე მოლეკულური ფორმულით, მაგრამ განსხვავებული, შესაძლებელია ნახშირბადის ატომების მოლეკულაში შეერთების თანმიმდევრობა:

იზობუტანი

t 0 kip. – 11,7 0 C

Ისე, იზომერები- ეს არის ნივთიერებები, რომლებსაც აქვთ იგივე მოლეკულური ფორმულა, მაგრამ განსხვავებული ქიმიური სტრუქტურა და, შესაბამისად, განსხვავებული თვისებები. იზომერიზმის ორი ძირითადი ტიპი არსებობს - სტრუქტურულიდა სივრცითი.

სტრუქტურულიიზომერებს უწოდებენ, რომლებსაც მოლეკულაში აქვთ ატომების განსხვავებული რიგი. მისი სამი ტიპი არსებობს:

ნახშირბადის ჩონჩხის იზომერიზმი:

S – S – S – S – S S – S – S – S

მრავალჯერადი ბმის იზომერიზმი:

C = C – C – C C – C = C – C

- კლასთაშორისი იზომერიზმი:

პროპიონის მჟავა

სივრცითი იზომერიზმი.სივრცულ იზომერებს აქვთ იდენტური შემცვლელები ნახშირბადის თითოეულ ატომზე. მაგრამ ისინი განსხვავდებიან თავიანთი ფარდობითი მდებარეობით სივრცეში. ამ იზომერიზმის ორი ტიპი არსებობს: გეომეტრიული და ოპტიკური. გეომეტრიული იზომერიზმი დამახასიათებელია ნაერთებისთვის, რომლებსაც აქვთ პლანშეტური მოლეკულური სტრუქტურა (ალკენები, ციკლოალკანები, ალკადიენები და სხვ.). თუ ნახშირბადის ატომების იდენტური შემცვლელები, მაგალითად, ორმაგ ბმაში, განლაგებულია მოლეკულის სიბრტყის ერთ მხარეს, მაშინ ეს იქნება ცის იზომერი, მოპირდაპირე მხარეს - ტრანს იზომერი:

ოპტიკური იზომერიზმი- ასიმეტრიული ნახშირბადის ატომის მქონე ნაერთების დამახასიათებელი, რომელიც დაკავშირებულია ოთხ სხვადასხვა შემცვლელთან. ოპტიკური იზომერები ერთმანეთის სარკისებური გამოსახულებაა. Მაგალითად:

ატომის ელექტრონული სტრუქტურა.

ატომის სტრუქტურა შესწავლილია არაორგანულ ქიმიასა და ფიზიკაში. ცნობილია, რომ ატომი განსაზღვრავს ქიმიური ელემენტის თვისებებს. ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისგან, რომელშიც კონცენტრირებულია მთელი მისი მასა და ბირთვის გარშემო მყოფი უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები.

იმის გამო, რომ ქიმიური რეაქციების დროს მორეაქტიული ატომების ბირთვები არ იცვლება, ატომების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები დამოკიდებულია ატომების ელექტრონული გარსების სტრუქტურაზე. ელექტრონებს შეუძლიათ გადაადგილება ერთი ატომიდან მეორეში, შეუძლიათ გაერთიანდნენ და ა.შ. აქედან გამომდინარე, ჩვენ დეტალურად განვიხილავთ ატომში ელექტრონების განაწილების საკითხს ატომის სტრუქტურის კვანტური თეორიის საფუძველზე. ამ თეორიის მიხედვით, ელექტრონს ერთდროულად აქვს ნაწილაკის (მასა, მუხტის) და ტალღური ფუნქციის თვისებები. მოძრავი ელექტრონებისთვის შეუძლებელია ზუსტი ადგილმდებარეობის დადგენა. ისინი განლაგებულია სივრცეში ატომის ბირთვთან ახლოს. შეიძლება განისაზღვროს ალბათობაელექტრონის მდებარეობა სივრცის სხვადასხვა ნაწილში. ელექტრონი, როგორც იყო, ამ სივრცეში ღრუბლის სახით არის "ნაცხიანი" (სურათი 1), რომლის სიმკვრივე მცირდება.

სურათი 1.

სივრცის რეგიონს, რომელშიც ელექტრონის პოვნის ალბათობა მაქსიმალურია (≈ 95%) ე.წ. ორბიტალური.

კვანტური მექანიკის მიხედვით, ატომში ელექტრონის მდგომარეობა განისაზღვრება ოთხი კვანტური რიცხვით: მთავარი (n), ორბიტალური (ლ), მაგნიტური(მ)და დატრიალება(ს).

ძირითადი კვანტური რიცხვი n – ახასიათებს ელექტრონის ენერგიას, ორბიტალის მანძილს ბირთვიდან, ე.ი. ენერგიის დონეს და იღებს მნიშვნელობებს 1, 2, 3 და ა.შ. ან K, L, M, N და ა.შ. მნიშვნელობა n = 1 შეესაბამება ყველაზე დაბალ ენერგიას. მატებასთან ერთად ნელექტრონების ენერგია იზრდება. ენერგიის დონეზე მდებარე ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა განისაზღვრება ფორმულით: N=2n2, სადაც n არის დონის რიცხვი, შესაბამისად:

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

n = 2 N = 8 n = 4 N = 32 და ა.შ.

ენერგეტიკული დონეების ფარგლებში ელექტრონები განლაგებულია ქვედონეებად (ან ქვეშელებად). მათი რიცხვი შეესაბამება ენერგეტიკული დონის რაოდენობას, მაგრამ ისინი ხასიათდება ორბიტალური კვანტური ნომერი l,რომელიც განსაზღვრავს ორბიტალის ფორმას. ის იღებს მნიშვნელობებს 0-დან n-1-მდე. ზე

n=1 ლ= 0 n = 2 ლ= 0, 1 n = 3 ლ= 0, 1, 2 n = 4 ლ= 0, 1, 2, 3

ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა ქვედონეზე განისაზღვრება ფორმულით: 2(2ლ + 1). ასოების აღნიშვნები გამოიყენება ქვედონეებისთვის:

ლ = 1, 2, 3, 4

ამიტომ, თუ n = 1, ლ= 0, ქვედონე s.

n = 2, ლ= 0, 1, ქვედონე s, გვ.

ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა ქვედონეებში:

N s = 2 N d = 10

N p = 6 N f = 14 და ა.შ.

ქვედონეებში ელექტრონების ამ რაოდენობაზე მეტი არ შეიძლება იყოს. ელექტრონული ღრუბლის ფორმა განისაზღვრება მნიშვნელობით ლ. ზე
ლ= 0 (s-ორბიტალი) ელექტრონულ ღრუბელს აქვს სფერული ფორმა და არ აქვს სივრცითი მიმართულება.

სურათი 2.

l = 1 (p-ორბიტალი) ელექტრონულ ღრუბელს აქვს ჰანტელი ან რვა ფიგურის ფორმა:

სურათი 3.

მაგნიტური კვანტური რიცხვი mახასიათებს
ორბიტალების განლაგება სივრცეში. მას შეუძლია მიიღოს ნებისმიერი რიცხვის მნიშვნელობები –l-დან +l-მდე, მათ შორის 0. მაგნიტური კვანტური რიცხვის შესაძლო მნიშვნელობების რაოდენობა მოცემული მნიშვნელობისთვის ლუდრის (2 ლ+ 1). Მაგალითად:

ლ= 0 (s-ორბიტალი) m = 0, ე.ი. s ორბიტალს აქვს მხოლოდ ერთი პოზიცია სივრცეში.

ლ= 1 (p-ორბიტალი) m = -1, 0, +1 (3 მნიშვნელობა).

ლ= 2 (d-ორბიტალი) m = -2, -1, 0, +1, +2 და ა.შ.

p და d ორბიტალებს აქვთ 3 და 5 მდგომარეობა, შესაბამისად.

p ორბიტალები წაგრძელებულია კოორდინატთა ღერძების გასწვრივ და აღინიშნება p x, p y, p z ორბიტალები.

დაატრიალეთ კვანტური რიცხვი s- ახასიათებს ელექტრონის ბრუნვას საკუთარი ღერძის გარშემო საათის ისრის და საწინააღმდეგო ისრის მიმართულებით. მას შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ ორი მნიშვნელობა +1/2 და -1/2. ატომის ელექტრონული გარსის სტრუქტურა გამოსახულია ელექტრონული ფორმულით, რომელიც აჩვენებს ელექტრონების განაწილებას ენერგიის დონეებსა და ქვედონეებზე. ამ ფორმულებში ენერგიის დონეები აღინიშნება რიცხვებით 1, 2, 3, 4..., ქვედონეები ასოებით s, p, d, f. ელექტრონების რაოდენობა ქვედონეზე იწერება სიმძლავრის სახით. მაგალითად: ელექტრონების მაქსიმალური რაოდენობა s 2, p 6, d 10, f 14.

ელექტრონული ფორმულები ხშირად გამოსახულია გრაფიკულად, რომლებიც აჩვენებენ ელექტრონების განაწილებას არა მხოლოდ დონეებსა და ქვედონეებზე, არამედ ორბიტალებზეც, რომლებიც მითითებულია მართკუთხედით. ქვედონეები იყოფა კვანტურ უჯრედებად.

თავისუფალი კვანტური უჯრედი

უჯრედი დაუწყვილებელი ელექტრონით

უჯრედი დაწყვილებული ელექტრონებით

s-ქვედონეზე არის ერთი კვანტური უჯრედი.

p-ქვედონეზე არის 3 კვანტური უჯრედი.

d-ქვედონეზე არის 5 კვანტური უჯრედი.

f-ქვედონეზე არის 7 კვანტური უჯრედი.

განისაზღვრება ელექტრონების განაწილება ატომებში პაულის პრინციპიდა ჰუნდის წესი. პაულის პრინციპის მიხედვით: ატომს არ შეიძლება ჰქონდეს ელექტრონები ოთხივე კვანტური რიცხვის ერთნაირი მნიშვნელობებით.პაულის პრინციპის შესაბამისად, ენერგეტიკულ უჯრედს შეიძლება ჰქონდეს ერთი, ან მაქსიმუმ ორი, საპირისპირო სპინების მქონე ელექტრონი. უჯრედების შევსება ხდება ჰუნდის პრინციპის მიხედვით, რომლის მიხედვითაც ელექტრონები ჯერ სათითაოდ განლაგებულია თითოეულ ცალკეულ უჯრედში, შემდეგ, როდესაც მოცემული ქვედონის ყველა უჯრედი დაიკავებს, იწყება ელექტრონების დაწყვილება.

