मनुष्य कार्बन से बना है। कार्बन परमाणु की संरचना की विशेषताएं। जटिल पदार्थों के साथ सिलिकॉन की सहभागिता

समझौता ज्ञापन "निकिफोरोव्स्काया माध्यमिक विद्यालय नंबर 1"

कार्बन और इसके मुख्य अकार्बनिक यौगिक

सार

द्वारा पूरा किया गया: कक्षा 9बी . का छात्र

सिदोरोव सिकंदर

शिक्षक: सखारोवा एल.एन.

दिमित्रिग्का 2009

परिचय

अध्याय I. कार्बन के बारे में सब कुछ

1.1. प्रकृति में कार्बन

1.2. कार्बन के एलोट्रोपिक संशोधन

1.3. कार्बन के रासायनिक गुण

1.4. कार्बन का अनुप्रयोग

दूसरा अध्याय। अकार्बनिक कार्बन यौगिक

निष्कर्ष

साहित्य

परिचय

कार्बन (अव्य। कार्बोनियम) सी मेंडेलीव आवधिक प्रणाली के समूह IV का एक रासायनिक तत्व है: परमाणु संख्या 6, परमाणु द्रव्यमान 12.011 (1)। कार्बन परमाणु की संरचना पर विचार करें। कार्बन परमाणु के बाह्य ऊर्जा स्तर में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं। आइए इसे ग्राफ़ करें:

कार्बन को प्राचीन काल से जाना जाता है, और इस तत्व के खोजकर्ता का नाम अज्ञात है।

XVII सदी के अंत में। फ्लोरेंटाइन के वैज्ञानिकों अवेरानी और टारगियोनी ने कई छोटे हीरों को एक बड़े हीरे में मिलाने की कोशिश की और उन्हें धूप से जलते हुए गिलास से गर्म किया। हवा में जलने के बाद हीरे गायब हो गए। 1772 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ ए। लैवोसियर ने दिखाया कि हीरे के दहन के दौरान CO2 बनता है। केवल 1797 में, अंग्रेजी वैज्ञानिक एस टेनेंट ने ग्रेफाइट और कोयले की प्रकृति की पहचान साबित की। कोयले और हीरे को समान मात्रा में जलाने के बाद कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) का आयतन समान निकला।

कार्बन यौगिकों की विविधता, जिसे इसके परमाणुओं की एक दूसरे के साथ और अन्य तत्वों के परमाणुओं के साथ विभिन्न तरीकों से संयोजन करने की क्षमता द्वारा समझाया गया है, अन्य तत्वों के बीच कार्बन की विशेष स्थिति निर्धारित करता है।

अध्याय मैं . कार्बन के बारे में

1.1. प्रकृति में कार्बन

कार्बन प्रकृति में मुक्त अवस्था और यौगिकों के रूप में पाया जाता है।

मुक्त कार्बन हीरा, ग्रेफाइट और कार्बाइन के रूप में होता है।

हीरे बहुत दुर्लभ हैं। सबसे बड़ा ज्ञात हीरा - "कलिनन" दक्षिण अफ्रीका में 1905 में पाया गया था, जिसका वजन 621.2 ग्राम था और इसकी माप 10 × 6.5 × 5 सेमी थी। मॉस्को में डायमंड फंड दुनिया के सबसे बड़े और सबसे खूबसूरत हीरों में से एक है - "ओरलोव" (37.92) जी)।

हीरे को इसका नाम ग्रीक से मिला। "एडमस" - अजेय, अविनाशी। सबसे महत्वपूर्ण हीरे के भंडार दक्षिण अफ्रीका, ब्राजील और याकुटिया में स्थित हैं।

ग्रेफाइट के बड़े भंडार जर्मनी में, श्रीलंका में, साइबेरिया में, अल्ताई में स्थित हैं।

मुख्य कार्बन युक्त खनिज हैं: मैग्नेसाइट MgCO 3, कैल्साइट (लाइम स्पर, चूना पत्थर, संगमरमर, चाक) CaCO 3, डोलोमाइट CaMg (CO 3) 2, आदि।

सभी जीवाश्म ईंधन - तेल, गैस, पीट, कठोर और भूरा कोयला, शेल - कार्बन आधार पर निर्मित होते हैं। कार्बन की संरचना में करीब कुछ जीवाश्म कोयले हैं जिनमें 99% सी तक है।

कार्बन पृथ्वी की पपड़ी का 0.1% हिस्सा है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) के रूप में CO2 कार्बन वायुमंडल का हिस्सा है। CO2 की एक बड़ी मात्रा जलमंडल में घुल जाती है।

1.2. कार्बन के एलोट्रोपिक संशोधन

मौलिक कार्बन तीन एलोट्रोपिक संशोधन बनाता है: हीरा, ग्रेफाइट, कार्बाइन।

1. हीरा एक रंगहीन, पारदर्शी क्रिस्टलीय पदार्थ है जो प्रकाश की किरणों को अत्यधिक रूप से अपवर्तित करता है। हीरे में कार्बन परमाणु sp3 संकरण की अवस्था में होते हैं। उत्तेजित अवस्था में कार्बन परमाणुओं में संयोजकता इलेक्ट्रॉन क्षीण हो जाते हैं और चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन बनते हैं। जब रासायनिक बंधन बनते हैं, तो इलेक्ट्रॉन बादल समान लम्बी आकृति प्राप्त करते हैं और अंतरिक्ष में स्थित होते हैं ताकि उनकी कुल्हाड़ियों को टेट्राहेड्रोन के शीर्षों की ओर निर्देशित किया जा सके। जब इन बादलों के शीर्ष अन्य कार्बन परमाणुओं के बादलों के साथ ओवरलैप करते हैं, तो सहसंयोजक बंधन 109 ° 28 "के कोण पर दिखाई देते हैं, और एक परमाणु क्रिस्टल जाली बनती है, जो हीरे की विशेषता है।

एक हीरे में प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य से घिरा होता है जो टेट्राहेड्रा के केंद्र से कोने तक दिशा में स्थित होता है। टेट्राहेड्रा में परमाणुओं के बीच की दूरी 0.154 एनएम है। सभी बंधनों की ताकत समान है। इस प्रकार, हीरे में परमाणु बहुत कसकर "पैक" होते हैं। 20°C पर हीरे का घनत्व 3.515 g/cm 3 होता है। यह इसकी असाधारण कठोरता की व्याख्या करता है। हीरा विद्युत का कुचालक होता है।

1961 में, सोवियत संघ में ग्रेफाइट से सिंथेटिक हीरे का औद्योगिक उत्पादन शुरू हुआ।

हीरों के औद्योगिक संश्लेषण में हजारों एमपीए के दबाव और 1500 से 3000 डिग्री सेल्सियस के तापमान का उपयोग किया जाता है। प्रक्रिया उत्प्रेरक की उपस्थिति में की जाती है, जो कुछ धातुएं हो सकती हैं, जैसे नी। गठित हीरे के थोक छोटे क्रिस्टल और हीरे की धूल हैं।

हीरा, जब 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर हवा तक पहुंच के बिना गरम किया जाता है, तो ग्रेफाइट में बदल जाता है। 1750°C पर हीरे का ग्रेफाइट में परिवर्तन तेजी से होता है।

हीरे की संरचना

2. ग्रेफाइट एक धात्विक चमक के साथ एक ग्रे-काले क्रिस्टलीय पदार्थ है, स्पर्श करने के लिए चिकना, कागज तक भी कठोरता में कम है।

