Углерод
| 6 | Углерод
|
| 2s22p2 | |
Углеро́д (лат. carboneum, обозначается символом C) — химический элемент 14-й группы, второго периода периодической системы Д. И. Менделеева (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе IV группы) с атомным номером 6. Углерод был известен ещё в античном мире. 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. Три изотопа углерода встречаются в окружающем нас мире. Изотопы 12C и 13C являются стабильными, в то время как 14C- радиоактивный (период полураспада данного изотопа составляет 5,730 лет).
В XVII-XIX веках в русской химической и специализированной литературе иногда применялся термин «углетвор». С другой стороны, «углеродом» часто называли углекислый газ. Способность углерода образовывать полимерные цепочки порождает огромный класс соединений на основе углерода, называемых органическими, которых значительно больше, чем неорганических, и изучением которых занимается органическая химия. Эта способность углерода предопределила появление органической жизни на земле.
Углерод в определениях и коротких цитатах
[править]| — Николай Глинка, «Общая химия», 1950-е |
Если накаливать в электрической печи смесь песка и кокса, взятых в определённом соотношении, то получается соединение кремния с углеродом — карбид кремния SiC, называемый карборундом.[1] | |
| — Николай Глинка, «Общая химия», 1950-е |
Как известно, твердая оболочка нашей планеты состоит почти на 75 процентов (по весу) из кислорода и кремния. <...> Если без углерода невозможна была бы органическая жизнь, то без кремния невозможна «жизнь» земной коры. Остальные элементы (кроме кислорода и кремния) распределены в земной коре весьма неравномерно.[2] | |
| — Валерий Петров, «Драгоценные камни», 1965 |
Исторически сложилось так, что лишь очень немногие соединения углерода остались «под крышей» неорганической химии. <...> Приходится утешаться тем, что, как это часто бывает (или бывало) на производстве, недоработку по номенклатуре компенсирует «вал». Действительно, наибольшая часть углерода земной коры содержится не в организмах растений и животных, не в угле, нефти и всей прочей органике, вместе взятой, а всего в двух неорганических соединениях ― известняке CaCOз и доломите MgCa(COз)2.[3] | |
| — Владимир Станцо, «Углерод», 1969 |
| — Сэм Кин, «Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева», 2010 |
Углерод в научно-популярной литературе
[править]Кроме того, графит попадается в граните и как роговая обманка. Присутствие графита в огненных породах и вместе с тем в известняках давно подавало повод к спорам. В гранитах, если они образовались путем охлаждения расплавленной массы, присутствие графита в чистом виде труднообъяснимо в присутствии кремнеземистых железистых соединений. Остается в таком случае одно сколько-нибудь вероятное предположение, что он образовался путем возгонки в то время, когда расплавленные массы уже начали охлаждаться. Скопления растительных остатков, подвергавшиеся разложению или другим преобразованиям, могли выделять углеводороды; эти углеводороды наполняли трещины охлаждавшихся плутонических пород и разлагались, отлагая углерод в чистом виде. Присутствие графита в известняках с явно растительным происхождением, образцы которого можно видеть в изобилии в Сибирском отделе или в отвалах графита на гольце, не представляет ничего непонятного, как в породе осадочного происхождения, впоследствии метаморфизированной. Весьма вероятно только, что метаморфизирована она не огненным путем; если бы мы предположили, что эти известняки метаморфизировались огненным путем, то оказались бы в противоречии с тем известным фактом, что углерод не может оставаться в чистом виде в этой породе, если она нагрета до высокой температуры.[5] | |
| — Пётр Кропоткин, «Поездка в Окинский караул», 1865 |