ატომური ელექტრონული ორბიტალების შევსების თანმიმდევრობა განისაზღვრება ვ. კლეჩკოვსკის წესებით, ჯამიდან გამომდინარე (n + ლ):

პირველ რიგში, ივსება ის ქვედონეები, რომლებისთვისაც ეს თანხა უფრო მცირეა;

ჯამის იგივე მნიშვნელობებისთვის (n + ლ) ჯერ ივსება ქვედა მნიშვნელობის მქონე ქვედონე ნ.

Მაგალითად:

ა) განიხილეთ ქვედონეების 3d და 4s შევსება. განვსაზღვროთ ჯამი (n + ლ):

y 3d (n + ლ) = 3 + 2 = 5, y 4s (n + ლ) = 4 + 0 = 4, ამიტომ ჯერ ივსება 4s ქვედონე, შემდეგ კი 3D ქვედონე.

ბ) ქვედონეებისთვის 3d, 4p, 5s მნიშვნელობების ჯამი (n + ლ) = 5. კლეჩკოვსკის წესის შესაბამისად, შევსება იწყება n-ის უფრო მცირე მნიშვნელობით, ე.ი. 3d → 4p → 5s. ენერგიის დონეებისა და ატომების ქვედონეების ელექტრონებით შევსება ხდება შემდეგი თანმიმდევრობით: ვალენტობა n = 2 n = 1

Be-ს აქვს ელექტრონების დაწყვილებული წყვილი 2s 2 ქვედონეზე. გარედან ენერგიის მიწოდებისთვის, ელექტრონების ეს წყვილი შეიძლება განცალკევდეს და ატომის ვალენტობა გახდეს. ამ შემთხვევაში, ელექტრონი გადადის ერთი ქვედონედან მეორე ქვედონეზე. ამ პროცესს ე.წ ელექტრონის აგზნება.გრაფიკული ფორმულა იყავით აღგზნებულ მდგომარეობაში ასე გამოიყურება:

და ვალენტობა არის 2.

ელემენტების პერიოდულ სისტემაში ნახშირბადი მეორე პერიოდშია IVA ჯგუფში. ნახშირბადის ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია ls 2 2s 2 2p 2 .როდესაც ის აღფრთოვანებულია, ადვილად მიიღწევა ელექტრონული მდგომარეობა, რომელშიც არის ოთხი დაუწყვილებელი ელექტრონი ოთხ გარე ატომურ ორბიტალში:

ეს განმარტავს, თუ რატომ არის ნაერთებში ნახშირბადი, როგორც წესი, ოთხვალენტიანი. ნახშირბადის ატომში ვალენტური ელექტრონების რაოდენობის თანასწორობა ვალენტურ ორბიტალებთან, ისევე როგორც ბირთვის მუხტისა და ატომის რადიუსის უნიკალური თანაფარდობა, აძლევს მას თანაბრად ადვილად მიმაგრების და ელექტრონების დათმობის შესაძლებლობას. პარტნიორის თვისებებიდან გამომდინარე (ნაწილი 9.3.1). შედეგად, ნახშირბადს ახასიათებს სხვადასხვა ჟანგვის მდგომარეობები -4-დან +4-მდე და მისი ატომური ორბიტალების ჰიბრიდიზაციის სიმარტივე ტიპის მიხედვით. sp 3, sp 2და sp 1ქიმიური ობლიგაციების ფორმირებისას (ნაწილი 2.1.3):

ეს ყველაფერი ნახშირბადს აძლევს შესაძლებლობას შექმნას ერთჯერადი, ორმაგი და სამმაგი ბმები არა მხოლოდ ერთმანეთთან, არამედ სხვა ორგანული ელემენტების ატომებთანაც. ამ შემთხვევაში წარმოქმნილ მოლეკულებს შეიძლება ჰქონდეთ წრფივი, განშტოებული ან ციკლური სტრუქტურა.

ნახშირბადის ატომების მონაწილეობით წარმოქმნილი საერთო ელექტრონების - MO-ების მობილურობის გამო, ისინი გადაადგილდებიან უფრო ელექტროუარყოფითი ელემენტის ატომისკენ (ინდუქციური ეფექტი), რაც იწვევს არა მხოლოდ ამ ბმის, არამედ მოლეკულის პოლარობასაც. მთლიანი. თუმცა, ნახშირბადი, საშუალო ელექტრონეგატიურობის მნიშვნელობის გამო (0E0 = 2,5), აყალიბებს სუსტ პოლარულ კავშირებს სხვა ორგანული ელემენტების ატომებთან (ცხრილი 12.1). თუ მოლეკულებში არის კონიუგირებული ბმების სისტემები (ნაწილი 2.1.3), მოძრავი ელექტრონების (MO) და მარტოხელა ელექტრონული წყვილების დელოკალიზაცია ხდება ამ სისტემებში ელექტრონების სიმკვრივისა და ბმის სიგრძის გათანაბრებასთან ერთად.

ნაერთების რეაქტიულობის თვალსაზრისით, ბმების პოლარიზებადობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს (ნაწილი 2.1.3). რაც უფრო დიდია ბმის პოლარიზება, მით უფრო მაღალია მისი რეაქტიულობა. ნახშირბადის შემცველი ბმების პოლარიზებადობის დამოკიდებულება მათ ბუნებაზე აისახება შემდეგ სერიებში:

ნახშირბადის შემცველი ბმების თვისებების შესახებ ყველა განხილული მონაცემი მიუთითებს იმაზე, რომ ნაერთებში ნახშირბადი ქმნის, ერთი მხრივ, საკმაოდ ძლიერ კოვალენტურ კავშირებს ერთმანეთთან და სხვა ორგანოგენებთან, ხოლო მეორეს მხრივ, ამ ბმების საერთო ელექტრონული წყვილია. საკმაოდ ლაბილური. შედეგად, შეიძლება მოხდეს ამ ობლიგაციების რეაქტიულობის ზრდა და სტაბილიზაცია. ნახშირბადის შემცველი ნაერთების სწორედ ეს თვისებები აქცევს ნახშირბადს ნომერ პირველ ორგანოგენად.

ნახშირბადის ნაერთების მჟავა-ტუტოვანი თვისებები.ნახშირბადის მონოქსიდი (4) არის მჟავე ოქსიდი, ხოლო მისი შესაბამისი ჰიდროქსიდი - ნახშირმჟავა H2CO3 - სუსტი მჟავაა. ნახშირბადის მონოქსიდის (4) მოლეკულა არაპოლარულია და, შესაბამისად, წყალში ცუდად ხსნადი (0,03 მოლ/ლ 298 კ ტემპერატურაზე). ამ შემთხვევაში, ჯერ ხსნარში წარმოიქმნება ჰიდრატი CO2 H2O, რომელშიც CO2 მდებარეობს წყლის მოლეკულების ასოციაციის ღრუში, შემდეგ კი ეს ჰიდრატი ნელა და შექცევად გადაიქცევა H2CO3-ში. წყალში გახსნილი ნახშირბადის მონოქსიდის (4) უმეტესი ნაწილი ჰიდრატის სახითაა.

ორგანიზმში, სისხლის წითელ უჯრედებში, ფერმენტ კარბოანჰიდრაზას მოქმედებით, წონასწორობა CO2 ჰიდრატ H2O-სა და H2CO3-ს შორის ძალიან სწრაფად მყარდება. ეს საშუალებას გვაძლევს უგულებელვყოთ CO2-ის არსებობა ჰიდრატის სახით ერითროციტში, მაგრამ არა სისხლის პლაზმაში, სადაც არ არის კარბოანჰიდრაზა. შედეგად მიღებული H2CO3 ფიზიოლოგიურ პირობებში იშლება ჰიდროკარბონატულ ანიონთან, ხოლო უფრო ტუტე გარემოში კარბონატულ ანიონთან:

ნახშირბადის მჟავა არსებობს მხოლოდ ხსნარში. იგი ქმნის მარილების ორ სერიას - ჰიდროკარბონატებს (NaHCO3, Ca(HC0 3)2) და კარბონატებს (Na2CO3, CaCO3). ჰიდროკარბონატები წყალში უფრო ხსნადია, ვიდრე კარბონატები. წყალხსნარებში ნახშირმჟავას მარილები, განსაკუთრებით კარბონატები, ადვილად ჰიდროლიზდება ანიონში, რაც ქმნის ტუტე გარემოს:

ნივთიერებები, როგორიცაა საცხობი სოდა NaHC03; ცარცი CaCO3, თეთრი მაგნეზია 4MgC03 *Mg(OH)2*H2O, ჰიდროლიზირებულია ტუტე გარემოს შესაქმნელად, გამოიყენება როგორც ანტაციდები (მჟავას ნეიტრალიზატორები) კუჭის წვენის მომატებული მჟავიანობის შესამცირებლად:

ნახშირმჟავას და ბიკარბონატის იონის (H2CO3, HCO3(-)) კომბინაცია ქმნის ბიკარბონატულ ბუფერულ სისტემას (სექცია 8.5) - სისხლის პლაზმის მშვენიერი ბუფერული სისტემა, რომელიც უზრუნველყოფს სისხლის მუდმივ pH-ს pH = 7.40 ± 0.05.

კალციუმის და მაგნიუმის ჰიდროკარბონატების არსებობა ბუნებრივ წყლებში იწვევს მათ დროებით სიმტკიცეს. როდესაც ასეთი წყალი ადუღდება, მისი სიმტკიცე იხსნება. ეს ხდება HCO3(-) ანიონის ჰიდროლიზის, ნახშირმჟავას თერმული დაშლისა და კალციუმის და მაგნიუმის კათიონების დალექვის გამო უხსნადი ნაერთების CaC03 და Mg(OH)2 სახით:

Mg(OH)2-ის წარმოქმნა გამოწვეულია მაგნიუმის კათიონის სრული ჰიდროლიზით, რაც ამ პირობებში ხდება Mg(0H)2-ის დაბალი ხსნადობის გამო MgC03-თან შედარებით.

