في حالة اتصال كربونهي جزء مما يسمى بالمواد العضوية ، أي العديد من المواد الموجودة في جسم كل نبات وحيوان. وهو على شكل ثاني أكسيد الكربون في الماء والهواء ، وعلى شكل أملاح ثاني أكسيد الكربون ومخلفات عضوية في التربة وكتلة قشرة الأرض. إن تنوع المواد التي يتكون منها جسم الحيوانات والنباتات معروف للجميع. الشمع والزيت ، زيت التربنتين والراتنج ، ورق القطن والبروتين ، أنسجة الخلايا النباتية وأنسجة العضلات الحيوانية ، حمض الطرطريك والنشا - كل هذه والعديد من المواد الأخرى الموجودة في أنسجة وعصائر النباتات والحيوانات هي مركبات كربونية. إن مجال مركبات الكربون كبير جدًا لدرجة أنه يشكل فرعًا خاصًا من الكيمياء ، أي كيمياء الكربون أو مركبات الهيدروكربون الأفضل.

هذه الكلمات من أساسيات الكيمياء من تأليف دي آي مينديليف بمثابة كتاب مقتبس مفصل لقصتنا حول العنصر الحيوي - الكربون. ومع ذلك ، هناك أطروحة واحدة هنا ، والتي من وجهة نظر علم المادة الحديث ، يمكن مناقشتها ، ولكن أكثر من ذلك أدناه.

ربما تكون أصابع اليدين كافية لحساب العناصر الكيميائية التي لم يخصص لها كتاب علمي واحد على الأقل. لكن كتابًا علميًا شهيرًا مستقلًا - ليس نوعًا من الكتيبات في 20 صفحة غير مكتملة بغلاف ورقي مغلف ، ولكنه يحتوي على حجم صلب جدًا يقارب 500 صفحة - يحتوي على عنصر واحد فقط في الأصل - الكربون.

بشكل عام ، الأدبيات المتعلقة بالكربون هي الأغنى. هذه ، أولاً ، جميع كتب ومقالات الكيميائيين العضويين دون استثناء ؛ ثانياً ، كل ما يتعلق بالبوليمرات تقريبًا ؛ ثالثا ، عدد لا يحصى من المنشورات المتعلقة بالوقود الأحفوري. رابعًا ، جزء مهم من أدبيات الطب الحيوي ...

لذلك ، لن نحاول احتضان الضخامة (ليس من قبيل المصادفة أن مؤلفي الكتاب الشعبي حول العنصر رقم 6 أطلقوا عليه "لا ينضب"!) ، لكننا سنركز فقط على الشيء الرئيسي من النقطة الرئيسية - سنحاول رؤية الكربون من ثلاث وجهات نظر.

الكربون هو أحد العناصر القليلة"بلا عائلة ، بلا قبيلة". يعود تاريخ ملامسة الإنسان لهذه المادة إلى عصور ما قبل التاريخ. اسم مكتشف الكربون غير معروف ، كما أنه من غير المعروف أيضًا أي من أشكال الكربون الأولي - الماس أو الجرافيت - تم اكتشافه سابقًا. كلاهما حدث منذ وقت طويل جدا. يمكن تحديد شيء واحد فقط: قبل الماس وقبل الجرافيت ، تم اكتشاف مادة ، والتي كانت قبل بضعة عقود تعتبر الشكل الثالث غير المتبلور من الكربون الأولي - الفحم. لكن في الواقع ، الفحم ، حتى الفحم ، ليس كربونًا نقيًا. يحتوي على الهيدروجين والأكسجين وآثار من العناصر الأخرى. صحيح أنه يمكن إزالتها ، ولكن حتى ذلك الحين لن يصبح الكربون الفحم تعديلاً مستقلاً للكربون الأولي. تم تأسيس هذا فقط في الربع الثاني من قرننا. أظهر التحليل الإنشائي أن الكربون غير المتبلور هو أساسًا الجرافيت نفسه. هذا يعني أنه ليس غير متبلور ، ولكنه بلوري ؛ فقط بلوراتها صغيرة جدًا وهناك المزيد من العيوب فيها. بعد ذلك ، بدأوا يعتقدون أن الكربون على الأرض موجود فقط في شكلين أوليين - في شكل الجرافيت والماس.

هل فكرت يومًا في أسباب "مستجمعات المياه" الحادة للخصائص التي تجري في الفترة القصيرة الثانية من الجدول الدوري على طول الخط الذي يفصل الكربون عن النيتروجين الذي يتبعه؟ النيتروجين والأكسجين والفلور غازية في الظروف العادية. الكربون - في أي شكل - مادة صلبة. درجة انصهار النيتروجين هي 210.5 درجة مئوية تحت الصفر ، والكربون (على شكل جرافيت تحت ضغط يزيد عن 100 ضغط جوي) حوالي 4000 درجة مئوية ...

كان دميتري إيفانوفيتش مندليف أول من اقترح أن هذا الاختلاف يرجع إلى التركيب البوليمري لجزيئات الكربون. كتب: "إذا شكل الكربون جزيء C2 ، مثل O 2 ، فسيكون غازًا." وفضلاً عن ذلك: تتجلى قدرة ذرات الفحم على الاندماج مع بعضها البعض وإعطاء جزيئات معقدة في جميع مركبات الكربون. في أي من العناصر لا تتطور مثل هذه القدرة على التعقيد إلى حد كما هو الحال في الكربون. حتى الآن ، لا يوجد أساس لتحديد درجة بلمرة جزيء الفحم ، الجرافيت ، الماس ، يمكن للمرء فقط أن يعتقد أنها تحتوي على C p ، حيث n هي قيمة كبيرة.

الكربون وبوليمراته

تم تأكيد هذا الافتراض في عصرنا. كل من الجرافيت والماس عبارة عن بوليمرات مكونة من ذرات الكربون نفسها.

وفقًا للملاحظة المناسبة للبروفيسور Yu.V. خوداكوف ، "بناءً على طبيعة القوات التي يجب التغلب عليها ، يمكن أن تُنسب مهنة قطع الماس إلى المهن الكيماوية". في الواقع ، يجب على القاطع أن يتغلب ليس على قوى التفاعل بين الجزيئات الضعيفة نسبيًا ، بل على قوى الترابط الكيميائي ، التي تجمع ذرات الكربون في جزيء ماسي. أي بلورة ماسية ، حتى لو كانت ضخمة ، ستمائة جرام كولينان ، هي في الأساس جزيء واحد ، جزيء من بوليمر ثلاثي الأبعاد شديد الانتظام ، شبه كامل التركيب.

الجرافيت أمر آخر. هنا يمتد الترتيب البوليمري في اتجاهين فقط - على طول المستوى ، وليس في الفضاء. في قطعة من الجرافيت ، تشكل هذه الطائرات حزمة كثيفة إلى حد ما ، لا ترتبط طبقاتها ببعضها البعض بواسطة قوى كيميائية ، ولكن بواسطة قوى ضعيفة للتفاعل بين الجزيئات. هذا هو السبب في أنها سهلة للغاية - حتى من ملامسة الورق - لتقشير الجرافيت. في الوقت نفسه ، من الصعب جدًا كسر لوحة الجرافيت في الاتجاه العرضي - وهنا تتعارض الرابطة الكيميائية.

إن سمات التركيب الجزيئي هي التي تفسر الاختلاف الهائل في خصائص الجرافيت والماس. الجرافيت موصل ممتاز للحرارة والكهرباء ، بينما الماس عازل. لا ينقل الجرافيت الضوء على الإطلاق - الماس شفاف. بغض النظر عن كيفية تأكسد الماس ، سيكون ثاني أكسيد الكربون فقط هو منتج الأكسدة. وعن طريق أكسدة الجرافيت ، يمكن الحصول على العديد من المنتجات الوسيطة ، إذا رغبت في ذلك ، على وجه الخصوص الجرافيت (تكوين متغير) وحمض Mellitic C 6 (COOH) 6. الأكسجين ، كما كان ، محشور بين طبقات حزمة الجرافيت ويؤكسد فقط بعض ذرات الكربون. لا توجد نقاط ضعف في بلورة الماس ، وبالتالي من الممكن حدوث أكسدة كاملة أو عدم أكسدة كاملة - لا توجد طريقة ثالثة ...

لذلك ، هناك بوليمر "مكاني" من الكربون الأولي ، وهناك واحد "مستو". من حيث المبدأ ، تم افتراض وجود بوليمر خطي "أحادي البعد" للكربون ، ولكن لم يتم العثور عليه في الطبيعة.

لم يتم العثور على الوقت الحاضر. بعد سنوات قليلة من التوليف ، تم العثور على بوليمر كربون خطي في فوهة نيزكية في ألمانيا. وأول الكيميائيين السوفييت ف.ف. كودريافتسيف. تم تسمية البوليمر الخطي للكربون كاربين. ظاهريًا ، يبدو وكأنه مسحوق بلوري أسود ناعم ، وله خصائص أشباه الموصلات ، وتحت تأثير الضوء ، تزداد الموصلية الكهربائية للكاربين بشكل كبير. كشف الكاربين أيضًا عن خصائص غير متوقعة تمامًا. اتضح ، على سبيل المثال ، أنه عندما يتلامس الدم معه ، فإنه لا يشكل جلطات - جلطات دموية ، لذلك بدأ استخدام الألياف المغلفة بالكاربين في تصنيع الأوعية الدموية الاصطناعية التي لا يرفضها الجسم.

وفقًا لمكتشفي الكاربين ، كان أصعب شيء بالنسبة لهم هو تحديد نوع الروابط التي ترتبط بها ذرات الكربون في سلسلة. يمكن أن يكون لها روابط فردية وثلاثية متناوبة (-C = CC = C -C =) ، أو يمكن أن يكون لها روابط مزدوجة فقط (= C = C = C = C =) ... ويمكن أن يكون لها كلاهما في نفس الوقت . بعد سنوات قليلة فقط تمكن كورشاك وسلادكوف من إثبات عدم وجود روابط مزدوجة في الكاربين. ومع ذلك ، نظرًا لأن النظرية سمحت بوجود بوليمر كربون خطي مع روابط مزدوجة فقط ، فقد جرت محاولة للحصول على هذا التنوع - في جوهره ، التعديل الرابع للكربون الأولي.

الكربون في المعادن

تم الحصول على هذه المادة في معهد مركبات العناصر العضوية التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. تم تسمية بوليمر الكربون الخطي الجديد polycumulene. والآن يُعرف ما لا يقل عن ثمانية بوليمرات خطية من الكربون ، تختلف عن بعضها البعض في بنية الشبكة البلورية. في الأدب الأجنبي ، كلهم ​​يطلق عليهم القربينات.

هذا العنصر دائمًا رباعي التكافؤ ، ولكن نظرًا لأنه يقع في منتصف الفترة ، تكون حالة الأكسدة في ظروف مختلفة إما +4 أو -4.في التفاعلات مع غير المعادن ، يكون موجبًا للكهرباء ، مع المعادن - على العكس من ذلك. حتى في الحالات التي لا تكون فيها الرابطة أيونية ، ولكنها تساهمية ، يظل الكربون صادقًا مع نفسه - حيث يظل التكافؤ الرسمي مساويًا لأربعة.

هناك عدد قليل جدًا من المركبات التي يظهر فيها الكربون بشكل رسمي على الأقل تكافؤًا بخلاف أربعة. واحد فقط من هذه المركبات معروف بشكل عام ، أول أكسيد الكربون ، أول أكسيد الكربون ، حيث يبدو أن الكربون ثنائي التكافؤ. يبدو بالضبط ، لأنه في الواقع يوجد نوع أكثر تعقيدًا من الاتصال. ترتبط ذرات الكربون والأكسجين برابطة مستقطبة تساهمية ثلاثية ، وتتم كتابة الصيغة الهيكلية لهذا المركب على النحو التالي: O + \ u003d C ".

في عام 1900 ، حصل M. Gomberg على المركب العضوي ثلاثي فينيل ميثيل (C 6 H 5) 3 C. ويبدو أن ذرة الكربون هنا ثلاثية التكافؤ. لكن اتضح لاحقًا أن التكافؤ غير العادي كان رسميًا تمامًا هذه المرة. ثلاثي فينيل ميثيل ونظائره من الجذور الحرة ، ولكن على عكس معظم الجذور ، فهي مستقرة تمامًا.

