структурированный углерод что это

Семь обличий углерода

Как из одного и того же атома создать материалы с совершенно разными свойствами

Важная область практического применения новейших открытий в области физики, химии и даже астрономии — создание и исследование новых материалов с необычными, подчас уникальными свойствами. О том, в каких направлениях ведутся эти работы и чего уже сумели добиться ученые, мы расскажем в серии статей, созданных в партнерстве с Уральским федеральным университетом. Первый наш текст посвящен необычным материалам, которые можно получить из самого обычного вещества — углерода.

Если спросить у химика, какой элемент самый важный, можно получить массу разных ответов. Кто-то скажет про водород — самый распространенный элемент во Вселенной, кто-то про кислород — самый распространенный элемент в земной коре. Но чаще всего вы услышите ответ «углерод» — именно он лежит в основе всех органических веществ, от ДНК и белков до спиртов и углеводородов.

Наша статья посвящена многообразным обличьям этого элемента: оказывается, только из его атомов можно построить десятки различных материалов — от графита до алмаза, от карбина до фуллеренов и нанотрубок. Хотя все они состоят из абсолютно одинаковых атомов углерода, их свойства радикально отличаются — а главную роль в этом играет расположение атомов в материале.

Графит

Чаще всего в природе чистый углерод можно встретить в форме графита — мягкого черного материала, легко расслаивающегося и словно скользкого на ощупь. Многие могут вспомнить, что из графита делаются грифели карандашей — но это не всегда верно. Часто грифель делают из композита графитовой крошки и клея, но встречаются и полностью графитовые карандаши. Интересно, но на карандаши уходит больше одной двадцатой всей мировой добычи естественного графита.

Чем необычен графит? В первую очередь, он хорошо проводит электрический ток — хотя сам углерод и не похож на другие металлы. Если взять пластинку графита, то окажется, что вдоль ее плоскости проводимость примерно в сто раз больше, чем в поперечном направлении. Это напрямую связано с тем, как организованы атомы углерода в материале.

Если посмотреть на структуру графита, то мы увидим, что она состоит из отдельных слоев толщиной в один атом. Каждый из слоев — сетка из шестиугольников, напоминающая собой соты. Атомы углерода внутри слоя связаны ковалентными химическими связями. Более того, часть электронов, обеспечивающих химическую связь, «размазана» по всей плоскости. Легкость их перемещения и определяет высокую проводимость графита вдоль плоскости углеродных чешуек.

Отдельные слои соединяются между собой благодаря ван-дер-ваальсовым силам — они гораздо слабее, чем обычная химическая связь, но достаточны для того, чтобы кристалл графита не расслаивался самопроизвольно. Такое несоответствие приводит к тому, что электронам гораздо сложнее перемещаться перпендикулярно плоскостям — электрическое сопротивление возрастает в 100 раз.

Благодаря своей электропроводности, а также возможности встраивать атомы других элементов между слоями, графит применяется в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов и других источников тока. Электроды из графита необходимы для производства металлического алюминия — и даже в троллейбусах используются графитовые скользящие контакты токосъемников.

Кроме того, графит — диамагнетик, причем обладающий одной из самых высоких восприимчивостей на единицу массы. Это означает, что если поместить кусочек графита в магнитное поле, то он всячески будет пытаться вытолкнуть это поле из себя — вплоть до того, что графит может левитировать над достаточно сильным магнитом.

И последнее важное свойство графита — невероятная тугоплавкость. Самым тугоплавким веществом на сегодняшний день считается один из карбидов гафния с температурой плавления около 4000 градусов Цельсия. Однако если попытаться расплавить графит, то при давлениях около ста атмосфер он сохранит твердость вплоть до 4800 градусов Цельсия (при атмосферном давлении графит сублимирует — испаряется, минуя жидкую фазу). Благодаря этому материалы на основе графита используют, например, в корпусах ракетных сопел.

Алмаз

Многие материалы под давлением начинают менять свою атомарную структуру — происходит фазовый переход. Графит в этом смысле ничем не отличается от других материалов. При давлениях в сто тысяч атмосфер и температуре в 1–2 тысячи градусов Цельсия слои углерода начинают сближаться между собой, между ними возникают химические связи, а когда-то гладкие плоскости становятся гофрированными. Образуется алмаз, одна из самых красивых форм углерода.

