Uglerod kimyosining agregat holati. Uglerod - elementning xarakteristikasi va kimyoviy xossalari. Qattiq birikma holatidagi moddalar

TA’RIF

Uglerod- oltinchi element Davriy jadval. Belgilanishi - C lotincha "carboneum" dan. Ikkinchi davrda joylashgan, IVA guruhi. Metall bo'lmaganlarga ishora qiladi. Yadro zaryadi 6 ga teng.

Uglerod tabiatda erkin holatda ham, ko'plab birikmalar shaklida ham mavjud. Erkin uglerod olmos va grafit shaklida uchraydi. Qazib olinadigan ko'mirdan tashqari, Yerning ichaklarida katta miqdordagi neft to'planishi mavjud. yer qobig'ida ko'p miqdorda tuz mavjud karbonat kislotasi ayniqsa kaltsiy karbonat. Havoda doimo karbonat angidrid mavjud. Nihoyat, o'simlik va hayvon organizmlari hosil bo'lishida uglerod ishtirok etadigan moddalardan iborat. Shunday qilib, bu element er yuzidagi eng keng tarqalgan elementlardan biridir, garchi uning er qobig'idagi umumiy miqdori atigi 0,1% ni tashkil qiladi.

Uglerodning atom va molekulyar og'irligi

Moddaning nisbiy molekulyar massasi (M r) - berilgan molekulaning massasi uglerod atomi massasining 1/12 qismidan necha marta katta ekanligini va elementning nisbiy atom massasini (Ar r) ko'rsatadigan raqam. kimyoviy element atomlarining o'rtacha massasi uglerod atomi massasining 1/12 qismidan necha marta kattaroqdir.

Erkin holatda uglerod monotomik C molekulalari shaklida mavjud bo'lganligi sababli, uning atom va molekulyar massalarining qiymatlari bir xil. Ular 12,0064 ga teng.

Uglerodning allotropiyasi va allotropik modifikatsiyalari

Erkin holatda uglerod kubik va olti burchakli (lonsdaleit) sistemalarda kristallanadigan olmos va olti burchakli tizimga kiruvchi grafit shaklida mavjud (1-rasm). Ko'mir, koks yoki kuyik kabi uglerod shakllari tartibsiz tuzilishga ega. Sintetik tarzda olingan allotropik modifikatsiyalar ham mavjud - bular -C= C- yoki = C = C= tipidagi chiziqli zanjirli polimerlardan qurilgan karbin va polikumulen - uglerod navlari.

Guruch. 1. Uglerodning allotropik modifikatsiyalari.

Uglerodning allotropik modifikatsiyalari ham maʼlum boʻlib, ular quyidagi nomlarga ega: grafen, fulleren, nanotubalar, nanotolalar, astralin, shishasimon uglerod, ulkan nanotubalar; amorf uglerod, uglerod nanobuds va uglerod nanofoam.

Uglerodning izotoplari

Tabiatda uglerod 12 C (98,98%) va 13 C (1,07%) ikkita barqaror izotop shaklida mavjud. Ularning massa raqamlari mos ravishda 12 va 13 ga teng. 12 C uglerod izotopining yadrosida oltita proton va olti neytron, 13 C izotopida esa bir xil miqdordagi proton va besh neytron mavjud.

Bitta sun'iy (radioaktiv) uglerod izotopi mavjud, 14 C, yarimparchalanish davri 5730 yil.

uglerod ionlari

Uglerod atomining tashqi energiya darajasida valentlik bo'lgan to'rtta elektron mavjud:

1s 2 2s 2 2p 2.

Kimyoviy o'zaro ta'sir natijasida uglerod valentlik elektronlarini yo'qotishi mumkin, ya'ni. ularning donori bo'lib, musbat zaryadlangan ionlarga aylanadi yoki boshqa atomdan elektronlarni qabul qiladi, ya'ni. ularning qabul qiluvchisi bo'lib, manfiy zaryadlangan ionlarga aylanadi:

C 0 -2e → C 2+;

C 0 -4e → C 4+;

C 0 +4e → C 4-.

Molekula va uglerod atomi

Erkin holatda uglerod bir atomli C molekulalari shaklida mavjud.Uglerod atomi va molekulasini tavsiflovchi ba'zi xususiyatlar:

Uglerod qotishmalari

Dunyo bo'ylab eng mashhur uglerod qotishmalari po'lat va quyma temirdir. Chelik temir va uglerod qotishmasi bo'lib, uglerod miqdori 2% dan oshmaydi. Cho'yanda (shuningdek, uglerodli temir qotishmasi) uglerod miqdori yuqori - 2 dan 4% gacha.

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

Vazifa	Tarkibida 0,1 massa ulushi aralashmalar bo‘lgan 500 g ohaktoshni yoqish paytida qanday hajmdagi uglerod oksidi (IV) ajralib chiqadi (n.o.).
Yechim	Biz ohaktoshni qovurish reaktsiyasi tenglamasini yozamiz: CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 -. Keling, sof ohaktosh massasini topamiz. Buning uchun birinchi navbatda uning aralashmalarsiz massa ulushini aniqlaymiz: w toza (CaCO 3) \u003d 1 - w nopoklik \u003d 1 - 0,1 \u003d 0,9. m toza (CaCO 3) \u003d m (CaCO 3) × w tiniq (CaCO 3); m toza (CaCO 3) \u003d 500 × 0,9 \u003d 450 g. Ohaktosh moddasi miqdorini hisoblang: n (CaCO 3) \u003d m tiniq (CaCO 3) / M (CaCO 3); n(CaCO 3) \u003d 450/100 \u003d 4,5 mol. Reaksiya tenglamasiga ko'ra n (CaCO 3) : n (CO 2) = 1: 1, keyin n (CaCO 3) \u003d n (CO 2) \u003d 4,5 mol. Keyin chiqarilgan uglerod oksidi (IV) hajmi quyidagilarga teng bo'ladi: V(CO 2) \u003d n(CO 2) × V m; V (CO 2) \u003d 4,5 × 22,4 \u003d 100,8 litr.
Javob	100,8 l

2-MISA

Vazifa	11,2 g kaltsiy karbonatni neytrallash uchun 0,05 massa ulushi yoki 5% vodorod xlorid bo'lgan eritma qancha miqdorda kerak bo'ladi?
Yechim	Kaltsiy karbonatni vodorod xlorid bilan neytrallash tenglamasini yozamiz: CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2 -. Kaltsiy karbonat moddasining miqdorini toping: M(CaCO 3) = A r (Ca) + A r (C) + 3×A r (O); M(CaCO 3) \u003d 40 + 12 + 3 × 16 \u003d 52 + 48 \u003d 100 g / mol. n (CaCO 3) \u003d m (CaCO 3) / M (CaCO 3); n (CaCO 3) \u003d 11,2 / 100 \u003d 0,112 mol. Reaksiya tenglamasiga ko'ra n (CaCO 3) : n (HCl) \u003d 1: 2, bu degani n(HCl) \u003d 2 × n (CaCO 3) \u003d 2 × 0,224 mol. Eritma tarkibidagi vodorod xlorid moddasining massasini aniqlang: M(HCl) \u003d A r (H) + A r (Cl) \u003d 1 + 35,5 \u003d 36,5 g / mol. m (HCl) = n (HCl) × M (HCl) = 0,224 × 36,5 = 8,176 g Vodorod xlorid eritmasining massasini hisoblang: m eritma (HCl) = m (HCl) × 100 / w (HCl); m eritma (HCl) = 8,176 × 100 / 5 = 163,52 g
Javob	163,52 gr

A. brom
B. Yoda
V.Ftora
G. Xlor
2. Sanab o'tilgan kimyoviy elementlardan atom birikmalarda ENG KAM elektromanfiylikka ega
A.Broma
B. Yoda
V.Ftora
G. Xlor
3. Sanab o'tilgan moddalardan eng aniq qaytaruvchi xossalari hisoblanadi
A. Brom
B. Yod
V. Flyor
G. Xlor
4. Oddiy sharoitda ftorning agregat holati
A. Gazsimon
B. Suyuqlik
B. Qattiq
5. Yod molekulasidagi kimyoviy bog'lanish
A. Ionnaya
B. Kovalent qutbsiz
B. Kovalent qutbli
G. Metallik
6. Juftlik moddalar formulalari ularning har biri bog'lanish faqat kovalent qutbdir
A.Br2;I2
B.HCl;HBr
B.NaCl;KBr
G.Cl2;HCl
7. Jangda zaharli modda sifatida ishlatilgan galogenning nomi
A. Brom
B. Yod
V. Flyor
G. Xlor
8. Brom modda bilan o'zaro ta'sir qilmaydi
A.NaCl(eritma)
B.H2
B.Ki(r-r)
G.Mg

Yordam bering iltimos!!!

