Полная версия

Главная arrow Экология arrow Биогеохимия радионуклидов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Физические и химические свойства углерода

Углерод известен в виде двух кристаллических модификаций — алмаза и графита. Термодинамически стабильным при обычных условиях является графит. Область устойчивости алмаза находится при высоких давлениях, однако благодаря кинетической затрудненности перехода в графит он также существует при обычных условиях. Электронная конфигурация атома углерода — Ь22522/?2.

Для твердого углерода характерно также состояние с неупорядоченной структурой, называемое часто «аморфным» углеродом: кокс, сажа, уголь древесный, активный уголь и др. Все формы углерода нерастворимы в обычных неорганических и органических растворителях и растворяются в расплавленных металлах: железе, кобальте, никеле, платиновых металлах и др., из которых при охлаждении углерод кристаллизуется в виде графита или карбидов металлов.

При обычных температурах углерод химически инертен, однако при достаточно высоких он соединяется со многими элементами и характеризуется сильными восстановительными свойствами. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду «аморфный» углерод, графит, алмаз. При нагревании воздуха «аморфный» углерод, графит и алмаз воспламеняются соответственно при температурах выше 300—500 °С, 600—700 и 850—1000 °С. Продуктами горения являются окислы углерода — С02 и СО. Имеются предположения о существовании других, неустойчивых окислов углерода С502 и С20.

Оксид углерода (IV) — диоксид углерода — СО-, является ангидридом угольной кислоты Н2С03, соли которой известны под названием карбонаты. Получены перекисные производные Н2С03.

Оксид углерода (II) — СО — несолеобразующий окисел и не может рассматриваться как ангидрид простейшей из органического ряда карбоновых кислот — муравьиной кислоты Н2С02, несмотря на соответствие составов. Оксид углерода (I) образует соединения с металлами общей формулой Мет(СО)п, называемые карбонилами.

Фтор не взаимодействует с алмазом. Взаимодействие фтора с графитом начинается выше 900 °С, с «аморфным» углеродом — при комнатной температуре, иногда с воспламенением. Основным компонентом газообразных продуктов взаимодействия, представляющих собой смесь различных фтороуглеродов, является СГ4. Непосредственное соединение углерода с хлором с образованием С-,С1-, и С6С16 наблюдается только при помещении электрической дуги между графитовыми электродами в атмосферу сухого хлора. Газообразные бромиды и йодиды углерода не могут быть получены непосредственным взаимодействием элементов.

Количество галогенидов углерода, которые обычно рассматриваются как производные углеводородов, где атомы водорода полностью замещены галогенами, огромно. Устойчивость их уменьшается при переходе от фтора к йоду.

Получены простейшие смешанные галогениды, например диф-тордихлорметан СГ2С12, используемый в качестве рабочего вещества в холодильных установках под названием «фреон».

Непосредственное соединение серы с алмазом происходит при температурах 900—1000 °С, с графитом и «аморфным» углеродом — при 700—800 °С. Продуктом реакции во всех случаях является двусернистый углерод (сероуглерод) С52. В особых условиях могут быть получены устойчивые низшие сульфиды углерода.

При нагревании все формы углерода восстанавливают окислы металлов. При этом выделяются свободные металлы {Ъл, Сс1, Си, РЬ, БЬ и др.) или образуются карбиды (СаС2, УС, ТаС и др.).

Горячие концентрированные щелочи и концентрированные кислоты при комнатной температуре не действуют на углерод в любой форме. При нагревании концентрированная Н9804 не взаимодействует с алмазом и графитом, но медленно окисляет выше 100 °С «аморфный» углерод с образованием С07. Под действием горячей концентрированной НМ03 алмаз не меняется, а некоторые сорта графита и «аморфного» углерода вспучиваются. Хромовая смесь окисляет алмаз до С02 при 180—230 °С, графит и «аморфный» углерод — при более низких температурах. Умеренное нагревание графита и «аморфного» углерода в смеси растворов концентрированных

ШЧОз и КС103 приводит к медленному окислению углерода, в конечном счете с образованием меллитовой кислоты С6(СООН)6.

Уникальная способность углерода образовывать цепи атомов —С—С— обеспечила огромное разнообразие органических соединений, среди которых как простейшие — углеводороды, так и соединения сложных и очень сложных структур — белки, ДНК и пр.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>