სამედიცინო და ბიოლოგიურ პრაქტიკაში ნახშირმჟავას გარდა სხვა ნახშირბადის შემცველ მჟავებთანაც უწევს საქმე. ეს არის უპირველეს ყოვლისა სხვადასხვა ორგანული მჟავების მრავალფეროვნება, ისევე როგორც ჰიდროციანმჟავა HCN. მჟავე თვისებების თვალსაზრისით, ამ მჟავების სიძლიერე განსხვავებულია:

ეს განსხვავებები განპირობებულია მოლეკულაში ატომების ურთიერთგავლენით, დისოციაციის ბმის ბუნებით და ანიონის სტაბილურობით, ანუ მუხტის დელოკალიზაციის უნარით.

ჰიდროციანმჟავა, ან წყალბადის ციანიდი, HCN - უფერო, ძლიერ აქროლადი სითხე (T kip = 26 °C) მწარე ნუშის სუნით, წყალთან შერევა ნებისმიერი თანაფარდობით. წყალხსნარებში ის იქცევა როგორც ძალიან სუსტი მჟავა, რომლის მარილებს ციანიდები ეწოდება. ტუტე და მიწის ტუტე ლითონების ციანიდები წყალში ხსნადია, მაგრამ ისინი ჰიდროლიზდებიან ანიონში, რის გამოც მათ წყალხსნარებს ჰიდროციანმჟავას სუნი აქვს (მწარე ნუშის სუნი) და აქვს pH > 12:

ჰაერში CO2-ის გახანგრძლივებული ზემოქმედებით ციანიდი იშლება და გამოიყოფა ჰიდროციანმჟავას:

ამ რეაქციის შედეგად კალიუმის ციანიდი (კალიუმის ციანიდი) და მისი ხსნარები კარგავს ტოქსიკურობას ხანგრძლივი შენახვისას. ციანიდის ანიონი ერთ-ერთი ყველაზე ძლიერი არაორგანული შხამია, რადგან ის არის აქტიური ლიგანდი და ადვილად აყალიბებს სტაბილურ კომპლექსურ ნაერთებს Fe 3+ და Cu2(+) შემცველი ფერმენტებით, როგორც კომპლექსური იონები (სექტ. 10.4).

რედოქსის თვისებები.ვინაიდან ნაერთებში ნახშირბადს შეუძლია გამოავლინოს ნებისმიერი დაჟანგვის მდგომარეობა -4-დან +4-მდე, რეაქციის დროს თავისუფალ ნახშირბადს შეუძლია შეწიროს და მოიპოვოს ელექტრონები, მოქმედებს როგორც შემამცირებელი ან ჟანგვის აგენტი, შესაბამისად, მეორე რეაგენტის თვისებებიდან გამომდინარე:

როდესაც ძლიერი ჟანგვის აგენტები ურთიერთქმედებენ ორგანულ ნივთიერებებთან, შეიძლება მოხდეს ამ ნაერთების ნახშირბადის ატომების არასრული ან სრული დაჟანგვა.

ანაერობული დაჟანგვის პირობებში ჟანგბადის ნაკლებობით ან არარსებობით, ორგანული ნაერთის ნახშირბადის ატომები, ამ ნაერთებში ჟანგბადის ატომების შემცველობიდან და გარე პირობებიდან გამომდინარე, შეიძლება გადაიზარდოს C0 2, CO, C და თუნდაც CH 4 და სხვა. ორგანოგენები გადაიქცევა H2O, NH3 და H2S.

ორგანიზმში ორგანული ნაერთების სრული დაჟანგვა ჟანგბადით ოქსიდაზას ფერმენტების თანდასწრებით (აერობული დაჟანგვა) აღწერილია განტოლებით:

ჟანგვის რეაქციების მოცემული განტოლებიდან ირკვევა, რომ ორგანულ ნაერთებში მხოლოდ ნახშირბადის ატომები ცვლის ჟანგვის მდგომარეობას, ხოლო სხვა ორგანოგენების ატომები ინარჩუნებენ ჟანგვის მდგომარეობას.

ჰიდროგენიზაციის რეაქციების დროს, ანუ წყალბადის (შემმცირებელი აგენტის) დამატებით მრავალ კავშირში, ნახშირბადის ატომები, რომლებიც ქმნიან მას, ამცირებენ ჟანგვის მდგომარეობას (მოქმედებენ როგორც ჟანგვის აგენტები):

ორგანული ჩანაცვლების რეაქციები ახალი ნახშირბადთაშორისი ბმის გაჩენით, მაგალითად, ვურცის რეაქციაში, ასევე არის რედოქსული რეაქციები, რომლებშიც ნახშირბადის ატომები მოქმედებენ როგორც ჟანგვის აგენტები, ხოლო ლითონის ატომები მოქმედებენ როგორც შემცირების აგენტები:

მსგავსი რამ შეინიშნება ორგანული მეტალის ნაერთების წარმოქმნის რეაქციებში:

ამავდროულად, ალკილირების რეაქციებში ახალი ნახშირბადთაშორისი ბმის წარმოქმნით, ჟანგვის და რედუქტორის როლს ასრულებენ სუბსტრატისა და რეაგენტის ნახშირბადის ატომები, შესაბამისად:

პოლარული რეაგენტის სუბსტრატში დამატების რეაქციების შედეგად ნახშირბადთაშორისი ბმის მეშვეობით, ნახშირბადის ერთ-ერთი ატომი აქვეითებს ჟანგვის მდგომარეობას, ავლენს ჟანგვის აგენტის თვისებებს, ხოლო მეორე ზრდის ჟანგვის ხარისხს, მოქმედებს როგორც შემცირების აგენტი:

ამ შემთხვევებში ხდება სუბსტრატის ნახშირბადის ატომების ინტრამოლეკულური დაჟანგვა-აღდგენითი რეაქცია, ანუ პროცესი. დაშლა,რეაგენტის გავლენის ქვეშ, რომელიც არ ავლენს რედოქს თვისებებს.

ორგანული ნაერთების ინტრამოლეკულური დისმუტაციის ტიპიური რეაქციები მათი ნახშირბადის ატომების გამო არის ამინომჟავების ან კეტო მჟავების დეკარბოქსილირების რეაქციები, აგრეთვე ორგანული ნაერთების გადაწყობის და იზომერიზაციის რეაქციები, რომლებიც განხილულ იქნა განყოფილებაში. 9.3. ორგანული რეაქციების მოყვანილი მაგალითები, აგრეთვე რეაქციები სექტ. 9.3 დამაჯერებლად მიუთითებს, რომ ორგანულ ნაერთებში ნახშირბადის ატომები შეიძლება იყოს როგორც ჟანგვის აგენტები, ასევე შემცირების აგენტები.

ნახშირბადის ატომი ნაერთში- ჟანგვის აგენტი, თუ რეაქციის შედეგად იზრდება მისი ობლიგაციების რაოდენობა ნაკლებად ელექტროუარყოფითი ელემენტების ატომებთან (წყალბადი, ლითონები), რადგან ამ ობლიგაციების საერთო ელექტრონების თავისკენ მიზიდვით, ნახშირბადის ატომი ამცირებს მის დაჟანგვას. სახელმწიფო.

ნახშირბადის ატომი ნაერთში- შემცირების აგენტი, თუ რეაქციის შედეგად იზრდება მისი ბმების რაოდენობა უფრო ელექტროუარყოფითი ელემენტების ატომებთან.(C, O, N, S), რადგან ამ ობლიგაციების საერთო ელექტრონების განდევნით, ნახშირბადის ატომი ზრდის მის ჟანგვის მდგომარეობას.

ამრიგად, ორგანულ ქიმიაში მრავალი რეაქცია, ნახშირბადის ატომების რედოქსის ორმაგობის გამო, რედოქსია. თუმცა, არაორგანული ქიმიის მსგავსი რეაქციებისგან განსხვავებით, ელექტრონების გადანაწილებას ჟანგვის აგენტსა და ორგანულ ნაერთებში აღმდგენი აგენტს შორის შეიძლება მხოლოდ ახლდეს ქიმიური ბმის საერთო ელექტრონული წყვილის გადაადგილება ატომში, რომელიც მოქმედებს როგორც ჟანგვის აგენტი. ამ შემთხვევაში, ეს კავშირი შეიძლება შენარჩუნდეს, მაგრამ ძლიერი პოლარიზაციის შემთხვევაში შეიძლება დაირღვეს.

ნახშირბადის ნაერთების კომპლექსური თვისებები.ნაერთებში ნახშირბადის ატომს არ აქვს მარტოხელა ელექტრონული წყვილი და, შესაბამისად, მხოლოდ ნახშირბადის ნაერთებს, რომლებიც შეიცავს მრავალ კავშირს მისი მონაწილეობით, შეუძლიათ ლიგანდების როლი. კომპლექსური წარმოქმნის პროცესებში განსაკუთრებით აქტიურია ნახშირბადის მონოქსიდის (2) პოლარული სამმაგი ბმის ელექტრონები და ჰიდროციანმჟავას ანიონი.

ნახშირბადის მონოქსიდის მოლეკულაში (2), ნახშირბადის და ჟანგბადის ატომები ქმნიან ერთ და ერთ ბმას მათი ორი 2p-ატომური ორბიტალის ურთიერთგადახურვის გამო გაცვლის მექანიზმის მიხედვით. მესამე ბმა, ანუ მეორე ბმა, ფორმირდება დონორ-აქცეპტორი მექანიზმის მიხედვით. მიმღები არის ნახშირბადის ატომის თავისუფალი 2p ატომური ორბიტალი, ხოლო დონორი არის ჟანგბადის ატომი, რომელიც უზრუნველყოფს ელექტრონების მარტოხელა წყვილს 2p ორბიტალიდან:

ბმის გაზრდილი თანაფარდობა უზრუნველყოფს ამ მოლეკულას მაღალ სტაბილურობასა და ინერტულობას ნორმალურ პირობებში მჟავა-ტუტოვანი (CO არის მარილის არწარმომქმნელი ოქსიდი) და რედოქსის თვისებები (CO არის შემცირების აგენტი T > 1000 K). ამავდროულად, ის აქცევს მას აქტიურ ლიგანდ კომპლექსურ რეაქციებში d-მეტალების ატომებთან და კატიონებთან, უპირველეს ყოვლისა რკინით, რომლითაც იგი ქმნის რკინის პენტაკარბონილს, აქროლად ტოქსიკურ სითხეს:

d-მეტალის კათიონებთან რთული ნაერთების წარმოქმნის უნარი არის ცოცხალი სისტემებისთვის ნახშირბადის მონოქსიდის (H) ტოქსიკურობის მიზეზი (განყოფილება. 10.4) შექცევადი რეაქციების წარმოქმნის გამო ჰემოგლობინთან და ოქსიჰემოგლობინთან, რომელიც შეიცავს Fe 2+ კატიონს, კარბოქსიჰემოგლობინის წარმოქმნით:

ეს წონასწორობა გადადის კარბოქსიჰემოგლობინის ННbСО წარმოქმნისკენ, რომლის სტაბილურობა 210-ჯერ აღემატება ოქსიჰემოგლობინის ННbО2-ს. ეს იწვევს სისხლში კარბოქსიჰემოგლობინის დაგროვებას და, შესაბამისად, ჟანგბადის გადატანის უნარის დაქვეითებას.

