углерод

УГЛЕРОД (лат. Carboneum), C,- хим. элемент IV группы периодич. системы элементов, ат. номер 6, ат. масса 12,011; относится к неметаллам. В природе представлен стабильными ¹²C (98,90%) и ¹³C (1,10%); в земной атмосфере постоянно присутствует в ничтожных концентрациях (ок. 10^-14 ат%) b-радиоактивный ¹⁴C (T_1/2 = 5717 лет), образующийся в ядерной реакции с участием космич. нейтронов: ¹⁴N(n, р)¹⁴С. Электронная конфигурация 1s²2s²p². Энергии последоват. ионизации 11,260; 24,382; 47,883; 64,492 и 392,09 эВ. Радиус атома С 77 пм, иона C⁴⁺ 20 пм. Значение электроотрицательности 2,5. Масса нуклида ¹²C принята равной точно 12, a ¹/₁₂ её наз. атомной единицей массы. Эфф. сечение захвата тепловых нейтронов природного У. мало (0,0034 · 10 ^-28 м²).

У. существует в неск. модификациях, свойства к-рых резко различны: графит, алмаз, карбин (получен искусственно), лонсдейлит (получен искусственно, затем обнаружен в метеоритах) и фуллерит (см. Фуллерены; )наиб. важны графит и алмаз. Графит-серо-чёрный, мягкий, жирный на ощупь, слоистый материал. Структура гексагональная с параметрами решётки а = 245,6 пм и с =669,6 пм. t_пл ок. 4000 ^oC (наивысшая среди всех известных веществ), t _кип oк. 4200 ^oC. В тройной точке "твёрдый графит-пар - жидкость" давление ок. 10,5 МПа, темп-ра 4492 ^oC. Значение уд. теплоёмкости с_р = 8,736 Дж/(моль · К). Уд. элек-трич. сопротивление при 20 ^oC 13,0 мкОм^.м, при 2500 ^oC 15,0 мкОм·м, температурный коэф. электрич. сопротивления 0,4^.10^-3K^-1. Магн. восприимчивость графита c= - 1,22 · 10 ^-9. Многие характеристики графита анизотропны. Так, вдоль оси с и в перпендикулярном направлении характеристич. темп-ры Дебая соответственно равны 2280 и 760 К, теплопроводность при 300 ^oC 1,56 и 281 Вт/(м^.К), коэф. линейного расширения при 0^oC 27,2·10 ^-6 и 12,7·10^-6K^-1. TB. графита по шкале Мооса равна 1; временное сопротивление при растяжении графита лежит в интервале 0,3-17 МПа в зависимости от его качества.

Алмаз-прозрачный, твёрдый, сильно преломляющий свет (показатель преломления n= 2,407-2,465) кристалл, окраска к-рого определяется примесями и др. дефектами структуры. Решётка алмаза - кубическая, её параметр 356,679 пм. Плотн. 3,515 кг/дм . При нагревании до 1800 ^oC в отсутствие кислорода превращается в графит. В тройной точке "алмаз - графит - жидкость" давление 12,4 ГПа и темп-ра 3000 ^oC. TB. алмаза - наибольшая из всех известных веществ, по шкале Мооса она равна 10. Диэлектрик, хорошо проводит тепло. Магн. восприимчивость c=-0,492 · 10^-9. Характеристич. темп-pa Дебая 1860 К. Драгоценный камень, спец. образом огранённые алмазы - бриллианты; существует спец. единица массы алмаза - карат (равна 0,2 г); природные алмазы достигают 1000 карат. Искусств. алмазы получают в аппаратах высокого давления при темп-рах 1300-1600 ^oC и давлениях 4,5-8,0 ГПа.

У. во всех модификациях химически относительно инертен. В соединениях проявляет степени окисления +4, -4 и реже +2 и -2. При взаимодействии с кислородом образует углекислый газ (диоксид У.) CO₂ и сильно ядовитый угарный газ (монооксид У.) СО. При растворении в воде CO₂ образует слабую угольную кислоту H₂CO₃, соли к-рой (карбонаты) широко представлены в природе (мрамор, доломит и др.) и применяются в технике (сода Na₂CO₃, поташ K₂CO₃ и др.). Важная особенность атомов У.- образовывать цепочки атомов -С-С-С-, возможны также многоатомные шарообразные и цилинд-рич. образования У.- фуллерены. Химия У. наз. органической, к соединениям У. относятся углеводы, белки, жиры и др. вещества, составляющие организмы и продукты их жизнедеятельности.

У. образует с др. элементами твёрдые соединения - карбиды (напр., близкий по твёрдости к алмазу карборунд SiC, карбид бора B₄C, также обладающий высокой твёрдостью карбид железа Fe₃C, входящий в состав сталей). У.- осн. элемент углей, он составляет 91-99,5% кокса, к-рый применяется в металлургии. Из графита изготовляют электроды, мембраны микрофонов, грифели карандашей, графитовые смазки. Специально обработанный У.- т. н. активированный У., характеризующийся высокой уд. поверхностью (до 100 м²/г и выше), используют как сорбент. Высокочистый графит служит замедлителем нейтронов в ядерных реакторах. Алмаз применяют как абразивный материал для обработки металлов и др. материалов. Искусств. радионуклид ¹⁴C в форме разл. соединений используют в хим., биол. и медицинских исследованиях.

С. С. Бердоносов.

   <<      Предметный указатель      >>