การใช้คาร์บอน คาร์บอน - คุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพ คุณสมบัติของธรรมชาติทางเคมี

หนึ่งในองค์ประกอบที่น่าทึ่งที่สุดที่สามารถสร้างสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ได้หลากหลายคือคาร์บอน องค์ประกอบนี้ผิดปกติอย่างมากในคุณสมบัติของมันที่แม้แต่ Mendeleev ทำนายอนาคตที่ดีสำหรับมัน โดยพูดถึงคุณสมบัติที่ยังไม่เปิดเผย

ภายหลังนี้ได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติ เป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพหลักของโลกของเราซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด นอกจากนี้ยังสามารถมีอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงทุกประการ แต่ในขณะเดียวกันก็ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น

โดยทั่วไป โครงสร้างนี้มีคุณสมบัติมากมาย และเราจะพยายามจัดการกับมันในบทความ

คาร์บอน: สูตรและตำแหน่งในระบบธาตุ

ในระบบธาตุคาร์บอนอยู่ในกลุ่ม IV (ตามรูปแบบใหม่ใน 14) ซึ่งเป็นกลุ่มย่อยหลัก เลขอะตอมของมันคือ 6 และน้ำหนักอะตอมของมันคือ 12.011 การกำหนดองค์ประกอบที่มีเครื่องหมาย C ระบุชื่อในภาษาละติน - carboneum คาร์บอนมีอยู่หลายรูปแบบ ดังนั้นสูตรจึงแตกต่างกันและขึ้นอยู่กับการดัดแปลงเฉพาะ

อย่างไรก็ตาม มีการกำหนดเฉพาะสำหรับการเขียนสมการปฏิกิริยา โดยทั่วไปแล้ว เมื่อพูดถึงสารในรูปแบบบริสุทธิ์ จะใช้สูตรโมเลกุลของคาร์บอนซีโดยไม่มีการจัดทำดัชนี

ประวัติการค้นพบองค์ประกอบ

โดยตัวมันเององค์ประกอบนี้เป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ ท้ายที่สุดแล้ว หนึ่งในแร่ธาตุที่สำคัญที่สุดในธรรมชาติคือถ่านหิน ดังนั้นสำหรับชาวกรีกโบราณ ชาวโรมัน และชนชาติอื่น ๆ เขาจึงไม่เป็นความลับ

นอกจากความหลากหลายนี้แล้ว ยังใช้เพชรและกราไฟต์อีกด้วย มีหลายสถานการณ์ที่สับสนกับสถานการณ์หลังเป็นเวลานาน เนื่องจากบ่อยครั้ง หากไม่มีการวิเคราะห์องค์ประกอบ สารประกอบดังกล่าวถูกนำมาใช้สำหรับกราไฟต์ เช่น:

• ตะกั่วเงิน
• เหล็กคาร์ไบด์
• โมลิบดีนัมซัลไฟด์

ทั้งหมดทาสีดำจึงถือว่าเป็นกราไฟท์ ต่อมา ความเข้าใจผิดนี้ก็คลี่คลาย และคาร์บอนรูปแบบนี้ก็ได้กลายมาเป็นตัวของมันเอง

ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1725 เพชรได้กลายเป็นความสำคัญทางการค้าอย่างมาก และในปี 1970 เทคโนโลยีในการได้มาซึ่งเพชรเทียมนั้นได้รับการฝึกฝนให้เชี่ยวชาญ ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2322 ต้องขอบคุณผลงานของ Karl Scheele ที่ได้ศึกษาคุณสมบัติทางเคมีที่จัดแสดงคาร์บอน นี่เป็นจุดเริ่มต้นของการค้นพบที่สำคัญจำนวนหนึ่งในสาขาขององค์ประกอบนี้ และกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการชี้แจงคุณลักษณะที่เป็นเอกลักษณ์ที่สุดทั้งหมด

ไอโซโทปของคาร์บอนและการกระจายในธรรมชาติ

แม้ว่าองค์ประกอบที่พิจารณาจะเป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางชีวภาพที่สำคัญที่สุด แต่เนื้อหาทั้งหมดในมวลของเปลือกโลกคือ 0.15% นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ามันอยู่ภายใต้การไหลเวียนอย่างต่อเนื่องซึ่งเป็นวัฏจักรทางธรรมชาติในธรรมชาติ

โดยทั่วไปมีสารประกอบแร่หลายชนิดที่มีคาร์บอน เหล่านี้เป็นสายพันธุ์ธรรมชาติเช่น:

• โดโลไมต์และหินปูน
• แอนทราไซต์;
• หินน้ำมัน;
• ก๊าซธรรมชาติ;
• ถ่านหิน;
• น้ำมัน;
• ถ่านหินสีน้ำตาล
• พีท;
• น้ำมันดิน.

นอกจากนี้ เราไม่ควรลืมเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต ซึ่งเป็นเพียงแหล่งรวมของสารประกอบคาร์บอน ท้ายที่สุดพวกมันก่อตัวเป็นโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต กรดนิวคลีอิก ซึ่งหมายถึงโมเลกุลโครงสร้างที่สำคัญที่สุด โดยทั่วไปในการแปลงน้ำหนักตัวแห้งจาก 70 กก. 15 จะตกอยู่บนองค์ประกอบที่บริสุทธิ์ และมันก็เป็นเช่นนั้นกับทุกคน ไม่ต้องพูดถึงสัตว์ พืช และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

หากเราพิจารณาน้ำด้วย นั่นคือ ไฮโดรสเฟียร์โดยรวมและบรรยากาศ ก็จะมีส่วนผสมของคาร์บอน-ออกซิเจนที่แสดงโดยสูตร CO 2 . ไดออกไซด์หรือคาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซหลักชนิดหนึ่งที่ประกอบเป็นอากาศ อยู่ในรูปแบบนี้ที่เศษส่วนมวลของคาร์บอนเท่ากับ 0.046% คาร์บอนไดออกไซด์จะละลายในน่านน้ำของมหาสมุทรมากยิ่งขึ้นไปอีก

มวลอะตอมของคาร์บอนเป็นองค์ประกอบคือ 12.011 เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าค่านี้คำนวณเป็นค่าเฉลี่ยเลขคณิตระหว่างน้ำหนักอะตอมของสปีชีส์ไอโซโทปทั้งหมดที่มีอยู่ในธรรมชาติ โดยคำนึงถึงความอุดมสมบูรณ์ของพวกมัน (เป็นเปอร์เซ็นต์) นี่เป็นกรณีของสารที่เป็นปัญหาด้วย มีไอโซโทปหลักสามไอโซโทปที่พบคาร์บอน มัน:

• 12 C - เศษส่วนมวลส่วนใหญ่คือ 98.93%;
• 13 C - 1.07%;
• 14 C - กัมมันตภาพรังสีครึ่งชีวิต 5700 ปีตัวปล่อยเบต้าที่เสถียร

ในทางปฏิบัติในการกำหนดอายุ geochronological ของตัวอย่าง ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี 14 C ถูกใช้อย่างกว้างขวาง ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้เนื่องจากระยะเวลาการสลายตัวที่ยาวนาน

การดัดแปลง Allotropic ขององค์ประกอบ

คาร์บอนเป็นธาตุที่มีอยู่เป็นสารธรรมดาในหลายรูปแบบ นั่นคือสามารถสร้างการดัดแปลง allotropic จำนวนมากที่สุดที่รู้จักในปัจจุบัน

1. การแปรผันของผลึก - มีอยู่ในรูปของโครงสร้างที่แข็งแรงพร้อมโครงตาข่ายประเภทอะตอมปกติ กลุ่มนี้รวมถึงพันธุ์ต่าง ๆ เช่น:

• เพชร;
• ฟูลเลอรีน;
• กราไฟท์;
• ปืนสั้น;
• ลอนสดาไลต์;
• และหลอด

พวกเขาทั้งหมดต่างกันในโครงข่ายในโหนดที่มีอะตอมของคาร์บอน จึงมีลักษณะเฉพาะตัวที่สมบูรณ์ไม่คล้ายคลึงกันทั้งทางกายภาพและทางเคมี

2. รูปแบบอสัณฐาน - เกิดขึ้นจากอะตอมของคาร์บอนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบธรรมชาติบางชนิด นั่นคือสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่พันธุ์ที่บริสุทธิ์ แต่มีสิ่งเจือปนขององค์ประกอบอื่นในปริมาณเล็กน้อย ที่ กลุ่มนี้รวมถึง:

• ถ่านกัมมันต์;
• หินและไม้
• เขม่า;
• คาร์บอนนาโนโฟม
• แอนทราไซต์;
• คาร์บอนแก้ว;
• ชนิดของสารทางเทคนิค

พวกเขายังรวมกันด้วยคุณสมบัติโครงสร้างของตาข่ายคริสตัลซึ่งอธิบายและแสดงคุณสมบัติ

3. สารประกอบคาร์บอนในรูปของกระจุก โครงสร้างดังกล่าวซึ่งอะตอมถูกปิดในรูปแบบพิเศษกลวงจากด้านในซึ่งเต็มไปด้วยน้ำหรือนิวเคลียสขององค์ประกอบอื่น ๆ ตัวอย่าง:

• นาโนโคนคาร์บอน
• แอสตราลีน;
• ไดคาร์บอน

คุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนอสัณฐาน

เนื่องจากการดัดแปลง allotropic ที่หลากหลาย เน้นให้เห็นถึงความธรรมดาทั่วไป คุณสมบัติทางกายภาพยากสำหรับคาร์บอน ง่ายกว่าที่จะพูดถึงรูปแบบเฉพาะ ตัวอย่างเช่น คาร์บอนอสัณฐานมีลักษณะดังต่อไปนี้

1. หัวใจของทุกรูปแบบคือกราไฟท์เนื้อละเอียด
2. ความจุความร้อนสูง
3. คุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่ดี
4. ความหนาแน่นของคาร์บอนอยู่ที่ประมาณ 2 ก./ซม. 3
5. เมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า 1,600 0 C จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นรูปแบบกราไฟท์

เขม่าและหินใช้กันอย่างแพร่หลายใน วัตถุประสงค์ทางเทคนิค. สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่การรวมตัวกันของการดัดแปลงคาร์บอนในรูปแบบที่บริสุทธิ์ แต่มีปริมาณมาก

ผลึกคาร์บอน

มีหลายทางเลือกที่คาร์บอนเป็นสารที่สร้างผลึกปกติประเภทต่างๆ โดยที่อะตอมเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม เป็นผลให้มีการปรับเปลี่ยนต่อไปนี้

