استخدام الكربون. الكربون - الخصائص الكيميائية والفيزيائية. خصائص الطبيعة الكيميائية

يعد الكربون أحد أكثر العناصر المدهشة التي يمكن أن تشكل مجموعة كبيرة ومتنوعة من المركبات ذات الطبيعة العضوية وغير العضوية. هذا العنصر غير معتاد في خصائصه لدرجة أن مندليف تنبأ بمستقبل عظيم له ، متحدثًا عن ميزات لم يتم الكشف عنها بعد.

في وقت لاحق تم تأكيد ذلك عمليا. أصبح معروفًا أنه العنصر الحيوي الرئيسي لكوكبنا ، وهو جزء من جميع الكائنات الحية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توجد في أشكال مختلفة جذريًا من جميع النواحي ، ولكنها في نفس الوقت تتكون فقط من ذرات الكربون.

بشكل عام ، هذه البنية لها العديد من الميزات ، وسنحاول التعامل معها في سياق المقال.

الكربون: الصيغة والموقع في نظام العناصر

في النظام الدوري ، يقع عنصر الكربون في المجموعة الرابعة (وفقًا للنموذج الجديد في 14) المجموعة الفرعية الرئيسية. عددها الذري 6 ووزنها الذري 12.011. يشير تعيين العنصر بعلامة C إلى اسمه باللاتينية - carboneum. هناك العديد من الأشكال المختلفة التي يوجد فيها الكربون. لذلك ، فإن صيغته مختلفة وتعتمد على التعديل المحدد.

ومع ذلك ، هناك بالطبع تعيين محدد لكتابة معادلات التفاعل. بشكل عام ، عند الحديث عن مادة في شكلها النقي ، يتم اعتماد الصيغة الجزيئية للكربون C ، بدون فهرسة.

تاريخ اكتشاف العنصر

في حد ذاته ، هذا العنصر معروف منذ العصور القديمة. بعد كل شيء ، يعد الفحم أحد أهم المعادن في الطبيعة. لذلك ، بالنسبة لليونانيين والرومان والجنسيات الأخرى القدماء ، لم يكن سرًا.

بالإضافة إلى هذا التنوع ، تم استخدام الماس والجرافيت أيضًا. كانت هناك العديد من المواقف المربكة مع هذا الأخير لفترة طويلة ، لأنه في كثير من الأحيان ، بدون تحليل التركيب ، تم أخذ هذه المركبات من أجل الجرافيت ، مثل:

• الرصاص الفضي
• كربيد الحديد
• كبريتيد الموليبدينوم.

تم طلاءهم جميعًا باللون الأسود وبالتالي تم اعتبارهم من الجرافيت. في وقت لاحق ، تم إزالة سوء الفهم هذا ، وأصبح هذا النوع من الكربون هو نفسه.

منذ عام 1725 ، أصبح الماس ذا أهمية تجارية كبيرة ، وفي عام 1970 ، تم إتقان تقنية الحصول عليه بشكل مصطنع. منذ عام 1779 ، وبفضل عمل Karl Scheele ، تمت دراسة الخصائص الكيميائية التي يعرضها الكربون. كانت هذه بداية لعدد من الاكتشافات المهمة في مجال هذا العنصر وأصبحت أساسًا لتوضيح جميع ميزاته الفريدة.

نظائر الكربون وتوزيعه في الطبيعة

على الرغم من حقيقة أن العنصر قيد الدراسة هو أحد أهم العناصر الحيوية ، إلا أن محتواه الكلي في كتلة قشرة الأرض يبلغ 0.15٪. هذا يرجع إلى حقيقة أنه يخضع لدوران مستمر ، الدورة الطبيعية في الطبيعة.

بشكل عام ، هناك العديد من المركبات المعدنية التي تحتوي على الكربون. هذه سلالات طبيعية مثل:

• الدولوميت والحجر الجيري.
• أنثراسايت.
• الصخر الزيتي؛
• غاز طبيعي؛
• فحم؛
• نفط؛
• الفحم البني؛
• الخث.
• القار.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب ألا ننسى الكائنات الحية ، التي هي مجرد مستودع لمركبات الكربون. بعد كل شيء ، قاموا بتكوين البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية ، مما يعني الجزيئات الهيكلية الأكثر حيوية. بشكل عام ، في تحويل وزن الجسم الجاف من 70 كجم ، 15 يسقط على عنصر نقي. وهكذا الحال مع كل شخص ، ناهيك عن الحيوانات والنباتات والمخلوقات الأخرى.

إذا أخذنا في الاعتبار أيضًا الماء ، أي الغلاف المائي ككل والغلاف الجوي ، فهناك مزيج من الكربون والأكسجين معبر عنه بالصيغة CO 2. يعد ثاني أكسيد أو ثاني أكسيد الكربون أحد الغازات الرئيسية التي يتكون منها الهواء. في هذا الشكل يكون الجزء الكتلي للكربون 0.046٪. يتم إذابة المزيد من ثاني أكسيد الكربون في مياه المحيطات.

الكتلة الذرية للكربون كعنصر هي 12.011. من المعروف أن هذه القيمة تُحسب على أنها المتوسط ​​الحسابي بين الأوزان الذرية لجميع الأنواع النظيرية الموجودة في الطبيعة ، مع مراعاة وفرتها (كنسبة مئوية). هذا هو الحال أيضا بالنسبة للمادة المعنية. هناك ثلاثة نظائر رئيسية يوجد فيها الكربون. هو - هي:

• 12 ج - نسبة الكتلة في الغالبية العظمى منه هي 98.93٪ ؛
• 13 ج - 1.07٪ ؛
• 14 درجة مئوية - نشاط إشعاعي ، نصف عمر 5700 سنة ، باعث بيتا ثابت.

في ممارسة تحديد العمر الجغرافي الزمني للعينات ، يتم استخدام النظير المشع 14 C على نطاق واسع ، وهو مؤشر بسبب فترة اضمحلاله الطويلة.

التعديلات المتآصلة لعنصر

الكربون عنصر موجود كمادة بسيطة في عدة أشكال. أي أنها قادرة على تشكيل أكبر عدد من التعديلات المتآصلة المعروفة اليوم.

1. الاختلافات البلورية - توجد في شكل هياكل قوية ذات شبكات منتظمة من النوع الذري. تشمل هذه المجموعة أصنافًا مثل:

• الماس؛
• الفوليرين.
• الجرافيت.
• القربينات.
• lonsdaleites.
• وأنابيب.

كل منهم يختلف في المشابك ، في العقد التي توجد فيها ذرة كربون. ومن هنا تأتي الخصائص الفريدة وغير المتشابهة ، الفيزيائية والكيميائية.

2. الأشكال غير المتبلورة - تتشكل بواسطة ذرة كربون ، وهي جزء من بعض المركبات الطبيعية. أي ، هذه ليست أصنافًا نقية ، ولكن بها شوائب من عناصر أخرى بكميات صغيرة. في هذه المجموعةيشمل:

• كربون مفعل؛
• الحجر والخشب
• السخام؛
• نانوفوم الكربون
• أنثراسايت.
• كربون زجاجي
• النوع التقني للمادة.

كما أنها متحدة من خلال السمات الهيكلية للشبكة البلورية ، والتي تشرح وتوضح الخصائص.

3. مركبات الكربون على شكل عناقيد. مثل هذا الهيكل ، الذي يتم فيه إغلاق الذرات في تشكيل خاص مجوف من الداخل ، مملوء بالماء أو نوى عناصر أخرى. أمثلة:

• نانوكونات الكربون
• النجوم.
• ديكاربون.

الخصائص الفيزيائية للكربون غير المتبلور

نظرًا للتنوع الكبير في التعديلات المتآصلة ، قم بتمييز بعض التعديلات الشائعة الخصائص الفيزيائيةصعب على الكربون. من الأسهل التحدث عن شكل معين. على سبيل المثال ، يحتوي الكربون غير المتبلور على الخصائص التالية.

1. يوجد في قلب جميع الأشكال أنواع من الجرافيت دقيقة الحبيبات.
2. سعة حرارية عالية.
3. خصائص موصلة جيدة.
4. كثافة الكربون حوالي 2 جم / سم 3.
5. عند التسخين فوق 1600 درجة مئوية ، يكون هناك انتقال إلى أشكال الجرافيت.

تستخدم أصناف السخام والحجر على نطاق واسع في أغراض تقنية. إنها ليست مظهرًا من مظاهر تعديل الكربون في شكله النقي ، ولكنها تحتوي عليه بكميات كبيرة جدًا.

الكربون البلوري

هناك العديد من الخيارات التي يكون فيها الكربون مادة تشكل بلورات منتظمة من أنواع مختلفة ، حيث ترتبط الذرات في سلسلة. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل التعديلات التالية.

