Karbon kimyasal formülü. karbon nedir? Karbonun tanımı, özellikleri ve formülü

Organik ve inorganik yapıda çok çeşitli bileşikler oluşturabilen en şaşırtıcı elementlerden biri karbondur. Bu, özelliklerinde o kadar sıra dışı bir unsur ki, Mendeleev bile onun için büyük bir gelecek öngördü, henüz açıklanmayan özelliklerden bahsediyor.

Daha sonra bu pratik olarak doğrulandı. Kesinlikle tüm canlıların bir parçası olan gezegenimizin ana biyojenik unsuru olduğu biliniyordu. Ek olarak, tüm parametrelerde kökten farklı olan, ancak aynı zamanda sadece karbon atomlarından oluşan bu tür formlarda var olabilir.

Genel olarak, bu yapının birçok özelliği vardır ve onlarla birlikte makale boyunca anlamaya çalışacağız.

Karbon: elementler sistemindeki formül ve konum

Periyodik tabloda, element karbon, ana alt grup olan IV. grupta (14'teki yeni bir örneğe göre) yer almaktadır. Sıra numarası 6 ve atom ağırlığı 12.011'dir. Bir elementin C işaretiyle belirtilmesi, adını Latince - carboneum'da gösterir. Karbonun bulunduğu birkaç farklı form vardır. Bu nedenle formülü farklıdır ve spesifik modifikasyona bağlıdır.

Ancak, elbette, reaksiyon denklemlerini yazmak için özel bir tanım vardır. Genel olarak, saf haldeki bir maddeden bahsettiğimizde, indeksleme yapılmadan karbon C'nin moleküler formülü kabul edilir.

Öğe keşif geçmişi

Kendi başına, bu element antik çağlardan beri bilinmektedir. Sonuçta, doğadaki en önemli minerallerden biri kömürdür. Bu nedenle, eski Yunanlılar, Romalılar ve diğer halklar için bir sır değildi.

Bu çeşidin yanı sıra elmas ve grafit de kullanılmıştır. Uzun bir süre, ikincisi ile ilgili birçok kafa karıştırıcı durum vardı, çünkü genellikle bileşimi analiz etmeden, bu tür bileşikler grafit olarak alındı:

• gümüş kurşun;
• demir karbür;
• molibden sülfür.

Hepsi siyaha boyanmıştı ve bu nedenle grafit olarak kabul edildi. Daha sonra bu yanlış anlaşılma netleşti ve karbonun bu formu kendisi oldu.

1725'ten beri elmaslar büyük ticari önem kazandı ve 1970'de onları yapay olarak elde etme teknolojisine hakim oldu. 1779'dan beri Karl Scheele'nin çalışmaları sayesinde karbonun sergilediği kimyasal özellikler incelenmiştir. Bu, bu element alanında bir dizi önemli keşfin başlangıcıydı ve tüm benzersiz özelliklerini açıklamanın temeli oldu.

Karbon izotopları ve doğada dağılımı

Söz konusu elementin en önemli biyojenik elementlerden biri olmasına rağmen, yerkabuğunun kütlesindeki toplam içeriği% 0.15'tir. Bunun nedeni, doğadaki doğal döngü olan sürekli dolaşıma girmesidir.

Genel olarak, karbon içeren mineral yapısındaki birkaç bileşiği adlandırabilirsiniz. Bunlar, aşağıdaki gibi doğal ırklardır:

• dolomitler ve kalkerler;
• antrasit;
• petrol şeyl;
• doğal gaz;
• kömür;
• sıvı yağ;
• kahverengi kömür;
• turba;
• zift.

Ayrıca, sadece karbon bileşiklerinin bir deposu olan canlıları da unutmamak gerekir. Sonuçta, en hayati yapısal moleküller anlamına gelen proteinler, yağlar, karbonhidratlar, nükleik asitler oluştururlar. Genel olarak, kuru vücut kütlesinin yeniden hesaplanmasında, 70 kg'dan 15'i saf bir elemente düşer. Ve böylece hayvanlar, bitkiler ve diğer yaratıklardan bahsetmiyorum bile, her insanda.

Hem suyu, yani bir bütün olarak hidrosferi hem de atmosferi düşünürsek, CO2 formülü ile ifade edilen bir karbon-oksijen karışımı vardır. Dioksit veya karbondioksit, havayı oluşturan ana gazlardan biridir. Bu formda, karbonun kütle oranı %0.046'dır. Okyanusların sularında daha da fazla çözünmüş karbondioksit.

Bir element olarak karbonun atom kütlesi 12.011'dir. Bu değerin doğada var olan tüm izotopik çeşitlerin yaygınlıkları (yüzde olarak) dikkate alınarak atom ağırlıkları arasındaki aritmetik ortalama olarak hesaplandığı bilinmektedir. Bu, söz konusu madde ile de olur. Karbonun bulunduğu üç ana izotop vardır. Bilişim Teknoloji:

• 12 С - ezici çoğunluktaki kütle oranı% 98.93'tür;
• 13C - %1.07;
• 14 С - radyoaktif, yarı ömür 5700 yıl, kararlı beta yayıcı.

Numunelerin jeokronolojik yaşını belirleme pratiğinde, uzun bozulma süresi nedeniyle bir gösterge olan 14 C radyoaktif izotopu yaygın olarak kullanılmaktadır.

Allotropik eleman modifikasyonları

Karbon, basit bir madde olarak çeşitli formlarda bulunan bir elementtir. Yani, bugüne kadar bilinen en fazla sayıda allotropik modifikasyonu oluşturma yeteneğine sahiptir.

1. Kristal varyasyonlar - düzenli atomik kafeslere sahip güçlü yapılar şeklinde bulunur. Bu grup aşağıdaki gibi çeşitleri içerir:

• elmaslar;
• fullerenler;
• grafitler;
• karabinalar;
• lonsdaleitler;
• ve tüpler.

Hepsi, bir karbon atomunun bulunduğu bölgelerde kafeste farklılık gösterir. Bu nedenle, hem fiziksel hem de kimyasal olarak tamamen benzersiz, farklı özellikler.

2. Amorf formlar - bazı doğal bileşiklerin bir parçası olan bir karbon atomu tarafından oluşturulurlar. Yani, bunlar saf çeşitler değil, diğer elementlerin safsızlıkları ile küçük miktarlarda. Bu grup şunları içerir:

• Aktif karbon;
• taş ve ahşap;
• kurum;
• karbon nano köpük;
• antrasit;
• camsı karbon;
• teknik madde türü.

Ayrıca, kristal kafesin, özellikleri açıklayan ve gösteren yapısal özellikleri ile birleştirilirler.

3. Kümeler halindeki karbon bileşikleri. Atomların içeriden özel bir içi boş konformasyonda kapatıldığı, su veya diğer elementlerin çekirdekleriyle dolu olduğu böyle bir yapı. Örnekler:

• karbon nanokoniler;
• astralenler;
• dikarbon.

Amorf karbonun fiziksel özellikleri

Çok çeşitli allotropik modifikasyonlar nedeniyle, karbon için herhangi bir genel fiziksel özelliği izole etmek zordur. Belirli bir form hakkında konuşmak daha kolaydır. Örneğin, amorf karbon aşağıdaki özelliklere sahiptir.

1. Tüm formlar, ince kristalli grafit çeşitlerine dayanmaktadır.
2. Yüksek ısı kapasitesi.
3. İyi iletken özellikler.
4. Karbonun yoğunluğu yaklaşık 2 g / cm3'tür.
5. 1600 0 С'nin üzerinde ısıtıldığında, grafit formlarına geçiş meydana gelir.

Karbon siyahı ve taş çeşitleri teknik amaçlarla yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf karbon modifikasyonunun bir tezahürü değildirler, ancak çok büyük miktarlarda içerirler.

kristal karbon

Karbonun, atomların seri olarak bağlandığı çeşitli tiplerde düzenli kristaller oluşturan bir madde olduğu birkaç seçenek vardır. Sonuç olarak, aşağıdaki değişiklikler oluşur.

1. - dört tetrahedronun bağlı olduğu kübik. Sonuç olarak, her atomun tüm kovalent kimyasal bağları maksimum derecede doymuş ve güçlüdür. Bu, fiziksel özellikleri açıklar: karbonun yoğunluğu 3300 kg / m3'tür. Yüksek sertlik, düşük ısı kapasitesi, elektriksel iletkenlik eksikliği - tüm bunlar kristal kafes yapısının sonucudur. Teknik olarak üretilmiş elmaslar var. Yüksek sıcaklık ve belirli bir basıncın etkisi altında grafitin bir sonraki modifikasyona geçişi sırasında oluşur. Genel olarak, güç kadar yüksektir - yaklaşık 3500 0 С.
2. Grafit. Atomlar önceki maddenin yapısına benzer şekilde bulunur, ancak sadece üç bağ doyurulur ve dördüncüsü daha uzun ve daha az dayanıklı hale gelir, kafesin altıgen halkalarının "katmanlarını" birbirine bağlar. Sonuç olarak, grafitin yumuşak, yağlı siyah bir madde olduğu ortaya çıktı. İyi elektriksel iletkenliğe sahiptir ve yüksek bir erime noktasına sahiptir - 3525 0 С. Süblimasyon yeteneğine sahiptir - sıvı durumunu atlayarak (3700 0 С sıcaklıkta) katıdan gaz haline süblimasyon. Karbonun yoğunluğu, elmastan çok daha düşük olan 2.26 g/cm3'tür. Bu onların farklı özelliklerini açıklar. Kristal kafesin katmanlı yapısı nedeniyle kurşun kalemlerin imalatında grafit kullanmak mümkündür. Kağıdın üzerinden geçtiğinde pullar pul pul dökülür ve kağıt üzerinde siyah bir iz bırakır.
3. Fullerenler. Sadece geçen yüzyılın 80'lerinde keşfedildiler. Karbonların, merkezinde bir boşluk bulunan özel bir dışbükey kapalı yapı halinde birleştirildiği modifikasyonlardır. Ayrıca, kristalin şekli, doğru organizasyona sahip bir çokyüzlüdür. Atom sayısı eşittir. Fulleren'in en ünlü formu C 60'tır. Araştırma sırasında benzer bir maddenin örnekleri bulundu:

• meteoritler;
• alt çökeltiler;
• folyoguritler;
• şungitler;
• gazlar halinde bulundukları dış uzay.

Tüm kristal karbon türleri, teknolojide faydalı bir takım özelliklere sahip oldukları için büyük pratik öneme sahiptir.

kimyasal aktivite

Moleküler karbon, kararlı konfigürasyonu nedeniyle düşük reaktivite sergiler. Sadece atoma ek enerji vererek ve dış seviyedeki elektronları buharlaşmaya zorlayarak onu reaksiyonlara girmeye zorlamak mümkündür. Bu anda, değerlik 4'e eşit olur. Bu nedenle, bileşiklerde + 2, + 4, - 4 oksidasyon durumuna sahiptir.

Hem metal hem de metal olmayan basit maddelerle hemen hemen tüm reaksiyonlar, yüksek sıcaklıkların etkisi altında gerçekleşir. Söz konusu element hem oksitleyici bir ajan hem de bir indirgeyici ajan olabilir. Bununla birlikte, ikinci özellikler onda özellikle belirgindir, metalurji ve diğer endüstrilerdeki kullanımının temeli buna dayanmaktadır.

Genel olarak, kimyasal etkileşime girme yeteneği üç faktöre bağlıdır:

• karbon dağılımı;
• allotropik modifikasyon;
• reaksiyon sıcaklığı.

Bu nedenle, bazı durumlarda aşağıdaki maddelerle etkileşim vardır:

• metal olmayanlar (hidrojen, oksijen);
• metaller (alüminyum, demir, kalsiyum ve diğerleri);
• metal oksitler ve bunların tuzları.

Asit ve alkalilerle reaksiyona girmez, çok nadiren halojenlerle. Karbonun özelliklerinden en önemlisi kendi aralarında uzun zincirler oluşturma yeteneğidir. Bir döngü içinde kapanabilir, dallar oluşturabilirler. Bugün sayıları milyonları bulan organik bileşiklerin oluşumu bu şekilde gerçekleşir. Bu bileşiklerin temeli iki elementtir - karbon, hidrojen. Ayrıca bileşim diğer atomları içerebilir: oksijen, nitrojen, kükürt, halojenler, fosfor, metaller ve diğerleri.