2 (2 ball). Ushbu kimyoviy elementlardan eng kattasi atom radiusi atomda:
A. Brom. B. Yoda. B. Ftor. G. Xlor.
3 (2 ball). Ro'yxatdagi kimyoviy elementlardan eng kichigi
Atomning birikmalarda elektron manfiyligi bor:
A. Vg. B. I. C. F. G. Cl.
4 (2 ball). Xlor elementining joylashuvi davriy tizim:
A. 2-davr, 7-guruhning asosiy kichik guruhi.
B. 3-davr, 7-guruhning asosiy kichik guruhi.
B. 4-davr, 7-guruhning asosiy kichik guruhi.
d.5-davr, 7-guruhning asosiy kichik guruhi.
5 (2 ball). Ushbu moddalarning eng aniq qaytaruvchi xususiyatlari quyidagilardir:
6 (2 ball). Oddiy sharoitlarda ftorning agregat holati:
A. Gazsimon. B. Suyuqlik. B. Qattiq.
7 (2 ball). Yod molekulasidagi kimyoviy bog'lanish:
A. Ionik.
B. Kovalent qutbsiz.
B. Kovalent qutbli.
G. Metall.
8 (2 ball). Har birida bog'lanish faqat kovalent qutbli bo'lgan moddalarning bir juft formulasi:
A. Br2, i2. B. HCI, HBr. B. NaCI, KBr. D. C12, HCl
9 (2 ball). Jangda zaharli modda sifatida ishlatilgan halogenning nomi:
A. Brom. B. Yod. V. Ftor. G. Xlor.
10 (2 ball). Brom formulasi bo'lgan moddalar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi:
A. NaCI (eritma). B. H2. B. KI (yechim). G. Mg.
11 (12 ball). Xlorning kovalent qutbsiz, kovalent qutbli va ionli bog‘lanish hosil qiluvchi birikmalariga misollar keltiring. Javobingizni kimyoviy bog‘lanish diagrammalari bilan tasvirlab bering.

12 (6 ball). Quyidagi o'zgarishlarni amalga oshirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan molekulyar reaktsiya tenglamalarini yozing:
NaCI----Cl2---CuCl2---AgCl.
1-reaksiyani OVR nuqtai nazaridan ko'rib chiqing.

13 (6 ball). Natriy bromid va natriy nitrat eritmalarini qanday aniqlash mumkin? Molekulyar, toʻliq va qisqartirilgan ion tenglamalarini yozing.

14 (4 ball). Vodorod galogenidlari laboratoriyada konsentrlangan sulfat kislotani metall galogenidlari bilan reaksiyaga kiritish orqali olinadi. Sxema bo'yicha
NaCl + H2sO4 ---- NaHSO4 + HCl
1,5 mol natriy yodiddan olingan galogen vodorodning massasini hisoblang.

Eng keng tarqalgan bilim agregatsiyaning uchta holati haqida: suyuq, qattiq, gazsimon, ba'zida ular plazma, kamroq tez-tez suyuq kristal haqida o'ylashadi. Yaqinda Internetda mashhur () Stiven Fraydan olingan materiyaning 17 fazasi ro'yxati tarqaldi. Shuning uchun, biz ular haqida batafsilroq gaplashamiz, chunki. Koinotda sodir bo'layotgan jarayonlarni yaxshiroq tushunish uchun materiya haqida bir oz ko'proq bilish kerak.

Quyida keltirilgan moddaning agregat holatlari roʻyxati eng sovuq holatdan eng issiq holatga oʻtadi va hokazo. davom ettirilishi mumkin. Shu bilan birga, shuni tushunish kerakki, gaz holatidan (№ 11), ro'yxatning har ikki tomonida eng "kengaytirilgan", moddaning siqilish darajasi va uning bosimi (bunday o'rganilmaganlar uchun ba'zi rezervlar bilan) kvant, nur yoki kuchsiz simmetrik) kabi faraziy holatlar kuchayadi.Matndan keyin materiyaning fazaviy o'tishlarining vizual grafigi berilgan.

1. Kvant- harorat mutlaq nolga tushganda erishiladigan moddalarning yig'ilish holati, buning natijasida ichki bog'lanishlar yo'qoladi va modda erkin kvarklarga parchalanadi.

2. Bose-Eynshteyn kondensati- mutlaq nolga yaqin haroratgacha sovutilgan bozonlarga asoslangan moddaning agregat holati (mutlaq noldan yuqori darajaning milliondan bir qismidan kam). Bunday yuqori sovutilgan holatda, bu etarli katta raqam atomlar mumkin bo'lgan eng past kvant holatlarida va kvant effektlari makroskopik darajada namoyon bo'la boshlaydi. Bose-Eynshteyn kondensati (ko'pincha "Bose kondensati" yoki oddiygina "orqa" deb ataladi) siz u yoki boshqasini sovutganda paydo bo'ladi. kimyoviy element juda past haroratlarga (odatda mutlaq noldan biroz yuqoriroq, minus 273 daraja Selsiy, hamma narsa harakatni to'xtatadigan nazariy harorat).
Bu erda g'alati narsalar sodir bo'la boshlaydi. Odatda faqat atom darajasida kuzatilishi mumkin bo'lgan jarayonlar endi yalang'och ko'z bilan kuzatilishi mumkin bo'lgan darajada katta miqyosda sodir bo'ladi. Misol uchun, agar siz stakanga "orqa" qo'ysangiz va kerakli haroratni ta'minlasangiz, modda devor bo'ylab sudralib chiqa boshlaydi va oxir-oqibat o'z-o'zidan chiqib ketadi.
Ko'rinishidan, bu erda biz materiyaning o'z energiyasini tushirishga bo'lgan befoyda urinishi bilan shug'ullanamiz (bu barcha mumkin bo'lgan darajalarning eng pastida).
Sovutish uskunasi yordamida atomlarning sekinlashishi Bose kondensati yoki Bose-Eynshteyn deb nomlanuvchi yagona kvant holatini hosil qiladi. Bu hodisa 1925 yilda A. Eynshteyn tomonidan S. Bose ishini umumlashtirish natijasida bashorat qilingan boʻlib, unda zarrachalar uchun statistik mexanika qurilgan, massasiz fotonlardan tortib massali atomlargacha (Eynshteynning yoʻqolgan deb hisoblangan qoʻlyozmasi. 2005 yilda Leyden universiteti kutubxonasida topilgan). Bose va Eynshteynning sa'y-harakatlari natijasi Bose-Eynshteyn statistikasiga bo'ysunadigan gaz haqidagi Bose kontseptsiyasi bo'lib, u butun spinli bir xil zarrachalarning statistik taqsimotini tavsiflaydi, bozonlar. Masalan, alohida elementar zarralar - fotonlar va butun atomlar bo'lgan bozonlar bir xil kvant holatlarida bir-biri bilan bo'lishi mumkin. Eynshteyn atomlarni - bozonlarni juda past haroratgacha sovutish ularning eng past kvant holatiga o'tishiga (yoki boshqacha qilib aytganda, kondensatsiyalanishiga) olib kelishini taklif qildi. Bunday kondensatsiyaning natijasi materiyaning yangi shaklining paydo bo'lishi bo'ladi.
Bu o'tish kritik harorat ostida sodir bo'ladi, bu hech qanday ichki erkinlik darajasi bo'lmagan o'zaro ta'sir qilmaydigan zarrachalardan tashkil topgan bir hil uch o'lchovli gaz uchun.

3. Fermion kondensati- tayanchga o'xshash, lekin tuzilishi jihatidan farq qiluvchi moddaning agregatsiya holati. Mutlaq nolga yaqinlashganda, atomlar o'zlarining burchak momentumlari (spin) kattaligiga qarab turlicha harakat qiladilar. Bozonlarda butun spinlar, fermionlarda esa 1/2 (1/2, 3/2, 5/2) ga karrali spinlar mavjud. Fermionlar ikki fermion bir xil kvant holatiga ega bo'lolmaydi, degan Pauli istisno printsipiga bo'ysunadi. Bozonlar uchun bunday taqiq yo'q va shuning uchun ular bitta kvant holatida mavjud bo'lish va shu bilan Bose-Eynshteyn kondensatini hosil qilish imkoniyatiga ega. Ushbu kondensatning hosil bo'lish jarayoni supero'tkazuvchi holatga o'tish uchun javobgardir.
Elektronlar 1/2 spinga ega va shuning uchun fermionlardir. Ular juftlarga birlashadilar (Kuper juftlari deb ataladi), ular keyinchalik Bose kondensatini hosil qiladi.
Amerikalik olimlar chuqur sovutish orqali fermion atomlaridan bir turdagi molekula olishga harakat qilishdi. Haqiqiy molekulalardan farqi shundaki, atomlar o'rtasida kimyoviy bog'lanish yo'q edi - ular faqat o'zaro bog'liq holda harakat qilishdi. Atomlar orasidagi bog'lanish Kuper juftlaridagi elektronlar orasidagi bog'lanishdan ham kuchliroq bo'lib chiqdi. Hosil bo'lgan juft fermionlar uchun umumiy spin endi 1/2 ga karrali emas, shuning uchun ular allaqachon bozonlar kabi harakat qilishadi va bitta kvant holatiga ega Bose kondensatini hosil qilishlari mumkin. Tajriba davomida kaliy-40 atomli gaz 300 nanokelvingacha sovutilgan, gaz esa optik tuzoqqa o'ralgan edi. Keyin tashqi magnit maydon qo'llanilib, uning yordamida atomlar orasidagi o'zaro ta'sirlarning tabiatini o'zgartirish mumkin edi - kuchli itarilish o'rniga kuchli tortishish kuzatila boshlandi. Magnit maydonning ta'sirini tahlil qilganda, atomlar Kuper juft elektronlari kabi harakat qila boshlagan shunday qiymatni topish mumkin edi. Tajribaning keyingi bosqichida olimlar fermionik kondensat uchun o'ta o'tkazuvchanlik ta'sirini olishni taklif qilmoqdalar.