Свойства алмаза радикально отличаются от свойств графита — это твердый прозрачный материал. Его чрезвычайно сложно поцарапать (обладатель 10-ки по шкале твердости Мооса, это максимум твердости). При этом электропроводность алмаза и графита отличается в квинтиллион раз (это число с 18 нулями).

Источник

Структурированный углерод что это

Раскрытие тайн углерода

Доктор химических наук, профессор В. И. Касаточкин из Института горючих ископаемых вместе с учеными Института элементоорганических соединений доктором химических наук А. М. Сладковым, кандидатом химических наук Ю. П. Кудрявцевым и членом-корреспондентом АН СССР В. В. Коршаком открыли явление существования новой кристаллической формы углерода, названной карбином. Его получили из ацетилена. Третья форма кристаллического углерода обладает полупроводниковыми свойствами и фотопроводимостью.

Карбин обнаружен и в естественном виде. Недавно в кратере Рис (Бавария), который образовался в результате падения метеорита, был обнаружен кристаллический углерод, по структуре близкий к карбину. Такой же углерод найден учеными Института геохимии АН СССР в метеорите Новый Урей.

Описанное открытие внесено в Государственный реестр под № 107 с приоритетом от 4 ноября 1960 г. в следующей формулировке:

Закономерность образования алмазов

Алмаз давно интересует не только минералогов, но и физиков и представителей других областей науки в связи со своими особыми свойствами и необычным, во многом загадочным, происхождением.

До конца XIX в. алмаз применялся в основном для украшений. Однако с развитием промышленности он приобретал все большее техническое значение. Сейчас 78- 80% добываемых в мире алмазов идет на промышленные нужды.

В своем выступлении на XXV съезде КПСС президент АН СССР, академик А. П. Александров отмечал: «Для народного хозяйства дали важные результаты разработки методов получения крупных технических алмазов и эльбора, что повышает производительность труда в механообработке в 2-5 раз, новых технических и ювелирных кристаллов, сапфиров сложных форм, фианитов. » ( «Правда», 1976, 27 февраля)

История алмазов полна приключений, разочарований и крушений надежд. На протяжении веков вокруг этого драгоценного кристалла кипели страсти. В конце прошлого века французский химик А. Муассан сообщил, что ему удалось получить алмазы размером с булавочную головку, растворяя угольный порошок в железе при 3000° и охлаждая расплав в свинце. Однако никто не смог успешно повторить опыт Муассана.

В 1939 г. доктор физико-математических наук, профессор О. И. Лейпунский (Институт химической физики АН СССР) теоретически определил условия образования искусственных алмазов. До тех пор попытки синтеза (кристаллизации) алмаза были неудачны. Основываясь на измерении термодинамических величин Россини и Джессона (1938 г.), О. И. Лейпунский вычислил точную границу равновесия перехода графита в-алмаз в той области температур, где реально может происходить синтез алмаза. Расчеты ученого свелись к таблице значений давлений и температур (Р, Т), описываемых формулой

Для реального образования алмазов необходима благоприятная кинетика. О. И. Лейпунским установлено, что наличие среды, являющейся растворителем для твердой фазы углерода или вступающей с ней в нестойкие химические соединения, может значительно облегчить рекристаллизацию. При этом количественная связь давления и температуры не только необходимое, но и достаточное условие образования алмазов. В частности, синтез алмазов в жидком железоуглеродном растворе должен начаться при температуре 1500-1700° К и давлении 45-50 тыс. ат.

Открытие зарегистрировано под № 101 с приоритетом от августа 1939 г. Формула открытия следующая:

«Теоретически установлена. неизвестная ранее закономерность кристаллизации (синтеза) алмаза из углерода- образование алмаза в области его стабильности в жидкой среде, растворяющей углерод или вступающей с ним в нестойкие химические соединения, при давлении и температуре, большей 1400° К, отвечающих условию:

Теоретический расчет О. И. Лейпунского через 22 года был подтвержден многими экспериментальными работами. На основании установленной закономерности синтез алмазов стал научно рассчитанным процессом.

Технология промышленного производства синтетических алмазов была разработана в начале 60-х гг. Синтетические кристаллы намного дешевле, чем натуральные.