Temel bileşikler ve özellikleri

Karbon içeren birçok farklı bileşik vardır. Bunların en ünlüsü formülü CO 2 - karbondioksittir. Bununla birlikte, bu okside ek olarak, CO - monoksit veya karbon monoksit ve ayrıca C302 oksit altı da vardır.

Bu elementi içeren tuzlar arasında en yaygın olanı kalsiyum ve magnezyum karbonatlardır. Bu nedenle, kalsiyum karbonatın adında birkaç eş anlamlısı vardır, çünkü doğada şu şekilde bulunur:

• tebeşir;
• mermer;
• kireçtaşı;
• dolomit.

Alkali toprak metallerinin karbonatlarının önemi, sarkıt ve dikitlerin yanı sıra yeraltı suyunun oluşumunda aktif katılımcılar olmaları gerçeğinde kendini gösterir.

Karbonik asit, karbonu oluşturan başka bir bileşiktir. Formülü H2CO3'tür. Bununla birlikte, olağan biçiminde, son derece kararsızdır ve çözelti içinde hemen karbondioksit ve suya ayrışır. Bu nedenle, bir çözüm olarak kendisi değil, sadece tuzları bilinir.

Karbon halojenürler - doğrudan sentezler yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda ve düşük ürün verimi ile gerçekleştiğinden, esas olarak dolaylı olarak elde edilir. En yaygın olanlardan biri CCL 4 - karbon tetraklorürdür. Solunması halinde zehirlenmeye neden olabilen zehirli bileşik. Metanda radikal fotokimyasal ikame reaksiyonları ile elde edilir.

Metal karbürler, oksidasyon durumu 4 sergilediği karbon bileşikleridir. Bor ve silikon ile kombinasyonların olması da mümkündür. Bazı metal karbürlerin (alüminyum, tungsten, titanyum, niyobyum, tantal, hafniyum) ana özelliği yüksek mukavemet ve mükemmel elektrik iletkenliğidir. Bor karbür B 4 C elmastan sonra en sert maddelerden biridir (Mohs'a göre 9.5). Bu bileşikler mühendislikte ve kimya endüstrisinde hidrokarbon kaynakları olarak kullanılır (su ile kalsiyum karbür, asetilen ve kalsiyum hidroksit oluşumuna yol açar).

Birçok metal alaşımı karbon kullanılarak yapılır, böylece kaliteleri ve teknik özellikleri önemli ölçüde artar (çelik, karbonlu bir demir alaşımıdır).

Çok sayıda organik karbon bileşiği, aynı atomlarla çeşitli yapılarda uzun zincirlerde birleşebilen temel bir element olduğu için özel ilgiyi hak ediyor. Bunlar şunları içerir:

• alkanlar;
• alkenler;
• arenalar;
• proteinler;
• karbonhidratlar;
• nükleik asitler;
• alkoller;
• karboksilik asitler ve diğer birçok madde sınıfı.

karbon uygulaması

Karbon bileşiklerinin ve onun allotropik modifikasyonlarının insan yaşamındaki önemi çok büyüktür. Durumun gerçekten de böyle olduğunu açıklığa kavuşturmak için en küresel endüstrilerden birkaçını adlandırabiliriz.

1. Bu element, bir kişinin enerji aldığı her türlü organik yakıtı oluşturur.
2. Metalurji endüstrisi, bileşiklerinden metal üretimi için karbonu güçlü bir indirgeyici madde olarak kullanır. Karbonatlar da burada yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. İnşaat ve kimya endüstrileri, yeni maddeleri sentezlemek ve gerekli ürünleri elde etmek için çok miktarda karbon bileşiği tüketir.

Ekonominin bu tür sektörlerini şu şekilde de adlandırabilirsiniz:

• nükleer endüstri;
• takı yapımı;
• teknik ekipman (yağlayıcılar, ısıya dayanıklı potalar, kurşun kalemler vb.);
• kayaların jeolojik yaşının belirlenmesi - radyoaktif bir gösterge 14 С;
• karbon, filtre yapmak için kullanılmasına izin veren mükemmel bir adsorbandır.

Doğadaki döngü

Doğada bulunan karbon kütlesi, dünya çapında her saniye döngüsel olarak gerçekleşen sabit bir döngüye dahildir. Böylece atmosferik karbon kaynağı olan CO 2, bitkiler tarafından emilir ve solunum sürecinde tüm canlılar tarafından salınır. Atmosfere girdikten sonra tekrar emilir ve böylece döngü durmaz. Bu durumda, organik kalıntıların ölmesi, karbonun salınmasına ve toprakta birikmesine yol açar, buradan tekrar canlı organizmalar tarafından emilir ve atmosfere gaz şeklinde atılır.

Karbon(lat. Carboneum), C, Mendeleev'in periyodik sisteminin IV. grubunun kimyasal elementi, atom numarası 6, atom kütlesi 12.011. Bilinen iki kararlı izotop vardır: 12 C (%98.892) ve 13 C (% 1.108). Radyoaktif izotopların en önemlisi yarılanma ömrüne sahip 14 C'dir (T ½ = 5.6 · 10 3 yıl). 14 N azot izotopu üzerindeki kozmik radyasyon nötronlarının etkisi altında üst atmosferde sürekli olarak küçük miktarlarda 14 C (kütlece yaklaşık % 2 · 10 -10) oluşur. Kalıntılardaki 14 C izotopunun spesifik aktivitesine göre biyojenik kökenli, yaşları belirlenir. 14 C, izotop göstergesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Tarihsel referans. Karbon eski zamanlardan beri bilinmektedir. Kömür, cevherlerden metalleri kurtarmak için kullanıldı, elmas - değerli bir taş olarak. Çok daha sonra, pota ve kurşun kalem üretimi için grafit kullanılmaya başlandı.

1778'de, grafiti güherçile ile ısıtan K. Scheele, bu durumda, kömürü güherçile ile ısıtırken olduğu gibi, karbondioksitin salındığını keşfetti. Elmasın kimyasal bileşimi, A. Lavoisier'in (1772) elmasın havada yanması üzerine yaptığı deneyler ve eşit miktarda elmas ve kömürün eşit miktarda elmas verdiğini kanıtlayan S. Tennant'ın (1797) araştırması sonucunda kurulmuştur. Oksidasyon sırasında karbon dioksit miktarı. Karbon, 1789'da Lavoisier tarafından kimyasal bir element olarak kabul edildi. Latince sagboneum Carbon adı, karbon - kömürden alınmıştır.

Doğada karbon dağılımı. Yerkabuğundaki ortalama karbon içeriği kütlece 2,3 %10-2'dir (ultrabazikte 1 10-2, bazikte 1 10-2, ortalamada 2 10-2, asidik kayalarda 3 10-2). Karbon, yerkabuğunun üst kısmında (biyosfer) birikir: canlı maddede %18 Karbon, odun %50, kömür %80, petrol %85, antrasit %96. Litosferdeki karbonun önemli bir kısmı kalker ve dolomitlerde yoğunlaşmıştır.

Karbonun kendi minerallerinin sayısı - 112; Karbon - hidrokarbonların ve bunların türevlerinin çok sayıda organik bileşiği.

Yerkabuğundaki karbon birikimi, organik madde tarafından emilen ve çözünmeyen karbonatlar vb. şeklinde çökeltilen diğer birçok elementin birikmesiyle ilişkilidir. CO2 ve karbonik asit, yer kabuğunda büyük bir jeokimyasal rol oynar. Volkanizma sırasında çok miktarda CO2 salınır - Dünya tarihinde, biyosfer için ana karbon kaynağıydı.

Yerkabuğundaki ortalama içerikle karşılaştırıldığında, insanlık, temel enerji kaynağı bu fosiller olduğundan, dünyanın bağırsaklarından olağanüstü büyük miktarlarda (kömür, petrol, doğal gaz) karbon çıkarır.

Karbon döngüsü büyük jeokimyasal öneme sahiptir.

Karbon uzayda da yaygındır; Güneş'te hidrojen, helyum ve oksijenden sonra 4. sırada yer alır.

Karbonun fiziksel özellikleri. Karbonun birkaç kristal modifikasyonu bilinmektedir: grafit, elmas, carbyne, lonsdaleite ve diğerleri. Grafit gri-siyah, opak, dokunuşa yağlı, pullu, metalik bir parlaklığa sahip çok yumuşak bir kütledir. Altıgen yapıdaki kristallerden yapılmıştır: a = 2.462 Å, c = 6.701 Å. Oda sıcaklığında ve normal basınçta (0,1 MN/m2 veya 1 kgf/cm2) grafit termodinamik olarak kararlıdır. Elmas çok sert, kristal bir maddedir. Kristallerin yüz merkezli kübik bir kafesi vardır: a = 3.560 Å. Oda sıcaklığında ve normal basınçta elmas yarı kararlıdır. Vakumda veya atıl bir atmosferde 1400 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda elmasın grafite gözle görülür bir dönüşümü gözlenir. Atmosferik basınçta ve yaklaşık 3700 ° C sıcaklıkta grafit süblimleşir. Sıvı Karbon, 10.5 MN/m2 (105 kgf/cm2) üzerindeki basınçlarda ve 3700°C üzerindeki sıcaklıklarda elde edilebilir. Katı karbon (kok, kurum, odun kömürü) ayrıca düzensiz bir yapıya sahip bir durumla da karakterize edilir - bağımsız bir modifikasyonu temsil etmeyen "amorf" karbon olarak adlandırılır; yapısı, ince kristalli grafit yapısına dayanmaktadır. Bazı "amorf" karbon çeşitlerinin havaya erişimi olmadan 1500-1600 ° C'nin üzerinde ısıtılması, grafite dönüşmelerine neden olur. "Amorf" karbonun fiziksel özellikleri, partikül boyutuna ve safsızlıkların varlığına büyük ölçüde bağlıdır. "Amorf" karbonun yoğunluğu, ısı kapasitesi, termal iletkenliği ve elektriksel iletkenliği her zaman grafitten daha yüksektir. Carbyne yapay olarak elde edilir. İnce kristalli bir siyah tozdur (yoğunluk 1.9-2 g/cm3). Birbirine paralel yığılmış uzun C atomu zincirlerinden yapılmıştır. Lonsdaleite meteorlarda bulunur ve yapay olarak elde edilir.

Karbonun kimyasal özellikleri. Bir Karbon atomunun dış elektron kabuğunun konfigürasyonu 2s 2 2p 2'dir. Karbon, dış elektron kabuğunun 2sp 3 durumuna uyarılması nedeniyle dört kovalent bağ oluşumu ile karakterize edilir. Bu nedenle, Karbon, elektronları hem çekme hem de verme konusunda eşit derecede yeteneklidir. Kimyasal bağ, koordinasyon sayıları 4, 3 ve 2'ye karşılık gelen sp 3 -, sp 2 - ve sp-hibrit orbitalleri nedeniyle gerçekleştirilebilir. Karbonun değerlik elektronlarının sayısı ve değerlik orbitallerinin sayısı aynıdır; bu, karbon atomları arasındaki bağın kararlılığının nedenlerinden biridir.

Karbon atomlarının güçlü ve uzun zincirler ve döngüler oluşturmak üzere birbirleriyle bir araya gelme konusundaki benzersiz yeteneği, organik kimya tarafından incelenen çok sayıda çeşitli karbon bileşiğinin ortaya çıkmasına yol açmıştır.

Bileşiklerde Karbon, -4 oksidasyon durumu sergiler; +2; +4. Atom yarıçapı 0.77 Å, kovalent yarıçaplar 0.77 Å, 0.67 Å, ​​0.60 Å sırasıyla tek, çift ve üçlü bağlarda; iyon yarıçapı C 4 - 2.60 Å, C 4+ 0.20 Å. Normal koşullar altında, karbon kimyasal olarak inerttir; yüksek sıcaklıklarda birçok elementle birleşerek güçlü indirgeme özellikleri gösterir. Kimyasal aktivite şu sırayla azalır: "amorf" Karbon, grafit, elmas; atmosferik oksijen (yanma) ile etkileşim, sırasıyla, 300-500 ° C, 600-700 ° C ve 850-1000 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, karbon monoksit (IV) CO2 ve karbon monoksit (II) CO oluşumu ile gerçekleşir.

