Углерод (химический символ — C; лат. Carboneum) — химический элемент четырнадцатой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы), 2-го периода периодической системы химических элементов. Порядковый номер 6, атомная масса — 12,0107.
Углерод в виде древесного угля применялся в древности для выплавки металлов. Издавна известны аллотропные модификации углерода — алмаз и графит.
В 1791 году английский химик Теннант первым получил свободный углерод; он пропускал пары фосфора над прокалённым мелом, в результате чего образовывались фосфат кальция и углерод. То, что алмаз при сильном нагревании сгорает без остатка, было известно давно. Ещё в 1751 г. германский император Франц I согласился дать алмаз и рубин для опытов по сжиганию, после чего эти опыты даже вошли в моду. Оказалось, что сгорает лишь алмаз, а рубин (окись алюминия с примесью хрома) выдерживает без повреждения длительное нагревание в фокусе зажигательной линзы. Лавуазье поставил новый опыт по сжиганию алмаза с помощью большой зажигательной машины и пришёл к выводу, что алмаз представляет собой кристаллический углерод. Второй аллотроп углерода — графит — в алхимическом периоде считался видоизменённым свинцовым блеском и назывался plumbago; только в 1740 г. Потт обнаружил отсутствие в графите какой-либо примеси свинца. Шееле исследовал графит (1779) и, будучи флогистиком, счёл его сернистым телом особого рода, особым минеральным углём, содержащим связанную «воздушную кислоту» (СО2) и большое количество флогистона.
Двадцать лет спустя Гитон де Морво путём осторожного нагревания превратил алмаз в графит, а затем в угольную кислоту.
В начале XIX века в химической литературе иногда применялся термин «углетвор» (Шерер, 1807; Севергин, 1815); с 1824 года Соловьёв ввёл название «углерод». Соединения углерода имеют в названии часть карб(он) — от лат. carbō (род. п. carbōnis) «уголь».
Физические свойства
Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.
Химические свойства
При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких температурах соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300—501 °C, 600—700 °C и 800—1000 °C.
Степени окисления +4 (напр., CO2), −4 (напр., CH4), редко +2 (СО, карбонилы металлов), +3 (C2N2); сродство к электрону 1,27 эВ; энергия ионизации при последовательном переходе от С0 к С4+ соответственно 11,2604, 24,383, 47,871 и 64,19 эВ.
Применение
Графит используют в карандашной промышленности, но в смеси с глиной, для уменьшения его мягкости. Также его используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах. Его невероятно высокая температура плавления позволяет делать из него тигли для заливки металлов. Способность графита проводить электрический ток также позволяет изготавливать из него высококачественные электроды.
Алмаз благодаря исключительной твердости — незаменимый абразивный материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бормашин. Кроме этого, ограненные алмазы — бриллианты — используются в качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях. Благодаря редкости, высоким декоративным качествам и стечению исторических обстоятельств бриллиант неизменно является самым дорогим драгоценным камнем. Исключительно высокая теплопроводность алмаза (до 2000 Вт/м·К) делает его перспективным материалом для полупроводниковой техники в качестве подложек для процессоров. Но относительно высокая себестоимость добычи алмазов ($97,47 за один карат) и сложность обработки алмаза ограничивают его применение в этой области.
В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода — производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) — для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода — для научных исследований (радиоуглеродный анализ).
Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент. В частности, углерод является неотъемлемой составляющей стали (до 2,14 % масс.) и чугуна (более 2,14 % масс.)
Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод — основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО2 из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.
Углерод в виде ископаемого топлива: угля и углеводородов (нефть, природный газ) — один из важнейших источников энергии для человечества.
Всем известен углерод.
Он алмаз, он грифель.
Даже уголь – углерод.
Вот такой “мыслитель”.
Он в органике всегда,
Занял первые места.
В углеводах навсегда,
Без него нам никуда.
В углеводородах он,
В радикалах и в белках.
И в жирах найдется он.
Он всегда для нас.
Углерод – он не металл,
Карбиды образует.
А оксид его всегда
Карбонаты образует.
Образует кислоту,
С угольным названием.
Но настолько сим слаба,
Что держится названием.
Он известен с древних лет,
Нет даты сим открытия.
Подожжешь ты древа ствол,
Углерод получится.
Он – основа для нас всех.
Для людей, животных.
Для растений просто класс.
Он незамещенный.
*****
Зовут меня на букву «С»,
Все видно на моем лице,
Валентность у меня IV,
Бывает иногда и II.
По атомной 12 массе
Встречаюсь я везде, всегда.
В свободном виде – крайне редко
Алмазом крепким я лежу.
А вот графитом – очень часто,
Везде и всюду я пишу.
Но это только в чистом виде,
А если посмотреть вокруг –
В живых и мертвых организмах,
В угле, и торфе, и оксидах,
В солях, кислотах, даже в меле –
Везде и всюду я живу.
*****
Он повсюду на Земле –
В нефти, в газе и в угле.
А ещё без Углерода
Не живет совсем природа.
Все живые существа
Состоят из вещества,
В нем приятель Углерод
Обязательно живёт.
И внутри меня и мамы
Углерода килограммы!
*****
Углерод – царь элементов
и открытий и патентов,
и корона в сто каратов –
сувенир алмазным братьям!
Основатели материй –
шестигранники гармоний,
и в метаморфозах время –
пламя новых траекторий.
Ринг сражения в науке,
и в торговле – центр стремлений,
аллотропы – это руки
и глаза глубин движенья.
Углеводородов стремя –
нефтегазовое бремя,
Фуллерен, слои графена –
Бриллиантовое время!
Улекса фон Лу
*****
Я здесь, коллега,
Альфа и омега.
В тиглях от жара
Синий угар.
Я из отвара делаю пар.
В жидкости плотной
Плавлю кристалл.
Запах кислотный
К пальцам пристал.
Я трансформатор
И фармацевт,
В химии я –
Гениальный поэт…
Я – Углерод
И неспроста
Свет превращаю
В зелень листа.
Нефть я и газы
В недрах прессую,
Углем по извести
Землю рисую…
*****
Углерод – основа всей жизни,
Углерод – почти что наш брат.
От тебя не узнаешь проказни,
Потому-то тебе каждый рад.
Для людей ты очень полезен
В направлениях многих сейчас,
От природы хоть и метаморфозен,
Но этим и радуешь нас:
От простого карандашного стержня
До прочнейших, прекрасных камней,
Без тебя заскучает плавильня
По металам железа прочней.
Лишь одно доставляет проблему –
С кислородом угарный, злой газ,
Но растения решают дилемму
Поглощая его в один раз.
А на том ему скажем спасибо,
Что основою стал для всех нас.
Соединенья которого не заменишь чем-либо –
А вблизи нас их много сейчас.
*****
Удивить готов он нас —
Он и уголь, и алмаз,
Он в карандашах сидит,
Потому что он — графит.
Грамотный народ поймет
То, что это…
(Углерод)