1. - مكعب ، حيث يتم توصيل أربعة رباعي الأسطح. نتيجة لذلك ، تكون جميع الروابط الكيميائية التساهمية لكل ذرة مشبعة وقوية إلى أقصى حد. وهذا يفسر الخصائص الفيزيائية: كثافة الكربون 3300 كجم / م 3. صلابة عالية ، وسعة حرارية منخفضة ، ونقص في التوصيل الكهربائي - كل هذا ناتج عن هيكل الشبكة البلورية. هناك الماس الذي تم الحصول عليه تقنيًا. تتشكل أثناء انتقال الجرافيت إلى التعديل التالي تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة وضغط معين. بشكل عام ، تكون عالية مثل القوة - حوالي 3500 درجة مئوية.
2. الجرافيت. يتم ترتيب الذرات بشكل مشابه لبنية المادة السابقة ، ومع ذلك ، هناك ثلاث روابط فقط مشبعة ، والرابع يصبح أطول وأقل قوة ، ويربط "طبقات" الحلقات السداسية للشبكة. نتيجة لذلك ، اتضح أن الجرافيت مادة سوداء دهنية ناعمة الملمس. لديها موصلية كهربائية جيدة ولها نقطة انصهار عالية - 3525 درجة مئوية. إنها قادرة على التسامي - التسامي من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية ، متجاوزًا الحالة السائلة (عند درجة حرارة 3700 درجة مئوية). كثافة الكربون 2.26 جم / سم 3 ، وهي أقل بكثير من كثافة الماس. هذا يفسر خصائصهم المختلفة. نظرًا للهيكل متعدد الطبقات للشبكة البلورية ، فمن الممكن استخدام الجرافيت لتصنيع الخيوط أقلام رصاص بسيطة. عند حملها على الورق ، تقشر المقاييس وتترك علامة سوداء على الورق.
3. الفوليرين. تم افتتاحها فقط في الثمانينيات من القرن الماضي. إنها تعديلات يتم فيها ربط الكربون في هيكل مغلق محدب خاص مع فراغ في المركز. وشكل البلورة - متعدد الوجوه ، التنظيم الصحيح. عدد الذرات زوجي. أشهر أشكال الفوليرين سي 60. تم العثور على عينات من مادة مماثلة أثناء البحث:

• النيازك.
• رواسب القاع
• فولغوريتيس.
• shungites.
• الفضاء الخارجي ، حيث تم احتواؤها في شكل غازات.

جميع أنواع الكربون البلوري لها أهمية عملية كبيرة ، حيث أن لها عددًا من الخصائص المفيدة تقنيًا.

النشاط الكيميائي

يُظهر الكربون الجزيئي تفاعلًا منخفضًا بسبب تكوينه المستقر. يمكن إجبارها على الدخول في تفاعلات فقط عن طريق نقل طاقة إضافية إلى الذرة وإجبار إلكترونات المستوى الخارجي على التبخر. عند هذه النقطة ، تصبح التكافؤ 4. لذلك ، في المركبات ، يكون لها حالة أكسدة تبلغ + 2 ، + 4 ، - 4.

تتم تقريبًا جميع التفاعلات مع المواد البسيطة ، سواء المعدنية أو غير المعدنية ، تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. يمكن أن يكون العنصر المعني عامل مؤكسد وعامل اختزال. ومع ذلك ، فإن الخصائص الأخيرة واضحة بشكل خاص فيه ، وعلى هذا يعتمد استخدامه في الصناعات المعدنية وغيرها من الصناعات.

بشكل عام ، تعتمد القدرة على الدخول في تفاعل كيميائي على ثلاثة عوامل:

• تشتت الكربون
• تعديل مؤثر
• درجة حرارة التفاعل.

وبالتالي ، في بعض الحالات ، يحدث التفاعل مع المواد التالية:

• غير المعادن (الهيدروجين والأكسجين) ؛
• المعادن (الألمنيوم والحديد والكالسيوم وغيرها) ؛
• أكاسيد المعادن وأملاحها.

لا يتفاعل مع الأحماض والقلويات ، ونادرًا ما يتفاعل مع الهالوجينات. من أهم خصائص الكربون قدرته على تكوين سلاسل طويلة مع بعضها البعض. يمكنهم أن يغلقوا في دورة ، وتشكيل الفروع. هذه هي الطريقة التي يتم بها تكوين المركبات العضوية ، والتي يبلغ عددها اليوم بالملايين. أساس هذه المركبات عنصرين - الكربون والهيدروجين. يمكن أيضًا تضمين ذرات أخرى في التركيب: الأكسجين والنيتروجين والكبريت والهالوجينات والفوسفور والمعادن وغيرها.

المركبات الأساسية وخصائصها

هناك العديد من المركبات المختلفة التي تحتوي على الكربون. الصيغة الأكثر شهرة هي ثاني أكسيد الكربون - ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك ، بالإضافة إلى هذا الأكسيد ، يوجد أيضًا أول أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون ، وكذلك ثاني أكسيد الكربون الفرعي C 3 O 2.

من بين الأملاح التي تحتوي على هذا العنصر ، الأكثر شيوعًا هي كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم. لذلك ، فإن كربونات الكالسيوم لها عدة مرادفات في الاسم ، لأنها تحدث في الطبيعة على شكل:

• الطباشير.
• رخام؛
• حجر الكلس؛
• الدولوميت.

تتجلى أهمية كربونات المعادن الأرضية القلوية في حقيقة أنها مشاركين نشطين في عمليات تكوين الهوابط والصواعد ، وكذلك المياه الجوفية.

حمض الكربونيك مركب آخر يشكل الكربون. صيغته هي H 2 CO 3. ومع ذلك ، في شكله المعتاد ، فهو غير مستقر للغاية ويتحلل على الفور إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في المحلول. لذلك ، تُعرف أملاحه فقط ، وليس نفسها ، كحل.

هاليدات الكربون - يتم الحصول عليها بشكل غير مباشر بشكل أساسي ، حيث يحدث التوليف المباشر فقط عند حد كبير درجات حرارة عاليةوإنتاجية منخفضة. واحدة من أكثرها شيوعًا - CCL 4 - رابع كلوريد الكربون. مركب سام يمكن أن يسبب التسمم إذا تم استنشاقه. تم الحصول عليها عن طريق تفاعلات الاستبدال الكيميائية الضوئية الجذرية في الميثان.

كربيدات المعادن عبارة عن مركبات كربونية تظهر فيها حالة أكسدة قدرها 4. كما يمكن الارتباط بالبورون والسيليكون. الخاصية الرئيسية للكربيدات لبعض المعادن (الألمنيوم ، التنجستن ، التيتانيوم ، النيوبيوم ، التنتالوم ، الهافنيوم) هي القوة العالية والتوصيل الكهربائي الممتاز. يعتبر كربيد البورون B 4 C من أصعب المواد بعد الألماس (9.5 وفقًا لـ Mohs). تستخدم هذه المركبات في الهندسة ، وكذلك في الصناعة الكيميائية ، كمصادر لإنتاج الهيدروكربونات (يؤدي كربيد الكالسيوم مع الماء إلى تكوين الأسيتيلين وهيدروكسيد الكالسيوم).

يتم تصنيع العديد من السبائك المعدنية باستخدام الكربون ، وبالتالي زيادة جودتها بشكل كبير و تحديد(الصلب سبيكة من الحديد والكربون).

تستحق العديد من مركبات الكربون العضوية اهتمامًا خاصًا ، حيث يعتبر الكربون عنصرًا أساسيًا قادرًا على الاندماج مع نفس الذرات في سلاسل طويلة من الهياكل المختلفة. وتشمل هذه:

• الألكانات.
• الألكينات.
• الساحات.
• البروتينات.
• الكربوهيدرات.
• احماض نووية؛
• الكحوليات.
• الأحماض الكربوكسيلية والعديد من فئات المواد الأخرى.

تطبيق الكربون

أهمية مركبات الكربون وتعديلاتها المتآصلة في حياة الإنسان عالية جدا. يمكنك تسمية عدد قليل من أكثر الصناعات العالمية لتوضيح أن هذا صحيح.

1. يشكل هذا العنصر جميع أنواع الوقود العضوي الذي يتلقى الإنسان منه الطاقة.
2. تستخدم صناعة المعادن الكربون كأقوى عامل اختزال للحصول على المعادن من مركباتها. تستخدم الكربونات أيضًا على نطاق واسع هنا.
3. تستهلك صناعة البناء والكيماويات كمية هائلة من مركبات الكربون لتخليق مواد جديدة والحصول على المنتجات اللازمة.

يمكنك أيضًا تسمية قطاعات الاقتصاد مثل:

• الصناعة النووية؛
• تجارة المجوهرات
• المعدات التقنية (مواد التشحيم ، والبوتقات المقاومة للحرارة ، وأقلام الرصاص ، وما إلى ذلك) ؛
• تحديد العمر الجيولوجي للصخور - التتبع الإشعاعي 14 درجة مئوية ؛
• يعتبر الكربون مادة ماصة ممتازة ، مما يجعل من الممكن استخدامه لتصنيع المرشحات.

دورة في الطبيعة

يتم تضمين كتلة الكربون الموجودة في الطبيعة في دورة ثابتة تدور كل ثانية حول العالم. وبالتالي ، فإن المصدر الجوي للكربون - ثاني أكسيد الكربون - تمتصه النباتات وتطلقه جميع الكائنات الحية أثناء عملية التنفس. مرة واحدة في الغلاف الجوي ، يتم امتصاصه مرة أخرى ، وبالتالي لا تتوقف الدورة. في الوقت نفسه ، يؤدي موت المخلفات العضوية إلى إطلاق الكربون وتراكمه في الأرض ، حيث يتم امتصاصه مرة أخرى بواسطة الكائنات الحية ويتم إطلاقه في الغلاف الجوي على شكل غاز.

C (carboneum) ، عنصر كيميائي غير معدني من المجموعة IVA (C ، Si ، Ge ، Sn ، Pb) من الجدول الدوري للعناصر. يحدث في الطبيعة على شكل بلورات الماس (الشكل 1) ، الجرافيت أو الفوليرين وأشكال أخرى وهو جزء من العضوية (الفحم والزيت والكائنات الحيوانية والنباتية ، وما إلى ذلك) والمواد غير العضوية (الحجر الجيري ، صودا الخبزوإلخ.). ينتشر الكربون على نطاق واسع ، لكن محتواه في قشرة الأرض لا يتعدى 0.19٪ ( أنظر أيضاالماس؛ فوليرينيس).