1. - ลูกบาศก์ซึ่งเชื่อมต่อสี่จตุรัส เป็นผลให้พันธะเคมีโควาเลนต์ทั้งหมดของแต่ละอะตอมมีความอิ่มตัวและแข็งแรงสูงสุด สิ่งนี้อธิบายคุณสมบัติทางกายภาพ: ความหนาแน่นของคาร์บอนคือ 3300 กก./ลบ.ม. ความแข็งสูง ความจุความร้อนต่ำ การขาดการนำไฟฟ้า ทั้งหมดนี้เป็นผลมาจากโครงสร้างของผลึกขัดแตะ มีเพชรที่ได้มาในทางเทคนิค เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนกราไฟท์ไปสู่การดัดแปลงครั้งต่อไปภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงและความดันบางอย่าง โดยทั่วไปจะสูงเท่ากับความแข็งแรง - ประมาณ 3500 0 С
2. กราไฟท์. อะตอมถูกจัดเรียงคล้ายกับโครงสร้างของสารก่อนหน้าอย่างไรก็ตามมีเพียงสามพันธะเท่านั้นที่อิ่มตัวและพันธะที่สี่จะยาวขึ้นและแข็งแรงน้อยลงจะเชื่อมต่อ "ชั้น" ของวงแหวนหกเหลี่ยมของตาข่าย ผลที่ได้คือกราไฟต์เป็นสารสีดำที่มีความมันเยิ้มเมื่อสัมผัส มีการนำไฟฟ้าที่ดีและมีจุดหลอมเหลวสูง - 3525 0 С สามารถระเหิด - การระเหิดจากสถานะของแข็งเป็นสถานะก๊าซโดยผ่านสถานะของเหลว (ที่อุณหภูมิ 3700 0 С) ความหนาแน่นของคาร์บอนอยู่ที่ 2.26 g/cm3 ซึ่งต่ำกว่าเพชรมาก สิ่งนี้อธิบายคุณสมบัติต่าง ๆ ของพวกเขา เนื่องจากโครงสร้างเป็นชั้นๆ ของโครงตาข่ายคริสตัล จึงสามารถใช้กราไฟท์สำหรับการผลิตลีดได้ ดินสอง่ายๆ. เมื่อนำกระดาษมา เกล็ดจะลอกออกและทิ้งรอยดำไว้บนกระดาษ
3. ฟูลเลอรีน. พวกเขาเปิดเฉพาะในยุค 80 ของศตวรรษที่ผ่านมา เป็นการดัดแปลงที่คาร์บอนเชื่อมต่อกันเป็นโครงสร้างปิดนูนพิเศษที่มีช่องว่างตรงกลาง และรูปทรงของคริสตัล - รูปทรงหลายเหลี่ยมซึ่งเป็นองค์กรที่ถูกต้อง จำนวนอะตอมเป็นเลขคู่ รูปแบบที่มีชื่อเสียงที่สุดของฟูลเลอรีน C 60 . พบตัวอย่างของสารที่คล้ายกันในระหว่างการวิจัย:

• อุกกาบาต;
• ตะกอนด้านล่าง
• ฟอลกูไรต์;
• shungites;
• นอกอวกาศซึ่งบรรจุอยู่ในรูปของก๊าซ

คาร์บอนที่เป็นผลึกทุกชนิดมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมาก เนื่องจากมีคุณสมบัติที่มีประโยชน์ทางเทคนิคหลายประการ

กิจกรรมทางเคมี

คาร์บอนโมเลกุลแสดงปฏิกิริยาต่ำเนื่องจากมีการกำหนดค่าที่มั่นคง มันสามารถถูกบังคับให้ทำปฏิกิริยาได้โดยการให้พลังงานเพิ่มเติมแก่อะตอมและบังคับให้อิเล็กตรอนในระดับชั้นนอกระเหย ณ จุดนี้ความจุจะกลายเป็น 4 ดังนั้นในสารประกอบจึงมีสถานะออกซิเดชันเป็น +2, +4, - 4

ปฏิกิริยาเกือบทั้งหมดกับสารธรรมดา ทั้งโลหะและอโลหะ เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง องค์ประกอบที่เป็นปัญหาสามารถเป็นได้ทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ อย่างไรก็ตามคุณสมบัติหลังมีความเด่นชัดเป็นพิเศษและด้วยเหตุนี้จึงใช้ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยาและอุตสาหกรรมอื่น ๆ

โดยทั่วไป ความสามารถในการเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับปัจจัยสามประการ:

• การกระจายตัวของคาร์บอน
• การปรับเปลี่ยน allotropic;
• อุณหภูมิปฏิกิริยา

ดังนั้น ในบางกรณี ปฏิกิริยากับสารต่อไปนี้เกิดขึ้น:

• อโลหะ (ไฮโดรเจน, ออกซิเจน);
• โลหะ (อลูมิเนียม, เหล็ก, แคลเซียมและอื่น ๆ );
• ออกไซด์ของโลหะและเกลือของพวกมัน

ไม่ทำปฏิกิริยากับกรดและด่าง น้อยมากกับฮาโลเจน คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของคาร์บอนคือความสามารถในการสร้างสายโซ่ยาวเข้าด้วยกัน พวกเขาสามารถปิดเป็นวงจรสร้างกิ่งก้าน นี่คือวิธีการก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์ซึ่งปัจจุบันมีจำนวนเป็นล้าน พื้นฐานของสารประกอบเหล่านี้คือสององค์ประกอบ - คาร์บอน, ไฮโดรเจน อะตอมอื่นๆ อาจรวมอยู่ในองค์ประกอบด้วย เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน ซัลเฟอร์ ฮาโลเจน ฟอสฟอรัส โลหะ และอื่นๆ

สารประกอบพื้นฐานและลักษณะเฉพาะ

มีสารประกอบต่าง ๆ มากมายที่มีคาร์บอนเป็น สูตรที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ CO 2 - คาร์บอนไดออกไซด์ อย่างไรก็ตามนอกเหนือจากออกไซด์นี้แล้วยังมี CO - มอนอกไซด์หรือคาร์บอนมอนอกไซด์เช่นเดียวกับซับออกไซด์ C 3 O 2

เกลือที่มีองค์ประกอบนี้พบได้บ่อยที่สุดคือแคลเซียมและแมกนีเซียมคาร์บอเนต ดังนั้น แคลเซียมคาร์บอเนตจึงมีคำพ้องความหมายหลายคำในชื่อ เนื่องจากมันเกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปแบบของ:

• ชอล์ก;
• หินอ่อน;
• หินปูน;
• โดโลไมต์

ความสำคัญของคาร์บอเนตโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ เป็นที่ประจักษ์ในความจริงที่ว่าพวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการของการก่อตัวของหินงอกหินย้อยและหินงอกเช่นเดียวกับน้ำใต้ดิน

กรดคาร์บอนิกเป็นสารประกอบอีกชนิดหนึ่งที่สร้างคาร์บอน สูตรของมันคือ H 2 CO 3 อย่างไรก็ตาม ในรูปแบบปกติ มันไม่เสถียรอย่างยิ่งและสลายตัวทันทีเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในสารละลาย ดังนั้นจึงรู้จักเกลือของมันเท่านั้นไม่ใช่ตัวมันเองในฐานะวิธีแก้ปัญหา

คาร์บอนเฮไลด์ - ได้มาโดยทางอ้อมเป็นหลักเนื่องจากการสังเคราะห์โดยตรงเกิดขึ้นที่มากเท่านั้น อุณหภูมิสูงและผลผลิตต่ำ หนึ่งในสิ่งที่พบบ่อยที่สุด - CCL 4 - คาร์บอนเตตระคลอไรด์ สารพิษที่อาจทำให้เกิดพิษได้หากสูดดม ได้มาจากปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยโฟโตเคมีอย่างรุนแรงในมีเทน

คาร์ไบด์โลหะเป็นสารประกอบคาร์บอนที่มีสถานะออกซิเดชัน 4 ความสัมพันธ์กับโบรอนและซิลิกอนก็เป็นไปได้เช่นกัน คุณสมบัติหลักของคาร์ไบด์ของโลหะบางชนิด (อลูมิเนียม ทังสเตน ไททาเนียม ไนโอเบียม แทนทาลัม แฮฟเนียม) มีความแข็งแรงสูงและมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม โบรอนคาร์ไบด์ B 4 C เป็นหนึ่งในสารที่แข็งที่สุดรองจากเพชร (9.5 ตาม Mohs) สารประกอบเหล่านี้ใช้ในงานวิศวกรรมเช่นเดียวกับในอุตสาหกรรมเคมีเนื่องจากเป็นแหล่งผลิตไฮโดรคาร์บอน (แคลเซียมคาร์ไบด์ที่มีน้ำทำให้เกิดอะเซทิลีนและแคลเซียมไฮดรอกไซด์)

โลหะผสมหลายชนิดผลิตขึ้นโดยใช้คาร์บอน จึงช่วยเพิ่มคุณภาพและ ข้อมูลจำเพาะ(เหล็กเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน)

สารประกอบอินทรีย์คาร์บอนจำนวนมากสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ ซึ่งคาร์บอนเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่สามารถรวมอะตอมเดียวกันเข้ากับสายโซ่ยาวของโครงสร้างต่างๆ ได้ ซึ่งรวมถึง:

• แอลเคน;
• แอลคีน;
• สนามกีฬา;
• โปรตีน
• คาร์โบไฮเดรต
• กรดนิวคลีอิก;
• แอลกอฮอล์
• กรดคาร์บอกซิลิกและสารอื่นๆ อีกหลายชนิด

การประยุกต์ใช้คาร์บอน

ความสำคัญของสารประกอบคาร์บอนและการดัดแปลง allotropic ในชีวิตมนุษย์นั้นสูงมาก คุณสามารถระบุชื่ออุตสาหกรรมระดับโลกบางส่วนเพื่อให้ชัดเจนว่าเรื่องนี้เป็นความจริง

1. องค์ประกอบนี้เป็นเชื้อเพลิงอินทรีย์ทุกประเภทที่บุคคลได้รับพลังงาน
2. อุตสาหกรรมโลหะวิทยาใช้คาร์บอนเป็นตัวรีดิวซ์ที่แรงที่สุดเพื่อให้ได้โลหะจากสารประกอบ คาร์บอเนตยังใช้กันอย่างแพร่หลายที่นี่
3. การก่อสร้างและอุตสาหกรรมเคมีใช้สารประกอบคาร์บอนจำนวนมากในการสังเคราะห์สารใหม่และรับผลิตภัณฑ์ที่จำเป็น

คุณยังสามารถตั้งชื่อภาคเศรษฐกิจเช่น:

• อุตสาหกรรมนิวเคลียร์
• ธุรกิจเครื่องประดับ
• อุปกรณ์ทางเทคนิค (น้ำมันหล่อลื่น, ถ้วยใส่ตัวอย่างทนความร้อน, ดินสอ, ฯลฯ );
• การกำหนดอายุทางธรณีวิทยาของหิน - สารกัมมันตภาพรังสี 14 C;
• คาร์บอนเป็นตัวดูดซับที่ดีเยี่ยม ซึ่งทำให้สามารถใช้สำหรับการผลิตตัวกรองได้

วัฏจักรในธรรมชาติ

มวลของคาร์บอนที่พบในธรรมชาติรวมอยู่ในวัฏจักรคงที่ที่วนรอบทุกวินาทีทั่วโลก ดังนั้นแหล่งบรรยากาศของคาร์บอน - CO 2 - ถูกดูดซับโดยพืชและปล่อยโดยสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในกระบวนการหายใจ เมื่ออยู่ในชั้นบรรยากาศก็จะถูกดูดกลืนเข้าไปอีกครั้ง วัฏจักรจึงไม่หยุดนิ่ง ในเวลาเดียวกัน การตายของสารอินทรีย์ที่ตกค้างจะนำไปสู่การปลดปล่อยคาร์บอนและการสะสมในดิน จากที่ซึ่งสิ่งมีชีวิตถูกดูดซับอีกครั้งและปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของก๊าซ

