Węgiel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grafit (po lewej) i diament (po prawej), dwa najbardziej znane alotropy węgla | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pozycja w układzie okresowym | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Symbol | VS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nazwisko | Węgiel | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Liczba atomowa | 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupa | 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kropka | 2 e kropka | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Blok | Blok p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rodzina elementów | Niemetalowe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektroniczna Konfiguracja | [ On ] 2 s 2 2 p 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrony według poziomu energii | 2, 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomowe właściwości pierwiastka | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa atomowa | 12,01074 ± 0,0008 U | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Promień atomowy (oblicz) | 70 po południu ( 67 po południu ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Promień kowalencyjny | sp 3 76 ± 13:00 sp 2 73 ± 14:00 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Promień Van der Waalsa | 150 po południu | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stan utlenienia | -4, 0, +4, +2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektroujemności ( Paulinga ) | 2.55 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tlenek | Słaby kwas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energie jonizacji | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 re : 11.26030 eV | 2 e : 24,3833 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 e : 47,8878 eV | 4 e : 64,4939 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 e : 392,087 eV | 6 th : 489,99334 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Najbardziej stabilne izotopy | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Proste właściwości fizyczne ciała | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stan zwykły | Solidny diamagnetyczny | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Alotrop w stanie standardowym | Grafit | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Inne alotropy | Diament , grafen , nanorurki , fulereny , amorficzny węgiel | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa objętościowa |
1,8 do 2,1 g · cm -3 (bezpostaciowy) 1,9 do 2,3 g · cm -3 (grafit), |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
System kryształów |
Sześciokątny (grafit) Sześcienny diament (diament) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Twardość | 0.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kolor | Czarny (grafit) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura wrzenia | 3825 ° C (sublimacja) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energia parowania | 355,8 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Potrójny punkt | 4489 ° C , 10 800 kPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Objętość molowa | 5,29 × 10-6 m 3 · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Szybkość dźwięku | 18 350 m · s od -1 do 20 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masowe ciepło | 710 J · kg -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Przewodnictwo elektryczne | 61 x 10 3 S · m -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Przewodność cieplna | 129 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Różnorodny | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N O CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N O ECHA | 100,028,321 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Środki ostrożności | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
WHMIS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Produkt niekontrolowanyTen produkt nie jest objęty kontrolą zgodnie z kryteriami klasyfikacji WHMIS. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Jednostki SI i STP, chyba że określono inaczej. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Węgiel jest pierwiastkiem o liczbie atomowej 6 i symbol C ma trzy izotopy elementów:
Węgiel jest najlżejszym pierwiastkiem w grupie 14 układu okresowego . Wolny węgiel korpus ma kilka postaciach alotropowych , głównie grafit i diament . Węgiel pierwiastkowy tworzy różne związki nieorganiczne, takie jak dwutlenek węgla CO 2oraz szeroką gamę związków organicznych i polimerów . Jest podstawowym budulcem wszystkich znanych form życia.
Węgiel jest 4 th elementem najbardziej obfity we wszechświecie i 15 th najbardziej obficie w skorupie ziemskiej . Występuje na Ziemi w postaci prostego ciała ( węgiel i diamenty ), związków nieorganicznych (CO 2) i związki organiczne ( biomasa , ropa i gaz ziemny ). Zsyntetyzowano również wiele struktur opartych na węglu: węgiel aktywny , sadzę , włókna , nanorurki , fulereny i grafen .
Spalanie węgla we wszystkich jego postaciach było podstawą rozwoju technologicznego od czasów prehistorycznych. Materiały węglowe mają zastosowanie w wielu innych dziedzinach: materiały kompozytowe , akumulatory litowo-jonowe , kontroli zanieczyszczenia powietrza i wody , elektrody w piecach łukowych lub syntezy aluminium , etc.