Алмаз работает тем лучше, а расход его тем меньше, чем тверже и хрупче обрабатываемый материал. Поэтому применение алмазов наиболее эффективно при обработке твердых хрупких труднообрабатываемых материалов, таких, как твердые сплавы, полупроводники (германий, кремний), стекло, керамика, гранит, мрамор и др. При обработке этих материалов с помощью алмазов производительность труда на отдельных операциях возрастает в десятки раз.

Нитевидные кристаллы алмаза

Советские ученые вписали в историю алмазов еще одну блистательную страницу. Впервые в мире были получены драгоценные кристаллы из газа при давлении не более 1 ат.

В 1967 г. работники Института физической химии АН СССР член-корреспондент АН СССР Б. В. Дерягин, доктор химических наук В. М. Лукьянович, доктор технических наук Д. В. Федосеев, кандидат технических наук В. А. Рябов, кандидат химических наук Б. В. Спицын и научный сотрудник А. В. Лаврентьев открыли свойство углерода образовывать нитевидные кристаллы алмаза из углеродсодержащей среды. В основе этого явления лежит ориентирующее действие поверхностных сил на процессы роста кристаллов из газовой среды.

Возможность роста алмазных усов на подложке из алмазного кристалла объясняется двояко: исходя, во-первых, из молекулярного механизма роста кристаллов, во-вторых, из общей теории образования новой фазы (явления нуклеации). Если имеется грань затравочного кристалла алмаза, вблизи которой концентрация атомов углерода в виде пара или химически связанного вещества (например, в виде метана или ацетилена) превышает соответствующую равновесную, то избыток атомов углерода будет выделяться на грани. При этом он будет находиться под влиянием молекулярно-силового поля кристаллической решетки, стремящейся продолжить ту «кирпичную кладку», которая в свое время привела к образованию самой подложки. Иными словами, затравочный кристалл алмаза принуждает новые атомы углерода располагаться в определенном порядке.

Во многих странах мира исследователи проявляют глубокий интерес к выращиванию нитевидных кристаллов меди, сапфира, рубина, графита и других веществ.

У таких «иголочек» структура монокристалла с идеально упорядоченным размещением атомов. Благодаря этому их прочность во много раз выше, чем у лучших марок стали, отчего их называют конструкционным материалом будущего.

Методы получения кристаллов алмаза с успехом применяются для получения других нитевидных кристаллов, а также метастабильных структур. Усы некоторых кристаллических веществ уже используются в композиционных материалах, состоящих из ориентированных усов и полимерной или металлической связки.

Сделанное открытие дает возможность получения в метастабильных условиях алмазных монокристаллов значительных линейных размеров. Монокристальная структура, доказанная методами рентгеновской и электронной микродифракции, позволяет ожидать рекордных прочностных свойств. С помощью созданных авторами открытия установок удалось наблюдать за ростом нитевидных кристаллов через микроскоп. Весьма интересна возможность получать кристаллы алмаза, имеющие форму почти правильных многогранников.

Работа, положенная в основу открытия, получила широкое признание за рубежом.

Открытие зарегистрировано под № 73 с приоритетом от 14 апреля 1967 г. Авторам открытия вручены дипломы со следующей его формулой:

«Экспериментально обнаружено ранее неизвестное свойство углерода выделяться из углеродсодержащей среды в форме нитевидных кристаллов алмаза».

Явление ускоренного испарения углерода из металлокарбидных и карбидоуглеродных эвтектик

Ускоренное испарение углерода из жидких металло-карбидных и карбидоуглеродных эвтектик наиболее ярко проявляется при температурах плавления соответствующих эвтектик. Эффект прекращается при 150-200° выше температуры плавления эвтектики. Явление наблюдается в вакууме при атмосферном и избыточном давлениях».

На принципах обнаруженного явления авторы открытия сделали ряд изобретений, имеющих важное народнохозяйственное значение.

Открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР под № 143 с приоритетом от 24 октября 1969 г. Оно сформулировано так:

Источник

LiveInternetLiveInternet

—Метки

—Рубрики

—Музыка

—Стена

—Поиск по дневнику

—Подписка по e-mail

—Статистика

Как ты относишься к структурированному углероду?

Всё ломается: чувства, люди, утюг

— Всё ломается: чувства, люди, утюг.
Особенно утюг меня расстроил. Вот уж от него не ожидала!

