Факты о карандаше. Углерод интересные факты

Интересные факты об углероде

Углерод — химический элемент, занимающий шестое место в таблице Менделеева. На сегодняшний день нам известно более сотни химических элементов, и атомы всех элементов имеют похожее строение — положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся электроны. Разница между элементами лишь в числе протонов в ядре атома. Тем не менее, почему-то именно углерод, имеющий в ядре атома шесть протонов, оказался самым важным и интересным по своим свойствам среди всех химических элементов. Интересные факты об углероде — в этом посте.

1) Углерод — основа жизни. Все органические вещества, составляющие основу тканей живых организмов, имеют в своём составе углерод. Именно благодаря уникальной способности атомов углерода соединяться в длинные цепочки в природе существуют очень большие и сложные, а также разнообразные по своим свойствам молекулы, из которых состоят живые организмы. Крупные органические молекулы (такие, как ДНК) могут содержать десятки и даже сотни миллионов атомов.

Число известных соединений углерода приближается к десяти миллионам, это в несколько раз больше, чем число соединений всех остальных элементов, вместе взятых. Не удивительно, что современная химия делится на 2 раздела, и один из них — органическая химия — изучает только соединения углерода, тогда как второй — неорганическая химия — всё остальное.

2) У углерода больше всего аллотропных видоизменений. Невероятно, но даже если взять чистый углерод, из него можно получить массу совершенно разных веществ. Ещё со школы большинство помнит о двух аллотропных модификациях углерода — графите и алмазе. И тот и другой состоят только из углерода, но благодаря различному расположению атомов имеют совершенно разные свойства. На самом деле аллотропных модификаций углерода много, и почти все обладают уникальными свойствами.

Некоторые из аллотропных модификаций углерода

Углеродные нанотрубки в десятки раз прочнее и в 6 раз легче стали, фуллерит в полтора раза твёрже алмаза, графен выдерживает чуть ли не в миллион раз более сильный электрический ток, чем медь, и на его основе можно делать сверхмалые транизисторы и другие элементы электронных схем.

А недавно из графена и углеродных нанотрубок китайские учёные смогли изготовить уникальный аэрогель, который, являясь твёрдым и прочным материалом, в несколько раз легче воздуха. Он способен растягиваться и сжиматься, не разрушаясь, а также может впитать жидкости в 900 раз больше собственной массы.

Кирпич массой 2,5 кг на кусочке аэрогеля массой 2 грамма.

3) Углерод — очень тугоплавкое вещество. Это самое тугоплавкое из простых веществ. Температура плавления углерода около 3700 градусов Цельсия (у вольфрама, из которого делают нити накала электрических лампочек, всего 3400). Большую температуру плавления имеют лишь соединения углерода. У сплава карбидов гафния и тантала температура плавления превышает 4200 градусов Цельсия.

4) Радиоуглеродный анализ. Под воздействием космических лучей из атмосферного азота каждый год образуется около 7,5 кг. радиоактивного изотопа углерода-14. Несмотря на столь малое количество радиоактивный углерод попадает из атмосферы в живые организмы, а после их смерти начинает постепенно распадаться. Это явление дало возможность довольно точно датировать останки ископаемых животных и растений и восстановить примерную картину эволюции жизни на Земле.

5) Углерод — компонент стали. Все мы знаем, какую роль сыграло железо в развитии цивилизации. Но чистое железо — очень пластичный и мягкий материал. Твёрдость железу придаёт углерод, который поступает в расплавленное железо при выплавке его из железной руды. При сплаве железа с углеродом получается сталь. В зависимости от процентного содержания углерода получаются стали с различными свойствами, подходящие для различных целей.

Интересные факты об углероде

Среди множества химических элементов из Периодической системы Д.И. Менделеева представителя под номером 6 можно по праву считать «царственным». Углерод образует миллионы органических и неорганических соединений. Причина многообразия заключается в уникальности строения его атомов. Для него свойственно явление аллотропии. Такие разные вещества алмаз, графит и другие – это все углерод.

Строение атома

На внешней энергетической оболочке находятся 4 электрона, ближе к ядру – еще 2. Полностью заполненной считается «заветная восьмерка». Имеющаяся ровно половина от нее дает возможность атому как принимать дополнительные электроны на вакантные места, так и отдавать. Таким образом, углерод обладает самым широким диапазоном электронных переходов.