يستخدم الكربون على نطاق واسع في شكل مواد بسيطة. بالإضافة إلى الألماس الثمين وهي موضوع المجوهرات ، أهمية عظيمةلدينا الماس الصناعي لتصنيع أدوات الطحن والقطع. يستخدم الفحم وغيره من أشكال الكربون غير المتبلورة لإزالة اللون ، والتنقية ، وامتصاص الغازات ، في مجالات التكنولوجيا التي تتطلب مواد ماصة ذات سطح مطور. تتميز الكربيدات ، مركبات الكربون مع المعادن ، وكذلك مع البورون والسيليكون (على سبيل المثال ، Al 4 C 3 ، SiC ، B 4 C) بصلابة عالية وتستخدم لصنع أدوات الكشط والقطع. يوجد الكربون في الفولاذ والسبائك في الحالة الأولية وفي شكل كربيدات. إن تشبع سطح المسبوكات الفولاذية بالكربون عند درجة حرارة عالية (تدعيم) يزيد بشكل كبير من صلابة السطح ومقاومة التآكل. أنظر أيضاسبائك.

هناك العديد من أشكال الجرافيت المختلفة في الطبيعة. يتم الحصول على بعضها بشكل مصطنع ؛ تتوفر أشكال غير متبلورة (مثل فحم الكوك والفحم). يتكون السخام وفحم العظام والأسود المصباح والأسيتيلين الأسود عند حرق الهيدروكربونات في غياب الأكسجين. ما يسمى الكربون الأبيضتم الحصول عليها عن طريق تسامي الجرافيت الحراري تحت ضغط منخفض ، وهي أصغر بلورات شفافة من أوراق الجرافيت ذات الحواف المدببة.

Sunyaev Z.I. الكربون البترولي. م ، 1980
كيمياء الكربون المفرط التنسيق. م ، 1990

ابحث عن "CARBON" في

مذكرة تفاهم "مدرسة نيكيفوروفسكايا الثانوية رقم 1"

الكربون ومركباته الرئيسية غير العضوية

نبذة مختصرة

أنجزه: طالب من فئة 9 ب

سيدوروف الكسندر

المعلم: Sakharova L.N.

ديمترييفكا 2009

مقدمة

الفصل الأول. كل شيء عن الكربون

1.1 الكربون في الطبيعة

1.2 التعديلات المتآصلة للكربون

1.3 الخواص الكيميائية للكربون

1.4 تطبيق الكربون

الباب الثاني. مركبات الكربون غير العضوية

استنتاج

المؤلفات

مقدمة

الكربون (لات. كاربونيوم) C عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من النظام الدوري منديليف: العدد الذري 6 ، الكتلة الذرية 12.011 (1). ضع في اعتبارك بنية ذرة الكربون. هناك أربعة إلكترونات في مستوى الطاقة الخارجية لذرة الكربون. دعنا نرسمها:

عُرف الكربون منذ العصور القديمة ، واسم مكتشف هذا العنصر غير معروف.

في أواخر السابع عشرفي. حاول علماء فلورنسا أفيراني وتارغيوني دمج العديد من الماسات الصغيرة في قطعة واحدة كبيرة وقاموا بتسخينها بزجاج محترق مع ضوء الشمس. اختفى الماس بعد احتراقه في الهواء. في عام 1772 ، أظهر الكيميائي الفرنسي A. Lavoisier أن ثاني أكسيد الكربون يتكون أثناء احتراق الماس. فقط في عام 1797 ، أثبت العالم الإنجليزي S. Tennant هوية طبيعة الجرافيت والفحم. بعد حرق كميات متساوية من الفحم والماس ، تبين أن أحجام أول أكسيد الكربون (IV) هي نفسها.

إن تنوع مركبات الكربون ، التي تفسرها قدرة ذراته على الاندماج مع بعضها ومع ذرات العناصر الأخرى بطرق مختلفة ، يحدد الموقع الخاص للكربون بين العناصر الأخرى.

الفصلأنا. كل شيء عن الكربون

1.1 الكربون في الطبيعة

يوجد الكربون في الطبيعة سواء في الحالة الحرة أو في شكل مركبات.

يحدث الكربون الحر مثل الماس والجرافيت والكاربين.

الماس نادر جدا. تم العثور على أكبر ماسة معروفة - "كولينان" في عام 1905 في جنوب أفريقيا ، ووزنها 621.2 جم وقياسها 10 × 6.5 × 5 سم. يحتوي صندوق الماس في موسكو على أحد أكبر وأجمل الماس في العالم - "أورلوف" (37.92) ز).

حصل الماس على اسمه من اليونانية. "آداماس" - لا يقهر ، غير قابل للتدمير. توجد أهم رواسب الماس في جنوب إفريقيا والبرازيل وياكوتيا.

توجد رواسب كبيرة من الجرافيت في ألمانيا ، في سريلانكا ، في سيبيريا ، في ألتاي.

المعادن الرئيسية المحتوية على الكربون هي: المغنسيت MgCO 3 ، الكالسيت (الحجر الجيري ، الحجر الجيري ، الرخام ، الطباشير) CaCO 3 ، الدولوميت CaMg (CO 3) 2 ، إلخ.

جميع أنواع الوقود الأحفوري - النفط والغاز والجفت والفحم الصلب والبني والصخر الزيتي - مبنية على أساس الكربون. توجد بعض أنواع الفحم الأحفوري التي تحتوي على ما يصل إلى 99٪ من الكربون بالقرب من التركيب.

يمثل الكربون 0.1٪ من القشرة الأرضية.

في شكل أول أكسيد الكربون (IV) ثاني أكسيد الكربون هو جزء من الغلاف الجوي. مذاب في الغلاف المائي عدد كبير منثاني أكسيد الكربون.

1.2 التعديلات المتآصلة للكربون

يشكل الكربون الأولي ثلاثة تعديلات متآصلة: الماس ، الجرافيت ، كاربين.

1. الماس مادة بلورية شفافة عديمة اللون تنكسر أشعة الضوء بشدة. ذرات الكربون في الماس في حالة تهجين sp 3. في الحالة المثارة ، تنخفض إلكترونات التكافؤ في ذرات الكربون وتتشكل أربعة إلكترونات غير متزاوجة. عندما تتشكل الروابط الكيميائية ، تكتسب سحب الإلكترون نفس الشكل الممدود ويتم ترتيبها في الفضاء بحيث يتم توجيه محاورها نحو رؤوس رباعي الوجوه. عندما تتداخل قمم هذه السحب مع سحب من ذرات كربون أخرى ، تظهر الروابط التساهمية بزاوية 109 درجة 28 بوصة ، وتتشكل شبكة بلورية ذرية ، وهي سمة من سمات الماس.

كل ذرة كربون في الماس محاطة بأربعة أخرى تقع منه في اتجاهات من مركز رباعي السطوح إلى الرؤوس. المسافة بين الذرات في رباعي السطوح هي 0.154 نانومتر. قوة جميع الروابط هي نفسها. وهكذا ، فإن ذرات الماس "معبأة" بإحكام شديد. عند درجة حرارة 20 درجة مئوية ، تبلغ كثافة الماس 3.515 جم / سم 3. هذا ما يفسر صلابته الاستثنائية. الماس موصل ضعيف للكهرباء.

في عام 1961 ، بدأ الاتحاد السوفيتي الإنتاج الصناعيالماس الاصطناعية من الجرافيت.

في التخليق الصناعي للماس ، يتم استخدام ضغوط لآلاف الميجا باسكال ودرجات حرارة من 1500 إلى 3000 درجة مئوية. تتم العملية في وجود محفزات ، والتي يمكن أن تكون بعض المعادن ، مثل النيكل. الجزء الأكبر من الماس المشكل عبارة عن بلورات صغيرة وغبار الماس.

الماس ، عند تسخينه دون الوصول إلى الهواء فوق 1000 درجة مئوية ، يتحول إلى جرافيت. عند 1750 درجة مئوية ، يحدث تحول الماس إلى جرافيت بسرعة.

هيكل الماس

2. الجرافيت مادة بلورية رمادية سوداء مع لمعان معدني ، دهني عند اللمس ، أقل صلابة حتى على الورق.

تكون ذرات الكربون في بلورات الجرافيت في حالة تهجين sp 2: تشكل كل واحدة منها ثلاث روابط تساهمية σ مع الذرات المجاورة. الزوايا بين اتجاهات الرابطة 120 درجة. والنتيجة هي شبكة مكونة من أشكال سداسية منتظمة. المسافة بين النوى المجاورة لذرات الكربون داخل الطبقة هي 0.142 نانومتر. يحتل الإلكترون الرابع للطبقة الخارجية لكل ذرة كربون في الجرافيت مدار p ، والذي لا يشارك في التهجين.

يتم توجيه السحب الإلكترونية غير الهجينة من ذرات الكربون بشكل عمودي على مستوى الطبقة ، وتتداخل مع بعضها البعض ، وتشكل روابط σ غير محددة التمركز. تقع الطبقات المجاورة في بلورة الجرافيت على مسافة 0.335 نانومتر من بعضها البعض ومترابطة بشكل ضعيف ، بشكل أساسي بواسطة قوى فان دير فال. لذلك ، يتمتع الجرافيت بقوة ميكانيكية منخفضة ويمكن تقسيمه بسهولة إلى رقائق قوية جدًا في حد ذاتها. الرابطة بين طبقات ذرات الكربون في الجرافيت معدنية جزئيًا. وهذا ما يفسر حقيقة أن الجرافيت يوصل الكهرباء جيدًا ، ولكنه لا يزال غير جيد مثل المعادن.