4. O‘ta suyuqlik moddasi- moddaning yopishqoqligi deyarli yo'q va oqayotganda u qattiq sirt bilan ishqalanishni boshdan kechirmaydigan holat. Buning oqibati, masalan, tortishish kuchiga qarshi uning devorlari bo'ylab tomirdan ortiqcha suyuqlik geliyning to'liq o'z-o'zidan "chiqib ketishi" kabi qiziqarli effektdir. Albatta, bu erda energiya saqlanish qonunining buzilishi yo'q. Ishqalanish kuchlari bo'lmaganda, geliyga faqat tortishish kuchlari, geliy va tomir devorlari va geliy atomlari orasidagi atomlararo o'zaro ta'sir kuchlari ta'sir qiladi. Shunday qilib, atomlararo o'zaro ta'sir kuchlari boshqa barcha kuchlardan ustundir. Natijada, geliy barcha mumkin bo'lgan sirtlarga imkon qadar ko'proq tarqalishga intiladi va shuning uchun idishning devorlari bo'ylab "sayohat qiladi". 1938 yilda sovet olimi Pyotr Kapitsa geliyning ortiqcha suyuqlik holatida bo'lishi mumkinligini isbotladi.
Shuni ta'kidlash kerakki, geliyning ko'plab g'ayrioddiy xususiyatlari ancha vaqtdan beri ma'lum. Biroq, ichida o'tgan yillar bu kimyoviy element bizni qiziqarli va kutilmagan ta'sirlar bilan "buzadi". Shunday qilib, 2004 yilda Pensilvaniya universitetidan Muso Chan va Eun-Syong Kimni qiziqtirishdi. ilmiy dunyo ular geliyning mutlaqo yangi holatini - o'ta suyuqlikli qattiq moddani olishga muvaffaq bo'lganliklarini da'vo qilishdi. Bu holatda, kristall panjaradagi ba'zi geliy atomlari boshqalar atrofida oqishi mumkin va geliy shu tariqa o'zidan o'tishi mumkin. "O'ta qattiqlik" ta'siri nazariy jihatdan 1969 yilda bashorat qilingan. Va 2004 yilda - go'yo eksperimental tasdiqlash. Biroq, keyinchalik va juda qiziq tajribalar shuni ko'rsatdiki, hamma narsa unchalik oddiy emas va, ehtimol, ilgari qattiq geliyning ortiqcha suyuqligi uchun olingan hodisaning bunday talqini noto'g'ri.
AQShning Braun universitetidan Xamfri Maris boshchiligidagi olimlarning tajribasi sodda va nafis edi. Olimlar teskari aylantirilgan sinov naychasini suyuq geliyning yopiq idishiga joylashtirdilar. Probirkadagi va tankdagi geliyning bir qismi shunday muzlatilganki, probirka ichidagi suyuqlik va qattiq o'rtasidagi chegara tankdagidan yuqori bo'ladi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, probirkaning yuqori qismida suyuq geliy, pastki qismida esa qattiq geliy mavjud bo'lib, u tankning qattiq fazasiga silliq o'tdi, uning ustiga ozgina suyuq geliy quyiladi - suyuqlik darajasidan pastroq. probirkada. Agar suyuq geliy qattiq suyuqlikdan singib keta boshlasa, u holda daraja farqi kamayadi va keyin biz qattiq supersuyuq geliy haqida gapirishimiz mumkin. Va printsipial jihatdan, 13 ta tajribadan uchtasida daraja farqi kamaydi.

5. O‘ta qattiq materiya- materiya shaffof va suyuqlik kabi "oqishi" mumkin bo'lgan, lekin aslida u yopishqoqlikdan mahrum bo'lgan agregatsiya holati. Bunday suyuqliklar ko'p yillar davomida ma'lum bo'lib, super suyuqliklar deb ataladi. Haqiqat shundaki, agar ortiqcha suyuqlik aralashtirilsa, u deyarli abadiy aylanadi, normal suyuqlik esa oxir-oqibat tinchlanadi. Dastlabki ikkita super suyuqlik tadqiqotchilar tomonidan geliy-4 va geliy-3 yordamida yaratilgan. Ular deyarli mutlaq nolga - minus 273 darajagacha sovutilgan. Va geliy-4 dan amerikalik olimlar o'ta qattiq tanani olishga muvaffaq bo'lishdi. Ular muzlatilgan geliyni bosim bilan 60 martadan ko'proq siqdilar, so'ngra modda bilan to'ldirilgan shisha aylanadigan diskka o'rnatildi. Tselsiy bo‘yicha 0,175 daraja haroratda disk birdaniga erkinroq aylana boshladi, bu esa olimlarning fikricha, geliy super jismga aylanganidan dalolat beradi.

6. Qattiq- muvozanat pozitsiyalari atrofida kichik tebranishlarni hosil qiluvchi atomlarning issiqlik harakati shakli va tabiatining barqarorligi bilan tavsiflangan moddalarning yig'ilish holati. Qattiq jismlarning barqaror holati kristalldir. Atomlar orasidagi ion, kovalent, metall va boshqa turdagi bog'lanishlarga ega bo'lgan qattiq moddalarni ajratib ko'rsatish, bu ularning fizik xususiyatlarining xilma-xilligini belgilaydi. Qattiq jismlarning elektr va ba'zi boshqa xossalari, asosan, uning atomlarining tashqi elektronlari harakatining tabiati bilan belgilanadi. Elektr xossalariga ko'ra qattiq jismlar dielektriklarga, yarim o'tkazgichlarga va metallarga, magnit xossalariga ko'ra diamagnitlarga, paramagnitlarga va tartibli magnit tuzilishga ega jismlarga bo'linadi. Qattiq jismlarning xususiyatlarini o'rganish katta sohaga - qattiq jismlar fizikasiga birlashdi, uning rivojlanishi texnologiya ehtiyojlari bilan rag'batlantirilmoqda.

7. Amorf qattiq jism- atomlar va molekulalarning tartibsiz joylashishi tufayli fizik xususiyatlarning izotropiyasi bilan tavsiflangan moddaning kondensatsiyalangan agregatsiya holati. Amorf holatda qattiq moddalar atomlar tasodifiy joylashgan nuqtalar atrofida tebranadi. Kristal holatidan farqli o'laroq, qattiq amorfdan suyuqlikka o'tish asta-sekin sodir bo'ladi. amorf holatda bo'ladi. turli moddalar Javob: shisha, qatron, plastmassa va boshqalar.