C (คาร์บอน) ซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่ใช่โลหะของกลุ่ม IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) ของตารางธาตุ เกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปของผลึกเพชร (รูปที่ 1) กราไฟต์หรือฟูลเลอรีนและรูปแบบอื่นๆ และเป็นส่วนหนึ่งของสารอินทรีย์ (ถ่านหิน น้ำมัน สัตว์และพืช ฯลฯ) และสารอนินทรีย์ (หินปูน ผงฟูและอื่น ๆ.). คาร์บอนเป็นที่แพร่หลาย แต่มีเนื้อหาในเปลือกโลกเพียง 0.19% ( ดูสิ่งนี้ด้วยเพชร; ฟุลเลรีน)

คาร์บอนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในรูปของสารธรรมดา นอกจากเพชรล้ำค่าซึ่งเป็นเรื่องของเครื่องประดับแล้ว สำคัญมากมีเพชรอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตเครื่องมือเจียรและตัด ถ่านและคาร์บอนในรูปแบบอสัณฐานอื่นๆ ใช้สำหรับการลดสี การทำให้บริสุทธิ์ การดูดซับก๊าซ ในพื้นที่ของเทคโนโลยีที่ต้องการตัวดูดซับที่มีพื้นผิวที่พัฒนาแล้ว คาร์ไบด์ สารประกอบของคาร์บอนกับโลหะ เช่นเดียวกับโบรอนและซิลิกอน (เช่น Al 4 C 3 , SiC, B 4 C) มีความแข็งสูงและใช้สำหรับทำเครื่องมือขัดและตัด คาร์บอนมีอยู่ในเหล็กกล้าและโลหะผสมในสถานะธาตุและในรูปของคาร์ไบด์ ความอิ่มตัวของพื้นผิวของการหล่อเหล็กด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง (การซีเมนต์) ช่วยเพิ่มความแข็งผิวและความต้านทานการสึกหรอได้อย่างมาก ดูสิ่งนี้ด้วยอัลลอย

กราไฟท์ในธรรมชาติมีหลายรูปแบบ บางส่วนได้มาจากการปลอมแปลง มีรูปแบบอสัณฐาน (เช่น โค้กและถ่าน) เขม่า ถ่านกระดูก โคมดำ อะเซทิลีนแบล็ค เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรคาร์บอนถูกเผาโดยขาดออกซิเจน ที่เรียกว่า คาร์บอนสีขาวได้จากการระเหิดของกราไฟท์ไพโรไลติกภายใต้แรงดันที่ลดลง สิ่งเหล่านี้คือผลึกใสที่เล็กที่สุดของใบกราไฟต์ที่มีขอบแหลม

Sunyaev Z.I. ปิโตรเลียมคาร์บอน. ม., 1980
เคมีของคาร์บอนกัมมันตภาพรังสี. ม., 1990

ค้นหา "คาร์บอน" บน

MOU "โรงเรียนมัธยมนิกิฟอรอฟสกายาหมายเลข 1"

คาร์บอนและสารประกอบอนินทรีย์หลัก

บทคัดย่อ

เสร็จสมบูรณ์โดย: นักเรียนชั้น 9B

ซิโดรอฟ อเล็กซานเดอร์

ครู: Sakharov L.N.

Dmitrievka 2009

บทนำ

บทที่ I. ทั้งหมดเกี่ยวกับคาร์บอน

1.1. คาร์บอนในธรรมชาติ

1.2. การดัดแปลง Allotropic ของคาร์บอน

1.3. คุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอน

1.4. การประยุกต์ใช้คาร์บอน

บทที่ II. สารประกอบคาร์บอนอนินทรีย์

บทสรุป

วรรณกรรม

บทนำ

คาร์บอน (lat. Carboneum) C เป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของระบบธาตุ Mendeleev: เลขอะตอม 6, มวลอะตอม 12.011(1) พิจารณาโครงสร้างของอะตอมคาร์บอน มีอิเล็กตรอนสี่ตัวในระดับพลังงานภายนอกของอะตอมคาร์บอน มาวาดกราฟกัน:

คาร์บอนเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ และไม่ทราบชื่อผู้ค้นพบธาตุนี้

ที่ ปลาย XVIIใน. นักวิทยาศาสตร์ชาวฟลอเรนซ์ Averani และ Targioni พยายามหลอมเพชรเม็ดเล็กๆ หลายเม็ดให้เป็นเพชรเม็ดใหญ่หนึ่งเม็ด และให้ความร้อนแก่เพชรเหล่านั้นด้วยแก้วที่ไหม้ไฟซึ่งมีแสงแดดส่องถึง เพชรหายไปหลังจากเผาไหม้ในอากาศ ในปี ค.ศ. 1772 นักเคมีชาวฝรั่งเศส A. Lavoisier แสดงให้เห็นว่า CO 2 เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เพชร เฉพาะในปี พ.ศ. 2340 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ S. Tennant ได้พิสูจน์เอกลักษณ์ของธรรมชาติของกราไฟท์และถ่านหิน หลังจากเผาถ่านหินและเพชรในปริมาณที่เท่ากัน ปริมาณของคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) กลับกลายเป็นเท่าเดิม

ความหลากหลายของสารประกอบคาร์บอน ซึ่งอธิบายได้จากความสามารถของอะตอมในการรวมตัวซึ่งกันและกันและกับอะตอมของธาตุอื่นๆ ในรูปแบบต่างๆ เป็นตัวกำหนดตำแหน่งพิเศษของคาร์บอนในองค์ประกอบอื่นๆ

บทฉัน. เกี่ยวกับคาร์บอน

1.1. คาร์บอนในธรรมชาติ

คาร์บอนพบได้ในธรรมชาติทั้งในสภาวะอิสระและในรูปของสารประกอบ

คาร์บอนอิสระเกิดขึ้นเป็นเพชร กราไฟต์ และปืนสั้น

เพชรหายากมาก เพชรที่ใหญ่ที่สุดที่รู้จัก - "คัลลิแนน" พบในปี 1905 ในแอฟริกาใต้ หนัก 621.2 กรัม และวัดได้ 10 × 6.5 × 5 ซม. กองทุนเพชรในมอสโกถือเพชรที่ใหญ่ที่สุดและสวยที่สุดในโลก - "Orlov" (37.92) กรัม)

เพชรได้ชื่อมาจากภาษากรีก "adamas" - อยู่ยงคงกระพันทำลายไม่ได้ แหล่งแร่เพชรที่สำคัญที่สุดตั้งอยู่ในแอฟริกาใต้ บราซิล และยากูเตีย

กราไฟท์ขนาดใหญ่ตั้งอยู่ในเยอรมนีในศรีลังกาในไซบีเรียในอัลไต

แร่ธาตุหลักที่ประกอบด้วยคาร์บอน ได้แก่ แมกนีไซต์ MgCO 3 แคลไซต์ (หินปูน หินปูน หินอ่อน ชอล์ก) CaCO 3 โดโลไมต์ CaMg (CO 3) 2 เป็นต้น

เชื้อเพลิงฟอสซิลทั้งหมด - น้ำมัน ก๊าซ พีท ถ่านหินแข็งและสีน้ำตาล หินดินดาน - สร้างขึ้นบนพื้นฐานคาร์บอน องค์ประกอบที่ใกล้เคียงกับคาร์บอนคือถ่านหินฟอสซิลบางชนิดที่มี C ถึง 99%

คาร์บอนคิดเป็น 0.1% ของเปลือกโลก

ในรูปของคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) CO 2 คาร์บอนเป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศ ละลายในอุทกสเฟียร์ จำนวนมากของคาร์บอนไดออกไซด์

1.2. การดัดแปลง Allotropic ของคาร์บอน

ธาตุคาร์บอนทำให้เกิดการดัดแปลงแบบ allotropic สามแบบ: เพชร กราไฟต์ ปืนสั้น

1. เพชรเป็นสารผลึกใสไม่มีสีที่หักเหแสงอย่างรุนแรง อะตอมของคาร์บอนในเพชรอยู่ในสถานะของการผสมแบบ sp 3 ในสภาวะที่ตื่นเต้น เวเลนซ์อิเล็กตรอนในอะตอมของคาร์บอนจะเสื่อมสภาพและเกิดอิเล็กตรอนที่ไม่คู่กันสี่ตัว เมื่อเกิดพันธะเคมี เมฆอิเล็กตรอนจะมีรูปร่างที่ยาวเหมือนกันและตั้งอยู่ในอวกาศเพื่อให้แกนของพวกมันมุ่งตรงไปยังจุดยอดของจัตุรมุข เมื่อยอดของเมฆเหล่านี้ทับซ้อนกับกลุ่มเมฆของอะตอมคาร์บอนอื่น พันธะโควาเลนต์จะปรากฏขึ้นที่มุม 109°28" และเกิดโครงผลึกอะตอม ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของเพชร

อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมในเพชรรายล้อมไปด้วยอีกสี่อะตอมซึ่งอยู่ในทิศทางจากศูนย์กลางของจัตุรมุขไปจนถึงจุดยอด ระยะห่างระหว่างอะตอมในเตตระเฮดราคือ 0.154 นาโนเมตร ความแข็งแรงของพันธะทั้งหมดเหมือนกัน ดังนั้นอะตอมในเพชรจึงถูก "บรรจุ" อย่างแน่นหนา ที่อุณหภูมิ 20°C ความหนาแน่นของเพชรเท่ากับ 3.515 g/cm3 สิ่งนี้อธิบายความแข็งเป็นพิเศษ เพชรเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี

ในปี พ.ศ. 2504 สหภาพโซเวียตได้เริ่มต้นขึ้น การผลิตภาคอุตสาหกรรมเพชรสังเคราะห์จากกราไฟท์

ในการสังเคราะห์เพชรทางอุตสาหกรรม จะใช้แรงดันหลายพัน MPa และอุณหภูมิตั้งแต่ 1500 ถึง 3000 °C กระบวนการนี้ดำเนินการต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งอาจเป็นโลหะบางชนิด เช่น Ni เพชรที่ก่อตัวขึ้นส่วนใหญ่เป็นผลึกขนาดเล็กและฝุ่นเพชร

เพชรเมื่อถูกให้ความร้อนโดยปราศจากอากาศที่สูงกว่า 1,000 ° C จะกลายเป็นกราไฟท์ ที่อุณหภูมิ 1,750 องศาเซลเซียส การเปลี่ยนแปลงของเพชรเป็นกราไฟต์เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว

โครงสร้างของเพชร

2. กราไฟต์เป็นสารผลึกสีเทา-ดำ ที่มีความมันเงาของโลหะ เหนียวเมื่อสัมผัส มีความแข็งด้อยกว่ากระดาษ

อะตอมของคาร์บอนในผลึกกราไฟต์อยู่ในสถานะของการผสมแบบ sp 2 โดยแต่ละอะตอมจะสร้างพันธะโควาเลนต์สามพันธะกับอะตอมที่อยู่ใกล้เคียง มุมระหว่างทิศทางพันธะคือ 120° ผลลัพธ์ที่ได้คือตารางที่ประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยมปกติ ระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมคาร์บอนที่อยู่ติดกันภายในชั้นคือ 0.142 นาโนเมตร อิเล็กตรอนตัวที่สี่ของชั้นนอกของอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมในกราไฟท์ครอบครอง p-orbital ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการผสมข้ามพันธุ์