ग्रेफाइट क्रिस्टल में कार्बन परमाणु sp 2 संकरण की स्थिति में होते हैं: उनमें से प्रत्येक पड़ोसी परमाणुओं के साथ तीन सहसंयोजक बंधन बनाता है। बंध दिशाओं के बीच के कोण 120° हैं। परिणाम नियमित षट्भुज से बना एक ग्रिड है। परत के भीतर कार्बन परमाणुओं के आसन्न नाभिक के बीच की दूरी 0.142 एनएम है। ग्रेफाइट में प्रत्येक कार्बन परमाणु की बाहरी परत का चौथा इलेक्ट्रॉन एक p-कक्षक में रहता है, जो संकरण में शामिल नहीं होता है।

कार्बन परमाणुओं के गैर-संकर इलेक्ट्रॉन बादल परत के तल के लंबवत उन्मुख होते हैं, और एक दूसरे के साथ अतिव्यापी होते हैं, जो -बॉन्ड बनाते हैं। ग्रेफाइट क्रिस्टल में पड़ोसी परतें एक दूसरे से 0.335 एनएम की दूरी पर स्थित होती हैं और कमजोर रूप से परस्पर जुड़ी होती हैं, मुख्यतः वैन डेर वाल्स बलों द्वारा। इसलिए, ग्रेफाइट में कम यांत्रिक शक्ति होती है और आसानी से गुच्छे में विभाजित हो जाती है, जो अपने आप में बहुत मजबूत होती है। ग्रेफाइट में कार्बन परमाणुओं की परतों के बीच का बंधन आंशिक रूप से धात्विक होता है। यह इस तथ्य की व्याख्या करता है कि ग्रेफाइट बिजली का अच्छी तरह से संचालन करता है, लेकिन फिर भी धातुओं के साथ-साथ नहीं।

ग्रेफाइट संरचना

ग्रेफाइट में भौतिक गुण दिशाओं में बहुत भिन्न होते हैं - कार्बन परमाणुओं की परतों के लंबवत और समानांतर।

जब बिना हवा के गर्म किया जाता है, तो ग्रेफाइट में 3700°C तक कोई परिवर्तन नहीं होता है। इस तापमान पर, यह बिना पिघले ऊर्ध्वपातित हो जाता है।

कृत्रिम ग्रेफाइट को बिना हवा के पहुंच वाली विद्युत भट्टियों में 3000 डिग्री सेल्सियस पर कठोर कोयले के सर्वोत्तम ग्रेड से प्राप्त किया जाता है।

ग्रेफाइट तापमान और दबाव की एक विस्तृत श्रृंखला पर थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होता है, इसलिए इसे कार्बन की मानक अवस्था के रूप में स्वीकार किया जाता है। ग्रेफाइट का घनत्व 2.265 ग्राम/सेमी 3 है।

3. कार्बिन - महीन दाने वाला काला पाउडर। इसकी क्रिस्टल संरचना में, कार्बन परमाणु एकल और ट्रिपल बॉन्ड को रैखिक श्रृंखलाओं में बारी-बारी से जोड़ते हैं:

−С≡С−С≡С−С≡С−

यह पदार्थ सबसे पहले वी.वी. कोर्शक, ए.एम. स्लैडकोव, वी.आई. कसाटोचिन, यू.पी. 1960 के दशक की शुरुआत में कुद्रियात्सेव।

इसके बाद, यह दिखाया गया कि कार्बाइन विभिन्न रूपों में मौजूद हो सकता है और इसमें पॉलीएसिटिलीन और पॉलीक्यूमुलीन दोनों श्रृंखलाएं होती हैं जिसमें कार्बन परमाणु दोहरे बंधनों से जुड़े होते हैं:

सी = सी = सी = सी = सी = सी =

बाद में, प्रकृति में कार्बाइन पाया गया - उल्कापिंड में।

कार्बाइन में अर्धचालक गुण होते हैं, प्रकाश की क्रिया के तहत इसकी चालकता बहुत बढ़ जाती है। विभिन्न प्रकार के बांडों के अस्तित्व और क्रिस्टल जाली में कार्बन परमाणुओं की जंजीरों को ढेर करने के विभिन्न तरीकों के कारण, कार्बाइन के भौतिक गुण एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकते हैं। जब 2000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर हवा तक पहुंच के बिना गरम किया जाता है, तो कार्बाइन स्थिर होता है; लगभग 2300 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, ग्रेफाइट में इसका संक्रमण देखा जाता है।

प्राकृतिक कार्बन में दो समस्थानिक (98.892%) और (1.108%) होते हैं। इसके अलावा, एक रेडियोधर्मी समस्थानिक की मामूली अशुद्धियाँ, जो कृत्रिम रूप से प्राप्त की जाती हैं, वातावरण में पाई गईं।

पहले, यह माना जाता था कि लकड़ी का कोयला, कालिख और कोक शुद्ध कार्बन की संरचना के समान हैं और हीरे और ग्रेफाइट के गुणों में भिन्न हैं, कार्बन के एक स्वतंत्र एलोट्रोपिक संशोधन ("अनाकार कार्बन") का प्रतिनिधित्व करते हैं। हालांकि, यह पाया गया कि इन पदार्थों में सबसे छोटे क्रिस्टलीय कण होते हैं जिनमें कार्बन परमाणु उसी तरह से जुड़े होते हैं जैसे ग्रेफाइट में।

4. कोयला - बारीक विभाजित ग्रेफाइट। यह हवा के बिना कार्बन युक्त यौगिकों के थर्मल अपघटन के दौरान बनता है। जिस पदार्थ से वे प्राप्त किए जाते हैं और उत्पादन की विधि के आधार पर कोयले के गुणों में काफी भिन्नता होती है। उनमें हमेशा अशुद्धियाँ होती हैं जो उनके गुणों को प्रभावित करती हैं। कोयले के सबसे महत्वपूर्ण ग्रेड कोक, चारकोल और कालिख हैं।

हवा की अनुपस्थिति में कोयले को गर्म करने से कोक प्राप्त होता है।

लकड़ी को हवा की अनुपस्थिति में गर्म करने पर चारकोल बनता है।

कालिख एक बहुत ही महीन ग्रेफाइट क्रिस्टलीय पाउडर है। यह सीमित वायु पहुंच के साथ हाइड्रोकार्बन (प्राकृतिक गैस, एसिटिलीन, तारपीन, आदि) के दहन के दौरान बनता है।

सक्रिय कार्बन झरझरा औद्योगिक अधिशोषक हैं जिनमें मुख्य रूप से कार्बन होता है। सोखना गैसों और घुलित पदार्थों के ठोस पदार्थों की सतह द्वारा अवशोषण है। सक्रिय कार्बन ठोस ईंधन (पीट, भूरा और कठोर कोयला, एन्थ्रेसाइट), लकड़ी और उसके उत्पादों (चारकोल, चूरा, कागज उत्पादन अपशिष्ट), चमड़ा उद्योग अपशिष्ट, पशु सामग्री, जैसे हड्डियों से प्राप्त होते हैं। उच्च यांत्रिक शक्ति की विशेषता वाले कोयले, फलों के बीजों से नारियल और अन्य मेवों के खोल से उत्पन्न होते हैं। कोयले की संरचना सभी आकारों के छिद्रों द्वारा दर्शायी जाती है, हालांकि, सोखने की क्षमता और सोखना दर माइक्रोप्रोर्स की प्रति यूनिट द्रव्यमान या कणिकाओं की मात्रा द्वारा निर्धारित की जाती है। सक्रिय कार्बन के उत्पादन में, कच्चे माल को पहले बिना हवा के उपयोग के गर्मी उपचार के अधीन किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप नमी और आंशिक रूप से रेजिन को हटा दिया जाता है। इस मामले में, कोयले की एक बड़ी-छिद्र संरचना बनती है। एक सूक्ष्म संरचना प्राप्त करने के लिए, सक्रियण या तो गैस या भाप के साथ ऑक्सीकरण द्वारा, या रासायनिक अभिकर्मकों के साथ उपचार द्वारा किया जाता है।