8. Suyuq kristall- bu bir vaqtning o'zida kristall va suyuqlik xususiyatlarini namoyon qiladigan moddaning o'ziga xos agregatsiya holati. Biz zudlik bilan barcha moddalar suyuq kristall holatda bo'lishi mumkin emasligini ta'kidlashimiz kerak. Biroq, murakkab molekulalarga ega bo'lgan ba'zi organik moddalar agregatsiyaning o'ziga xos holatini - suyuq kristall hosil qilishi mumkin. Bu holat ma'lum moddalarning kristallarini eritish paytida amalga oshiriladi. Ular erishi natijasida oddiy suyuqliklardan farq qiluvchi suyuq-kristal faza hosil bo'ladi. Bu faza kristallning erish haroratidan biroz yuqoriroq haroratgacha bo'lgan diapazonda mavjud bo'lib, qizdirilganda suyuq kristall oddiy suyuqlikka aylanadi.
Suyuq kristall suyuq va oddiy kristalldan qanday farq qiladi va ular qanday o'xshash? Oddiy suyuqlik singari, suyuq kristall ham suyuqlikka ega va u joylashtirilgan idish shaklini oladi. Bu bilan u hammaga ma'lum bo'lgan kristallardan farq qiladi. Biroq, uni suyuqlik bilan birlashtiradigan bu xususiyatga qaramay, u kristallarga xos xususiyatga ega. Bu kristall hosil qiluvchi molekulalarning fazoda joylashishi. To'g'ri, bu tartib oddiy kristallardagi kabi to'liq emas, lekin shunga qaramay, u suyuq kristallarning xususiyatlariga sezilarli darajada ta'sir qiladi, bu ularni oddiy suyuqliklardan ajratib turadi. Suyuq kristall hosil qiluvchi molekulalarning to'liq bo'lmagan fazoviy tartiblanishi suyuq kristallarda molekulalarning og'irlik markazlarining fazoviy joylashuvida qisman tartib bo'lishi mumkin bo'lsa-da, to'liq tartib yo'qligida namoyon bo'ladi. Bu ularning qattiq kristall panjarasi yo'qligini anglatadi. Shunung uchun suyuq kristallar, oddiy suyuqliklar kabi, suyuqlik xususiyatiga ega.
Suyuq kristallarning ularni oddiy kristallarga yaqinlashtiradigan majburiy xususiyati molekulalarning fazoviy yo'nalishida tartibning mavjudligidir. Orientatsiyaning bunday tartibi, masalan, suyuq kristall namunadagi molekulalarning barcha uzun o'qlari bir xil yo'naltirilganligida namoyon bo'lishi mumkin. Bu molekulalar cho'zilgan shaklga ega bo'lishi kerak. Molekulalar o'qlarining eng oddiy nomli tartiblanishiga qo'shimcha ravishda, suyuq kristallda molekulalarning yanada murakkab orientatsiya tartibini amalga oshirish mumkin.
Molekulyar o'qlarni tartiblash turiga ko'ra suyuq kristallar uch turga bo'linadi: nematik, smektik va xolesterik.
Hozirgi vaqtda dunyoning barcha rivojlangan mamlakatlarida suyuq kristallar fizikasi va ularni qo'llash bo'yicha tadqiqotlar keng jabhada olib borilmoqda. Mahalliy tadqiqotlar ham akademik, ham sanoat tadqiqot institutlarida jamlangan va uzoq an'anaga ega. V.K.ning asarlari. Frederiks V.N.ga. Tsvetkov. So'nggi yillarda suyuq kristallarni jadal o'rganish, rossiyalik tadqiqotchilar ham umuman suyuq kristallar nazariyasi va xususan, suyuq kristallar optikasi rivojlanishiga katta hissa qo'shmoqda. Shunday qilib, I.G.ning asarlari. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovskiy, S.A. Pikina, L.M. Blinov va boshqa ko'plab sovet tadqiqotchilari ilmiy jamoatchilikka keng ma'lum bo'lib, suyuq kristallarning bir qator samarali texnik qo'llanilishi uchun asos bo'lib xizmat qiladi.
Suyuq kristallarning mavjudligi juda uzoq vaqt oldin, ya'ni 1888 yilda, ya'ni deyarli bir asr oldin o'rnatilgan. Olimlar materiyaning bunday holatiga 1888 yilgacha duch kelgan bo'lishsa-da, keyinroq rasman kashf etilgan.
Suyuq kristallarni birinchi bo'lib avstriyalik botanik Reynitser kashf etgan. U tomonidan sintez qilingan yangi xolesteril benzoat moddasini o'rganib chiqib, u 145 ° C haroratda ushbu moddaning kristallari erib, yorug'likni kuchli tarqatadigan bulutli suyuqlik hosil qilishini aniqladi. Doimiy isitish bilan, 179 ° C haroratga yetganda, suyuqlik tiniq bo'ladi, ya'ni u oddiy suyuqlik, masalan, suv kabi optik tarzda harakat qila boshlaydi. Xolesteril benzoat loyqa fazada kutilmagan xususiyatlarni ko'rsatdi. Ushbu fazani qutblanuvchi mikroskop ostida tekshirib, Reinitser uning ikki sinishi borligini aniqladi. Demak, yorug'likning sindirish ko'rsatkichi, ya'ni yorug'likning bu fazadagi tezligi qutblanishga bog'liq.

9. Suyuqlik- qattiq holat (hajmning saqlanishi, ma'lum kuchlanish kuchi) va gazsimon holat (shaklning o'zgaruvchanligi) xususiyatlarini o'zida mujassam etgan moddaning agregatsiya holati. Suyuqlik zarrachalar (molekulalar, atomlar) joylashuvining qisqa masofali tartibi va molekulalarning issiqlik harakatining kinetik energiyasi va ularning o'zaro ta'sir qilish potentsial energiyasidagi kichik farq bilan tavsiflanadi. Suyuqlik molekulalarining issiqlik harakati muvozanat pozitsiyalari atrofidagi tebranishlardan va suyuqlikning suyuqligi bilan bog'liq bo'lgan bir muvozanat holatidan ikkinchisiga nisbatan kam uchraydigan sakrashlardan iborat.

10. Superkritik suyuqlik(GFR) - suyuqlik va gaz fazalari orasidagi farq yo'qolgan moddaning agregatsiya holati. Kritik nuqtadan yuqori harorat va bosimdagi har qanday modda o'ta kritik suyuqlikdir. O'ta kritik holatdagi moddaning xossalari uning gaz va suyuq fazalardagi xossalari orasida oraliqdir. Shunday qilib, SCF yuqori zichlikka ega, suyuqlikka yaqin va past viskozite, gazlar kabi. Bu holda diffuziya koeffitsienti suyuqlik va gaz o'rtasidagi oraliq qiymatga ega. O'ta kritik holatdagi moddalar laboratoriya va sanoat jarayonlarida organik erituvchilar o'rnini bosuvchi sifatida ishlatilishi mumkin. Superkritik suv va o'ta kritik karbonat angidrid ma'lum xususiyatlar bilan bog'liq holda eng katta qiziqish va taqsimotni oldi.
Superkritik holatning eng muhim xususiyatlaridan biri moddalarni eritish qobiliyatidir. Suyuqlikning harorati yoki bosimini o'zgartirish orqali uning xususiyatlarini keng doirada o'zgartirish mumkin. Shunday qilib, xossalari suyuqlik yoki gazga yaqin bo'lgan suyuqlikni olish mumkin. Shunday qilib, suyuqlikning erish kuchi zichlikning oshishi bilan ortadi (doimiy haroratda). Bosimning oshishi bilan zichlik ortib borayotganligi sababli, bosimning o'zgarishi suyuqlikning erish kuchiga ta'sir qilishi mumkin (doimiy haroratda). Harorat holatida suyuqlik xususiyatlarining bog'liqligi biroz murakkabroq - doimiy zichlikda suyuqlikning erish kuchi ham ortadi, ammo kritik nuqtaga yaqin joyda haroratning biroz oshishi zichlikning keskin pasayishiga olib kelishi mumkin. va shunga mos ravishda erituvchi kuch. Superkritik suyuqliklar bir-biri bilan cheksiz aralashadi, shuning uchun aralashmaning kritik nuqtasiga erishilganda, tizim har doim bir fazali bo'ladi. Ikkilik aralashmaning taxminiy kritik harorati Tc(mix) = (A ning mol ulushi) x TcA + (B ning mol ulushi) x TcB moddalarning kritik parametrlarining o'rtacha arifmetik qiymati sifatida hisoblanishi mumkin.

11. Gazsimon- (frantsuzcha gaz, yunoncha xaos - xaos), materiyaning yig'indisi holati, unda kinetik energiya uning zarralari (molekulalar, atomlar, ionlar) ning issiqlik harakati ular orasidagi o'zaro ta'sirlarning potentsial energiyasidan sezilarli darajada oshadi, bu bilan zarralar erkin harakatlanadi, tashqi maydonlar yo'qligida ularga berilgan butun hajmni bir xilda to'ldiradi.

12. Plazma- (yunoncha plazmadan - qoliplangan, shakllangan), ionlangan gaz bo'lgan, musbat va manfiy zaryadlarning kontsentratsiyasi teng bo'lgan moddaning holati (kvazi-neytrallik). Koinotdagi materiyaning katta qismi plazma holatida: yulduzlar, galaktik tumanliklar va yulduzlararo muhit. Yer yaqinida plazma quyosh shamoli, magnitosfera va ionosfera shaklida mavjud. Boshqariladigan termoyadro sintezini amalga oshirish maqsadida deyteriy va tritiy aralashmasidan yuqori haroratli plazma (T ~ 106 - 108 K) o'rganilmoqda. Past haroratli plazma (T Ĉ 105K) turli gaz chiqarish qurilmalarida (gaz lazerlari, ion qurilmalari, MHD generatorlari, plazma mash'alalari, plazma dvigatellari va boshqalar), shuningdek texnologiyada qo'llaniladi (qarang Plazma metallurgiya, Plazma burg'ulash, Plazma texnologiyasi).