تاريخيًا ، بقي عدد قليل جدًا من مركبات الكربون "تحت سقف" الكيمياء غير العضوية. هذه هي أكاسيد الكربون ، الكربيدات - مركباتها مع المعادن ، وكذلك البورون والسيليكون ، الكربونات - أملاح حمض الكربونيك الأضعف ، ثاني كبريتيد الكربون CS 2 ، مركبات السيانيد. علينا أن نواسي أنفسنا بحقيقة أنه ، كما يحدث غالبًا (أو يحدث) في الإنتاج ، فإن "العمود" يعوض أوجه القصور في المصطلحات. في الواقع ، لا يوجد الجزء الأكبر من الكربون الموجود في قشرة الأرض في الكائنات الحية النباتية والحيوانية ، وليس في الفحم والزيت وجميع المواد العضوية الأخرى مجتمعة ، ولكن في مركبين غير عضويين فقط - الحجر الجيري CaCO 3 ودولوميت MgCa (CO 3 ) 2. الكربون هو جزء من بضع عشرات من المعادن الأخرى ، فقط تذكر رخام CaCO 3 (مع الإضافات) ، Cu 2 (OH) 2 CO 3 Malachite ، ZnCO 3 smithsonite معدن الزنك ... يوجد الكربون في كل من الصخور النارية والصخور البلورية.

المعادن المحتوية على الكربيدات نادرة جدًا. كقاعدة عامة ، هذه مواد ذات أصل عميق بشكل خاص ؛ لذلك ، يفترض العلماء أن هناك كربونًا في قلب الكرة الأرضية.

بالنسبة للصناعات الكيماوية ، يعتبر الكربون ومركباته غير العضوية ذات أهمية كبيرة - غالبًا كمواد خام ، وأقل كمواد هيكلية.

العديد من الأجهزة في الصناعات الكيميائية ، مثل المبادلات الحرارية ، مصنوعة من الجرافيت. وهذا أمر طبيعي: يتمتع الجرافيت بمقاومة حرارية وكيميائية كبيرة وفي نفس الوقت يقوم بتوصيل الحرارة بشكل جيد للغاية. بالمناسبة ، بفضل نفس الخصائص ، أصبح الجرافيت مادة مهمة لتقنية الطائرات النفاثة. الدفات مصنوعة من الجرافيت ، وتعمل مباشرة في لهب جهاز الفوهة. من المستحيل عملياً إشعال الجرافيت في الهواء (حتى في الأكسجين النقي ، ليس من السهل القيام بذلك) ، ومن أجل تبخر الجرافيت ، هناك حاجة إلى درجة حرارة أعلى بكثير من تلك التي تتطور حتى في محرك الصاروخ. وإلى جانب ذلك ، تحت الضغط الطبيعي ، لا يذوب الجرافيت ، مثل الجرانيت.

من الصعب تخيل الإنتاج الكهروكيميائي الحديث بدون الجرافيت. لا يقتصر استخدام أقطاب الجرافيت على علماء المعادن فحسب ، بل يستخدمه الكيميائيون أيضًا. يكفي أن نتذكر أنه في المحلل الكهربائي المستخدم لإنتاج الصودا الكاوية والكلور ، تكون الأنودات من الجرافيت.

استخدام الكربون

تمت كتابة العديد من الكتب حول استخدام مركبات الكربون في الصناعة الكيميائية. تستخدم كربونات الكالسيوم والحجر الجيري كمواد خام في إنتاج الجير والأسمنت وكربيد الكالسيوم. معدن آخر - الدولوميت - هو "سلف" مجموعة كبيرة من حراريات الدولوميت. كربونات وبيكربونات الصوديوم - رماد الصودا وصودا الشرب. أحد أهم مستهلكي رماد الصودا كان ولا يزال صناعة الزجاج ، والتي تحتاج إلى حوالي ثلث الإنتاج العالمي من Na 2 CO 3.

وأخيراً ، القليل عن الكربيدات. عادة ، عندما يقولون كربيد ، فإنهم يقصدون كربيد الكالسيوم - مصدر الأسيتيلين ، وبالتالي العديد من منتجات التخليق العضوي. لكن كربيد الكالسيوم ، على الرغم من أنه الأكثر شهرة ، ليس بأي حال من الأحوال المادة الوحيدة المهمة والضرورية لهذه المجموعة. كربيد البورون B 4 C مادة مهمة للذرات

التكنولوجيا ، كربيد السيليكون كربيد السيليكون أو الكربوراندوم هو أهم مادة كاشطة. تتميز كربيدات العديد من المعادن بمقاومة كيميائية عالية وصلابة استثنائية ؛ الكربوراندوم ، على سبيل المثال ، أقل شأنا من الماس. صلابته على مقياس Mooca هي 9.5-9.75 (الماس - 10). لكن الكربوراندوم أرخص من الماس. يتم الحصول عليها في أفران كهربائية عند درجة حرارة حوالي 2000 درجة مئوية من خليط من فحم الكوك ورمل الكوارتز.

وفقًا للعالم السوفيتي الشهير الأكاديمي أ. Knunyants ، يمكن اعتبار الكيمياء العضوية نوعًا من الجسور التي ألقاها العلم من الطبيعة غير الحية إلى أعلى أشكالها - الحياة. وقبل قرن ونصف فقط ، كان أفضل الكيميائيين في ذلك الوقت يؤمنون ويعلمون أتباعهم أن الكيمياء العضوية هي علم المواد التي تشكلت بمشاركة وتوجيه من "مادة" غريبة - قوة الحياة. ولكن سرعان ما تم إرسال هذه القوة إلى سلة مهملات العلوم الطبيعية. توليفات العديد من المواد العضوية - اليوريا ، وحمض الخليك ، والدهون ، والمواد الشبيهة بالسكر - جعلتها ببساطة غير ضرورية.

ظهر التعريف الكلاسيكي لـ K. Schorlemmer ، والذي لم يفقد معناه حتى بعد 100 عام: "الكيمياء العضوية هي كيمياء الهيدروكربونات ومشتقاتها ، أي المنتجات التي تتشكل عندما يتم استبدال الهيدروجين بذرات أخرى أو مجموعات من الذرات."

إذن ، المواد العضوية هي كيمياء ولا حتى عنصر واحد ، بل فئة واحدة فقط من مركبات هذا العنصر. لكن أي فئة! فئة مقسمة ليس فقط إلى مجموعات ومجموعات فرعية - إلى علوم مستقلة. لقد خرجوا من المواد العضوية ، والكيمياء الحيوية ، وكيمياء البوليمرات الاصطناعية ، وكيمياء المركبات النشطة بيولوجيًا والطبية المنفصلة عن المواد العضوية ...

الملايين من المركبات العضوية (مركبات الكربون!) وحوالي مائة ألف مركب من جميع العناصر الأخرى مجتمعة معروفة الآن.

من المعروف أن الحياة مبنية على أساس الكربون. ولكن لماذا بالضبط الكربون - العنصر الحادي عشر الأكثر وفرة على الأرض - تولى المهمة الصعبة المتمثلة في أن يكون أساس كل أشكال الحياة؟

الجواب على هذا السؤال غامض. أولاً ، "لا تتطور هذه القدرة على التعقيد إلى حد مثل الكربون في أي من العناصر". ثانيًا ، يمكن للكربون أن يتحد مع معظم العناصر وبطرق متنوعة. ثالثًا ، يمكن تدمير الرابطة بين ذرات الكربون ، وكذلك مع ذرات الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور والعناصر الأخرى التي تتكون منها المواد العضوية ، تحت تأثير العوامل الطبيعية. لذلك ، يدور الكربون باستمرار في الطبيعة: من الغلاف الجوي إلى النباتات ، ومن النباتات إلى الكائنات الحية ، ومن الأحياء إلى الميتة ،

من الموتى الى الاحياء ...

التكافؤات الأربعة لذرة الكربون تشبه أربعة أيادي. وإذا تم توصيل ذرتين من هذه الذرات ، فهناك بالفعل ستة "أذرع". أو - أربعة ، إذا تم إنفاق إلكترونين على تكوين زوج (رابطة مزدوجة). أو - اثنان فقط ، إذا كانت الرابطة ، كما في الأسيتيلين ، ثلاثية. لكن هذه الروابط (تسمى غير مشبعة) تشبه قنبلة في جيبك أو جني في زجاجة. إنهم مختبئون في الوقت الحالي ، لكن في الوقت المناسب يتحررون لإحداث خسائر في لعبة قمار عاصفة من التفاعلات والتحولات الكيميائية. تتشكل مجموعة متنوعة من الهياكل نتيجة لهذه "الألعاب" إذا كان الكربون متورطًا فيها. حسب محررو "موسوعة الأطفال" أنه من 20 ذرة كربون و 42 ذرة هيدروجين ، يمكن الحصول على 366319 مادة هيدروكربونية مختلفة ، 366319 مادة من التركيبة C 20 H42. وإذا لم يكن هناك ستة عشرات من المشاركين في "اللعبة" ، فهناك عدة آلاف ؛ إذا كان من بينهم ممثلو ليس "فريقين" ، لكن لنقل ثمانية!

حيثما يوجد الكربون ، يوجد التنوع. عندما يوجد الكربون ، توجد صعوبات. ومختلف التصاميم في العمارة الجزيئية. سلاسل بسيطة ، كما في البيوتان CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 أو البولي إيثيلين -CH 2 -CH 2 -CH 2 - CH 2 - ، والهياكل المتفرعة ، أبسطها هو الأيزوبيوتان.

يعتبر النظر في السمات الهيكلية لذرة الكربون وحالتها الإلكترونية أمرًا أساسيًا للفهم الصحيح لنظرية التركيب الكيميائي. ضع في اعتبارك أولاً موضع الكربون في النظام الدوري (PS). لتسهيل توصيف العنصر بواسطة PS ، يمكن استخدام الخوارزمية التالية:

رقم سريالعنصر (#) يحدده الشحنة النووية (رقم الشحنة Z) ، وبالتالي عدد البروتونات N $ p ^ + $ (رمز البروتون - $ p_1 ^ + $) وإجمالي عدد الإلكترونات N $ \ bar (e) $ (رمز الإلكترون - $ \ bar (e) $) في النواة. بالنسبة للكربون ، الرقم التسلسلي هو 6 ، لذلك تتكون نواة ذرة الكربون من 6 بروتونات و 6 إلكترونات. من الناحية التخطيطية ، يمكن كتابة هذا المنطق على النحو التالي: № $ (C) = 6 \ Rightarrow Z = 6 ؛ \ hspace (2pt) N \ bar (e) = 6 دولار.

الكتلة الذريةعنصر أو عدد كتلة النظائر (أ)يساوي مجموع كتل البروتونات والنيوترونات (تسمية النيوترون $ n_1 ^ 0 $) في النواة ، لذلك يمكن حساب عدد النيوترونات N من الفرق. بالنسبة للكربون ، الكتلة الذرية هي 12 amu ، لذلك ، فإن عدد النيوترونات في ذرة الكربون هو 6.التدوين التخطيطي: $ A (C) = 12 \ textrm (amu) \ Rightarrow N = A-Z = 12-6 = 6 $.

رقم الفترة ،الذي يوجد فيه العنصر في PS ، يساوي عدديًا رئيسي (شعاعي)رقم كميويحدد عدد مستويات الطاقة في الذرة. في بعض الأحيان يكون هناك تعيين آخر للعدد الكمي الرئيسي - $ n_r $(بحسب سومرفيلد). يقع الكربون في الفترة الثانية من PS ، وبالتالي ، فهو يحتوي على مستويين من الطاقة ، والرقم الكمي الرئيسي هو 2. تدوين تخطيطي: رقم الحارة. = 2 => ن = 2.

رقم المجموعة، حيث يوجد العنصر في PS ، يتوافق مع عدد الإلكترونات في مستوى الطاقة الخارجي. يقع الكربون في المجموعة الرابعة من المجموعة الفرعية الرئيسية ، وبالتالي ، يحتوي على 4 إلكترونات على مستوى الطاقة الخارجية.تدوين تخطيطي: لا. غرام. = IV => N $ \ bar (e) _ \ textrm (التكافؤ) $ = 4.

تلخيصًا ، يمكن القول أنه في حالة أرضية (غير متحمسة)هناك 4 إلكترونات تكافؤ على مستوى الطاقة الخارجي لذرة الكربون ، بينما تشكل الإلكترونات s زوجًا من الإلكترونات ، ولا يتم إقران 2 إلكترون p.

بالنسبة لطبقة إلكترون التكافؤ لذرة الكربون ، يكون الرقم الكمي الرئيسي n هو 2 ، ورقم الكم المداري l هو 0 ، والذي يتوافق مع المدار s ويساوي 1 للمدارات p ؛ عدد الكم المغناطيسي m = –l ، 0 ، + l ؛ أي م = 0 (ل = 0) و م = -1 ، 0 ، 1 (ل = 1).