هيكل الجرافيت

تختلف الخصائص الفيزيائية في الجرافيت اختلافًا كبيرًا في الاتجاهات - عموديًا ومتوازيًا مع طبقات ذرات الكربون.

عند تسخينه دون الوصول إلى الهواء ، لا يخضع الجرافيت لأي تغييرات تصل إلى 3700 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه ، تتسامى دون أن تذوب.

يتم الحصول على الجرافيت الاصطناعي من أفضل درجات الفحم القاسي عند 3000 درجة مئوية في الأفران الكهربائية دون الوصول إلى الهواء.

الجرافيت مستقر ديناميكيًا حراريًا على نطاق واسع من درجات الحرارة والضغوط ، لذلك يُقبل على أنه الحالة القياسية للكربون. كثافة الجرافيت 2.265 جم / سم 3.

3. كاربين - مسحوق أسود ناعم الحبيبات. في هيكلها البلوري ، ترتبط ذرات الكربون عن طريق تبديل الروابط المفردة والثلاثية في سلاسل خطية:

−С≡С − С≡С − С≡С−

تم الحصول على هذه المادة لأول مرة بواسطة V.V. كورشاك ، أ.م. سلادكوف ، ف. كاساتوتشكين ، يو. Kudryavtsev في أوائل الستينيات.

بعد ذلك ، تبين أن الكاربين يمكن أن يوجد في أشكال مختلفة ويحتوي على كل من سلاسل البولي أسيتيلين والبوليكومولين التي ترتبط فيها ذرات الكربون بروابط مزدوجة:

C = C = C = C = C = C =

في وقت لاحق ، تم العثور على كاربين في الطبيعة - في مادة النيزك.

يتمتع Carbyne بخصائص أشباه الموصلات ؛ وتحت تأثير الضوء ، تزداد موصليةته بشكل كبير. بسبب الوجود أنواع مختلفةالاتصالات و طرق مختلفةتكديس سلاسل ذرات الكربون في الشبكة البلورية ، يمكن أن تختلف الخصائص الفيزيائية للكاربين على نطاق واسع. عند تسخينه دون الوصول إلى الهواء فوق 2000 درجة مئوية ، يكون الكاربين مستقرًا ؛ عند درجات حرارة حوالي 2300 درجة مئوية ، لوحظ انتقاله إلى الجرافيت.

يتكون الكربون الطبيعي من نظيرين

(98.892٪) و (1.108٪). بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على شوائب طفيفة للنظير المشع ، والتي يتم الحصول عليها بشكل مصطنع ، في الغلاف الجوي.

في السابق ، كان يُعتقد أن الفحم والسخام وفحم الكوك متشابهة في التركيب مع الكربون النقي وتختلف في خصائص الماس والجرافيت ، وتمثل تعديلًا متآثرًا مستقلًا للكربون ("الكربون غير المتبلور"). ومع ذلك ، فقد وجد أن هذه المواد تتكون من أصغر الجزيئات البلورية التي ترتبط فيها ذرات الكربون بنفس الطريقة كما في الجرافيت.

4. الفحم - الجرافيت المقسم بدقة. يتشكل أثناء التحلل الحراري للمركبات المحتوية على الكربون دون الوصول إلى الهواء. يختلف الفحم اختلافًا كبيرًا في الخصائص اعتمادًا على المادة التي يتم الحصول عليها منها وطريقة التحضير. تحتوي دائمًا على شوائب تؤثر على خصائصها. أهم درجات الفحم هي فحم الكوك والفحم والسخام.

يتم الحصول على فحم الكوك عن طريق تسخين الفحم في حالة عدم وجود هواء.

يتكون الفحم عند تسخين الخشب في غياب الهواء.

السخام هو مسحوق بلوري من الجرافيت الناعم للغاية. يتشكل أثناء احتراق الهيدروكربونات (غاز طبيعي ، أسيتيلين ، زيت التربنتين ، إلخ) مع وصول محدود للهواء.

الكربون المنشط عبارة عن مواد ماصة صناعية مسامية تتكون أساسًا من الكربون. الامتزاز هو امتصاص السطح للمواد الصلبة للغازات والمواد الذائبة. يتم الحصول على الكربون النشط من الوقود الصلب (الجفت ، والفحم البني والفحم الصلب ، والأنثراسايت) ، والخشب ومنتجاته (الفحم ، ونشارة الخشب ، ونفايات إنتاج الورق) ، ونفايات صناعة الجلود ، والمواد الحيوانية ، مثل العظام. يتم إنتاج الفحم ، الذي يتميز بقوة ميكانيكية عالية ، من قشور جوز الهند والمكسرات الأخرى ، من بذور الفاكهة. يتم تمثيل بنية الفحم من خلال المسام من جميع الأحجام ، ومع ذلك ، يتم تحديد سعة الامتصاص ومعدل الامتزاز من خلال محتوى المسام الدقيقة لكل وحدة كتلة أو حجم الحبيبات. في إنتاج الكربون النشط ، تخضع المادة الخام أولاً المعالجة الحراريةبدون وصول للهواء ، مما يؤدي إلى إزالة الرطوبة والراتنجات منه. في هذه الحالة ، يتم تشكيل هيكل كبير المسام من الفحم. للحصول على بنية صغيرة يسهل اختراقها ، يتم التنشيط إما عن طريق الأكسدة بالغاز أو البخار ، أو عن طريق المعالجة بالكواشف الكيميائية.

كربون(لات. كاربونيوم) ، ج ، عنصر كيميائي من المجموعة الرابعة من نظام مندليف الدوري ، العدد الذري 6 ، الكتلة الذرية 12.011. يُعرف نظيران مستقران: 12 درجة مئوية (98.892٪) و 13 درجة مئوية (1.108٪). من النظائر المشعة أهمها 14 درجة مئوية مع نصف عمر (T ½ \ u003d 5.6 10 3 سنوات). تتشكل كميات صغيرة من 14 درجة مئوية (حوالي 2 10-10٪ بالكتلة) باستمرار في الغلاف الجوي العلوي تحت تأثير نيوترونات الإشعاع الكوني على نظير النيتروجين 14 ن. ويتحدد عمرها من خلال النشاط المحدد لنظير 14 درجة مئوية في بقايا أصل حيوي. يستخدم 14 C على نطاق واسع كمتتبع للنظائر.

مرجع التاريخ.عرف الكربون منذ العصور القديمة. خدم الفحم لاستعادة المعادن من الخامات ، الماس - ع جوهرة. بعد ذلك بوقت طويل ، تم استخدام الجرافيت في صنع البوتقات وأقلام الرصاص.

في عام 1778 ، اكتشف K. Scheele ، تسخين الجرافيت مع الملح الصخري ، أنه في هذه الحالة ، وكذلك عند تسخين الفحم باستخدام الملح الصخري ، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون. تم إنشاء التركيب الكيميائي للماس نتيجة لتجارب A. Lavoisier (1772) على احتراق الماس في الهواء ودراسات S. Tennant (1797) ، التي أثبتت أن نفس الكميات من الماس والفحم تعطي متساوية كميات ثاني أكسيد الكربون أثناء الأكسدة. تم التعرف على الكربون كعنصر كيميائي في عام 1789 من قبل لافوازييه. الاسم اللاتيني carboneum carbon تم الحصول عليه من carbo - فحم.

توزيع الكربون في الطبيعة.متوسط ​​محتوى الكربون في القشرة الأرضية هو 2.3 10 -2٪ بالكتلة (1 10 -2 في ultrabasic ، 1 10 -2 - في القاعدة ، 2 10-2 - في المتوسط ​​، 3 10-2 - في الصخور الحمضية) . يتراكم الكربون في الجزء العلوي من القشرة الأرضية (المحيط الحيوي): في المادة الحية 18٪ كربون ، خشب 50٪ ، فحم 80٪ ، زيت 85٪ ، أنثراسايت 96٪. يتركز جزء كبير من الكربون الموجود في الغلاف الصخري في الحجر الجيري والدولوميت.

عدد المعادن الخاصة بها كربون - 112 ؛ عدد كبير بشكل استثنائي من المركبات العضوية من الكربون - الهيدروكربونات ومشتقاتها.

يرتبط تراكم الكربون في القشرة الأرضية بتراكم العديد من العناصر الأخرى التي تمتصها المواد العضوية وترسبت على شكل كربونات غير قابلة للذوبان ، إلخ. يلعب ثاني أكسيد الكربون وحمض الكربونيك دورًا جيوكيميائيًا مهمًا في قشرة الأرض. يتم إطلاق كمية هائلة من ثاني أكسيد الكربون أثناء النشاط البركاني - في تاريخ الأرض كان المصدر الرئيسي للكربون في الغلاف الحيوي.

بالمقارنة مع متوسط ​​المحتوى في قشرة الأرض ، تستخرج البشرية الكربون من الأعماق (الفحم والنفط والغاز الطبيعي) بكميات كبيرة بشكل استثنائي ، لأن هذه الحفريات هي المصدر الرئيسي للطاقة.

لدورة الكربون أهمية جيوكيميائية كبيرة.

كما يتم توزيع الكربون على نطاق واسع في الفضاء ؛ في الشمس ، تحتل المرتبة الرابعة بعد الهيدروجين والهيليوم والأكسجين.