13. Degenerativ modda- plazma va neytroniy o'rtasidagi oraliq bosqichdir. U oq mittilarda kuzatiladi va yulduzlar evolyutsiyasida muhim rol o'ynaydi. Atomlar juda yuqori harorat va bosim sharoitida bo'lganda, ular elektronlarini yo'qotadilar (ular elektron gazga o'tadi). Boshqacha aytganda, ular butunlay ionlashgan (plazma). Bunday gazning (plazma) bosimi elektron bosimi bilan aniqlanadi. Agar zichlik juda yuqori bo'lsa, barcha zarralar bir-biriga yaqinlashishga majbur bo'ladi. Elektronlar ma'lum energiyaga ega bo'lgan holatda bo'lishi mumkin va ikkita elektron bir xil energiyaga ega bo'lolmaydi (agar ularning spinlari qarama-qarshi bo'lmasa). Shunday qilib, zich gazda barcha quyi energiya darajalari elektronlar bilan to'ldirilgan bo'ladi. Bunday gaz degenerativ deb ataladi. Bu holatda elektronlar tortishish kuchlariga qarshi turadigan degenerativ elektron bosimini namoyon qiladi.

14. Neytroniy- laboratoriyada hali erishib bo'lmaydigan, ammo neytron yulduzlari ichida mavjud bo'lgan o'ta yuqori bosim ostida materiya o'tadigan agregatsiya holati. Neytron holatiga o'tish jarayonida moddaning elektronlari protonlar bilan o'zaro ta'sir qiladi va neytronlarga aylanadi. Natijada, neytron holatidagi materiya butunlay neytronlardan iborat bo'lib, yadro tartibidagi zichlikka ega. Bu holda moddaning harorati juda yuqori bo'lmasligi kerak (energetika ekvivalentida, yuz MeV dan oshmasligi kerak).
Haroratning kuchli oshishi bilan (yuzlab MeV va undan yuqori) neytron holatida turli mezonlar tug'ilib, yo'q bo'lib keta boshlaydi. Haroratning yanada oshishi bilan dekonfinatsiya sodir bo'ladi va modda kvark-gluon plazmasi holatiga o'tadi. U endi adronlardan emas, balki doimiy ravishda tug'iladigan va yo'qolib boruvchi kvarklar va glyuonlardan iborat.

15. Kvark-glyuon plazmasi(xromoplazma) — yuqori energiyali fizika va elementar zarrachalar fizikasidagi moddalarning agregat holati boʻlib, unda adronik moddalar oddiy plazmadagi elektron va ionlar boʻlgan holatga oʻtadi.
Odatda adronlardagi materiya rangsiz ("oq") deb ataladigan holatda bo'ladi. Ya'ni, turli rangdagi kvarklar bir-birini to'ldiradi. Xuddi shunday holat oddiy materiyada ham mavjud - barcha atomlar elektr neytral bo'lganda, ya'ni
ulardagi musbat zaryadlar manfiylar bilan qoplanadi. Yuqori haroratlarda atomlarning ionlanishi sodir bo'lishi mumkin, bunda zaryadlar ajratiladi va modda, ular aytganidek, "kvazi-neytral" bo'ladi. Ya'ni, butun materiya buluti umuman neytral bo'lib qoladi va uning alohida zarralari neytral bo'lishni to'xtatadi. Taxminlarga ko'ra, xuddi shu narsa adronik materiya bilan sodir bo'lishi mumkin - juda yuqori energiyalarda rang ajralib chiqadi va moddani "kvazirangsiz" qiladi.
Taxminlarga ko'ra, Olam materiyasi Katta portlashdan keyingi dastlabki daqiqalarda kvark-glyuon plazmasi holatida bo'lgan. Endi kvark-gluon plazmasi mumkin qisqa vaqt juda yuqori energiyali zarralarning to'qnashuvi natijasida hosil bo'lgan.
Kvark-glyuon plazmasi 2005 yilda Brukxaven milliy laboratoriyasida RHIC tezlatgichida eksperimental ravishda olingan. U erda 2010 yil fevral oyida maksimal plazma harorati 4 trillion daraja Selsiy bo'yicha olingan.

16. G'alati modda- agregatsiya holati, bunda modda zichlikning chegaraviy qiymatlarigacha siqiladi, u "kvark sho'rva" shaklida mavjud bo'lishi mumkin. Bu holatdagi materiyaning bir kub santimetri milliardlab tonnani tashkil qiladi; bundan tashqari, u bilan aloqa qiladigan har qanday oddiy moddani katta miqdordagi energiya chiqishi bilan bir xil "g'alati" shaklga aylantiradi.
Yulduz yadrosi moddasini "g'alati modda" ga aylantirish jarayonida ajralib chiqishi mumkin bo'lgan energiya "kvark nova" ning o'ta kuchli portlashiga olib keladi - va Lixi va Uaydning fikriga ko'ra, bu aniq edi. astronomlar bu portlashni 2006 yil sentyabr oyida kuzatgan.
Ushbu moddaning hosil bo'lish jarayoni oddiy o'ta yangi yulduzdan boshlandi, unga ulkan yulduz aylandi. Birinchi portlash natijasida neytron yulduzi paydo bo'ldi. Ammo, Lixi va Uaydning so'zlariga ko'ra, u uzoq davom etmadi, chunki uning aylanishi o'z-o'zidan sekinlashganga o'xshaydi. magnit maydon, u "g'alati materiya" laxtasining hosil bo'lishi bilan yanada qisqara boshladi, bu odatdagi o'ta yangi yulduz portlashidan ko'ra kuchliroq energiya chiqishiga olib keldi - va sobiq neytron yulduzining materiyaning tashqi qatlamlari. yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda atrofdagi kosmosga.

17. Kuchli simmetrik materiya- bu shunday darajada siqilgan moddadirki, uning ichidagi mikrozarralar bir-birining ustiga qatlamlanadi va tananing o'zi qora tuynukga qulab tushadi. “Simmetriya” atamasi quyidagicha izohlanadi: Maktab skameykasidan hammaga ma’lum bo‘lgan moddalarning agregat holatlarini – qattiq, suyuq, gazsimon hollarini olaylik. Aniqlik uchun ideal cheksiz kristallni qattiq jism sifatida ko'rib chiqing. Tarjimaga nisbatan ma'lum, diskret simmetriya deb ataladi. Bu shuni anglatadiki, agar kristall panjara ikki atom orasidagi intervalga teng masofaga siljitsa, unda hech narsa o'zgarmaydi - kristall o'zi bilan mos keladi. Agar kristall eritilgan bo'lsa, unda hosil bo'lgan suyuqlikning simmetriyasi boshqacha bo'ladi: u ortadi. Kristalda faqat ma'lum masofalarda bir-biridan uzoq bo'lgan nuqtalar, bir xil atomlar joylashgan kristall panjaraning tugunlari ekvivalent edi.
Suyuqlik butun hajmi bo'yicha bir hil, uning barcha nuqtalari bir-biridan farq qilmaydi. Bu shuni anglatadiki, suyuqliklar har qanday ixtiyoriy masofalar bilan almashtirilishi mumkin (va faqat kristalldagi kabi ba'zi diskretlar bilan emas) yoki har qanday ixtiyoriy burchaklar bilan aylantirilishi mumkin (buni kristallarda umuman amalga oshirish mumkin emas) va u o'zi bilan mos keladi. Uning simmetriya darajasi yuqoriroq. Gaz yanada nosimmetrikdir: suyuqlik idishda ma'lum hajmni egallaydi va idish ichida assimetriya mavjud bo'lib, u erda suyuqlik bor va u bo'lmagan nuqtalar. Gaz esa unga berilgan butun hajmni egallaydi va shu ma'noda uning barcha nuqtalari bir-biridan farq qilmaydi. Shunga qaramay, bu erda nuqtalar haqida emas, balki kichik, ammo makroskopik elementlar haqida gapirish to'g'riroq bo'ladi, chunki mikroskopik darajada hali ham farqlar mavjud. Ba'zi nuqtalarda bu daqiqa vaqtning atomlari yoki molekulalari bor, boshqalari esa yo'q. Simmetriya faqat o'rtacha yoki ba'zi makroskopik hajm parametrlarida yoki vaqt ichida kuzatiladi.
Ammo mikroskopik darajada oniy simmetriya hali ham mavjud emas. Agar modda juda kuchli siqilgan bo'lsa, kundalik hayotda qabul qilib bo'lmaydigan bosimlarga, atomlar ezilgan, ularning qobig'i bir-biriga kirib, yadrolari tegishi uchun siqilgan bo'lsa, mikroskopik darajada simmetriya paydo bo'ladi. Barcha yadrolar bir xil va bir-biriga bosilgan, nafaqat atomlararo, balki yadrolararo masofalar ham mavjud va modda bir hil (g'alati modda) bo'ladi.
Ammo submikroskopik daraja ham mavjud. Yadrolar yadro ichida aylanib yuradigan proton va neytronlardan iborat. Ularning orasida bir oz bo'sh joy ham bor. Agar siz yadrolar ham ezilishi uchun siqishni davom ettirsangiz, nuklonlar bir-biriga mahkam bosiladi. Keyin, submikroskopik darajada, oddiy yadrolarning ichida ham bo'lmagan simmetriya paydo bo'ladi.
Aytilganlardan ancha aniq tendentsiyani ko'rish mumkin: harorat qanchalik yuqori bo'lsa va bosim qanchalik baland bo'lsa, modda shunchalik nosimmetrik bo'ladi. Shu mulohazalardan kelib chiqib, maksimal darajada siqilgan moddani kuchli simmetrik deyiladi.