Его сосед по главной подгруппе кремний имеет столько же крайних отрицательно заряженных частиц в ядре. Но у последнего элемента гораздо больше общее количество электронов (14), что осложняет их прием и передачу. Так, в молекуле углекислого газа СО2 углерод отдает все 4 крайних электрона более электроотрицательному элементу – кислороду. А в метане СН4 принимает столько же от водорода.

Волшебная аллотропия

Причина фантастического явления заключается в разном строении кристаллических решеток. Углерод имеет атомную, но ее подвиды удивляют:

• У алмаза в виде тетраэдра.
• Графита – плоская.
• Карбина – линейная.
• Фуллерена – экзотическая.

Атомы углерода в кристаллической решетке вещества графита лежат в одной плоскости. Они прочно связаны, образуют шестиугольники. Между их слоями связи слабые – след от карандаша остается на бумаге. А вот температуру графит выдерживает высокую. Из него изготовляют углероды, замедлители нейронов (ядерных частиц) в реакторах, твердые смазки.

Алмазы и их истории

Известное с древности вещество получило название «твердейший» – «алмас» (на арабском языке), «несокрушимый» – «адамас» (греческом). Алмазы имеют персональную единицу измерения массы: 1 карат равен 0,2 г. Прозрачные камни ограняют, бриллиантами украшают изделия.

У крупных алмазов зачастую детективные истории. В российском фонде содержатся 7 исторических камней. Так, экземпляр «Шах» (87 каратов) был найден в 16 веке. Он хранился у индийских вельмож, потом оказался у монголов и менял еще не раз своих хозяев. В 1739 году попал в Персию. Через 90 лет персидские власти им пытались откупиться за убийство русского дипломата-поэта А.С. Грибоедова.

Полезная адсорбция

Древесный уголь и сажа – это тоже углерод. Первый получают в результате сухой перегонки древесины. Благодаря своей пористой поверхности, уголь имеет способность поглощать растворенные вещества и газы. Эффективность адсорбции зависит от его пористости.

Технически поглотительную способность увеличивают, обрабатывая уголь водяным горячим паром. Полученный образец называется активированным. Реализуется карболен через аптечную сеть. Помогает лекарственное средство при диспепсических симптомах (тошноте, рвоте, поносе), отравлении, интоксикации организма.

Угарный, углекислый газы и другие соединения

С кислородом углерод образует оксиды, с металлами – карбиды. Куски серого цвета (соединение с кальцием) газосварщики применяют с целью получения ацетилена. Газы-оксиды углерода бесцветные и не имеют запаха. Но на этом их общие свойства ограничиваются. Угарный – малорастворим в воде. Он очень ядовитый.

На основе углекислого газа производят «сухой лед» для хранения пищевых продуктов. Данное соединение углерода не поддерживает горение. Применяется для тушения очагов возгорания. Используют углекислый газ для создания пищевой соды, шипучих напитков (лимонада, шампанского).

Противогаз на углероде

Действие противогазов основано на адсорбции активированного угля, Устройство защищает человека от опасных примесей, имеющихся в воздухе. Впервые противогазы, изобретенные русским химиком Н.Д. Зелинским, использовались во время первой мировой войны.

Углерод в природе

«Карбонеум», так звучит название химического элемента по латыни. Главным карбонатным минералом считается кальцит. Природный формат его: мел, мрамор, известняк. Углекислый газ содержится в выдыхаемом живыми организмами воздухе. Вблизи фабрик, заводов, транспортных магистралей концентрация его больше. Образуется оксид при гниении, горении, тлении органических веществ.

Дословный перевод элемента на русский язык – «рождающий уголь». В соленых водах океанов и морей оксида углерода-4 больше, чем в воздухе. До 99% элемента содержится в каменном угле, 72% – буром, 57% – торфе. Нефть – это смесь водородных соединений углерода, находящихся в разных агрегатных состояниях (жидком, газообразном, твердом). Все источники участвуют в круговороте элемента в природе. Углерод является основой живой природы.

Жесткая вода

Соли угольной кислоты обуславливают жесткость воды. Такая жидкость неудобна в употреблении. Она оставляет следы белого цвета на одежде, мебели, накипь на посуде. Жесткая вода не промывает волосы и плохо мылится. В ней дольше развариваются овощи, мясо, крупы, бобовые. Чтобы сделать ее мягкой следует добавлять техническую соду, кипятить.

Самые интересные факты о Углероде

Углерод — это невероятный элемент. Расположить атомы углерода в одну сторону, и они становятся мягкими, податливее графита.

Переустановите расположение, и — престо! — атомы образуют алмаз, один из самых твердых материалов в мире.