الخصائص الفيزيائية للكربون.العديد من التعديلات البلورية للكربون معروفة: الجرافيت ، الماس ، كاربين ، لونسداليت ، وغيرها. الجرافيت - رمادي - أسود ، معتم ، دهني الملمس ، متقشر ، كتلة ناعمة للغاية مع لمعان معدني. مبني من بلورات ذات هيكل سداسي: أ = 2.462Å ، ج = 6.701Å. في درجة حرارة الغرفة والضغط العادي (0.1 MN / m2 ، أو 1 kgf / cm2) ، يكون الجرافيت مستقرًا من الناحية الديناميكية الحرارية. الماس مادة بلورية صلبة للغاية. تحتوي البلورات على شبكة شعرية مكعبة الشكل: أ = 3.560. في درجة حرارة الغرفة والضغط العادي ، يكون الماس ثابتًا. لوحظ تحول ملحوظ للماس إلى جرافيت عند درجات حرارة أعلى من 1400 درجة مئوية في فراغ أو في جو خامل. عند الضغط الجوي ودرجة حرارة حوالي 3700 درجة مئوية ، يتصاعد الجرافيت. يمكن الحصول على الكربون السائل عند ضغوط تزيد عن 10.5 مليون نيوتن / م 2 (105 كجم / سم 2) ودرجات حرارة أعلى من 3700 درجة مئوية. يتميز الكربون الصلب (فحم الكوك ، والسخام ، والفحم) أيضًا بحالة ذات بنية غير منظمة - ما يسمى بالكربون "غير المتبلور" ، وهو ليس تعديلًا مستقلاً ؛ يعتمد هيكلها على هيكل الجرافيت دقيق الحبيبات. يؤدي تسخين بعض أنواع الكربون "غير المتبلور" فوق 1500-1600 درجة مئوية دون الوصول إلى الهواء إلى تحولها إلى جرافيت. تعتمد الخواص الفيزيائية للكربون "غير المتبلور" بشدة على صفاء الجسيمات ووجود الشوائب. دائمًا ما تكون الكثافة ، والقدرة الحرارية ، والتوصيل الحراري ، والتوصيل الكهربائي للكربون "غير المتبلور" أعلى من تلك الموجودة في الجرافيت. تم الحصول على كاربين بشكل مصطنع. إنه مسحوق أسود بلوري ناعم (كثافة 1.9-2 جم / سم 3). إنه مبني من سلاسل طويلة من ذرات C مكدسة بالتوازي مع بعضها البعض. تم العثور على Lonsdaleite في النيازك ويتم الحصول عليها بشكل مصطنع.

الخواص الكيميائية للكربون.التكوين الخارجي قذيفة الإلكترونذرة الكربون 2s 2 2p 2. يتميز الكربون بتكوين أربع روابط تساهمية بسبب إثارة غلاف الإلكترون الخارجي إلى حالة 2sp 3. لذلك ، فإن الكربون قادر بنفس القدر على جذب الإلكترونات والتبرع بها. يمكن إجراء الرابطة الكيميائية بسبب المدارات sp 3 - و sp 2 - و sp-hybrid ، والتي تتوافق مع أرقام التنسيق 4 و 3 و 2. عدد إلكترونات التكافؤ للكربون وعدد مدارات التكافؤ متماثل ؛ هذا هو أحد أسباب استقرار الرابطة بين ذرات الكربون.

أدت القدرة الفريدة لذرات الكربون على الاندماج مع بعضها البعض لتشكيل سلاسل ودورات قوية وطويلة إلى ظهور عدد كبير من مركبات الكربون المختلفة التي درستها الكيمياء العضوية.

في المركبات ، يعرض الكربون حالات الأكسدة -4 ؛ +2 ؛ +4. نصف القطر الذري 0.77 ، نصف القطر التساهمي 0.77 ْ ، 0.67 ْ ، 0.60 ْ على التوالي في الروابط الفردية والمزدوجة والثلاثية ؛ نصف القطر الأيوني C4 - 2.60 درجة مئوية ، C 4+ 0.20 درجة. في ظل الظروف العادية ، يكون الكربون خاملًا كيميائيًا ؛ وفي درجات الحرارة المرتفعة ، يتحد مع العديد من العناصر ، مما يُظهر خصائص اختزال قوية. يتناقص النشاط الكيميائي في السلسلة: الكربون "غير المتبلور" ، الجرافيت ، الماس ؛ يحدث التفاعل مع الأكسجين الجوي (الاحتراق) على التوالي عند درجات حرارة أعلى من 300-500 درجة مئوية و 600-700 درجة مئوية و 850-1000 درجة مئوية مع تكوين أول أكسيد الكربون (IV) CO 2 وأول أكسيد الكربون (II) CO.

يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء ليشكل حمض الكربونيك. في عام 1906 ، حصل O. Diels على ثاني أكسيد الكربون C 3 O 2. جميع أشكال الكربون مقاومة للقلويات والأحماض ولا تتأكسد ببطء إلا بواسطة عوامل مؤكسدة قوية جدًا (خليط الكروم ، خليط من HNO 3 و KClO 3 وغيرها). يتفاعل الكربون "غير المتبلور" مع الفلور في درجة حرارة الغرفة ، والجرافيت والماس - عند تسخينه. يحدث الاتصال المباشر للكربون بالكلور في قوس كهربائي ؛ مع البروم واليود لا يتفاعل الكربون ، لذلك يتم تصنيع العديد من هاليدات الكربون بشكل غير مباشر. من بين أوكسي هاليدات الصيغة العامة COX 2 (حيث X عبارة عن هالوجين) ، يشتهر كلوريد COCl (الفوسجين). الهيدروجين لا يتفاعل مع الماس. يتفاعل مع الجرافيت والكربون "غير المتبلور" عند درجات حرارة عالية في وجود محفزات (Ni، Pt): عند 600-1000 درجة مئوية ، يتشكل الميثان الميثان بشكل أساسي ، عند 1500-2000 درجة مئوية - الأسيتيلين C 2 H 2 ؛ قد توجد هيدروكربونات أخرى أيضًا في المنتجات ، على سبيل المثال C 2 H 6 ethane ، C 6 H 6 benzene. يبدأ تفاعل الكبريت مع الكربون "غير المتبلور" والجرافيت عند 700-800 درجة مئوية ، والماس عند 900-1000 درجة مئوية ؛ في جميع الحالات يتكون ثاني كبريتيد الكربون CS 2. يتم الحصول على مركبات الكربون الأخرى التي تحتوي على الكبريت (ثيوكسيد CS ، C 3 S 2 thione oxide ، COS sulphide و CSCl 2 thiophosgene) بشكل غير مباشر. عندما يتفاعل CS 2 مع كبريتيدات المعادن ، تتشكل ثيوكربونات - أملاح حمض ثيوكربونيك الضعيف. يحدث تفاعل الكربون مع النيتروجين لإنتاج السيانوجين (CN) 2 عندما يتم تمرير تفريغ كهربائي بين أقطاب الكربون في جو من النيتروجين. من بين مركبات الكربون المحتوية على النيتروجين ، سيانيد الهيدروجين HCN (حمض البروسيك) ومشتقاته العديدة: السيانيد والهالوسيانيد والنتريل وغيرها ذات أهمية عملية كبيرة. عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية ، يتفاعل الكربون مع العديد من المعادن ، مما يعطي الكربيدات . جميع أشكال الكربون ، عند تسخينها ، تقلل أكاسيد المعادن بتكوين معادن حرة (Zn ، Cd ، Cu ، Pb ، وغيرها) أو كربيدات (CaC 2 ، Mo 2 C ، WC ، TaC ، وغيرها). يتفاعل الكربون عند درجات حرارة أعلى من 600-800 درجة مئوية مع بخار الماء وثاني أكسيد الكربون (تغويز الوقود). سمة مميزةالجرافيت هو القدرة على التفاعل مع الفلزات القلوية والهاليدات مع تسخين معتدل حتى 300-400 درجة مئوية لتكوين مركبات تضمين من النوع C 8 Me ، C 24 Me ، C 8 X (حيث X عبارة عن هالوجين ، وأنا معدن) . تُعرف مركبات تضمين الجرافيت بـ HNO 3 و H 2 SO 4 و FeCl 3 وغيرها (على سبيل المثال ، ثنائي كبريتات الجرافيت C 24 SO 4 H 2). جميع أشكال الكربون غير قابلة للذوبان في المذيبات العضوية وغير العضوية الشائعة ، ولكنها قابلة للذوبان في بعض المعادن المنصهرة (على سبيل المثال ، Fe ، Ni ، Co).

يتم تحديد الأهمية الاقتصادية للكربون من خلال حقيقة أن أكثر من 90 ٪ من جميع المصادر الأولية للطاقة المستهلكة في العالم هي وقود أحفوري ، وسيظل دورها المهيمن على مدى العقود القادمة ، على الرغم من التطوير المكثف للطاقة النووية. يستخدم حوالي 10٪ فقط من الوقود المستخرج كمواد خام للتخليق العضوي الأساسي والتخليق البتروكيماوي ، لإنتاج البلاستيك وغيره.

الكربون في الجسم.الكربون هو العنصر الحيوي الأكثر أهمية الذي يشكل أساس الحياة على الأرض ، والوحدة الهيكلية لعدد كبير من المركبات العضوية المشاركة في بناء الكائنات الحية وضمان نشاطها الحيوي (البوليمرات الحيوية ، وكذلك العديد من الجزيئات البيولوجية المنخفضة) المواد الفعالة- فيتامينات ، هرمونات ، وسطاء ، إلخ). يتكون جزء كبير من الطاقة التي تتطلبها الكائنات الحية في الخلايا بسبب أكسدة الكربون. يعتبر ظهور الحياة على الأرض في العلم الحديث بمثابة عملية معقدة لتطور مركبات الكربون.

