Нүүрстөрөгч нь Нүүрстөрөгчийн атом. Нүүрстөрөгчийн масс

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 05:36

Органик болон органик бус байгалийн асар олон төрлийн нэгдлүүдийг үүсгэж чаддаг хамгийн гайхалтай элементүүдийн нэг бол нүүрстөрөгч юм. Энэ элемент нь маш ер бусын шинж чанартай тул Менделеев хүртэл түүний агуу ирээдүйг урьдчилан таамаглаж, хараахан илчлээгүй байгаа шинж чанаруудын талаар ярьж байсан.

Дараа нь практикт батлагдсан. Энэ бол бүх амьд оршнолуудын нэг хэсэг болох манай гаригийн биогенийн гол элемент болох нь тодорхой болсон. Нэмж дурдахад, бүх талаараа эрс ялгаатай, гэхдээ тэр үед зөвхөн нүүрстөрөгчийн атомуудаас бүрддэг хэлбэрээр оршин тогтнох чадвартай.

Ерөнхийдөө энэ бүтэц нь олон онцлогтой бөгөөд бид нийтлэлийн явцад тэдгээрийг шийдвэрлэхийг хичээх болно.

Нүүрстөрөгч: элементийн систем дэх томъёо ба байрлал

Тогтмол системд нүүрстөрөгчийн элемент нь үндсэн дэд бүлэг болох IV (14 дэх шинэ загварын дагуу) бүлэгт байрладаг. Түүний серийн дугаар нь 6, атомын жин нь 12.011. С тэмдэгтэй элементийн тэмдэглэгээ нь түүний нэрийг Латинаар илэрхийлдэг - carboneum. Нүүрстөрөгчийн хэд хэдэн хэлбэр байдаг. Тиймээс түүний томъёо нь өөр бөгөөд тодорхой өөрчлөлтөөс хамаарна.

Гэсэн хэдий ч урвалын тэгшитгэл бичихдээ тэмдэглэгээ нь тодорхой,мэдээж байгаа. Ерөнхийдөө аливаа бодисыг цэвэр хэлбэрээр нь ярихдаа индексжүүлэлтгүйгээр нүүрстөрөгчийн С-ийн молекулын томъёог авдаг.

Элементийн нээлтийн түүх

Энэ элемент өөрөө эрт дээр үеэс мэдэгдэж байсан. Эцсийн эцэст байгальд хамгийн чухал ашигт малтмалын нэг бол нүүрс юм. Тиймээс эртний Грекчүүд, Ромчууд болон бусад үндэстнүүдийн хувьд тэрээр нууц биш байсан.

Энэ төрөл зүйлээс гадна алмаз, бал чулууг бас ашигласан. Удаан хугацааны туршид төөрөгдүүлсэн нөхцөл байдал олон байсан, учир нь ихэвчлэн найрлагад дүн шинжилгээ хийхгүйгээр бал чулуунд ийм нэгдлүүдийг авдаг байсан, тухайлбал:

• мөнгөн хар тугалга;
• төмрийн карбид;
• молибдены сульфид.

Тэд бүгд хараар будсан тул бал чулуу гэж тооцогддог. Хожим нь энэ үл ойлголцол арилж, нүүрстөрөгчийн энэ хэлбэр өөрөө болсон.

1725 оноос хойш алмаз нь арилжааны чухал ач холбогдолтой байсан бөгөөд 1970 онд түүнийг зохиомлоор олж авах технологийг эзэмшсэн. 1779 оноос хойш Карл Шеелегийн ажлын ачаар нүүрстөрөгчийн химийн шинж чанарыг судалж эхэлсэн. Энэ нь энэ элементийн салбарт хэд хэдэн чухал нээлтүүдийн эхлэл байсан бөгөөд түүний бүх өвөрмөц шинж чанарыг олж мэдэх үндэс болсон.

Нүүрстөрөгчийн изотопууд ба байгальд тархалт

Хэдийгээр энэ элемент нь хамгийн чухал биогенийн нэг боловч дэлхийн царцдасын масс дахь түүний нийт агууламж 0.15% байна. Энэ нь байгалиасаа тогтсон байгалийн мөчлөгт байнгын эргэлтэнд ордогтой холбоотой.