Nazwa węgiel pochodzi od łacińskiego carbo , carbōnis ( „węgiel” ). Rzymianie znali również wytwarzanie węgla w postaci węgla drzewnego przez pirolizę drewna pod warstwą ziemi. Węgiel w postaci diamentu był znany od starożytności w Azji, wspomniany jest również w Starym Testamencie. Jego nazwa również pochodzi od rzymskiego adámas, adámantis („twarda stal”).
Pojęcie pierwiastka węglowego pojawia się, gdy René Antoine Ferchault de Réaumur bada powstawanie stali z żelaza , zauważa, że ta przemiana odpowiada wchłanianiu pierwiastka przez żelazo. W 1772 roku Antoine Lavoisier badał następnie spalanie węgla i diamentów, obserwował ilościowe tworzenie się dwutlenku węgla, ale nie wykrył tworzenia się wody. W ten sposób udowadnia, że te dwa materiały są w całości zbudowane z węgla.
Grafit naturalny był znany od czasów starożytnych, ale jego natura nie była rozumiana, ponieważ był mylony z molibdenitem i uważany za formę ołowiu . W 1779 roku Carl Wilhelm Scheele wykazał również przez utlenianie grafitu, że składa się on głównie z węgla. W 1787 r Chemical scalona z Louis-Bernard Guyton de Morveau napisał artykuł definiujący węgiel jako czystej postaci węgla.
Pojawi się nazwa „węgiel” w słowniku Akademii Francuskiej w jego 6 -tego wydania (1832-5). XIX th wieku jest wzrost węgla do produkcji energii. Na przykład w 1865 roku Antoine César Becquerel opublikował zawartość węgla w głównych formach drewna opałowego zakupionego w tym czasie w Paryżu:
Historia jest zatem naznaczona wzrostem znaczenia węgla, na przykład:
Pierwiastek węglowy nie pochodzi bezpośrednio z Wielkiego Wybuchu ( pierwotna nukleosynteza ), ponieważ nie zostały spełnione warunki do jego powstania (ekspansja i stygnięcie Wszechświata były zbyt szybkie). Z drugiej strony węgiel jest produkowany masowo w sercu bardzo masywnych gwiazd , znanej jako gałąź pozioma , w której łączą się trzy jądra helu ( potrójna reakcja alfa ).
Węgiel jest obecny na Ziemi od czasu jego powstania. Występuje w postaci osadu, węgla , ropy naftowej , a także w postaci czystego grafitu , diamentu . Naturalne diamenty, które można znaleźć w kimberlicie w kominach starożytnych wulkanów, zwłaszcza w Afryce Południowej i Arkansas . Czasami można znaleźć mikroskopijne diamenty w niektórych meteorytach.
Węgiel ma w przyrodzie dwa stabilne izotopy :
Masa atomowa węgla, 12,010 7, jest nieco większa niż 12 ze względu na obecność izotopu, 13 ° C.
Węgiel ma również dwa radioizotopy:
Węgiel z sześcioma elektronami przyjmuje konfigurację elektroniczną w stanie podstawowym 1s 2 2s 2 2p 2 . Ma cztery elektrony na swojej powłoce walencyjnej , co pozwala mu tworzyć cztery wiązania kowalencyjne , w tym wiązania typu (pierwsze wiązanie z atomem) lub typu (drugie lub trzecie wiązanie). Powiązaniom typu zawsze towarzyszy powiązanie typu . Nakładanie się funkcji elektronicznych w linku jest mniejsze. Te linki są zatem mniej „solidne”.
Węgiel występuje w przyrodzie w dwóch głównych formach alotropowych :
W warunkach normalnego ciśnienia węgiel ma postać grafitu , w którym każdy atom jest związany z trzema innymi w warstwie połączonych heksagonalnych pierścieni, takich jak w aromatycznych związkach węglowodorowych. Dzięki delokalizacji orbitali grafit przewodzi prąd . Grafit jest miękki, ponieważ wiązania chemiczne między płaszczyznami są słabe (2% tych w płaszczyznach), przez co warstwy łatwo przesuwają się względem siebie.