1.3. कार्बन के रासायनिक गुण

साधारण तापमान पर हीरा, ग्रेफाइट, कोयला रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं, लेकिन उच्च तापमान पर उनकी गतिविधि बढ़ जाती है। कार्बन के मुख्य रूपों की संरचना के अनुसार, कोयला ग्रेफाइट की तुलना में अधिक आसानी से प्रतिक्रिया करता है और इससे भी अधिक हीरे। ग्रेफाइट न केवल हीरे की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील है, बल्कि, कुछ पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके, यह ऐसे उत्पाद बना सकता है जो हीरा नहीं बनाते हैं।

1. एक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में, कार्बन कुछ धातुओं के साथ उच्च तापमान पर कार्बाइड बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है:

ZS + 4Al \u003d अल 4 सी 3 (एल्यूमीनियम कार्बाइड)।

2. हाइड्रोजन के साथ, कोयला और ग्रेफाइट हाइड्रोकार्बन बनाते हैं। सबसे सरल प्रतिनिधि - मीथेन सीएच 4 - उच्च तापमान (600-1000 डिग्री सेल्सियस) पर नी उत्प्रेरक की उपस्थिति में प्राप्त किया जा सकता है:

सी + 2 एच 2 सीएच 4।

3. ऑक्सीजन के साथ बातचीत करते समय, कार्बन कम करने वाले गुणों को प्रदर्शित करता है। किसी भी एलोट्रोपिक संशोधन के कार्बन के पूर्ण दहन के साथ, कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) बनता है:

सी + ओ 2 \u003d सीओ 2।

अधूरा दहन कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO का उत्पादन करता है:

सी + ओ 2 \u003d 2CO।

दोनों प्रतिक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं।

4. धातु के आक्साइड (जस्ता, तांबा, सीसा, आदि) के साथ बातचीत करते समय कोयले के घटते गुण विशेष रूप से स्पष्ट होते हैं, उदाहरण के लिए:

सी + 2CuO \u003d CO 2 + 2Cu,

सी + 2ZnO = सीओ 2 + 2Zn।

धातु विज्ञान की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया इन प्रतिक्रियाओं पर आधारित है - अयस्कों से धातुओं का गलाना।

अन्य मामलों में, उदाहरण के लिए, कैल्शियम ऑक्साइड के साथ बातचीत करते समय, कार्बाइड बनते हैं:

सीएओ + 3 सी \u003d सीएसी 2 + सीओ।

5. कोयले को गर्म केंद्रित सल्फ्यूरिक और नाइट्रिक एसिड के साथ ऑक्सीकृत किया जाता है:

सी + 2 एच 2 एसओ 4 \u003d सीओ 2 + 2 एसओ 2 + 2 एच 2 ओ,

ZS + 4HNO 3 \u003d ZSO 2 + 4NO + 2H 2 O।

कार्बन के सभी रूप क्षार के प्रतिरोधी हैं!

1.4. कार्बन का अनुप्रयोग

हीरे का उपयोग विभिन्न कठोर सामग्रियों को काटने, पीसने, ड्रिलिंग और उत्कीर्णन कांच के लिए, ड्रिलिंग चट्टानों के लिए किया जाता है। हीरे पीसने और काटने के बाद हीरे में बदल जाते हैं जिनका उपयोग गहनों के रूप में किया जाता है।

ग्रेफाइट आधुनिक उद्योग के लिए सबसे मूल्यवान सामग्री है। ग्रेफाइट का उपयोग मोल्ड बनाने, क्रूसिबल को पिघलाने और अन्य आग रोक उत्पादों के लिए किया जाता है। इसके उच्च रासायनिक प्रतिरोध के कारण, ग्रेफाइट का उपयोग पाइप और उपकरण के निर्माण के लिए किया जाता है, जो अंदर से ग्रेफाइट प्लेटों के साथ पंक्तिबद्ध होता है। विद्युत उद्योग में महत्वपूर्ण मात्रा में ग्रेफाइट का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोड के निर्माण में। ग्रेफाइट का उपयोग स्नेहक के रूप में पेंसिल और कुछ पेंट बनाने के लिए किया जाता है। बहुत शुद्ध ग्रेफाइट का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में मध्यम न्यूट्रॉन के लिए किया जाता है।

कार्बन का एक रैखिक बहुलक, कार्बाइन, अर्धचालकों के निर्माण के लिए एक आशाजनक सामग्री के रूप में वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित कर रहा है जो उच्च तापमान और अल्ट्रा-मजबूत फाइबर पर काम कर सकते हैं।

चारकोल का उपयोग धातुकर्म उद्योग में, लोहार बनाने में किया जाता है।

अयस्कों से धातुओं को गलाने में कोक का उपयोग अपचायक के रूप में किया जाता है।

ताकत बढ़ाने के लिए कालिख का उपयोग रबर के भराव के रूप में किया जाता है, इसलिए कार के टायर काले होते हैं। कालिख का उपयोग मुद्रण स्याही, स्याही और जूता पॉलिश के एक घटक के रूप में भी किया जाता है।

सक्रिय कार्बन का उपयोग विभिन्न पदार्थों को शुद्ध करने, निकालने और अलग करने के लिए किया जाता है। सक्रिय कार्बन का उपयोग गैस मास्क के लिए भराव के रूप में और दवा में एक शर्बत एजेंट के रूप में किया जाता है।

अध्याय द्वितीय . अकार्बनिक कार्बन यौगिक

कार्बन दो ऑक्साइड बनाता है - कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO और कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO 2।

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO एक रंगहीन, गंधहीन गैस है, जो पानी में थोड़ा घुलनशील है। इसे कार्बन मोनोऑक्साइड कहा जाता है क्योंकि यह बहुत जहरीला होता है। सांस लेने के दौरान रक्त में जाना, यह जल्दी से हीमोग्लोबिन के साथ जुड़ जाता है, जिससे एक मजबूत कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन यौगिक बनता है, जिससे हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन ले जाने की क्षमता से वंचित हो जाता है।

जब 0.1% CO युक्त हवा में सांस लेते हैं, तो व्यक्ति अचानक होश खो सकता है और मर सकता है। ईंधन के अधूरे दहन के दौरान कार्बन मोनोऑक्साइड का निर्माण होता है, यही वजह है कि चिमनियों का समय से पहले बंद होना इतना खतरनाक है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) को, जैसा कि आप पहले से ही जानते हैं, गैर-नमक बनाने वाले ऑक्साइड के लिए संदर्भित किया जाता है, क्योंकि एक गैर-धातु ऑक्साइड होने के कारण, इसे नमक और पानी बनाने के लिए क्षार और मूल ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करनी चाहिए, लेकिन ऐसा नहीं देखा जाता है।

2CO + O 2 \u003d 2CO 2।

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) धातु ऑक्साइड से ऑक्सीजन लेने में सक्षम है, अर्थात। धातुओं को उनके ऑक्साइडों से पुनः प्राप्त करते हैं।

Fe 2 O 3 + ZSO \u003d 2Fe + ZSO 2.