เมฆอิเล็กตรอนที่ไม่ใช่ลูกผสมของอะตอมของคาร์บอนจะตั้งฉากกับระนาบของชั้น และซ้อนทับกันทำให้เกิดพันธะ σ ที่แยกตัวออกจากกัน ชั้นที่อยู่ใกล้เคียงในผลึกกราไฟต์นั้นอยู่ห่างจากกัน 0.335 นาโนเมตร และเชื่อมโยงถึงกันเล็กน้อย โดยส่วนใหญ่เกิดจากแรงของแวนเดอร์วาลส์ ดังนั้นกราไฟต์จึงมีความแข็งแรงทางกลต่ำและแตกออกเป็นสะเก็ดได้ง่ายซึ่งมีความแข็งแรงมากในตัวเอง พันธะระหว่างชั้นของอะตอมคาร์บอนในกราไฟต์เป็นโลหะบางส่วน สิ่งนี้อธิบายความจริงที่ว่ากราไฟท์นำไฟฟ้าได้ดี แต่ก็ยังไม่ดีเท่าโลหะ

โครงสร้างกราไฟท์

คุณสมบัติทางกายภาพของกราไฟท์แตกต่างกันอย่างมากในทิศทาง - ตั้งฉากและขนานกับชั้นของอะตอมคาร์บอน

เมื่อได้รับความร้อนโดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ กราไฟท์จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ถึง 3700 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมินี้จะระเหิดโดยไม่ละลาย

กราไฟท์ประดิษฐ์ได้มาจากถ่านหินแข็งเกรดดีที่สุดที่อุณหภูมิ 3000 องศาเซลเซียสในเตาไฟฟ้าที่ไม่มีอากาศเข้า

กราไฟต์มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ในช่วงอุณหภูมิและความดันที่หลากหลาย ดังนั้นจึงเป็นที่ยอมรับว่าเป็นสถานะมาตรฐานของคาร์บอน ความหนาแน่นของกราไฟท์คือ 2.265 g/cm 3

3. Carbin - ผงสีดำเนื้อละเอียด ในโครงสร้างผลึก อะตอมของคาร์บอนเชื่อมต่อกันโดยการสลับพันธะเดี่ยวและพันธะสามเป็นโซ่เชิงเส้น:

−С≡С−С≡С−С≡С−

สารนี้ได้รับครั้งแรกโดย V.V. Korshak, น. Sladkov, V.I. Kasatochkin, ยู.พี. Kudryavtsev ในช่วงต้นทศวรรษ 1960

ต่อจากนั้นก็แสดงให้เห็นว่าคาร์บีนสามารถมีอยู่ในรูปแบบที่แตกต่างกันและมีทั้งพอลิอะเซทิลีนและโพลีคิวมูลีนซึ่งอะตอมของคาร์บอนเชื่อมโยงกันด้วยพันธะคู่:

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

ต่อมาพบปืนสั้นในธรรมชาติ - ในเรื่องอุกกาบาต

คาร์ไบน์มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ภายใต้การกระทำของแสงค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากการมีอยู่ ประเภทต่างๆการสื่อสารและ วิธีทางที่แตกต่างการรวมกลุ่มของอะตอมของคาร์บอนในโครงผลึก คุณสมบัติทางกายภาพของปืนสั้นอาจแตกต่างกันไปในช่วงกว้าง เมื่อถูกความร้อนโดยปราศจากการเข้าถึงอากาศที่สูงกว่า 20000°C ปืนสั้นจะมีความเสถียร ที่อุณหภูมิประมาณ 2300 °C จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของคาร์ไบน์

คาร์บอนธรรมชาติประกอบด้วยสองไอโซโทป

(98.892%) และ (1.108%) นอกจากนี้ ยังพบสิ่งเจือปนเล็กน้อยของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีซึ่งได้มาจากการประดิษฐ์ขึ้นในบรรยากาศ

ก่อนหน้านี้ เชื่อกันว่าถ่านชาร์โคล เขม่า และโค้กมีองค์ประกอบคล้ายกับคาร์บอนบริสุทธิ์ และมีคุณสมบัติแตกต่างจากเพชรและกราไฟต์ ซึ่งแสดงถึงการดัดแปลงคาร์บอนอสัณฐานที่เป็นอิสระจากกัน ("คาร์บอนอสัณฐาน") อย่างไรก็ตาม พบว่าสารเหล่านี้ประกอบด้วยอนุภาคผลึกที่เล็กที่สุดซึ่งอะตอมของคาร์บอนเชื่อมต่อกันในลักษณะเดียวกับกราไฟต์

4. ถ่านหิน - กราไฟท์ที่แบ่งอย่างประณีต มันเกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวทางความร้อนของสารประกอบที่ประกอบด้วยคาร์บอนโดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศ ถ่านหินมีคุณสมบัติแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับสารที่ได้รับและวิธีการผลิต มักมีสิ่งเจือปนที่ส่งผลต่อคุณสมบัติของมันเสมอ ถ่านหินที่สำคัญที่สุดคือโค้ก ถ่านชาร์โคล และเขม่า

โค้กได้มาจากการให้ความร้อนถ่านหินในกรณีที่ไม่มีอากาศ

ถ่านจะเกิดขึ้นเมื่อไม้ถูกทำให้ร้อนในสภาวะที่ไม่มีอากาศ

เขม่าเป็นผงผลึกกราไฟท์ที่ละเอียดมาก มันเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอน (ก๊าซธรรมชาติ อะเซทิลีน น้ำมันสน ฯลฯ) โดยมีอากาศจำกัด

ถ่านกัมมันต์เป็นสารดูดซับทางอุตสาหกรรมที่มีรูพรุนซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ การดูดซับคือการดูดซับโดยพื้นผิวของของแข็งของก๊าซและสารที่ละลายในน้ำ ถ่านกัมมันต์ได้มาจากเชื้อเพลิงแข็ง (พีท ถ่านหินสีน้ำตาลและถ่านหินแข็ง แอนทราไซต์) ไม้และผลิตภัณฑ์ (ถ่าน ขี้เลื่อย เศษกระดาษจากการผลิต) ของเสียจากอุตสาหกรรมเครื่องหนัง วัสดุจากสัตว์ เช่น กระดูก ถ่านหินซึ่งมีความแข็งแรงเชิงกลสูง ผลิตจากเปลือกมะพร้าวและถั่วอื่นๆ จากเมล็ดผลไม้ โครงสร้างของถ่านหินจะแสดงด้วยรูพรุนทุกขนาด อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการดูดซับและอัตราการดูดซับจะถูกกำหนดโดยเนื้อหาของไมโครพอร์ต่อหน่วยมวลหรือปริมาตรของแกรนูล ในการผลิตถ่านกัมมันต์ วัตถุดิบต้องอยู่ภายใต้ การรักษาความร้อนโดยไม่ต้องเข้าถึงอากาศซึ่งเป็นผลมาจากความชื้นและเรซินบางส่วนจะถูกลบออกจากมัน ในกรณีนี้จะเกิดโครงสร้างที่มีรูพรุนขนาดใหญ่ของถ่านหิน เพื่อให้ได้โครงสร้างที่มีรูพรุน การกระตุ้นจะดำเนินการโดยออกซิเดชันด้วยแก๊สหรือไอน้ำ หรือโดยการบำบัดด้วยสารเคมี

คาร์บอน(lat. Carboneum), C, องค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของระบบธาตุ Mendeleev, เลขอะตอม 6, มวลอะตอม 12.011 รู้จักไอโซโทปเสถียรสองชนิด: 12 C (98.892%) และ 13 C (1.108%) ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่สำคัญที่สุดคือ 14 C ที่มีครึ่งชีวิต (T ½ \u003d 5.6 10 3 ปี) จำนวนเล็กน้อยของ 14 C (ประมาณ 2 10 -10% โดยมวล) จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในบรรยากาศชั้นบนภายใต้การกระทำของนิวตรอนรังสีคอสมิกบนไอโซโทปไนโตรเจน 14 นิวตัน อายุของพวกมันถูกกำหนดโดยกิจกรรมเฉพาะของไอโซโทป 14 C ใน ซากของแหล่งกำเนิดทางชีวภาพ 14 C ใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะตัวติดตามไอโซโทป

ประวัติอ้างอิงคาร์บอนเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ ถ่านที่ใช้เพื่อกู้คืนโลหะจากแร่, เพชร - as อัญมณี. ในเวลาต่อมา กราไฟต์ถูกนำมาใช้ทำถ้วยทดลองและดินสอ

ในปี ค.ศ. 1778 K. Scheele ซึ่งให้ความร้อนกับกราไฟท์ด้วยดินประสิวพบว่าในกรณีนี้เช่นเดียวกับเมื่อให้ความร้อนถ่านหินด้วยดินประสิว คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมา องค์ประกอบทางเคมีของเพชรถูกสร้างขึ้นจากการทดลองของ A. Lavoisier (1772) เกี่ยวกับการเผาไหม้ของเพชรในอากาศและการศึกษาของ S. Tennant (1797) ซึ่งพิสูจน์ว่าเพชรและถ่านหินในปริมาณเท่ากันให้เท่ากัน ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างการออกซิเดชัน คาร์บอนได้รับการยอมรับว่าเป็นองค์ประกอบทางเคมีในปี 1789 โดย Lavoisier ชื่อละติน carboneum carbon ได้รับจากคาร์โบ - ถ่านหิน

การกระจายของคาร์บอนในธรรมชาติปริมาณคาร์บอนเฉลี่ยในเปลือกโลกคือ 2.3 10 -2% โดยมวล (1 10 -2 ใน ultrabasic, 1 10 -2 - ในพื้นฐาน, 2 10 -2 - ปานกลาง, 3 10 -2 - ในหินกรด) . คาร์บอนสะสมในส่วนบนของเปลือกโลก (ชีวมณฑล): ในสิ่งมีชีวิต 18% คาร์บอน, ไม้ 50%, ถ่านหิน 80%, น้ำมัน 85%, แอนทราไซต์ 96% ส่วนสำคัญของคาร์บอนในเปลือกโลกมีความเข้มข้นในหินปูนและโดโลไมต์

จำนวนแร่ธาตุของตัวเอง คาร์บอน - 112; สารประกอบอินทรีย์จำนวนมากของคาร์บอน - ไฮโดรคาร์บอนและอนุพันธ์ของคาร์บอน

ที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของคาร์บอนในเปลือกโลกคือการสะสมขององค์ประกอบอื่น ๆ อีกมากมายที่ดูดซับโดยอินทรียวัตถุและตกตะกอนในรูปของคาร์บอเนตที่ไม่ละลายน้ำ ฯลฯ CO 2 และกรดคาร์บอนิกมีบทบาทสำคัญในธรณีเคมีในเปลือกโลก CO 2 จำนวนมากถูกปล่อยออกมาในช่วงภูเขาไฟ - ในประวัติศาสตร์ของโลกนั้นเป็นแหล่งคาร์บอนหลักสำหรับชีวมณฑล

เมื่อเทียบกับปริมาณเฉลี่ยในเปลือกโลก มนุษย์สกัดคาร์บอนจากส่วนลึก (ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ) ในปริมาณมากเป็นพิเศษ เนื่องจากฟอสซิลเหล่านี้เป็นแหล่งพลังงานหลัก

วัฏจักรคาร์บอนมีความสำคัญทางธรณีเคมีอย่างยิ่ง

คาร์บอนยังกระจายอยู่ทั่วไปในอวกาศ บนดวงอาทิตย์ มันครองอันดับที่ 4 รองจากไฮโดรเจน ฮีเลียม และออกซิเจน

คุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอนรู้จักการดัดแปลงผลึกของคาร์บอนหลายอย่าง: กราไฟต์ เพชร ปืนสั้น ลอนสเดลไลท์ และอื่นๆ กราไฟท์ - สีเทา-ดำ, ทึบแสง, เลี่ยนน่าสัมผัส, มีเกล็ด, มวลเบามากพร้อมเงาโลหะ สร้างจากผลึกของโครงสร้างหกเหลี่ยม: a = 2.462Å, c = 6.701Å ที่อุณหภูมิห้องและความดันปกติ (0.1 MN/m2 หรือ 1 kgf/cm2) กราไฟท์จะมีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ เพชรเป็นสารที่มีลักษณะเป็นผลึกแข็งมาก คริสตัลมีโครงตาข่ายตรงกลางลูกบาศก์: a = 3.560Å ที่อุณหภูมิห้องและความดันปกติ เพชรสามารถแพร่กระจายได้ การเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดเจนของเพชรเป็นกราไฟต์จะสังเกตได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1400 °C ในสุญญากาศหรือในบรรยากาศเฉื่อย ที่ความกดอากาศและอุณหภูมิประมาณ 3700 ° C กราไฟท์จะระเหิด สามารถรับคาร์บอนเหลวได้ที่ความดันสูงกว่า 10.5 MN/m2 (105 kgf/cm2) และอุณหภูมิสูงกว่า 3700 องศาเซลเซียส คาร์บอนที่เป็นของแข็ง (ถ่านโค้ก เขม่า ถ่าน) ยังมีลักษณะเฉพาะด้วยสภาพที่มีโครงสร้างไม่เป็นระเบียบ - คาร์บอนที่เรียกว่า "อสัณฐาน" ซึ่งไม่ใช่การดัดแปลงโดยอิสระ โครงสร้างขึ้นอยู่กับโครงสร้างของกราไฟท์เนื้อละเอียด การให้ความร้อนแก่คาร์บอน "อสัณฐาน" บางพันธุ์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1500-1600°C โดยที่ไม่สามารถเข้าถึงอากาศจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นกราไฟท์ คุณสมบัติทางกายภาพของคาร์บอน "อสัณฐาน" ขึ้นอยู่กับความละเอียดของอนุภาคและการมีอยู่ของสิ่งสกปรกอย่างมาก ความหนาแน่น ความจุความร้อน การนำความร้อน และการนำไฟฟ้าของคาร์บอน "อสัณฐาน" จะสูงกว่ากราไฟต์เสมอ คาร์บินได้รับเทียม เป็นผงสีดำผลึกละเอียด (ความหนาแน่น 1.9-2 ก./ซม. 3) มันถูกสร้างขึ้นจากโซ่ยาวของอะตอม C ที่เรียงซ้อนกันขนานกัน Lonsdaleite ถูกพบในอุกกาบาตและได้มาจากการปลอมแปลง

คุณสมบัติทางเคมีของคาร์บอนการกำหนดค่าภายนอก เปลือกอิเล็กตรอนคาร์บอนอะตอม 2s 2 2p 2 . คาร์บอนมีลักษณะเฉพาะโดยการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์สี่พันธะอันเนื่องมาจากการกระตุ้นของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกสู่สถานะ 2sp 3 ดังนั้นคาร์บอนจึงสามารถดึงดูดและบริจาคอิเล็กตรอนได้เท่าเทียมกัน พันธะเคมีสามารถทำได้เนื่องจากออร์บิทัล sp 3 -, sp 2 - และ sp-hybrid ซึ่งสอดคล้องกับหมายเลขประสานงาน 4, 3 และ 2 จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนของคาร์บอนและจำนวนออร์บิทัลวาเลนซ์เท่ากัน ; นี่เป็นหนึ่งในสาเหตุของความเสถียรของพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอน

ความสามารถเฉพาะตัวของอะตอมของคาร์บอนในการรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างสายโซ่และวัฏจักรที่แข็งแรงและยาวได้นำไปสู่การเกิดขึ้นของสารประกอบคาร์บอนต่างๆ จำนวนมากที่ศึกษาโดยเคมีอินทรีย์

ในสารประกอบ คาร์บอนแสดงสถานะออกซิเดชัน -4; +2; +4. รัศมีอะตอม 0.77Å, รัศมีโควาเลนต์ 0.77Å, 0.67Å, 0.60Å ตามลำดับในพันธะเดี่ยว สอง และสาม รัศมีไอออนิก C 4- 2.60Å, C 4+ 0.20Å ภายใต้สภาวะปกติ คาร์บอนจะเฉื่อยทางเคมี ที่อุณหภูมิสูง คาร์บอนจะรวมตัวกับองค์ประกอบหลายอย่าง ซึ่งแสดงคุณสมบัติการรีดิวซ์ที่แข็งแกร่ง กิจกรรมทางเคมีลดลงในชุด: "อสัณฐาน" คาร์บอน, กราไฟท์, เพชร; ปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศ (การเผาไหม้) เกิดขึ้นตามลำดับที่อุณหภูมิสูงกว่า 300-500 ° C, 600-700 ° C และ 850-1000 ° C ด้วยการก่อตัวของคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) CO 2 และคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) CO.

CO 2 ละลายในน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ในปี 1906 O. Diels ได้รับคาร์บอนซับออกไซด์ C 3 O 2 . คาร์บอนทุกรูปแบบมีความทนทานต่อด่างและกรด และถูกออกซิไดซ์อย่างช้าๆ โดยตัวออกซิไดซ์ที่แรงมากเท่านั้น (ของผสมโครเมียม ส่วนผสมของ HNO 3 เข้มข้นและ KClO 3 และอื่นๆ) คาร์บอน "อสัณฐาน" ทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนที่อุณหภูมิห้อง กราไฟต์ และเพชร - เมื่อถูกความร้อน การเชื่อมต่อโดยตรงของคาร์บอนกับคลอรีนเกิดขึ้นในอาร์คไฟฟ้า ด้วยโบรมีนและไอโอดีน คาร์บอนจะไม่ทำปฏิกิริยา ดังนั้นคาร์บอนเฮไลด์จำนวนมากจึงถูกสังเคราะห์ทางอ้อม จากออกซีเฮไลด์ของสูตรทั่วไป COX 2 (โดยที่ X คือฮาโลเจน) COCl คลอไรด์ (ฟอสจีน) เป็นที่รู้จักกันเป็นอย่างดี ไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับเพชร มันทำปฏิกิริยากับกราไฟต์และคาร์บอน "อสัณฐาน" ที่อุณหภูมิสูงต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยา (Ni, Pt): ที่ 600-1000 °C ส่วนใหญ่จะเกิดมีเทน CH 4 ที่อุณหภูมิ 1500-2000 °C - อะเซทิลีน C 2 H 2 ; ไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ อาจมีอยู่ในผลิตภัณฑ์ เช่น C 2 H 6 อีเทน เบนซิน C 6 H 6 ปฏิกิริยาของกำมะถันกับคาร์บอน "อสัณฐาน" และกราไฟต์เริ่มต้นที่ 700-800 ° C กับเพชรที่อุณหภูมิ 900-1000 ° C ในทุกกรณีจะเกิดคาร์บอนไดซัลไฟด์ CS 2 สารประกอบคาร์บอนอื่นๆ ที่มีกำมะถัน (CS ไทออกไซด์, C 3 S 2 ไทโอนออกไซด์, COS ซัลไฟด์ และ CSCl 2 ไทโอฟอสจีน) ได้มาโดยทางอ้อม เมื่อ CS 2 ทำปฏิกิริยากับโลหะซัลไฟด์ จะเกิดไธโอคาร์บอเนต - เกลือของกรดไทโอคาร์บอนิกอ่อน ปฏิกิริยาของคาร์บอนกับไนโตรเจนเพื่อให้ได้สีน้ำเงิน (CN) 2 เกิดขึ้นเมื่อปล่อยไฟฟ้าผ่านระหว่างอิเล็กโทรดคาร์บอนในบรรยากาศไนโตรเจน ในบรรดาสารประกอบที่มีไนโตรเจนของคาร์บอน ไฮโดรเจนไซยาไนด์ HCN (กรดพรัสซิก) และอนุพันธ์มากมายของคาร์บอน ได้แก่ ไซยาไนด์ ฮาโลไซยาไนด์ ไนไตรล์ และอื่นๆ มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 °C คาร์บอนจะทำปฏิกิริยากับโลหะหลายชนิดทำให้คาร์ไบด์ . เมื่อถูกความร้อน คาร์บอนทุกรูปแบบจะลดออกไซด์ของโลหะด้วยการก่อตัวของโลหะอิสระ (Zn, Cd, Cu, Pb และอื่นๆ) หรือคาร์ไบด์ (CaC 2 , Mo 2 C, WC, TaC และอื่นๆ) คาร์บอนทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงกว่า 600-800 °C ด้วยไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ (การทำให้เป็นแก๊สของเชื้อเพลิง) คุณสมบัติที่โดดเด่นกราไฟต์คือความสามารถในการโต้ตอบกับโลหะอัลคาไลและเฮไลด์ด้วยความร้อนปานกลางถึง 300-400 ° C เพื่อสร้างสารประกอบรวมประเภท C 8 Me, C 24 Me, C 8 X (โดยที่ X เป็นฮาโลเจน Me เป็นโลหะ) . สารประกอบการรวมกราไฟต์เป็นที่รู้จักใน HNO 3 , H 2 SO 4 , FeCl 3 และอื่น ๆ (เช่น กราไฟท์ไบซัลเฟต C 24 SO 4 H 2 ) คาร์บอนทุกรูปแบบไม่ละลายในตัวทำละลายอนินทรีย์และอินทรีย์ทั่วไป แต่จะละลายได้ในโลหะหลอมเหลวบางชนิด (เช่น Fe, Ni, Co)

ความสำคัญทางเศรษฐกิจของคาร์บอนถูกกำหนดโดยข้อเท็จจริงที่ว่ามากกว่า 90% ของแหล่งพลังงานหลักทั้งหมดที่บริโภคในโลกเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งบทบาทที่โดดเด่นของคาร์บอนนั้นจะคงอยู่ต่อไปในทศวรรษหน้า แม้ว่าจะมีการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์อย่างเข้มข้นก็ตาม เชื้อเพลิงที่สกัดได้เพียงประมาณ 10% เท่านั้นที่ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์ขั้นพื้นฐานและการสังเคราะห์ปิโตรเคมีสำหรับการผลิตพลาสติกและอื่นๆ

คาร์บอนในร่างกายคาร์บอนเป็นองค์ประกอบทางชีวภาพที่สำคัญที่สุดที่สร้างพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตบนโลก ซึ่งเป็นหน่วยโครงสร้างของสารประกอบอินทรีย์จำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการสร้างสิ่งมีชีวิตและรับรองกิจกรรมที่สำคัญของพวกมัน (ไบโอโพลีเมอร์ เช่นเดียวกับโมเลกุลทางชีววิทยาระดับต่ำจำนวนมาก สารออกฤทธิ์- วิตามิน ฮอร์โมน ตัวกลาง ฯลฯ) ส่วนสำคัญของพลังงานที่สิ่งมีชีวิตต้องการนั้นเกิดขึ้นในเซลล์เนื่องจากการออกซิเดชันของคาร์บอน การเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตบนโลกถือเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนของการวิวัฒนาการของสารประกอบคาร์บอน