Ер нь хэд хэдэн байгаанүүрстөрөгч агуулсан эрдсийн нэгдлүүд. Эдгээр нь байгалийн үүлдэр юм:

• доломит ба шохойн чулуу;
• антрацит;
• газрын тосны занар;
• байгалийн хий;
• нүүрс;
• тос;
• хүрэн нүүрс;
• хүлэр;
• битум.

Үүнээс гадна бид зөвхөн нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийн агуулах болох амьд биетүүдийн тухай мартаж болохгүй. Эцсийн эцэст тэд уураг, өөх тос, нүүрс ус, нуклейн хүчил үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хамгийн чухал бүтцийн молекулууд гэсэн үг юм. Ерөнхийдөө 70 кг-аас хуурай биеийн жинг хувиргахад 15 нь цэвэр элемент дээр унадаг. Амьтан, ургамал болон бусад амьтад битгий хэл хүн бүрт ийм байдаг.

Хэрэв бид агаар, усны найрлагыг, өөрөөр хэлбэл гидросфер болон агаар мандлыг бүхэлд нь авч үзвэл CO_{2 томъёогоор илэрхийлсэн нүүрстөрөгч-хүчилтөрөгчийн холимог байна.. Диоксид буюу нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь агаарыг бүрдүүлдэг гол хийн нэг юм. Энэ хэлбэрээр нүүрстөрөгчийн массын эзлэх хувь 0.046% байна. Бүр илүү их нүүрстөрөгчийн давхар исэл далай тэнгисийн усанд уусдаг.}

Нүүрстөрөгчийн элементийн атомын масс нь 12.011. Энэ утгыг байгальд байгаа бүх изотоп зүйлийн атомын жингийн хоорондох арифметик дундажаар тэдгээрийн тархалтыг (хувь хувиар) харгалзан тооцдог нь мэдэгдэж байна.). Энэ нь тухайн бодисын хувьд ч мөн адил юм. Нүүрстөрөгчийг агуулсан гурван үндсэн изотоп байдаг. Энэ нь:

• ¹²С - дийлэнх дэх массын хувь нь 98.93%;
• ¹³C -1.07%;
• ¹⁴C - цацраг идэвхт, хагас задралын хугацаа 5700 жил, тогтвортой бета ялгаруулагч.

Дээжийн геохронологийн насыг тодорхойлох практикт цацраг идэвхт изотоп ¹⁴С өргөн хэрэглэгддэг нь задралын хугацаа урт байдгийн үзүүлэлт юм.

Элементийн аллотроп өөрчлөлт

Нүүрстөрөгч нь энгийн бодис хэлбэрээр хэд хэдэн хэлбэрээр оршдог элемент юм. Энэ нь өнөө үед мэдэгдэж байгаа хамгийн олон тооны аллотроп өөрчлөлтийг бий болгох чадвартай.

1. Кристал өөрчлөлтүүд - ердийн атомын төрлийн тор бүхий хүчтэй бүтэц хэлбэрээр байдаг. Энэ бүлэгт дараах сортууд багтана:

• алмаз;
• фуллерен;
• графит;
• карбин;
• lonsdaleites;
• карбон фибр ба хоолой.

Бүгд зангилаанд нь нүүрстөрөгчийн атом байдаг болор торны бүтцээрээ ялгаатай. Тиймээс физик болон химийн аль алиных нь бүрэн өвөрмөц, ялгаатай шинж чанарууд.

2. Аморф хэлбэрүүд - тэдгээр нь зарим байгалийн нэгдлүүдийн нэг хэсэг болох нүүрстөрөгчийн атомаас үүсдэг. Өөрөөр хэлбэл, эдгээр нь цэвэр сорт биш, харин бусад элементүүдийн хольц бага хэмжээгээр агуулагддаг. Энэ бүлэгт багтана:

• идэвхжүүлсэн нүүрс;
• чулуу ба мод;
• тото;
• нүүрстөрөгчийн нанохөөс;
• антрацит;
• шилэн нүүрстөрөгч;
• техникийн төрлийн бодис.

Тэд мөн онцлог шинжээрээ нэгдсэнКристал торны бүтэц, тайлбарлах, илрэх шинж чанарууд.