تعريف

المدار الذري (AO)تسمى صورة رسومية ثلاثية الأبعاد لكثافة الإلكترون ، أي منطقة الفضاء التي يكون فيها احتمال العثور على الإلكترون هو الحد الأقصى.

في المركبات العضوية ، تكون ذرة الكربون دائمًا رباعي التكافؤ ، مما يعني أن جميع إلكترونات التكافؤ الأربعة تشارك في تكوين رابطة كيميائية. لكن الإلكترونات غير المزاوجة فقط هي التي تشارك في تكوين السندات! لشرح التناقض بين مفهوم التكافؤ والبنية الإلكترونية لذرة الكربون ، يجب على المرء تطبيق النموذج الحالة المثارة لذرة الكربون $ C ^ * $، مما يسمح بانتقال الإلكترون من المستوى 2s- إلى المستوى الفرعي 2p:

في هذه الحالة ، يتم تعويض الطاقة التي يتم إنفاقها على انتقال الإلكترون عن طريق الطاقة المنبعثة أثناء تكوين رابطتين إضافيتين. ومع ذلك ، يفترض هذا النموذج أن الإلكترون موجود في أربعة مدارات "نقية" - واحد ثانية وثلاثة ع.

ثم ، في الحالة المثارة للذرة ، يجب أن تكون طاقة المدار s أقل من طاقة تكوين المدارات p. في الواقع، هذا ليس صحيحا. تشير الدراسات إلى أن طاقة المدارات الأربعة التي تشكلت نتيجة "قفزة" الإلكترون هي نفسها تقريبًا ، على التوالي ، وأن طاقات تكوين الروابط في جزيء له نفس الذرات غير المتجانسة (على سبيل المثال ، ذرات الهيدروجين في الميثان) متساوية تقريبًا ، وطاقة كل من المدارات المشكلة حديثًا أكبر من طاقة المدار s "النظيف" ، ولكنها أقل من طاقة المدار p "النظيف".

يعد الكربون أحد أكثر العناصر المدهشة التي يمكن أن تشكل مجموعة كبيرة ومتنوعة من المركبات ذات الطبيعة العضوية وغير العضوية. هذا العنصر غير معتاد في خصائصه لدرجة أن مندليف تنبأ بمستقبل عظيم له ، متحدثًا عن ميزات لم يتم الكشف عنها بعد.

في وقت لاحق تم تأكيد ذلك عمليا. أصبح معروفًا أنه العنصر الحيوي الرئيسي لكوكبنا ، والذي يعد جزءًا من جميع الكائنات الحية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن توجد في أشكال مختلفة جذريًا من جميع النواحي ، ولكنها في نفس الوقت تتكون فقط من ذرات الكربون.

بشكل عام ، لهذه البنية العديد من الميزات ، وسنحاول التعامل معها في سياق المقال.

الكربون: الصيغة والموقع في نظام العناصر

في النظام الدوري ، يقع عنصر الكربون في المجموعة الرابعة (وفقًا للنموذج الجديد في 14) المجموعة الفرعية الرئيسية. عددها الذري 6 ووزنها الذري 12.011. يشير تعيين العنصر بعلامة C إلى اسمه باللاتينية - carboneum. هناك العديد من الأشكال المختلفة التي يوجد فيها الكربون. لذلك ، فإن صيغته مختلفة وتعتمد على التعديل المحدد.

ومع ذلك ، هناك بالطبع تعيين محدد لكتابة معادلات التفاعل. بشكل عام ، عند الحديث عن مادة في شكلها النقي ، يتم اعتماد الصيغة الجزيئية للكربون C ، بدون فهرسة.

تاريخ اكتشاف العنصر

في حد ذاته ، هذا العنصر معروف منذ العصور القديمة. بعد كل شيء ، يعد الفحم أحد أهم المعادن في الطبيعة. لذلك ، بالنسبة لليونانيين والرومان والجنسيات الأخرى القدماء ، لم يكن سرًا.

بالإضافة إلى هذا التنوع ، تم استخدام الماس والجرافيت أيضًا. كانت هناك العديد من المواقف المربكة مع هذا الأخير لفترة طويلة ، لأنه في كثير من الأحيان ، بدون تحليل التكوين ، تم أخذ هذه المركبات من أجل الجرافيت ، مثل:

• الرصاص الفضي
• كربيد الحديد
• كبريتيد الموليبدينوم.

تم طلاء كل منهم باللون الأسود وبالتالي يعتبر من الجرافيت. في وقت لاحق ، تم إزالة سوء الفهم هذا ، وأصبح هذا النوع من الكربون هو نفسه.

منذ عام 1725 ، أصبح الماس ذا أهمية تجارية كبيرة ، وفي عام 1970 ، تم إتقان تقنية الحصول عليه بشكل مصطنع. منذ عام 1779 ، وبفضل عمل Karl Scheele ، تمت دراسة الخصائص الكيميائية التي يعرضها الكربون. كانت هذه بداية لعدد من الاكتشافات المهمة في مجال هذا العنصر وأصبحت أساسًا لتوضيح جميع ميزاته الفريدة.

نظائر الكربون وتوزيعه في الطبيعة

على الرغم من حقيقة أن العنصر قيد الدراسة هو أحد أهم العناصر الحيوية ، إلا أن محتواه الكلي في كتلة قشرة الأرض يبلغ 0.15٪. هذا يرجع إلى حقيقة أنه يخضع لدوران مستمر ، الدورة الطبيعية في الطبيعة.

بشكل عام ، هناك العديد من المركبات المعدنية التي تحتوي على الكربون. هذه سلالات طبيعية مثل:

• الدولوميت والحجر الجيري.
• أنثراسايت.
• الصخر الزيتي؛
• غاز طبيعي؛
• فحم؛
• نفط؛
• الفحم البني؛
• الخث.
• القار.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب ألا ننسى الكائنات الحية ، التي هي مجرد مستودع لمركبات الكربون. بعد كل شيء ، قاموا بتكوين البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية ، مما يعني الجزيئات الهيكلية الأكثر حيوية. بشكل عام ، في تحويل وزن الجسم الجاف من 70 كجم ، 15 يسقط على عنصر نقي. وهكذا الحال مع كل شخص ، ناهيك عن الحيوانات والنباتات والمخلوقات الأخرى.

إذا أخذنا في الاعتبار أيضًا الماء ، أي الغلاف المائي ككل والغلاف الجوي ، فهناك مزيج من الكربون والأكسجين معبر عنه بالصيغة CO 2. يعد ثاني أكسيد أو ثاني أكسيد الكربون أحد الغازات الرئيسية التي يتكون منها الهواء. في هذا الشكل يكون الجزء الكتلي للكربون 0.046٪. يتم إذابة المزيد من ثاني أكسيد الكربون في مياه المحيطات.

الكتلة الذرية للكربون كعنصر هي 12.011. من المعروف أن هذه القيمة تُحسب على أنها المتوسط ​​الحسابي بين الأوزان الذرية لجميع الأنواع النظيرية الموجودة في الطبيعة ، مع مراعاة وفرتها (كنسبة مئوية). هذا هو الحال أيضا بالنسبة للمادة المعنية. هناك ثلاثة نظائر رئيسية يوجد فيها الكربون. هذه:

• 12 ج - نسبة الكتلة في الغالبية العظمى منه هي 98.93٪ ؛
• 13 ج - 1.07٪ ؛
• 14 درجة مئوية - إشعاعي ، نصف عمر 5700 سنة ، باعث بيتا ثابت.

في ممارسة تحديد العمر الجغرافي الزمني للعينات ، يتم استخدام النظير المشع 14 C على نطاق واسع ، وهو مؤشر بسبب فترة اضمحلاله الطويلة.

التعديلات المتآصلة لعنصر

الكربون عنصر موجود كمادة بسيطة في عدة أشكال. أي أنها قادرة على تشكيل أكبر عدد من التعديلات المتآصلة المعروفة اليوم.

1. الاختلافات البلورية - توجد في شكل هياكل قوية ذات شبكات منتظمة من النوع الذري. تشمل هذه المجموعة أصنافًا مثل:

• الماس؛
• الفوليرين.
• الجرافيت.
• القربينات.
• lonsdaleites.
• وأنابيب.

كل منهم يختلف في المشابك ، في العقد التي توجد فيها ذرة كربون. ومن هنا تأتي الخصائص الفريدة وغير المتشابهة ، الفيزيائية والكيميائية.

2. الأشكال غير المتبلورة - تتشكل بواسطة ذرة كربون ، وهي جزء من بعض المركبات الطبيعية. أي ، هذه ليست أصناف نقية ، ولكن بها شوائب من عناصر أخرى بكميات صغيرة. تشمل هذه المجموعة:

• كربون مفعل؛
• الحجر والخشب
• سخام؛
• نانوفوم الكربون
• أنثراسايت.
• كربون زجاجي
• النوع التقني للمادة.

كما أنها متحدة من خلال السمات الهيكلية للشبكة البلورية ، والتي تشرح وتوضح الخصائص.

3. مركبات الكربون على شكل عناقيد. مثل هذا الهيكل ، الذي يتم فيه إغلاق الذرات في تشكيل خاص مجوف من الداخل ، مملوء بالماء أو نوى عناصر أخرى. أمثلة:

• نانوكونات الكربون
• النجوم.
• ديكاربون.

الخصائص الفيزيائية للكربون غير المتبلور

نظرًا للتنوع الكبير في التعديلات المتآصلة ، من الصعب تحديد أي خصائص فيزيائية مشتركة للكربون. من الأسهل التحدث عن شكل معين. على سبيل المثال ، يحتوي الكربون غير المتبلور على الخصائص التالية.

1. يوجد في قلب جميع الأشكال أنواع من الجرافيت دقيقة الحبيبات.
2. سعة حرارية عالية.
3. خصائص موصلة جيدة.
4. كثافة الكربون حوالي 2 جم / سم 3.
5. عند التسخين فوق 1600 درجة مئوية ، يكون هناك انتقال إلى أشكال الجرافيت.

تستخدم أصناف السخام والحجر على نطاق واسع للأغراض الهندسية. إنها ليست مظهرًا من مظاهر تعديل الكربون في شكله النقي ، ولكنها تحتوي عليه بكميات كبيرة جدًا.

الكربون البلوري

هناك عدة خيارات يكون فيها الكربون مادة تشكل بلورات منتظمة من أنواع مختلفة ، حيث ترتبط الذرات في سلسلة. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل التعديلات التالية.

1. - مكعب ، حيث يتم توصيل أربعة رباعي الأسطح. نتيجة لذلك ، تكون جميع الروابط الكيميائية التساهمية لكل ذرة مشبعة وقوية إلى أقصى حد. وهذا يفسر الخصائص الفيزيائية: كثافة الكربون 3300 كجم / م 3. صلابة عالية ، سعة حرارية منخفضة ، نقص في التوصيل الكهربائي - كل هذا ناتج عن هيكل الشبكة البلورية. هناك ماس تم الحصول عليه تقنيًا. تتشكل أثناء انتقال الجرافيت إلى التعديل التالي تحت تأثير ارتفاع درجة الحرارة وضغط معين. بشكل عام ، تكون عالية مثل القوة - حوالي 3500 درجة مئوية.
2. الجرافيت. يتم ترتيب الذرات بشكل مشابه لبنية المادة السابقة ، ومع ذلك ، فإن ثلاث روابط فقط مشبعة ، والرابع يصبح أطول وأقل قوة ، ويربط "طبقات" الحلقات السداسية للشبكة. نتيجة لذلك ، اتضح أن الجرافيت مادة سوداء دهنية ناعمة الملمس. لديها موصلية كهربائية جيدة ولها نقطة انصهار عالية - 3525 درجة مئوية. وهي قادرة على التسامي - التسامي من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية ، وتجاوز الحالة السائلة (عند درجة حرارة 3700 درجة مئوية). كثافة الكربون 2.26 جم / سم 3 ، وهي أقل بكثير من كثافة الماس. هذا يفسر خصائصهم المختلفة. نظرًا للهيكل متعدد الطبقات للشبكة البلورية ، فمن الممكن استخدام الجرافيت لتصنيع خيوط الرصاص. عند حملها على الورق ، تقشر المقاييس وتترك علامة سوداء على الورق.
3. الفوليرين. تم افتتاحها فقط في الثمانينيات من القرن الماضي. إنها تعديلات يتم فيها ربط الكربون في هيكل مغلق محدب خاص مع فراغ في المركز. وشكل البلورة - متعدد الوجوه ، التنظيم الصحيح. عدد الذرات زوجي. أشهر أشكال الفوليرين سي 60. تم العثور على عينات من مادة مماثلة أثناء البحث:

• النيازك.
• رواسب القاع
• فولغوريتيس.
• shungites.
• الفضاء الخارجي ، حيث تم احتواؤها في شكل غازات.