यह कार्बन मोनोऑक्साइड (II) की यह संपत्ति है जिसका उपयोग धातु विज्ञान में लोहे को गलाने के लिए किया जाता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO 2 - जिसे आमतौर पर कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में जाना जाता है - एक रंगहीन, गंधहीन गैस है। यह हवा से करीब डेढ़ गुना भारी है। सामान्य परिस्थितियों में, कार्बन डाइऑक्साइड की 1 मात्रा पानी की 1 मात्रा में घुल जाती है।

लगभग 60 atm के दाब पर कार्बन डाइऑक्साइड रंगहीन द्रव में बदल जाती है। जब तरल कार्बन डाइऑक्साइड वाष्पित हो जाता है, तो इसका एक हिस्सा ठोस बर्फ जैसे द्रव्यमान में बदल जाता है, जिसे उद्योग में दबाया जाता है - यह वह "सूखी बर्फ" है जिसे आप जानते हैं, जिसका उपयोग भोजन को संग्रहीत करने के लिए किया जाता है। आप पहले से ही जानते हैं कि ठोस कार्बन डाइऑक्साइड में एक आणविक जाली होती है और यह उच्च बनाने की क्रिया में सक्षम होती है।

कार्बन डाइऑक्साइड सीओ 2 एक विशिष्ट अम्लीय ऑक्साइड है: यह क्षार के साथ प्रतिक्रिया करता है (उदाहरण के लिए, चूने का पानी बादल बन जाता है), मूल ऑक्साइड और पानी के साथ।

यह जलता नहीं है और दहन का समर्थन नहीं करता है और इसलिए इसका उपयोग आग बुझाने के लिए किया जाता है। हालांकि, मैग्नीशियम ऑक्साइड बनाने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड में जलता रहता है और कार्बन को कालिख के रूप में छोड़ता है।

सीओ 2 + 2 एमजी \u003d 2 एमजीओ + सी।

कार्बन डाइऑक्साइड हाइड्रोक्लोरिक, नाइट्रिक और यहां तक ​​कि एसिटिक एसिड के समाधान के साथ कार्बोनिक एसिड - कार्बोनेट के लवण पर क्रिया करके प्राप्त किया जाता है। प्रयोगशाला में, चाक या संगमरमर पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड की क्रिया से कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन होता है।

CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 0 + C0 2.

उद्योग में, चूना पत्थर को जलाने से कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन होता है:

CaCO 3 \u003d CaO + C0 2.

कार्बन डाइऑक्साइड, आवेदन के पहले से ही उल्लेख किए गए क्षेत्र के अलावा, फ़िज़ी पेय के निर्माण और सोडा के उत्पादन के लिए भी उपयोग किया जाता है।

जब कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) पानी में घुल जाता है, तो कार्बोनिक एसिड H 2 CO 3 बनता है, जो बहुत अस्थिर होता है और आसानी से अपने मूल घटकों - कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में विघटित हो जाता है।

डिबासिक एसिड के रूप में, कार्बोनिक एसिड लवण की दो श्रृंखला बनाता है: मध्यम - कार्बोनेट, उदाहरण के लिए CaCO 3, और अम्लीय - बाइकार्बोनेट, उदाहरण के लिए Ca (HCO 3) 2. कार्बोनेटों में से केवल पोटेशियम, सोडियम और अमोनियम लवण ही पानी में घुलनशील होते हैं। अम्ल लवण आमतौर पर पानी में घुलनशील होते हैं।

पानी की उपस्थिति में कार्बन डाइऑक्साइड की अधिकता के साथ, कार्बोनेट हाइड्रोकार्बन में बदल सकते हैं। इसलिए, यदि कार्बन डाइऑक्साइड को चूने के पानी के माध्यम से पारित किया जाता है, तो यह पहले पानी में अघुलनशील कैल्शियम कार्बोनेट की वर्षा के कारण बादल बन जाएगा, हालांकि, कार्बन डाइऑक्साइड के आगे पारित होने के साथ, घुलनशील कैल्शियम बाइकार्बोनेट के गठन के परिणामस्वरूप बादल गायब हो जाते हैं। :

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

यह इस नमक की उपस्थिति है जो पानी की अस्थायी कठोरता की व्याख्या करती है। अस्थायी क्यों? क्योंकि गर्म होने पर, घुलनशील कैल्शियम बाइकार्बोनेट वापस अघुलनशील कार्बोनेट में बदल जाता है:

सीए (एचसीओ 3) 2 \u003d सीएसीओ 3 ↓ + एच 2 0 + सी0 2।

इस प्रतिक्रिया से बॉयलर, स्टीम हीटिंग पाइप और घरेलू केतली की दीवारों पर पैमाने का निर्माण होता है, और प्रकृति में, इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, नीचे लटकने वाले विचित्र स्टैलेक्टाइट गुफाओं में बनते हैं, जिसकी ओर नीचे से स्टैलेग्माइट बढ़ते हैं।

अन्य कैल्शियम और मैग्नीशियम लवण, विशेष रूप से क्लोराइड और सल्फेट, पानी को स्थायी कठोरता देते हैं। उबलते पानी की स्थायी कठोरता को समाप्त नहीं किया जा सकता है। आपको एक और कार्बोनेट - सोडा का उपयोग करना होगा।

Na 2 CO 3, जो इन Ca 2+ आयनों को अवक्षेपित करता है, उदाहरण के लिए:

CaCl 2 + Na 2 CO 3 \u003d CaCO 3 + 2NaCl।

सोडा का उपयोग पानी की अस्थायी कठोरता को खत्म करने के लिए भी किया जा सकता है।

एसिड समाधान का उपयोग करके कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट का पता लगाया जा सकता है: एसिड के संपर्क में आने पर, जारी कार्बन डाइऑक्साइड के कारण एक विशेषता "उबलता" देखी जाती है।

यह प्रतिक्रिया कार्बोनिक एसिड लवण के लिए एक गुणात्मक प्रतिक्रिया है।

निष्कर्ष

पृथ्वी पर सारा जीवन कार्बन पर आधारित है। एक जीवित जीव का प्रत्येक अणु एक कार्बन कंकाल के आधार पर निर्मित होता है। कार्बन परमाणु जीवमंडल के एक भाग (पृथ्वी के संकीर्ण खोल जहाँ जीवन मौजूद है) से दूसरे भाग में लगातार प्रवास कर रहे हैं। प्रकृति में कार्बन चक्र के उदाहरण का उपयोग करते हुए, कोई भी हमारे ग्रह पर गतिकी में जीवन की गतिशीलता का पता लगा सकता है।

पृथ्वी पर मुख्य कार्बन भंडार वातावरण में निहित कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में है और महासागरों में घुल गया है, अर्थात कार्बन डाइऑक्साइड (CO 2)। पहले वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड के अणुओं पर विचार करें। पौधे इन अणुओं को अवशोषित करते हैं, फिर प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में कार्बन परमाणु विभिन्न प्रकार के कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित हो जाता है और इस प्रकार पौधों की संरचना में शामिल हो जाता है। निम्नलिखित कई विकल्प हैं:

1. कार्बन पौधों में तब तक रह सकता है जब तक पौधे मर नहीं जाते। फिर उनके अणुओं को डीकंपोजर (जीव जो मृत कार्बनिक पदार्थों पर फ़ीड करते हैं और साथ ही इसे सरल अकार्बनिक यौगिकों में तोड़ते हैं), जैसे कवक और दीमक द्वारा खाए जाएंगे। अंततः कार्बन CO 2 के रूप में वायुमंडल में वापस आ जाएगा;

2. पौधे शाकाहारी भोजन कर सकते हैं। इस मामले में, कार्बन या तो वायुमंडल में वापस आ जाएगा (जानवरों के श्वसन के दौरान और मृत्यु के बाद उनके अपघटन के दौरान), या मांसाहारी द्वारा शाकाहारी खाए जाएंगे (और फिर कार्बन उसी तरह से वायुमंडल में वापस आ जाएगा);