— Вот скажи, если муж чистит ногти отверткой, можно назвать его дебилом?
— Ну, если только отвертка крестовая.
— Во! Еще один!

— Братан, братан, быстрее, там наших бьют!
— Да у меня телефон без к амеры.

— Я вас вынужден огорчить, ваша дочь вчера в клубе напилась!
— Врешь! Она вчера в рот ничего не брала!
— Эээ. кажется, я огорчу вас дважды.

— Каким образом можно заставить дурака весь день чего-то ждать с нетерпением?
— Я тебе завтра скажу.

— Три зайца, сколько ушей?
— Сколько зайца не три, все равно два уха будет.

— Что общего между государственным бюджетом и мужем-подкаблучником?
— Их постоянно пилят.

— Не выноси мне мозг!
— Его туда и не заносили.

— А ты красивая!
— Да я сама балдею.

— Папа, а ты ещё вырастешь?
— Нет, сынок.
— А зачем ты тогда кушаешь?

— Скажите, что главное в боксе?
— Шубы!
— Что?! Какие ещё шубы?!
— Шелые пеедние шубы!

— А я на днях себе iPhone купила!
— Не комплексуешь, что телефон умнее хозяйки?

— А вы знаете, что в Америке крыс научили пользоваться айпадом?
— Это что, у нас они давно используют «1С:Предприятие»

Иду по улице, два парня за спиной! Один:
— Вот это ноги! Какая фигура! Просто супер!
Я поворачиваясь:
— Да, я такая!
А они просто картинку в телефоне смотрели!

Стоим вчера с сыном в ванной, чистим зубы перед сном. Пять с половиной ему.
Смотрит на меня в зеркало внимательно и грустно. Спрашиваю его взглядом, что, мол, случилось.
— Пап, а правда, что мужчины раньше женщин умирают?
— Ну, в общем, да. По статистике.
— Значит, ты умрёшь раньше мамы?
— Не исключено.
Повернулся ко мне, очень проникновенно посмотрел в глаза. Отцовское сердце слегка защемило.
— Пап, научи, пожалуйста, маму закачивать игрушки на айпэд.

Дорогой Дед Мороз, у меня есть фото, где ты в бане с тремя снегурочками!
Список своих желаний вышлю следующим письмом!

Если вы сумели заставить себя прекратить грызть семечки, когда там еще оставалось пол-тарелки, то побороть героиновую зависимость для вас вообще пара пустяков.

Коварная жена забила морозилку до отказа мясом, курицей, котлетами какими-то и уехала на 2 недели.
Пельмени хранить негде!
Жрать хочу, помираю!

Когда я была маленькой, я мечтала, что однажды меня заберёт прекрасный принц.
Теперь об этом мечтает мой муж.

Я красивая, интересная, умная, смешливая, интеллигентная, добрая, заботливая, но. не сегодня.

Всегда с недоумением относился к людям, которые желают мне исполнения моих желаний. Они же этого не переживут!

Источник

Углерод

Углерод (химический символ C) химический элемент 4-ой группы главной подгруппы 2-го периода периодической системы Менделеева, порядковый номер 6, атомная масса природной смеси изотопов 12,0107 г/моль.

История

Углерод в виде древесного угля применялся в глубокой древности для выплавки металлов. Издавна известны аллотропные модификации углерода— алмаз и графит. Элементарная природа углерода установлена А. Лавуазье в конце 1780-х годов.

Происхождение названия

Международное название: carbō — уголь.

Физические свойства

Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

Изотопы углерода

На образовании и распаде 14 С основан метод радиоуглеродного датирования, широко применяющийся в четвертичной геологии и археологии.

Аллотропные модификации углерода

уголь техуглерод сажа

Электронные орбитали атома углерода могут иметь различную геометрию, в зависимости от степени гибридизации его электронных орбиталей. Существует три основных геометрии атома углерода.

Дигональная — образуется при смешении одного s- и одного p-электронов (sp-гибридизация). При этом два электронных облака вытянуты вдоль одного направления и имеют вид несимметричных гантелей. Два других р-электрона дают π-связи. Углерод с такой геометрией атома образует особую аллотропную модификацию — карбин.