جميع أنواع الكربون البلوري لها أهمية عملية كبيرة ، حيث أن لها عددًا من الخصائص المفيدة تقنيًا.

النشاط الكيميائي

يُظهر الكربون الجزيئي تفاعلًا منخفضًا بسبب تكوينه المستقر. يمكن إجبارها على الدخول في تفاعلات فقط عن طريق نقل طاقة إضافية إلى الذرة وإجبار إلكترونات المستوى الخارجي على التبخر. عند هذه النقطة ، تصبح التكافؤ 4. لذلك ، في المركبات ، يكون لها حالة أكسدة تبلغ + 2 ، + 4 ، - 4.

تتم تقريبًا جميع التفاعلات مع المواد البسيطة ، سواء المعدنية أو غير المعدنية ، تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. يمكن أن يكون العنصر المعني عامل مؤكسد وعامل اختزال. ومع ذلك ، فإن الخصائص الأخيرة واضحة بشكل خاص فيها ، وعلى هذا يعتمد استخدامها في الصناعات المعدنية وغيرها من الصناعات.

بشكل عام ، تعتمد القدرة على الدخول في تفاعل كيميائي على ثلاثة عوامل:

• تشتت الكربون
• تعديل مؤثر
• درجة حرارة التفاعل.

وبالتالي ، في بعض الحالات ، يحدث التفاعل مع المواد التالية:

• غير المعادن (الهيدروجين والأكسجين) ؛
• المعادن (الألمنيوم والحديد والكالسيوم وغيرها) ؛
• أكاسيد المعادن وأملاحها.

لا يتفاعل مع الأحماض والقلويات ، ونادرًا ما يتفاعل مع الهالوجينات. من أهم خصائص الكربون قدرته على تكوين سلاسل طويلة مع بعضها البعض. يمكنهم أن يغلقوا في دورة ، وتشكيل الفروع. هذه هي الطريقة التي يتم بها تكوين المركبات العضوية ، والتي يبلغ عددها اليوم بالملايين. أساس هذه المركبات عنصرين - الكربون والهيدروجين. يمكن أيضًا تضمين ذرات أخرى في التركيب: الأكسجين والنيتروجين والكبريت والهالوجينات والفوسفور والمعادن وغيرها.

المركبات الأساسية وخصائصها

هناك العديد من المركبات المختلفة التي تحتوي على الكربون. الصيغة الأكثر شهرة هي CO 2 - ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك ، بالإضافة إلى هذا الأكسيد ، يوجد أيضًا أول أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون ، وكذلك ثاني أكسيد الكربون الفرعي C 3 O 2.

من بين الأملاح التي تحتوي على هذا العنصر ، الأكثر شيوعًا هي كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم. إذن ، كربونات الكالسيوم لها عدة مرادفات في الاسم ، لأنها تحدث في الطبيعة على شكل:

• الطباشير.
• رخام؛
• حجر الكلس؛
• الدولوميت.

تتجلى أهمية كربونات المعادن الأرضية القلوية في حقيقة أنها مشاركين نشطين في عمليات تكوين الهوابط والصواعد ، وكذلك المياه الجوفية.

حمض الكربونيك مركب آخر يشكل الكربون. صيغته هي H 2 CO 3. ومع ذلك ، في شكله المعتاد ، فهو غير مستقر للغاية ويتحلل على الفور إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في المحلول. لذلك ، تُعرف أملاحها فقط ، وليس نفسها ، كحل.

هاليدات الكربون - يتم الحصول عليها بشكل غير مباشر ، حيث لا يحدث التوليف المباشر إلا في درجات حرارة عالية جدًا وبإنتاجية منخفضة للمنتج. واحدة من أكثرها شيوعًا - CCL 4 - رابع كلوريد الكربون. مركب سام يمكن أن يسبب التسمم إذا تم استنشاقه. تم الحصول عليها عن طريق تفاعلات الاستبدال الكيميائية الضوئية الجذرية في الميثان.

كربيدات المعادن عبارة عن مركبات كربونية تظهر فيها حالة أكسدة قدرها 4. كما يمكن الارتباط بالبورون والسيليكون. الخاصية الرئيسية للكربيدات لبعض المعادن (الألمنيوم ، التنجستن ، التيتانيوم ، النيوبيوم ، التنتالوم ، الهافنيوم) هي القوة العالية والتوصيل الكهربائي الممتاز. يعتبر كربيد البورون B 4 C من أكثر المواد صلابة بعد الماس (9.5 وفقًا لـ Mohs). تستخدم هذه المركبات في الهندسة ، وكذلك في الصناعة الكيميائية ، كمصادر لإنتاج الهيدروكربونات (يؤدي كربيد الكالسيوم مع الماء إلى تكوين الأسيتيلين وهيدروكسيد الكالسيوم).

يتم تصنيع العديد من السبائك المعدنية باستخدام الكربون ، مما يزيد بشكل كبير من جودتها وخصائصها التقنية (الفولاذ سبيكة من الحديد والكربون).

تستحق العديد من مركبات الكربون العضوية اهتمامًا خاصًا ، حيث يعتبر الكربون عنصرًا أساسيًا قادرًا على الاندماج مع نفس الذرات في سلاسل طويلة من الهياكل المختلفة. وتشمل هذه:

• الألكانات.
• الألكينات.
• الساحات.
• البروتينات.
• الكربوهيدرات.
• احماض نووية؛
• الكحوليات.
• الأحماض الكربوكسيلية والعديد من فئات المواد الأخرى.

تطبيق الكربون

أهمية مركبات الكربون وتعديلاتها المتآصلة في حياة الإنسان عالية جدا. يمكنك تسمية عدد قليل من أكثر الصناعات العالمية لتوضيح أن هذا صحيح.

1. يشكل هذا العنصر جميع أنواع الوقود العضوي الذي يتلقى الإنسان منه الطاقة.
2. تستخدم صناعة المعادن الكربون كأقوى عامل اختزال للحصول على المعادن من مركباتها. تستخدم الكربونات أيضًا على نطاق واسع هنا.
3. تستهلك صناعة البناء والكيماويات كمية هائلة من مركبات الكربون لتخليق مواد جديدة والحصول على المنتجات اللازمة.

يمكنك أيضًا تسمية قطاعات الاقتصاد مثل:

• الصناعة النووية؛
• تجارة المجوهرات
• المعدات التقنية (مواد التشحيم ، والبوتقات المقاومة للحرارة ، وأقلام الرصاص ، وما إلى ذلك) ؛
• تحديد العمر الجيولوجي للصخور - التتبع الإشعاعي 14 درجة مئوية ؛
• يعتبر الكربون مادة ماصة ممتازة ، مما يجعل من الممكن استخدامه لتصنيع المرشحات.

دورة في الطبيعة

يتم تضمين كتلة الكربون الموجودة في الطبيعة في دورة ثابتة تدور كل ثانية حول العالم. وبالتالي ، فإن المصدر الجوي للكربون - ثاني أكسيد الكربون - تمتصه النباتات وتطلقه جميع الكائنات الحية أثناء عملية التنفس. مرة واحدة في الغلاف الجوي ، يتم امتصاصه مرة أخرى ، وبالتالي لا تتوقف الدورة. في الوقت نفسه ، يؤدي موت المخلفات العضوية إلى إطلاق الكربون وتراكمه في الأرض ، حيث يتم امتصاصه مرة أخرى بواسطة الكائنات الحية ويتم إطلاقه في الغلاف الجوي على شكل غاز.

يقع الكربون في الجدول الدوري للعناصر في الفترة الثانية في مجموعة IVA. التكوين الإلكتروني لذرة الكربون ls 2 2s 2 2p 2.عندما يكون متحمسًا ، يمكن تحقيق حالة إلكترونية بسهولة حيث يوجد أربعة إلكترونات غير متزاوجة في المدارات الذرية الأربعة الخارجية:

وهذا يفسر سبب كون الكربون في المركبات عادة رباعي التكافؤ. إن المساواة في عدد إلكترونات التكافؤ في ذرة الكربون مع عدد مدارات التكافؤ ، وكذلك النسبة الفريدة لشحنة النواة ونصف قطر الذرة ، يمنحها القدرة على ربط الإلكترونات والتبرع بها بسهولة ، اعتمادًا على خصائص الشريك (المادة 9.3.1). نتيجة لذلك ، يتميز الكربون بحالات أكسدة مختلفة من -4 إلى +4 وسهولة تهجين مداراته الذرية حسب النوع sp3 ، sp2و sp 1أثناء تكوين الروابط الكيميائية (القسم 2.1.3):

كل هذا يمنح الكربون القدرة على تكوين روابط مفردة ومزدوجة وثلاثية ليس فقط فيما بينها ، ولكن أيضًا مع ذرات العناصر العضوية الأخرى. يمكن أن يكون للجزيئات المتكونة في هذه الحالة بنية خطية ومتفرعة ودورية.

نظرًا لحركة الإلكترونات الشائعة - تتشكل MO بمشاركة ذرات الكربون ، فإنها تتحول نحو ذرة عنصر أكثر كهرسلبية (تأثير استقرائي) ، مما يؤدي إلى قطبية ليس فقط هذه الرابطة ، ولكن للجزيء ككل . ومع ذلك ، فإن الكربون ، بسبب متوسط ​​قيمة الكهربية (0E0 = 2.5) ، يشكل روابط قطبية ضعيفة مع ذرات من عناصر عضوية أخرى (الجدول 12.1). في وجود أنظمة الروابط المترافقة في الجزيئات (القسم 2.1.3) ، يتم فصل الإلكترونات المتنقلة (MOs) وأزواج الإلكترون غير المشتركة مع محاذاة كثافة الإلكترون وأطوال الروابط في هذه الأنظمة.

من وجهة نظر تفاعل المركبات ، تلعب قابلية استقطاب الروابط دورًا مهمًا (القسم 2.1.3). كلما زادت قابلية استقطاب الرابطة ، زادت تفاعلها. يعكس اعتماد استقطاب الروابط المحتوية على الكربون على طبيعتها السلسلة التالية:

تشير جميع البيانات المدروسة المتعلقة بخصائص الروابط المحتوية على الكربون إلى أن الكربون في المركبات يتكون ، من ناحية ، روابط تساهمية قوية بدرجة كافية مع بعضها البعض ومع الكائنات العضوية الأخرى ، ومن ناحية أخرى ، أزواج الإلكترونات الشائعة لهذه الروابط متقنة جدا. نتيجة لذلك ، يمكن أن تحدث زيادة في تفاعل هذه الروابط والاستقرار. هذه هي ميزات المركبات المحتوية على الكربون التي تجعل الكربون العضو العضوي الأول.

الخصائص الحمضية القاعدية لمركبات الكربون.أول أكسيد الكربون (4) هو أكسيد حمضي ، وهيدروكسيده المقابل ، حمض الكربونيك H2CO3 ، هو حمض ضعيف. جزيء أول أكسيد الكربون (4) غير قطبي ، وبالتالي فهو ضعيف الذوبان في الماء (0.03 مول / لتر عند 298 كلفن). في هذه الحالة ، في البداية ، يتم تكوين هيدرات ثاني أكسيد الكربون H2O في المحلول ، حيث يوجد CO2 في تجويف زميل من جزيئات الماء ، ثم يتحول هذا الهيدرات ببطء وعكس إلى H2CO3. معظم أول أكسيد الكربون (4) المذاب في الماء يكون على شكل هيدرات.