CO2, karbonik asit oluşturmak için suda çözünür. 1906'da O. Diels karbon undeoksit С 3 О 2 aldı. Tüm Karbon formları alkalilere ve asitlere karşı dirençlidir ve yalnızca çok güçlü oksitleyiciler (krom karışımı, konsantre HNO3 ve KClO3 karışımı ve diğerleri) tarafından yavaşça oksitlenir. "Amorf" Karbon, ısıtıldığında oda sıcaklığında flor, grafit ve elmas ile reaksiyona girer. Karbonun klor ile doğrudan bağlantısı bir elektrik arkında gerçekleşir; karbon brom ve iyodin ile reaksiyona girmez, bu nedenle dolaylı olarak çok sayıda karbon halojenür sentezlenir. COX2 genel formülünün (X'in halojen olduğu) oksihalidlerinden kloroksit COCl (fosgen) en iyi bilinmektedir. Hidrojen elmasla etkileşime girmez; katalizörlerin (Ni, Pt) mevcudiyetinde yüksek sıcaklıklarda grafit ve "amorf" karbon ile reaksiyona girer: 600-1000 ° C'de, 1500-2000 ° C'de esas olarak metan CH4 oluşur - asetilen C2H2; Ürünlerde başka hidrokarbonlar da bulunabilir, örneğin etan C2H6, benzen C6H6. Kükürtün "amorf" karbon ve grafit ile etkileşimi 700-800 ° C'de, elmasla 900-1000 ° C'de başlar; her durumda, karbon disülfid CS2 oluşur. Kükürt içeren diğer karbon bileşikleri (tioksit CS, tionedoksit C3S2, kükürt dioksit COS ve tiyofosgen CSCl2) dolaylı olarak elde edilir. CS2 metal sülfürlerle etkileşime girdiğinde, tiyokarbonatlar, zayıf tiyokarbonik asit tuzları oluşur. Siyanojen (CN) 2 üretmek için karbonun nitrojenle etkileşimi, nitrojen atmosferinde karbon elektrotları arasında bir elektrik boşalması geçirildiğinde meydana gelir. Karbonun azot içeren bileşikleri arasında, hidrojen siyanür HCN (Hidrosiyanik asit) ve sayısız türevi: siyanürler, halosiyaninler, nitriller ve diğerleri büyük pratik öneme sahiptir.1000 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, Karbon birçok metalle etkileşime girerek karbürler verir. Isıtıldığında, tüm Karbon formları metal oksitleri indirgeyerek serbest metaller (Zn, Cd, Cu, Pb ve diğerleri) veya karbürler (CaC 2, Mo 2C, WC, TaC ve diğerleri) oluşturur. Karbon, 600-800 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda su buharı ve karbondioksit ile reaksiyona girer (Yakıtların gazlaştırılması). Grafitin ayırt edici bir özelliği, 300-400 ° C'ye kadar orta derecede ısıtmada, alkali metaller ve halojenürler ile C 8 Me, C 24 Me, C 8 X (burada X halojendir, Me metaldir). Grafitin HNO3, H2S04, FeCl3 ve diğerleri ile dahil edildiği bilinen bileşikler (örneğin, grafit bisülfat C24SO4H2). Tüm Karbon formları yaygın inorganik ve organik çözücülerde çözünmez, ancak bazı erimiş metallerde (örneğin Fe, Ni, Co) çözünür.

Karbonun ulusal ekonomik önemi, dünyada tüketilen tüm birincil enerji kaynaklarının %90'ından fazlasının, nükleer enerjinin yoğun gelişimine rağmen, önümüzdeki on yıllarda da öncü rolü devam edecek olan fosil yakıtlar olduğu gerçeğiyle belirlenir. Çıkarılan yakıtın sadece %10'u temel organik sentez ve petrokimya sentezi, plastik ve diğerlerinin üretimi için hammadde olarak kullanılır.

Vücuttaki karbon. Karbon, dünyadaki yaşamın temelini oluşturan en önemli biyojenik elementtir, organizmaların oluşumuna katılan ve hayati aktivitelerini sağlayan çok sayıda organik bileşiğin yapısal bir birimidir (biyopolimerler ve ayrıca çok sayıda düşük moleküler ağırlıklı biyolojik olarak aktif maddeler). - vitaminler, hormonlar, aracılar ve diğerleri). Organizmalar için gerekli olan enerjinin önemli bir kısmı, karbonun oksidasyonu nedeniyle hücrelerde oluşur. Dünyadaki yaşamın ortaya çıkışı, modern bilimde karbonlu bileşiklerin evriminin karmaşık bir süreci olarak kabul edilir.

Karbonun canlı doğadaki benzersiz rolü, toplamda periyodik sistemin başka hiçbir unsuruna sahip olmayan özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Karbon atomları arasında ve ayrıca karbon ve diğer elementler arasında, ancak nispeten hafif fizyolojik koşullar altında kırılabilen güçlü kimyasal bağlar oluşur (bu bağlar tek, çift ve üçlü olabilir). Karbonun diğer karbon atomlarıyla 4 eşdeğer değerlik bağı oluşturma yeteneği, çeşitli tiplerde karbon iskeletleri oluşturmayı mümkün kılar - doğrusal, dallı, döngüsel. Sadece üç elementin - C, O ve H - toplam canlı organizma kütlesinin% 98'ini oluşturması önemlidir. Bu, canlı doğada belirli bir maliyet etkinliği sağlar: neredeyse sınırsız yapısal karbon bileşikleri çeşitliliği ile, az sayıda kimyasal bağ türü, organik maddelerin parçalanması ve sentezi için gerekli enzim miktarını önemli ölçüde azaltabilir. Karbon atomunun yapısal özellikleri, organik bileşiklerin çeşitli izomerizm türlerinin altında yatar (optik izomerizm yeteneğinin, amino asitlerin, karbonhidratların ve bazı alkaloitlerin biyokimyasal evriminde belirleyici olduğu ortaya çıktı).

AI Oparin'in genel olarak kabul edilen hipotezine göre, Dünya'daki ilk organik bileşikler abiyojenik kökenliydi. Karbon kaynakları, Dünya'nın birincil atmosferinde bulunan metan (CH 4) ve hidrojen siyanür (HCN) idi. Yaşamın ortaya çıkmasıyla birlikte, biyosferin tüm organik maddesinin oluşması nedeniyle tek inorganik karbon kaynağı, atmosferde bulunan ve aynı zamanda doğal sularda çözünen karbon monoksit (IV) (CO 2) 'dir. HCO3 formu. Karbonun (CO 2 şeklinde) en güçlü asimilasyon (asimilasyon) mekanizması - fotosentez - her yerde yeşil bitkiler tarafından gerçekleştirilir (yılda yaklaşık 100 milyar ton CO2 asimile edilir). Dünya'da, CO2'yi kemosentez yoluyla asimile etmenin evrimsel olarak daha eski bir yolu vardır; bu durumda, kemosentetik mikroorganizmalar güneşin radyan enerjisini değil, inorganik bileşiklerin oksidasyon enerjisini kullanır. Çoğu hayvan, diyetlerinde hazır organik bileşikler şeklinde karbon tüketir. Organik bileşiklerin asimilasyon yöntemine bağlı olarak, ototrofik organizmalar ile heterotrofik organizmalar arasında ayrım yapmak gelenekseldir. Tek karbon kaynağı olarak petrol hidrokarbonlarını kullanarak protein ve diğer besin maddelerinin biyosentezi için mikroorganizmaların kullanılması, günümüzün en önemli bilimsel ve teknik sorunlarından biridir.

Canlı organizmalarda kuru madde üzerinden hesaplanan karbon içeriği sucul bitki ve hayvanlarda %34,5-40, karasal bitki ve hayvanlarda %45,4-46.5 ve bakterilerde %54'tür. Organizmaların yaşam sürecinde, esas olarak doku solunumu nedeniyle, CO2'nin dış ortama salınmasıyla organik bileşiklerin oksidatif ayrışması meydana gelir. Karbon ayrıca daha karmaşık metabolik son ürünlerde de salınır. Hayvanların ve bitkilerin ölümünden sonra, mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilen çürüme süreçleri sonucunda Karbon'un bir kısmı tekrar CO2'ye dönüştürülür. Böylece doğada karbon döngüsü meydana gelir. Karbonun önemli bir kısmı mineralizedir ve fosil Karbon birikintileri oluşturur: kömür, petrol, kireçtaşı ve diğerleri. Ana işlevine ek olarak - doğal sularda ve biyolojik sıvılarda çözünen bir Karbon kaynağı - СО 2, yaşam süreçleri için optimum ortamın asitliğinin korunmasına katılır. CaCO 3'ün bileşiminde, Karbon birçok omurgasızın (örneğin yumuşakçaların kabukları) dış iskeletini oluşturur ve ayrıca mercanlarda, kuşların yumurta kabuklarında ve diğerlerinde bulunur, ayrıca biyolojik evrim sürecinde güçlü hale geldiler. metabolizmanın antimetabolitleri.

Karbonun kararlı izotoplarına ek olarak, radyoaktif 14C doğada yaygındır (insan vücudunda yaklaşık 0.1 μcurie içerir). Metabolizma ve doğadaki karbon döngüsü araştırmalarındaki birçok büyük ilerleme, biyolojik ve tıbbi araştırmalarda karbon izotoplarının kullanımıyla ilişkilidir. Böylece, bir radyokarbon etiketi kullanılarak, Н 14 СО 3'ün bitkiler ve hayvan dokuları tarafından sabitlenme olasılığı kanıtlandı, fotosentez reaksiyonlarının sırası belirlendi, amino asitlerin değişimi incelendi, biyolojik olarak aktif birçok bileşiğin biyosentez yolları izlendi. 14 С kullanımı, protein biyosentezinin çalışma mekanizmalarında ve kalıtsal bilgilerin iletilmesinde moleküler biyolojinin başarısına katkıda bulunmuştur. Karbon içeren organik kalıntılarda 14C'nin spesifik aktivitesinin belirlenmesi, paleontoloji ve arkeolojide kullanılan yaşlarını tahmin etmeyi mümkün kılar.

KARBON, C (a. Karbon; n. Kohlenstoff; f. Carbone; ve. Carbono), Mendeleev'in periyodik tablosunun IV. grubunun kimyasal bir elementidir, atom numarası 6, atom kütlesi 12.041. Doğal karbon, 2 kararlı izotopun karışımından oluşur: 12 C (%98.892) ve 13 C (% 1.108). Ayrıca 6 radyoaktif karbon izotopu vardır, bunlardan en önemlisi 5.73.10 3 yıllık yarı ömre sahip 14 C izotopudur (bu izotop sürekli olarak üst atmosferde küçük miktarlarda radyasyonun ışınlanması sonucu oluşur). Kozmik radyasyon nötronlarına sahip 14 N çekirdek).

Karbon eski zamanlardan beri bilinmektedir. Cevherlerden metal elde etmek için ahşap, elmas olarak kullanılmıştır. Karbonun kimyasal bir element olarak tanınması, Fransız kimyager A. Lavoisier'in (1789) adıyla ilişkilidir.

Karbonun modifikasyonları ve özellikleri

Karbonun bilinen 4 kristal modifikasyonu vardır: özelliklerinde büyük farklılıklar gösteren grafit, elmas, karbin ve lonsdaleit. Carbyne, kristal yapısı birbirine paralel yerleştirilmiş uzun karbon atomu zincirlerinin varlığı ile karakterize edilen, ince kristalli bir siyah toz olan yapay olarak elde edilmiş bir karbon türüdür. Yoğunluk 3230-3300 kg/m3, ısı kapasitesi 11.52 J/mol.K. Göktaşlarında bulunan ve yapay olarak elde edilen Lonsdaleite; yapısı ve fiziksel özellikleri kesin olarak belirlenmemiştir. Karbon ayrıca düzensiz bir yapıya sahip bir durumla da karakterize edilir - sözde. amorf karbon (kurum, kok, kömür). "Amorf" karbonun fiziksel özellikleri büyük ölçüde partikül boyutuna ve safsızlıkların varlığına bağlıdır.