Pod bardzo wysokim ciśnieniem węgiel krystalizuje w centralnym układzie sześciennym zwanym diamentem , w którym każdy atom jest związany z czterema innymi (odległość międzyatomowa 136 µm ). Diamentu poprzez opór wiązań węgiel-węgiel , jest z azotku boru , twardszy materiał do zera. W temperaturze pokojowej przemiana w grafit jest tak powolna, że jest niewykrywalna. W określonych warunkach węgiel krystalizuje do lonsdaleitu , który ma kształt podobny do diamentu, ale jest sześciokątny. Wszystkich kamieni szlachetnych , diament jest jedynym zostać całkowicie zużyte.
Oprócz grafitu (czysty sp 2 ) i diamentu (czysty sp 3 ) węgiel występuje w postaci amorficznej i wysoce nieuporządkowanej (aC). Te bezpostaciowe formy węgla są mieszaniną trójwiązań podobnych do grafitu lub czterowiązań podobnych do diamentów. Do wytwarzania prądu przemiennego stosuje się wiele metod: rozpylanie, odparowywanie wiązki elektronów , osadzanie łuku elektrycznego, ablacja laserowa itp. W 2019 roku cykliczna cząsteczka C 18(czysty sp 1 ) zsyntetyzowano usuwając grupy CO w tlenku C 24 O 6.
W cebuli węgla struktur w oparciu o strukturze fullerenu jak, ale ścianka, która składa się z kilku warstw węgla.
Cylindryczne kształty węgla nazywane są nanorurkami (nanorurki węglowe, skrót: CNT). Zostały odkryte w grudce tworzącej się na katodzie łuku elektrycznego podczas syntezy fulerenów. Te obiekty o nanometrycznej średnicy i długości czasami sięgającej milimetra pojawiają się jako płaszczyzny węgla o grubości monoatomowej (lub grafenu ) zwinięte na sobie i tworzące rurkę o średnicy nanometrycznej). Nanorurki, których ściana składa się tylko z jednej płaszczyzny węglowej, nazywane są „jednościennymi”. Niemal wszystkie nanorurki wytwarzane metodą łuku elektrycznego są „wielolistne”.
Grafen składa się z pojedynczej płaszczyzny węgla o jednoatomowej grubości. Grafen można po prostu uzyskać, pobierając pojedynczą warstwę węgla z kryształu grafitu.
Wraz z tymi strukturami obserwujemy dużą liczbę wielościennych nanocząstek . Podobnie jak cebule i wielościenne nanorurki, obserwacje za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej o wysokiej rozdzielczości ( (en) HRTEM : Transmisyjna mikroskopia elektronowa o wysokiej rozdzielczości ) ujawniają, że te nanocząsteczki węgla składają się z kilku warstw grafenu, zamkniętych, pozostawiając nanometryczną wnękę w ich centrum.
Pod ciśnieniem atmosferycznym węgiel (grafit) będzie sublimować w temperaturze 4100 K . W postaci gazowej zwykle tworzy małe łańcuchy atomów zwane karbynami . Schładzane bardzo powoli, łączą się, tworząc nieregularne i zniekształcone grafitowe arkusze tworzące sadzę . Wśród tych ostatnich znajdujemy w szczególności jednościenną kulistą formę C 60 zwaną fullerenem , a dokładniej buckminsterfulleren i jej odmiany C n (20 ≤ n ≤ 100) , które tworzą niezwykle sztywne struktury.
Ciecz węgla tworzy tylko powyżej ciśnienia i temperatury do punktu potrójnego , w związku z powyżej 10,8 ± 0,2 MPa (około 100 razy pod ciśnieniem atmosferycznym) i 4600 ± 300 K .
Węgiel jest podstawowym składnikiem związków organicznych , które często zawierają co najmniej jedno wiązanie węgiel-wodór . Jednak węgiel występuje również w przyrodzie w postaci nieorganicznej, głównie w postaci dwutlenku węgla , oraz w postaci mineralnej.