Углерод также является ключевым компонентом для большей части жизни на Земле; пигмент, который сделал первые рисунки; и основой для технологических чудес, таких как графен, который является материалом, более сильным, чем сталь, и более гибким, чем резина. [См. Периодическую таблицу элементов].

Углерод встречается в природе как углерод-12, что составляет почти 99% углерода во Вселенной; углерод-13, что составляет около 1%, а углерода-14, что составляет незначительную сумму от общего углерода, а это очень важно в знакомствах органических объектов.

Свойства углерода

Углерод является уникальным по своим свойствам, поскольку он образует ряд компонентов выше, чем общее добавление всех других элементов в сочетании друг с другом.

Физические и химические свойства углерода зависят от кристаллической структуры элемента.

Углерод: от звезд к жизни

Согласно шестому по численности числу элементов во Вселенной, углерод образуется в внутри звезд в реакции, называемой тройным альфа-процессом, согласно Центру астрофизики.

В старых звездах, которые сжигали большую часть своего водорода, сохраняется оставшийся гелий. Каждое ядро гелия имеет два протона и два нейтрона. При очень высоких температурах — более 100 000 000 Кельв. (179,999,540,6 F) — ядра гелия начинают сливаться, сначала как пары в неустойчивые 4-протонные бериллиевые ядра, а в конечном итоге, по мере того, как появляются достаточное количество ядер бериллий, в бериллий и гелий. Конечный результат: атомы с шестью протонами и шестью нейтронами — углеродом.

Углерод — производитель шаблонов. Он может связываться с самим собой, образуя длинные упругие цепи, называемые полимерами. Он может также связываться с четырьмя другими атомами из-за его расположения электронов. Атомы расположены как ядро, окруженное электронным облаком, причем электроны движутся вокруг на разных расстояниях от ядра. Согласно данным Университета Калифорнии Дэвис, химики понимают эти расстояния как оболочки и определяют свойства атомов по тому, что находится в каждой оболочке.

У углерода есть две электронные оболочки, первая из которых содержит два электрона, а вторая — четыре из возможных восьми пространств. Когда атомы связаны, они делят электроны в их внешней оболочке. Углерод имеет четыре пустых пространства в своей внешней оболочке, что позволяет ему связываться с четырьмя другими атомами. (Он также может стабильно связываться с меньшим числом атомов путем образования двойных и тройных связей).

Другими словами, у углерода есть варианты. И он их использует: было обнаружено около 10 миллионов углеродных соединений, и ученые считают, что углерод является краеугольным камнем для 95 процентов известных соединений. Невероятная способность углерода связываться со многими другими элементами является основной причиной того, что это имеет решающее значение почти для всей жизни.

Углерод в организмах

Открытие углерода уходит в историю. Элемент был известен доисторическим людям в форме древесного угля. По словам Всемирной ассоциации угля, углерод как уголь по-прежнему является основным источником топлива во всем мире, обеспечивая около 30 процентов энергии во всем мире. Уголь также является ключевым компонентом в производстве стали, а графит, еще одна форма углерода, является обычной промышленной смазкой.

Углерод-14 представляет собой радиоактивный изотоп углерода, используемый археологами для современных организмов и останков. Углерод-14 естественным образом встречается в атмосфере. По словам Университета штата Колорадо, растения принимают его в дыхании, в котором они превращают сахара, полученные во время фотосинтеза, в энергию, которую они используют для роста и поддержания других процессов. Живые организмы включают углерод-14 в свои тела, употребляя в пищу растения или других животных, питающихся растениями. По данным Университета Аризоны, углерод-14 имеет период полураспада 5730 лет, а это означает, что после этого времени половина углерода-14 в образце распадается.

Поскольку организмы перестают принимать углерод-14 после смерти, ученые могут использовать период полураспада углерода-14 как своего рода часы, чтобы измерить, сколько времени прошло с момента смерти организма. Этот метод работает на некогда живых организмах, включая предметы из дерева или другого растительного материала.

Интересные факты о Углероде

Углерод получает свое название от латинского слова carbo, что означает уголь.

Новые молекулы углерода

Молекулы углерода — это давно изученный элемент, но это не значит, что его больше не найти. Фактически, тот же элемент, который наши доисторические предки жгли как древесный уголь, может стать ключом к технологическим материалам следующего поколения.