ჰიდროციანმჟავას ანიონი CN- ასევე შეიცავს ადვილად პოლარიზებად ელექტრონებს, რის გამოც ის ეფექტურად აყალიბებს კომპლექსებს d- ლითონებთან, მათ შორის სიცოცხლის ლითონებთან, რომლებიც ფერმენტების ნაწილია. ამიტომ, ციანიდები ძალიან ტოქსიკური ნაერთებია (ნაწილი 10.4).

ნახშირბადის ციკლი ბუნებაში.ნახშირბადის ციკლი ბუნებაში ძირითადად ემყარება ნახშირბადის დაჟანგვისა და შემცირების რეაქციებს (ნახ. 12.3).

მცენარეები ითვისებენ (1) ნახშირბადის მონოქსიდს (4) ატმოსფეროდან და ჰიდროსფეროდან. მცენარეული მასის ნაწილს მოიხმარენ (2) ადამიანები და ცხოველები. ცხოველების სუნთქვა და მათი ნარჩენების დაშლა (3), ასევე მცენარეების სუნთქვა, მკვდარი მცენარეების გახრწნა და ხის წვა (4) აბრუნებს CO2-ს ატმოსფეროში და ჰიდროსფეროში. მცენარეების (5) და ცხოველების (6) ნაშთების მინერალიზაციის პროცესი ტორფის, წიაღისეული ნახშირის, ნავთობის, გაზის წარმოქმნით იწვევს ნახშირბადის ბუნებრივ რესურსებში გადასვლას. მჟავა-ტუტოვანი რეაქციები (7) მოქმედებს იმავე მიმართულებით, მიმდინარეობს CO2-სა და სხვადასხვა ქანებს შორის კარბონატების (საშუალო, მჟავე და ძირითადი) წარმოქმნით:

ციკლის ეს არაორგანული ნაწილი იწვევს CO2-ის დაკარგვას ატმოსფეროში და ჰიდროსფეროში. ადამიანის საქმიანობა ნახშირის, ნავთობის, გაზის (8), შეშის (4) წვასა და გადამუშავებაში, პირიქით, უხვად ამდიდრებს გარემოს ნახშირბადის მონოქსიდით (4). დიდი ხნის განმავლობაში იყო დარწმუნებული, რომ ფოტოსინთეზის წყალობით, CO2-ის კონცენტრაცია ატმოსფეროში მუდმივი რჩება. თუმცა, ამჟამად ატმოსფეროში CO2-ის შემცველობის ზრდა ადამიანის აქტივობის გამო არ ანაზღაურდება მისი ბუნებრივი შემცირებით. CO2-ის მთლიანი გამოყოფა ატმოსფეროში ექსპონენტურად იზრდება წელიწადში 4-5%-ით. გამოთვლების მიხედვით, 2000 წელს CO2 შემცველობა ატმოსფეროში 0,03%-ის ნაცვლად მიაღწევს დაახლოებით 0,04%-ს (1990 წ.).

ნახშირბადის შემცველი ნაერთების თვისებებისა და მახასიათებლების განხილვის შემდეგ, კიდევ ერთხელ უნდა აღინიშნოს ნახშირბადის წამყვანი როლი.

ბრინჯი. 12.3.ნახშირბადის ციკლი შიგნით ბუნება

ორგანოგენი No1: პირველ რიგში, ნახშირბადის ატომები ქმნიან ორგანული ნაერთების მოლეკულების ჩონჩხს; მეორეც, ნახშირბადის ატომები მთავარ როლს ასრულებენ რედოქს პროცესებში, რადგან ყველა ორგანოგენის ატომებს შორის, ეს არის ნახშირბადი, რომელიც ყველაზე მეტად ახასიათებს რედოქს ორმაგობას. ორგანული ნაერთების თვისებების შესახებ დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ მოდული IV „ბიოორგანული ქიმიის საფუძვლები“.

IVA ჯგუფის p-ელემენტების ზოგადი მახასიათებლები და ბიოლოგიური როლი.ნახშირბადის ელექტრონული ანალოგები IVA ჯგუფის ელემენტებია: სილიციუმი Si, გერმანიუმი Ge, კალა Sn და ტყვიის Pb (იხ. ცხრილი 1.2). ამ ელემენტების ატომების რადიუსი ბუნებრივად იზრდება ატომური რიცხვის ზრდასთან ერთად და მათი იონიზაციის ენერგია და ელექტრონეგატიურობა ბუნებრივად მცირდება (ნაწილი 1.3). მაშასადამე, ჯგუფის პირველი ორი ელემენტი: ნახშირბადი და სილიციუმი ტიპიური არამეტალებია, ხოლო გერმანიუმი, კალა და ტყვია მეტალებია, რადგან მათ ყველაზე მეტად ახასიათებთ ელექტრონების დაკარგვა. სერიაში Ge - Sn - Pb იზრდება მეტალის თვისებები.

რედოქსის თვისებების თვალსაზრისით, ელემენტები C, Si, Ge, Sn და Pb ნორმალურ პირობებში საკმაოდ სტაბილურია ჰაერისა და წყლის მიმართ (ლითონები Sn და Pb - ზედაპირზე ოქსიდის ფირის წარმოქმნის გამო. ). ამავდროულად, ტყვიის ნაერთები (4) ძლიერი ჟანგვის აგენტებია:

კომპლექსური თვისებები ყველაზე მეტად ახასიათებს ტყვიას, რადგან მისი Pb 2+ კათიონები ძლიერი კომპლექსური აგენტებია IVA ჯგუფის სხვა p-ელემენტების კატიონებთან შედარებით. ტყვიის კათიონები ქმნიან ძლიერ კომპლექსებს ბიოლიგანდებთან.

IVA ჯგუფის ელემენტები მკვეთრად განსხვავდება როგორც სხეულში შინაარსით, ასევე ბიოლოგიური როლით. ნახშირბადი ფუნდამენტურ როლს ასრულებს სხეულის ცხოვრებაში, სადაც მისი შემცველობა დაახლოებით 20% -ს შეადგენს. სხვა ჯგუფის IVA ელემენტების შემცველობა ორგანიზმში 10 -6 -10 -3% ფარგლებშია. ამავდროულად, თუ სილიციუმი და გერმანიუმი უდავოდ მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ სხეულის ცხოვრებაში, მაშინ კალა და განსაკუთრებით ტყვია ტოქსიკურია. ამრიგად, IVA ჯგუფის ელემენტების ატომური მასის მატებასთან ერთად, იზრდება მათი ნაერთების ტოქსიკურობა.

ქვანახშირის ან სილიციუმის დიოქსიდის SiO2 ნაწილაკებისგან შემდგარი მტვერი ფილტვებში სისტემატიურად მოხვედრისას იწვევს დაავადებებს - პნევმოკონიოზს. ქვანახშირის მტვრის შემთხვევაში ეს არის ანთრაკოზი, მაღაროელების პროფესიული დაავადება. Si02-ის შემცველი მტვრის ჩასუნთქვისას წარმოიქმნება სილიკოზი. პნევმოკონიოზის განვითარების მექანიზმი ჯერ არ არის დადგენილი. ვარაუდობენ, რომ სილიკატური ქვიშის მარცვლების ბიოლოგიურ სითხეებთან ხანგრძლივი კონტაქტის დროს გელის მსგავს მდგომარეობაში წარმოიქმნება პოლისილიციუმის მჟავა Si02 yH2O, რომლის დალექვა უჯრედებში იწვევს მათ სიკვდილს.

ტყვიის ტოქსიკური მოქმედება კაცობრიობისთვის ცნობილია დიდი ხნის განმავლობაში. ჭურჭლისა და წყლის მილების დასამზადებლად ტყვიის გამოყენებამ გამოიწვია ადამიანების მასიური მოწამვლა. ამჟამად, ტყვია კვლავ რჩება გარემოს ერთ-ერთ მთავარ დამაბინძურებელად, ვინაიდან ტყვიის ნაერთების გამოყოფა ატმოსფეროში ყოველწლიურად 400 000 ტონაზე მეტს შეადგენს. ტყვია ძირითადად ჩონჩხში გროვდება ცუდად ხსნადი ფოსფატის Pb3(PO4)2 სახით, ხოლო ძვლების დემინერალიზაციისას მას აქვს რეგულარული ტოქსიკური მოქმედება სხეულზე. ამიტომ ტყვია კლასიფიცირდება როგორც კუმულაციური შხამი. ტყვიის ნაერთების ტოქსიკურობა, პირველ რიგში, დაკავშირებულია მის კომპლექსურ თვისებებთან და ბიოლიგანდებთან, განსაკუთრებით მათთან, რომლებიც შეიცავს სულფჰიდრილ ჯგუფებს (-SH):

ტყვიის იონების რთული ნაერთების წარმოქმნა ცილებთან, ფოსფოლიპიდებთან და ნუკლეოტიდებთან იწვევს მათ დენატურაციას. ხშირად ტყვიის იონები აინჰიბირებენ EM 2+ მეტალოფერმენტებს, ანაცვლებენ მათგან სიცოცხლის მეტალის კატიონებს:

ტყვია და მისი ნაერთები შხამებია, რომლებიც ძირითადად მოქმედებს ნერვულ სისტემაზე, სისხლძარღვებსა და სისხლზე. ამავდროულად, ტყვიის ნაერთები გავლენას ახდენენ ცილების სინთეზზე, უჯრედების ენერგეტიკულ ბალანსზე და მათ გენეტიკურ აპარატზე.