18. Kuchsiz simmetrik materiya- o'z xususiyatlariga ko'ra kuchli simmetrik materiyaga qarama-qarshi bo'lgan holat, bu juda erta koinotda Plank haroratiga yaqin haroratda, ehtimol Katta portlashdan 10-12 soniya o'tgach, kuchli, kuchsiz va elektromagnit kuchlar yagona super kuch bo'lganida. . Bu holatda materiya shu darajada siqiladiki, uning massasi energiyaga aylanadi, u shishiradi, ya'ni cheksiz kengayadi. Er sharoitidagi super kuchni eksperimental ishlab chiqarish va materiyani ushbu bosqichga o'tkazish uchun energiyaga hali erishib bo'lmaydi, garchi bunday urinishlar Katta adron kollayderida dastlabki koinotni o'rganish uchun qilingan bo'lsa ham. Ushbu moddani tashkil etuvchi o'ta kuch tarkibida tortishish o'zaro ta'siri yo'qligi sababli, o'ta kuch barcha 4 turdagi o'zaro ta'sirlarni o'z ichiga olgan supersimmetrik kuchga nisbatan etarlicha simmetrik emas. Shuning uchun bu agregatsiya holati shunday nom oldi.

19. Radiatsiya moddasi- bu, aslida, endi modda emas, balki uning sof shaklida energiya. Biroq, yorug'lik tezligiga etgan jism aynan mana shu gipotetik yig'ilish holatini oladi. Uni tanani Plank haroratiga (1032K) qizdirish, ya'ni moddaning molekulalarini yorug'lik tezligiga tarqatish orqali ham olish mumkin. Nisbiylik nazariyasidan kelib chiqadigan bo'lsak, tezlik 0,99 s dan oshganda, tananing massasi "oddiy" tezlanishga qaraganda ancha tez o'sishni boshlaydi, bundan tashqari, tana uzayadi, isinadi, ya'ni u o'sishni boshlaydi. infraqizil spektrda nurlanish. 0,999 s chegarani kesib o'tganda, tana keskin o'zgaradi va tez boshlanadi. fazali o'tish nurlanish holatiga qadar. Eynshteyn formulasidan toʻliq olingan holda, yakuniy moddaning oʻsayotgan massasi issiqlik, rentgen, optik va boshqa nurlanishlar shaklida tanadan ajratilgan massalardan iborat boʻlib, ularning har birining energiyasi formuladagi keyingi atama bilan tavsiflanadi. Shunday qilib, yorug'lik tezligiga yaqinlashgan jism barcha spektrlarda nurlanishni boshlaydi, uzunligi o'sib boradi va vaqt o'tishi bilan sekinlashadi, Plank uzunligigacha ingichka bo'ladi, ya'ni c tezlikka erishgandan so'ng, tana cheksiz uzun va ingichka jismga aylanadi. yorug'lik tezligida harakatlanuvchi va uzunligi bo'lmagan fotonlardan tashkil topgan nur va uning cheksiz massasi butunlay energiyaga aylanadi. Shuning uchun bunday moddaga nurlanish deyiladi.

Kimyo

NOORGANIK KIMYO. ELEMENTLAR VA ULARNING BIRIKMALARI

7. Uglerod

Xususiyatlari 6 C.

Atom massasi		Clarke, at.% (tabiatda tarqalishi)
Elektron konfiguratsiya*		Agregatsiya holati	mustahkam
			olmos - rangsiz grafit - kulrang
Ionizatsiya energiyasi			5000 (olmos)
Nisbiy elektro- salbiylik		Zichlik	olmos - 3,51 grafit - 2,2
Mumkin bo'lgan oksidlanish holatlari		Standart elektrod potentsiali

*Element atomining tashqi elektron sathlarining konfiguratsiyasi berilgan. Qolgan elektron sathlarning konfiguratsiyasi oldingi davrni tugatgan va qavs ichida ko'rsatilgan asil gaz uchun mos keladi.

Uglerodning izotoplari.

Uglerod ikkita barqaror izotopga ega: 12 C (98,892%) va 13 C (1,108%). Uglerodning juda muhim radioaktiv izotopi 14 C, yarim yemirilish davri T bo'lgan b-nurlarini chiqaradi 1/2 = 5570 yillar. Izotopning kontsentratsiyasini aniqlash orqali radiokarbon tahlilidan foydalanish 14 Olimlar uglerodli jinslar, arxeologik topilmalar, geologik hodisalarning yoshini aniq belgilashga muvaffaq bo'lishdi.

Tabiatda topish. Tabiatda uglerod olmos karbin va grafit shaklida, birikmalarda - ko'mir va qo'ng'ir ko'mir va neft shaklida uchraydi. Tabiiy karbonatlar tarkibiga kiradi: ohaktosh, marmar, bo'r

CaCO 3 , Dolomit CaCO 3 H MgCO 3. Muhim ajralmas qismi organik moddalar.

jismoniy xususiyatlar. Uglerod atomida 6 ta elektron mavjud bo'lib, ulardan 2 tasi hosil bo'ladi ichki qatlam

(1s 2), a 4 - tashqi (2s 2 2p 2 ). Uglerodning boshqa elementlar bilan aloqalari asosan kovalentdir. Uglerodning odatiy valentligi IV ga teng. Uglerod atomlarining ajoyib xususiyati kuchli uzun zanjirlarni, shu jumladan yopiq zanjirlarni hosil qilish uchun bir-biri bilan birlashish qobiliyatidir. Bunday birikmalarning soni juda ko'p, ularning barchasi mavzuni tashkil qiladi organik kimyo .

Uglerodning allotropik modifikatsiyalaridagi farq qattiq jismlarning kristall tuzilishining ularga ta'sirining yorqin misolidir. jismoniy xususiyatlar. IN grafit uglerod atomlari bir holatda

sp2- gibridlanish va parallel qatlamlarda joylashgan bo'lib, olti burchakli panjara hosil qiladi. Qatlam ichida atomlar qatlamlarga qaraganda ancha kuchli bog'langan, shuning uchun grafitning xususiyatlari turli yo'nalishlarda juda farq qiladi. Shunday qilib, grafitning delaminatsiyalash qobiliyati sirpanish tekisliklari bo'ylab zaifroq qatlamlararo bog'lanishlarning uzilishi bilan bog'liq.

Juda yuqori bosimlar va grafitdan havo kirmasdan isitishni sun'iy ravishda olish mumkin olmos. Olmos kristalida uglerod atomlari holatda bo'ladi

sp 3 -gibridlanish va shuning uchun barcha bog'lanishlar ekvivalent va juda kuchli. Atomlar doimiy uch o'lchamli ramka hosil qiladi. Olmos tabiatdagi eng qattiq moddadir.

Uglerodning yana ikkita allotropi kamroq ma'lum - karabin Va fulleren.

Kimyoviy xossalari. Erkin uglerod odatiy hisoblanadi kamaytiruvchi vosita. Ortiqcha havoda kislorod bilan oksidlanganda u uglerod oksidi (IV) ga aylanadi:

etishmovchiligi bilan - uglerod oksidi (II):

Ikkala reaksiya ham yuqori ekzotermikdir.

Uglerod oksidi (IV) atmosferasida qizdirilganda u hosil bo'ladi uglerod oksidi:

Uglerod ko'plab metallarni oksidlaridan kamaytiradi:

Kadmiy, mis va qo'rg'oshin oksidlari bilan reaksiyalar shunday boradi. Uglerod gidroksidi tuproq metallari, alyuminiy va boshqa ba'zi metallarning oksidlari bilan o'zaro ta'sir qilganda, karbidlar:

Bu faol metallar uglerodga qaraganda kuchli qaytaruvchi moddalar ekanligi bilan izohlanadi, shuning uchun qizdirilganda hosil bo'lgan metallar hosil bo'ladi. oksidlanadi ortiqcha uglerod, berish karbidlar:

Uglerod oksidi (II).