3. Кластер хэлбэрийн нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд. Атомууд нь дотроос нь тусгай конформацийн хөндийд хаалттай, усаар эсвэл бусад элементүүдийн цөмөөр дүүрсэн ийм бүтэц юм. Жишээ нь:

• нүүрстөрөгчийн нанокон;
• астралчууд;
• дикарбон.

Аморф нүүрстөрөгчийн физик шинж чанар

Аллотропийн олон янзын өөрчлөлтөөс шалтгаалан нүүрстөрөгчийн нийтлэг физик шинж чанарыг тодорхойлоход хэцүү байдаг. Тодорхой хэлбэрийн талаар ярих нь илүү хялбар байдаг. Жишээ нь аморф нүүрстөрөгч нь дараах шинж чанартай байдаг.

1. Бүх хэлбэрийн гол цөм нь бал чулууны нарийн талст сортууд байдаг.
2. Дулааны багтаамж өндөр.
3. Сайн дамжуулагч шинж чанартай.
4. Нүүрстөрөгчийн нягт ойролцоогоор 2 г/см³.
5. 1600 ⁰C-ээс дээш халах үед бал чулуу хэлбэрт шилжинэ.

Төө тортог, нүүрс, чулуун сортуудыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар өргөнөөр ашигладаг. Эдгээр нь цэвэр хэлбэрээр нүүрстөрөгчийн өөрчлөлтийн илрэл биш боловч маш их хэмжээгээр агуулдаг.

Болор нүүрстөрөгч

Нүүрстөрөгч нь атомууд цуваа холбогдсон янз бүрийн төрлийн ердийн талст үүсгэдэг бодис болох хэд хэдэн сонголт байдаг. Үүний үр дүнд дараах өөрчлөлтүүд бий болсон.

1. Алмаз. Бүтэц нь куб хэлбэртэй бөгөөд дөрвөн тетраэдр холбогдсон байна. Үүний үр дүнд атом бүрийн бүх ковалент химийн холбоо үүсдэгхамгийн их ханасан, удаан эдэлгээтэй. Энэ нь физик шинж чанарыг тайлбарлаж байна: нүүрстөрөгчийн нягт нь 3300 кг/м³. Өндөр хатуулаг, бага дулаан багтаамж, цахилгаан дамжуулах чадваргүй байдал - энэ бүхэн болор торны бүтцийн үр дүн юм. Техникийн аргаар олж авсан алмазууд байдаг. Эдгээр нь өндөр температур, тодорхой даралтын нөлөөн дор бал чулууг дараагийн өөрчлөлтөд шилжүүлэх явцад үүсдэг. Ерөнхийдөө алмазын хайлах цэг нь бат бэхтэй адил өндөр байдаг - ойролцоогоор 3500 ⁰C.
2. Графит. Атомууд нь өмнөх бодисын бүтэцтэй төстэй байрладаг боловч зөвхөн гурван холбоо нь ханасан, дөрөв дэх нь урт, бага бат бөх болж, торны зургаан өнцөгт цагирагуудын "давхарга" -ыг холбодог. Үүний үр дүнд бал чулуу нь хүрэхэд зөөлөн, тослог хар бодис болох нь тогтоогджээ. Энэ нь цахилгаан дамжуулах чанар сайтай, хайлах температур өндөртэй - 3525 ⁰C. Сублимац хийх чадвартай - шингэн төлөвийг алгасаж, хатуу төлөвөөс хийн төлөвт шилжих (3700 ⁰С температурт). Нүүрстөрөгчийн нягт нь 2.26 г/см^3, нь алмазны нягтаас хамаагүй бага юм. Энэ нь тэдний өөр өөр шинж чанарыг тайлбарладаг. Кристал тор нь давхаргат бүтэцтэй тул бал чулууг харандааны утас үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжтой. Цаасан дээр гүйлгэж үзэхэд ширхэгүүд нь хуулж, цаасан дээр хар толбо үлдэнэ.
3. Фуллерен. Тэд зөвхөн өнгөрсөн зууны 80-аад онд нээгдсэн. Эдгээр нь нүүрстөрөгчийг төв хэсэгт байрлах тусгай гүдгэр хаалттай бүтэцтэй холбосон өөрчлөлтүүд юм.хоосон байдал. Мөн болор хэлбэр - олон талт, зөв зохион байгуулалт. Атомын тоо тэгш байна. Фуллерений хамгийн алдартай хэлбэр бол С₆₀ юм. Судалгааны явцад ижил төстэй бодисын дээж олдсон:

• солир;
• доод хурдас;
• фолгурит;
• шунгит;
• хий хэлбэрээр агуулагдах гадаад орон зай.