3. पौधे मर सकते हैं और भूमिगत हो सकते हैं। फिर अंततः वे जीवाश्म ईंधन में बदल जाएंगे - उदाहरण के लिए, कोयले में।

समुद्र के पानी में मूल CO2 अणु के घुलने की स्थिति में, कई विकल्प भी संभव हैं:

कार्बन डाइऑक्साइड बस वायुमंडल में वापस आ सकती है (महासागरों और वायुमंडल के बीच इस प्रकार का पारस्परिक गैस विनिमय हर समय होता है);

कार्बन समुद्री पौधों या जानवरों के ऊतकों में प्रवेश कर सकता है। फिर यह धीरे-धीरे महासागरों के तल पर तलछट के रूप में जमा हो जाएगा और अंततः चूना पत्थर में बदल जाएगा या फिर तलछट से समुद्र के पानी में चला जाएगा।

एक बार जब कार्बन को तलछट या जीवाश्म ईंधन में शामिल कर लिया जाता है, तो इसे वायुमंडल से हटा दिया जाता है। पृथ्वी के अस्तित्व के दौरान, इस तरह से निकाले गए कार्बन को ज्वालामुखी विस्फोटों और अन्य भूतापीय प्रक्रियाओं के दौरान वायुमंडल में छोड़े गए कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था। आधुनिक परिस्थितियों में, जीवाश्म ईंधन के मानव दहन से होने वाले उत्सर्जन को भी इन प्राकृतिक कारकों में जोड़ा जाता है। ग्रीनहाउस प्रभाव पर CO2 के प्रभाव के कारण कार्बन चक्र का अध्ययन वायुमंडलीय वैज्ञानिकों के लिए एक महत्वपूर्ण कार्य बन गया है।

इन खोजों का एक अभिन्न अंग पौधों के ऊतकों में मौजूद CO2 की मात्रा का निर्धारण करना है (उदाहरण के लिए, एक नए लगाए गए जंगल में) - वैज्ञानिक इसे कार्बन सिंक कहते हैं। जैसा कि दुनिया भर की सरकारें CO2 उत्सर्जन को सीमित करने के लिए एक अंतरराष्ट्रीय समझौते पर पहुंचने की कोशिश करती हैं, कार्बन सिंक और अलग-अलग देशों में कार्बन उत्सर्जन के बीच संतुलन का मुद्दा औद्योगिक देशों के लिए विवाद का एक प्रमुख मुद्दा बन गया है। हालांकि, वैज्ञानिकों को संदेह है कि केवल वन वृक्षारोपण से ही वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड के संचय को रोका जा सकता है।

कार्बन लगातार पृथ्वी के जीवमंडल में बंद परस्पर जुड़े मार्गों के साथ घूमता रहता है। वर्तमान में, जीवाश्म ईंधन को जलाने के प्रभावों को प्राकृतिक प्रक्रियाओं में जोड़ा जा रहा है।

साहित्य:

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कार्बन, शायद, पृथ्वी पर मुख्य और सबसे आश्चर्यजनक रासायनिक तत्व है, क्योंकि इसकी मदद से अकार्बनिक और कार्बनिक दोनों तरह के विभिन्न यौगिकों का निर्माण होता है। कार्बन सभी जीवित प्राणियों का आधार है, हम कह सकते हैं कि कार्बन, पानी और ऑक्सीजन के साथ, हमारे ग्रह पर जीवन का आधार है! कार्बन के विभिन्न रूप होते हैं जो न तो उनके भौतिक-रासायनिक गुणों में और न ही दिखने में एक जैसे होते हैं। लेकिन यह सब कार्बन है!

कार्बन की खोज का इतिहास

कार्बन प्राचीन काल से मानव जाति के लिए जाना जाता है। ग्रेफाइट और कोयले का उपयोग प्राचीन यूनानियों द्वारा किया जाता था, और हीरे का उपयोग भारत में किया जाता था। सच है, दिखने में समान यौगिकों को अक्सर ग्रेफाइट के लिए गलत माना जाता था। हालांकि, प्राचीन काल में, विशेष रूप से लेखन के लिए ग्रेफाइट का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। यहां तक ​​कि इसका नाम ग्रीक शब्द "ग्राफो" से आया है - "मैं लिखता हूं।" ग्रेफाइट का उपयोग अब पेंसिल में किया जाता है। 18 वीं शताब्दी के पूर्वार्ध में पहली बार ब्राजील में हीरे का कारोबार किया गया था, उस समय से कई जमाओं की खोज की गई है, और 1970 में कृत्रिम रूप से हीरे के उत्पादन की एक तकनीक विकसित की गई थी। ऐसे कृत्रिम हीरे उद्योग में उपयोग किए जाते हैं, जबकि प्राकृतिक हीरे, बदले में, गहनों में उपयोग किए जाते हैं।

प्रकृति में कार्बन

कार्बन की सबसे महत्वपूर्ण मात्रा वातावरण और जलमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में एकत्र की जाती है। वायुमंडल में लगभग 0.046% कार्बन है, और इससे भी अधिक - विश्व महासागर में भंग रूप में।

इसके अलावा, जैसा कि हमने ऊपर देखा, कार्बन जीवित जीवों का आधार है। उदाहरण के लिए, एक 70 किलो मानव शरीर में लगभग 13 किलो कार्बन होता है! यह केवल एक व्यक्ति में है! और कार्बन सभी पौधों और जानवरों में भी पाया जाता है। तो विचार करें...

प्रकृति में कार्बन चक्र

कार्बन के एलोट्रोपिक संशोधन

कार्बन एक अद्वितीय रासायनिक तत्व है जो तथाकथित एलोट्रोपिक संशोधनों, या, अधिक सरलता से, विभिन्न रूपों का निर्माण करता है। इन संशोधनों को क्रिस्टलीय, अनाकार और समूहों के रूप में विभाजित किया गया है।

क्रिस्टल संशोधनों में सही क्रिस्टल जाली होती है। इस समूह में शामिल हैं: हीरा, फुलराइट, ग्रेफाइट, लोन्सडेलाइट, कार्बन फाइबर और ट्यूब। कार्बन के अधिकांश क्रिस्टलीय संशोधन "दुनिया में सबसे कठिन सामग्री" रैंकिंग में पहले स्थान पर हैं।

अन्य रासायनिक तत्वों की छोटी अशुद्धियों के साथ कार्बन द्वारा अनाकार रूप बनते हैं। इस समूह के मुख्य प्रतिनिधि हैं: कोयला (पत्थर, लकड़ी, सक्रिय), कालिख, एन्थ्रेसाइट।

सबसे जटिल और उच्च तकनीक क्लस्टर के रूप में कार्बन यौगिक हैं। क्लस्टर एक विशेष संरचना है जिसमें कार्बन परमाणुओं को इस तरह व्यवस्थित किया जाता है कि वे एक खोखला आकार बनाते हैं जो अंदर से पानी जैसे अन्य तत्वों के परमाणुओं से भर जाता है। इस समूह में इतने सारे प्रतिनिधि नहीं हैं, इसमें कार्बन नैनोकोन, एस्ट्रालीन और डाइकार्बन शामिल हैं।

कार्बन का अनुप्रयोग

मानव जीवन में कार्बन और उसके यौगिकों का बहुत महत्व है। कार्बन पृथ्वी पर मुख्य प्रकार के ईंधन का निर्माण करता है - प्राकृतिक गैस और तेल। निर्माण, इंजीनियरिंग और चिकित्सा में रासायनिक और धातुकर्म उद्योगों में कार्बन यौगिकों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हीरे के रूप में एलोट्रोपिक संशोधनों का उपयोग रॉकेट विज्ञान में गहनों, फुलराइट और लोन्सडेलाइट में किया जाता है। तंत्र, तकनीकी उपकरण और बहुत कुछ के लिए विभिन्न स्नेहक कार्बन यौगिकों से बनाए जाते हैं। उद्योग आजकल कार्बन के बिना नहीं चल सकता, इसका उपयोग हर जगह किया जाता है!