В 1985 году Рик Смалли и Роберт Керл из Университета Райса в Техасе и их коллеги обнаружили новую форму углерода. По словам Американского химического общества, испарив графит с помощью лазеров, ученые создали таинственную новую молекулу из чистого углерода. Эта молекула оказалась сферой шара, состоящей из 60 атомов углерода. Новая молекула углерода теперь более известна как «buckyball». Исследователи, которые её обнаружили, выиграли Нобелевскую премию по химии в 1996 году. Было установлено, что бакиболы препятствуют распространению ВИЧ, согласно исследованию, опубликованному в 2009 году в Журнале химической информации и моделирования; медицинские исследователи работают над прикреплением лекарств, молекулы к молекулам, к бакиболам, чтобы доставлять лекарства непосредственно на участки инфекции или опухоли в организме; это включает исследования Колумбийского университета.

С тех пор были обнаружены другие новые чистые молекулы углерода — фуллерены, в том числе эллиптические и углеродные нанотрубки с удивительными проводящими свойствами. Углеродная химия все еще достаточно горячая. Исследователи из Японии и США занимаются выяснением того, как связывать атомы углерода вместе с использованием атомов палладия, что позволяет производить сложные новые молекулы углерода.

Что такое Графен

Говоря простым языком, графен , представляет собой тонкий слой чистого углерода; это отдельный, плотно уложенный слой атомов углерода, которые скреплены вместе в гексагональной гексагональной решетке. В более сложных условиях, это аллотроп углерода в структуре самолет из SP2 атомами с в молекуле длина связи 0.142 нм. Слоев графена, сложенных на вершине друг друга, образуют графит, с межплоскостным расстоянием 0.335 нм.

Это тончайшее соединение, известное человеку, в один атом толщиной, легкий материал известен (с 1 кв. м идет около 0.77 миллиграмм), сильнейший обнаруженное соединение (от 100 до 300 раз прочнее стали и с прочностью на жесткость 150,000,000 пс), лучшим проводником тепла, при комнатной температуре (в (4.84±0.44) × 10^3 к (5.30±0.48) × 10^3 Вт·м−1·К−1) а также лучший проводник электричества (исследования показали, подвижность электронов при значениях более 15 000 см2·в−1·с−1). Другие известные свойства графена его уникальные уровни поглощения света в πα ≈ 2.3% белого света, и его потенциальную пригодность для использования в спиновой транспорт.

Имея это в виду, вы могли быть удивлены знать, что углерод является вторым наиболее распространенным материалом в организме человека и четвертый по распространенности элемент во Вселенной (по массе), после водорода, гелия и кислорода. Это делает углерод химической основой для всех известных форм жизни на земле, поэтому графен вполне может быть экологически чистым, устойчивым решением для почти безграничного количества приложений. С момента открытия (или, точнее, механического получения) графена, достижения в рамках разных научных дисциплин взорвались, с огромными достижениями, особенно в области электроники и биотехнологии.

Углеродные нанотрубки

Углеродная нанотрубка (УНТ) представляет собой крохотную, соломенно-подобную структуру, состоящую из атомов углерода. Эти трубки чрезвычайно полезны в широком спектре электронных, магнитных и механических технологий. Диаметры этих трубок настолько малы, что они измеряются в нанометрах. Нанометр составляет одну миллиардную часть метра — примерно в 10 000 раз меньше человеческого волоса.

Углеродные нанотрубки по меньшей мере в 100 раз прочнее стали, но только на одну шестую, как тяжелые, поэтому они могут добавлять силу практически к любому материалу. Они также лучше, чем медь при проведении электричества и тепла.

Нанотехнологии применяются чтобы превратить морскую воду в питьевую. В новом исследовании ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) разработали процесс углеродных нанотрубок, который может вывести соль из морской воды гораздо эффективнее традиционных технологий.

В исследовании нанотрубок ученые подражали тому, как структурированы биологические мембраны: по существу матрица с порами внутри мембраны. Они использовали особенно мелкие нанотрубки — более чем в 50 000 раз тоньше человеческого волоса. Эти крошечные нанотрубки обеспечивают очень высокий поток воды, но настолько узкий, что через трубку может проходить только одна молекула воды. И самое главное, солевые ионы слишком велики, чтобы вписаться в трубку.

Исследователи считают, что новое открытие имеет важные последствия для следующего поколения как процессов очистки воды, так и технологий с высоким потоком мембран.

Источники:

http://interesnyjfakt.ru/interesnye-fakty-ob-uglerode/
http://vivareit.ru/interesnye-fakty-ob-uglerode/
http://tagweb.ru/2017/09/30/interesnye-fakty-o-uglerode/