მედიცინაში შემკვრელ საშუალებად გამოიყენება შემდეგი გარეგანი ანტისეპტიკები: ტყვიის აცეტატი Pb(CH3COO)2 ZH2O (ტყვიის ლოსიონები) და ტყვიის(2) ოქსიდი PbO (ტყვიის თაბაშირი). ამ ნაერთების ტყვიის იონები რეაგირებენ ცილებთან (ალბუმინთან) მიკრობული უჯრედების და ქსოვილების ციტოპლაზმაში, წარმოქმნიან გელისმაგვარ ალბუმინატებს. გელების წარმოქმნა კლავს მიკრობებს და, გარდა ამისა, ართულებს მათ შეღწევას ქსოვილის უჯრედებში, რაც ამცირებს ადგილობრივ ანთებით პასუხს.

Ნახშირბადის

ᲜᲐᲮᲨᲘᲠᲑᲐᲓᲘᲡ-ა; მ.ქიმიური ელემენტი (C), ბუნებაში არსებული ყველა ორგანული ნივთიერების ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტი. ნახშირბადის ატომები. ნახშირბადის შემცველობის პროცენტი. ნახშირბადის გარეშე სიცოცხლე შეუძლებელია.

◁ ნახშირბადი, ოჰ, ო. Y ატომები.ნახშირბადი, ოჰ, ო. ნახშირბადის შემცველი. უჰ ფოლადი.

ნახშირბადის

(ლათ. Carboneum), პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ქიმიური ელემენტი. ბროლის ძირითადი მოდიფიკაციებია ბრილიანტი და გრაფიტი. ნორმალურ პირობებში ნახშირბადი ქიმიურად ინერტულია; მაღალ ტემპერატურაზე ის აერთიანებს ბევრ ელემენტს (ძლიერი შემცირების აგენტი). ნახშირბადის შემცველობა დედამიწის ქერქში არის 6,5 10 16 ტონა ნახშირბადის მნიშვნელოვანი რაოდენობა (დაახლოებით 10 13 ტონა) შედის წიაღისეული საწვავის შემადგენლობაში (ქვანახშირი, ბუნებრივი აირი, ნავთობი და სხვ.), ასევე შემადგენლობაში. ატმოსფერული ნახშირორჟანგი (6 10 11 ტ) და ჰიდროსფერო (10 14 ტ). ძირითადი ნახშირბადის შემცველი მინერალებია კარბონატები. ნახშირბადს აქვს უნიკალური უნარი შექმნას ნაერთების დიდი რაოდენობა, რომელიც შეიძლება შედგებოდეს ნახშირბადის ატომების თითქმის შეუზღუდავი რაოდენობით. ნახშირბადის ნაერთების მრავალფეროვნებამ განსაზღვრა ქიმიის ერთ-ერთი მთავარი დარგის - ორგანული ქიმიის გაჩენა. ნახშირბადი ბიოგენური ელემენტია; მისი ნაერთები განსაკუთრებულ როლს თამაშობენ მცენარეული და ცხოველური ორგანიზმების სიცოცხლეში (ნახშირბადის საშუალო შემცველობა - 18%). ნახშირბადი ფართოდ არის გავრცელებული კოსმოსში; მზეზე იგი მე-4 ადგილზეა წყალბადის, ჰელიუმის და ჟანგბადის შემდეგ.