บทบาทเฉพาะของคาร์บอนในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตนั้นเกิดจากคุณสมบัติของคาร์บอน ซึ่งโดยรวมแล้วไม่ได้ถูกครอบงำโดยองค์ประกอบอื่นใดของระบบธาตุ ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและระหว่างคาร์บอนกับองค์ประกอบอื่นๆ พันธะเคมีที่แข็งแรงจะเกิดขึ้น ซึ่งอย่างไรก็ตาม สามารถแตกออกได้ภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาที่ค่อนข้างไม่รุนแรง (พันธะเหล่านี้อาจเป็นแบบเดี่ยว แบบคู่ และแบบสามแบบ) ความสามารถของคาร์บอนในการสร้างพันธะเวเลนซ์ที่เทียบเท่ากัน 4 อะตอมกับอะตอมของคาร์บอนอื่นๆ ทำให้สามารถสร้างโครงกระดูกคาร์บอนได้หลายประเภท - เชิงเส้น แตกแขนง วนเป็นวงกลม เป็นสิ่งสำคัญที่มีเพียงสามองค์ประกอบ - C, O และ H - คิดเป็น 98% ของมวลรวมของสิ่งมีชีวิต สิ่งนี้ทำให้เกิดเศรษฐกิจที่แน่นอนในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต ด้วยความหลากหลายของโครงสร้างที่แทบไม่จำกัดของสารประกอบคาร์บอน พันธะเคมีจำนวนเล็กน้อยทำให้สามารถลดจำนวนเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการสลายและการสังเคราะห์สารอินทรีย์ได้อย่างมาก คุณสมบัติโครงสร้างของอะตอมคาร์บอนรองรับ ประเภทต่างๆ isomerism ของสารประกอบอินทรีย์ (ความสามารถในการสร้าง isomerism ทางแสงกลายเป็นปัจจัยชี้ขาดในการวิวัฒนาการทางชีวเคมีของกรดอะมิโน คาร์โบไฮเดรต และอัลคาลอยด์บางชนิด)

ตามสมมติฐานที่ยอมรับกันโดยทั่วไปของ AI Oparin สารประกอบอินทรีย์ชนิดแรกในโลกมีต้นกำเนิดจากสิ่งมีชีวิต มีเทน (CH 4 ) และไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN) ที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศหลักของโลกซึ่งเป็นแหล่งของคาร์บอน ด้วยการเกิดขึ้นของชีวิตแหล่งที่มาของคาร์บอนอนินทรีย์เพียงแหล่งเดียวเนื่องจากอินทรียวัตถุทั้งหมดของชีวมณฑลก่อตัวขึ้นคือคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) (CO 2) ซึ่งตั้งอยู่ในบรรยากาศและยังละลายในน้ำธรรมชาติใน แบบ HCO 3 . กลไกที่ทรงพลังที่สุดของการดูดซึม (การดูดซึม) ของคาร์บอน (ในรูปของ CO 2) - การสังเคราะห์ด้วยแสง - ดำเนินการทุกที่โดยพืชสีเขียว (คาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 100 พันล้านตันต่อปี) บนโลกยังมีวิธีการดูดซึม CO 2 ที่เก่าแก่กว่าเชิงวิวัฒนาการโดยการสังเคราะห์ทางเคมี ในกรณีนี้ จุลินทรีย์สังเคราะห์ทางเคมีไม่ได้ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ แต่เป็นพลังงานของการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบอนินทรีย์ สัตว์ส่วนใหญ่บริโภคคาร์บอนด้วยอาหารในรูปของสารประกอบอินทรีย์สำเร็จรูป เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะระหว่างสิ่งมีชีวิต autotrophic และสิ่งมีชีวิต heterotrophic ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการดูดซึมของสารประกอบอินทรีย์ การใช้จุลินทรีย์ในการสังเคราะห์โปรตีนและสารอาหารอื่นๆ โดยใช้น้ำมันไฮโดรคาร์บอนเป็นแหล่งคาร์บอนเพียงแหล่งเดียว เป็นปัญหาทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่สำคัญในปัจจุบัน

ปริมาณคาร์บอนในสิ่งมีชีวิตบนพื้นฐานวัตถุแห้งคือ 34.5-40% สำหรับพืชและสัตว์น้ำ 45.4-46.5% สำหรับพืชและสัตว์บก และ 54% สำหรับแบคทีเรีย ในกระบวนการของกิจกรรมที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต สาเหตุหลักมาจากการหายใจของเนื้อเยื่อ การสลายตัวออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อย CO 2 ออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก คาร์บอนยังถูกปลดปล่อยออกมาโดยเป็นส่วนหนึ่งของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่มีความซับซ้อนมากขึ้นของการเผาผลาญอาหาร หลังจากการตายของสัตว์และพืช ส่วนหนึ่งของคาร์บอนจะถูกแปลงเป็น CO 2 อีกครั้งอันเป็นผลมาจากกระบวนการสลายตัวที่ดำเนินการโดยจุลินทรีย์ นี่คือวัฏจักรคาร์บอนในธรรมชาติ คาร์บอนส่วนสำคัญของแร่ถูกทำให้เป็นแร่และก่อตัวเป็นซากฟอสซิลคาร์บอน: ถ่านหิน น้ำมัน หินปูน และอื่นๆ นอกจากหน้าที่หลักแล้ว - แหล่งที่มาของคาร์บอน - CO 2 ที่ละลายในน้ำธรรมชาติและของเหลวชีวภาพยังเกี่ยวข้องกับการรักษาความเป็นกรดของสิ่งแวดล้อมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการชีวิต เป็นส่วนหนึ่งของ CaCO 3 คาร์บอนจะสร้างโครงกระดูกด้านนอกของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังหลายชนิด (เช่น หอยหอย) และยังพบในปะการัง เปลือกไข่ของนก และอื่นๆ สารประกอบคาร์บอนเช่น HCN, CO, CCl 4 ซึ่งมีอยู่ทั่วไปใน ยิ่งไปกว่านั้น ในกระบวนการวิวัฒนาการทางชีววิทยา พวกมันกลายเป็นสารต้านเมแทบอลิซึมที่แข็งแรงของเมแทบอลิซึมของโลก

นอกจากไอโซโทปที่เสถียรของคาร์บอนแล้ว กัมมันตภาพรังสี 14 C ยังแพร่หลายในธรรมชาติ (ประกอบด้วย 0.1 microcurie ในร่างกายมนุษย์) ความก้าวหน้าที่สำคัญหลายประการในการศึกษาเมแทบอลิซึมและวัฏจักรคาร์บอนในธรรมชาตินั้นเกี่ยวข้องกับการใช้ไอโซโทปคาร์บอนในการวิจัยทางชีววิทยาและทางการแพทย์ ดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของฉลากเรดิโอคาร์บอนความเป็นไปได้ของการแก้ไข H 14 CO 3 - โดยพืชและเนื้อเยื่อสัตว์ได้รับการพิสูจน์แล้วลำดับของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงได้ถูกสร้างขึ้นการศึกษาการแลกเปลี่ยนกรดอะมิโนเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจำนวนมาก ตรวจสอบสารประกอบ ฯลฯ การใช้ 14 C มีส่วนทำให้ความสำเร็จของอณูชีววิทยาในกลไกการศึกษาการสังเคราะห์โปรตีนและการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม การกำหนดกิจกรรมจำเพาะของ 14 C ในซากอินทรีย์ที่มีคาร์บอนทำให้สามารถตัดสินอายุได้ ซึ่งใช้ในซากดึกดำบรรพ์และโบราณคดี

อยู่ในสถานะการเชื่อมต่อ คาร์บอนเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่เรียกว่าสารอินทรีย์ นั่นคือ สารมากมายที่อยู่ในร่างกายของพืชและสัตว์ทุกชนิด อยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำและอากาศ และอยู่ในรูปของเกลือของคาร์บอนไดออกไซด์และสารอินทรีย์ตกค้างในดินและมวลของเปลือกโลก ทุกคนรู้จักความหลากหลายของสารที่ประกอบเป็นร่างกายของสัตว์และพืช ขี้ผึ้งและน้ำมัน น้ำมันสนและเรซิน กระดาษฝ้ายและโปรตีน เนื้อเยื่อเซลล์พืชและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อสัตว์ กรดทาร์ทาริกและแป้ง สารเหล่านี้และสารอื่น ๆ อีกมากมายที่รวมอยู่ในเนื้อเยื่อและน้ำผลไม้ของพืชและสัตว์เป็นสารประกอบคาร์บอน สาขาของสารประกอบคาร์บอนมีขนาดใหญ่มากจนเป็นสาขาเคมีพิเศษ กล่าวคือ เคมีของคาร์บอนหรือสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ดีกว่า

คำเหล่านี้จากพื้นฐานเคมีโดย D. I. Mendeleev ทำหน้าที่เป็นบทสรุปโดยละเอียดของเรื่องราวของเราเกี่ยวกับองค์ประกอบสำคัญ - คาร์บอน อย่างไรก็ตาม มีวิทยานิพนธ์หนึ่งฉบับที่นี่ ซึ่งจากมุมมองของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ของสสาร สามารถโต้แย้งได้ แต่มีรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

อาจเป็นไปได้ว่านิ้วมือบนมือจะเพียงพอที่จะนับองค์ประกอบทางเคมีที่หนังสือวิทยาศาสตร์อย่างน้อยหนึ่งเล่มไม่ได้อุทิศให้กับ แต่หนังสือวิทยาศาสตร์ยอดนิยมอิสระ - ไม่ใช่โบรชัวร์บน 20 หน้าที่ไม่สมบูรณ์พร้อมกระดาษห่อปก แต่มีปริมาณค่อนข้างคงที่เกือบ 500 หน้า - มีองค์ประกอบเพียงชิ้นเดียวในเนื้อหา - คาร์บอน

โดยทั่วไปแล้ว วรรณกรรมเกี่ยวกับคาร์บอนนั้นร่ำรวยที่สุด ประการแรกคือหนังสือและบทความทั้งหมดของนักเคมีอินทรีย์โดยไม่มีข้อยกเว้น ประการที่สองเกือบทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับพอลิเมอร์ ประการที่สาม สิ่งพิมพ์มากมายที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงฟอสซิล ประการที่สี่ ส่วนสำคัญของวรรณกรรมชีวการแพทย์ ...