Графит и алмаз

Основные и хорошо изученные кристаллические модификации углерода— алмаз и графит. При нормальных условиях термодинамически устойчив только графит, а алмаз и другие формы метастабильны. При атмосферном давлении и температуре выше 1200 Kалмаз начинает переходить в графит, выше 2100 Kпревращение совершается за секунды. ΔН₀ перехода— 1,898 кДж/моль. При нормальном давлении углерод сублимируется при 3780 K. Жидкий углерод существует только при определенном внешнем давлении. Тройные точки: графит-жидкость-пар Т =4130 K, р =10,7 МПа. Прямой переход графита в алмаз происходит при 3000 Kи давлении 11—12 ГПа.

При давлении свыше 60 ГПа предполагают образование весьма плотной модификации С III (плотность на 15—20% выше плотности алмаза), имеющей металлическую проводимость. При высоких давлениях и относительно низких температурах (ок. 1200 K) из высокоориентированного графита образуется гексагональная модификация углерода с кристаллической решеткой типа вюрцита— лонсдейлит (а =0,252 нм, с =0,412 нм, пространственная группа Р6₃/ттс), плотность 3,51 г/см³, то есть такая же, как у алмаза. Лонсдейлит найден также в метеоритах.

Ультрадисперсные алмазы (наноалмазы)

В 1980-е гг. в СССР было обнаружено, что в условиях динамического нагружения углеродсодержащих материалов могут образовываться алмазоподобные структуры, получившие название ультрадисперсных алмазов (УДА). В настоящее время всё чаще применяется термин «наноалмазы». Размер частиц в таких матералах составляет единицы нанометров. Условия образования УДА могут быть реализованы при детонации взрывчатых веществ с значительным отрицательным кислородным балансом, например смесей тротила с гексогеном. Такие условия могут быть реализованы также при ударах небесных тел о поверхность Земли в присутствии углеродсодержащих материалов (органика, торф, уголь и пр.). Так, в зоне падения Тунгусского метеорита в лесной подстилке были обнаружены УДА.

Карбин

Кристаллическая модификация углерода гексагональной сингонии с цепочечным строением молекул называется карбин. Цепи имеют либо полиеновое строение (—C≡C—), либо поликумуленовое (=C=C=). Известно несколько форм карбина, отличающихся числом атомов в элементарной ячейке, размерами ячеек и плотностью (2,68—3,30 г/см³). Карбин встречается в природе в виде минерала чаоита (белые прожилки и вкрапления в графите) и получен искусственно— окислительной дегидрополиконденсацией ацетилена, действием лазерного излучения на графит, из углеводородов или CCl₄ в низкотемпературной плазме.

Карбин представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1,9-2 г/см³), обладает полупроводниковыми свойствами. Получен в искусственных условиях из длинных цепочек атомов углерода, уложенных параллельно друг другу.

Фуллерены и углеродные нанотрубки

Углерод известен также в виде кластерных частиц С₆₀, С₇₀, C₈₀, C₉₀, C₁₀₀ и подобных (фуллерены), а также графенов и нанотрубок.

Аморфный углерод

В основе строения аморфного углерода лежит разупорядоченная структура монокристаллического (всегда содержит примеси) графита. Это кокс, бурые и каменные угли, техуглерод, сажа, активный уголь.

Нахождение в природе

Содержание углерода в земной коре 0,1% по массе. Свободный углерод находится в природе в виде алмаза и графита. Основная масса углерода в виде природных карбонатов (известняки и доломиты), горючих ископаемых— антрацит (94—97% С), бурые угли (64—80% С), каменные угли (76—95% С), горючие сланцы (56—78% С), нефть (82—87% С), горючих природных газов (до 99% метана), торф (53—56% С), а также битумы и др. В атмосфере и гидросфере находится в виде диоксида углерода СО₂, в воздухе 0,046% СО₂ по массе, в водах рек, морей и океанов в

60 раз больше. Углерод входит в состав растений и животных (

18%).
В организм человека углерод поступает с пищей (в норме около 300 г в сутки). Общее содержание углерода в организме человека достигает около 21% (15кг на 70кг массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина)
Кругооборот углерода в природе включает биологический цикл, выделение СО₂ в атмосферу при сгорании ископаемого топлива, из вулканических газов, горячих минеральных источников, из поверхностных слоев океанических вод и др. Биологический цикл состоит в том, что углерод в виде СО₂ поглощается из тропосферы растениями. Затем из биосферы вновь возвращается в геосферу: с растениями углерод попадает в организм животных и человека, а затем при гниении животных и растительных материалов— в почву и в виде СО₂— в атмосферу.

В парообразном состоянии и в виде соединений с азотом и водородом углерод обнаружен в атмосфере Солнца, планет, он найден в каменных и железных метеоритах.

Большинство соединений углерода, и прежде всего углеводороды, обладают ярко выраженным характером ковалентных соединений. Прочность простых, двойных и тройных связей атомов С между собой, способность образовывать устойчивые цепи и циклы из атомов С обусловливают существования огромного числа углеродсодержащих соединений, изучаемых органической химией.

Химические свойства

При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300—500 °C, 600—700 °C и 850—1000 °C.

Степени окисления +4, −4, редко +2 (СО, карбиды металлов), +3 (C₂N₂, галогенцианы); сродство к электрону 1,27 эВ; энергия ионизации при последовательном переходе от С 0 к С 4+ соответственно 11,2604, 24,383, 47,871 и 64,19 эВ.

Неорганические соединения

Углерод реагирует со многими элементами с образованием карбидов.

Продукты горения— оксид углерода CO и диоксид углерода СО₂. Известен также неустойчивый оксид С₃О₂ (температура плавления −111°C, температура кипения 7°C) и некоторые другие оксиды. Графит и аморфный углерод начинают реагировать с Н₂ при 1200°C, с F₂— соответственно 900°C.

CO₂ с водой образует слабую угольную кислоту— H₂CO₃, которая образует соли— Карбонаты. На Земле наиболее широко распространены карбонаты кальция (мел, мрамор, кальцит, известняк и др. минералы) и магния (доломит).

Графит с галогенами, щелочными металлами и др. веществами образует соединения включения. При пропускании электрического разряда между угольными электродами в среде N₂ образуется циан, при высоких температурах взаимодействием углерода со смесью Н₂ и N₂ получают синильную кислоту. С серой углерод дает сероуглерод CS₂, известны также CS и C₃S₂. С большинством металлов, бором и кремнием углерод образует карбиды. Важна в промышленности реакция углерода с водяным паром: С +Н₂О =СО +Н₂ (Газификация твердых топлив). При нагревании углерод восстанавливает оксиды металлов до металлов, что широко используется в металлургии.

Органические соединения

Благодаря способности углерода образовывать полимерные цепочки, существует огромный класс соединений на основе углерода, которых значительно больше, чем неорганических, и изучением которых занимается органическая химия. Среди них наиболее обширные группы: углеводороды, белки, жиры и др.

Соединения углерода составляют основу земной жизни, а их свойства во многом определяют спектр условий, в которых подобные формы жизни могут существовать. По числу атомов в живых клетках доля углерода около 25%, по массовой доле— около 18%.

Применение

Графит используется в карандашной промышленности. Также его используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах.

Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бормашин. Кроме этого, ограненные алмазы — бриллианты используются в качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях. Благодаря редкости, высоким декоративным качествам и стечению исторических обстоятельств, бриллиант неизменно является самым дорогим драгоценным камнем. Исключительно высокая теплопроводность алмаза (до 2000 Вт/м•К) делает его перспективным материалом для полупроводниковой техники в качестве подложек для процессоров. Но относительно высокая цена (около 50 долларов/грамм) и сложность обработки алмаза ограничивают его применение в этой области.
В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода— производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей)— для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода— для научных исследований (радиоуглеродный анализ).

Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент.

Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод— основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО₂ из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа пожирают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возврашением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.

Углерод в виде ископаемого топлива: угля и углеводородов (нефть, природный газ)— один из важнейших источников энергии для человечества.

Токсическое действие

Углерод входит в состав атмосферных аэрозолей, в результате чего может изменяться региональный климат, уменьшаться количество солнечных дней. Углерод поступает в окружающую среду в виде сажи в составе выхлопных газов автотранспорта, при сжигании угля на ТЭС, при открытых разработках угля, подземной его газификации, получении угольных концентратов и др. Концентрация углерода над источниками горения 100—400 мкг/м³, крупными городами 2,4—15,9 мкг/м³, сельскими районами 0,5— 0,8 мкг/м³. С газоаэрозольными выбросами АЭС в атмосферу поступает (6—15)•10 9 Бк/сут 14 СО₂.