ᲜᲐᲮᲨᲘᲠᲑᲐᲓᲘᲡ

CARBON (ლათინური Carboneum, საწყისი carbo - ნახშირი), C (წაიკითხეთ "ce"), ქიმიური ელემენტი ატომური ნომრით 6, ატომური წონა 12.011. ბუნებრივი ნახშირბადი შედგება ორი სტაბილური ნუკლიდისაგან: 12 C, 98,892% მასის მიხედვით და 13 C - 1,108%. ნუკლიდების ბუნებრივ ნარევში რადიოაქტიური ნუკლიდი 14 C (b - ემიტერი, ნახევარგამოყოფის პერიოდი 5730 წელი) ყოველთვის არის უმნიშვნელო რაოდენობით. ის მუდმივად წარმოიქმნება ატმოსფეროს ქვედა ფენებში კოსმოსური გამოსხივების ნეიტრონების მოქმედებით აზოტის იზოტოპზე 14 N:
14 7 N + 1 0 n = 14 6 C + 1 1 H.
ნახშირბადი განლაგებულია IVA ჯგუფში, პერიოდული ცხრილის მეორე პერიოდში. ატომის გარე ელექტრონული ფენის კონფიგურაცია ფუძე მდგომარეობაში 2 ს 2 გვ 2 . ყველაზე მნიშვნელოვანი ჟანგვის მდგომარეობაა +2 +4, –4, IV და II ვალენტობა.
ნეიტრალური ნახშირბადის ატომის რადიუსია 0,077 ნმ. C 4+ იონის რადიუსი არის 0,029 ნმ (კოორდინაციის ნომერი 4), 0,030 ნმ (კოორდინაციის ნომერი 6). ნეიტრალური ატომის თანმიმდევრული იონიზაციის ენერგიებია 11.260, 24.382, 47.883, 64.492 და 392.09 eV. ელექტრონეგატიურობა პაულინგის მიხედვით (სმ.პაულინგ ლინუსი) 2,5.
ისტორიული ცნობა
ნახშირბადი ცნობილია უძველესი დროიდან. ნახშირი გამოიყენებოდა მადნებიდან ლითონების მოსაპოვებლად, ალმასიდან (სმ.ალმასი (მინერალი))- ძვირფასი ქვავით. 1789 წელს ფრანგმა ქიმიკოსმა A.L. Lavoisier (სმ.ლავუაზიერი ანტუან ლორანი)დაასკვნა ნახშირბადის ელემენტარული ბუნების შესახებ.
სინთეტიკური ბრილიანტები პირველად 1953 წელს მიიღეს შვედმა მკვლევარებმა, მაგრამ მათ ვერ მოახერხეს შედეგების გამოქვეყნება. 1954 წლის დეკემბერში მიიღეს ხელოვნური ბრილიანტები, ხოლო 1955 წლის დასაწყისში General Electric-ის თანამშრომლებმა გამოაქვეყნეს შედეგები. (სმ. GENERAL ELECTRIC)
სსრკ-ში ხელოვნური ბრილიანტები პირველად 1960 წელს მიიღეს მეცნიერთა ჯგუფმა ვ.ნ.ბაკულისა და ლ.ფ.ვერეშჩაგინის ხელმძღვანელობით. (სმ.ვერეშჩაგინი ლეონიდ ფედოროვიჩი) .
1961 წელს საბჭოთა ქიმიკოსთა ჯგუფმა V.V. Korshak-ის ხელმძღვანელობით მოახდინა ნახშირბადის - კარბინის ხაზოვანი მოდიფიკაციის სინთეზირება. მალევე კარაბინი აღმოაჩინეს რისის მეტეორიტის კრატერში (გერმანია). 1969 წელს, სსრკ-ში, ულვაშის მსგავსი ალმასის კრისტალები სინთეზირებული იყო ჩვეულებრივი წნევით, მაღალი სიმტკიცის მქონე და პრაქტიკულად დეფექტების გარეშე.
1985 წელს კროტო (სმ.საყვარელი ჰაროლდი)აღმოაჩინა ნახშირბადის ახალი ფორმა - ფულერენი (სმ.ფულერენი) C 60 და C 70 ლაზერული დასხივების დროს აორთქლებული გრაფიტის მასის სპექტრში. მაღალი წნევის დროს მიიღეს ლონსდალეიტი.
ბუნებაში ყოფნა
დედამიწის ქერქის შემცველობა წონით 0,48%-ია. გროვდება ბიოსფეროში: ცოცხალ ნივთიერებაში 18% ნახშირი, ხეში 50%, ტორფი 62%, ბუნებრივი წვადი აირები 75%, ნავთობის ფიქალი 78%, მყარი და ყავისფერი ქვანახშირი 80%, ზეთი 85%, ანტრაციტი 96%. ლითოსფეროს ნახშირის მნიშვნელოვანი ნაწილი კონცენტრირებულია კირქვებში და დოლომიტებში. ნახშირბადი +4 დაჟანგვის მდგომარეობაში არის კარბონატული ქანების და მინერალების ნაწილი (ცარცი, კირქვა, მარმარილო, დოლომიტი). ნახშირორჟანგი CO 2 (წონის 0,046%) ატმოსფერული ჰაერის მუდმივი კომპონენტია. ნახშირორჟანგი ყოველთვის არის გახსნილი სახით მდინარეების, ტბების და ზღვების წყალში.
ნახშირბადის შემცველი ნივთიერებები აღმოაჩინეს ვარსკვლავების, პლანეტებისა და მეტეორიტების ატმოსფეროში.
ქვითარი
უძველესი დროიდან ნახშირი იწარმოებოდა ხის არასრული წვის შედეგად. მე-19 საუკუნეში ნახშირი მეტალურგიაში ბიტუმიანი ნახშირით (კოქსით) შეიცვალა.
ამჟამად კრეკინგი გამოიყენება სუფთა ნახშირბადის სამრეწველო წარმოებისთვის. (სმ.ბზარი)ბუნებრივი აირი მეთანი (სმ.მეთანი) CH 4:
CH 4 = C + 2H 2
ნახშირი სამკურნალო მიზნებისთვის მზადდება ქოქოსის ნაჭუჭის დაწვით. ლაბორატორიული საჭიროებისთვის სუფთა ნახშირი, რომელიც არ შეიცავს არაწვად მინარევებს, მიიღება შაქრის არასრული წვით.
ფიზიკური და ქიმიური თვისებები
ნახშირბადი არის არალითონი.
ნახშირბადის ნაერთების მრავალფეროვნება აიხსნება მისი ატომების ერთმანეთთან შეკავშირების უნარით, სამგანზომილებიანი სტრუქტურების, შრეების, ჯაჭვებისა და ციკლების ფორმირებით. ცნობილია ნახშირბადის ოთხი ალოტროპული მოდიფიკაცია: ბრილიანტი, გრაფიტი, კარბინი და ფულერიტი. ნახშირი შედგება პაწაწინა კრისტალებისაგან, უწესრიგო გრაფიტის სტრუქტურით. მისი სიმკვრივეა 1,8-2,1 გ/სმ3. ჭვარტლი არის უაღრესად დაფქული გრაფიტი.
ბრილიანტი არის მინერალი კუბური სახეზე ორიენტირებული გისოსით. ალმასში C ატომები მდებარეობს sp 3 -ჰიბრიდული მდგომარეობა. თითოეული ატომი აყალიბებს 4 კოვალენტურ s-ბმას ოთხ მეზობელ C ატომთან, რომლებიც მდებარეობს ტეტრაედრის წვეროებზე, რომელთა ცენტრში არის C ატომი. ტეტრაედრონში ატომებს შორის მანძილი არის 0,154 ნმ. არ არის ელექტრონული გამტარობა, ზოლის უფსკრული არის 5.7 ევ. ყველა მარტივი ნივთიერებიდან ალმასს აქვს ატომების მაქსიმალური რაოდენობა ერთეულ მოცულობაზე. მისი სიმკვრივეა 3,51 გ/სმ 3. . სიმტკიცე მოჰსის მინერალოგიურ შკალაზე (სმ. MOHS SCALE)აღებულია როგორც 10. ალმასის გახეხვა შეიძლება მხოლოდ სხვა ბრილიანტით; მაგრამ ის მყიფეა და დარტყმისთანავე იშლება არარეგულარული ფორმის ნაჭრებად. თერმოდინამიკურად სტაბილურია მხოლოდ მაღალი წნევის დროს. თუმცა, 1800 °C-ზე ალმასის ტრანსფორმაცია გრაფიტად სწრაფად ხდება. გრაფიტის ბრილიანტად გადაქცევა ხდება 2700°C ტემპერატურაზე და 11-12 გპა წნევაზე.
გრაფიტი არის ფენიანი მუქი ნაცრისფერი ნივთიერება ექვსკუთხა ბროლის გისოსებით. თერმოდინამიკურად სტაბილურია ტემპერატურისა და წნევის ფართო დიაპაზონში. შედგება C ატომების რეგულარული ექვსკუთხედებით წარმოქმნილი პარალელური შრეებისაგან.თითოეული ფენის ნახშირბადის ატომები განლაგებულია მეზობელ ფენებში განლაგებული ექვსკუთხედების ცენტრების საპირისპიროდ; ფენების პოზიცია მეორდება ყოველ მეორეზე და თითოეული ფენა გადაადგილებულია მეორესთან შედარებით ჰორიზონტალური მიმართულებით 0,1418 ნმ. ფენის შიგნით, ატომებს შორის ბმები კოვალენტურია, ჩამოყალიბებულია sp 2 -ჰიბრიდული ორბიტალები. ფენებს შორის კავშირებს ახორციელებს სუსტი ვან დერ ვაალსი (სმ.ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება)ძალებს, ამიტომ გრაფიტი ადვილად აქერცლება. ეს მდგომარეობა სტაბილიზირებულია მეოთხე დელოკალიზებული p-ობლიგაციით. გრაფიტს აქვს კარგი ელექტროგამტარობა. გრაფიტის სიმკვრივეა 2,1-2,5 კგ/დმ3.
ყველა ალოტროპული მოდიფიკაციის დროს, ნორმალურ პირობებში, ნახშირბადი ქიმიურად არააქტიურია. ის ქიმიურ რეაქციებში შედის მხოლოდ გაცხელებისას. ამ შემთხვევაში ნახშირბადის ქიმიური აქტივობა მცირდება ჭვარტლი-ნახშირი-გრაფიტი-ბრილიანტის სერიაში. ჰაერში ჭვარტლი ანთებს 300°C-მდე გაცხელებისას, ბრილიანტი - 850-1000°C-ზე. წვის დროს წარმოიქმნება ნახშირორჟანგი CO 2 და CO. CO 2 ნახშირით გახურებით, ასევე მიიღება ნახშირბადის მონოქსიდი (II) CO:
CO 2 + C = 2 CO
C + H 2 O (ზედმეტად გახურებული ორთქლი) = CO + H 2
ნახშირბადის მონოქსიდი C 2 O 3 სინთეზირებულია.
CO 2 არის მჟავე ოქსიდი; ის დაკავშირებულია სუსტ, არასტაბილურ ნახშირბადის მჟავასთან H 2 CO 3, რომელიც არსებობს მხოლოდ ძალიან განზავებულ ცივ წყალხსნარებში. ნახშირმჟავას მარილები - კარბონატები (სმ.კარბონატები)(K 2 CO 3, CaCO 3) და ბიკარბონატები (სმ.ჰიდროკარბონატები)(NaHCO 3, Ca(HCO 3) 2).
წყალბადით (სმ.წყალბადი)გრაფიტი და ნახშირი რეაგირებენ 1200°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე და წარმოქმნიან ნახშირწყალბადების ნარევს. 900°C ტემპერატურაზე ფტორთან ურთიერთქმედებისას წარმოქმნის ფტორნახშირბადის ნაერთების ნარევს. აზოტის ატმოსფეროში ნახშირბადის ელექტროდებს შორის ელექტრული გამონადენის გავლისას მიიღება ციანოგენის გაზი (CN) 2; თუ წყალბადი იმყოფება აირის ნარევში, წარმოიქმნება ჰიდროციანმჟავა HCN. ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე გრაფიტი რეაგირებს გოგირდთან, (სმ.გოგირდი)სილიციუმი, ბორი, ფორმირების კარბიდები - CS 2, SiC, B 4 C.
კარბიდები წარმოიქმნება გრაფიტის ლითონებთან ურთიერთქმედებით მაღალ ტემპერატურაზე: ნატრიუმის კარბიდი Na 2 C 2, კალციუმის კარბიდი CaC 2, მაგნიუმის კარბიდი Mg 2 C 3, ალუმინის კარბიდი Al 4 C 3. ეს კარბიდები ადვილად იშლება წყლის მიერ ლითონის ჰიდროქსიდში და შესაბამის ნახშირწყალბადად:
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 + 3CH 4
გარდამავალი ლითონებით ნახშირბადი აყალიბებს ლითონის მსგავს ქიმიურად მდგრად კარბიდებს, მაგალითად, რკინის კარბიდი (ცემენტიტი) Fe 3 C, ქრომის კარბიდი Cr 2 C 3, ვოლფრამის კარბიდი WC. კარბიდები კრისტალური ნივთიერებებია; ქიმიური ბმის ბუნება შეიძლება განსხვავებული იყოს.
როდესაც თბება, ქვანახშირი ამცირებს ბევრ ლითონს მათი ოქსიდებისგან:
FeO + C = Fe + CO,
2CuO+ C = 2Cu+ CO 2
როდესაც გაცხელდება, ის ამცირებს გოგირდს (VI) გოგირდად (IV) კონცენტრირებული გოგირდის მჟავიდან:
2H 2 SO 4 + C = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
3500°C-ზე და ნორმალურ წნევაზე ნახშირბადი სუბლიმირებულია.
განაცხადი
მსოფლიოში მოხმარებული ენერგიის ყველა ძირითადი წყაროს 90%-ზე მეტი მოდის წიაღისეული საწვავზე. მოპოვებული საწვავის 10% გამოიყენება როგორც ნედლეული ძირითადი ორგანული და ნავთობქიმიური სინთეზისთვის პლასტმასის წარმოებისთვის.
ფიზიოლოგიური მოქმედება
ნახშირბადი არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ბიოგენური ელემენტი, ეს არის ორგანული ნაერთების სტრუქტურული ერთეული, რომელიც მონაწილეობს ორგანიზმების მშენებლობაში და უზრუნველყოფს მათ სასიცოცხლო ფუნქციებს (ბიოპოლიმერები, ვიტამინები, ჰორმონები, შუამავლები და სხვა). ნახშირბადის შემცველობა ცოცხალ ორგანიზმებში მშრალ ნივთიერებაზე არის 34,5-40% წყლის მცენარეებისა და ცხოველებისთვის, 45,4-46,5% ხმელეთის მცენარეებისა და ცხოველებისთვის და 54% ბაქტერიებისთვის. ორგანიზმების სიცოცხლის განმავლობაში, ორგანული ნაერთების ჟანგვითი დაშლა ხდება CO 2-ის გათავისუფლებით გარე გარემოში. Ნახშირორჟანგი (სმ.ᲜᲐᲮᲨᲘᲠᲝᲠᲟᲐᲜᲒᲘ)იხსნება ბიოლოგიურ სითხეებსა და ბუნებრივ წყლებში, მონაწილეობს სიცოცხლისათვის გარემოს ოპტიმალური მჟავიანობის შენარჩუნებაში. CaCO 3-ში შემავალი ნახშირბადი ქმნის მრავალი უხერხემლო ცხოველის ეგზოჩონჩხს და გვხვდება მარჯნებში და კვერცხის ნაჭუჭებში.
სხვადასხვა წარმოების პროცესში ნახშირის, ჭვარტლის, გრაფიტისა და ალმასის ნაწილაკები ატმოსფეროში შედიან და მასში აეროზოლების სახით გვხვდება. ნახშირბადის მტვრის MPC სამუშაო ადგილებში არის 4.0 მგ/მ 3, ნახშირისთვის 10 მგ/მ 3.

ენციკლოპედიური ლექსიკონი. 2009 .