ดังนั้นเราจะไม่พยายามโอบรับความใหญ่โต (ไม่ใช่โดยบังเอิญที่ผู้เขียนหนังสือยอดนิยมเกี่ยวกับองค์ประกอบหมายเลข 6 เรียกมันว่า "ไม่สิ้นสุด"!) แต่เราจะเน้นเฉพาะสิ่งสำคัญจากประเด็นหลัก - เราจะพยายามดูคาร์บอนจากสามมุมมอง

คาร์บอนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบไม่กี่อย่าง"ไม่มีครอบครัว ไม่มีเผ่า" ประวัติการสัมผัสของมนุษย์กับสารนี้ย้อนกลับไปในสมัยก่อนประวัติศาสตร์ ไม่ทราบชื่อผู้ค้นพบคาร์บอน และยังไม่ทราบว่ารูปแบบใดของธาตุคาร์บอน - เพชรหรือกราไฟต์ - ถูกค้นพบก่อนหน้านี้ ทั้งสองเกิดขึ้นนานเกินไปแล้ว มีเพียงสิ่งเดียวเท่านั้นที่สามารถระบุได้: ก่อนเพชรและก่อนกราไฟต์ สารถูกค้นพบ ซึ่งเมื่อสองสามทศวรรษก่อนถือเป็นรูปแบบที่สาม ของธาตุคาร์บอน - ถ่านหินอสัณฐาน แต่ในความเป็นจริง ถ่าน แม้แต่ถ่านก็ไม่ใช่คาร์บอนบริสุทธิ์ ประกอบด้วยไฮโดรเจน ออกซิเจน และธาตุอื่นๆ จริงอยู่ พวกมันสามารถกำจัดออกได้ แต่ถึงกระนั้นคาร์บอนของถ่านหินก็จะไม่กลายเป็นการดัดแปลงของธาตุคาร์บอนโดยอิสระ สิ่งนี้ก่อตั้งขึ้นเฉพาะในไตรมาสที่สองของศตวรรษของเรา การวิเคราะห์โครงสร้างแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนอสัณฐานโดยพื้นฐานแล้วเป็นกราไฟต์เดียวกัน ซึ่งหมายความว่าไม่ใช่อสัณฐาน แต่เป็นผลึก มีเพียงคริสตัลที่มีขนาดเล็กมากและมีข้อบกพร่องมากกว่านั้น หลังจากนั้น พวกเขาเริ่มเชื่อว่าคาร์บอนบนโลกมีอยู่ในรูปแบบพื้นฐานสองแบบเท่านั้น - ในรูปของกราไฟต์และเพชร

คุณเคยคิดบ้างไหมว่าสาเหตุของ “ลุ่มน้ำ” ที่แหลมคมของคุณสมบัติที่ไหลผ่านในช่วงเวลาสั้น ๆ ที่สองของตารางธาตุตามเส้นแยกคาร์บอนออกจากไนโตรเจนที่ตามมา? ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟลูออรีน เป็นก๊าซภายใต้สภาวะปกติ คาร์บอน - ในรูปแบบใด - เป็นของแข็ง จุดหลอมเหลวของไนโตรเจนคือลบ 210.5 °C และคาร์บอน (ในรูปของกราไฟท์ภายใต้ความดันมากกว่า 100 atm) จะอยู่ที่ประมาณบวก 4000 °C...

Dmitri Ivanovich Mendeleev เป็นคนแรกที่แนะนำว่าความแตกต่างนี้เกิดจากโครงสร้างโพลีเมอร์ของโมเลกุลคาร์บอน เขาเขียนว่า: "ถ้าคาร์บอนก่อตัวเป็นโมเลกุล C 2 เช่น O 2 ก็จะเป็นก๊าซ" และยิ่งไปกว่านั้น: “ความสามารถของอะตอมถ่านหินในการรวมตัวกันและให้โมเลกุลที่ซับซ้อนนั้นแสดงออกมาในสารประกอบคาร์บอนทั้งหมด ไม่มีองค์ประกอบใดที่มีความสามารถในการทำให้เกิดภาวะแทรกซ้อนได้จนถึงระดับคาร์บอน จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีพื้นฐานสำหรับการกำหนดระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของโมเลกุลคาร์บอน กราไฟต์ เพชร มีเพียงคนเดียวเท่านั้นที่คิดว่ามี C p โดยที่ n เป็นค่าขนาดใหญ่

คาร์บอนและโพลีเมอร์

สมมติฐานนี้ได้รับการยืนยันในยุคของเรา ทั้งกราไฟต์และเพชรเป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนเดียวกัน

ตามคำพูดของศาสตราจารย์ Yu.V. Khodakov "บนพื้นฐานของธรรมชาติของกองกำลังที่จะเอาชนะ อาชีพของช่างตัดเพชรสามารถนำมาประกอบกับวิชาชีพเคมี" แท้จริงแล้ว เครื่องตัดต้องเอาชนะแรงที่ไม่ค่อนข้างอ่อนแอของปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล แต่ด้วยแรงของพันธะเคมี ซึ่งรวมอะตอมของคาร์บอนเข้าเป็นโมเลกุลของเพชร คริสตัลเพชรใดๆ ก็ตาม แม้แต่ Cullinan ขนาดใหญ่ 600 กรัม ก็ยังเป็นหนึ่งโมเลกุล ซึ่งเป็นโมเลกุลของพอลิเมอร์สามมิติที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอสูงและเกือบจะสมบูรณ์แบบ

กราไฟท์เป็นอีกเรื่องหนึ่ง การจัดลำดับโพลีเมอร์ที่นี่ขยายได้เพียงสองทิศทางเท่านั้น - ตามแนวระนาบไม่ใช่ในอวกาศ ในกราไฟต์ชิ้นหนึ่ง เครื่องบินเหล่านี้ก่อตัวเป็นแพ็คที่มีความหนาแน่นพอสมควร ชั้นซึ่งเชื่อมต่อถึงกันไม่ใช่ด้วยแรงทางเคมี แต่เกิดจากแรงปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอกว่า นั่นคือเหตุผลที่ทำให้การผลัดเซลล์ผิวกราไฟท์เป็นเรื่องง่ายแม้จากการสัมผัสกับกระดาษ ในเวลาเดียวกัน มันยากมากที่จะทำลายแผ่นกราไฟท์ในทิศทางตามขวาง - ที่นี่พันธะเคมีตอบโต้

เป็นคุณสมบัติของโครงสร้างโมเลกุลที่อธิบายความแตกต่างอย่างมากในคุณสมบัติของกราไฟท์และเพชร กราไฟต์เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ในขณะที่เพชรเป็นฉนวน กราไฟต์ไม่ส่งแสงเลย - เพชรมีความโปร่งใส ไม่ว่าเพชรจะถูกออกซิไดซ์อย่างไร มีเพียง CO 2 เท่านั้นที่จะเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน และโดยการออกซิไดซ์กราไฟต์ คุณจะได้ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางหลายอย่างหากต้องการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรดกราไฟท์ (องค์ประกอบตัวแปร) และกรดเมลิติก C 6 (COOH) 6 ออกซิเจนถูกเชื่อมระหว่างชั้นของแพ็คกราไฟท์และออกซิไดซ์เฉพาะอะตอมของคาร์บอนบางส่วนเท่านั้น ในเพชรคริสตัล จุดอ่อนไม่และด้วยเหตุนี้การเกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์หรือการไม่เกิดออกซิเดชันที่สมบูรณ์จึงเป็นไปได้ - ไม่มีทางที่สาม ...

ดังนั้นจึงมีพอลิเมอร์ "เชิงพื้นที่" ของธาตุคาร์บอน มี "ระนาบ" โดยหลักการแล้ว การมีอยู่ของพอลิเมอร์เชิงเส้น "หนึ่งมิติ" ของคาร์บอนนั้นได้รับการสันนิษฐานมานานแล้ว แต่ยังไม่พบในธรรมชาติ

ไม่พบในขณะนี้ ไม่กี่ปีหลังจากการสังเคราะห์ พบพอลิเมอร์คาร์บอนเชิงเส้นในปล่องอุกกาบาตในเยอรมนี และนักเคมีชาวโซเวียตคนแรก V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin และ Yu.P. คุดริฟต์เซฟ. พอลิเมอร์เชิงเส้นของคาร์บอนมีชื่อว่าคาร์ไบน์ ภายนอกดูเหมือนผงผลึกละเอียดสีดำ มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์ และภายใต้การกระทำของแสง ค่าการนำไฟฟ้าของปืนสั้นจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ปืนสั้นยังเปิดเผยคุณสมบัติที่ไม่คาดคิดอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น ปรากฎว่าเมื่อเลือดสัมผัสกับมัน จะไม่เกิดลิ่มเลือด - ลิ่มเลือด ดังนั้นเส้นใยที่เคลือบด้วยปืนสั้นจึงเริ่มถูกนำมาใช้ในการผลิตหลอดเลือดเทียมที่ร่างกายไม่ได้ปฏิเสธ

ตามที่ผู้ค้นพบปืนสั้นสิ่งที่ยากที่สุดสำหรับพวกเขาคือการพิจารณาว่าอะตอมของคาร์บอนเชื่อมต่อกันเป็นพันธะประเภทใด มันสามารถมีพันธะเดี่ยวและสามตัวสลับกัน (-C = C-C=C -C=) หรืออาจมีพันธะคู่เท่านั้น (=C=C=C=C=)... และอาจมีทั้งสองอย่างพร้อมกัน . เพียงไม่กี่ปีต่อมา Korshak และ Sladkov ก็สามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่มีพันธะคู่ในปืนสั้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากทฤษฎีอนุญาตให้มีพอลิเมอร์คาร์บอนเชิงเส้นที่มีพันธะคู่เท่านั้น จึงมีความพยายามเพื่อให้ได้มาซึ่งความหลากหลายนี้ โดยพื้นฐานแล้ว การดัดแปลงธาตุคาร์บอนครั้งที่สี่

คาร์บอนในแร่ธาตุ

สารนี้ได้รับจากสถาบัน Organoelement Compounds ของ USSR Academy of Sciences พอลิเมอร์คาร์บอนเชิงเส้นชนิดใหม่นี้มีชื่อว่า พอลิคิวมูลีน และตอนนี้รู้จักพอลิเมอร์เชิงเส้นของคาร์บอนอย่างน้อยแปดตัวซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างของผลึกขัดแตะ ในวรรณคดีต่างประเทศ ทั้งหมดเรียกว่าคาร์บีน

องค์ประกอบนี้เป็นเตตระวาเลนต์เสมอ แต่เนื่องจากอยู่ในช่วงกลางของคาบ สถานะออกซิเดชันในสถานการณ์ที่ต่างกันคือ +4 หรือ -4 ในปฏิกิริยากับอโลหะ จะเป็นอิเล็กโตรโพซิทีฟ ส่วนโลหะจะกลับกัน . แม้แต่ในกรณีที่พันธะไม่ใช่ไอออนิกแต่เป็นโควาเลนต์ คาร์บอนก็ยังคงเป็นจริงสำหรับตัวมันเอง - ความจุอย่างเป็นทางการของมันยังเท่ากับสี่

มีสารประกอบน้อยมากที่คาร์บอนอย่างน้อยก็แสดงความจุอย่างเป็นทางการมากกว่าสี่ชนิด โดยทั่วไปรู้จักสารประกอบดังกล่าวเพียงชนิดเดียวเท่านั้นคือ CO คาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งคาร์บอนดูเหมือนจะเป็นไดวาเลนต์ ดูเหมือนว่าแม่นยำเพราะในความเป็นจริงมีการเชื่อมต่อที่ซับซ้อนกว่า อะตอมของคาร์บอนและออกซิเจนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโพลาไรซ์ 3 โควาเลนต์ และสูตรโครงสร้างของสารประกอบนี้เขียนได้ดังนี้: O + \u003d C "

ในปี 1900 M. Gomberg ได้รับสารประกอบอินทรีย์ triphenylmethyl (C 6 H 5) 3 C ดูเหมือนว่าอะตอมของคาร์บอนที่นี่มีไตรวาเลนท์ แต่ต่อมากลับกลายเป็นว่าคราวนี้ความจุที่ผิดปกตินั้นเป็นทางการอย่างหมดจด Triphenylmethyl และแอนะล็อกของมันเป็นอนุมูลอิสระ แต่ต่างจากอนุมูลส่วนใหญ่ พวกมันค่อนข้างเสถียร