Атомы углерода и кислорода стремятся ко взаимному соединению и при этом образуют углекислоту, в которой на один атом углерода приходится два атома, кислорода (С02). Также атомы водорода (Н) стремятся соединиться с атомами кислорода и образуют воду (Н2О), где на два атома водорода один кислорода. Напротив, атомы углерода и водорода одарены сравнительно слабым притяжением друг к другу и потому, будучи соединены, при первой возможности стремятся каждый в свою сторону соединиться с кислородом, образуя углекислоту и воду. При этом соединении атомы, так же, как и эти шары, должны ударяться друг о друга. Этот удар, это столкновение частиц углерода и водорода с частицами кислорода и есть то, что мы называем горением. Как при ударе стали о кремень проявляются теплота и свет, так и при ударе частиц кислорода воздуха о частицы углерода и водорода, из которых состоит наш светильный газ или наш керосин, развиваются теплота и свет, наблюдаемые в их пламени. Всё различие состоит в том, что в первом случае мы видим движение, удар и сопровождающие его явления ― свет и теплоту; во втором же только видим эти явления, о существовании же столкновения заключаем из его последствий. В самом деле, до горения мы имеем углеводород (т. е. соединение углерода с водородом), светильный газ или керосин и кислород, после горения имеем углекислоту и воду. Следовательно, каждый атом углерода, водорода или их соединений находится по отношению к кислороду в положении шара С1 относительно шара О2. Как эти шары, они находятся в напряженном состоянии, представляют запас скрытой потенциальной энергии, которую мы и называем химическим сродством или химическим напряжением. В разрозненных атомах углерода и кислорода мы видим новый пример скрытой энергии положения, которая при столкновении их, в явлениях горения, переходит в энергию движения ― в теплоту и свет. Это напряженное состояние атомов или частиц углерода, это стремление их навстречу частицам кислорода не поражает нас, не бросается нам в глаза в повседневной жизни, потому что обыкновенно для того, чтобы вызвать это соединение, необходимо сообщить им толчок. Для того, чтобы сжечь кусок угля, его нужно поджечь, т. е. процесс горения должен ему сообщиться извне.[6] | |
| — Климент Тимирязев, «Растение как источник силы», 1875 |
Для того, чтобы обнаружить присутствие углерода в углекислоте, необходимо отнять у нее кислород. Этого можно достигнуть, заставив кислород соединиться с каким-нибудь телом, обладающим еще большим к нему сродством. Таков, например, металл магний, проволока из которого сгорает, распространяя ослепительный свет. Зажигаю проволоку и опускаю ее в стеклянную банку, заключающую обыкновенный воздух; проволока сгорает, и на дно падает совершенно белая зола: это ― магнезия, соединение металла магния с кислородом. Повторяю тот же опыт, но на этот раз погружаю горящую проволоку в сосуд с углекислотой; теперь она уже вынуждена добывать себе кислород, отнимая его у углерода, и этот последний должен обнаружиться. И, действительно, на этот раз проволока горит не тихо, а с треском, как бы с целым рядом маленьких взрывов, а на стенках стеклянного сосуда осаждается черная копоть. Это ― освободившийся углерод.[7] | |
| — Климент Тимирязев, «Жизнь растения», 1878 |
Полиморфизмом («поли» по-гречески ― много) называют способность данного кристаллического вещества при изменении внешних факторов (главным образом температуры) претерпевать два или несколько видоизменений кристаллической структуры, а в связи с этим и изменений физических свойств. Наиболее ярким примером в этом отношении является диморфизм природного углерода, кристаллизующегося в зависимости от условий либо в виде алмаза (кубическая сингония), либо в виде графита (гексагональная сингония), очень сильно отличающихся друг от друга по физическим свойствам, несмотря на тождество состава. При нагревании без доступа кислорода кристаллическая структура алмаза при температуре выше 3000° при атмосферном давлении перестраивается в более устойчивую (стабильную) в этих условиях структуру графита. Обратный переход графита в алмаз не устанавливается.[8] | |