في الجسم ، في كريات الدم الحمراء ، تحت تأثير إنزيم الكربوهيدراز ، يتم إنشاء التوازن بين CO2 H2O وهيدرات H2CO3 بسرعة كبيرة. هذا يجعل من الممكن إهمال وجود ثاني أكسيد الكربون في شكل هيدرات في كريات الدم الحمراء ، ولكن ليس في بلازما الدم ، حيث لا يوجد الأنهيدراز الكربوني. ينفصل H2CO3 الناتج في ظل الظروف الفسيولوجية إلى أنيون بيكربونات ، وفي بيئة أكثر قلوية إلى أنيون كربونات:

يوجد حمض الكربونيك فقط في المحلول. تشكل سلسلتين من الأملاح - البيكربونات (NaHCO3 ، Ca (HC0 3) 2) والكربونات (Na2CO3 ، CaCO3). البيكربونات قابلة للذوبان في الماء أكثر من الكربونات. في المحاليل المائية ، تتحلل أملاح حمض الكربونيك ، وخاصة الكربونات ، بسهولة بواسطة الأنيون ، مما يخلق بيئة قلوية:

مواد مثل صودا الخبز NaHC03 ؛ يتم استخدام طباشير كربونات الكالسيوم CaCO3 ، المغنيسيا البيضاء 4MgC03 * Mg (OH) 2 * H2O ، المتحلل بالماء مع تكوين بيئة قلوية ، كمضادات للحموضة (معادلة الأحماض) لتقليل الحموضة العالية لعصير المعدة:

يشكل مزيج حمض الكربونيك وأيون البيكربونات (Н2СО3، НСО3 (-)) نظامًا عازلًا للبيكربونات (القسم 8.5) - نظام عازل رائع لبلازما الدم ، والذي يضمن ثبات درجة حموضة الدم عند درجة الحموضة = 7.40 ± 0.05.

إن وجود بيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم في المياه الطبيعية يحدد صلابتها المؤقتة. عندما يتم غلي مثل هذا الماء ، يتم التخلص من صلابته. ويرجع ذلك إلى التحلل المائي لأنيون HCO3 (-)) ، والتحلل الحراري لحمض الكربونيك وترسيب كاتيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في شكل مركبات CaCO 3 و Mg (OH) 2 غير القابلة للذوبان:

ينتج تكوين Mg (OH) 2 عن التحلل المائي الكامل لكاتيون المغنيسيوم ، والذي يحدث في ظل هذه الظروف بسبب انخفاض قابلية ذوبان Mg (0H) 2 مقارنة بـ MgC0 3.

في الممارسة الطبية الحيوية ، بالإضافة إلى حمض الكربونيك ، يتعين على المرء أن يتعامل مع الأحماض الأخرى المحتوية على الكربون. هذا هو في الأساس مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأحماض العضوية المختلفة ، وكذلك حمض الهيدروسيانيك HCN. من وجهة نظر الخصائص الحمضية ، تختلف قوة هذه الأحماض:

ترجع هذه الاختلافات إلى التأثير المتبادل للذرات في الجزيء ، وطبيعة الرابطة المنفصلة ، واستقرار الأنيون ، أي قدرته على فصل الشحنة.

حمض الهيدروسيانيك ، أو سيانيد الهيدروجين ، HCN - سائل عديم اللون ومتطاير (T بالة = 26 درجة مئوية) برائحة اللوز المر ، قابل للامتزاج بالماء بأي نسبة. في المحاليل المائية ، يتصرف مثل حمض ضعيف جدًا ، تسمى أملاحه السيانيد. السيانيد من الفلزات القلوية والقلوية الأرضية قابلة للذوبان في الماء ، بينما تتحلل بالماء بواسطة الأنيون ، ولهذا السبب تفوح رائحة المحاليل المائية لحمض الهيدروسيانيك (رائحة اللوز المر) ولها درجة حموضة> 12:

مع التعرض المطول لثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء ، يتحلل السيانيد بإطلاق حمض الهيدروسيانيك:

نتيجة لهذا التفاعل ، يفقد سيانيد البوتاسيوم (سيانيد البوتاسيوم) ومحاليله سميتها أثناء التخزين على المدى الطويل. أنيون السيانيد هو أحد أقوى السموم غير العضوية ، لأنه يجند نشط ويشكل بسهولة مركبات معقدة مع إنزيمات تحتوي على Fe3 + و Сu2 (+) كأيونات معقدة (ثانية. 10.4).

خصائص الأكسدة والاختزال.نظرًا لأن الكربون في المركبات يمكن أن يُظهر أي حالة أكسدة من -4 إلى +4 ، أثناء التفاعل ، يمكن للكربون الحر أن يتبرع ويضيف الإلكترونات ، ويعمل على التوالي كعامل اختزال أو عامل مؤكسد ، اعتمادًا على خصائص الكاشف الثاني:

عندما تتفاعل عوامل مؤكسدة قوية مع المواد العضوية ، يمكن أن تحدث أكسدة غير كاملة أو كاملة لذرات الكربون لهذه المركبات.

في ظل ظروف الأكسدة اللاهوائية ، مع نقص أو عدم وجود الأكسجين ، يمكن أن تتحول ذرات الكربون لمركب عضوي ، اعتمادًا على محتوى ذرات الأكسجين في هذه المركبات والظروف الخارجية ، إلى CO 2 و CO و C وحتى CH 4 ، و تتحول بقية الكائنات العضوية إلى H2O و NH3 و H2S.

في الجسم ، يتم وصف الأكسدة الكاملة للمركبات العضوية مع الأكسجين في وجود إنزيمات أوكسيديز (الأكسدة الهوائية) بالمعادلة:

من المعادلات أعلاه لتفاعلات الأكسدة ، يمكن ملاحظة أنه في المركبات العضوية ، فقط ذرات الكربون تغير حالة الأكسدة ، بينما تحتفظ ذرات الكائنات العضوية الأخرى بحالة الأكسدة.

في تفاعلات الهدرجة ، أي إضافة الهيدروجين (المختزل) إلى رابطة متعددة ، فإن ذرات الكربون التي تشكلها تقلل من حالة الأكسدة (تعمل كعوامل مؤكسدة):

تفاعلات الإحلال العضوي مع ظهور رابطة جديدة بين الكربون ، على سبيل المثال ، في تفاعل Wurtz ، هي أيضًا تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تعمل فيها ذرات الكربون كعوامل مؤكسدة وذرات المعادن كعوامل اختزال:

لوحظ هذا في تفاعلات تكوين المركبات العضوية المعدنية:

في الوقت نفسه ، في تفاعلات الألكلة مع تكوين رابطة بين كربون جديدة ، يتم لعب دور عامل مؤكسد وعامل اختزال بواسطة ذرات الكربون في الركيزة والكاشف ، على التوالي:

كنتيجة لتفاعلات إضافة كاشف قطبي إلى ركيزة عبر رابطة متعددة بين الكربون ، فإن إحدى ذرات الكربون تقلل درجة الأكسدة ، وتظهر خصائص عامل مؤكسد ، والأخرى تزيد من درجة الأكسدة ، وتعمل على أنها عامل اختزال:

في هذه الحالات ، يحدث تفاعل الأكسدة الجزيئية - اختزال ذرات الكربون في الركيزة ، أي العملية تفكيكتحت تأثير كاشف لا يظهر خصائص الأكسدة والاختزال.

التفاعلات النموذجية للتفكيك الجزيئي للمركبات العضوية على حساب ذرات الكربون الخاصة بها هي تفاعلات نزع الكربوكسيل للأحماض الأمينية أو أحماض الكيتو ، وكذلك تفاعلات إعادة ترتيب وأزمرة المركبات العضوية ، والتي تمت مناقشتها في ثانية. 9.3 الأمثلة المعطاة للتفاعلات العضوية ، وكذلك ردود الفعل من Sec. 9.3 تشير بشكل مقنع إلى أن ذرات الكربون في المركبات العضوية يمكن أن تكون عوامل مؤكسدة ومختزلة.

ذرة كربون في مركب- عامل مؤكسد ، إذا زاد عدد روابطه مع ذرات عناصر أقل كهرسلبية (هيدروجين ، معادن) نتيجة للتفاعل ، لأنه من خلال جذب الإلكترونات المشتركة لهذه الروابط ، تقلل ذرة الكربون المعنية حالة الأكسدة .

ذرة كربون في مركب- عامل اختزال ، إذا زاد عدد روابطه مع ذرات عناصر أكثر كهرسلبية نتيجة للتفاعل(سلبيات)، لأنه من خلال دفع الإلكترونات الشائعة لهذه الروابط بعيدًا ، تزيد ذرة الكربون المعنية من حالة الأكسدة.

وبالتالي ، فإن العديد من التفاعلات في الكيمياء العضوية ، بسبب ازدواجية الأكسدة والاختزال في ذرات الكربون ، هي تفاعلات الأكسدة والاختزال. ومع ذلك ، على عكس التفاعلات المماثلة في الكيمياء غير العضوية ، فإن إعادة توزيع الإلكترونات بين عامل مؤكسد وعامل مختزل في المركبات العضوية يمكن أن يترافق فقط مع تحول زوج الإلكترون المشترك لرابطة كيميائية إلى ذرة تعمل كعامل مؤكسد. في هذه الحالة ، يمكن الحفاظ على هذا الاتصال ، ولكن في حالات الاستقطاب القوي ، يمكن أن ينكسر.

الخصائص المعقدة لمركبات الكربون.لا تحتوي ذرة الكربون في المركبات على أزواج إلكترونية غير مشتركة ، وبالتالي يمكن فقط لمركبات الكربون التي تحتوي على روابط متعددة بمشاركتها أن تعمل كروابط. نشطة بشكل خاص في عمليات التكوين المعقد هي إلكترونات الرابطة القطبية الثلاثية لأول أكسيد الكربون (2) وأنيون حمض الهيدروسيانيك.

في جزيء أول أكسيد الكربون (2) ، تشكل ذرات الكربون والأكسجين رابطة واحدة وواحدة بسبب التداخل المتبادل بين مداريها الذريين 2p بواسطة آلية التبادل. الرابطة الثالثة ، أي رابطة أخرى ، يتم تشكيلها بواسطة آلية متلقي المانح. المستقبل هو المدار الذري المجاني 2p لذرة الكربون ، والمتبرع هو ذرة الأكسجين ، التي توفر زوجًا وحيدًا من الإلكترونات من مدار 2p:

يوفر تعدد الرابطة المتزايد لهذا الجزيء ثباتًا عاليًا وخمولًا في ظل الظروف العادية من حيث القاعدة الحمضية (CO - أكسيد غير ملح) وخصائص الأكسدة والاختزال (CO - عامل الاختزال عند تي> 1000 ك). في الوقت نفسه ، يجعله يجند نشطًا في تفاعلات التكوين المعقدة مع ذرات وكاتيونات المعادن d ، بشكل أساسي مع الحديد ، والذي يشكل معه الحديد pentacarbonyl ، وهو سائل سام متطاير:

القدرة على تكوين مركبات معقدة مع كاتيونات فلز هي سبب سمية أول أكسيد الكربون (H) للأنظمة الحية (ثانية. 10.4) بسبب حدوث تفاعلات عكوسة مع الهيموجلوبين والأوكسي هيموغلوبين المحتوي على Fe 2+ الكاتيون ، مع تكوين الكربوكسي هيموغلوبين:

يتم تحويل هذه التوازن نحو تكوين كربوكسي هيموغلوبين HHbCO ، والذي يكون ثباته أكبر 210 مرة من أوكسي هيموغلوبين HHbO2. هذا يؤدي إلى تراكم الكربوكسي هيموغلوبين في الدم ، وبالتالي إلى انخفاض في قدرته على حمل الأكسجين.

أنيون حامض الهيدروسيانيك CN- يحتوي أيضًا على إلكترونات قابلة للاستقطاب بسهولة ، والتي بسببها تشكل بشكل فعال معقدات تحتوي على معادن د ، بما في ذلك معادن الحياة التي تعد جزءًا من الإنزيمات. ولذلك ، فإن السيانيد مركبات شديدة السمية (القسم 10.4).

دورة الكربون في الطبيعة.تعتمد دورة الكربون في الطبيعة أساسًا على تفاعلات الأكسدة واختزال الكربون (الشكل 12.3).

تمتص النباتات (1) أول أكسيد الكربون (4) من الغلاف الجوي والغلاف المائي. يستهلك الإنسان والحيوان جزءًا من الكتلة النباتية. تنفس الحيوانات وتعفن بقاياها (3) ، وكذلك تنفس النباتات وتعفن النباتات الميتة وحرق الأخشاب (4) يعيد ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي والغلاف المائي. تؤدي عملية تمعدن بقايا النباتات (5) والحيوانات (6) مع تكوين الجفت ، والفحم الأحفوري ، والنفط ، والغاز ، إلى تحول الكربون إلى موارد طبيعية. التفاعلات الحمضية القاعدية (7) التي تحدث بين ثاني أكسيد الكربون والصخور المختلفة بتكوين الكربونات (المتوسطة والحمضية والقاعدية) تعمل في نفس الاتجاه:

يؤدي هذا الجزء غير العضوي من الدورة إلى فقدان ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي والغلاف المائي. على العكس من ذلك ، فإن النشاط البشري في حرق ومعالجة الفحم والنفط والغاز (8) والحطب (4) يثري البيئة بأول أكسيد الكربون (4). لفترة طويلة ، كان يُعتقد أن التمثيل الضوئي يحافظ على ثبات تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، لا يتم تعويض الزيادة في محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسبب الأنشطة البشرية من خلال انخفاضها الطبيعي. ينمو إجمالي إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بشكل كبير بنسبة 4-5٪ سنويًا. وفقًا للحسابات ، في عام 2000 ، سيصل محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى حوالي 0.04٪ بدلاً من 0.03٪ (1990).