Karbonun kimyasal özellikleri

Bileşiklerde karbon, +4 (en yaygın), +2 ve +3 oksidasyon durumlarına sahiptir. Normal koşullar altında karbon kimyasal olarak inerttir; yüksek sıcaklıklarda birçok elementle birleşerek güçlü indirgeme özellikleri gösterir. "Amorf" karbon, grafit, elmas serilerinde karbonun kimyasal aktivitesi azalır; bu karbon türlerinde atmosferik oksijen ile etkileşim sırasıyla 300-500 °C, 600-700 °C ve 850-1000 °C sıcaklıklarda karbondioksit (CO 2) ve monoksit (CO) karbon oluşumu ile gerçekleşir. Dioksit suda çözünerek karbonik asit oluşturur. Tüm karbon formları alkalilere ve asitlere karşı dayanıklıdır. Karbon pratik olarak halojenlerle etkileşime girmez (900 ° C'nin üzerinde F2 ile reaksiyona giren grafit hariç), bu nedenle halojenürleri dolaylı olarak elde edilir. Hidrojen siyanür HCN (hidrosiyanik asit) ve onun sayısız türevi, nitrojen içeren bileşikler arasında büyük pratik öneme sahiptir. 1000 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda karbon, karbürleri oluşturmak için birçok metalle etkileşime girer. Tüm karbon formları, yaygın inorganik ve organik çözücülerde çözünmez.

Karbonun en önemli özelliği, atomlarının kendi aralarında ve ayrıca kendileriyle diğer elementler arasında güçlü kimyasal bağlar oluşturma yeteneğidir. Karbonun diğer karbon atomlarıyla 4 eşdeğer değerlik bağı oluşturma yeteneği, çeşitli tiplerde (doğrusal, dallı, döngüsel) karbon iskeletleri oluşturmayı mümkün kılar; Tüm organik bileşiklerin ve özellikle tüm canlı organizmaların yapısında karbonun istisnai rolünü açıklayan bu özelliklerdir.

Doğada karbon

Yerkabuğundaki ortalama karbon içeriği %2.3.10'dur (kütlece); karbonun büyük kısmı tortul kayaçlarda (% 1) yoğunlaşırken, diğer kayalarda bu elementin önemli ölçüde daha düşük ve yaklaşık olarak aynı (% 1-3.10) konsantrasyonları vardır. Karbon, varlığının esas olarak canlı madde (% 18), odun (% 50), kömür (% 80), yağ (% 85), antrasit (% 96), dolomitler ve dolomitlerle ilişkili olduğu üst kısımda birikir. kireçtaşları. En yaygın olanları kalsiyum, magnezyum ve demir karbonatlar (kalsit CaCO 3, dolomit (Ca, Mg) CO 3 ve siderit FeCO 3) olan 100'den fazla karbon minerali bilinmektedir. Yerkabuğunda karbon birikimi, genellikle organik madde tarafından emilen ve gömüldükten sonra su kütlelerinin dibine çözünmeyen bileşikler şeklinde biriken diğer elementlerin birikmesiyle ilişkilidir. Volkanik aktivite ve organik yakıtların yanması sırasında Dünya'dan büyük miktarlarda CO2 dioksit atmosfere salınır. Atmosferden CO2, fotosentez sürecinde bitkiler tarafından asimile edilir ve deniz suyunda çözülür, böylece Dünya'daki genel karbon döngüsündeki en önemli halkaları oluşturur. Karbon uzayda da önemli bir rol oynar; Güneş'te karbon, nükleer süreçlere katılan hidrojen, helyum ve oksijenden sonra en bol 4.

Uygulama ve kullanım

Karbonun en önemli ulusal ekonomik önemi, insanlar tarafından tüketilen tüm birincil enerji kaynaklarının yaklaşık %90'ının fosil yakıtlar olması gerçeğiyle belirlenir. Petrolü yakıt olarak değil, çeşitli kimya endüstrileri için hammadde olarak kullanma eğilimi vardır. Ulusal ekonomide daha küçük ama yine de çok önemli bir rol, karbonatlar (metalurji, inşaat, kimyasal üretim), elmaslar (mücevher, ev aletleri) ve grafit (nükleer teknoloji, ısıya dayanıklı potalar, kurşun kalemler) şeklinde üretilen karbon tarafından oynanır. bazı yağlayıcı türleri, vb.). Biyojenik kökenli kalıntılardaki 14 C izotopunun spesifik aktivitesine göre yaşları belirlenir (radyokarbon tarihlemesi). 14 C, radyoaktif bir gösterge olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. En yaygın izotop 12 C çok önemlidir - bu izotopun bir atomunun kütlesinin on ikide biri, kimyasal elementlerin atom kütlesi birimi olarak alınır.

Karbon (Latince'den: carbo "kömür"), C sembolü ve atom numarası 6 olan kimyasal bir elementtir. Kovalent kimyasal bağlar oluşturmak için dört elektron mevcuttur. Madde metalik değildir ve dört değerlidir. Üç karbon izotopu doğal olarak oluşur, 12C ve 13C kararlıdır ve 14C, yaklaşık 5730 yıllık bir yarılanma ömrü ile bozunan bir radyoaktif izotoptur. Karbon, antik çağlardan beri bilinen birkaç elementten biridir. Karbon, yerkabuğunda en bol bulunan 15. elementtir ve hidrojen, helyum ve oksijenden sonra evrende kütlece en bol bulunan dördüncü elementtir. Karbonun bolluğu, organik bileşiklerinin benzersiz çeşitliliği ve Dünya'da yaygın olarak bulunan sıcaklıklarda polimerler oluşturma konusundaki olağandışı yeteneği, bu elementin bilinen tüm yaşam formları için ortak bir element olarak hizmet etmesine izin verir. Oksijenden sonra insan vücudunda ağırlıkça (yaklaşık %18.5) en bol bulunan ikinci elementtir. Karbon atomları, karbon allotropları adı verilen farklı şekillerde bağlanabilir. En ünlü allotroplar grafit, elmas ve amorf karbondur. Karbonun fiziksel özellikleri, allotropik forma bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Örneğin, grafit opak ve siyahken elmas çok şeffaftır. Grafit, kağıt üzerinde bir çizgi oluşturacak kadar yumuşaktır (bu nedenle adı, "yazmak" anlamına gelen Yunanca "γράφειν" fiilinden gelir), elmas ise doğada bilinen en sert malzemedir. Grafit iyi bir elektrik iletkenidir, elmas ise düşük elektrik iletkenliğine sahiptir. Normal koşullar altında elmas, karbon nanotüpler ve grafen bilinen herhangi bir malzemenin en yüksek termal iletkenliğine sahiptir. Tüm karbon allotropları, normal koşullar altında katıdır ve grafit, termodinamik olarak en kararlı formdur. Kimyasal olarak kararlıdırlar ve oksijenle bile reaksiyona girmeleri için yüksek sıcaklıklar gerektirirler. İnorganik bileşiklerde karbonun en yaygın oksidasyon durumu, karbon monoksit ve bir geçiş metalinin karboksil komplekslerinde +4 ve +2'dir. En büyük inorganik karbon kaynakları kireçtaşı, dolomit ve karbondioksittir, ancak önemli miktarlar organik kömür, turba, petrol ve metanat klatrat birikintilerinden gelir. Karbon, bugüne kadar tarif edilen yaklaşık on milyon bileşik ile diğer herhangi bir elementten daha fazla sayıda bileşik oluşturur ve yine de bu sayı, standart koşullar altında teorik olarak olası bileşiklerin sayısının sadece bir kısmıdır. Bu nedenle karbona genellikle "elementlerin kralı" denir.

Özellikler

Karbonun allotropları, bilinen en yumuşak maddelerden biri olan grafit ve en sert doğal madde olan elmastan oluşur. Karbon, diğer karbon atomları da dahil olmak üzere diğer küçük atomlara kolayca bağlanır ve uygun çok değerlikli atomlarla çok sayıda kararlı kovalent bağ oluşturabilir. Karbonun, tüm kimyasal bileşiklerin büyük çoğunluğunu oluşturan yaklaşık on milyon farklı bileşik oluşturduğu bilinmektedir. Karbon ayrıca herhangi bir elementin en yüksek süblimleşme noktasına sahiptir. Atmosferik basınçta, üçlü noktası 10.8 ± 0.2 MPa ve 4600 ± 300 K (~ 4330 ° C veya 7 820 ° F) olduğundan erime noktası yoktur, bu nedenle yaklaşık 3900 K'da süblimleşir. standart koşullar altında elmas, termodinamik olarak daha kararlı olmasına rağmen, yerelleştirilmiş pi sistemi saldırılara karşı çok daha savunmasız olduğundan. Örneğin, grafit, standart koşullar altında sıcak konsantre nitrik asit ile daha büyük yapıyı parçalarken altıgen grafit birimlerini tutan C6 (CO2H)6 melitik aside oksitlenebilir. Karbon, yaklaşık 5800 K (5,530 °C, 9,980 °F) sıcaklıkta bir karbon arkında süblimleşir. Böylece, allotropik biçiminden bağımsız olarak, karbon, tungsten veya renyum gibi en yüksek erime noktalarından daha yüksek sıcaklıklarda katı halde kalır. Termodinamik olarak oksidasyona eğilimli olmasına rağmen, karbon, oda sıcaklığında daha zayıf indirgeyici ajanlar olan demir ve bakır gibi elementlerden oksidasyona daha dirençlidir. Karbon, dört dış elektronun değerlik elektronları olduğu 1s22s22p2 temel durumunun elektronik konfigürasyonuna sahip altıncı elementtir. İlk dört iyonlaşma enerjisi, 1086.5, 2352.6, 4620.5 ve 6222.7 kJ / mol'dür, bu, grup 14'ün daha ağır elementlerininkinden çok daha yüksektir. Karbonun elektronegatifliği, grup 14'ün daha ağır elementlerinden önemli ölçüde daha yüksek olan 2.5'tir ( 1.8-1.9), ancak komşu metal olmayanların çoğuna ve ikinci ve üçüncü sıranın bazı geçiş metallerine yakındır. Karbon kovalent yarıçapları genellikle 77,2 pm (CC), 66,7 pm (C = C) ve 60,3 pm (C≡C) olarak kabul edilir, ancak bunlar koordinasyon numarasına ve karbonla neyin ilişkili olduğuna bağlı olarak değişebilir. Genel olarak, azalan koordinasyon sayısı ve artan bağ sırası ile kovalent yarıçap azalır. Karbon bileşikleri, Dünya üzerindeki bilinen tüm yaşamın temelini oluşturur ve karbon-azot döngüsü, Güneş ve diğer yıldızlar tarafından salınan enerjinin bir kısmını sağlar. Karbon olağanüstü çeşitlilikte bileşikler oluştursa da, çoğu karbon formu normal koşullar altında nispeten reaktif değildir. Standart sıcaklık ve basınçlarda, karbon, en güçlü oksitleyiciler dışında hepsine dayanacaktır. Sülfürik asit, hidroklorik asit, klor veya alkalilerle reaksiyona girmez. Yüksek sıcaklıklarda karbon, oksijenle reaksiyona girerek karbon oksitleri oluşturur ve oksijeni metal oksitlerden uzaklaştırarak bir element metal bırakır. Bu ekzotermik reaksiyon, demir ve çelik endüstrisinde demiri eritmek ve çeliğin karbon içeriğini kontrol etmek için kullanılır:

Fe3О4 + 4 C (s) → 3 Fe (s) + 4 CO (g)

karbon disülfid oluşturmak için kükürt ile ve kömür-gaz reaksiyonunda buhar ile:

C (s) + H2O (g) → CO (g) + H2 (g)

Karbon, çelikte demir karbür sementit ve yaygın olarak aşındırıcı olarak ve kesici takımlar için sert uçlar yapmak için kullanılan tungsten karbür gibi metal karbürleri oluşturmak üzere belirli metallerle yüksek sıcaklıklarda birleşir. Karbon allotrop sistemi bir dizi uç noktayı kapsar:

Bazı grafit türleri ısı yalıtımı için kullanılır (örneğin, güvenlik duvarları ve ısı kalkanları), ancak diğer bazı formlar iyi termal iletkenlerdir. Elmas en ünlü doğal ısı iletkenidir. Grafit opaktır. Elmas çok şeffaftır. Grafit altıgen bir sistemde kristalleşir. Elmas kübik bir sistemde kristalleşir. Amorf karbon tamamen izotropiktir. Karbon nanotüpler en iyi bilinen anizotropik malzemeler arasındadır.