სინონიმები:

ნახეთ, რა არის "ნახშირბადი" სხვა ლექსიკონებში:

ნუკლიდების ცხრილი ზოგადი ინფორმაცია სახელწოდება, სიმბოლო Carbon 14, 14C ალტერნატიული სახელები რადიოკარბონი, რადიოკარბონი ნეიტრონები 8 პროტონები 6 ნუკლიდის თვისებები ატომური მასა ... ვიკიპედია

ნუკლიდების ცხრილი ზოგადი ინფორმაცია სახელწოდება, სიმბოლო ნახშირბადი 12, 12C ნეიტრონები 6 პროტონები 6 ნუკლიდის თვისებები ატომური მასა 12.0000000(0) ... ვიკიპედია

ნუკლიდების ცხრილი ზოგადი ინფორმაცია სახელწოდება, სიმბოლო Carbon 13, 13C ნეიტრონები 7 პროტონები 6 ნუკლიდის თვისებები ატომური მასა 13.0033548378(10) ... Wikipedia

- (ლათ. Carboneum) C, ქიმ. მენდელეევის პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ელემენტი, ატომური ნომერი 6, ატომური მასა 12.011. ბროლის ძირითადი მოდიფიკაციებია ბრილიანტი და გრაფიტი. ნორმალურ პირობებში ნახშირბადი ქიმიურად ინერტულია; მაღალზე...... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

- (კარბონეუმი), C, პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერი 6, ატომური მასა 12,011; არალითონი. დედამიწის ქერქში შემცველობა არის 2,3×10 2% მასის მიხედვით. ნახშირბადის ძირითადი კრისტალური ფორმებია ბრილიანტი და გრაფიტი. ნახშირბადი არის მთავარი კომპონენტი... ... თანამედროვე ენციკლოპედია

Ნახშირბადის- (კარბონეუმი), C, პერიოდული სისტემის IV ჯგუფის ქიმიური ელემენტი, ატომური ნომერი 6, ატომური მასა 12,011; არალითონი. დედამიწის ქერქში შემცველობა არის 2,3´10 2% წონით. ნახშირბადის ძირითადი კრისტალური ფორმებია ბრილიანტი და გრაფიტი. ნახშირბადი არის მთავარი კომპონენტი... ... ილუსტრირებული ენციკლოპედიური ლექსიკონი

ᲜᲐᲮᲨᲘᲠᲑᲐᲓᲘᲡ- (1) ქიმ. ელემენტი, სიმბოლო C (ლათ. Carboneum), at. და. 6, ზე. მ 12011. ის არსებობს რამდენიმე ალოტროპული მოდიფიკაციით (ფორმებით) (ბრილიანტი, გრაფიტი და იშვიათად კარაბინი, ქაოიტი და ლონსდალეიტი მეტეორიტის კრატერებში). 1961 წლიდან მიღებულია 12C იზოტოპის ატომის მასა ... დიდი პოლიტექნიკური ენციკლოპედია

- (სიმბოლო C), პერიოდული სისტემის მეოთხე ჯგუფის ფართოდ გავრცელებული არამეტალური ელემენტი. ნახშირბადი ქმნის ნაერთების უზარმაზარ რაოდენობას, რომლებიც ნახშირწყალბადებთან და სხვა არამეტალურ ნივთიერებებთან ერთად ქმნიან საფუძველს... ... სამეცნიერო და ტექნიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი

განმარტება

Ნახშირბადის- პერიოდული ცხრილის მეექვსე ელემენტი. აღნიშვნა - C ლათინური "carboneum". მეორე პერიოდში განლაგებულია ჯგუფი IVA. ეხება არალითონებს. ბირთვული მუხტი არის 6.

ნახშირბადი ბუნებაში გვხვდება როგორც თავისუფალ მდგომარეობაში, ასევე მრავალი ნაერთების სახით. თავისუფალი ნახშირბადი გვხვდება ალმასის და გრაფიტის სახით. წიაღისეული ნახშირის გარდა, დედამიწის სიღრმეში არის ნავთობის დიდი აკუმულაციები. ნახშირმჟავას მარილები, განსაკუთრებით კალციუმის კარბონატი, დიდი რაოდენობით გვხვდება დედამიწის ქერქში. ჰაერში ყოველთვის არის ნახშირორჟანგი. დაბოლოს, მცენარეული და ცხოველური ორგანიზმები შედგება ნივთიერებებისაგან, რომელთა ფორმირებაში მონაწილეობს ნახშირბადი. ამრიგად, ეს ელემენტი ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებულია დედამიწაზე, თუმცა მისი მთლიანი შემცველობა დედამიწის ქერქში არის მხოლოდ დაახლოებით 0,1% (წონა).

ნახშირბადის ატომური და მოლეკულური მასა

ნივთიერების ფარდობითი მოლეკულური მასა (M r) არის რიცხვი, რომელიც გვიჩვენებს, რამდენჯერ აღემატება მოცემული მოლეკულის მასას ნახშირბადის ატომის მასის 1/12-ზე, ხოლო ელემენტის (A r) ფარდობითი ატომური მასა არის რამდენჯერ მეტია ქიმიური ელემენტის ატომების საშუალო მასა ნახშირბადის ატომის 1/12 მასაზე.

ვინაიდან თავისუფალ მდგომარეობაში ნახშირბადი არსებობს C მოლეკულების ერთატომის სახით, მისი ატომური და მოლეკულური მასების მნიშვნელობები ემთხვევა ერთმანეთს. ისინი უდრის 12.0064-ს.

ნახშირბადის ალოტროპია და ალოტროპული მოდიფიკაციები

თავისუფალ მდგომარეობაში ნახშირბადი არსებობს ალმასის სახით, რომელიც კრისტალიზდება კუბურ და ექვსკუთხა (ლონსდალეიტი) სისტემაში და გრაფიტი, რომელიც მიეკუთვნება ექვსკუთხა სისტემას (ნახ. 1). ნახშირბადის ფორმებს, როგორიცაა ნახშირი, კოქსი ან ჭვარტლი, აქვთ მოუწესრიგებელი სტრუქტურა. ასევე არსებობს სინთეზურად მიღებული ალოტროპული მოდიფიკაციები - ეს არის კარბინი და პოლიკუმულენი - ნახშირბადის ჯიშები, რომლებიც აგებულია ხაზოვანი ჯაჭვის პოლიმერებისგან -C=C- ან =C=C=.

ბრინჯი. 1. ნახშირბადის ალოტროპული მოდიფიკაციები.

ცნობილია აგრეთვე ნახშირბადის ალოტროპული მოდიფიკაციები, რომლებსაც აქვთ შემდეგი სახელები: გრაფენი, ფულერენი, ნანომილები, ნანობოჭკოები, ასტრალენი, მინის ნახშირბადი, კოლოსალური ნანომილები; ამორფული ნახშირბადი, ნახშირბადის ნანოკვირტები და ნახშირბადის ნანოქაფი.

ნახშირბადის იზოტოპები

ბუნებაში ნახშირბადი არსებობს ორი სტაბილური იზოტოპის სახით 12 C (98,98%) და 13 C (1,07%). მათი მასობრივი რიცხვი არის 12 და 13, შესაბამისად. 12 C ნახშირბადის იზოტოპის ატომის ბირთვი შეიცავს ექვს პროტონს და ექვს ნეიტრონს, ხოლო 13 C იზოტოპი შეიცავს იმავე რაოდენობის პროტონს და ხუთ ნეიტრონს.

არსებობს ნახშირბადის ერთი ხელოვნური (რადიოაქტიური) იზოტოპი, 14 C, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 5730 წელი.

ნახშირბადის იონები

ნახშირბადის ატომის გარე ენერგიის დონეს აქვს ოთხი ელექტრონი, რომლებიც ვალენტური ელექტრონებია:

1s 2 2s 2 2p 2 .

ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად ნახშირბადმა შეიძლება დაკარგოს ვალენტური ელექტრონები, ე.ი. იყოს მათი დონორი და გადაიქცეს დადებითად დამუხტულ იონებად ან მიიღოს ელექტრონები სხვა ატომიდან, ე.ი. იყოს მათი მიმღები და გადაიქცევა უარყოფითად დამუხტულ იონებად:

C 0 -2e → C 2+;

C 0 -4e → C 4+;

C 0 +4e → C 4- .

მოლეკულა და ნახშირბადის ატომი

თავისუფალ მდგომარეობაში ნახშირბადი არსებობს ერთატომური მოლეკულების C სახით. აქ მოცემულია ნახშირბადის ატომისა და მოლეკულის დამახასიათებელი თვისებები:

ნახშირბადის შენადნობები

მსოფლიოში ყველაზე ცნობილი ნახშირბადის შენადნობები არის ფოლადი და თუჯი. ფოლადი არის რკინისა და ნახშირბადის შენადნობი, რომლის ნახშირბადის შემცველობა არ აღემატება 2%-ს. თუჯში (ასევე რკინისა და ნახშირბადის შენადნობი) ნახშირბადის შემცველობა უფრო მაღალია - 2-დან 4%-მდე.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

ვარჯიში	რა მოცულობის ნახშირბადის მონოქსიდი (IV) გამოიყოფა (ნ.ს.) 500 გრ კირქვის დაწვისას, რომელიც შეიცავს მინარევების 0,1 მასის ფრაქციას.
გამოსავალი	დავწეროთ კირქვის სროლის რეაქციის განტოლება: CaCO 3 = CaO + CO 2 -. ვიპოვოთ სუფთა კირქვის მასა. ამისათვის ჩვენ ჯერ ვადგენთ მის მასურ ნაწილს მინარევების გარეშე: w გამჭვირვალე (CaCO 3) = 1 - w მინარევები = 1 - 0.1 = 0.9. m წმინდა (CaCO 3) = m (CaCO 3) × w წმინდა (CaCO 3); მ სუფთა (CaCO 3) = 500 × 0.9 = 450 გ. გამოვთვალოთ კირქვის ნივთიერების რაოდენობა: n(CaCO 3) = m გამჭვირვალე (CaCO 3) / M (CaCO 3); n(CaCO 3) = 450 / 100 = 4,5 მოლი. რეაქციის განტოლების მიხედვით n(CaCO 3) :n(CO 2) = 1:1 ნიშნავს n(CaCO 3) = n(CO 2) = 4,5 მოლი. შემდეგ გამოთავისუფლებული ნახშირბადის მონოქსიდის (IV) მოცულობა ტოლი იქნება: V(CO 2) = n(CO 2) ×V m; V(CO 2) = 4,5 × 22,4 = 100,8 ლ.
უპასუხე	100,8 ლ

მაგალითი 2

ვარჯიში	რამდენი ხსნარი, რომელიც შეიცავს 0,05 მასის ნაწილს, ანუ 5% წყალბადის ქლორიდს, არის საჭირო 11,2 გ კალციუმის კარბონატის გასანეიტრალებლად?
გამოსავალი	დავწეროთ კალციუმის კარბონატის ნეიტრალიზაციის განტოლება წყალბადის ქლორიდთან: CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 -. მოდით ვიპოვოთ კალციუმის კარბონატის რაოდენობა: M(CaCO 3) = A r (Ca) + A r (C) + 3×A r (O); M(CaCO 3) = 40 + 12 + 3×16 = 52 + 48 = 100 გ/მოლი. n(CaCO 3) = m (CaCO 3) / M (CaCO 3); n(CaCO 3) = 11,2 / 100 = 0,112 მოლი. რეაქციის განტოლების მიხედვით n(CaCO 3) :n(HCl) = 1:2, რაც ნიშნავს n(HCl) = 2 ×n (CaCO 3) = 2 × 0,224 მოლი. მოდით განვსაზღვროთ ხსნარში შემავალი წყალბადის ქლორიდის მასა: M(HCl) = A r (H) + A r (Cl) = 1 + 35.5 = 36.5 გ/მოლი. m(HCl) = n(HCl) × M(HCl) = 0,224 × 36,5 = 8,176 გ. მოდით გამოვთვალოთ წყალბადის ქლორიდის ხსნარის მასა: მ ხსნარი (HCl) = m(HCl)× 100 / w (HCl); მ ხსნარი (HCl) = 8,176 × 100 / 5 = 163,52 გ.
უპასუხე	163,52 გ

ელემენტის მახასიათებლები

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

იზოტოპები: 12 C (98,892%); 13 C (1.108%); 14 C (რადიოაქტიური)

კლარკი დედამიწის ქერქში არის 0,48% მასის მიხედვით. ადგილმდებარეობის ფორმები:

თავისუფალი სახით (ქვანახშირი, ბრილიანტი);

კარბონატების შემადგენლობაში (CaCO 3, MgCO 3 და სხვ.);

როგორც წიაღისეული საწვავის ნაწილი (ქვანახშირი, ნავთობი, გაზი);

CO 2-ის სახით - ატმოსფეროში (0,03% მოცულობით);

მსოფლიო ოკეანეში - HCO 3 - ანიონების სახით;

ცოცხალი ნივთიერების შემადგენლობაში (-18% ნახშირბადი).