بعد النظر في خصائص وخصائص المركبات المحتوية على الكربون ، يجب التأكيد مرة أخرى على الدور الرائد للكربون.

أرز. 12.3.دورة الكربون في طبيعة

العامل العضوي رقم 1: أولاً ، تشكل ذرات الكربون الهيكل العظمي لجزيئات المركبات العضوية ؛ ثانيًا ، تلعب ذرات الكربون دورًا رئيسيًا في عمليات الأكسدة والاختزال ، نظرًا لأنه من بين ذرات جميع الكائنات العضوية ، فإن ازدواجية الأكسدة والاختزال هي الأكثر تميزًا بالنسبة للكربون. لمزيد من المعلومات حول خصائص المركبات العضوية ، راجع الوحدة الرابعة "أساسيات الكيمياء العضوية الحيوية".

الخصائص العامة والدور البيولوجي لعناصر p للمجموعة IVA.النظائر الإلكترونية للكربون هي عناصر مجموعة IVA: السيليكون Si ، الجرمانيوم Ge ، القصدير Sn والرصاص Pb (انظر الجدول 1.2). يزداد نصف القطر الذري لهذه العناصر بانتظام مع زيادة العدد الذري ، بينما تقل طاقة التأين والقدرة الكهربية بشكل طبيعي (القسم 1.3). لذلك ، فإن أول عنصرين من المجموعة: الكربون والسيليكون هما غير معادن نموذجية ، والجرمانيوم ، والقصدير ، والرصاص هما معادن ، حيث يتسمان أكثر بعودة الإلكترونات. في سلسلة Ge - Sn - Pb ، تم تحسين الخصائص المعدنية.

من وجهة نظر خصائص الأكسدة والاختزال ، فإن العناصر C و Si و Ge و Sn و Pb في ظل الظروف العادية مستقرة تمامًا فيما يتعلق بالهواء والماء (المعادن Sn و Pb - بسبب تكوين فيلم أكسيد على السطح). في الوقت نفسه ، تعتبر مركبات الرصاص (4) عوامل مؤكسدة قوية:

تعتبر خصائص التعقيد هي الأكثر تميزًا للرصاص ، نظرًا لأن الكاتيونات Pb 2+ هي عوامل معقدة قوية مقارنة مع كاتيونات العناصر p الأخرى للمجموعة IVA. تشكل الكاتيونات الرصاص مجمعات مستقرة مع bioligands.

تختلف عناصر مجموعة IVA بشكل حاد في كل من المحتوى في الجسم وفي دورها البيولوجي. يلعب الكربون دورًا أساسيًا في حياة الكائن الحي ، حيث يبلغ محتواه حوالي 20٪. المحتوى في جسم العناصر المتبقية من مجموعة IVA في حدود 10 -6 -10 -3٪. في الوقت نفسه ، إذا كان السليكون والجرمانيوم يلعبان بلا شك دورًا مهمًا في حياة الكائن الحي ، فإن القصدير وخاصة الرصاص يكونان سامين. وهكذا ، مع زيادة الكتلة الذرية لعناصر المجموعة IVA ، تزداد سمية مركباتها.

الغبار ، الذي يتكون من جزيئات الفحم أو ثاني أكسيد السيليكون SiO2 ، عندما يتعرض بشكل منهجي للرئتين ، يسبب أمراضًا - التهاب الرئة. في حالة غبار الفحم ، هذا هو الجمرة الخبيثة ، وهو مرض مهني لعمال المناجم. يحدث السحار السيليسي عندما يتم استنشاق الغبار المحتوي على Si02. لم يتم بعد إنشاء آلية تطوير التهاب الرئة. من المفترض أنه أثناء التلامس المطول لحبوب السيليكات مع السوائل البيولوجية ، يتشكل حمض البوليسيليك Si02 yH2O في حالة شبيهة بالهلام ، يؤدي ترسبه في الخلايا إلى موتها.

التأثير السام للرصاص معروف للبشرية لفترة طويلة جدًا. أدى استخدام الرصاص في صناعة الأطباق وأنابيب المياه إلى تسمم جماعي للناس. حاليًا ، لا يزال الرصاص أحد الملوثات البيئية الرئيسية ، حيث يزيد إطلاق مركبات الرصاص في الغلاف الجوي عن 400000 طن سنويًا. يتراكم الرصاص بشكل أساسي في الهيكل العظمي على شكل فوسفات ضعيف الذوبان Pb3 (PO4) 2 ، وله تأثير سام منتظم على الجسم أثناء نزع المعادن. لذلك يصنف الرصاص على أنه سم متراكم. ترتبط سمية مركبات الرصاص بشكل أساسي بخصائصها المعقدة وتقاربها العالي مع الحبيبات الحيوية ، خاصة تلك التي تحتوي على مجموعات سلفهيدريل (-SH):

يؤدي تكوين مركبات معقدة من أيونات الرصاص مع البروتينات والفوسفوليبيدات والنيوكليوتيدات إلى تمسخها الطبيعي. غالبًا ما تثبط أيونات الرصاص الإنزيمات المعدنية EM 2+ ، مما يؤدي إلى إزاحة الكاتيونات المعدنية الحية منها:

الرصاص ومركباته سموم تعمل بالدرجة الأولى على الجهاز العصبي والأوعية الدموية والدم. في الوقت نفسه ، تؤثر مركبات الرصاص على تخليق البروتين وتوازن طاقة الخلايا وأجهزتها الوراثية.

في الطب ، يتم استخدامها كمطهرات خارجية قابضة: أسيتات الرصاص Pb (CH3COO) 2 ZH2O (مرطبات الرصاص) وأكسيد الرصاص (2) PbO (جص الرصاص). تتفاعل أيونات الرصاص في هذه المركبات مع البروتينات (الألبومين) من السيتوبلازم للخلايا والأنسجة الميكروبية ، وتشكل الألبومين الشبيه بالهلام. يقتل تكوين المواد الهلامية الميكروبات ، بالإضافة إلى أنها تجعل من الصعب عليها اختراق خلايا الأنسجة ، مما يقلل من الاستجابة الالتهابية الموضعية.

محتوى المقال

كربون، C (carboneum) ، عنصر كيميائي غير فلزي من المجموعة IVA (C ، Si ، Ge ، Sn ، Pb) من الجدول الدوري للعناصر. يحدث في الطبيعة على شكل بلورات الماس (الشكل 1) ، والجرافيت أو الفوليرين وأشكال أخرى ، وهو جزء من العضوية (الفحم ، والزيت ، والكائنات الحيوانية والنباتية ، وما إلى ذلك) والمواد غير العضوية (الحجر الجيري ، وصودا الخبز ، إلخ. .).

ينتشر الكربون على نطاق واسع ، لكن محتواه في قشرة الأرض لا يتجاوز 0.19٪.

يستخدم الكربون على نطاق واسع في شكل مواد بسيطة. بالإضافة إلى الماس الثمين ، وهو موضوع المجوهرات ، فإن الماس الصناعي له أهمية كبيرة - لتصنيع أدوات الطحن والقطع.

يستخدم الفحم وغيره من أشكال الكربون غير المتبلورة لإزالة اللون ، والتنقية ، وامتصاص الغازات ، في مجالات التكنولوجيا التي تتطلب مواد ماصة ذات سطح مطور. تتميز الكربيدات ، مركبات الكربون مع المعادن ، وكذلك مع البورون والسيليكون (على سبيل المثال ، Al 4 C 3 ، SiC ، B 4 C) بصلابة عالية وتستخدم لصنع أدوات الكشط والقطع. يوجد الكربون في الفولاذ والسبائك في الحالة الأولية وفي شكل كربيدات. يؤدي تشبع سطح المسبوكات الفولاذية بالكربون عند درجة حرارة عالية (تدعيم) إلى زيادة صلابة السطح ومقاومة التآكل بشكل كبير. أنظر أيضاسبائك.

هناك العديد من أشكال الجرافيت المختلفة في الطبيعة. يتم الحصول على بعضها بشكل مصطنع ؛ تتوفر أشكال غير متبلورة (مثل فحم الكوك والفحم). يتكون السخام وفحم العظام والأسود المصباح والأسيتيلين الأسود عند حرق الهيدروكربونات في غياب الأكسجين. ما يسمى الكربون الأبيضتم الحصول عليها عن طريق تسامي الجرافيت الحراري تحت ضغط منخفض - هذه هي أصغر بلورات شفافة من أوراق الجرافيت ذات الحواف المدببة.

مرجع التاريخ.

عُرف الجرافيت والماس والكربون غير المتبلور منذ العصور القديمة. من المعروف منذ فترة طويلة أنه يمكن تمييز المواد الأخرى بالجرافيت ، واقترح أ. مرتبك ، غالبًا ما يتم الخلط بين المواد ذات الخصائص الفيزيائية الخارجية المماثلة. ، مثل الموليبدينيت (كبريتيد الموليبدينوم) ، في وقت واحد تعتبر الجرافيت. تشمل الأسماء الأخرى للجرافيت "الرصاص الأسود" و "كربيد الحديد" و "الرصاص الفضي". في عام 1779 ، وجد K. Scheele أنه يمكن أكسدة الجرافيت بالهواء لتكوين ثاني أكسيد الكربون.

لأول مرة ، تم استخدام الماس في الهند والبرازيل ، واكتسبت الأحجار الكريمة أهمية تجارية في عام 1725 ؛ تم اكتشاف رواسب في جنوب إفريقيا عام 1867. في القرن العشرين. المنتجون الرئيسيون للماس هم جنوب إفريقيا وزائير وبوتسوانا وناميبيا وأنغولا وسيراليون وتنزانيا وروسيا. يتم إنتاج الماس الاصطناعي ، الذي تم إنشاء التكنولوجيا الخاصة به في عام 1970 ، للأغراض الصناعية.

التآصل.

إذا كانت الوحدات الهيكلية للمادة (ذرات العناصر أحادية الذرة أو جزيئات العناصر والمركبات متعددة الذرات) قادرة على الاندماج مع بعضها البعض في أكثر من شكل بلوري ، فإن هذه الظاهرة تسمى التآصل. يحتوي الكربون على ثلاثة تعديلات متآصلة - الماس والجرافيت والفوليرين. في الماس ، تحتوي كل ذرة كربون على 4 جيران متواجدين بشكل رباعي السطوح ، مما يشكل هيكلًا مكعبًا (الشكل 1 ، لكن). يتوافق هذا الهيكل مع الحد الأقصى من التساهم في الرابطة ، وتشكل جميع الإلكترونات الأربعة لكل ذرة كربون روابط C-C عالية القوة ، أي لا توجد إلكترونات موصلة في الهيكل. لذلك ، يتميز الماس بنقص الموصلية ، والتوصيل الحراري المنخفض ، والصلابة العالية ؛ إنها أصعب مادة معروفة (الشكل 2). يتطلب كسر الرابطة C-C (طول الرابطة 1.54 Å ، ومن ثم نصف القطر التساهمي 1.54 / 2 = 0.77 Å) في هيكل رباعي السطوح الكثير من الطاقة ، لذلك فإن الماس ، إلى جانب الصلابة الاستثنائية ، يتميز بنقطة انصهار عالية (3550) درجة مئوية).

شكل آخر من أشكال الكربون هو الجرافيت ، والذي يختلف اختلافًا كبيرًا عن الماس في الخصائص. الجرافيت مادة سوداء ناعمة من بلورات التقشير السهلة ، وتتميز بموصلية كهربائية جيدة (المقاومة الكهربائية 0.0014 أوم سم). لذلك ، يتم استخدام الجرافيت في مصابيح القوس والأفران (الشكل 3) ، حيث من الضروري إنشاء درجات حرارة عالية. يستخدم الجرافيت عالي النقاء في المفاعلات النووية كوسيط نيوتروني. نقطة انصهاره عند ضغط مرتفع هي 3527 درجة مئوية. عند الضغط الطبيعي ، يتسامى الجرافيت (ينتقل من الحالة الصلبة إلى الغاز) عند 3780 درجة مئوية.