Высокое содержание углерода в атмосферных аэрозолях ведет к повышению заболеваемости населения, особенно верхних дыхательных путей и легких. Профессиональные заболевания— в основном антракоз и пылевой бронхит. В воздухе рабочей зоны ПДК, мг/м³: алмаз 8,0, антрацит и кокс 6,0, каменный уголь 10,0, технический углерод и углеродная пыль 4,0; в атмосферном воздухе максимальная разовая 0,15, среднесуточная 0,05 мг/м³.

Токсическое действие 14 С, вошедшего в состав молекул белков (особенно в ДНК и РНК), определяется радиационным воздействием бета частиц и ядер отдачи азота ( 14 С (β) → 14 N) и трансмутационным эффектом— изменением химического состава молекулы в результате превращения атома С в атом N. Допустимая концентрация 14 С в воздухе рабочей зоны ДК_А 1,3 Бк/л, в атмосферном воздухе ДК_Б 4,4 Бк/л, в воде 3,0•10 4 Бк/л, предельно допустимое поступление через органы дыхания 3,2•10 8 Бк/год.

Дополнительная информация

— Соединения углерода
— Радиоуглеродный анализ
— Ортокарбоновая кислота

Аллотропные формы углерода:

Алмаз
Графен
Графит
Карбин
Лонсдейлит
Углеродные нанотрубки
Фуллерены

Аморфные формы:

Сажа
Технический углерод
Уголь

Изотопы углерода:

Нестабильные (менее суток): 8C: Углерод-8, 9C: Углерод-9, 10C: Углерод-10, 11C: Углерод-11
Стабильные: 12C: Углерод-12, 13C: Углерод-13
10—10 000 лет: 14C: Углерод-14
Нестабильные (менее суток): 15C: Углерод-15, 16C: Углерод-16, 17C: Углерод-17, 18C: Углерод-18, 19C: Углерод-19, 20C: Углерод-20, 21C: Углерод-21, 22C: Углерод-22

При сгорании большого количества угля остается лишь немного золы, флогистики полагали, что уголь — это почти чистый флогистон. Именно этим объясняли, в частности, «флогистирующее» действие угля, — его способность восстанавливать металлы из «известей» и руд. Позднейшие флогистики, Реомюр, Бергман и др., уже начали понимать, что уголь представляет собой элементарное вещество. Однако впервые таковым «чистый уголь» был признан Лавуазье, исследовавшим процесс сжигания в воздухе и кислороде угля и других веществ. В книге Гитона де Морво, Лавуазье, Бертолле и Фуркруа «Метод химической номенклатуры» (1787) появилось название «углерода» (carbone) вместо французского «чистый уголь» (charbone pur). Под этим же названием углерод фигурирует в «Таблице простых тел» в «Элементарном учебнике химии» Лавуазье. В 1791 г. английский химик Теннант первым получил свободный углерод; он пропускал пары фосфора над прокаленным мелом, в результате чего образовывался фосфат кальция и углерод. То, что алмаз при сильном нагревании сгорает без остатка, было известно давно. Еще в 1751 г. французский король Франц I согласился дать алмаз и рубин для опытов по сжиганию, после чего эти опыты даже вошли в моду. Оказалось, что сгорает лишь алмаз, а рубин (окись алюминия с примесью хрома) выдерживает без повреждения длительное нагревание в фокусе зажигательной линзы. Лавуазье поставил новый опыт по сжиганию алмаза с помощью большой зажигательной машины, пришел к выводу, что алмаз представляет собой кристаллический углерод. Второй аллотроп углерода — графит в алхимическом периоде считался видоизмененным свинцовым блеском и назывался plumbago; только в 1740 г. Потт обнаружил отсутствие в графите какой-либо примеси свинца. Шееле исследовал графит (1779) и будучи флогистиком счел его сернистым телом особого рода, особым минеральным углем, содержащим связанную «воздушную кислоту» (СО2,) и большое количество флогистона.

Двадцать лет спустя Гитон де Морво путем осторожного нагревания превратил алмаз в графит, а затем в угольную кислоту.

В начале XIX в. старое слово уголь в русской химической литературе иногда заменялось словом «углетвор» (Шерер, 1807; Севергин, 1815); с 1824 г. Соловьев ввел название углерод.

Периодическая система химических элементов Менделеева

Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

Источник