Бүх төрлийн талст нүүрстөрөгч нь инженерчлэлд ашигтай хэд хэдэн шинж чанартай байдаг тул практик ач холбогдолтой.

Уур үйлдэл

Молекул нүүрстөрөгч нь тогтвор суурьшилтай байдаг тул бага урвалд ордог. Зөвхөн атомд нэмэлт энерги өгч, гаднах түвшний электронуудыг ууршуулах замаар л урвалд орохыг албадах боломжтой. Энэ үед валент нь 4 болно. Тиймээс нэгдлүүдэд + 2, + 4, - 4 исэлдэлтийн төлөвтэй байна.

Металл ба металл бус энгийн бодисуудтай бараг бүх урвал өндөр температурын нөлөөн дор явагддаг. Асуудалтай элемент нь исэлдүүлэгч бодис ба бууруулагч бодис байж болно. Гэсэн хэдий ч сүүлийн шинж чанарууд нь ялангуяа тод илэрдэг бөгөөд энэ нь түүнийг металлургийн болон бусад үйлдвэрүүдэд ашиглах үндэс суурь юм.

Ер нь химийн харилцан үйлчлэлд орох чадвар нь гурван хүчин зүйлээс шалтгаална:

• нүүрстөрөгчийн тархалт;
• аллотроп өөрчлөлт;
• урвалын температур.

Тиймээс зарим тохиолдолд дараахтай харилцан үйлчлэл гардагбодис:

• метал бус (устөрөгч, хүчилтөрөгч);
• метал (хөнгөн цагаан, төмөр, кальци болон бусад);
• металл исэл ба тэдгээрийн давс.

Хүчил ба шүлттэй урвалд ордоггүй, галогентэй маш ховор. Нүүрстөрөгчийн шинж чанаруудын хамгийн чухал нь бие биентэйгээ урт гинж үүсгэх чадвар юм. Тэд мөчлөгт хааж, салбар үүсгэж болно. Өнөөдөр сая саяар тоологдох органик нэгдлүүд ингэж үүсдэг. Эдгээр нэгдлүүдийн үндэс нь нүүрстөрөгч, устөрөгч гэсэн хоёр элемент юм. Хүчилтөрөгч, азот, хүхэр, галоген, фосфор, металл болон бусад атомуудыг мөн оруулж болно.

Үндсэн нэгдлүүд ба тэдгээрийн шинж чанарууд

Нүүрстөрөгч агуулсан олон төрлийн нэгдлүүд байдаг. Тэдгээрийн хамгийн алдартай томьёо нь CO₂ - нүүрстөрөгчийн давхар исэл юм. Гэхдээ энэ ислээс гадна CO - дутуу исэл эсвэл нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, мөн субоксид C₃O₂.

Энэ элементийг агуулсан давсны дунд хамгийн түгээмэл нь кальци, магнийн карбонатууд юм. Тиймээс кальцийн карбонат нь байгальд ийм хэлбэрээр байдаг тул нэр нь хэд хэдэн ижил утгатай байдаг:

• шохой;
• гантиг;
• шохойн чулуу;
• доломит.

Шүлтлэг шороон металлын карбонатуудын ач холбогдол нь сталактит, сталагмит, түүнчлэн гүний ус үүсэхэд идэвхтэй оролцдогоороо илэрдэг.

Нүүрстөрөгчийн хүчил нь нүүрстөрөгч үүсгэдэг өөр нэг нэгдэл юм. Түүний томъёо ньH₂CO₃. Гэсэн хэдий ч ердийн хэлбэрээрээ энэ нь маш тогтворгүй бөгөөд уусмал дахь нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ус руу шууд задардаг. Тиймээс зөвхөн давсыг нь мэддэг болохоос биш өөрөө уусмал гэж үздэг.