هيكل الجرافيت (الشكل 1 ، ب) عبارة عن نظام من حلقات سداسية مدمجة بطول رابطة يبلغ 1.42 (أقصر بكثير من الماس) ، لكن كل ذرة كربون لها ثلاثة (بدلاً من أربعة ، كما في الماس) روابط تساهمية مع ثلاثة جيران ، والرابطة الرابعة (3.4 Å) طويلة جدًا بالنسبة للرابطة التساهمية وتربط بشكل ضعيف طبقات الجرافيت المكدسة المتوازية ببعضها البعض. إن الإلكترون الرابع للكربون هو الذي يحدد التوصيل الحراري والكهربائي للجرافيت - تشكل هذه الرابطة الأطول والأقل قوة انضغاطًا أقل من الجرافيت ، وهو ما ينعكس في صلابته المنخفضة مقارنة بالماس (كثافة الجرافيت 2.26 جم / سم 3 ، الماس - 3.51 جم / سم 3). للسبب نفسه ، يكون الجرافيت زلقًا عند اللمس ويفصل بسهولة رقائق المادة ، والتي تُستخدم في صنع مواد التشحيم وخيوط القلم الرصاص. يرجع بريق الرصاص بشكل أساسي إلى وجود الجرافيت.

تتمتع ألياف الكربون بقوة عالية ويمكن استخدامها في صناعة الحرير الصناعي أو خيوط أخرى عالية الكربون.

عند الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية ، وفي وجود محفز مثل الحديد ، يمكن تحويل الجرافيت إلى ماس. تم تنفيذ هذه العملية للإنتاج الصناعي للماس الاصطناعي. تنمو بلورات الماس على سطح المحفز. يوجد توازن الجرافيت والماس عند 15000 atm و 300 K أو عند 4000 atm و 1500 K. يمكن أيضًا الحصول على الماس الاصطناعي من الهيدروكربونات.

تشمل الأشكال غير المتبلورة من الكربون التي لا تشكل بلورات الفحم ، الذي يتم الحصول عليه عن طريق تسخين الشجرة دون الوصول إلى الهواء والمصباح والسخام الغازي ، والتي تتشكل أثناء احتراق الهيدروكربونات بدرجة حرارة منخفضة مع نقص الهواء وتكثف على سطح بارد ، الفحم العظمي - خليط من فوسفات الكالسيوم في عملية أقمشة تدمير العظام ، وكذلك الفحم (مادة طبيعية مع شوائب) وفحم الكوك ، بقايا جافة يتم الحصول عليها من فحم الكوك للوقود عن طريق التقطير الجاف للفحم أو بقايا الزيت (الفحم القاري) ، بمعنى آخر تدفئة بدون هواء. يستخدم فحم الكوك لصهر الحديد ، في المعادن الحديدية وغير الحديدية. أثناء فحم الكوك ، يتم أيضًا تكوين المنتجات الغازية - غاز أفران الكوك (H 2 ، CH 4 ، CO ، إلخ) والمنتجات الكيميائية التي تعد مواد خام لإنتاج البنزين والدهانات والأسمدة والأدوية والبلاستيك ، إلخ. يظهر مخطط الجهاز الرئيسي لإنتاج فحم الكوك - فرن فحم الكوك - في الشكل. 3.

تتميز أنواع مختلفة من الفحم والسخام بسطح متطور ، وبالتالي فهي تستخدم كمواد ماصة لتنقية الغاز والسائل ، فضلاً عن المواد الحفازة. للحصول على أشكال مختلفة من الكربون ، يتم استخدام طرق خاصة للتكنولوجيا الكيميائية. يتم الحصول على الجرافيت الاصطناعي عن طريق تكليس أنثراسايت أو كوك البترول بين أقطاب الكربون عند 2260 درجة مئوية (عملية أتشيسون) ويستخدم في إنتاج مواد التشحيم والأقطاب الكهربائية ، ولا سيما لإنتاج المعادن بالكهرباء.

هيكل ذرة الكربون.

تحتوي نواة نظير الكربون الأكثر استقرارًا للكتلة 12 (98.9٪ وفرة) على 6 بروتونات و 6 نيوترونات (12 نيوترونات) مرتبة في ثلاثة رباعيات ، كل منها يحتوي على 2 بروتون واثنين من النيوترون ، على غرار نواة الهيليوم. نظير كربون مستقر آخر هو 13 درجة مئوية (حوالي 1.1٪) ، والنظير غير المستقر 14 ج موجود في الطبيعة بكميات ضئيلة بعمر نصف يبلغ 5730 سنة ، وهو ب-إشعاع. تشارك النظائر الثلاثة في شكل ثاني أكسيد الكربون في دورة الكربون العادية للمادة الحية. بعد موت كائن حي ، يتوقف استهلاك الكربون ويمكن تأريخ الأجسام المحتوية على C عن طريق قياس مستوى النشاط الإشعاعي 14. ب- إشعاع 14 CO2 يتناسب مع الوقت المنقضي منذ الوفاة. في عام 1960 ، مُنح دبليو ليبي جائزة نوبل للبحث في الكربون المشع.

في الحالة الأرضية ، تشكل 6 إلكترونات من الكربون تكوينًا إلكترونيًا لـ 1 س 2 2س 2 2مقصف 1 2السنة التحضيرية 1 2ص 0. أربعة إلكترونات من المستوى الثاني هي التكافؤ ، والذي يتوافق مع موضع الكربون في مجموعة IVA من النظام الدوري ( سم. الجدول الدوري للعناصر). نظرًا لأن فصل الإلكترون عن الذرة في الطور الغازي يتطلب طاقة كبيرة (حوالي 1070 كيلوجول / مول) ، فإن الكربون لا يشكل روابط أيونية مع عناصر أخرى ، لأن هذا يتطلب فصل الإلكترون بتكوين موجب أيون. مع كهرسلبية 2.5 ، لا يُظهر الكربون تقاربًا قويًا للإلكترون ، وبالتالي فهو ليس متقبلًا نشطًا للإلكترون. لذلك ، فهي ليست عرضة لتكوين جسيم بشحنة سالبة. ولكن مع الطبيعة الأيونية جزئيًا للرابطة ، توجد بعض مركبات الكربون ، على سبيل المثال ، الكربيدات. في المركبات ، يُظهر الكربون حالة أكسدة تبلغ 4. لكي تتمكن أربعة إلكترونات من المشاركة في تكوين الروابط ، من الضروري إزالة 2 س-الإلكترونات وقفز أحد هذه الإلكترونات بمقدار 2 صمداري. في هذه الحالة ، يتم تشكيل 4 روابط رباعية السطوح بزاوية بينها 109 درجة. في المركبات ، يتم سحب إلكترونات التكافؤ للكربون بشكل جزئي فقط ، لذلك يشكل الكربون روابط تساهمية قوية بين الذرات المجاورة من النوع C-C باستخدام زوج إلكترون مشترك. طاقة تمزق هذه الرابطة هي 335 kJ / mol ، بينما بالنسبة لرابطة Si – Si فهي 210 كيلو جول / مول ؛ لذلك ، سلاسل طويلة - Si - Si - غير مستقرة. يتم الاحتفاظ بالطبيعة التساهمية للرابطة حتى في مركبات الهالوجينات عالية التفاعل مع الكربون ، CF 4 و CCl 4. ذرات الكربون قادرة على توفير أكثر من إلكترون واحد من كل ذرة كربون لتكوين الرابطة ؛ وبالتالي يتم تشكيل روابط C = C المزدوجة وثلاثية CºC. تشكل العناصر الأخرى أيضًا روابط بين ذراتها ، لكن الكربون فقط هو القادر على تكوين سلاسل طويلة. لذلك ، تُعرف آلاف المركبات بالكربون ، وتسمى الهيدروكربونات ، حيث يرتبط الكربون بالهيدروجين وذرات الكربون الأخرى ، وتشكل سلاسل طويلة أو هياكل حلقية. سم. الكيمياء العضوية.

في هذه المركبات ، من الممكن استبدال الهيدروجين بذرات أخرى ، غالبًا بالأكسجين والنيتروجين والهالوجينات ، مع تكوين العديد من المركبات العضوية. تحتل الفلوروكربونات ، الهيدروكربونات التي يتم فيها استبدال الهيدروجين بالفلور ، مكانًا مهمًا بينها. هذه المركبات خاملة للغاية ، وتستخدم كالبلاستيك ومواد التشحيم (الفلوروكربونات ، أي الهيدروكربونات التي يتم فيها استبدال جميع ذرات الهيدروجين بذرات الفلور) وكمبردات منخفضة الحرارة (الفريونات ، أو الفريونات ، - فلورو كلورو هيدروكربونات).

في الثمانينيات ، اكتشف الفيزيائيون الأمريكيون مركبات كربون مثيرة للاهتمام للغاية حيث ترتبط ذرات الكربون في 5 أو 6 غون ، مكونة جزيء C 60 على شكل كرة مجوفة مع تناسق مثالي لكرة القدم. نظرًا لأن مثل هذا التصميم يكمن وراء "القبة الجيوديسية" التي اخترعها المهندس المعماري الأمريكي بكمنستر فولر ، فإن الفئة الجديدة من المركبات كانت تسمى "Buckminsterfullerenes" أو "الفوليرين" (وأيضًا ، باختصار ، "fasiballs" أو "buckyballs"). تم الحصول على الفوليرين - التعديل الثالث للكربون النقي (باستثناء الماس والجرافيت) ، والذي يتكون من 60 أو 70 (بل وأكثر) ذرة - عن طريق عمل إشعاع الليزر على أصغر جزيئات الكربون. تتكون الفوليرينات ذات الشكل الأكثر تعقيدًا من عدة مئات من ذرات الكربون. يبلغ قطر جزيء C 60 حوالي 1 نانومتر. هناك مساحة كافية في وسط هذا الجزيء لاستيعاب ذرة يورانيوم كبيرة.

الكتلة الذرية القياسية.

في عام 1961 ، اعتمدت الاتحادات الدولية للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) وفي الفيزياء كتلة نظير الكربون 12 درجة مئوية كوحدة للكتلة الذرية ، مما أدى إلى إلغاء مقياس الأوكسجين للكتل الذرية الذي كان موجودًا من قبل. الكتلة الذرية للكربون في هذا النظام هي 12.011 ، حيث إنها متوسط ​​نظائر الكربون الطبيعية الثلاثة ، مع مراعاة وفرتها في الطبيعة. سم. الكتلة الذرية.

الخواص الكيميائية للكربون وبعض مركباته.

يتم إعطاء بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية للكربون في مقالة العناصر الكيميائية. تعتمد تفاعلية الكربون على تعديله ودرجة حرارته وتشتته. في درجات الحرارة المنخفضة ، تكون جميع أشكال الكربون خاملة تمامًا ، ولكن عند تسخينها ، تتأكسد بواسطة الأكسجين الجوي ، مكونة أكاسيد:

يمكن للكربون المشتت ناعماً الزائد عن الأكسجين أن ينفجر عند تسخينه أو من شرارة. بالإضافة إلى الأكسدة المباشرة ، هناك طرق أكثر حداثة للحصول على الأكاسيد.

ثاني أكسيد الكربون

يتكون C 3 O 2 أثناء تجفيف حمض المالونيك فوق P 4 O 10:

C 3 O 2 له رائحة كريهة ، يتحلل بالماء بسهولة ، ويعيد تكوين حمض المالونيك.