karbonun allotropları

Atomik karbon çok kısa ömürlü bir türdür ve bu nedenle karbon, allotroplar adı verilen farklı moleküler konfigürasyonlara sahip çeşitli poliatomik yapılarda stabilize edilir. Nispeten iyi bilinen üç karbon allotropu amorf karbon, grafit ve elmastır. Önceden egzotik olarak kabul edilen fullerenler artık yaygın olarak sentezlenmekte ve araştırmalarda kullanılmaktadır; buckyball'ları, karbon nanotüpleri, karbon nanodotları ve nanolifleri içerir. Lonaletit, camsı karbon, karbon nanofaum ve lineer asetilen karbon (carbyne) gibi birkaç başka egzotik allotrop da keşfedilmiştir. 2009 itibariyle, grafen şimdiye kadar test edilen en güçlü malzeme olarak kabul edilir. Grafitten ayırma işlemi, endüstriyel işlemler için ekonomik hale gelmeden önce biraz daha teknolojik gelişme gerektirecektir. Başarılı olursa, uzay asansörlerinin yapımında grafen kullanılabilir. Otomobillerde hidrojen bazlı motorlarda kullanım için hidrojeni güvenli bir şekilde depolamak için de kullanılabilir. Amorf bir form, kristal olmayan, düzensiz, camsı bir halde bulunan ve kristal bir makro yapıda bulunmayan bir dizi karbon atomudur. Toz halinde bulunur ve kömür, lamba isi (kurum) ve aktif karbon gibi maddelerin ana bileşenidir. Normal basınçlarda, karbon, aromatik hidrokarbonlarda olduğu gibi, her atomun kaynaşmış altıgen halkalardan oluşan bir düzlemde diğer üç atom tarafından trigonal olarak bağlandığı grafit formundadır. Ortaya çıkan ağ iki boyutludur ve elde edilen düz levhalar katlanır ve zayıf van der Waals kuvvetleri aracılığıyla gevşek bir şekilde bağlanır. Bu, grafite yumuşaklığını ve ayrılma özelliklerini verir (levhalar birbiri ardına kolayca kayar). Her atomun dış elektronlarından birinin bir π bulutu oluşturmak üzere yer değiştirmesi nedeniyle, grafit elektriği iletir, ancak bu yalnızca kovalent olarak bağlı her bir tabakanın düzleminde gerçekleşir. Bu, karbon için çoğu metalden daha düşük bir elektrik iletkenliği ile sonuçlanır. Yer değiştirme aynı zamanda oda sıcaklığında grafitin elmas üzerindeki enerji kararlılığını da açıklar. Çok yüksek basınçlarda, karbon, grafitten neredeyse iki kat daha yoğun olan daha kompakt bir allotrop, elmas oluşturur. Burada, her bir atom dört yüzlü olarak diğer dördüne bağlanır ve üç boyutlu buruşuk altı üyeli atom halkaları ağı oluşturur. Elmas, silisyum ve germanyum ile aynı kübik yapıya sahiptir ve karbon-karbon bağlarının gücünden dolayı, çizilme direnci ile ölçülen dünyadaki en sert doğal maddedir. "Elmaslar sonsuza kadar vardır" şeklindeki yaygın inanışın aksine, normal koşullarda termodinamik olarak kararsızdırlar ve grafite dönüşürler. Aktivasyonun önündeki yüksek enerji bariyeri nedeniyle, normal sıcaklıklarda grafit formuna geçiş o kadar yavaştır ki görünmezdir. Belirli koşullar altında, karbon, tüm kovalent olarak bağlı atomlara ve elmasınkine benzer özelliklere sahip altıgen bir kristal kafes olan lonsaleit olarak kristalleşir. Fullerenler, grafit benzeri bir yapıya sahip sentetik kristal bir oluşumdur, ancak altıgenler yerine fullerenler, karbon atomlarının beşgenlerinden (hatta heptagonlardan) oluşur. Eksik (veya ek) atomlar tabakaları küre, elips veya silindir şeklinde deforme eder. Fullerenlerin (buckyballs, bakitubas ve nanobad'lara bölünmüş) özellikleri henüz tam olarak analiz edilmemiştir ve nanomalzemelerde yoğun bir araştırma alanını temsil etmektedir. "Fuleren" ve "buckyball" isimleri, fullerenlerin yapısına benzeyen jeodezik kubbelerin popülerleştiricisi Richard Buckminster Fuller'ın adıyla ilişkilidir. Bucky topları, sferoidler oluşturmak için tamamen karbon bağlarından trigonal olarak oluşturulmuş oldukça büyük moleküllerdir (en ünlü ve en basit, bir futbol topu şeklindeki Baxinisterfellerene C60'tır). Karbon nanotüpler, her bir atomun içi boş bir silindir oluşturan kavisli bir levhada trigonal olarak bağlanması dışında yapısal olarak bucky toplarına benzer. Nanobad'lar ilk olarak 2007'de tanıtıldı ve her ikisinin özelliklerini tek bir yapıda birleştiren hibrit malzemelerdir (bucky topları bir nanotüpün dış duvarına kovalent olarak bağlanır). Bulunan diğer allotroplardan karbon nanoköpük, 1997'de keşfedilen bir ferromanyetik allotroptur. Atomların altı ve yedi üyeli halkalarda üçgen olarak bağlandığı gevşek üç boyutlu bir ağda birbirine dizilmiş düşük yoğunluklu karbon atomlarının bir küme düzeneğinden oluşur. Yaklaşık 2 kg/m3 yoğunluğu ile en hafif katılardan biridir. Benzer şekilde, camsı karbon yüksek oranda kapalı gözeneklilik içerir, ancak geleneksel grafitin aksine, grafit katmanları bir kitaptaki sayfalar gibi istiflenmez, ancak daha rastgele düzenlenir. Lineer asetilen karbon kimyasal bir yapıya sahiptir - (C ::: C) n-. Bu modifikasyondaki karbon sp orbital hibridizasyonu ile doğrusaldır ve alternatif tekli ve üçlü bağlara sahip bir polimerdir. Young modülü en sert malzeme olan elmastan kırk kat daha büyük olduğu için bu carbyne nanoteknoloji için oldukça ilgi çekicidir. 2015 yılında, Kuzey Carolina Üniversitesi'nden bir ekip, amorf karbon tozu üzerinde yüksek enerjili, düşük süreli bir lazer darbesi tarafından oluşturulan Q-karbon adını verdikleri başka bir allotropun geliştirildiğini duyurdu. Q-karbonun elmaslardan daha üstün ferromanyetizma, floresan ve sertlik sergilediği bildiriliyor.

yaygınlık

Karbon, evrende hidrojen, helyum ve oksijenden sonra kütlece en bol bulunan dördüncü kimyasal elementtir. Karbon güneşte, yıldızlarda, kuyruklu yıldızlarda ve çoğu gezegenin atmosferinde bol miktarda bulunur. Bazı göktaşları, güneş sistemi henüz bir gezegen öncesi disk iken oluşan mikroskobik elmaslar içerir. Mikroskopik elmaslar, göktaşı çarpma alanlarında yoğun basınç ve yüksek sıcaklık altında da oluşabilir. 2014 yılında NASA, evrendeki polisiklik aromatik hidrokarbonları (PAH'lar) izlemek için güncellenmiş bir veritabanı duyurdu. Evrendeki karbonun %20'sinden fazlası, oksijensiz karbon ve hidrojenin karmaşık bileşikleri olan PAH'larla ilişkilendirilebilir. Bu bileşikler, muhtemelen abiyogenez ve yaşam oluşumunda rol oynadıkları küresel PAH hipotezinde yer almaktadır. PAH'ların Büyük Patlama'dan "birkaç milyar yıl" sonra oluştuğu, evrende yaygın olduğu ve yeni yıldızlar ve ötegezegenlerle ilişkili olduğu görülüyor. Dünyanın katı kabuğunun, çekirdekte 2.000 ppm ve birleşik manto ve kabukta 120 ppm olmak üzere toplamda 730 ppm karbon içerdiği tahmin edilmektedir. Dünyanın kütlesi 5.9 72 × 1024 kg olduğundan, bu 4360 milyon gigaton karbon anlamına gelir. Bu, okyanuslardaki veya atmosferdeki karbon miktarından çok daha fazladır (altta). Karbondioksitte oksijenle birleştiğinde, karbon Dünya atmosferinde bulunur (yaklaşık 810 gigaton karbon) ve tüm su kütlelerinde (yaklaşık 36.000 gigaton karbon) çözünür. Biyosfer yaklaşık 1.900 gigaton karbon içerir. Hidrokarbonlar (kömür, petrol ve doğal gaz gibi) ayrıca karbon içerir. Kömür “rezervleri” (“kaynaklar” değil) muhtemelen 18.000 Gt kaynağa sahip 900 gigaton civarındadır. Petrol rezervleri yaklaşık 150 gigatondur. Kanıtlanmış doğal gaz kaynakları yaklaşık 175 1012 metreküptür (yaklaşık 105 gigaton karbon içerir), ancak araştırmalar, yaklaşık 540 gigaton karbon olan şeyl gazı gibi 900 1012 metreküp daha "geleneksel olmayan" birikintiler tahmin etmiştir. Kutup bölgelerinde ve denizlerin altındaki metan hidratlarda da karbon bulunmuştur. Çeşitli tahminlere göre bu karbonun miktarı 500, 2500 Gt veya 3000 Gt'dir. Geçmişte, hidrokarbon miktarı daha yüksekti. Bir kaynağa göre, 1751 ve 2008 yılları arasında, fosil yakıtların yakılmasından atmosfere karbondioksit olarak yaklaşık 347 gigaton karbon atmosfere salındı. Bir başka kaynak ise atmosfere eklenen miktarı 1750 ile 879 Gt arasında eklemekte ve atmosfer, deniz ve karadaki (örneğin turba bataklıkları) toplamı yaklaşık 2.000 Gt'dir. Karbon, çok büyük karbonat kaya kütlelerinin (kireçtaşı, dolomit, mermer vb.) kurucu bir parçasıdır (kütlece %12). Kömür çok yüksek miktarda karbon içerir (antrasit %92-98 karbon içerir) ve 4.000 gigaton veya fosil yakıtların %80'ini oluşturan en büyük ticari mineral karbon kaynağıdır. Bireysel karbon allotropları açısından, grafit Amerika Birleşik Devletleri (esas olarak New York ve Teksas), Rusya, Meksika, Grönland ve Hindistan'da büyük miktarlarda bulunur. Doğal elmaslar, antik volkanik "boyunlarda" veya "borularda" bulunan kayalık kimberlitte bulunur. Elmas yataklarının çoğu Afrika'da, özellikle Güney Afrika, Namibya, Botsvana, Kongo Cumhuriyeti ve Sierra Leone'de bulunmaktadır. Elmas yatakları Arkansas, Kanada, Rus Arktik, Brezilya ve Kuzey ve Batı Avustralya'da da bulunmuştur. Şimdi de Ümit Burnu açıklarında okyanus tabanından elmaslar çıkarılıyor. Elmaslar doğal olarak bulunur, ancak Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılan tüm endüstriyel elmasların yaklaşık %30'u artık üretilmektedir. Karbon-14, üst troposferde ve stratosferde 9-15 km rakımlarda kozmik ışınlar tarafından çökeltilen bir reaksiyonla oluşur. Karbon-14 ve bir proton oluşturmak için nitrojen-14 çekirdekleriyle çarpışan termal nötronlar üretilir. Böylece, atmosferik karbondioksitin %1,2 x %1010'u karbon-14 içerir. Karbon bakımından zengin asteroitler, güneş sistemimizdeki asteroit kuşağının dış kısımlarında nispeten baskındır. Bu asteroitler henüz bilim adamları tarafından doğrudan araştırılmadı. Asteroitler, gelecekte mümkün olabilecek, ancak şu anda teknolojik olarak imkansız olan varsayımsal uzay temelli kömür madenciliğinde kullanılabilir.

karbon izotopları

Karbon izotopları, altı proton artı bir dizi nötron (2 ila 16) içeren atom çekirdeğidir. Karbonun iki kararlı doğal olarak oluşan izotopu vardır. İzotop karbon-12 (12C), dünyadaki karbonun %98.93'ünü ve karbon-13 (13C) kalan %1.07'yi oluşturur. Biyolojik materyallerde 12C konsantrasyonu daha da artar, çünkü biyokimyasal reaksiyonlar 13C'ye karşı ayrım yapar. 1961'de Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC), atom ağırlıkları için temel olarak izotopik karbon-12'yi kabul etti. Nükleer manyetik rezonans (NMR) deneylerinde karbonun tanımlanması, 13C izotopu ile gerçekleştirilir. Karbon-14 (14C), azotun kozmik ışınlarla etkileşimi ile üst atmosferde (alt stratosfer ve üst troposfer) oluşan doğal bir radyoizotoptur. Dünya'da eser miktarlarda, trilyonda 1 parçaya kadar (%0.00000000001), esas olarak atmosferde ve yüzey çökeltilerinde, özellikle turba ve diğer organik maddelerde bulunur. Bu izotop, 0.158 MeV'lik β-emisyonu sırasında bozunur. 5730 yıllık nispeten kısa yarılanma ömrü nedeniyle, 14C antik kayalarda neredeyse yoktur. Atmosferde ve canlı organizmalarda 14C miktarı hemen hemen sabittir, ancak organizmalarda ölümden sonra azalır. Bu ilke, 1949'da icat edilen ve 40.000 yaşına kadar karbonlu malzemelerin yaşını belirlemek için yaygın olarak kullanılan radyokarbon tarihlemesinde kullanılmaktadır. Bilinen 15 karbon izotopu vardır ve bunlardan en kısası, proton emisyonu ve alfa bozunması nedeniyle bozunan ve 1.98739 × 10-21 s yarı ömre sahip olan 8C'ye sahiptir. Egzotik 19C bir nükleer hale sergiler, bu da yarıçapının, çekirdeğin sabit yoğunluklu bir küre olması durumunda beklenenden önemli ölçüde daha büyük olduğu anlamına gelir.