ნახშირბადის ნაერთების ქიმია ძირითადად ორგანული ქიმიაა. არაორგანული ქიმიის კურსში შესწავლილია შემდეგი C- შემცველი ნივთიერებები: თავისუფალი ნახშირბადი, ოქსიდები (CO და CO 2), ნახშირმჟავა, კარბონატები და ბიკარბონატები.

თავისუფალი ნახშირბადი. ალოტროპია.

თავისუფალ მდგომარეობაში ნახშირბადი აყალიბებს 3 ალოტროპულ მოდიფიკაციას: ბრილიანტი, გრაფიტი და ხელოვნურად წარმოებული კარბინი. ნახშირბადის ეს ცვლილებები განსხვავდება კრისტალური ქიმიური სტრუქტურით და ფიზიკური მახასიათებლებით.

ბრილიანტი

ალმასის კრისტალში ნახშირბადის თითოეული ატომი დაკავშირებულია ძლიერი კოვალენტური ბმებით ოთხ სხვასთან, რომლებიც მის გარშემოა განთავსებული თანაბარ მანძილზე.

ნახშირბადის ყველა ატომი sp 3 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაშია. ალმასის ატომურ კრისტალურ გისოსს აქვს ტეტრაედრული სტრუქტურა.

ბრილიანტი არის უფერო, გამჭვირვალე, ძლიერ გამტეხი ნივთიერება. მას აქვს ყველაზე დიდი სიმტკიცე ყველა ცნობილ ნივთიერებას შორის. ბრილიანტი არის მყიფე, ცეცხლგამძლე და კარგად არ ატარებს სითბოს ან ელექტროენერგიას. ნახშირბადის მეზობელ ატომებს შორის მცირე მანძილი (0,154 ნმ) განსაზღვრავს ალმასის საკმაოდ მაღალ სიმკვრივეს (3,5 გ/სმ3).

გრაფიტი

გრაფიტის კრისტალურ ქსელში ნახშირბადის თითოეული ატომი sp 2 ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაშია და ქმნის სამ ძლიერ კოვალენტურ კავშირს იმავე ფენაში მდებარე ნახშირბადის ატომებთან. ნახშირბადის თითოეული ატომის სამი ელექტრონი მონაწილეობს ამ ობლიგაციების ფორმირებაში, ხოლო მეოთხე ვალენტური ელექტრონები ქმნიან n-ბმას და შედარებით თავისუფალია (მობილური). ისინი განსაზღვრავენ გრაფიტის ელექტრულ და თბოგამტარობას.

იმავე სიბრტყეში მეზობელ ნახშირბადის ატომებს შორის კოვალენტური ბმის სიგრძეა 0,152 ნმ, ხოლო სხვადასხვა ფენებში C ატომებს შორის მანძილი 2,5-ჯერ მეტია, ამიტომ მათ შორის ბმები სუსტია.

გრაფიტი არის ნაცრისფერ-შავი ფერის გაუმჭვირვალე, რბილი, შეხებით ცხიმიანი ნივთიერება მეტალის ბზინვარებით; კარგად ატარებს სითბოს და ელექტროენერგიას. გრაფიტს უფრო დაბალი სიმკვრივე აქვს ბრილიანტთან შედარებით და ადვილად იშლება თხელ ფანტელებად.

წვრილკრისტალური გრაფიტის მოუწესრიგებელი სტრუქტურა საფუძვლად უდევს ამორფული ნახშირბადის სხვადასხვა ფორმის სტრუქტურას, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია კოქსი, ყავისფერი და შავი ნახშირი, ჭვარტლი და გააქტიურებული ნახშირბადი.

კარბინი

ნახშირბადის ეს ალოტროპული მოდიფიკაცია მიიღება აცეტილენის კატალიზური დაჟანგვით (დეჰიდროპოლიკონდენსაცია). კარბინი არის ჯაჭვის პოლიმერი, რომელიც გამოდის ორი ფორმით:

С=С-С=С-... და...=С=С=С=

კარბინს აქვს ნახევარგამტარული თვისებები.

ნახშირბადის ქიმიური თვისებები

ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე ნახშირბადის ორივე მოდიფიკაცია (ალმასი და გრაფიტი) ქიმიურად ინერტულია. გრაფიტის წვრილი კრისტალური ფორმები - კოქსი, ჭვარტლი, გააქტიურებული ნახშირბადი - უფრო რეაქტიულია, მაგრამ, როგორც წესი, მას შემდეგ, რაც წინასწარ გახურდება მაღალ ტემპერატურაზე.

C - აქტიური შემცირების აგენტი:

1. ურთიერთქმედება ჟანგბადთან

C + O 2 = CO 2 + 393,5 კჯ (O 2-ზე მეტი)

2C + O 2 = 2CO + 221 კჯ (O 2-ის ნაკლებობით)

ქვანახშირის წვა ენერგიის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი წყაროა.

2. ურთიერთქმედება ფტორთან და გოგირდთან.

C + 2F 2 = CF 4 ნახშირბადის ტეტრაფტორიდი

C + 2S = CS 2 ნახშირბადის დისულფიდი

3. კოკა არის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი შემცირების საშუალება, რომელიც გამოიყენება ინდუსტრიაში. მეტალურგიაში მას იყენებენ ოქსიდებისგან ლითონების მისაღებად, მაგალითად:

ZS + Fe 2 O 3 = 2Fe + ZSO

C + ZnO = Zn + CO

4. როდესაც ნახშირბადი ურთიერთქმედებს ტუტე და მიწის ტუტე ლითონების ოქსიდებთან, შემცირებული ლითონი შერწყმულია ნახშირბადთან და ქმნის კარბიდს. მაგალითად: 3S + CaO = CaC 2 + CO კალციუმის კარბიდი

5. კოკა ასევე გამოიყენება სილიციუმის საწარმოებლად:

2C + SiO 2 = Si + 2СО

6. კოქსის სიჭარბის შემთხვევაში წარმოიქმნება სილიციუმის კარბიდი (კარბორუნდი) SiC.

„წყლის გაზის“ წარმოება (მყარი საწვავის გაზიფიცირება)

წყლის ორთქლის ცხელი ნახშირის გავლით, მიიღება CO და H 2 აალებადი ნარევი, რომელსაც ეწოდება წყლის გაზი:

C + H 2 O = CO + H 2

7. რეაქციები ჟანგვის მჟავებთან.

გაცხელებისას გააქტიურებული ნახშირი ან ნახშირი ამცირებს NO 3 - და SO 4 2- ანიონებს კონცენტრირებული მჟავებიდან:

C + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

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

8. რეაქციები გამდნარ ტუტე ლითონის ნიტრატებთან

KNO 3 და NaNO 3 დნობისას, დაქუცმაცებული ნახშირი ინტენსიურად იწვის კაშკაშა ალის წარმოქმნით:

5C + 4KNO 3 = 2K 2 CO 3 + ZCO 2 + 2N 2

C - დაბალაქტიური ჟანგვის აგენტი:

1. მარილის მსგავსი კარბიდების წარმოქმნა აქტიური ლითონებით.

ნახშირბადის არალითონური თვისებების მნიშვნელოვანი შესუსტება გამოიხატება იმით, რომ მისი, როგორც ჟანგვის აგენტის ფუნქციები ვლინდება ბევრად უფრო მცირე რაოდენობით, ვიდრე მისი შემცირების ფუნქციები.

2. მხოლოდ აქტიურ ლითონებთან რეაქციაში ნახშირბადის ატომები გარდაიქმნება უარყოფითად დამუხტულ იონებად C -4 და (C=C) 2-, ქმნიან მარილის მსგავს კარბიდებს:

ZS + 4Al = Al 4 C 3 ალუმინის კარბიდი

2C + Ca = CaC 2 კალციუმის კარბიდი

3. იონური კარბიდები ძალიან არასტაბილური ნაერთებია, ისინი ადვილად იშლება მჟავებისა და წყლის მოქმედებით, რაც მიუთითებს უარყოფითად დამუხტული ნახშირბადის ანიონების არასტაბილურობაზე:

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

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

4. ლითონებთან კოვალენტური ნაერთების წარმოქმნა

გარდამავალ ლითონებთან ნახშირბადის ნარევების დნობისას კარბიდები წარმოიქმნება უპირატესად კოვალენტური ტიპის ბმით. მათ მოლეკულებს აქვთ ცვალებადი შემადგენლობა და ნივთიერებები მთლიანობაში ახლოსაა შენადნობებთან. ასეთი კარბიდები უაღრესად სტაბილურია; ისინი ქიმიურად ინერტული არიან წყლის, მჟავების, ტუტეების და მრავალი სხვა რეაგენტის მიმართ.

5. ურთიერთქმედება წყალბადთან

მაღალ T და P-ზე, ნიკელის კატალიზატორის თანდასწრებით, ნახშირბადი ერწყმის წყალბადს:

C + 2НН 2 → СНН 4

რეაქცია უაღრესად შექცევადია და არ აქვს პრაქტიკული მნიშვნელობა.