أول أكسيد الكربون (II)يتكون ثاني أكسيد الكربون أثناء أكسدة أي تعديل للكربون في غياب الأكسجين. التفاعل طارد للحرارة ، يتم تحرير 111.6 كيلوجول / مول. يتفاعل فحم الكوك عند حرارة بيضاء مع الماء: C + H 2 O = CO + H 2 ؛ يسمى خليط الغاز الناتج "غاز الماء" وهو وقود غازي. يتشكل ثاني أكسيد الكربون أيضًا أثناء الاحتراق غير الكامل للمنتجات البترولية ، ويوجد بكميات كبيرة في عوادم السيارات ، ويتم الحصول عليه عن طريق التفكك الحراري لحمض الفورميك:

حالة أكسدة الكربون في CO هي +2 ، وبما أن الكربون أكثر استقرارًا في حالة الأكسدة +4 ، يتأكسد CO بسهولة بالأكسجين إلى CO 2: CO + O 2 → CO 2 ، هذا التفاعل طارد للحرارة بدرجة عالية (283 kJ / مول). يستخدم ثاني أكسيد الكربون في الصناعة في خليط مع H 2 والغازات القابلة للاحتراق الأخرى كوقود أو عامل اختزال غازي. عند التسخين إلى 500 درجة مئوية ، يشكل ثاني أكسيد الكربون C و CO 2 إلى حد ملحوظ ، ولكن عند 1000 درجة مئوية ، يتحقق التوازن عند تركيزات منخفضة من CO 2. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الكلور ، ويشكل الفوسجين - COCl 2 ، وتجري التفاعلات مع الهالوجينات الأخرى بشكل مشابه ، في التفاعل مع الكبريت ، يتم الحصول على كبريتيد الكربونيل COS ، مع المعادن (M) CO تشكل الكربونيل من التراكيب المختلفة M (CO) x، وهي مركبات معقدة. يتكون الحديد الكربوني عن طريق تفاعل الهيموجلوبين في الدم مع ثاني أكسيد الكربون ، مما يمنع تفاعل الهيموغلوبين مع الأكسجين ، لأن كربونيل الحديد مركب أقوى. نتيجة لذلك ، يتم حظر وظيفة الهيموجلوبين كحامل للأكسجين للخلايا ، والتي تموت بعد ذلك (وتتأثر خلايا الدماغ أولاً وقبل كل شيء). (ومن هنا اسم آخر لـ CO - "أول أكسيد الكربون"). بالفعل 1 ٪ (المجلد) من ثاني أكسيد الكربون في الهواء تشكل خطورة على الشخص إذا كان في مثل هذا الجو لأكثر من 10 دقائق. يتم إعطاء بعض الخصائص الفيزيائية لأول أكسيد الكربون في الجدول.

ثاني أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون (IV)يتكون ثاني أكسيد الكربون أثناء احتراق الكربون الأولي في الأكسجين الزائد مع إطلاق حرارة (395 كيلوجول / مول). يتكون ثاني أكسيد الكربون (الاسم البسيط هو "ثاني أكسيد الكربون") أيضًا أثناء الأكسدة الكاملة لثاني أكسيد الكربون ، والمنتجات البترولية ، والبنزين ، والزيوت ، والمركبات العضوية الأخرى. عندما تذوب الكربونات في الماء ، ينطلق ثاني أكسيد الكربون أيضًا نتيجة للتحلل المائي:

غالبًا ما يستخدم هذا التفاعل في الممارسة المختبرية للحصول على ثاني أكسيد الكربون. يمكن الحصول على هذا الغاز أيضًا عن طريق تكليس البيكربونات المعدنية:

في تفاعل الطور الغازي للبخار شديد السخونة مع ثاني أكسيد الكربون:

عند حرق الهيدروكربونات ومشتقاتها من الأكسجين ، على سبيل المثال:

وبالمثل ، تتأكسد المنتجات الغذائية في كائن حي بإطلاق الحرارة وأنواع أخرى من الطاقة. في هذه الحالة ، تستمر الأكسدة في ظل ظروف معتدلة عبر مراحل وسيطة ، لكن المنتجات النهائية هي نفسها - CO 2 و H 2 O ، على سبيل المثال ، أثناء تحلل السكريات تحت تأثير الإنزيمات ، ولا سيما أثناء التخمير من الجلوكوز:

يتم إنتاج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد المعادن في الصناعة عن طريق التحلل الحراري للكربونات:

يستخدم CaO بكميات كبيرة في تكنولوجيا إنتاج الأسمنت. يزداد الاستقرار الحراري للكربونات واستهلاك الحرارة لتحللها وفقًا لهذا المخطط في سلسلة CaCO 3 ( أنظر أيضاالوقاية من الحرائق والحماية من الحرائق).

التركيب الإلكتروني لأكاسيد الكربون.

يمكن وصف التركيب الإلكتروني لأي أول أكسيد كربون بثلاثة مخططات قابلة للتجهيز بترتيبات مختلفة من أزواج الإلكترون - ثلاثة أشكال رنانة:

جميع أكاسيد الكربون لها هيكل خطي.

حمض الكربونيك.

عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء ، يتشكل حمض الكربونيك H 2 CO 3. في محلول مشبع من CO 2 (0.034 مول / لتر) ، يشكل جزء فقط من الجزيئات H 2 CO 3 ، ويكون معظم ثاني أكسيد الكربون في حالة رطبة لـ CO 2 CHH 2 O.

كربونات.

تتشكل الكربونات عن طريق تفاعل أكاسيد المعادن مع ثاني أكسيد الكربون ، على سبيل المثال ، Na 2 O + CO 2 Na 2 CO 3.

باستثناء كربونات الفلزات القلوية ، فإن الباقي غير قابل للذوبان عمليًا في الماء ، وكربونات الكالسيوم قابلة للذوبان جزئيًا في حمض الكربونيك أو محلول ثاني أكسيد الكربون في الماء المضغوط:

تحدث هذه العمليات في المياه الجوفية المتدفقة عبر طبقة الحجر الجيري. تحت ظروف الضغط المنخفض والتبخر ، يترسب كربونات الكالسيوم 3 من المياه الجوفية المحتوية على Ca (HCO 3) 2. هذه هي الطريقة التي تنمو بها الهوابط والصواعد في الكهوف. يفسر لون هذه التكوينات الجيولوجية المثيرة للاهتمام وجود شوائب من الحديد والنحاس والمنغنيز وأيونات الكروم في المياه. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع هيدروكسيدات المعادن ومحاليلها لتكوين الهيدروكربونات ، على سبيل المثال:

CS 2 + 2Cl 2 ® CCl 4 + 2S

رباعي كلوريد CCl مادة غير قابلة للاشتعال ، تستخدم كمذيب في عمليات التنظيف الجاف ، ولكن لا يوصى باستخدامه كمثبط للهب ، لأنه عند درجة حرارة عالية يشكل الفوسجين السام (مادة سامة غازية). CCl 4 نفسه سام أيضًا ، وإذا تم استنشاقه بكميات ملحوظة ، يمكن أن يسبب تسمم الكبد. يتشكل CCl 4 أيضًا عن طريق تفاعل كيميائي ضوئي بين الميثان CH 4 و Cl 2 ؛ في هذه الحالة ، يمكن تكوين نواتج من الكلور غير الكامل للميثان - CHCl 3 و CH 2 Cl 2 و CH 3 Cl. تستمر التفاعلات بشكل مشابه مع الهالوجينات الأخرى.

تفاعلات الجرافيت.

يدخل الجرافيت كتعديل للكربون ، يتميز بمسافات كبيرة بين طبقات الحلقات السداسية ، في تفاعلات غير عادية ، على سبيل المثال ، المعادن القلوية والهالوجينات وبعض الأملاح (FeCl 3) تخترق بين الطبقات ، وتشكل مركبات KC 8 ، KC 16 نوعًا (يسمى بينيًا أو تضمينًا أو كلثرات). العوامل المؤكسدة القوية مثل KClO 3 في وسط حمضي (حامض الكبريتيك أو النيتريك) تشكل مواد ذات حجم كبير من الشبكة البلورية (تصل إلى 6 Å بين الطبقات) ، وهو ما يفسر من خلال إدخال ذرات الأكسجين وتكوين المركبات ، على سطحها ، نتيجة للأكسدة ، مجموعات الكربوكسيل (–COOH) - مركبات مثل الجرافيت المؤكسد أو حمض mellitic (benzenehexacarboxylic) C 6 (COOH). في هذه المركبات ، يمكن أن تختلف نسبة C: O من 6: 1 إلى 6: 2.5.

كربيد.

يتكون الكربون من المعادن والبورون والسيليكون مركبات مختلفة تسمى الكربيدات. أكثر المعادن نشاطًا (المجموعات الفرعية IA-IIIA) تشكل كربيدات شبيهة بالملح ، على سبيل المثال ، Na 2 C 2 ، CaC 2 ، Mg 4 C 3 ، Al 4 C 3. في الصناعة ، يتم الحصول على كربيد الكالسيوم من فحم الكوك والحجر الجيري من خلال التفاعلات التالية:

الكربيدات غير موصلة ، عديمة اللون تقريبًا ، تتحلل بالماء لتشكيل الهيدروكربونات ، على سبيل المثال

CaC 2 + 2H 2 O \ u003d C 2 H 2 + Ca (OH) 2

يعمل الأسيتيلين C 2 H 2 الناتج عن التفاعل كمادة وسيطة في إنتاج العديد من المواد العضوية. هذه العملية مثيرة للاهتمام لأنها تمثل الانتقال من المواد الخام ذات الطبيعة غير العضوية إلى تخليق المركبات العضوية. تسمى الكربيدات التي تشكل الأسيتيلين عند التحلل المائي الأسيتيلات. في السيليكون وكربيدات البورون (SiC و B 4 C) ، تكون الرابطة بين الذرات تساهمية. المعادن الانتقالية (عناصر المجموعة الفرعية B) عند تسخينها بالكربون تشكل أيضًا كربيدات ذات تكوين متغير في الشقوق على سطح المعدن ؛ السند الموجود فيهم قريب من المعدن. تتميز بعض الكربيدات من هذا النوع ، مثل WC و W 2 C و TiC و SiC ، بالصلابة العالية والحران ، ولها موصلية كهربائية جيدة. على سبيل المثال ، NbC و TaC و HfC هي أكثر المواد مقاومة للحرارة (mp = 4000-4200 درجة مئوية) ، وكربيد الدينوبيوم Nb 2 C هو موصل فائق عند 9.18 كلفن ، و TiC و W 2 C قريبان من صلابة الماس ، والصلابة B 4 درجة مئوية (التناظرية الهيكلية للماس) هي 9.5 على مقياس موس ( سم. أرز. 2). تتشكل الكربيدات الخاملة إذا كان نصف قطر المعدن الانتقالي

مشتقات النيتروجين من الكربون.

تشمل هذه المجموعة اليوريا NH 2 CONH 2 - سماد نيتروجين يستخدم في شكل محلول. يتم الحصول على اليوريا من NH3 و CO 2 عند تسخينها تحت ضغط:

يتشابه السيانوجين (CN) 2 في العديد من الخصائص مع الهالوجين وغالبًا ما يشار إليه على أنه الهالوجين الكاذب. يتم الحصول على السيانيد عن طريق أكسدة معتدلة لأيون السيانيد بالأكسجين أو فوق أكسيد الهيدروجين أو أيون النحاس 2+: 2CN - ® (CN) 2 + 2e.

يشكل أيون السيانيد ، باعتباره مانحًا للإلكترون ، مركبات معقدة بسهولة مع أيونات معدنية انتقالية. مثل ثاني أكسيد الكربون ، أيون السيانيد هو سم ، يربط مركبات الحديد الحيوية في الكائن الحي. أيونات السيانيد المعقدة لها الصيغة العامة -0.5 x، أين Xهو رقم التنسيق للمعدن (عامل التركيب) ، يساوي تجريبياً ضعف قيمة حالة أكسدة أيون الفلز. ومن الأمثلة على هذه الأيونات المعقدة (يرد أدناه تركيب بعض الأيونات) رباعي النيكل (II) -ion 2– ، هيكساسيانوفيرات (III) 3– ، ديسيانو أرجنتيت -:

كاربونيل.

أول أكسيد الكربون قادر على التفاعل مباشرة مع العديد من المعادن أو أيونات المعادن ، مكونًا مركبات معقدة تسمى الكربونيل ، مثل Ni (CO) 4 ، Fe (CO) 5 ، Fe 2 (CO) 9 ، 3 ، Mo (CO) 6 ، 2 . الرابطة في هذه المركبات مشابهة للرابطة في مجمعات cyano الموصوفة أعلاه. Ni (CO) 4 مادة متطايرة تستخدم لفصل النيكل عن المعادن الأخرى. غالبًا ما يرتبط تدهور بنية الحديد الزهر والصلب في الهياكل بتكوين الكربونيل. يمكن أن يكون الهيدروجين جزءًا من مركبات الكربونيل ، مكونًا هيدرات الكربونيل ، مثل H 2 Fe (CO) 4 و HCo (CO) 4 ، والتي تظهر خصائص حمضية وتتفاعل مع القلويات:

H 2 Fe (CO) 4 + NaOH → NaHFe (CO) 4 + H 2 O

تُعرف هاليدات الكربونيل أيضًا ، على سبيل المثال Fe (CO) X 2 ، Fe (CO) 2 X 2 ، Co (CO) I 2 ، Pt (CO) Cl 2 ، حيث X هي أي هالوجين.

الهيدروكربونات.

من المعروف أن عددًا كبيرًا من مركبات الكربون مع الهيدروجين