Yıldız eğitimi

Bir atom karbon çekirdeğinin oluşumu, üçlü alfa işlemi olarak bilinen dev veya süper bir yıldızın çekirdeği içindeki alfa parçacıklarının (helyum çekirdekleri) neredeyse eşzamanlı üçlü çarpışmasını gerektirir, çünkü helyumun hidrojen ile daha fazla nükleer füzyonunun ürünleri veya başka bir helyum çekirdeği, her ikisi de çok kararsız olan ve neredeyse anında daha küçük çekirdeklere bozunan sırasıyla lityum-5 ve berilyum -8 üretir. Bu, erken Evrenin hızlı genişlemesi ve soğuması koşulları altında kabul edilemez olan 100 mega calvin ve helyum konsantrasyonunun üzerindeki sıcaklık koşulları altında meydana gelir ve bu nedenle Büyük Patlama sırasında önemli miktarda karbon oluşturulmamıştır. Modern fiziksel kozmoloji teorisine göre, karbon, yıldızların içinde, üç helyum çekirdeğinin çarpışması ve dönüşümü yoluyla yatay bir dalda oluşur. Bu yıldızlar bir süpernova gibi öldüklerinde karbon, toz şeklinde uzaya saçılır. Bu toz, birikmiş gezegenlere sahip ikinci veya üçüncü nesil yıldız sistemlerinin oluşumu için kurucu bir malzeme haline gelir. Güneş sistemi, bildiğimiz şekliyle yaşamı mümkün kılan, bol miktarda karbon içeren böyle bir yıldız sistemidir. CNO döngüsü, karbonun katalizör görevi gördüğü yıldızları harekete geçiren ek bir füzyon mekanizmasıdır. Karbon monoksitin farklı izotopik formlarının (örneğin, 12CO, 13CO ve 18CO) rotasyonel geçişleri milimetre altı dalga boyu aralığında bulunur ve moleküler bulutlarda yeni oluşan yıldızların incelenmesinde kullanılır.

Karbon döngüsü

Karasal koşullar altında, bir elementin diğerine dönüşmesi çok nadir görülen bir olgudur. Bu nedenle, Dünya'daki karbon miktarı etkin bir şekilde sabittir. Bu nedenle karbon kullanılan proseslerde mutlaka bir yerden gelmeli ve başka bir yerde bertaraf edilmelidir. Karbonun ortamdaki yolları karbon döngüsünü oluşturur. Örneğin, fotosentetik bitkiler atmosferden (veya deniz suyundan) karbon dioksiti çıkarır ve bunu, karbon sabitleme süreci olan Calvin döngüsünde olduğu gibi biyokütleye dönüştürür. Bu biyokütlenin bir kısmı hayvanlar tarafından yenilirken, karbonun bir kısmı hayvanlar tarafından karbondioksit olarak dışarı verilir. Karbon döngüsü, bu kısa döngüden çok daha karmaşıktır; örneğin, okyanuslarda bir miktar karbon dioksit çözülür; bakteriler onu absorbe etmezse, ölü bitki veya hayvan maddesi, yakıldığında karbon salan yağ veya kömür haline gelebilir.

karbon bileşikleri

Karbon, zincir oluşumu adı verilen bir özellik olan birbirine bağlı karbon-karbon bağlarının çok uzun zincirlerini oluşturabilir. Karbon-karbon bağları kararlıdır. Katanasyon (zincir oluşumu) yoluyla karbon sayısız bileşik oluşturur. Eşsiz bileşiklerin değerlendirilmesi, bunların çoğunun karbon içerdiğini göstermektedir. Benzer bir ifade hidrojen için de yapılabilir, çünkü çoğu organik bileşik aynı zamanda hidrojen de içerir. Bir organik molekülün en basit şekli bir hidrokarbondur - bir karbon atomu zincirine bağlı hidrojen atomlarından oluşan geniş bir organik molekül ailesi. Zincir uzunluğu, yan zincirler ve fonksiyonel gruplar organik moleküllerin özelliklerini etkiler. Karbon, bilinen tüm organik yaşam formlarında bulunur ve organik kimyanın temelidir. Hidrojen ile birleştiğinde karbon, soğutucular, yağlayıcılar, çözücüler, plastikler ve petrol ürünleri için kimyasal hammaddeler ve fosil yakıtlar olarak endüstri için önemli olan çeşitli hidrokarbonları oluşturur. Oksijen ve hidrojen ile birleştiğinde karbon, şekerler, lignanlar, kitinler, alkoller, yağlar ve aromatik esterler, karotenoidler ve terpenler dahil olmak üzere birçok önemli biyolojik bileşik grubunu oluşturabilir. Azot ile karbon alkaloidleri oluşturur ve kükürt ilavesiyle ayrıca antibiyotikler, amino asitler ve kauçuk ürünler oluşturur. Bu diğer elementlere fosfor ilavesi ile yaşamın kimyasal kodunun taşıyıcıları olan DNA ve RNA'yı ve tüm canlı hücrelerdeki en önemli enerji taşıma molekülü olan adenozin trifosfat (ATP) oluşturur.

İnorganik bileşikler

Genellikle minerallere bağlı veya hidrojen veya flor içermeyen karbon içeren bileşikler, klasik organik bileşiklerden ayrı olarak işlenir; bu tanım katı değildir. Bunlar arasında basit karbon oksitler vardır. En iyi bilinen oksit karbondioksittir (CO2). Bu madde bir zamanlar paleoatmosferin ana bileşeniydi, ancak bugün Dünya atmosferinin küçük bir bileşenidir. Bu madde suda çözündüğünde karbon dioksit (H2CO3) oluşturur, ancak bir karbon üzerinde tek tek bağlı birkaç oksijene sahip çoğu bileşik gibi kararsızdır. Bununla birlikte, bu ara ürün aracılığıyla rezonant stabilize karbonat iyonları oluşur. Bazı önemli mineraller karbonatlar, özellikle kalsitlerdir. Karbon disülfür (CS2) benzerdir. Diğer bir yaygın oksit, karbon monoksittir (CO). Eksik yanma ile oluşur ve renksiz, kokusuz bir gazdır. Her molekül üçlü bir bağ içerir ve oldukça polardır, bu da daha düşük bağlanma afinitesine sahip olan oksijenin yerini alarak hemoglobin moleküllerine sürekli bağlanmasına neden olur. Siyanür (CN-) benzer bir yapıya sahiptir ancak bir halojenür iyonu (psödohalojen) gibi davranır. Örneğin, diatom halojenürlere benzer bir siyanojen nitrür (CN) 2) molekülü oluşturabilir. Diğer olağandışı oksitler karbon suboksit (C3O2), kararsız karbon monoksit (C2O), karbon trioksit (CO3), siklopentanepton (C5O5), sikloheksanekson (C6O6) ve melitik anhidrittir (C12O9). Tungsten gibi reaktif metallerle karbon, yüksek erime noktalarına sahip alaşımlar oluşturmak için ya karbürler (C4-) ya da asetilitler (C2-2) oluşturur. Bu anyonlar ayrıca her ikisi de çok zayıf asitler olan metan ve asetilen ile ilişkilidir. 2.5 elektronegatiflikte, karbon kovalent bağlar oluşturmayı tercih eder. Birkaç karbür, elmasa benzeyen carborundum (SiC) gibi kovalent kafeslerdir. Bununla birlikte, en polar ve tuzlu karbürler bile tamamen iyonik bileşikler değildir.

Organometalik bileşikler

Organometalik bileşikler, tanım gereği, en az bir karbon-metal bağı içerir. Bu tür bileşiklerin çok çeşitli vardır; ana sınıflar arasında basit alkil metal bileşikleri (örneğin tetraetilenid), n2-alken bileşikleri (örneğin Zeise tuzu) ve n3-alil bileşikleri (örneğin alilpaladyum klorür dimer); siklopentadienil ligandları içeren metalosenler (örneğin, ferrosen); ve geçiş metallerinin karben kompleksleri. Birçok metal karbonil vardır (örneğin tetrakarbonilnikel); bazı çalışanlar karbon monoksit ligandının organometalik değil, tamamen inorganik bir bileşik olduğuna inanmaktadır. Karbonun yalnızca dört bağ oluşturduğu düşünülürken, bir oktahedral altıgen karbon atomu içeren ilginç bir bileşik rapor edilmiştir. Bu bileşiğin katyonu 2+'dır. Bu fenomen, altın ligandların aurofilikliği ile açıklanmaktadır. 2016 yılında, heksametilbenzenin olağan dörtlü değil altı bağa sahip bir karbon atomu içerdiği doğrulandı.

Tarih ve etimoloji

Karbonun (karbon) İngilizce adı, "kömür" ve "kömür" anlamına gelen Latince carbo'dan gelir, dolayısıyla "kömür" anlamına gelen Fransızca charbon kelimesinden gelir. Almanca, Felemenkçe ve Danca'da karbonun adları sırasıyla Kohlenstoff, koolstof ve kulstof'tur ve hepsi de kelimenin tam anlamıyla kömür anlamına gelir. Karbon tarih öncesi zamanlarda keşfedildi ve en eski insan uygarlıklarında is ve odun kömürü formlarında biliniyordu. Elmaslar muhtemelen MÖ 2500 kadar erken bir tarihte biliniyordu. Çin'de ve kömür formundaki karbon, Roma döneminde, havayı dışarıda bırakmak için kil ile kaplı bir piramit içinde odunu ısıtmak suretiyle, bugünkü kimya ile aynı şekilde yapılmıştır. 1722'de René Antoine Fercho de Réamour, demirin şimdi karbon olarak bilinen bir maddenin absorpsiyonu yoluyla çeliğe dönüştürüldüğünü gösterdi. 1772'de Antoine Lavoisier, elmasların bir karbon şekli olduğunu gösterdi; kömür ve elmas örneklerini yaktığında ve hiçbirinin su üretmediğini ve her iki maddenin de gram başına eşit miktarda karbondioksit saldığını keşfettiğinde. 1779'da Karl Wilhelm Scheele, bir kurşun şekli olduğu düşünülen grafitin kömürle aynı olduğunu, ancak az miktarda demir içerdiğini ve nitrik ile oksitlendiğinde "hava asidi" (karbon dioksit) ürettiğini gösterdi. asit. 1786'da Fransız bilim adamları Claude Louis Berthollet, Gaspard Monge ve C.A.Vandermond, grafitin esas olarak karbon olduğunu ve Lavoisier'in elmasla yaptığı gibi oksijende oksitlendiğini doğruladılar. Fransız bilim adamlarına göre grafitin yapısı için gerekli olan belirli bir miktar demir kaldı. Yayınlarında, grafit yandığında gaz olarak açığa çıkan grafit içindeki bir element için carbone (Latince karbonum kelimesi) adını önerdiler. Antoine Lavoisier daha sonra karbonu 1789 ders kitabında bir element olarak listeledi. 1985 yılında keşfedilen yeni bir karbon allotropu olan fulleren, backyballs ve nanotüpler gibi nanoyapısal formları içerir. Öncüleri - Robert Curl, Harold Kroto ve Richard Smalley - 1996 yılında Nobel Kimya Ödülü'nü aldı. Yeni formlara karşı ortaya çıkan yenilenen ilgi, camsı karbon da dahil olmak üzere ek egzotik allotropların keşfedilmesine ve "amorf karbonun" kesinlikle amorf olmadığının anlaşılmasına yol açar.