يرجع الدور الفريد للكربون في الطبيعة الحية إلى خصائصه التي لا يمتلكها أي عنصر آخر في النظام الدوري. بين ذرات الكربون ، وكذلك بين الكربون والعناصر الأخرى ، تتشكل روابط كيميائية قوية ، ومع ذلك ، يمكن كسرها في ظل ظروف فسيولوجية معتدلة نسبيًا (يمكن أن تكون هذه الروابط مفردة ومزدوجة وثلاثية). إن قدرة الكربون على تكوين 4 روابط تكافؤ مكافئة مع ذرات كربون أخرى تجعل من الممكن بناء هياكل عظمية كربونية من أنواع مختلفة - خطية ، متفرعة ، دورية. من المهم أن ثلاثة عناصر فقط - C و O و H - تشكل 98٪ من الكتلة الكلية للكائنات الحية. يحقق هذا اقتصادًا معينًا في الطبيعة الحية: مع التنوع الهيكلي غير المحدود تقريبًا لمركبات الكربون ، فإن عددًا قليلاً من أنواع الروابط الكيميائية يجعل من الممكن تقليل عدد الإنزيمات اللازمة لتفكك وتركيب المواد العضوية بشكل كبير. تكمن السمات الهيكلية لذرة الكربون في الأساس أنواع مختلفةتماثل المركبات العضوية (تبين أن القدرة على التماثل البصري كانت حاسمة في التطور الكيميائي الحيوي للأحماض الأمينية والكربوهيدرات وبعض القلويات).

وفقًا للفرضية المقبولة عمومًا لـ AI Oparin ، كانت المركبات العضوية الأولى على الأرض من أصل غير حيوي. الميثان (CH 4) وسيانيد الهيدروجين (HCN) الموجودان في الغلاف الجوي الأساسي للأرض يعملان كمصادر للكربون. مع ظهور الحياة ، فإن المصدر الوحيد للكربون غير العضوي ، الذي تتشكل بسببه جميع المواد العضوية للغلاف الحيوي ، هو أول أكسيد الكربون (IV) (CO 2) ، الموجود في الغلاف الجوي ، والمذاب أيضًا في المياه الطبيعية في شكل HCO 3. يتم تنفيذ أقوى آلية لاستيعاب (استيعاب) الكربون (في شكل ثاني أكسيد الكربون) - التمثيل الضوئي - في كل مكان بواسطة النباتات الخضراء (يتم استيعاب حوالي 100 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا). على الأرض ، هناك أيضًا طريقة تطورية أقدم لامتصاص ثاني أكسيد الكربون عن طريق التخليق الكيميائي. في هذه الحالة ، لا تستخدم الكائنات الدقيقة التخليقية كيميائيًا الطاقة المشعة للشمس ، ولكن طاقة أكسدة المركبات غير العضوية. تستهلك معظم الحيوانات الكربون مع الطعام على شكل مركبات عضوية جاهزة. اعتمادًا على طريقة استيعاب المركبات العضوية ، من المعتاد التمييز بين الكائنات ذاتية التغذية والكائنات غيرية التغذية. يعد استخدام الكائنات الحية الدقيقة في التخليق الحيوي للبروتين والمغذيات الأخرى ، باستخدام الهيدروكربونات الزيتية كمصدر وحيد للكربون ، إحدى المشكلات العلمية والتقنية الحديثة المهمة.

محتوى الكربون في الكائنات الحية على أساس المادة الجافة هو: 34.5-40٪ للنباتات والحيوانات المائية ، 45.4-46.5٪ للنباتات والحيوانات الأرضية ، و 54٪ للبكتيريا. في عملية النشاط الحيوي للكائنات ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تنفس الأنسجة ، يحدث التحلل التأكسدي للمركبات العضوية مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون في البيئة الخارجية. يتم إطلاق الكربون أيضًا كجزء من المنتجات النهائية الأكثر تعقيدًا لعملية التمثيل الغذائي. بعد موت الحيوانات والنباتات ، يتم تحويل جزء من الكربون مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون نتيجة لعمليات التحلل التي تقوم بها الكائنات الحية الدقيقة. هذه هي الطريقة التي يدور بها الكربون في الطبيعة. يتم تمعدن جزء كبير من الكربون ويشكل رواسب من الكربون الأحفوري: الفحم والنفط والحجر الجيري وغيرها. بالإضافة إلى وظيفتها الرئيسية - مصدر للكربون - يشارك ثاني أكسيد الكربون المذاب في المياه الطبيعية والسوائل البيولوجية في الحفاظ على حموضة البيئة المثالية لعمليات الحياة. كجزء من كربونات الكالسيوم 3 ، يشكل الكربون الهيكل الخارجي للعديد من اللافقاريات (على سبيل المثال ، أصداف الرخويات) ، ويوجد أيضًا في الشعاب المرجانية وقشر بيض الطيور وغيرها.مركبات الكربون مثل HCN ، CO ، CCl 4 ، والتي كانت سائدة في علاوة على ذلك ، تحولت الأرض الأولية ، في عملية التطور البيولوجي ، إلى مضادات استقلاب قوية للتمثيل الغذائي.

بالإضافة إلى نظائر الكربون المستقرة ، فإن المشعة 14 درجة مئوية منتشرة في الطبيعة (تحتوي على حوالي 0.1 ميكروكوري في جسم الإنسان). ترتبط العديد من التطورات الرئيسية في دراسة التمثيل الغذائي ودورة الكربون في الطبيعة باستخدام نظائر الكربون في الأبحاث البيولوجية والطبية. وهكذا ، بمساعدة ملصق الكربون المشع ، تم إثبات إمكانية تثبيت H 14 CO 3 - بواسطة النباتات والأنسجة الحيوانية ، وتم تحديد تسلسل تفاعلات التمثيل الضوئي ، ودراسة تبادل الأحماض الأمينية ، ومسارات التخليق الحيوي للعديد من الأنشطة النشطة بيولوجيًا. تم تتبع المركبات وما إلى ذلك. ساهم استخدام 14 درجة مئوية في نجاح البيولوجيا الجزيئية في آليات دراسة التخليق الحيوي للبروتين ونقل المعلومات الوراثية. إن تحديد النشاط المحدد لـ 14 درجة مئوية في البقايا العضوية المحتوية على الكربون يجعل من الممكن الحكم على أعمارهم ، والتي تُستخدم في علم الحفريات وعلم الآثار.

في حالة اتصال كربونهي جزء مما يسمى بالمواد العضوية ، أي العديد من المواد الموجودة في جسم كل نبات وحيوان. وهو على شكل ثاني أكسيد الكربون في الماء والهواء ، وعلى شكل أملاح ثاني أكسيد الكربون والمخلفات العضوية في التربة وكتلة القشرة الأرضية. إن تنوع المواد التي يتكون منها جسم الحيوانات والنباتات معروف للجميع. الشمع والزيت ، زيت التربنتين والراتنج ، ورق القطن والبروتين ، أنسجة الخلايا النباتية وأنسجة العضلات الحيوانية ، حمض الطرطريك والنشا - كل هذه والعديد من المواد الأخرى الموجودة في أنسجة وعصائر النباتات والحيوانات هي مركبات كربونية. إن مجال مركبات الكربون كبير جدًا لدرجة أنه يشكل فرعًا خاصًا من الكيمياء ، أي كيمياء الكربون أو مركبات الهيدروكربون الأفضل.

هذه الكلمات من أساسيات الكيمياء من تأليف دي آي مينديليف بمثابة كتاب مقتبس مفصل لقصتنا حول العنصر الحيوي - الكربون. ومع ذلك ، هناك أطروحة واحدة هنا ، والتي من وجهة نظر علم المادة الحديث ، يمكن مناقشتها ، ولكن أكثر من ذلك أدناه.

ربما تكون أصابع اليدين كافية لحساب العناصر الكيميائية التي لم يخصص لها كتاب علمي واحد على الأقل. لكن كتابًا علميًا شهيرًا ومستقلًا - ليس نوعًا من الكتيبات في 20 صفحة غير مكتملة مع غلاف ورقي ، ولكن حجمًا صلبًا جدًا يقارب 500 صفحة - يحتوي على عنصر واحد فقط في الأصل - الكربون.

بشكل عام ، الأدبيات المتعلقة بالكربون هي الأغنى. هذه ، أولاً ، جميع كتب ومقالات الكيميائيين العضويين دون استثناء ؛ ثانياً ، كل ما يتعلق بالبوليمرات تقريبًا ؛ ثالثا ، عدد لا يحصى من المنشورات المتعلقة بالوقود الأحفوري. رابعًا ، جزء مهم من الأدبيات الطبية الحيوية ...

لذلك ، لن نحاول احتضان الضخامة (ليس من قبيل المصادفة أن مؤلفي الكتاب الشعبي حول العنصر رقم 6 أطلقوا عليه "لا ينضب"!) ، لكننا سنركز فقط على الشيء الرئيسي من النقطة الرئيسية - سنحاول رؤية الكربون من ثلاث وجهات نظر.