Uglerodning to'liq oksidlanishi bilan uglerod oksidi (II) CO hosil bo'ladi - uglerod oksidi. Suvda yomon eriydi. Uglerod 2+ ning rasmiy oksidlanish darajasi CO molekulasining tuzilishini aks ettirmaydi. CO molekulasida uglerod va kislorod elektronlarining boʻlishish natijasida hosil boʻlgan qoʻsh bogʻdan tashqari, kislorod elektronlarining yolgʻiz juftligi hisobiga donor-akseptor mexanizmi orqali hosil boʻlgan qoʻshimcha uchinchi bogʻ (oʻq bilan koʻrsatilgan) mavjud. :

Shu munosabat bilan CO molekulasi juda kuchli. Uglerod oksidi (II) tuz hosil qilmaydi va normal sharoitda suv, kislotalar va ishqorlar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Yuqori haroratlarda u qo'shilish va oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalariga moyil. Havoda CO ko'k olov bilan yonadi:

Metalllarni oksidlaridan tiklaydi:

To'g'ridan-to'g'ri nurlanish ostida quyosh nuri yoki katalizatorlar ishtirokida CO bilan birikadi

Cl2 , shakllantirish fosgen - juda zaharli gaz

Tabiatda uglerod oksidi (II) amalda uchramaydi.

U suvsizlanish bilan shakllanishi mumkin formik kislota(olishning laboratoriya usuli):

Oxirgi transformatsiya asosida sof rasmiy CO deb hisoblash mumkin angidrid, formik kislota. Bu CO yuqori bosimda gidroksidi eritmasiga o'tganda sodir bo'ladigan quyidagi reaktsiya bilan tasdiqlanadi:

o'tish metallari karbonillari.

Ko'p metallar bilan CO uchuvchi hosil qiladi karbonillar:

kovalent bog'lanish

Ni- Nikel karbonil molekulasidagi C elektron zichligi uglerod atomidan nikel atomiga o'tishi bilan donor-akseptor mexanizmi orqali hosil bo'ladi. Metall atomidagi manfiy zaryadning ortishi uning d-elektronlarining bog'lanishdagi ishtiroki bilan qoplanadi, shuning uchun metallning oksidlanish darajasi 0 ga teng. Qizdirilganda metall karbonillari metall va uglerod oksidi (II) ga parchalanadi. yuqori tozalikdagi metallarni olish uchun ishlatiladi.

Uglerod oksidi (IV). Uglerod oksidi (IV) karbonat kislota H angidrididir

2 CO 3 va kislotali oksidlarning barcha xossalariga ega.

Eritilganda

CO2 Karbon kislotasi qisman suvda hosil bo'ladi, eritmada quyidagi muvozanat mavjud:

Muvozanatning mavjudligi karbonat kislotaning juda kuchsiz kislota ekanligi bilan izohlanadi (K

1 = 410-7-bob, K 2 = 510-11-boblar25 ° C da). Karbon kislotasining erkin shakli noma'lum, chunki u beqaror va oson parchalanadi.Karbon kislotasi. Karbon kislotasi molekulasida vodorod atomlari kislorod atomlari bilan bog'langan:

Ikki asosli sifatida u bosqichma-bosqich ajraladi. Karbon kislotasi zaif elektrolitdir.

Karbonat kislota ikki asosli o'rta tuzlarni hosil qiladi - karbonatlar va kislota tuzlari bikarbonatlar. Ushbu tuzlarga sifatli reaktsiya kuchli kislotalarning ularga ta'siridir. Bu reaksiyada karbonat kislota uning tuzlaridan ajraladi va ajralib chiqishi bilan parchalanadi karbonat angidrid:

Karbonat kislota tuzlari.

Karbonat kislota tuzlaridan eng kattasi amaliy qiymat soda Na 2 CO 3 ga ega . Bu tuz bir nechta kristall gidratlarni hosil qiladi, ulardan eng barqarori Na 2 CO 3 H 10H 2 O(kristal soda). Kristalli sodani kaltsiylashda suvsiz olinadi yoki sodali suv Na 2 CO 3 . Bundan tashqari, keng qo'llaniladi soda ichish NaH CO 3 . Boshqa metallarning tuzlaridan quyidagilar muhim ahamiyatga ega: K 2 CO 3 ( kaliy)- oq kukun, suvda yaxshi eriydigan, o'simliklarning kulida bo'lgan, suyuq sovun, optik o'tga chidamli shisha, pigmentlar ishlab chiqarishda qo'llaniladi; Ca CO 3 (ohaktosh)- tabiatda marmar, bo'r va ohaktosh shaklida uchraydi, ular qurilish sanoatida qo'llaniladi. undan ohak va uglerod oksidi olinadi ( IV).

Mualliflik huquqi © 2005-2013 Xenoid v2.0

Sayt materiallaridan foydalanish, agar faol havola ko'rsatilgan bo'lsa, mumkin

Uglerod (C) odatiy metall bo'lmagan; davriy sistemada IV guruh, asosiy kichik guruhning 2-davrida joylashgan. Tartib raqami 6, Ar = 12,011 amu, yadro zaryadi +6.

Jismoniy xususiyatlar: uglerod ko'plab allotropik modifikatsiyalarni hosil qiladi: olmos eng qattiq moddalardan biri grafit, ko'mir, kuyik.

Uglerod atomida 6 ta elektron bor: 1s 2 2s 2 2p 2 . Oxirgi ikkita elektron alohida p-orbitallarda joylashgan va juftlashtirilmagan. Aslida, bu juftlik bitta orbitalni egallashi mumkin edi, ammo bu holda elektronlararo itarilish kuchli kuchayadi. Shu sababli, ulardan biri 2p x, ikkinchisi esa 2p y ni oladi , yoki 2p z-orbitallar.

Tashqi qatlamning s- va p-pastki darajalari energiyalari orasidagi farq kichik, shuning uchun atom juda oson qo'zg'aluvchan holatga o'tadi, bunda 2s-orbitaldan ikkita elektrondan biri erkin holatga o'tadi. 2r. 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 konfiguratsiyaga ega boʻlgan valentlik holati yuzaga keladi. . Aynan shu uglerod atomining holati olmos panjarasiga xosdir - gibrid orbitallarning tetraedral fazoviy joylashuvi, bir xil uzunlik va bog'lanish energiyasi.

Ma'lumki, bu hodisa deyiladi sp 3 - gibridlanish, va olingan funksiyalar sp 3 -gibriddir . To'rtta sp 3 bog'lanishining hosil bo'lishi uglerod atomini uchtadan ko'ra barqarorroq holat bilan ta'minlaydi rr- va bitta s-s-bog'. Uglerod atomida sp 3 gibridlanishidan tashqari sp 2 va sp gibridlanishi ham kuzatiladi. . Birinchi holda, o'zaro bog'liqlik mavjud s- va ikkita p-orbital. Bir xil tekislikda bir-biriga 120 ° burchak ostida joylashgan uchta ekvivalent sp 2 - gibrid orbitallar hosil bo'ladi. Uchinchi orbital p o'zgarmagan va tekislikka perpendikulyar yo'naltirilgan sp2.

Sp gibridlanishida s va p orbitallari ustma-ust tushadi. Hosil bo'lgan ikkita ekvivalent gibrid orbital o'rtasida 180 ° burchak hosil bo'ladi, atomlarning har birining ikkita p-orbitali esa o'zgarishsiz qoladi.

Uglerodning allotropiyasi. olmos va grafit

Grafit kristalida uglerod atomlari parallel tekisliklarda joylashgan bo'lib, ulardagi muntazam olti burchakli uchlarini egallaydi. Uglerod atomlarining har biri uchta qo'shni sp 2 gibrid aloqalari bilan bog'langan. Parallel tekisliklar o'rtasida ulanish van der Waals kuchlari tufayli amalga oshiriladi. Har bir atomning erkin p-orbitallari kovalent bog'lanish tekisliklariga perpendikulyar yo'naltirilgan. Ularning bir-birining ustiga chiqishi uglerod atomlari orasidagi qo'shimcha p-bog'lanishni tushuntiradi. Shunday qilib, dan valentlik holati, uglerod atomlari moddada joylashgan, bu moddaning xususiyatlari bog'liq.

Uglerodning kimyoviy xossalari

Eng xarakterli oksidlanish holatlari: +4, +2.

Past haroratlarda uglerod inert, lekin qizdirilganda uning faolligi ortadi.

Uglerod kamaytiruvchi vosita sifatida:

- kislorod bilan
C 0 + O 2 - t ° \u003d CO 2 karbonat angidrid
kislorod etishmasligi bilan - to'liq bo'lmagan yonish:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O uglerod oksidi

- ftor bilan
C + 2F 2 = CF 4

- bug 'bilan
C 0 + H 2 O - 1200 ° \u003d C + 2 O + H 2 suv gazi

- metall oksidlari bilan. Shu tarzda rudadan metall eritiladi.
C 0 + 2CuO - t ° \u003d 2Cu + C +4 O 2

- kislotalar bilan - oksidlovchi moddalar:
C 0 + 2H 2 SO 4 (konk.) \u003d C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
S 0 + 4HNO 3 (konk.) = S +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- oltingugurt bilan uglerod disulfidi hosil qiladi:
C + 2S 2 \u003d CS 2.