Üretme

Grafit

Ticari olarak uygun doğal grafit yatakları dünyanın birçok yerinde bulunur, ancak ekonomik açıdan en önemli kaynaklar Çin, Hindistan, Brezilya ve Kuzey Kore'de bulunur. Grafit birikintileri metamorfik kökenlidir ve şeyllerde, gnayslarda ve metamorfoza uğramış kumtaşlarında ve kireçtaşlarında kuvars, mika ve feldispatlarla kombinasyon halinde, bazen birkaç metre veya daha kalın olan mercekler veya damarlar şeklinde bulunur. Borrowdale, Cumberland, İngiltere'deki grafit stokları, başlangıçta, 19. yüzyıla kadar, şeritleri ahşaba yapıştırmadan önce doğal grafit blokları şeritler halinde keserek kurşun kalemler yapılmasına yetecek büyüklükte ve saflıktaydı. Bugün, ana kayayı ezerek ve daha hafif grafiti su üzerinde yüzdürerek daha küçük grafit birikintileri üretilir. Üç tür doğal grafit vardır - amorf, pul veya kristal. Amorf grafit en düşük kalitededir ve en bol olanıdır. Bilimin aksine, endüstride "amorf", kristal yapının tamamen yokluğundan ziyade çok küçük bir kristal boyutuna atıfta bulunur. "Amorf" kelimesi, grafit miktarı düşük olan ürünler için kullanılır ve en ucuz grafittir. Çin, Avrupa, Meksika ve Amerika Birleşik Devletleri'nde büyük amorf grafit yatakları bulunur. Düz grafit, amorf grafitten daha az yaygındır ve daha kalitelidir; metamorfik kayaçlarda kristalleşen ayrı plakalara benziyor. Granüler grafitin fiyatı, amorfun fiyatından dört kat daha yüksek olabilir. İyi kalitede pullanmış grafit, alev geciktiriciler gibi birçok uygulama için genişletilebilir grafite işlenebilir. Birincil grafit yatakları Avusturya, Brezilya, Kanada, Çin, Almanya ve Madagaskar'da bulunur. Sıvı veya topaklı grafit, doğal grafitin en nadir, en değerli ve en kaliteli türüdür. Katı topaklar halinde müdahaleci temaslar boyunca damarlarda bulunur ve yalnızca Sri Lanka'da ticari olarak çıkarılır. USGS'ye göre, 2010 yılında dünya doğal grafit üretimi, 800.000 tonu Çin'de, 130.000 tonu Hindistan'da, 76.000 tonu Brezilya'da, 30.000 tonu Kuzey Kore'de ve Kanada'da 25.000 tonu olmak üzere 1.1 milyon ton idi. ancak 2009 yılında tahmini değeri 998 milyon ABD Doları olan 118.000 ton sentetik grafit çıkarıldı.

Elmas

Elmas arzı sınırlı sayıda işletme tarafından kontrol edilmektedir ve aynı zamanda dünya çapında az sayıda yerde yoğunlaşmıştır. Elmas cevherinin sadece çok küçük bir kısmı gerçek elmaslardan oluşur. Cevher ezilir, bu işlem sırasında büyük elmasların tahribatını önlemek için önlemler alınması gerekir ve ardından parçacıklar yoğunluklarına göre sıralanır. Günümüzde elmaslar, elmas açısından zengin fraksiyonda X-ışını floresansı kullanılarak çıkarılıyor, ardından son sıralama adımları manuel olarak gerçekleştirilir. X-ışınlarının kullanımının yaygınlaşmasından önce, yağlama bantları ile ayırma yapılmaktaydı; elmasların sadece güney Hindistan'daki alüvyon yataklarında bulunduğu bilinmektedir. Elmasların cevherdeki diğer minerallere göre kütleye yapışmaya daha yatkın olduğu bilinmektedir. Hindistan, MÖ 9. yüzyıldan MS 18. yüzyılın ortalarına kadar elmas üretiminde liderdi, ancak bu kaynakların ticari potansiyeli 18. yüzyılın sonunda tükendi ve o zamana kadar Hindistan, Brezilya'nın gölgesinde kaldı. ilk elmaslar 1725'te bulundu. Birincil yatakların (kimberlitler ve lamproitler) elmas üretimi, Güney Afrika'daki elmas yataklarının keşfinden sonra ancak 1870'lerde başladı. Elmas üretimi, o tarihten bu yana sadece 4,5 milyar karat birikerek zamanla arttı. Bu miktarın yaklaşık %20'si yalnızca son 5 yılda çıkarıldı ve son on yılda 9 yeni yatak üretime başladı ve 4 tane daha yakında keşfedilmeyi bekliyor. Bu mevduatların çoğu Kanada, Zimbabve, Angola ve bir tanesi Rusya'da bulunmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri'nde Arkansas, Colorado ve Montana'da elmaslar bulundu. 2004 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'nde mikroskobik bir elmasın şaşırtıcı keşfi, Ocak 2008'de uzak Montana'da büyük bir kimberlit boru örneğinin piyasaya sürülmesine yol açtı. Bugün, ticari olarak en uygun elmas yatakları Rusya, Botsvana, Avustralya ve Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nde bulunmaktadır. British Geological Survey'e göre, 2005 yılında Rusya dünyadaki elmasların yaklaşık beşte birini üretti. Avustralya'da, en zengin diamantasyonlu boru, 1990'larda yılda 42 metrik ton (41 ton, 46 kısa ton) ile en yüksek üretim seviyelerine ulaştı. Ayrıca, aktif üretimi Kanada'nın Kuzeybatı Toprakları, Sibirya'da (esas olarak Yakutya'da, örneğin Mir borusunda ve Udachnaya borusunda), Brezilya'da ve Kuzey ve Kuzey'de gerçekleştirilen ticari alanlar da vardır. Batı Avustralya.

Uygulamalar

Karbon bilinen tüm canlı sistemler için gereklidir. Onsuz, bildiğimiz şekliyle yaşamın varlığı imkansızdır. Karbonun gıda ve odun dışındaki başlıca ekonomik kullanımları, başta fosil yakıtlar, metan gazı ve ham petrol olmak üzere hidrokarbonlardadır. Ham petrol, rafinerilerde benzin, gazyağı ve diğer ürünleri üretmek için işlenir. Selüloz, bitkiler tarafından ahşap, pamuk, keten ve kenevir şeklinde üretilen doğal karbon içeren bir polimerdir. Selüloz esas olarak bitkilerin yapısını korumak için kullanılır. Ticari olarak değerli hayvansal karbon polimerleri arasında yün, kaşmir ve ipek bulunur. Plastikler, genellikle polimer omurgasına düzenli aralıklarla dahil edilen oksijen ve nitrojen atomları ile sentetik karbon polimerlerinden yapılır. Bu sentetiklerin birçoğunun hammaddesi ham petrolden gelir. Karbon ve bileşiklerinin kullanımı son derece çeşitlidir. Karbon, en yaygın olanı karbon çeliği olan demir ile alaşımlar oluşturabilir. Grafit, kil ile birleşerek yazı ve çizim için kullanılan kurşun kalemlerde kullanılan "kurşun"u oluşturur. Ayrıca yağlayıcı ve pigment olarak, cam yapımında kalıplama malzemesi olarak, kuru piller için elektrotlarda ve elektro kaplama ve elektro kaplamada, elektrik motorları için fırçalarda ve nükleer reaktörlerde nötron moderatörü olarak kullanılır. Kömür, sanat eseri için bir malzeme olarak, barbekü ızgarası olarak, demir eritme için kullanılır ve başka birçok kullanım alanı vardır. Odun, kömür ve petrol, enerji üretimi ve ısınma için yakıt olarak kullanılmaktadır. Kuyumculukta yüksek kaliteli elmaslar kullanılırken, endüstriyel elmaslar metal ve taş işlemek için delme, kesme ve parlatma aletleri için kullanılır. Plastikler fosil hidrokarbonlardan yapılır ve sentetik polyester elyafların pirolizi ile yapılan karbon elyaf, gelişmiş, hafif kompozitler oluşturmak üzere plastikleri güçlendirmek için kullanılır. Karbon fiber, ekstrüde edilmiş ve gerilmiş poliakrilonitril (PAN) filamentlerin ve diğer organiklerin pirolizi ile yapılır. Elyafın kristal yapısı ve mekanik özellikleri, başlangıç ​​malzemesinin tipine ve sonraki işlemlere bağlıdır. PAN'dan yapılan karbon fiberler, dar grafit şeritlerine benzeyen bir yapıya sahiptir, ancak ısıl işlem, yapıyı sürekli bir tabaka halinde yeniden düzenleyebilir. Sonuç olarak, lifler çelikten daha yüksek bir çekme mukavemetine sahiptir. Karbon siyahı, baskı mürekkeplerinde, sanatçı yağlı boyalarında ve sulu boyalarında, karbon kağıdında, otomotiv süslemelerinde, mürekkeplerde ve lazer yazıcılarda siyah pigment olarak kullanılır. Karbon siyahı ayrıca lastik gibi kauçuk ürünlerde ve plastik bağlantılarda dolgu maddesi olarak kullanılır. Aktif karbon, gaz maskeleri, su arıtma ve davlumbazlar gibi çeşitli uygulamalarda ve ayrıca tıpta sindirim sisteminden toksinleri, zehirleri veya gazları emmek için filtre ortamlarında bir emici ve adsorban olarak kullanılır. Karbon, yüksek sıcaklıklarda kimyasal indirgemede kullanılır. Kok, demir cevherini demire (ergitme) indirgemek için kullanılır. Çeliğin katılaşması, bitmiş çelik bileşenlerin karbon tozu içinde ısıtılmasıyla sağlanır. Silisyum, tungsten, bor ve titanyum karbürler en sert malzemeler arasındadır ve kesme ve taşlama için aşındırıcı olarak kullanılır. Doğal ve sentetik tekstiller ve deri gibi giysilerde kullanılan malzemelerin çoğunu ve cam, taş ve metal dışındaki ortamlardaki hemen hemen tüm iç yüzeyleri karbon bileşikleri oluşturur.

Elmaslar

Elmas endüstrisi, biri yüksek kaliteli elmaslar (değerli taşlar) ve diğeri endüstriyel sınıf elmaslar olmak üzere iki kategoriye ayrılmıştır. Her iki pırlanta türünde de çok fazla ticaret yapılırken, her iki piyasa da çok farklı şekillerde işlemektedir. Altın veya platin gibi değerli metallerin aksine, değerli taş pırlantalar bir meta olarak alınıp satılmaz: pırlanta satışında önemli bir prim vardır ve pırlanta yeniden satış piyasası çok aktif değildir. Endüstriyel elmaslar öncelikle sertlikleri ve termal iletkenlikleri nedeniyle ödüllendirilirken, berraklığın ve rengin gemolojik nitelikleri büyük ölçüde önemsizdir. Çıkarılan elmasların yaklaşık %80'i (yaklaşık 100 milyon karat veya yılda 20 tona eşittir) kullanılamaz ve endüstride (hurda elmas) kullanılmaktadır. 1950'lerde icat edilen sentetik elmaslar, neredeyse hemen endüstriyel uygulamalar buldu; Yılda 3 milyar karat (600 ton) sentetik elmas üretilmektedir. Elmasın baskın endüstriyel kullanımları kesme, delme, taşlama ve cilalamadır. Bu uygulamaların çoğu büyük elmaslar gerektirmez; Aslında, küçük elmaslar hariç, çoğu değerli taş kalitesinde elmas endüstride kullanılabilir. Elmaslar, matkap uçlarına veya testere bıçaklarına yerleştirilir veya taşlama ve cilalamada kullanılmak üzere toz haline getirilir. Özel uygulamalar arasında yüksek basınç deneyleri için depolama olarak laboratuvar kullanımı, yüksek performanslı yataklar ve özel pencerelerde sınırlı kullanım yer alır. Sentetik elmas üretimindeki gelişmelerle birlikte yeni uygulamalar mümkün hale geliyor. Elmasın mikroçipler için uygun bir yarı iletken olarak olası kullanımına ve elektronikte bir ısı emici olarak olağanüstü termal iletkenliği nedeniyle çok dikkat edilir.