| — Анатолий Бетехтин, «Курс минералогии», 1951 |
Исторически сложилось так, что лишь очень немногие соединения углерода остались «под крышей» неорганической химии. Это окислы углерода, карбиды ― его соединения с металлами, а также бором и кремнием, карбонаты ― соли слабейшей угольной кислоты, сероуглерод CS2, цианистые соединения. Приходится утешаться тем, что, как это часто бывает (или бывало) на производстве, недоработку по номенклатуре компенсирует «вал». Действительно, наибольшая часть углерода земной коры содержится не в организмах растений и животных, не в угле, нефти и всей прочей органике, вместе взятой, а всего в двух неорганических соединениях ― известняке CaCOз и доломите MgCa(COз)2.[3] | |
| — Владимир Станцо, «Углерод», 1969 |
Углерод в публицистике
[править]Вещество горнего мира должно быть сообразно тому веществу, в которое облечены его жители, как и вещество дольнего мира находится в соотношении с веществом своих жителей. Впрочем, и в дольнем мире многие тела, не изменяясь в естественных свойствах своих, то есть, не разлагаясь химически на свои составные части, могут быть в виде более тонком и более грубом. Например, вода, сера, все металлы могут быть и в твердом виде, и в жидком, и в виде паров. Углерод мы имеем в виде газа и в виде камня (алмаза). Новейшие гигантские открытия в стране вещества приводят к уверенности, что человеческие познания о веществе вполне ничтожны. При этой уверенности с доверчивостью выслушивается сказание Писания и Отцов о природе Рая. | |
| — епископ Игнатий (Брянчанинов), «Слово о человеке», 1862 |
Визгливая музыка, пьяные возгласы, сделки маклеров, скупка дутых акций, спекуляция участками, прекрасные креолки, шампанское ― вот как жила главная улица белых в Кимберли. Так добывался алмаз ― сверкающая, прозрачная, нерушимая разновидность углерода. Сотни миллионов долларов крупных алмазных синдикатов, сотни тысяч загубленных жизней рабочих! <...> Алмаз ― твоё величие в прошлом! Не надо нам сейчас дорогих бриллиантов в золотой оправе, ожерелий, ривьер, диадем, скоро не надо нам будет и алмазного борта 50 в коронке или резце. В борьбе двух камней углерода ― прозрачного алмаза и черного угля ― победа за черным![9] | |
| — Александр Ферсман, «Воспоминания о камне», 1940 |
Об использовании соединений углерода в химической промышленности написаны многие книги. Карбонат кальция ― известняк служит сырьем в производстве извести, цемента, карбида кальция. Доломит ― тоже карбонат ― «праотец» большой группы доломитовых огнеупоров. Карбонат и бикарбонат натрия ― кальцинированная и питьевая сода. Это вещества разнообразного применения. Одним из основных потребителей кальцинированной соды была и остается стекольная промышленность, на нужды которой идет примерно треть мирового производства Na2CO3.[3] | |
| — Владимир Станцо, «Углерод», 1969 |
...неприхотливость углерода – это огромное благо. В отличие от кислорода, углероду приходится образовывать связи с другими атомами во всех возможных направлениях. На самом деле, углерод может делиться своими электронами даже с четырьмя атомами одновременно. Таким образом, углерод способен образовывать длинные цепочки и даже объемные сети молекул. Поскольку углерод делится электронами, а не ворует их, углеродные связи получаются надежными и стабильными. Азоту также требуется создавать многочисленные связи для приобретения октета, но не в такой степени, как углероду. Белки, включая упомянутый выше белок табачной мозаики, используют эти простые правила. Атом углерода на конце одной аминокислоты делится электроном с атомом азота на конце другой аминокислоты. Образуются белки, в которых такие связи углерода и азота тянутся почти до бесконечности, как буквы в длинном-длинном слове.[4] | |