Oksidlovchi vosita sifatida uglerod:

- ba'zi metallar bilan karbidlar hosil qiladi

4Al + 3C 0 \u003d Al 4 C 3

Ca + 2C 0 \u003d CaC 2 -4

- vodorod - metan bilan (shuningdek, ko'p miqdordagi organik birikmalar)

C 0 + 2H 2 \u003d CH 4

- kremniy bilan karborund hosil qiladi (elektr pechda 2000 ° C da):

Tabiatda uglerodni topish

Erkin uglerod olmos va grafit shaklida uchraydi. Aralashmalar shaklida uglerod minerallarda uchraydi: bo'r, marmar, ohaktosh - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 * CaCO 3; bikarbonatlar - Mg (HCO 3) 2 va Ca (HCO 3) 2, CO 2 havoning bir qismidir; uglerod tabiiy organik birikmalarning asosiy komponenti - gaz, neft, ko'mir, torf, tirik organizmlar tarkibiga kiruvchi organik moddalar, oqsillar, yog'lar, uglevodlar, aminokislotalar tarkibiga kiradi.

Noorganik uglerod birikmalari

Hech qanday an'anaviy kimyoviy jarayonlarda C 4+ ham, C 4- ionlari ham hosil bo'lmaydi: uglerod birikmalarida turli xil qutbli kovalent bog'lanishlar mavjud.

Uglerod oksidi (II) SO

Uglerod oksidi; rangsiz, hidsiz, suvda kam eriydi, organik erituvchilarda eriydi, zaharli, bp = -192 ° S; t kv. = -205 ° S.

Kvitansiya
1) Sanoatda (gaz generatorlarida):
C + O 2 = CO 2

2) Laboratoriyada - H 2 SO 4 (konk.) ishtirokida chumoli yoki oksalat kislotaning termik parchalanishi:
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 \u003d CO + CO 2 + H 2 O

Kimyoviy xossalari

Oddiy sharoitlarda CO inertdir; qizdirilganda - qaytaruvchi vosita; tuz hosil qilmaydigan oksid.

1) kislorod bilan

2C +2 O + O 2 \u003d 2C +4 O 2

2) metall oksidlari bilan

C +2 O + CuO \u003d Cu + C +4 O 2

3) xlor bilan (yorug'likda)

CO + Cl 2 - hn \u003d COCl 2 (fosgen)

4) gidroksidi eritmalar bilan reaksiyaga kirishadi (bosim ostida)

CO + NaOH = HCOONa (natriy formati)

5) o'tish metallari bilan karbonillar hosil qiladi

Ni + 4CO - t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO - t° = Fe(CO) 5

Uglerod oksidi (IV) CO2

Karbonat angidrid, rangsiz, hidsiz, suvda eruvchanligi - 0,9V CO 2 1V H 2 O (normal sharoitda) eriydi; havodan og'irroq; t°pl.= -78,5°C (qattiq CO 2 «quruq muz» deb ataladi); yonishni qo'llab-quvvatlamaydi.

Kvitansiya

1. Karbonat kislota tuzlarining (karbonatlar) termal parchalanishi. Ohaktoshni yoqish:

CaCO 3 - t ° \u003d CaO + CO 2

1. Kuchli kislotalarning karbonatlar va bikarbonatlarga ta'siri:

CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2

KimyoviyxususiyatlariCO2
Kislota oksidi: asosiy oksidlar va asoslar bilan reaksiyaga kirishib, karbonat kislota tuzlarini hosil qiladi

Na 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 \u003d NaHCO 3

Yuqori haroratlarda oksidlovchi xususiyatlarni namoyon qilishi mumkin

C +4 O 2 + 2Mg - t ° \u003d 2Mg +2 O + C 0

Sifatli reaktsiya

Ohak suvining loyqaligi:

Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 3 ¯ (oq cho'kma) + H 2 O

CO 2 uzoq vaqt davomida ohak suvidan o'tganda yo'qoladi, chunki. erimaydigan kaltsiy karbonat eriydigan bikarbonatga aylanadi:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2

karbonat kislota va uningtuz

H2CO3 - Zaif kislota faqat suvli eritmada mavjud:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Ikkita asos:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Kislota tuzlari - bikarbonatlar, bikarbonatlar
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- O'rta tuzlar - karbonatlar

Kislotalarning barcha xossalari xarakterlidir.

Karbonatlar va bikarbonatlar bir-biriga aylanishi mumkin:

2NaHCO 3 - t ° \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d 2NaHCO 3

Metall karbonatlar (ishqoriy metallardan tashqari) qizdirilganda oksid hosil qilish uchun dekarboksilatlanadi:

CuCO 3 - t ° \u003d CuO + CO 2

Sifatli reaktsiya- kuchli kislota ta'sirida "qaynoq":

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

Karbidlar

kaltsiy karbid:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

Rux, kadmiy, lantan va seriy karbidlari suv bilan reaksiyaga kirishganda asetilen ajralib chiqadi:

2 LaC 2 + 6 H 2 O \u003d 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C va Al 4 C 3 metan hosil qilish uchun suv bilan parchalanadi:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O \u003d 4 Al (OH) 3 \u003d 3 CH 4.

Texnologiyada titan karbidlari TiC, volfram W 2 C (qattiq qotishmalar), silikon SiC (karborund - abraziv va isitgichlar uchun material sifatida) qo'llaniladi.

siyanidlar

sodani ammiak va uglerod oksidi atmosferasida isitish orqali olinadi:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO \u003d 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Hidrosiyan kislotasi HCN - muhim mahsulot kimyo sanoati, organik sintezda keng qo'llaniladi. Uning jahon ishlab chiqarishi yiliga 200 ming tonnaga etadi. Elektron tuzilma Sianid anioni, xuddi uglerod oksidi (II) kabi, bunday zarralar izoelektronik deyiladi:

C = O:[:C = N:]-

Sianidlar (0,1-0,2%) suv eritmasi) oltin qazib olishda ishlatiladi:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 \u003d 2 K + 2 KOH.

Sianid eritmalari oltingugurt bilan qaynatilganda yoki qattiq moddalar eritilganda, tiosiyanatlar:
KCN + S = KSCN.

Kam faol metallarning siyanidlari qizdirilganda siyanid olinadi: Hg (CN) 2 \u003d Hg + (CN) 2. siyanid eritmalari oksidlanadi siyanatlar:

2KCN + O2 = 2KOCN.

Siyan kislotasi ikki shaklda mavjud:

H-N=C=O; H-O-C = N:

1828 yilda Fridrix Wöhler (1800-1882) ammoniy siyanatdan karbamid oldi: NH 4 OCN \u003d CO (NH 2) 2 suvli eritmani bug'lantirish orqali.

Ushbu hodisa odatda sintetik kimyoning "hayotiy nazariya" ustidan g'alabasi sifatida ko'riladi.

Sian kislotasining izomeri mavjud - fulminik kislota

H-O-N=C.
Uning tuzlari (simob fulminati Hg(ONC) 2) zarbali tutashtirgichlarda ishlatiladi.

Sintez karbamid(karbamid):

CO 2 + 2 NH 3 \u003d CO (NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 S va 100 atm.

Karbamid karbonat kislotasining amidi bo'lib, uning "azot analogi" - guanidin ham mavjud.

Karbonatlar

Eng muhimi noorganik birikmalar uglerod - karbonat kislotaning tuzlari (karbonatlar). H 2 CO 3 zaif kislotadir (K 1 \u003d 1,3 10 -4; K 2 \u003d 5 10 -11). Karbonat tamponini qo'llab-quvvatlaydi karbonat angidrid balansi atmosferada. Okeanlar katta bufer sig'imga ega, chunki ular ochiq tizim. Asosiy bufer reaktsiyasi uglerod kislotasining dissotsiatsiyasi paytidagi muvozanatdir:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

Kislotalikning pasayishi bilan atmosferadan karbonat angidridning qo'shimcha so'rilishi kislota hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Kislotalikning oshishi bilan karbonat jinslari (okeandagi qobiqlar, bo'r va ohaktosh konlari) eriydi; bu gidrokarbonat ionlarining yo'qolishini qoplaydi:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (tv.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Qattiq karbonatlar eruvchan uglevodorodlarga aylanadi. Aynan shu ortiqcha karbonat angidridni kimyoviy eritish jarayoni "issiqxona effekti" ga - so'rilish natijasida global isishga qarshi turadi. karbonat angidrid Yerning termal nurlanishi. Dunyodagi soda ishlab chiqarishning taxminan uchdan bir qismi (natriy karbonat Na 2 CO 3) shisha ishlab chiqarishda ishlatiladi.