Karbon (C)- tipik metal olmayan; periyodik sistemde, ana alt grup olan IV grubunun 2. periyodundadır. Atom numarası 6, Ar = 12.011 amu, nükleer yük +6.

Fiziki ozellikleri: karbon birçok allotropik modifikasyon oluşturur: elmas- en sert maddelerden biri grafit, kömür, kurum.

Bir karbon atomunun 6 elektronu vardır: 1s 2 2s 2 2p 2 . Son iki elektron ayrı p-orbitallerinde bulunur ve eşleşmemiştir. Prensipte, bu çift bir yörüngeyi işgal edebilir, ancak bu durumda elektron-elektron itmesi kuvvetli bir şekilde artar. Bu nedenle biri 2p x, diğeri ise 2p y alır. , veya 2p z-orbitalleri.

Dış katmanın s- ve p-alt seviyelerinin enerjileri arasındaki fark küçüktür, bu nedenle atom oldukça kolay bir şekilde uyarılmış bir duruma geçer, bu durumda 2s-orbitalinden iki elektrondan biri serbest olana geçer. 2p. 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 konfigürasyonlu bir değerlik durumu . Elmas kafesin özelliği olan karbon atomunun bu durumudur - hibrit orbitallerin tetrahedral uzamsal düzenlemesi, aynı bağ uzunluğu ve enerjisi.

Bu fenomene denildiği bilinmektedir. sp 3 -hibridizasyon, ve ortaya çıkan fonksiyonlar sp 3 -hybrid . Dört sp3 bağının oluşumu, karbon atomuna üçten daha kararlı bir durum sağlar. p-p- ve bir s-s-bağlantısı. Karbon atomunda sp 3 hibritleşmesine ek olarak sp 2 ve sp hibridizasyonu da gözlenir. . İlk durumda, karşılıklı bir örtüşme vardır. s- ve iki p-orbital. Bir düzlemde birbirine 120 ° açıyla yerleştirilmiş üç eşdeğer sp 2 - hibrit yörünge oluşur. Üçüncü yörünge p değişmez ve düzleme dik olarak yönlendirilir. 2.

sp hibridizasyonu sırasında, s ve p orbitalleri örtüşür. Oluşan iki eşdeğer hibrit orbital arasında 180 ° 'lik bir açı ortaya çıkarken, atomların her birinin iki p-orbitali değişmeden kalır.

Karbonun allotropisi. Elmas ve grafit

Bir grafit kristalinde, karbon atomları, içlerinde düzenli altıgenlerin köşelerini işgal eden paralel düzlemlerde bulunur. Karbon atomlarının her biri, üç bitişik sp2-hibrit bağına bağlıdır. Paralel düzlemler arasındaki bağlantı van der Waals kuvvetleri tarafından gerçekleştirilir. Atomların her birinin serbest p-orbitalleri, kovalent bağların düzlemlerine dik olarak yönlendirilir. Örtüşmeleri, karbon atomları arasındaki ek π-bağını açıklar. yani Bir maddede karbon atomlarının bulunduğu değerlik durumu, bu maddenin özellikleri.

Karbonun kimyasal özellikleri

En tipik oksidasyon durumları +4, +2'dir.

Düşük sıcaklıklarda karbon inerttir, ancak ısıtıldığında aktivitesi artar.

İndirgeyici ajan olarak karbon:

- oksijen ile
C 0 + O 2 - t ° = CO 2 karbondioksit
oksijen eksikliği ile - eksik yanma:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O karbon monoksit

- flor ile
C + 2F 2 = CF 4

- su buharı ile
C 0 + H 2 O - 1200 ° = C +2 O + H 2 su gazı

- metal oksitlerle. Böylece metal cevherden eritilir.
C 0 + 2CuO - t ° = 2Cu + C +4 O 2

- asitlerle - oksitleyici ajanlar:
C 0 + 2H 2 SO 4 (kons.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (kons.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- kükürt ile karbon disülfür oluşturur:
C + 2S 2 = CS2.

Oksitleyici bir ajan olarak karbon:

- bazı metallerle karbürler oluşturur

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- hidrojen - metan ile (ayrıca çok miktarda organik bileşik)

C0 + 2H2 = CH4

- silikon ile karborundum oluşturur (bir elektrikli fırında 2000 ° C'de):

Doğada karbon bulmak

Serbest karbon, elmas ve grafit şeklinde oluşur. Bileşikler halinde karbon, minerallerin bileşimindedir: tebeşir, mermer, kireçtaşı - CaC03, dolomit - MgCO 3 * CaCO 3; hidrokarbonatlar - Mg (HCO 3) 2 ve Ca (HCO 3) 2, CO2 havanın bir parçasıdır; karbon, doğal organik bileşiklerin ana bileşenidir - gaz, yağ, kömür, turba; canlı organizmaları oluşturan organik maddelerin, proteinlerin, yağların, karbonhidratların, amino asitlerin bir parçasıdır.

inorganik karbon bileşikleri

Herhangi bir sıradan kimyasal işlem altında ne C4+ ne de C4 iyonları oluşmaz: karbon bileşiklerinde farklı polariteye sahip kovalent bağlar vardır.

Karbon monoksit (II) CO

Karbonmonoksit; renksiz, kokusuz, suda az çözünür, organik çözücülerde çözünür, zehirli, balya sıcaklığı = -192 °C; t pl. = -205 °C

alma
1) Endüstride (gaz jeneratörlerinde):
C + O2 = CO2

2) Laboratuvarda - formik veya oksalik asidin H2S04 (kons.) varlığında termal ayrışması ile:
HCOOH = H20 + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Kimyasal özellikler

CO, normal koşullar altında inerttir; ısıtıldığında - bir indirgeyici ajan; tuz oluşturmayan oksit.

1) oksijen ile

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) metal oksitlerle

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) klorlu (ışıkta)

CO + Cl2 - hn = COCl2 (fosgen)

4) alkali eriyiklerle reaksiyona girer (basınç altında)

CO + NaOH = HCOONa (sodyum format)

5) geçiş metalleri ile karboniller oluşturur

Ni + 4CO - t ° = Ni (CO) 4

Fe + 5CO - t ° = Fe (CO) 5

Karbon monoksit (IV) CO2

Karbondioksit, renksiz, kokusuz, suda çözünürlük - 0.9V CO2, 1V H2O'da çözünür (normal koşullar altında); Havadan ağır; t ° pl. = -78.5 ° C (katı CO2 "kuru buz" olarak adlandırılır); yanmayı desteklemez.

alma

1. Karbonik asit tuzlarının (karbonatlar) termal ayrışması. Kireçtaşı kavurma:

CaCO 3 - t ° = CaO + CO2

1. Güçlü asitlerin karbonatlar ve bikarbonatlar üzerindeki etkisi:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHC03 + HCl = NaCl + H20 + CO2

KimyasalözelliklerCO2
Asidik Oksit: Karbonik asit tuzları oluşturmak için bazik oksitler ve bazlarla reaksiyona girer

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

2NaOH + CO2 = Na2C03 + H2O

NaOH + CO2 = NaHC03

Yüksek sıcaklıklarda oksitleyici özellikler sergileyebilir

С +4 O 2 + 2Mg - t ° = 2Mg +2 O + C 0

kalitatif reaksiyon

Kireç suyunun bulanıklığı:

Ca (OH) 2 + CO 2 = CaC03 ¯ (beyaz çökelti) + H 2 O

CO2'nin kireçli sudan uzun süreli geçişi ile kaybolur, çünkü çözünmeyen kalsiyum karbonat, çözünür bikarbonata dönüşür:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2

Karbonik asit ve onuntuz

H2CO3 - Asit zayıftır, sadece sulu çözeltide bulunur:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

İki tabanlı:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Asit tuzları - bikarbonatlar, hidrokarbonlar
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Orta tuzlar - karbonatlar

Asitlerin tüm özellikleri karakteristiktir.

Karbonatlar ve hidrokarbonlar birbirine dönüştürülebilir:

2NaHC03 - t ° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHC03

Metal karbonatlar (alkali metaller hariç) ısıtıldığında bir oksit oluşturmak üzere dekarboksilat:

CuCO 3 - t ° = CuO + CO2

kalitatif reaksiyon- güçlü bir asidin etkisi altında "kaynama":

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

karbürler

Kalsiyum karbür:

CaO + 3C = CaC2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

Çinko, kadmiyum, lantan ve seryum karbürler su ile reaksiyona girdiğinde asetilen açığa çıkar:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C ve Al 4 C 3, metan oluşturmak üzere suyla ayrışır:

Al 4C3 + 12 H20 = 4 Al (OH) 3 = 3 CH 4.

Teknolojide titanyum karbürler TiC, tungsten W 2 C (sert alaşımlar), silikon SiC (aşındırıcı olarak karborundum ve ısıtıcılar için bir malzeme) kullanılır.

Siyanür

sodanın amonyak ve karbon monoksit atmosferinde ısıtılmasıyla elde edilir:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Hidrosiyanik asit HCN kimya endüstrisinin önemli bir ürünüdür ve organik sentezde yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünya üretimi yılda 200 bin tona ulaşıyor. Siyanür anyonunun elektronik yapısı karbon monoksite (II) benzer, bu tür parçacıklara izoelektronik denir:

C = O: [: C = N:] -

Altın madenciliğinde siyanürler (%0.1-0.2 sulu çözelti) kullanılır:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

Siyanür çözeltilerini kükürt veya katıların füzyonu ile kaynatırken, tiyosiyanatlar:
KCN + S = KSCN.

Düşük aktiviteli metallerin siyanürleri ısıtıldığında siyanojen elde edilir: Hg (CN) 2 = Hg + (CN) 2. Siyanür çözeltileri oksitlenir siyanatlar:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

Siyanik asit iki şekilde gelir:

H-N = C = O; H-O-C = N:

1828'de Friedrich Wöhler (1800-1882), amonyum siyanattan üre elde etti: NH4OCN = CO (NH2)2, sulu bir çözeltinin buharlaştırılmasıyla.

Bu olay genellikle sentetik kimyanın "vitalist teori" üzerindeki zaferi olarak görülür.

Bir siyanik asit izomeri var - uçucu asit

H-O-N = C.
Tuzları (patlayıcı cıva Hg (ONC) 2) darbeli ateşleyicilerde kullanılır.

sentez üre(üre):

CO 2 + 2 NH 3 = CO (NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 С ve 100 atm'de.

Üre, bir karbonik asit amididir, ayrıca "azot analoğu" - guanidin de vardır.

karbonatlar

En önemli inorganik karbon bileşikleri karbonik asit tuzlarıdır (karbonatlar). H2C03 zayıf bir asittir (K1 = 1.3 · 10 -4; K2 = 5 · 10 -11). Karbonat tampon destekler karbondioksit dengesi atmosferde. Okyanuslar, açık bir sistem oldukları için büyük bir tampon kapasitesine sahiptir. Ana tampon reaksiyonu, karbonik asidin ayrışmasında dengedir:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

Asitlikte bir azalma ile, asit oluşumu ile atmosferden ek karbondioksit emilimi meydana gelir:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Asitliğin artmasıyla birlikte karbonat kayalarının (okyanusta kabuklar, tebeşir ve kireçtaşı birikintileri) çözünmesi meydana gelir; bu, hidrokarbonat iyonlarının kaybını telafi eder:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (katı) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Katı karbonatlar, çözünür hidrokarbonatlara dönüştürülür. "Sera etkisine" - Dünya'dan termal radyasyonun karbondioksit tarafından emilmesinden kaynaklanan küresel ısınmaya karşı koyan bu fazla karbondioksitin kimyasal olarak çözünmesi sürecidir. Cam üretiminde dünyadaki sodanın (sodyum karbonat Na 2 CO 3) yaklaşık üçte biri kullanılmaktadır.