रासायनिक संरचना के सिद्धांत की सही समझ के लिए कार्बन परमाणु और इसकी इलेक्ट्रॉनिक अवस्था की संरचनात्मक विशेषताओं पर विचार करना मौलिक है। पहले आवर्त प्रणाली (PS) में कार्बन की स्थिति पर विचार करें। पीएस द्वारा तत्व को चिह्नित करने की सुविधा के लिए, निम्नलिखित एल्गोरिथम का उपयोग किया जा सकता है:

क्रमांकतत्व (#) इसे परिभाषित करता है परमाणु चार्ज (चार्ज नंबर Z), और इसलिए प्रोटॉन की संख्या N$p^+$ (प्रोटॉन प्रतीक - $p_1^+$) और इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या N$\bar(e)$ (इलेक्ट्रॉन प्रतीक - $\bar(e)$) नाभिक में। कार्बन के लिए, क्रम संख्या 6 है, इसलिए कार्बन परमाणु के नाभिक में 6 प्रोटॉन और 6 इलेक्ट्रॉन होते हैं। योजनाबद्ध रूप से, इस तर्क को इस प्रकार लिखा जा सकता है: $ (C)=6 \Rightarrow Z = 6; \hspace(2pt)N\bar(e) = 6$।

परमाणु भारतत्व, या समस्थानिक द्रव्यमान संख्या (ए)नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन (न्यूट्रॉन पदनाम $n_1^0$) के द्रव्यमान के योग के बराबर है, इसलिए, न्यूट्रॉन एन की संख्या अंतर से गणना की जा सकती है। कार्बन के लिए, परमाणु द्रव्यमान 12 a.m.u. है, अतः एक कार्बन परमाणु में न्यूट्रॉनों की संख्या 6 होती है।योजनाबद्ध संकेतन: $A(C) =12 \textrm(amu) \Rightarrow N =A-Z=12-6=6$।

अवधि संख्या,जिसमें पीएस में तत्व स्थित है, संख्यात्मक रूप से बराबर है मुख्य (रेडियल)क्वांटम संख्या nऔर एक परमाणु में ऊर्जा स्तरों की संख्या निर्धारित करता है। कभी-कभी मुख्य क्वांटम संख्या का एक और पदनाम होता है - $n_r$(सोमरफेल्ड के अनुसार)। कार्बन पीएस की दूसरी अवधि में है, इसलिए, इसके दो ऊर्जा स्तर हैं, मुख्य क्वांटम संख्या 2 है। योजनाबद्ध संकेतन: संख्या लेन। = 2 => n = 2.

समूह संख्या, जिसमें तत्व पीएस में स्थित है, बाहरी ऊर्जा स्तर में इलेक्ट्रॉनों की संख्या से मेल खाता है। कार्बन मुख्य उपसमूह के समूह IV में स्थित है, इसलिए इसमें बाहरी ऊर्जा स्तर पर 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं।योजनाबद्ध संकेतन: नहीं। जीआर। = IV => N$\bar(e)_\textrm(valence)$ = 4.

संक्षेप में, यह कहा जा सकता है कि जमीन (अप्रत्याशित) अवस्थाकार्बन परमाणु के बाहरी ऊर्जा स्तर पर 4 संयोजकता इलेक्ट्रॉन होते हैं, जबकि s-इलेक्ट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन युग्म बनाते हैं, और 2 p-इलेक्ट्रॉन युग्मित नहीं होते हैं।

कार्बन परमाणु की संयोजकता इलेक्ट्रॉन परत के लिए, प्रमुख क्वांटम संख्या n 2 है, कक्षीय क्वांटम संख्या l 0 है, जो s-कक्षक से मेल खाती है और p-कक्षकों के लिए 1 के बराबर है; चुंबकीय क्वांटम संख्या m = –l, 0, +l; अर्थात्, m = 0 (l = 0 के लिए) और m = -1, 0, 1 (l = 1 के लिए)।

परिभाषा

परमाणु कक्षीय (AO)इलेक्ट्रॉन घनत्व की एक ग्राफिकल त्रि-आयामी छवि कहा जाता है, अर्थात अंतरिक्ष का वह क्षेत्र जिसमें इलेक्ट्रॉन के मिलने की संभावना अधिकतम होती है।

कार्बनिक यौगिकों में, कार्बन परमाणु हमेशा टेट्रावैलेंट होता है, जिसका अर्थ है कि सभी 4 वैलेंस इलेक्ट्रॉन एक रासायनिक बंधन के निर्माण में भाग लेते हैं। लेकिन केवल अयुग्मित इलेक्ट्रॉन ही बंध निर्माण में भाग लेते हैं! संयोजकता की अवधारणा और कार्बन परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के बीच विसंगति की व्याख्या करने के लिए, मॉडल को लागू करना चाहिए कार्बन परमाणु की उत्तेजित अवस्था $C^*$, 2s- से 2p-उप-स्तर तक एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण की अनुमति देता है:

इस मामले में, एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण पर खर्च की गई ऊर्जा की भरपाई दो अतिरिक्त बांडों के निर्माण के दौरान जारी ऊर्जा द्वारा की जाती है। हालांकि, यह मॉडल मानता है कि इलेक्ट्रॉन चार "शुद्ध" कक्षाओं में है - एक एस और तीन पी।

फिर, परमाणु की उत्तेजित अवस्था में, s-कक्षक की ऊर्जा p-कक्षकों की निर्माण ऊर्जा से कम होनी चाहिए। वास्तव में यह सच नहीं है। अध्ययनों से पता चलता है कि इलेक्ट्रॉन के "कूदने" के परिणामस्वरूप बनने वाले सभी चार ऑर्बिटल्स की ऊर्जा क्रमशः समान होती है, और एक अणु में एक ही हेटेरोएटम (उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु) में बंधों के निर्माण की ऊर्जा होती है। मीथेन) भी लगभग बराबर हैं, और प्रत्येक नवगठित कक्षा की ऊर्जा "स्वच्छ" एस-कक्षीय की ऊर्जा से अधिक है, लेकिन "स्वच्छ" पी-कक्षीय की ऊर्जा से कम है।

• पदनाम - सी (कार्बन);
• अवधि - II;
• समूह - 14 (आईवीए);
• परमाणु द्रव्यमान - 12.011;
• परमाणु संख्या - 6;
• एक परमाणु की त्रिज्या = 77 pm;
• सहसंयोजक त्रिज्या = 77 बजे;
• इलेक्ट्रॉनों का वितरण - 1s 2 2s 2 2p 2;
• गलनांक = 3550°C;
• क्वथनांक = 4827°C;
• इलेक्ट्रोनगेटिविटी (पॉलिंग के अनुसार / एल्प्रेड और रोचोव के अनुसार) = 2.55 / 2.50;
• ऑक्सीकरण अवस्था: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• घनत्व (एन.ए.) \u003d 2.25 ग्राम / सेमी 3 (ग्रेफाइट);
• मोलर आयतन = 5.3 सेमी 3 / मोल।