Chemia węgla jest zasadniczo kowalencyjna. Węgiel jest podstawą wielu związków, które mogą zawierać dużą liczbę atomów w połączeniu z wodorem , tlenem , azotem , halogenami , fosforem , siarką i metalami, na przykład wiązania pojedyncze, podwójne lub potrójne. Badania i synteza tych związków to chemia organiczna . Głównymi związkami organicznymi węgla są „ węglowodory ” cząsteczek łączących węgiel i wodór . Węglowodory dzieli się na trzy rodziny:
W zależności od liczby atomów węgla poprzedzamy przyrostek -an, -ene lub -yne:
Rotacja jest wolna wokół pojedynczych wiązań węgiel-węgiel. Z drugiej strony wiązania podwójne lub potrójne są sztywne: wiązanie podwójne jest płaskie, kąty wiązania wokół atomów węgla wynoszą 120 °. Prowadzi to do powstania diastereoizomerów , czyli związków o tym samym wzorze chemicznym, ale innym układzie atomów w przestrzeni. Wiązanie potrójne jest liniowe.
Ponadto węgiel sp 3 może tworzyć związki chiralne (z greckiego kheir ( ἣ χείρ ), ręka). Najprostszym przypadkiem jest związek mający 4 różne podstawniki wokół atomu węgla. W zależności od rozmieszczenia w przestrzeni tych podstawników uzyskuje się dwie różne cząsteczki: nie można ich nakładać, są parą enancjomerów . Enancjomery są swoim odbiciem w lustrze (podobnie jak nasze dwie ręce).
W węglowodorach aromatycznych atomy węgla tworzą pierścienie lub jądra stabilizowane zdelokalizowanymi wiązaniami π .
Ten typ atomów węgla jest stosunkowo rzadki pod względem różnorodności w porównaniu z węglami organicznymi i mineralnymi. Najczęściej występuje w postaci nieorganicznych lub metaloorganicznych kompleksów, które zawierają nieosłonięty atom węgla lub cząsteczkę CO lub CO 2 ., w swoich sferach koordynacyjnych. Na przykład :
Cząsteczka dwutlenku węgla CO 2występuje w stanie gazowym w atmosferze ziemskiej . Pewna ilość tego CO 2rozpuszcza się w wodach oceanicznych i kontynentalnych oraz w części CO 2rozpuszczony reaguje z cząsteczką wody tworząc kwas węglowy H 2 CO 3 podążając za reakcją:H 2 O+ CO 2(rozpuszczony) ⇔ H 2 CO 3.
Następnie H 2 CO 3( Węglan diwodorofosforan lub kwasu węglowego), będąc dikwasu , daje swoje dwa protony do pomiaru stałe kwasowości w pary kwasowo-zasadowej (H 2 CO 3 / HCO 3 -) i (HCO 3 - / CO 3 2–) i początkowy skład roztworów kwasowo-zasadowych wody zgodnie z równaniami:H 2 CO 3+ H 2 O⇔ HCO 3 -( Wodorowęglanu jonowego lub wodorowęglan ) + H 3 O +( jon hydroniowy lub uwodniony proton )i:HCO 3 -+ H 2 O⇔ CO 3 2–(jon węglanowy) + H 3 O +.