ในอดีต สารประกอบคาร์บอนน้อยมากที่ยังคง "อยู่ใต้หลังคา" ของเคมีอนินทรีย์ เหล่านี้คือคาร์บอนออกไซด์, คาร์ไบด์ - สารประกอบที่มีโลหะ, เช่นเดียวกับโบรอนและซิลิกอน, คาร์บอเนต - เกลือของกรดคาร์บอนิกที่อ่อนแอที่สุด, คาร์บอนไดซัลไฟด์ CS 2, สารประกอบไซยาไนด์ เราต้องปลอบใจตัวเองด้วยความจริงที่ว่า "เพลา" มักเกิดขึ้น (หรือเกิดขึ้น) ในการผลิต ซึ่งชดเชยข้อบกพร่องในระบบการตั้งชื่อ อันที่จริง คาร์บอนส่วนที่ใหญ่ที่สุดของเปลือกโลกไม่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตของพืชและสัตว์ ไม่ใช่ในถ่านหิน น้ำมัน และอินทรียวัตถุอื่น ๆ ที่นำมารวมกัน แต่ในสารประกอบอนินทรีย์เพียงสองชนิด - หินปูน CaCO 3 และโดโลไมต์ MgCa (CO 3 ) 2. คาร์บอนเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุอีกสองสามโหล เพียงจำไว้ว่าหินอ่อน CaCO 3 (พร้อมสารเติมแต่ง), มาลาไคต์ Cu 2 (OH) 2 CO 3 แร่สังกะสี สมิธโซไนต์ ZnCO 3 ... มีคาร์บอนทั้งในหินอัคนีและหินแตกผลึก

แร่ธาตุที่มีคาร์ไบด์นั้นหายากมาก ตามกฎแล้วสารเหล่านี้เป็นสารที่มีแหล่งกำเนิดลึกเป็นพิเศษ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงถือว่ามีคาร์บอนอยู่ในแกนกลางของโลก

สำหรับอุตสาหกรรมเคมี คาร์บอนและสารประกอบอนินทรีย์ของคาร์บอนเป็นที่สนใจอย่างมาก โดยมักจะเป็นวัตถุดิบ มักใช้เป็นวัสดุโครงสร้างน้อยกว่า

อุปกรณ์หลายอย่างในอุตสาหกรรมเคมี เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ทำจากกราไฟท์ และนี่เป็นเรื่องปกติ: กราไฟท์มีความทนทานต่อความร้อนและสารเคมีได้ดี และในขณะเดียวกันก็นำความร้อนได้ดีมาก กราไฟต์ได้กลายเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีเจ็ทด้วยคุณสมบัติเดียวกัน หางเสือทำจากกราไฟต์ซึ่งทำงานโดยตรงกับเปลวไฟของอุปกรณ์หัวฉีด แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะจุดไฟท์ในอากาศ (แม้ในออกซิเจนบริสุทธิ์ แต่ก็ไม่ง่ายที่จะทำเช่นนี้) และเพื่อให้กราไฟท์ระเหย อุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิที่พัฒนาขึ้นแม้ในเครื่องยนต์จรวดก็เป็นสิ่งจำเป็น นอกจากนี้ภายใต้ความดันปกติกราไฟท์เช่นหินแกรนิตจะไม่ละลาย

เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงการผลิตไฟฟ้าเคมีสมัยใหม่โดยปราศจากกราไฟท์ อิเล็กโทรดกราไฟต์ไม่เพียงใช้โดยนักเคมีไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังใช้โดยนักเคมีด้วย พอจำได้ว่าในอิเล็กโทรไลเซอร์ที่ใช้ในการผลิตโซดาไฟและคลอรีน แอโนดเป็นกราไฟท์

การใช้คาร์บอน

มีการเขียนหนังสือหลายเล่มเกี่ยวกับการใช้สารประกอบคาร์บอนในอุตสาหกรรมเคมี แคลเซียมคาร์บอเนต หินปูน ทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตปูนขาว ซีเมนต์ แคลเซียมคาร์ไบด์ แร่อีกชนิดหนึ่ง - โดโลไมต์ - คือ "บรรพบุรุษ" ของกลุ่มวัสดุทนไฟโดโลไมต์กลุ่มใหญ่ โซเดียมคาร์บอเนตและไบคาร์บอเนต - โซดาแอชและโซดาดื่ม หนึ่งในผู้บริโภคหลักของโซดาแอชเป็นและยังคงเป็นอุตสาหกรรมแก้ว ซึ่งใช้ประมาณหนึ่งในสามของการผลิต Na 2 CO 3 ของโลก

และสุดท้าย เกี่ยวกับคาร์ไบด์เล็กน้อย โดยปกติเมื่อพูดถึงคาร์ไบด์ พวกเขาหมายถึงแคลเซียมคาร์ไบด์ - แหล่งที่มาของอะเซทิลีนและด้วยเหตุนี้ผลิตภัณฑ์จำนวนมากของการสังเคราะห์สารอินทรีย์ แต่แคลเซียมคาร์ไบด์แม้ว่าจะมีชื่อเสียงมากที่สุด แต่ก็ไม่ได้เป็นสารที่สำคัญและจำเป็นเพียงอย่างเดียวของกลุ่มนี้ โบรอนคาร์ไบด์ B 4 C เป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับอะตอม

เทคโนโลยีซิลิกอนคาร์ไบด์ SiC หรือคาร์บอรันดัมเป็นวัสดุขัดถูที่สำคัญที่สุด คาร์ไบด์ของโลหะหลายชนิดมีความทนทานต่อสารเคมีสูงและมีความแข็งเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น carborundum นั้นด้อยกว่าเพชรเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ความแข็งในระดับ Mooca คือ 9.5-9.75 (เพชร - 10) แต่คาร์บอรันดัมมีราคาถูกกว่าเพชร ได้มาจากเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิประมาณ 2,000 ° C จากส่วนผสมของโค้กและทรายควอทซ์

ตามที่นักวิชาการโซเวียตที่มีชื่อเสียง I.L. Knunyants เคมีอินทรีย์ถือได้ว่าเป็นสะพานที่วิทยาศาสตร์โยนทิ้งตั้งแต่ธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตไปจนถึงรูปแบบสูงสุด - ชีวิต และเมื่อหนึ่งศตวรรษครึ่งที่แล้ว นักเคมีที่เก่งที่สุดในยุคนั้นเองก็เชื่อและสอนสาวกของพวกเขาว่าเคมีอินทรีย์เป็นศาสตร์ของสารที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมและอยู่ภายใต้การแนะนำของ "สสาร" ที่แปลกประหลาดบางอย่าง - พลังชีวิต แต่ในไม่ช้าพลังนี้ก็ถูกส่งไปยังถังขยะของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ การสังเคราะห์สารอินทรีย์หลายชนิด เช่น ยูเรีย กรดอะซิติก ไขมัน สารคล้ายน้ำตาล ทำให้ไม่จำเป็น

คำจำกัดความคลาสสิกของ K. Schorlemmer ปรากฏขึ้นซึ่งไม่สูญเสียความหมายแม้ 100 ปีต่อมา: "เคมีอินทรีย์คือเคมีของไฮโดรคาร์บอนและอนุพันธ์ของพวกมัน นั่นคือผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนถูกแทนที่ด้วยอะตอมหรือกลุ่มอะตอมอื่น"

ดังนั้น สารอินทรีย์จึงเป็นคุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบไม่ใช่เพียงองค์ประกอบเดียว แต่เป็นสารประกอบประเภทเดียวขององค์ประกอบนี้ แต่ชั้นอะไร! ชั้นเรียนไม่ได้แบ่งออกเป็นกลุ่มและกลุ่มย่อยเท่านั้น - เป็นวิทยาศาสตร์อิสระ พวกมันออกมาจากสารอินทรีย์ ชีวเคมี เคมีของโพลีเมอร์สังเคราะห์ เคมีของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและยาที่แยกออกมาจากสารอินทรีย์ ...

สารประกอบอินทรีย์นับล้าน (สารประกอบคาร์บอน!) และสารประกอบอื่น ๆ รวมกันประมาณหนึ่งแสนชนิดรวมกันเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว

เป็นที่ทราบกันดีว่าชีวิตถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานคาร์บอน แต่ทำไมคาร์บอนซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในโลกถึง 11 ชนิดจึงได้รับงานที่ยากในการเป็นพื้นฐานของทุกชีวิต?

คำตอบสำหรับคำถามนี้ไม่ชัดเจน ประการแรก "ในองค์ประกอบใดไม่มีองค์ประกอบใดที่สามารถทำให้เกิดภาวะแทรกซ้อนได้จนถึงระดับคาร์บอน" ประการที่สอง คาร์บอนสามารถรวมเข้ากับองค์ประกอบส่วนใหญ่ได้ และในหลากหลายวิธี ประการที่สาม พันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอน เช่นเดียวกับอะตอมของไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน กำมะถัน ฟอสฟอรัส และองค์ประกอบอื่นๆ ที่ประกอบเป็นสารอินทรีย์สามารถถูกทำลายได้ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยทางธรรมชาติ ดังนั้นคาร์บอนจึงหมุนเวียนอยู่ในธรรมชาติอย่างต่อเนื่อง จากบรรยากาศสู่พืช จากพืชสู่สิ่งมีชีวิต จากสิ่งมีชีวิตสู่ความตาย

จากคนตายสู่คนเป็น...

เวเลนซ์ทั้งสี่ของอะตอมคาร์บอนเปรียบเสมือนสี่มือ และถ้าอะตอมสองอะตอมเชื่อมต่อกันแสดงว่ามี "แขน" อยู่แล้วหกอัน หรือ - สี่ถ้าใช้อิเล็กตรอนสองตัวในการสร้างคู่ (พันธะคู่) หรือ - เพียงสองถ้าพันธะเช่นเดียวกับอะเซทิลีนเป็นสามเท่า แต่พันธะเหล่านี้ (เรียกว่าไม่อิ่มตัว) เป็นเหมือนระเบิดในกระเป๋าเสื้อหรือมารในขวด พวกเขาถูกซ่อนไว้ในขณะนี้ แต่ในช่วงเวลาที่เหมาะสมพวกเขาหลุดพ้นจากเกมการพนันที่มีปฏิสัมพันธ์ทางเคมีและการเปลี่ยนแปลง โครงสร้างที่หลากหลายเกิดขึ้นจาก "เกม" เหล่านี้หากคาร์บอนมีส่วนเกี่ยวข้อง บรรณาธิการของ "สารานุกรมสำหรับเด็ก" คำนวณจากอะตอมของคาร์บอน 20 อะตอมและอะตอมไฮโดรเจน 42 อะตอม, ไฮโดรคาร์บอนที่แตกต่างกัน 366,319 ตัว, สาร 366,319 ขององค์ประกอบ C 20 H42 และถ้าไม่มีผู้เข้าร่วมหกสิบคนใน "เกม" แต่หลายพันคน ถ้าในหมู่พวกเขาไม่ใช่ตัวแทนของ "ทีม" สองทีม แต่ให้พูดว่าแปด!

ที่ใดมีคาร์บอน ที่นั่นย่อมมีความหลากหลาย ที่ใดมีคาร์บอน ที่นั่นย่อมมีปัญหา และการออกแบบที่แตกต่างกันมากที่สุดในสถาปัตยกรรมโมเลกุล โซ่ธรรมดาเช่นเดียวกับในบิวเทน CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 หรือโพลีเอทิลีน -CH 2 -CH 2 -CH 2 - CH 2 - และโครงสร้างที่แตกแขนงง่ายที่สุดคือไอโซบิวเทน