कार्बन के रूप में कार्बन अनादि काल से मनुष्य को ज्ञात है, इसलिए इसकी खोज की तारीख के बारे में बात करने का कोई मतलब नहीं है। दरअसल, कार्बन को इसका नाम 1787 में मिला, जब "मेथड ऑफ केमिकल नोमेनक्लेचर" पुस्तक प्रकाशित हुई, जिसमें फ्रांसीसी नाम "प्योर कोल" (चारबोन पुर) के बजाय "कार्बन" (कार्बोन) शब्द दिखाई दिया।

कार्बन में असीमित लंबाई की बहुलक श्रृंखला बनाने की अद्वितीय क्षमता होती है, जिससे यौगिकों के एक विशाल वर्ग को जन्म दिया जाता है जिसका अध्ययन रसायन विज्ञान की एक अलग शाखा - कार्बनिक रसायन विज्ञान द्वारा किया जाता है। कार्बनिक कार्बन यौगिक पृथ्वी पर जीवन का आधार हैं, इसलिए रासायनिक तत्व के रूप में कार्बन के महत्व के बारे में बात करने का कोई मतलब नहीं है - यह पृथ्वी पर जीवन का आधार है।

अब कार्बन को अकार्बनिक रसायन की दृष्टि से देखें।

चावल। कार्बन परमाणु की संरचना.

कार्बन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s 2 2s 2 2p 2 है (देखें परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना)। बाहरी ऊर्जा स्तर पर, कार्बन में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं: 2 s-उपस्तर पर युग्मित + 2 p-कक्षकों पर अयुग्मित। जब एक कार्बन परमाणु उत्तेजित अवस्था में जाता है (ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है), s-उप-स्तर से एक इलेक्ट्रॉन अपनी जोड़ी को "छोड़ देता है" और p-उप-स्तर पर चला जाता है, जहां एक मुक्त कक्षीय होता है। इस प्रकार, उत्तेजित अवस्था में, कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास निम्नलिखित रूप लेता है: 1s 2 2s 1 2p 3।

चावल। कार्बन परमाणु का उत्तेजित अवस्था में संक्रमण।

यह "कास्टलिंग" कार्बन परमाणुओं की वैलेंस संभावनाओं का काफी विस्तार करता है, जो ऑक्सीकरण अवस्था को +4 (सक्रिय गैर-धातुओं वाले यौगिकों में) से -4 (धातुओं के साथ यौगिकों में) तक ले जा सकता है।

असम्बद्ध अवस्था में, यौगिकों में कार्बन परमाणु की संयोजकता 2 होती है, उदाहरण के लिए, CO (II), और उत्तेजित अवस्था में इसमें 4: CO 2 (IV) होता है।

कार्बन परमाणु की "विशिष्टता" इस तथ्य में निहित है कि इसके बाहरी ऊर्जा स्तर पर 4 इलेक्ट्रॉन हैं, इसलिए, स्तर को पूरा करने के लिए (जो वास्तव में, किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु प्रयास करते हैं), यह दोनों दे सकता है और सहसंयोजक बंधन बनाने के लिए समान "सफलता" इलेक्ट्रॉनों के साथ संलग्न करें (सहसंयोजक बंधन देखें)।

एक साधारण पदार्थ के रूप में कार्बन

एक साधारण पदार्थ के रूप में, कार्बन कई एलोट्रोपिक संशोधनों के रूप में हो सकता है:

• हीरा
• सीसा
• फुलरीन
• काबैन

हीरा

चावल। हीरे की क्रिस्टल जाली।

हीरा गुण:

• रंगहीन क्रिस्टलीय पदार्थ;
• प्रकृति में सबसे कठोर पदार्थ;
• एक मजबूत अपवर्तक प्रभाव है;
• गर्मी और बिजली का खराब संवाहक।

चावल। हीरा टेट्राहेड्रोन।

हीरे की असाधारण कठोरता को इसके क्रिस्टल जाली की संरचना द्वारा समझाया गया है, जिसमें टेट्राहेड्रोन का आकार होता है - टेट्राहेड्रोन के केंद्र में एक कार्बन परमाणु होता है, जो चार पड़ोसी परमाणुओं के साथ समान रूप से मजबूत बंधनों से जुड़ा होता है जो शिखर बनाते हैं। टेट्राहेड्रोन (ऊपर चित्र देखें)। ऐसा "निर्माण", बदले में, पड़ोसी टेट्राहेड्रा से जुड़ा हुआ है।

सीसा

चावल। ग्रेफाइट क्रिस्टल जाली।

ग्रेफाइट गुण:

• स्तरित संरचना के ग्रे रंग का नरम क्रिस्टलीय पदार्थ;
• एक धातु चमक है;
• बिजली का संचालन अच्छी तरह से करता है।

ग्रेफाइट में, कार्बन परमाणु एक ही तल में स्थित नियमित षट्भुज बनाते हैं, जो अनंत परतों में व्यवस्थित होते हैं।

ग्रेफाइट में, आसन्न कार्बन परमाणुओं के बीच रासायनिक बंधन प्रत्येक परमाणु के तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनते हैं (नीचे चित्र में नीले रंग में दिखाया गया है), जबकि प्रत्येक कार्बन परमाणु का चौथा इलेक्ट्रॉन (लाल रंग में दिखाया गया है), पी-ऑर्बिटल में स्थित है। , जो ग्रेफाइट परत के तल के लंबवत स्थित है, परत के तल में सहसंयोजक बंधों के निर्माण में भाग नहीं लेता है। इसका "उद्देश्य" अलग है - आसन्न परत में पड़े अपने "भाई" के साथ बातचीत करते हुए, यह ग्रेफाइट की परतों के बीच संबंध प्रदान करता है, और पी-इलेक्ट्रॉनों की उच्च गतिशीलता ग्रेफाइट की अच्छी विद्युत चालकता निर्धारित करती है।

चावल। ग्रेफाइट में कार्बन परमाणु के कक्षकों का वितरण।

फुलरीन

चावल। फुलरीन क्रिस्टल जाली।

फुलरीन गुण:

• फुलरीन अणु सॉकर बॉल की तरह खोखले गोले में बंद कार्बन परमाणुओं का एक संग्रह है;
• यह पीले-नारंगी रंग का महीन-क्रिस्टलीय पदार्थ है;
• गलनांक = 500-600°C;
• अर्धचालक;
• खनिज शुंगाइट का हिस्सा है।

काबैन

कार्बाइन गुण:

• अक्रिय काला पदार्थ;
• बहुलक रैखिक अणु होते हैं जिसमें परमाणु एकल और ट्रिपल बांडों को बारी-बारी से जोड़ते हैं;
• अर्धचालक।

कार्बन के रासायनिक गुण

सामान्य परिस्थितियों में, कार्बन एक अक्रिय पदार्थ है, लेकिन गर्म होने पर, यह विभिन्न प्रकार के सरल और जटिल पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है।

यह पहले ही ऊपर कहा जा चुका है कि कार्बन के बाहरी ऊर्जा स्तर पर 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं (न तो वहां और न ही यहां), इसलिए कार्बन दोनों इलेक्ट्रॉनों को दान कर सकता है और उन्हें स्वीकार कर सकता है, कुछ यौगिकों में गुणों को कम करता है, और दूसरों में ऑक्सीकरण गुण दिखाता है।

कार्बन है अपचायक कारकऑक्सीजन और अन्य तत्वों के साथ प्रतिक्रियाओं में जिनमें उच्च इलेक्ट्रोनगेटिविटी होती है (तत्वों की इलेक्ट्रोनगेटिविटी की तालिका देखें):