الكربون هو أحد العناصر القليلة"بلا عائلة ، بلا قبيلة". يعود تاريخ الاتصال البشري بهذه المادة إلى عصور ما قبل التاريخ. اسم مكتشف الكربون غير معروف ، كما أنه من غير المعروف أيضًا أي من أشكال الكربون الأولي - الماس أو الجرافيت - تم اكتشافه سابقًا. كلاهما حدث منذ وقت طويل جدا. يمكن تحديد شيء واحد فقط: قبل الماس وقبل الجرافيت ، تم اكتشاف مادة ، والتي كانت قبل بضعة عقود تعتبر الشكل الثالث غير المتبلور من عنصر الكربون - الفحم. لكن في الواقع ، الفحم ، حتى الفحم ، ليس كربونًا نقيًا. يحتوي على الهيدروجين والأكسجين وآثار عناصر أخرى. صحيح أنه يمكن إزالتها ، ولكن حتى ذلك الحين لن يصبح الكربون الفحم تعديلاً مستقلاً للكربون الأولي. تم تأسيس هذا فقط في الربع الثاني من قرننا. أظهر التحليل الإنشائي أن الكربون غير المتبلور هو أساسًا الجرافيت نفسه. هذا يعني أنه ليس غير متبلور ، ولكنه بلوري ؛ فقط بلوراتها صغيرة جدًا وهناك المزيد من العيوب فيها. بعد ذلك ، بدأوا يعتقدون أن الكربون على الأرض موجود فقط في شكلين أوليين - في شكل الجرافيت والماس.

هل فكرت يومًا في أسباب "مستجمعات المياه" الحادة للخصائص التي تمر في الفترة القصيرة الثانية من الجدول الدوري على طول الخط الذي يفصل الكربون عن النيتروجين الذي يتبعه؟ النيتروجين والأكسجين والفلور غازية في الظروف العادية. الكربون - في أي شكل - مادة صلبة. درجة انصهار النيتروجين هي 210.5 درجة مئوية تحت الصفر ، والكربون (على شكل جرافيت تحت ضغط يزيد عن 100 ضغط جوي) حوالي 4000 درجة مئوية ...

كان ديمتري إيفانوفيتش مندليف أول من اقترح أن هذا الاختلاف يرجع إلى التركيب البوليمري لجزيئات الكربون. كتب: "إذا شكل الكربون جزيء C2 ، مثل O 2 ، فسيكون غازًا". علاوة على ذلك: تتجلى قدرة ذرات الفحم على الاندماج مع بعضها البعض وإعطاء جزيئات معقدة في جميع مركبات الكربون. في أي من العناصر لا تتطور مثل هذه القدرة على التعقيد إلى حد كما هو الحال في الكربون. حتى الآن ، لا يوجد أساس لتحديد درجة بلمرة جزيء الكربون ، الجرافيت ، الماس ، يمكن للمرء فقط أن يعتقد أنها تحتوي على C p ، حيث n هي قيمة كبيرة.

الكربون وبوليمراته

تم تأكيد هذا الافتراض في عصرنا. كل من الجرافيت والماس عبارة عن بوليمرات مكونة من ذرات الكربون نفسها.

وفقًا للملاحظة المناسبة للبروفيسور Yu.V. خوداكوف ، "بناءً على طبيعة القوى التي يجب التغلب عليها ، يمكن أن تُنسب مهنة قطع الماس إلى المهن الكيماوية". في الواقع ، يجب على القاطع أن يتغلب ليس على قوى التفاعل بين الجزيئات الضعيفة نسبيًا ، بل على قوى الترابط الكيميائي ، التي تجمع ذرات الكربون في جزيء ماسي. أي بلورة ماسية ، حتى لو كانت كولينان ضخمة ، ستمائة جرام ، هي في الأساس جزيء واحد ، جزيء من بوليمر ثلاثي الأبعاد شديد الانتظام ، شبه كامل التركيب.

الجرافيت أمر آخر. هنا يمتد الترتيب البوليمري في اتجاهين فقط - على طول المستوى ، وليس في الفضاء. في قطعة من الجرافيت ، تشكل هذه الطائرات حزمة كثيفة إلى حد ما ، طبقاتها مترابطة ليس بالقوى الكيميائية ، ولكن بواسطة قوى أضعف من التفاعل بين الجزيئات. هذا هو السبب في أنها سهلة للغاية - حتى من ملامسة الورق - لتقشير الجرافيت. في الوقت نفسه ، من الصعب جدًا كسر لوحة الجرافيت في الاتجاه العرضي - وهنا تتعارض الرابطة الكيميائية.

إن ميزات التركيب الجزيئي هي التي تفسر الاختلاف الكبير في خصائص الجرافيت والماس. الجرافيت موصل ممتاز للحرارة والكهرباء ، بينما الماس عازل. لا ينقل الجرافيت الضوء على الإطلاق - الماس شفاف. بغض النظر عن كيفية تأكسد الماس ، سيكون ثاني أكسيد الكربون فقط هو منتج الأكسدة. وعن طريق أكسدة الجرافيت ، يمكن الحصول على العديد من المنتجات الوسيطة ، إذا رغبت في ذلك ، على وجه الخصوص الجرافيت (تركيبة متغيرة) وأحماض Mellitic C 6 (COOH) 6. الأكسجين ، كما كان ، محشور بين طبقات حزمة الجرافيت ويؤكسد فقط بعض ذرات الكربون. في بلورة الماس نقاط الضعفلا ، وبالتالي من الممكن حدوث أكسدة كاملة أو عدم أكسدة كاملة - لا توجد طريقة ثالثة ...

لذلك ، هناك بوليمر "مكاني" من الكربون الأولي ، وهناك واحد "مستو". من حيث المبدأ ، تم افتراض وجود بوليمر خطي "أحادي البعد" للكربون ، ولكن لم يتم العثور عليه في الطبيعة.

لم يتم العثور على الوقت الحاضر. بعد سنوات قليلة من التوليف ، تم العثور على بوليمر كربون خطي في فوهة نيزكية في ألمانيا. وأول الكيميائيين السوفييت ف.ف. كودريافتسيف. تم تسمية البوليمر الخطي للكربون كاربين. ظاهريًا ، يبدو وكأنه مسحوق بلوري أسود ناعم ، وله خصائص أشباه الموصلات ، وتحت تأثير الضوء ، تزداد الموصلية الكهربائية للكاربين بشكل كبير. كشف الكاربين أيضًا عن خصائص غير متوقعة تمامًا. اتضح ، على سبيل المثال ، أنه عندما يتلامس الدم معه ، فإنه لا يشكل جلطات - جلطات دموية ، لذلك بدأ استخدام الألياف المغلفة بالكاربين في تصنيع الأوعية الدموية الاصطناعية التي لا يرفضها الجسم.

وفقًا لمكتشفي الكاربين ، كان أصعب شيء بالنسبة لهم هو تحديد نوع الروابط التي ترتبط بها ذرات الكربون في سلسلة. يمكن أن يكون لها روابط فردية وثلاثية متناوبة (-C = C-C = C -C =) ، أو يمكن أن يكون لها روابط مزدوجة فقط (= C = C = C = C =) ... ويمكن أن يكون لها كلاهما في نفس الوقت . بعد سنوات قليلة فقط تمكن كورشاك وسلادكوف من إثبات عدم وجود روابط مزدوجة في الكاربين. ومع ذلك ، نظرًا لأن النظرية سمحت بوجود بوليمر كربون خطي مع روابط مزدوجة فقط ، فقد جرت محاولة للحصول على هذا التنوع - في جوهره ، التعديل الرابع للكربون الأولي.

الكربون في المعادن

تم الحصول على هذه المادة في معهد مركبات العناصر العضوية التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. تم تسمية بوليمر الكربون الخطي الجديد polycumulene. والآن يُعرف ما لا يقل عن ثمانية بوليمرات خطية من الكربون ، تختلف عن بعضها البعض في بنية الشبكة البلورية. في الأدب الأجنبي ، يطلق عليهم جميعًا القربينات.

يكون هذا العنصر دائمًا رباعي التكافؤ ، ولكن نظرًا لأنه في منتصف الفترة فقط ، تكون حالة الأكسدة في الظروف المختلفة إما +4 أو -4. في التفاعلات مع غير المعادن ، يكون موجبًا للكهرباء ، والعكس بالعكس. . حتى في الحالات التي لا تكون فيها الرابطة أيونية ، ولكنها تساهمية ، يظل الكربون صادقًا مع نفسه - حيث يظل التكافؤ الرسمي مساويًا لأربعة.

هناك عدد قليل جدًا من المركبات التي يظهر فيها الكربون بشكل رسمي على الأقل تكافؤًا غير أربعة. واحد فقط من هذه المركبات معروف بشكل عام ، CO ، أول أكسيد الكربون ، حيث يبدو أن الكربون ثنائي التكافؤ. يبدو بالضبط ، لأنه في الواقع يوجد نوع أكثر تعقيدًا من الاتصال. ترتبط ذرات الكربون والأكسجين برابطة استقطاب تساهمية ثلاثية ، وتتم كتابة الصيغة الهيكلية لهذا المركب على النحو التالي: O + \ u003d C ".

في عام 1900 ، حصل M. Gomberg على المركب العضوي ثلاثي فينيل ميثيل (C 6 H 5) 3 C. ويبدو أن ذرة الكربون هنا ثلاثية التكافؤ. لكن اتضح لاحقًا أن التكافؤ غير العادي كان رسميًا تمامًا هذه المرة. ثلاثي فينيل ميثيل ونظائره من الجذور الحرة ، ولكن على عكس معظم الجذور ، فهي مستقرة تمامًا.