Okazuje się jednak, że w wodzie morskiej ten układ węglanowy występuje w dużych ilościach iw takich proporcjach, że pełni podstawową rolę buforową w zakwaszeniu wód oceanicznych ( pH 8,1-8,4), które pozwala na wytworzenie bardzo stabilny. Ten poziom węglanów (a dokładniej boranów ) nazywany jest alkalicznością lub całkowitą zasadowością (TAC, mierzony w stopniach francuskich lub kH mierzony w stopniach niemieckich; są inne jednostki. Najlepiej mówić w ppm lub częściach na milion). Tym pH pozostawiono ilości „ geologicznych ” w testach wapień od pierwotniaka plankton , tworząc osadowe wapienie składa się w zasadzie z kryształów z węglanu wapnia i magnezu (mieszanina zwany kamień wapienny) z Paryża, marmur itp Cała ta chemia jest tradycyjnie zawarta w chemii nieorganicznej , czyli mineralnej, chociaż jest oczywiście wiele punktów, w których nie ma to uzasadnienia. Zatem węgiel zawarty w dwutlenku węgla, kwasie węglowym, wodorowęglanie i węglanie można zakwalifikować jako węgiel nieorganiczny. Odnosi się to również do węgla diamentu i innych alotropowych odmian o krystalicznej węgla.
Czysty węgiel ma niską toksyczność dla ludzi i można go bezpiecznie obchodzić, a nawet spożywać w postaci grafitu lub węgla drzewnego. Jest odporny na rozpuszczanie czy atak chemiczny, nawet w kwaśnych treściach np. Przewodu pokarmowego.
W przeciwieństwie do tego dwusiarczek węgla CS 2 , choć podobny w budowie do dwutlenku węgla, jest wysoce toksyczną cieczą stosowaną jako rozpuszczalnik ( wulkanizacja gumy).
Pozostałe tlenki węgla to tlenek węgla CO i mniej powszechny podtlenek węgla C 3 O 2 . Tlenek węgla jest gazem bezbarwny, bezwonny tworzą spalania związków organicznych lub niekompletny czystego węgla (węgiel drzewny). Do tlenku węgla wiąże silniej niż tlenu, mianowicie hemoglobiny we krwi w celu utworzenia karboksyhemoglobiny, związek stabilny. Rezultatem tej reakcji jest zatrucie cząsteczek hemoglobiny , które może być śmiertelne (patrz wpis o pytaniu).
Jon cyjankowy CN - ma zachowanie chemiczne podobne do jonu halogenkowego . Sole zawierające jon cyjanku są silnie toksyczne. Cyjan, gaz o składzie (CN) 2, jest również zbliżony do halogenów .
W przypadku metali węgiel tworzy węgliki C 4 lub C 2 2- acetylenki . Cokolwiek się stanie, przy elektroujemności 2,5 węgiel woli tworzyć wiązania kowalencyjne . Niektóre węgliki są kowalencyjnymi sieciami, na przykład węglik krzemu , SiC, który wygląda jak diament , a ponadto jest używany do określania ich wielkości.
Obecnie szeroko badana jest toksyczność nowych alotropowych form węgla (fulereny, nanorurki, grafen). W swoim rodzimym stanie nanostruktury te są trudne do odfiltrowania w powietrzu i mogą stanowić zagrożenie, które należy ocenić. Należy zauważyć, że w kontekście ich stosowania związki te są na ogół rozproszone w rozpuszczalniku lub utrwalone na stałym podłożu.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H. | Hej | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Być | b | VS | NIE | O | fa | Urodzony | |||||||||||||||||||||||||
3 | Nie dotyczy | Mg | Glin | tak | P. | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K. | To | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Współ | Lub | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Płyta CD | W | Sn | Sb | ty | ja | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Ba | Plik | To | Pr | Nd | Po południu | Sm | Miał | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Czytać | Hf | Twój | W. | Re | Kość | Ir | Pt | W | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | W | Rn | |
7 | Ks | Ra | Ac | Cz | Rocznie | U | Np | Mógłby | Jestem | Cm | Bk | Por | Jest | Fm | Md | Nie | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Poz | Ts | Og | |
8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
* | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 |
Metale alkaliczne |
Ziemia alkaliczna |
Lantanowce |
Metale przejściowe |
Słabe metale |
metalem loids |
Długoterminowe metale |
geny halo |
Gazy szlachetne |
Pozycje niesklasyfikowane |
Aktynowce | |||||||||
Superaktynowce |