• हवा में गर्म होने पर, यह जलता है (कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण के साथ ऑक्सीजन की अधिकता के साथ; इसकी कमी के साथ - कार्बन मोनोऑक्साइड (II)):
  सी + ओ 2 \u003d सीओ 2;
  2C + O 2 \u003d 2CO।
• सल्फर वाष्प के साथ उच्च तापमान पर प्रतिक्रिया करता है, आसानी से क्लोरीन, फ्लोरीन के साथ बातचीत करता है:
  सी+2एस=सीएस2
  सी + 2सीएल 2 = सीसीएल 4
  2F2+C=CF4
• गर्म होने पर, यह कई धातुओं और अधातुओं को ऑक्साइड से पुनर्स्थापित करता है:
  सी 0 + क्यू +2 ओ \u003d क्यू 0 + सी +2 ओ;
  सी 0 + सी +4 ओ 2 \u003d 2 सी +2 ओ
• जल गैस बनाने के लिए 1000 डिग्री सेल्सियस (गैसीकरण प्रक्रिया) के तापमान पर पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है:
  सी + एच 2 ओ \u003d सीओ + एच 2;

कार्बन धातुओं और हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रियाओं में ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित करता है:

• धातुओं के साथ क्रिया करके कार्बाइड बनाती है:
  सीए + 2 सी = सीएसी 2
• हाइड्रोजन के साथ क्रिया करके कार्बन मीथेन बनाता है:
  सी + 2 एच 2 = सीएच 4

कार्बन अपने यौगिकों के थर्मल अपघटन या मीथेन के पायरोलिसिस (उच्च तापमान पर) द्वारा प्राप्त किया जाता है:
सीएच 4 \u003d सी + 2 एच 2.

कार्बन का अनुप्रयोग

कार्बन यौगिकों ने राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में सबसे व्यापक आवेदन पाया है, उन सभी को सूचीबद्ध करना संभव नहीं है, हम केवल कुछ ही इंगित करेंगे:

• ग्रेफाइट का उपयोग पेंसिल लीड, इलेक्ट्रोड, पिघलने वाले क्रूसिबल के निर्माण के लिए, परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में, स्नेहक के रूप में किया जाता है;
• हीरे का उपयोग गहनों में, काटने के उपकरण के रूप में, ड्रिलिंग उपकरण में, अपघर्षक सामग्री के रूप में किया जाता है;
• एक कम करने वाले एजेंट के रूप में, कार्बन का उपयोग कुछ धातुओं और गैर-धातुओं (लोहा, सिलिकॉन) को प्राप्त करने के लिए किया जाता है;
• कार्बन सक्रिय कार्बन का बड़ा हिस्सा बनाता है, जिसने रोजमर्रा की जिंदगी (उदाहरण के लिए, हवा और समाधान की सफाई के लिए एक सोखना के रूप में), और दवा (सक्रिय कार्बन टैबलेट) और उद्योग में (उत्प्रेरक के वाहक के रूप में) दोनों में व्यापक आवेदन पाया है। एडिटिव्स, एक पोलीमराइजेशन उत्प्रेरक आदि)।

कार्बन (सी) मेंडेलीव की आवर्त सारणी का छठा तत्व है जिसका परमाणु भार 12 है। यह तत्व गैर-धातुओं से संबंधित है और इसमें 14 सी का एक आइसोटोप है। कार्बन परमाणु की संरचना सभी कार्बनिक रसायन विज्ञान को रेखांकित करती है, क्योंकि सभी कार्बनिक पदार्थों में शामिल हैं कार्बन अणु।

कार्बन परमाणु

मेंडलीफ की आवर्त सारणी में कार्बन की स्थिति:

• छठा क्रमांक;
• चौथा समूह;
• दूसरी अवधि।

चावल। 1. आवर्त सारणी में कार्बन की स्थिति।

तालिका के आंकड़ों के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि कार्बन तत्व के परमाणु की संरचना में दो गोले शामिल हैं, जिन पर छह इलेक्ट्रॉन स्थित हैं। कार्बन की संयोजकता, जो कार्बनिक पदार्थों का हिस्सा है, स्थिर है और IV के बराबर है। इसका मतलब है कि बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर में चार इलेक्ट्रॉन होते हैं, और दो आंतरिक स्तर पर।

चार इलेक्ट्रॉनों में से दो एक गोलाकार 2s कक्षीय पर कब्जा कर लेते हैं, और शेष दो एक डम्बल के आकार के 2p कक्षीय पर कब्जा कर लेते हैं। उत्तेजित अवस्था में, एक इलेक्ट्रॉन 2s कक्षक से 2p कक्षकों में से एक की ओर गति करता है। जब एक इलेक्ट्रॉन एक कक्षक से दूसरे कक्षक में जाता है, तो ऊर्जा खर्च होती है।

इस प्रकार, एक उत्तेजित कार्बन परमाणु में चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसका विन्यास सूत्र 2s 1 2p 3 द्वारा व्यक्त किया जा सकता है। इससे अन्य तत्वों के साथ चार सहसंयोजक बंधन बनाना संभव हो जाता है। उदाहरण के लिए, मीथेन (सीएच 4) अणु में, कार्बन चार हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ बंधन बनाता है - हाइड्रोजन और कार्बन के एस-ऑर्बिटल्स के बीच एक बॉन्ड और कार्बन के पी-ऑर्बिटल्स और हाइड्रोजन के एस-ऑर्बिटल्स के बीच तीन बॉन्ड।

कार्बन परमाणु की संरचना की योजना को +6C) 2) 4 या 1s 2 2s 2 2p 2 के रूप में दर्शाया जा सकता है।

चावल। 2. कार्बन परमाणु की संरचना।

भौतिक गुण

कार्बन प्राकृतिक रूप से चट्टानों के रूप में पाया जाता है। कार्बन के कई एलोट्रोपिक संशोधन ज्ञात हैं:

• ग्रेफाइट;
• हीरा;
• कार्बाइन;
• कोयला;
• कालिख।

ये सभी पदार्थ क्रिस्टल जाली की संरचना में भिन्न होते हैं। सबसे कठोर पदार्थ - हीरा - में कार्बन का घन रूप होता है। उच्च तापमान पर, हीरा हेक्सागोनल संरचना के साथ ग्रेफाइट में बदल जाता है।

चावल। 3. ग्रेफाइट और हीरे की क्रिस्टल जाली।

रासायनिक गुण

कार्बन की परमाणु संरचना और दूसरे पदार्थ के चार परमाणुओं को जोड़ने की इसकी क्षमता तत्व के रासायनिक गुणों को निर्धारित करती है। कार्बन धातुओं के साथ क्रिया करके कार्बाइड बनाता है:

• सीए + 2 सी → सीएसी 2;
• सीआर + सी → सीआरसी;
• 3Fe + C → Fe 3 C.

धातु के आक्साइड के साथ भी प्रतिक्रिया करता है:

• 2ZnO + C → 2Zn + CO 2 ;
• पीबीओ + सी → पीबी + सीओ;
• SnO 2 + 2C → Sn + 2CO।

उच्च तापमान पर, कार्बन गैर-धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है, विशेष रूप से हाइड्रोजन के साथ, हाइड्रोकार्बन बनाता है:

सी + 2 एच 2 → सीएच 4।

ऑक्सीजन के साथ, कार्बन कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड बनाता है:

• सी + ओ 2 → सीओ 2;
• 2सी + ओ 2 → 2CO.

पानी के साथ बातचीत करने पर कार्बन मोनोऑक्साइड भी बनता है।