تاريخيًا ، بقي عدد قليل جدًا من مركبات الكربون "تحت سقف" الكيمياء غير العضوية. هذه هي أكاسيد الكربون ، الكربيدات - مركباتها مع المعادن ، وكذلك البورون والسيليكون ، الكربونات - أملاح حمض الكربونيك الأضعف ، ثاني كبريتيد الكربون CS 2 ، مركبات السيانيد. علينا أن نواسي أنفسنا بحقيقة أنه ، كما يحدث غالبًا (أو يحدث) في الإنتاج ، فإن "العمود" يعوض عن أوجه القصور في المصطلحات. في الواقع ، لا يوجد الجزء الأكبر من الكربون الموجود في قشرة الأرض في الكائنات الحية النباتية والحيوانية ، وليس في الفحم والزيت وجميع المواد العضوية الأخرى مجتمعة ، ولكن في مركبين غير عضويين فقط - الحجر الجيري CaCO 3 ودولوميت MgCa (CO 3 ) 2. الكربون هو جزء من بضع عشرات من المعادن الأخرى ، فقط تذكر رخام CaCO 3 (مع الإضافات) ، Cu 2 (OH) 2 CO 3 Malachite ، معدن سميثسونايت الزنك ZnCO 3 ... يوجد الكربون في كل من الصخور النارية والصخور البلورية.

المعادن المحتوية على الكربيدات نادرة جدًا. كقاعدة عامة ، هذه مواد ذات أصل عميق بشكل خاص ؛ لذلك ، يفترض العلماء أن هناك كربونًا في قلب الكرة الأرضية.

بالنسبة للصناعة الكيميائية ، يعتبر الكربون ومركباته غير العضوية ذات أهمية كبيرة - في كثير من الأحيان كمواد خام ، وفي كثير من الأحيان كمواد هيكلية.

العديد من الأجهزة في الصناعات الكيميائية ، مثل المبادلات الحرارية ، مصنوعة من الجرافيت. وهذا أمر طبيعي: يتمتع الجرافيت بمقاومة حرارية وكيميائية كبيرة وفي نفس الوقت يوصل الحرارة بشكل جيد للغاية. بالمناسبة ، بفضل نفس الخصائص ، أصبح الجرافيت مادة مهمة لتقنية الطائرات النفاثة. الدفات مصنوعة من الجرافيت ، وتعمل مباشرة في لهب جهاز الفوهة. من المستحيل عمليًا إشعال الجرافيت في الهواء (حتى في الأكسجين النقي ، ليس من السهل القيام بذلك) ، ومن أجل تبخر الجرافيت ، هناك حاجة إلى درجة حرارة أعلى بكثير من تلك التي تتطور حتى في محرك الصاروخ. وإلى جانب ذلك ، تحت الضغط الطبيعي ، لا يذوب الجرافيت ، مثل الجرانيت.

من الصعب تخيل الإنتاج الكهروكيميائي الحديث بدون الجرافيت. لا يقتصر استخدام أقطاب الجرافيت على علماء المعادن فحسب ، بل يستخدمه الكيميائيون أيضًا. يكفي أن نتذكر أنه في المحلل الكهربائي المستخدم لإنتاج الصودا الكاوية والكلور ، تكون الأنودات من الجرافيت.

استخدام الكربون

تمت كتابة العديد من الكتب حول استخدام مركبات الكربون في الصناعة الكيميائية. تستخدم كربونات الكالسيوم والحجر الجيري كمواد خام في إنتاج الجير والأسمنت وكربيد الكالسيوم. معدن آخر - الدولوميت - هو "سلف" مجموعة كبيرة من حراريات الدولوميت. كربونات وبيكربونات الصوديوم - رماد الصودا وصودا الشرب. أحد أهم مستهلكي رماد الصودا كان ولا يزال صناعة الزجاج ، والتي تحتاج إلى حوالي ثلث الإنتاج العالمي من Na 2 CO 3.

وأخيراً ، القليل عن الكربيدات. عادة ، عندما يقولون كربيد ، فإنهم يقصدون كربيد الكالسيوم - مصدر الأسيتيلين ، وبالتالي العديد من منتجات التخليق العضوي. لكن كربيد الكالسيوم ، على الرغم من أنه الأكثر شهرة ، ليس بأي حال من الأحوال المادة الوحيدة المهمة والضرورية لهذه المجموعة. كربيد البورون B 4 C مادة مهمة للذرات

التكنولوجيا ، كربيد السيليكون كربيد السيليكون أو الكربوراندوم هو أهم مادة كاشطة. تتميز كربيدات العديد من المعادن بمقاومة كيميائية عالية وصلابة استثنائية ؛ الكربوراندوم ، على سبيل المثال ، أقل شأنا من الماس. صلابته على مقياس Mooca هي 9.5-9.75 (الماس - 10). لكن الكربوراندوم أرخص من الماس. يتم الحصول عليها في أفران كهربائية عند درجة حرارة حوالي 2000 درجة مئوية من خليط من فحم الكوك ورمل الكوارتز.

وفقًا للعالم السوفيتي الشهير الأكاديمي أ. Knunyants ، يمكن اعتبار الكيمياء العضوية كنوع من الجسر الذي ألقاه العلم من الطبيعة غير الحية إلى أعلى أشكالها - الحياة. وقبل قرن ونصف فقط ، كان أفضل الكيميائيين في ذلك الوقت يؤمنون ويعلمون أتباعهم أن الكيمياء العضوية هي علم المواد التي تشكلت بمشاركة وتوجيه من "مادة" غريبة - قوة الحياة. ولكن سرعان ما تم إرسال هذه القوة إلى سلة مهملات العلوم الطبيعية. توليفات العديد من المواد العضوية - اليوريا ، وحمض الخليك ، والدهون ، والمواد الشبيهة بالسكر - جعلتها ببساطة غير ضرورية.

ظهر التعريف الكلاسيكي لـ K. Schorlemmer ، والذي لم يفقد معناه حتى بعد 100 عام: "الكيمياء العضوية هي كيمياء الهيدروكربونات ومشتقاتها ، أي المنتجات التي تتشكل عندما يتم استبدال الهيدروجين بذرات أخرى أو مجموعات من الذرات."

إذن ، المواد العضوية هي كيمياء ولا حتى عنصر واحد ، بل فئة واحدة فقط من مركبات هذا العنصر. لكن أي فئة! فئة مقسمة ليس فقط إلى مجموعات ومجموعات فرعية - إلى علوم مستقلة. لقد خرجوا من المواد العضوية ، والكيمياء الحيوية ، وكيمياء البوليمرات الاصطناعية ، وكيمياء المركبات النشطة بيولوجيًا والطبية المنفصلة عن المواد العضوية ...

الملايين من المركبات العضوية (مركبات الكربون!) وحوالي مائة ألف مركب من جميع العناصر الأخرى مجتمعة معروفة الآن.

من المعروف أن الحياة مبنية على أساس الكربون. ولكن لماذا بالضبط أخذ الكربون - العنصر الحادي عشر الأكثر وفرة على الأرض - على عاتقه المهمة الصعبة المتمثلة في أن يكون أساس كل أشكال الحياة؟

الجواب على هذا السؤال غامض. أولاً ، "لا توجد في أي من العناصر مثل هذه القدرة على التعقيد تتطور إلى حد مثل الكربون". ثانيًا ، يمكن للكربون أن يتحد مع معظم العناصر ، وبطرق متنوعة. ثالثًا ، يمكن تدمير الرابطة بين ذرات الكربون ، وكذلك مع ذرات الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور والعناصر الأخرى التي تتكون منها المواد العضوية ، تحت تأثير العوامل الطبيعية. لذلك ، يدور الكربون باستمرار في الطبيعة: من الغلاف الجوي إلى النباتات ، ومن النباتات إلى الكائنات الحية ، ومن الأحياء إلى الميتة ،

من الموتى الى الاحياء ...

التكافؤات الأربعة لذرة الكربون تشبه أربعة أيادي. وإذا تم توصيل ذرتين من هذه الذرات ، فهناك بالفعل ستة "أذرع". أو - أربعة ، إذا تم إنفاق إلكترونين على تكوين زوج (رابطة مزدوجة). أو - اثنان فقط ، إذا كانت الرابطة ، كما في الأسيتيلين ، ثلاثية. لكن هذه الروابط (تسمى غير مشبعة) تشبه قنبلة في جيبك أو جني في زجاجة. إنهم مختبئون في الوقت الحالي ، لكن في الوقت المناسب يتحررون ليأخذوا خسائرهم في لعبة قمار عاصفة من التفاعلات والتحولات الكيميائية. تتشكل مجموعة متنوعة من الهياكل نتيجة لهذه "الألعاب" إذا كان الكربون متورطًا فيها. حسب محررو "موسوعة الأطفال" أنه من 20 ذرة كربون و 42 ذرة هيدروجين ، يمكن الحصول على 366319 مادة هيدروكربونية مختلفة ، 366319 مادة من التركيبة C 20 H42. وإذا لم يكن هناك ستة عشرات من المشاركين في "اللعبة" ، فهناك عدة آلاف ؛ إذا كان من بينهم ممثلون ليس "فريقين" ، لكن لنقل ثمانية!

حيثما يوجد الكربون ، يوجد التنوع. عندما يوجد الكربون ، توجد صعوبات. ومختلف التصاميم في العمارة الجزيئية. سلاسل بسيطة ، كما في البيوتان CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 أو البولي إيثيلين -CH 2 -CH 2 -CH 2 - CH 2 - ، والهياكل المتفرعة ، أبسطها هو الأيزوبيوتان.