Нүүрстөрөгчийн галогенид - шууд нийлэгжилт нь зөвхөн маш өндөр температурт, бүтээгдэхүүний гарц багатай явагддаг тул шууд бус аргаар олж авдаг. Хамгийн түгээмэл нэг нь - CCL₄ - нүүрстөрөгчийн тетрахлорид. Амьсгалсан тохиолдолд хордлого үүсгэдэг хорт нэгдэл. Метан дахь устөрөгчийн атомыг радикал фотохимийн орлуулалтын урвалаар олж авсан.

Металл карбид нь 4-ийн исэлдэлтийн төлөвтэй нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд юм. Бор, цахиуртай холбоотой байх боломжтой. Зарим металлын карбидын үндсэн шинж чанар (хөнгөн цагаан, вольфрам, титан, ниобий, тантал, гафни) нь өндөр хүч чадал, маш сайн цахилгаан дамжуулах чанар юм. Бор карбид В₄С нь алмазын дараах хамгийн хатуу бодисуудын нэг юм (Mohs-ийн дагуу 9.5). Эдгээр нэгдлүүдийг инженерчлэл, түүнчлэн химийн үйлдвэрт нүүрсустөрөгчийн үйлдвэрлэлийн эх үүсвэр болгон ашигладаг (устай кальцийн карбид нь ацетилен ба кальцийн гидроксид үүсэхэд хүргэдэг).

Олон металлын хайлшийг нүүрстөрөгч ашиглан хийдэг бөгөөд ингэснээр чанар, техникийн шинж чанар нь мэдэгдэхүйц нэмэгддэг (ган нь төмөр ба нүүрстөрөгчийн хайлш юм).

Нүүрстөрөгчийн олон тооны органик нэгдлүүдэд онцгой анхаарал хандуулах хэрэгтэй бөгөөд энэ нь ижил атомуудтай нэгдэж янз бүрийн бүтцийн урт гинж үүсгэх чадвартай үндсэн элемент юм. Үүнд:

• алканууд;
• алкенууд;
• арена;
• уураг;
• нүүрс ус;
• нуклейн хүчил;
• архи;
• карбоксилын хүчил болон бусад олон төрлийн бодис.

Нүүрстөрөгчийн хэрэглээ

Нүүрстөрөгчийн нэгдлүүд болон түүний аллотроп өөрчлөлтийн ач холбогдол хүний амьдралд маш өндөр байдаг. Энэ үнэн гэдгийг ойлгуулахын тулд та дэлхийн хамгийн цөөн хэдэн салбарыг нэрлэж болно.

1. Энэ элемент нь хүн эрчим хүч авдаг бүх төрлийн чулуужсан түлшийг бүрдүүлдэг.
2. Металлургийн үйлдвэр нь нүүрстөрөгчийг нэгдлээсээ металл авахын тулд хамгийн хүчтэй бууруулагч бодис болгон ашигладаг. Карбонатуудыг энд бас өргөн ашигладаг.
3. Барилга, химийн үйлдвэрүүд шинэ бодисыг нэгтгэж, шаардлагатай бүтээгдэхүүнийг олж авахын тулд асар их хэмжээний нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийг хэрэглэдэг.

Та мөн эдийн засгийн ийм салбаруудыг нэрлэж болно:

• цөмийн үйлдвэр;
• үнэт эдлэл;
• техникийн тоног төхөөрөмж (тосолгооны материал, халуунд тэсвэртэй тигель, харандаа гэх мэт);
• чулууны геологийн насыг тодорхойлох - цацраг идэвхт илрүүлэгч ¹⁴С;
• нүүрстөрөгч нь маш сайн шингээгч тул шүүлтүүр хийхэд тохиромжтой.

Байгаль дахь эргэлт

Байгалиас олдсон нүүрстөрөгчийн масс нь дэлхийн эргэн тойронд секунд тутамд эргэлддэг тогтмол мөчлөгт багтдаг. Ийнхүү агаар мандлын нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болох CO₂ шингэдэг.ургамал бөгөөд амьсгалах явцад бүх амьд биетээс ялгардаг. Агаар мандалд орсны дараа дахин шингэдэг тул мөчлөг зогсдоггүй. Үүний зэрэгцээ органик үлдэгдэл үхсэнээр нүүрстөрөгч ялгарч, дэлхий дээр хуримтлагдаж, тэндээс амьд организмд дахин шингэж, хий хэлбэрээр агаар мандалд ялгардаг.