| — Сэм Кин, «Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева», 2010 |
Углерод в беллетристике
[править]Кто знает, что оказалось бы в лучших душах человеческих, если бы можно было незаметно проникать в них и наблюдать их самые тайные, самые скрытые изгибы? Сколько столпов, сколько твердых мужей, сколько честных граждан оказалось бы ворами, убийцами, прелюбодеями? И кто может сказать непоколебимо, что страшней ― мысли или дело, и где их границы? Самое странное, смешное, нелепое, необыкновенное в мире ― это людские условности. Вот лежат два кусочка сгущенного углерода, два кусочка угля, две блестящие побрякушки. Но в них, как в фокусе, сосредоточены: богатство, роскошь, почет, женская любовь, власть… Так сложилась жизнь, так условились люди. Особенно власть. О, как понятно мне, почему самые прославленные историей, самые кровожадные тираны человечества были в то же время такими тонкими знатоками, ценителями и собирателями драгоценных камней![10] | |
| — Александр Куприн, «Брильянты», 1904 |
Он не спешил выполнить мое приказание, рассматривая мои сапоги и по обыкновению роясь в карманах. К железному холодку моей воли я прибавил немного углерода: | |
| — Антон Макаренко, «Педагогическая поэма» (часть 3), 1935 |
― Или мы живем только для того, чтобы есть? Тогда пускай пуля размозжит мне башку, и мой мозг, который я совершенно ошибочно считал равновеликим всей вселенной, разлетится, как пузырь из мыльной пены… Жизнь, видишь ли, это цикл углерода, плюс цикл азота, плюс еще какой-то дряни… Из молекул простых создаются сложные, очень сложные, затем ― ужасно сложные… Затем ― крак! Углерод, азот и прочая дрянь начинают распадаться до простейшего состояния. И все. И все, Ванька… При чем же тут революция? <...> | |
| — Алексей Толстой, «Хождение по мукам» (Книга третья. Хмурое утро), 1941 |
― Всё может быть. Можно пофантазировать и о примеси каких-либо особых, «вымерших» на поверхности земли элементов вроде технеция или франция. Даже допустить, что в состав серого кристалла вошло вещество, вынесенное из таких громадных глубин земной коры, где все привычные нам элементы становятся другими, с совершенно иными свойствами. Подобно тому как простецкий углерод, вынесенный с глубин в сто ― сто двадцать километров, приходит к нам в форме крепчайшего из всех веществ ― алмаза.[13] | |
| — Иван Ефремов, «Лезвие бритвы», 1963 |
Углерод в стихах
[править]| — Владимир Нарбут, «Микроскоп», 1936 |
Источники
[править]- ↑ 1 2 Н. Л. Глинка. Общая химия: Учебное пособие для вузов (под. ред. В.А.Рабиновича, издание 16-е, исправленное и дополненное). ― Л.: Химия, 1973 г. ― 720 стр.
- ↑ В. П. Петров, Драгоценные камни ― М.: «Химия и жизнь», №10, 1965 г.
- ↑ 1 2 3 В. В. Станцо. Углерод. — М.: «Химия и жизнь», № 10, 1969 г.
- ↑ 1 2 Сэм Кин. Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева. — М.: Эксмо, 2015 г. — 464 с.
- ↑ Пётр Кропоткин. «Поездка в Окинский караул». Научное наследство. Том 25. — М.: Наука, 1998 г.
- ↑ К.А.Тимирязев. «Жизнь растения» (по изданию 1919 года). — М.: Сельхозгиз, 1936 г.
- ↑ К.А.Тимирязев. «Жизнь растения» (по изданию 1919 года). — М.: Сельхозгиз, 1936 г.
- ↑ А. Г. Бетехтин, «Курс минералогии». — М.: Государственное издательство геологической литературы, 1951 год
- ↑ А.Е.Ферсман. «Воспоминания о камне». — М.: Издательство Академии Наук СССР, 1958 г.
- ↑ А. И. Куприн. Собрание сочинений в 9 т. Том 3. — Москва: «Художественная литература», 1971 г.
- ↑ А. С. Макаренко. Педагогическая поэма. — М.: «Правда», 1976 г.
- ↑ А.Н.Толстой. «Хождение по мукам»: Трилогия. ― М.: Художественная литература, 1987 г.
- ↑ Иван Ефремов, «Лезвие бритвы». — М.: Молодая гвардия, 1964 г.
- ↑ В. Нарбут. Стихотворения. М.: Современник, 1990 г.
