История открытия углерода и его роль в природе

Углерод – основа земной жизни. Он содержится во многих соединениях, в т. ч. и органических. В природе встречается в виде различных аллотропных модификаций, от которых зависят проявляемые им свойства.

История открытия

Алмаз, графит и древесный уголь, который необходим при изготовлении изделий из металла, были хорошо известны еще до нашей эры. Но тогда углерод не выделялся как отдельный химический элемент. Вплоть до 18 века не были известны его молекулярная формула, масса и другие характеристики.

Английский химик Теннант в 1791 г. впервые получил чистое вещество. В ходе своего опыта он пропустил пары фосфора через прокаленный мел. При этом выделился чистый углерод. Побочный результат такой реакции – образование фосфата кальция.

До этого ученого проводилось немало опытов с данным химическим элементом. Французский химик Лавуазье ставил эксперимент, в ходе которого сжигал алмазы. Помещенный в зажигательный аппарат камень сгорел так, что после него ничего не осталось. Тем самым было доказано, что алмаз – это твердое состояние углерода. Сейчас это называется аллотропной модификацией.

Со временем также узнали характеристики этого элемента:

•  массовую долю;
•  молекулярную формулу;
•  атомный радиус и др.

Углерод в таблице Менделеева

В таблице Менделеева углерод находится под 6 номером. Его международное обозначение – латинская буква С. Этот значок используется при записи химических формул. Располагается во втором периоде, четвертой группе, главной подгруппе. Его молекулярная масса равна 12,011 атомных единиц.

В естественных условиях обнаружены 3 изотопа, 2 из которых стабильны (12С и 13С), а последний радиоактивен (14С). Период полураспада изотопа – 5730 лет. В природе образуется в верхних слоях атмосферы. Но благодаря прогрессу данный элемент можно встретить в атмосфере в результате техногенного действия атомных электростанций (Чернобыльская АЭС), а также при применении водородных бомб.

Строение атома углерода

С помощью таблицы Менделеева можно определить строение этого элемента:

1. Он обладает 2 оболочками из-за того, что находится во втором периоде. 
2. По порядковому номеру устанавливается одинаковое количество протонов и электронов (атом – это нейтральная частица).
3. Число нейтронов равно разности между относительной атомной массой и порядковым номером.

Протоны находятся в ядре, которое имеет заряд +6. Электроны распределены по 2 уровням. На первом, внутреннем, находятся 2 электрона. А на внешнем – 4 валентных.

Электронная формула выглядит следующем образом:

Уроки химии: катионы и анионы – что это такое? Ответ в одной из наших статей.

Физические свойства

Этот элемент таблицы Менделеева является типичным неметаллом, поэтому проявляет соответствующие свойства. Науке известно множество его аллотропных соединений. Каждое из них обладает своими собственными признаками, отличаясь от других форм физическими параметрами и химической активностью. 

Самые известные аллотропные модификации:

• алмаз;
• графит;
• уголь;
• сажа и др. 

Алмаз – один из наиболее твердых драгоценных камней. Им можно разрезать стекло. Графит – это грифель карандаша. Мы его используем каждый день. Структура угля и сажи тоже всем знакома.

Физические свойства веществ кардинально различаются. Но несмотря на такие колоссальные отличия, все они обладают молекулярной формулой углерода.

Химические свойства

Углерод пассивен при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Но для экспериментов создаются специальные условия. Поэтому, несмотря на пассивность, он вступает во взаимодействие при наличии катализаторов.

Физические и химические свойства карбоновых кислот.Ознакомиться можно по ссылке.

Углерод в природе 

Углерод – это неотъемлемая часть всей нашей жизни, без него она была бы невозможна. Это можно понять по его относительной доле в мире: 3,54%. Человек и другие организмы на 1⁄6 состоят из этого элемента. 

В земной коре массовая доля углерода составляет 0,015%. Он содержится во многих важных природных ресурсах, которые делают нашу жизнь простой и комфортной: 

• нефть;
• природный газ;
• уголь;
• торф;
• известняк и др. 

В углеводородах (основа органической химии) массовая доля углерода 84%.

Это вещество, как вода, участвует в непрерывном круговороте из земной коры в биосферу. Схему круговорота можно увидеть на рисунке ниже.

Применения

Соединения, содержащие в своем составе углерод, применяются в машиностроение и самолетостроении. Газ и уголь обеспечивают тепло в домах. Электричество получают с помощью ТЭС, которые в качестве топлива используют аллотропные соединения этого элемента. 

Помимо таких важных промышленных отраслей, его можно также встретить в ювелирном деле и в медицине. С помощью радиоактивного изотопа в археологии проводится радиоуглеродное датирование.

Расскажите в комментариях, какие интересные факты вы знаете об этом химическом элементе.

Дополнит статью видео рассказ об углероде: