तत्व विशेषता

6 1s 2 2s 2 2p 2

समस्थानिक: 12 सी (98.892%); १३ सी (१.१०८%); 14 सी (रेडियोधर्मी)

पृथ्वी की पपड़ी में क्लार्क द्रव्यमान से 0.48% है। खोजने के रूप:

वी मुफ्त फार्म(कोयला, हीरे);

कार्बोनेट्स की संरचना में (CaCO 3, MgCO 3, आदि);

जीवाश्म ईंधन (कोयला, तेल, गैस) की संरचना में;

सीओ 2 के रूप में - वायुमंडल में (मात्रा द्वारा 0.03%);

विश्व महासागर में - O 3 - आयनों के रूप में;

जीवित पदार्थ (-18% कार्बन) के हिस्से के रूप में।

कार्बन रसायन मुख्य रूप से कार्बनिक रसायन है। अकार्बनिक रसायन विज्ञान के दौरान, निम्नलिखित सी युक्त पदार्थों का अध्ययन किया जाता है: मुक्त कार्बन, ऑक्साइड (सीओ और सीओ 2), कार्बोनिक एसिड, कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट।

मुक्त कार्बन। एलोट्रॉपी।

मुक्त अवस्था में, कार्बन 3 एलोट्रोपिक संशोधन करता है: हीरा, ग्रेफाइट और कृत्रिम रूप से उत्पादित कार्बाइन। कार्बन के ये संशोधन क्रिस्टल रासायनिक संरचना और भौतिक विशेषताओं में भिन्न हैं।

हीरा

हीरे के क्रिस्टल में, प्रत्येक कार्बन परमाणु मजबूत सहसंयोजक बंधों से चार अन्य लोगों से जुड़ा होता है, जो उसके चारों ओर समान दूरी पर स्थित होते हैं।

सभी कार्बन परमाणु एसपी 3-संकरण अवस्था में हैं। हीरे की परमाणु क्रिस्टल जाली में एक चतुष्फलकीय संरचना होती है।

हीरा एक रंगहीन, पारदर्शी पदार्थ है जो प्रकाश को दृढ़ता से अपवर्तित करता है। सभी ज्ञात पदार्थों में इसकी कठोरता सबसे अधिक है। हीरा नाजुक, दुर्दम्य है, खराब गर्मी का संचालन करता है और बिजली... आसन्न कार्बन परमाणुओं (0.154 एनएम) के बीच छोटी दूरी के परिणामस्वरूप हीरे का उच्च घनत्व (3.5 ग्राम / सेमी 3) होता है।

सीसा

ग्रेफाइट के क्रिस्टल जाली में, प्रत्येक कार्बन परमाणु sp2 -संकरण की स्थिति में होता है और एक ही परत में स्थित कार्बन परमाणुओं के साथ तीन मजबूत सहसंयोजक बंधन बनाता है। प्रत्येक परमाणु के तीन इलेक्ट्रॉन, कार्बन, इन बंधों के निर्माण में भाग लेते हैं, और चौथे संयोजकता इलेक्ट्रॉन n-बंध बनाते हैं और अपेक्षाकृत मुक्त (मोबाइल) होते हैं। वे ग्रेफाइट की विद्युत और तापीय चालकता निर्धारित करते हैं।

एक विमान में आसन्न कार्बन परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन की लंबाई 0.152 एनएम है, और विभिन्न परतों में सी परमाणुओं के बीच की दूरी 2.5 गुना अधिक है, इसलिए उनके बीच के बंधन कमजोर हैं।

ग्रेफाइट धात्विक चमक के साथ धूसर-काले रंग के स्पर्श पदार्थ के लिए एक अपारदर्शी, नरम, चिकना है; गर्मी और विद्युत प्रवाह को अच्छी तरह से संचालित करता है। हीरे की तुलना में ग्रेफाइट का घनत्व कम होता है और यह आसानी से पतले गुच्छे में विभाजित हो जाता है।

महीन-क्रिस्टलीय ग्रेफाइट की अव्यवस्थित संरचना अनाकार कार्बन के विभिन्न रूपों की संरचना को रेखांकित करती है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण कोक, भूरा और बिटुमिनस कोयले, कालिख, सक्रिय (सक्रिय) कार्बन हैं।

कार्बिन

कार्बन का यह एलोट्रोपिक संशोधन एसिटिलीन के उत्प्रेरक ऑक्सीकरण (डीहाइड्रो-पॉलीकंडेंसेशन) द्वारा प्राप्त किया जाता है। कार्बाइन एक श्रृंखला बहुलक है जिसके दो रूप हैं:

सी = सी-सी = सी -... और ... = सी = सी = सी =

कार्बाइन में अर्धचालक गुण होते हैं।

कार्बन के रासायनिक गुण

सामान्य तापमान पर, कार्बन संशोधन (हीरा और ग्रेफाइट) दोनों रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं। ग्रेफाइट के महीन-क्रिस्टलीय रूप - कोक, कालिख, सक्रिय कार्बन - अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं, लेकिन, एक नियम के रूप में, उन्हें उच्च तापमान पर पहले से गरम करने के बाद।

सी - सक्रिय कम करने वाला एजेंट:

1. ऑक्सीजन के साथ बातचीत

सी + ओ 2 = सीओ 2 + 393.5 केजे (ओ 2 से अधिक)

2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (O 2 की कमी के साथ)

कोयला जलाना ऊर्जा के सबसे महत्वपूर्ण स्रोतों में से एक है।

2. फ्लोरीन और सल्फर के साथ बातचीत।

सी + 2 एफ 2 = सीएफ 4 कार्बन टेट्राफ्लोराइड

सी + 2 एस = सीएस 2 कार्बन डाइसल्फ़ाइड

3. कोक उद्योग में उपयोग किए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण कम करने वाले एजेंटों में से एक है। धातु विज्ञान में, इसकी सहायता से धातुएँ ऑक्साइड से प्राप्त की जाती हैं, उदाहरण के लिए:

+ Fe 2 O 3 = 2Fe +

सी + जेडएनओ = जेडएन + सीओ

4. जब कार्बन क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के ऑक्साइड के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो अपचित धातु कार्बन के साथ मिलकर कार्बाइड बनाती है। उदाहरण के लिए: ZC + CaO = CaC 2 + CO कैल्शियम कार्बाइड

5. कोक का उपयोग सिलिकॉन प्राप्त करने के लिए भी किया जाता है:

2С + SiO2 = Si + 2СО

6. कोक की अधिकता से सिलिकॉन कार्बाइड (कार्बोरंडम) SiC बनता है।

"वाटर गैस" प्राप्त करना (ठोस ईंधन का गैसीकरण)

गर्म कोयले के माध्यम से जल वाष्प पारित करने से सीओ और एच 2 का एक दहनशील मिश्रण बनता है, जिसे जल गैस कहा जाता है:

सी + एच 2 ओ = सीओ + एच 2

7. ऑक्सीकरण अम्लों के साथ अभिक्रियाएँ।

सक्रिय या चारकोल, गर्म होने पर, आयनों को कम कर देता है NO 3 - तथा SO 4 2- केंद्रित एसिड से:

सी + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

सी + 2 एच 2 एसओ 4 = सीओ 2 + 2 एसओ 2 + 2 एच 2 ओ

8. गलित क्षार धातु नाइट्रेट के साथ अभिक्रिया

KNO ३ और NaNO ३ में, कुचला हुआ कोयला एक अंधाधुंध लौ के निर्माण के साथ तीव्रता से जलता है:

5C + 4KNO 3 = 2K 2 CO 3 + 3CO 2 + 2N 2

सी - कम सक्रिय ऑक्सीकरण एजेंट:

1. सक्रिय धातुओं के साथ नमक जैसी कार्बाइड का बनना।

कार्बन के गैर-धातु गुणों का एक महत्वपूर्ण कमजोर होना इस तथ्य में व्यक्त किया जाता है कि ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में इसके कार्य कम करने वाले कार्यों की तुलना में बहुत कम हद तक प्रकट होते हैं।

2. केवल सक्रिय धातुओं के साथ प्रतिक्रिया में, कार्बन परमाणु नकारात्मक रूप से आवेशित आयनों C -4 और (C = C) 2- में गुजरते हैं, जिससे नमक जैसी कार्बाइड बनती है:

ЗС + 4Al = l 4 С 3 एल्युमिनियम कार्बाइड

2C + Ca = CaC 2 कैल्शियम कार्बाइड

3. आयनिक प्रकार के कार्बाइड बहुत अस्थिर यौगिक होते हैं, वे एसिड और पानी की क्रिया के तहत आसानी से विघटित हो जाते हैं, जो नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कार्बन आयनों की अस्थिरता को इंगित करता है:

अल 4 सी 3 + 12 एच 2 ओ = 3CH 4 + 4Al (ओएच) 3

सीएसी 2 + 2 एच 2 ओ = सी 2 एच 2 + सीए (ओएच) 2

4. धातुओं के साथ सहसंयोजक यौगिकों का निर्माण

संक्रमण धातुओं के साथ कार्बन के मिश्रण के पिघलने में, सहसंयोजक प्रकार के बंधन के साथ मुख्य रूप से कार्बाइड बनते हैं। उनके अणुओं में एक परिवर्तनशील संरचना होती है, और सामान्य रूप से पदार्थ मिश्र धातुओं के करीब होते हैं। ऐसे कार्बाइड अत्यधिक प्रतिरोधी होते हैं, वे पानी, एसिड, क्षार और कई अन्य अभिकर्मकों के प्रति रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं।

5. हाइड्रोजन के साथ बातचीत

उच्च टी और पी पर, निकल उत्प्रेरक की उपस्थिति में, कार्बन हाइड्रोजन के साथ जुड़ता है:

+ 2НН 2 → 4

प्रतिक्रिया बहुत प्रतिवर्ती है और व्यावहारिक नहीं है।

कार्बन (सी) 12 के परमाणु भार के साथ आवर्त सारणी का छठा तत्व है। तत्व गैर-धातुओं से संबंधित है और इसमें 14 सी का समस्थानिक है। कार्बन परमाणु की संरचना सभी कार्बनिक रसायन विज्ञान के अंतर्गत आती है, क्योंकि सभी कार्बनिक पदार्थों में शामिल हैं कार्बन अणु।

कार्बन परमाणु

आवर्त सारणी में कार्बन की स्थिति:

• छठा क्रमांक;
• चौथा समूह;
• दूसरी अवधि।

चावल। 1. आवर्त सारणी में कार्बन की स्थिति।

तालिका के आंकड़ों के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि कार्बन तत्व के परमाणु की संरचना में दो गोले शामिल हैं, जिन पर छह इलेक्ट्रॉन स्थित हैं। कार्बन की संयोजकता, जो कार्बनिक पदार्थों का हिस्सा है, स्थिर है और IV के बराबर है। इसका मतलब है कि बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर चार इलेक्ट्रॉन होते हैं, और दो आंतरिक स्तर पर।

चार इलेक्ट्रॉनों में से दो गोलाकार 2s कक्षीय पर कब्जा कर लेते हैं, और शेष दो डम्बल के रूप में 2p कक्षीय पर कब्जा कर लेते हैं। उत्तेजित अवस्था में, 2s कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन 2p कक्षकों में से एक में स्थानांतरित हो जाता है। जब एक इलेक्ट्रॉन एक कक्षक से दूसरे कक्षक में जाता है, तो ऊर्जा खर्च होती है।

इस प्रकार, एक उत्तेजित कार्बन परमाणु में चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसका विन्यास सूत्र 2s 1 2p 3 द्वारा व्यक्त किया जा सकता है। इससे अन्य तत्वों के साथ चार सहसंयोजक बंधन बनाना संभव हो जाता है। उदाहरण के लिए, मीथेन (सीएच 4) अणु में, कार्बन चार हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ बंधन बनाता है - हाइड्रोजन और कार्बन के एस-ऑर्बिटल्स के बीच एक बॉन्ड और कार्बन के पी-ऑर्बिटल्स और हाइड्रोजन के एस-ऑर्बिटल्स के बीच तीन बॉन्ड।

कार्बन परमाणु की संरचना का आरेख + 6C) 2) 4 या 1s 2 2s 2 2p 2 के रूप में दर्शाया जा सकता है।

चावल। 2. कार्बन परमाणु की संरचना।

भौतिक गुण

कार्बन प्राकृतिक रूप से चट्टानों के रूप में पाया जाता है। कार्बन के कई एलोट्रोपिक संशोधन ज्ञात हैं:

• ग्रेफाइट;
• हीरा;
• कार्बाइन;
• कोयला;
• कालिख।

ये सभी पदार्थ क्रिस्टल जाली की संरचना में भिन्न होते हैं। सबसे कठोर पदार्थ, हीरा, कार्बन का घन रूप होता है। उच्च तापमान पर, हीरा हेक्सागोनल संरचना के साथ ग्रेफाइट में बदल जाता है।

चावल। 3. ग्रेफाइट और हीरे की क्रिस्टल जाली।

रासायनिक गुण

कार्बन की परमाणु संरचना और दूसरे पदार्थ के चार परमाणुओं को जोड़ने की उसकी क्षमता निर्धारित करती है रासायनिक गुणतत्व। कार्बन धातुओं के साथ क्रिया करके कार्बाइड बनाता है:

• सीए + 2 सी → सीएसी 2;
• सीआर + सी → सीआरसी;
• 3Fe + C → Fe 3 C.

धातु के आक्साइड के साथ भी प्रतिक्रिया करता है:

• 2ZnO + C → 2Zn + CO 2;
• पीबीओ + सी → पीबी + सीओ;
• SnO 2 + 2C → Sn + 2CO।

उच्च तापमान पर, कार्बन गैर-धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करता है, विशेष रूप से हाइड्रोजन के साथ, हाइड्रोकार्बन बनाता है:

सी + 2 एच 2 → सीएच 4।

ऑक्सीजन के साथ, कार्बन कार्बन डाइऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड बनाता है:

• सी + ओ 2 → सीओ 2;
• 2С + 2 → 2СО।

कार्बन मोनोऑक्साइड भी बनता है जब यह पानी के साथ संपर्क करता है।

कार्बन, सी (ए। कार्बन; एन। कोहलेंस्टॉफ; एफ। कार्बोन; और। कार्बोनो), - रासायनिक तत्वमेंडेलीव की आवधिक प्रणाली का IV समूह, परमाणु संख्या 6, परमाणु द्रव्यमान 12.041। प्राकृतिक कार्बन में 2 स्थिर समस्थानिकों का मिश्रण होता है: 12 C (98.892%) और 13 C (1.108%)। कार्बन के 6 रेडियोधर्मी समस्थानिक भी हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण 14 C समस्थानिक है जिसकी अर्ध-आयु 5.73.10 3 वर्ष है। 14 एन नाभिक ब्रह्मांडीय विकिरण न्यूट्रॉन के साथ)।

कार्बन प्राचीन काल से जाना जाता है। अयस्कों से धातुओं को निकालने के लिए लकड़ी का उपयोग किया जाता था, जबकि हीरे का उपयोग किया जाता था। एक रासायनिक तत्व के रूप में कार्बन की मान्यता फ्रांसीसी रसायनज्ञ ए. लावोइसियर (१७८९) के नाम से जुड़ी है।

कार्बन के संशोधन और गुण

कार्बन के 4 ज्ञात क्रिस्टलीय संशोधन हैं: ग्रेफाइट, हीरा, कार्बाइन और लोन्सडेलाइट, जो उनके गुणों में बहुत भिन्न हैं। कार्बाइन एक कृत्रिम रूप से प्राप्त प्रकार का कार्बन है, जो एक महीन-क्रिस्टलीय काला पाउडर है, जिसकी क्रिस्टल संरचना एक दूसरे के समानांतर स्थित कार्बन परमाणुओं की लंबी श्रृंखलाओं की उपस्थिति की विशेषता है। घनत्व 3230-3300 किग्रा / मी 3, ताप क्षमता 11.52 J / mol.K। Lonsdaleite उल्कापिंडों में पाया गया और कृत्रिम रूप से प्राप्त किया गया; इसकी संरचना और भौतिक गुणों को निश्चित रूप से स्थापित नहीं किया गया है। कार्बन को एक अव्यवस्थित संरचना वाले राज्य की भी विशेषता है - तथाकथित। अनाकार कार्बन (कालिख, कोक, लकड़ी का कोयला)। "अनाकार" कार्बन के भौतिक गुण काफी हद तक कण आकार और अशुद्धियों की उपस्थिति पर निर्भर करते हैं।

कार्बन के रासायनिक गुण

यौगिकों में, कार्बन में +4 (सबसे सामान्य), +2 और +3 ऑक्सीकरण अवस्थाएँ होती हैं। सामान्य परिस्थितियों में कार्बन रासायनिक रूप से निष्क्रिय होता है; उच्च तापमान पर यह कई तत्वों के साथ मिलकर मजबूत कम करने वाले गुणों का प्रदर्शन करता है। कार्बन की रासायनिक गतिविधि "अनाकार" कार्बन, ग्रेफाइट, हीरा श्रृंखला में घट जाती है; कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) और मोनोऑक्साइड (सीओ) कार्बन के गठन के साथ क्रमशः 300-500 डिग्री सेल्सियस, 600-700 डिग्री सेल्सियस और 850-1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर इस प्रकार के कार्बन में वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ बातचीत होती है। कार्बोनिक एसिड बनाने के लिए डाइऑक्साइड पानी में घुल जाता है। कार्बन के सभी रूप क्षार और अम्ल के प्रतिरोधी हैं। कार्बन व्यावहारिक रूप से हलोजन के साथ बातचीत नहीं करता है (ग्रेफाइट को छोड़कर, जो 900 डिग्री सेल्सियस से ऊपर एफ 2 के साथ प्रतिक्रिया करता है), इसलिए, इसके हलाइड्स अप्रत्यक्ष रूप से प्राप्त होते हैं। नाइट्रोजन युक्त यौगिकों में, एक महत्वपूर्ण व्यवहारिक महत्वहाइड्रोजन साइनाइड एचसीएन (हाइड्रोसायनिक एसिड) और इसके कई डेरिवेटिव हैं। 1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, कार्बन कार्बाइड बनाने के लिए कई धातुओं के साथ संपर्क करता है। कार्बन के सभी रूप आम अकार्बनिक और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में अघुलनशील हैं।

कार्बन का सबसे महत्वपूर्ण गुण इसके परमाणुओं की आपस में, साथ ही अपने और अन्य तत्वों के बीच मजबूत रासायनिक बंधन बनाने की क्षमता है। कार्बन की अन्य कार्बन परमाणुओं के साथ 4 समकक्ष वैलेंस बॉन्ड बनाने की क्षमता विभिन्न प्रकार (रैखिक, शाखित, चक्रीय) के कार्बन कंकाल बनाना संभव बनाती है; यह ये गुण हैं जो सभी कार्बनिक यौगिकों और विशेष रूप से सभी जीवित जीवों की संरचना में कार्बन की असाधारण भूमिका की व्याख्या करते हैं।

प्रकृति में कार्बन

पृथ्वी की पपड़ी में औसत कार्बन सामग्री 2.3.10% (वजन के अनुसार) है; अधिकांश कार्बन तलछटी चट्टानों (1%) में केंद्रित है, जबकि अन्य चट्टानों में इस तत्व की सांद्रता काफी कम और लगभग समान (1-3.10%) है। कार्बन ऊपरी भाग में जमा होता है, जहां इसकी उपस्थिति मुख्य रूप से जीवित पदार्थ (18%), लकड़ी (50%), कोयला (80%), तेल (85%), एन्थ्रेसाइट (96%) के साथ-साथ डोलोमाइट्स से जुड़ी होती है। और चूना पत्थर। 100 से अधिक कार्बन खनिज ज्ञात हैं, जिनमें से सबसे आम हैं कैल्शियम, मैग्नीशियम और आयरन कार्बोनेट (कैल्साइट CaCO 3, डोलोमाइट (Ca, Mg) CO 3 और साइडराइट FeCO 3)। पृथ्वी की पपड़ी में कार्बन का संचय अक्सर कार्बनिक पदार्थों द्वारा अवशोषित अन्य तत्वों के संचय से जुड़ा होता है और अघुलनशील यौगिकों के रूप में जल निकायों के तल पर इसके दफन होने के बाद जमा होता है। ज्वालामुखी गतिविधि के दौरान और कार्बनिक ईंधन के दहन के दौरान पृथ्वी से बड़ी मात्रा में CO2 डाइऑक्साइड वायुमंडल में छोड़ी जाती है। वातावरण से, CO2 प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में पौधों द्वारा अवशोषित किया जाता है और समुद्री जल में घुल जाता है, जिससे पृथ्वी पर सामान्य कार्बन चक्र में सबसे महत्वपूर्ण लिंक बनते हैं। कार्बन अंतरिक्ष में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है; सूर्य पर, हाइड्रोजन, हीलियम और ऑक्सीजन के बाद कार्बन चौथा सबसे प्रचुर मात्रा में है, परमाणु प्रक्रियाओं में भाग लेता है।

आवेदन और उपयोग

कार्बन का सबसे महत्वपूर्ण राष्ट्रीय आर्थिक महत्व इस तथ्य से निर्धारित होता है कि मानव द्वारा उपभोग किए जाने वाले सभी प्राथमिक ऊर्जा स्रोतों में से लगभग 90% जीवाश्म ईंधन हैं। तेल का उपयोग ईंधन के रूप में नहीं, बल्कि विभिन्न रासायनिक उद्योगों के लिए कच्चे माल के रूप में करने की प्रवृत्ति है। कार्बोनेट (धातु विज्ञान, निर्माण, रासायनिक उत्पादन), हीरे (गहने, उपकरण) और ग्रेफाइट (परमाणु प्रौद्योगिकी, गर्मी प्रतिरोधी क्रूसिबल, पेंसिल) के रूप में उत्पादित कार्बन द्वारा राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में एक छोटी, लेकिन फिर भी बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है। कुछ प्रकार के स्नेहक, आदि)। बायोजेनिक मूल के अवशेषों में 14 सी आइसोटोप की विशिष्ट गतिविधि के अनुसार, उनकी उम्र निर्धारित की जाती है (रेडियोकार्बन डेटिंग)। 14C व्यापक रूप से रेडियोधर्मी संकेतक के रूप में उपयोग किया जाता है। सबसे आम आइसोटोप 12 सी का बहुत महत्व है - इस आइसोटोप के परमाणु के द्रव्यमान का बारहवां हिस्सा रासायनिक तत्वों के परमाणु द्रव्यमान की एक इकाई के रूप में लिया जाता है।

कार्बन
साथ (कार्बोनियम), तत्वों की आवर्त सारणी के उपसमूह (C, Si, Ge, Sn, Pb) के गैर-धातु रासायनिक तत्व IVA। यह प्राकृतिक रूप से हीरे के क्रिस्टल (चित्र 1), ग्रेफाइट या फुलरीन और अन्य रूपों के रूप में होता है और कार्बनिक (कोयला, तेल, पशु और पौधों के जीवों, आदि) और अकार्बनिक पदार्थों (चूना पत्थर, बेकिंग सोडा, आदि) का एक हिस्सा है। ।) कार्बन व्यापक है, लेकिन पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री केवल 0.19% है (डायमंड, फुलरीन भी देखें)।

सरल पदार्थों के रूप में कार्बन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। कीमती हीरे के अलावा, जो गहनों का विषय हैं, औद्योगिक हीरे पीसने और काटने के उपकरण के निर्माण के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं। चारकोल और कार्बन के अन्य अनाकार रूपों का उपयोग तकनीकी क्षेत्रों में, जहां एक विकसित सतह के साथ सोखने की आवश्यकता होती है, गैसों के विघटन, शुद्धिकरण, सोखना के लिए किया जाता है। कार्बाइड, धातुओं के साथ कार्बन के यौगिक, साथ ही साथ बोरॉन और सिलिकॉन (उदाहरण के लिए, Al4C3, SiC, B4C) को उच्च कठोरता की विशेषता है और इसका उपयोग अपघर्षक और काटने के उपकरण के निर्माण के लिए किया जाता है। कार्बन स्टील्स और मिश्र धातुओं में मौलिक अवस्था में और कार्बाइड के रूप में पाया जाता है। उच्च तापमान (कार्बराइजिंग) पर कार्बन के साथ स्टील कास्टिंग की सतह की संतृप्ति सतह की कठोरता और पहनने के प्रतिरोध को काफी बढ़ा देती है।
मिश्र भी देखें। प्रकृति में ग्रेफाइट के कई अलग-अलग रूप हैं; कुछ कृत्रिम रूप से प्राप्त होते हैं; अनाकार रूप हैं (उदाहरण के लिए, कोक और चारकोल)। ऑक्सीजन की कमी से हाइड्रोकार्बन को जलाने पर कालिख, बोन चार, लैम्प कालिख, एसिटिलीन कालिख बनती है। तथाकथित सफेद कार्बन कम दबाव में पाइरोलाइटिक ग्रेफाइट के उच्च बनाने की क्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है - ये तेज किनारों वाले ग्रेफाइट शीट के सबसे छोटे पारदर्शी क्रिस्टल होते हैं।
ऐतिहासिक संदर्भ।ग्रेफाइट, हीरा और अनाकार कार्बन को प्राचीन काल से जाना जाता है। यह लंबे समय से ज्ञात है कि ग्रेफाइट का उपयोग अन्य सामग्री को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है, और "ग्रेफाइट" नाम, ग्रीक शब्द से लिया गया है जिसका अर्थ है "लिखना", ए वर्नर द्वारा 1789 में प्रस्तावित किया गया था। हालांकि, ग्रेफाइट का इतिहास है भ्रमित, अक्सर समान बाहरी भौतिक गुणों वाले पदार्थों को इसके लिए लिया जाता था उदाहरण के लिए मोलिब्डेनाइट (मोलिब्डेनम सल्फाइड), जिसे कभी ग्रेफाइट माना जाता था। ग्रेफाइट के अन्य नामों में ब्लैक लेड, कार्बाइड आयरन और सिल्वर लेड शामिल हैं। 1779 में, के. शीले ने स्थापित किया कि कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए ग्रेफाइट को हवा के साथ ऑक्सीकृत किया जा सकता है। भारत और ब्राजील में पहली बार हीरे का इस्तेमाल किया गया जवाहरात 1725 में व्यावसायिक महत्व हासिल कर लिया; दक्षिण अफ्रीका में जमा 1867 में खोजे गए थे। 20 वीं शताब्दी में। मुख्य हीरा उत्पादक दक्षिण अफ्रीका, ज़ैरे, बोत्सवाना, नामीबिया, अंगोला, सिएरा लियोन, तंजानिया और रूस हैं। कृत्रिम हीरे, जिनकी तकनीक 1970 में विकसित की गई थी, का उत्पादन औद्योगिक उद्देश्यों के लिए किया जाता है।
एलोट्रॉपी।यदि किसी पदार्थ की संरचनात्मक इकाइयाँ (एकपरमाणु तत्वों के लिए परमाणु या बहुपरमाणु तत्वों और यौगिकों के लिए अणु) एक से अधिक क्रिस्टलीय रूप में एक दूसरे के साथ संयोजन करने में सक्षम हैं, तो इस घटना को एलोट्रॉपी कहा जाता है। कार्बन के तीन अलोट्रोपिक संशोधन हैं - हीरा, ग्रेफाइट और फुलरीन। हीरे में, प्रत्येक कार्बन परमाणु में 4 चतुष्फलकीय रूप से स्थित पड़ोसी होते हैं, जो एक घन संरचना बनाते हैं (चित्र 1, ए)। यह संरचना अधिकतम बंधन सहसंयोजक से मेल खाती है, और प्रत्येक कार्बन परमाणु के सभी 4 इलेक्ट्रॉन उच्च शक्ति बनाते हैं सी-सी लिंक, अर्थात। संरचना में कोई चालन इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। इसलिए, हीरे को चालकता की अनुपस्थिति, कम तापीय चालकता, उच्च कठोरता की विशेषता है; यह सबसे कठोर ज्ञात पदार्थ है (चित्र 2)। चतुष्फलकीय संरचना में सीसी बांड की दरार (बॉन्ड की लंबाई 1.54, इसलिए सहसंयोजक त्रिज्या 1.54 / 2 = 0.77) के लिए बड़ी ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है, इसलिए, असाधारण कठोरता के साथ हीरा, एक उच्च गलनांक (3550 डिग्री सेल्सियस) की विशेषता है। .

कार्बन का एक अन्य एलोट्रोपिक रूप ग्रेफाइट है, जो गुणों में हीरे से बहुत अलग है। ग्रेफाइट आसानी से छूटने वाले क्रिस्टल का एक नरम काला पदार्थ है, जो अच्छी विद्युत चालकता (विद्युत प्रतिरोध 0.0014 ओम * सेमी) की विशेषता है। इसलिए, ग्रेफाइट का उपयोग चाप लैंप और भट्टियों (चित्र 3) में किया जाता है, जिसमें उच्च तापमान बनाना आवश्यक होता है। उच्च शुद्धता वाले ग्रेफाइट का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में किया जाता है। ऊंचे दबाव पर इसका गलनांक 3527 ° C होता है। सामान्य दबाव में, ग्रेफाइट सबलाइम (ठोस से गैस में जाता है) 3780 ° C पर होता है।

ग्रेफाइट संरचना (चित्र। 1 बी) संघनित हेक्सागोनल रिंगों की एक प्रणाली है जिसकी बंधन लंबाई 1.42 (हीरे की तुलना में बहुत छोटी) है, लेकिन प्रत्येक कार्बन परमाणु में तीन पड़ोसियों के साथ सहसंयोजक बंधन होते हैं (और हीरे में चार नहीं) सहसंयोजक बंधन होते हैं, और चौथा बंधन (3,4) एक सहसंयोजक बंधन के लिए बहुत लंबा है और एक दूसरे के समानांतर खड़ी ग्रेफाइट परतों को कमजोर रूप से बांधता है। यह कार्बन का चौथा इलेक्ट्रॉन है जो ग्रेफाइट की तापीय और विद्युत चालकता को निर्धारित करता है - यह लंबा और कम मजबूत बंधन एक कम कॉम्पैक्ट ग्रेफाइट बनाता है, जो हीरे की तुलना में इसकी कम कठोरता में परिलक्षित होता है (ग्रेफाइट घनत्व 2.26 ग्राम / सेमी 3, हीरा - 3.51 ग्राम / सेमी 3)। इसी कारण से, ग्रेफाइट स्पर्श करने के लिए फिसलन भरा होता है और पदार्थ के गुच्छे को आसानी से अलग कर देता है, जिसका उपयोग स्नेहक और पेंसिल लीड बनाने के लिए किया जाता है। सीसे की चमक मुख्य रूप से ग्रेफाइट की उपस्थिति के कारण होती है। कार्बन फाइबर अत्यधिक टिकाऊ होते हैं और इनका उपयोग रेयान या अन्य उच्च कार्बन यार्न बनाने के लिए किया जा सकता है। उच्च दबाव और तापमान पर, लोहे जैसे उत्प्रेरक की उपस्थिति में, ग्रेफाइट को हीरे में परिवर्तित किया जा सकता है। यह प्रक्रिया कृत्रिम हीरों के औद्योगिक उत्पादन के लिए लागू की गई है। उत्प्रेरक सतह पर हीरे के क्रिस्टल उगते हैं। संतुलन ग्रेफाइट हीरा 15,000 atm और 300 K या 4000 atm और 1500 K पर मौजूद है। कृत्रिम हीरे हाइड्रोकार्बन से भी प्राप्त किए जा सकते हैं। कार्बन के अनाकार रूप जो क्रिस्टल नहीं बनाते हैं उनमें हवा की पहुंच के बिना लकड़ी को गर्म करने से प्राप्त लकड़ी का कोयला शामिल है, हवा की कमी के साथ हाइड्रोकार्बन के कम तापमान के दहन के दौरान बनाई गई दीपक और गैस कालिख और ठंडी सतह पर संघनित, हड्डी का कोयला - कैल्शियम का एक मिश्रण हड्डी के विनाश के कपड़े, साथ ही कोयला (अशुद्धियों के साथ एक प्राकृतिक पदार्थ) और कोक की प्रक्रिया में फॉस्फेट, कोयले या तेल अवशेषों (बिटुमिनस कोयले) के सूखे आसवन की विधि द्वारा कोकिंग ईंधन द्वारा प्राप्त सूखा अवशेष, यानी। हवा के उपयोग के बिना हीटिंग। कोक का उपयोग लौह और अलौह धातु विज्ञान में पिग आयरन को गलाने के लिए किया जाता है। कोकिंग के दौरान, गैसीय उत्पाद भी बनते हैं - कोक ओवन गैस (H2, CH4, CO, आदि) और रासायनिक उत्पाद जो गैसोलीन, पेंट, उर्वरक, के उत्पादन के लिए कच्चे माल हैं। दवाओं, प्लास्टिक, आदि कोक के उत्पादन के लिए मुख्य उपकरण का आरेख - एक कोक ओवन - अंजीर में दिखाया गया है। 3. विभिन्न प्रकारकोयले और कालिख को एक विकसित सतह की विशेषता होती है और इसलिए गैसों, तरल पदार्थों के शुद्धिकरण के लिए और उत्प्रेरक के रूप में भी adsorbents के रूप में उपयोग किया जाता है। कार्बन के विभिन्न रूपों को प्राप्त करने के लिए रासायनिक प्रौद्योगिकी के विशेष तरीकों का उपयोग किया जाता है। कृत्रिम ग्रेफाइट 2260 डिग्री सेल्सियस (एचेसन प्रक्रिया) पर कार्बन इलेक्ट्रोड के बीच एन्थ्रेसाइट या पेट्रोलियम कोक को शांत करके प्राप्त किया जाता है और विशेष रूप से धातुओं के इलेक्ट्रोलाइटिक उत्पादन के लिए स्नेहक और इलेक्ट्रोड के उत्पादन में उपयोग किया जाता है।
कार्बन परमाणु की संरचना। 12 (बहुतायत 98.9%) के द्रव्यमान वाले सबसे स्थिर कार्बन समस्थानिक के नाभिक में 6 प्रोटॉन और 6 न्यूट्रॉन (12 न्यूक्लियॉन) होते हैं, जो तीन चौकड़ी में व्यवस्थित होते हैं, प्रत्येक में 2 प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं, जो हीलियम नाभिक के समान होते हैं। कार्बन का एक और स्थिर समस्थानिक 13C (लगभग 1.1%) है, और ट्रेस मात्रा में प्रकृति में अस्थिर आइसोटोप 14C 5730 वर्षों के आधे जीवन के साथ मौजूद है, जिसमें बी-विकिरण है। जीवित पदार्थ के सामान्य कार्बन चक्र में, तीनों समस्थानिक CO2 के रूप में भाग लेते हैं। एक जीवित जीव की मृत्यु के बाद, कार्बन की खपत बंद हो जाती है और सी-युक्त वस्तुओं को 14C रेडियोधर्मिता के स्तर को मापकर दिनांकित किया जा सकता है। 14CO2 के b-विकिरण में कमी मृत्यु के बाद के समय के समानुपाती होती है। 1960 में डब्ल्यू. लिब्बी को रेडियोधर्मी कार्बन के साथ अनुसंधान के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
रेडियोएक्टिविटी डेटिंग भी देखें। जमीनी अवस्था में, कार्बन के 6 इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s22s22px12py12pz0 बनाते हैं। दूसरे स्तर के चार इलेक्ट्रॉन संयोजकता हैं, जो आवर्त प्रणाली के IVA समूह में कार्बन की स्थिति से मेल खाती है (तत्वों की आवधिक प्रणाली देखें)। चूंकि गैस चरण में एक परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन की टुकड़ी को उच्च ऊर्जा (लगभग 1070 kJ / mol) की आवश्यकता होती है, कार्बन अन्य तत्वों के साथ आयनिक बंधन नहीं बनाता है, क्योंकि इसके लिए एक सकारात्मक आयन के गठन के साथ एक इलेक्ट्रॉन की टुकड़ी की आवश्यकता होगी। 2.5 के बराबर इलेक्ट्रोनगेटिविटी होने पर, कार्बन एक इलेक्ट्रॉन के लिए एक मजबूत आत्मीयता नहीं दिखाता है, इसलिए, यह एक सक्रिय इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता नहीं है। इसलिए, वह एक ऋणात्मक आवेश वाले कण को ​​बनाने के लिए इच्छुक नहीं है। लेकिन बांड की आंशिक रूप से आयनिक प्रकृति के साथ, कुछ कार्बन यौगिक मौजूद हैं, उदाहरण के लिए, कार्बाइड। यौगिकों में, कार्बन 4 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है। चार इलेक्ट्रॉनों को बंधों के निर्माण में भाग लेने के लिए, 2s इलेक्ट्रॉनों को अनपेयर करना और इनमें से एक इलेक्ट्रॉन को 2pz कक्षीय में कूदना आवश्यक है; इस मामले में, 109 ° के कोण के साथ 4 टेट्राहेड्रल बॉन्ड बनते हैं। यौगिकों में, कार्बन के संयोजकता इलेक्ट्रॉन इससे केवल आंशिक रूप से खींचे जाते हैं, इसलिए कार्बन पड़ोसी परमाणुओं के बीच मजबूत सहसंयोजक बंधन बनाता है सी-सी टाइप करेंएक सामान्य इलेक्ट्रॉनिक जोड़ी का उपयोग करना। ऐसे बॉन्ड की ब्रेकिंग एनर्जी 335 kJ / mol है, जबकि Si-Si बॉन्ड के लिए यह केवल 210 kJ / mol है, इसलिए लॉन्ग-सी-सी-चेन अस्थिर हैं। कार्बन, CF4 और CCl4 के साथ अत्यधिक प्रतिक्रियाशील हैलोजन के यौगिकों में भी बंधन की सहसंयोजक प्रकृति बरकरार रहती है। कार्बन परमाणु बंधन निर्माण के लिए प्रत्येक कार्बन परमाणु से एक से अधिक इलेक्ट्रॉन प्रदान करने में सक्षम हैं; इस प्रकार डबल C = C और ट्रिपल CєC बॉन्ड बनते हैं। अन्य तत्व भी अपने परमाणुओं के बीच बंधन बनाते हैं, लेकिन केवल कार्बन ही लंबी श्रृंखला बनाने में सक्षम है। इसलिए, हजारों यौगिक कार्बन के लिए जाने जाते हैं, जिन्हें हाइड्रोकार्बन कहा जाता है, जिसमें कार्बन हाइड्रोजन और अन्य कार्बन परमाणुओं से लंबी श्रृंखला या रिंग संरचना बनाने के लिए बंध जाता है।
जैविक रसायन देखें। इन यौगिकों में, हाइड्रोजन को अन्य परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, सबसे अधिक बार ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और हैलोजन द्वारा, कई कार्बनिक यौगिकों के निर्माण के साथ। हाइड्रोकार्बन - हाइड्रोकार्बन जिसमें हाइड्रोजन को फ्लोरीन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है - उनमें से बहुत महत्वपूर्ण हैं। इस तरह के यौगिक अत्यंत निष्क्रिय होते हैं, और इनका उपयोग प्लास्टिक और स्नेहक (फ्लोरोकार्बन, यानी हाइड्रोकार्बन जिसमें सभी हाइड्रोजन परमाणुओं को फ्लोरीन परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है) और निम्न-तापमान वाले रेफ्रिजरेंट (फ़्रीऑन, या फ़्रीऑन, फ़्लोरोक्लोरोकार्बन) के रूप में किया जाता है। 1980 के दशक में, संयुक्त राज्य में भौतिकविदों ने बहुत ही दिलचस्प कार्बन यौगिकों की खोज की, जिसमें कार्बन परमाणु 5- या 6-गॉन में जुड़े हुए हैं, एक खोखले गेंद के आकार में एक C60 अणु बनाते हैं, जिसमें एक सॉकर बॉल की सही समरूपता होती है। . चूंकि यह डिजाइन अमेरिकी वास्तुकार और इंजीनियर बकमिन्स्टर फुलर द्वारा आविष्कार किए गए "जियोडेसिक गुंबद" के केंद्र में है, नई कक्षायौगिकों को "बकमिनस्टरफुलरीन" या "फुलरीन" कहा जाता था (और जल्द ही - "फ़ैज़िबोल्स" या "बकीबॉल")। फुलरीन - शुद्ध कार्बन का तीसरा संशोधन (हीरा और ग्रेफाइट को छोड़कर), जिसमें 60 या 70 (और इससे भी अधिक) परमाणु शामिल हैं - कार्बन के सबसे छोटे कणों पर लेजर विकिरण की क्रिया द्वारा प्राप्त किया गया था। अधिक जटिल आकार के फुलरीन में कई सौ कार्बन परमाणु होते हैं। C60 कार्बन अणु का व्यास 1 एनएम है। ऐसे अणु के केंद्र में एक बड़ा यूरेनियम परमाणु रखने के लिए पर्याप्त जगह होती है।
फुलरीन भी देखें।
मानक परमाणु द्रव्यमान। 1961 में, सैद्धांतिक और अनुप्रयुक्त रसायन विज्ञान (IUPAC) और भौतिकी के अंतर्राष्ट्रीय संघों ने कार्बन समस्थानिक 12C के द्रव्यमान को परमाणु द्रव्यमान की एक इकाई के रूप में अपनाया, जो पहले मौजूद परमाणु द्रव्यमान के ऑक्सीजन पैमाने को समाप्त कर दिया। इस प्रणाली में कार्बन का परमाणु द्रव्यमान 12.011 है, क्योंकि यह कार्बन के तीन प्राकृतिक समस्थानिकों के लिए औसत है, प्रकृति में उनकी प्रचुरता को ध्यान में रखते हुए।
परमाणु द्रव्यमान देखें। कार्बन और उसके कुछ यौगिकों के रासायनिक गुण। रासायनिक तत्वों के लेख में कार्बन के कुछ भौतिक और रासायनिक गुण दिए गए हैं। कार्बन की प्रतिक्रियाशीलता इसके संशोधन, तापमान और फैलाव पर निर्भर करती है। पर कम तामपानकार्बन के सभी रूप काफी निष्क्रिय होते हैं, लेकिन गर्म होने पर, वे वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत हो जाते हैं, जिससे ऑक्साइड बनते हैं:

ऑक्सीजन से अधिक सूक्ष्म रूप से परिक्षिप्त कार्बन गर्म होने पर या चिंगारी से फट सकता है। प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के अलावा, ऑक्साइड के उत्पादन के लिए और भी आधुनिक तरीके हैं। कार्बन सबऑक्साइड C3O2 P4O10 पर मैलोनिक एसिड के निर्जलीकरण के दौरान बनता है:

C3O2 में एक अप्रिय गंध है, आसानी से हाइड्रोलाइज करता है, फिर से मैलोनिक एसिड बनाता है।
कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO का निर्माण ऑक्सीजन की कमी की स्थिति में कार्बन के किसी भी संशोधन के ऑक्सीकरण के दौरान होता है। प्रतिक्रिया एक्ज़ोथिर्मिक है, 111.6 kJ / mol जारी किया गया है। सफेद गर्मी पर, कोक पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है: C + H2O = CO + H2; परिणामी गैस मिश्रण को "वाटर गैस" कहा जाता है और यह एक गैसीय ईंधन है। CO पेट्रोलियम उत्पादों के अधूरे दहन के दौरान भी बनता है, यह ऑटोमोबाइल निकास में ध्यान देने योग्य मात्रा में पाया जाता है, यह फॉर्मिक एसिड के थर्मल पृथक्करण द्वारा प्राप्त किया जाता है:

CO2 में कार्बन की ऑक्सीकरण अवस्था +2 है, और चूँकि कार्बन +4 ऑक्सीकरण अवस्था में अधिक स्थिर है, CO को ऑक्सीजन द्वारा CO2 में आसानी से ऑक्सीकृत किया जाता है: CO + O2 (r) CO2, यह प्रतिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी है (283 kJ / मोल)। सीओ का उपयोग उद्योग में एच 2 और अन्य दहनशील गैसों के साथ ईंधन या गैसीय कम करने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है। जब 500 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो सीओ काफी हद तक सी और सीओ 2 बनाता है, लेकिन 1000 डिग्री सेल्सियस पर सीओ 2 की कम सांद्रता पर संतुलन स्थापित होता है। सीओ क्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करता है, फॉस्जीन बनाता है - सीओसीएल 2, इसी तरह की प्रतिक्रियाएं अन्य हैलोजन के साथ आगे बढ़ती हैं, सल्फर के साथ प्रतिक्रिया में, कार्बोनिल सल्फाइड सीओएस प्राप्त होता है, धातुओं के साथ (एम) सीओ विभिन्न रचनाओं एम (सीओ) एक्स के कार्बोनिल्स बनाता है, जो जटिल यौगिक हैं . आयरन कार्बोनिल सीओ के साथ रक्त हीमोग्लोबिन की बातचीत से बनता है, ऑक्सीजन के साथ हीमोग्लोबिन की प्रतिक्रिया को रोकता है, क्योंकि आयरन कार्बोनिल एक मजबूत यौगिक है। नतीजतन, कोशिकाओं को ऑक्सीजन के वाहक के रूप में हीमोग्लोबिन का कार्य अवरुद्ध हो जाता है, जो इस मामले में मर जाता है (और सबसे पहले, मस्तिष्क की कोशिकाएं प्रभावित होती हैं)। (इसलिए CO का दूसरा नाम - "कार्बन मोनोऑक्साइड")। हवा में पहले से ही 1% (वॉल्यूम) सीओ एक व्यक्ति के लिए खतरनाक है यदि वह ऐसे वातावरण में 10 मिनट से अधिक समय तक रहता है। CO के कुछ भौतिक गुण तालिका में दिए गए हैं। कार्बन डाइऑक्साइड, या कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO2 तब बनता है जब तात्विक कार्बन को ऊष्मा (395 kJ / mol) की रिहाई के साथ ऑक्सीजन की अधिकता में जलाया जाता है। CO2 (छोटा नाम "कार्बन डाइऑक्साइड" है) भी CO, पेट्रोलियम उत्पादों, गैसोलीन, तेल और अन्य कार्बनिक यौगिकों के पूर्ण ऑक्सीकरण के दौरान बनता है। जब कार्बोनेट पानी में घुल जाते हैं, तो हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप CO2 भी निकलती है:

इस प्रतिक्रिया का प्रयोग अक्सर प्रयोगशाला अभ्यास में CO2 के उत्पादन के लिए किया जाता है। यह गैस धातु बाइकार्बोनेट को शांत करके भी प्राप्त की जा सकती है:

सीओ के साथ अतितापित भाप की गैस-चरण बातचीत के मामले में:

उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन और उनके ऑक्सीजन डेरिवेटिव को जलाते समय:

इसी तरह ऑक्सीकृत खाने की चीज़ेंएक जीवित जीव में गर्मी और अन्य प्रकार की ऊर्जा की रिहाई के साथ। इस मामले में, ऑक्सीकरण मध्यवर्ती चरणों के माध्यम से हल्की परिस्थितियों में होता है, लेकिन अंतिम उत्पाद समान होते हैं - सीओ 2 और एच 2 ओ, उदाहरण के लिए, एंजाइमों की कार्रवाई के तहत शर्करा के अपघटन के दौरान, विशेष रूप से ग्लूकोज के किण्वन के दौरान:

उद्योग में कार्बोनेटों के ऊष्मीय अपघटन द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड और धातु ऑक्साइड का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जाता है:

सीमेंट उत्पादन तकनीक में CaO का उपयोग बड़ी मात्रा में किया जाता है। इस योजना के अनुसार कार्बोनेटों की तापीय स्थिरता और उनके अपघटन के लिए गर्मी की खपत CaCO3 श्रृंखला में वृद्धि (आग से बचाव और आग से बचाव भी देखें)। कार्बन ऑक्साइड की इलेक्ट्रॉनिक संरचना। किसी भी कार्बन मोनोऑक्साइड की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को इलेक्ट्रॉन जोड़े के विभिन्न पदों के साथ तीन समरूप सर्किट द्वारा वर्णित किया जा सकता है - तीन गुंजयमान रूप:

सभी कार्बन ऑक्साइड रैखिक होते हैं।
कार्बोनिक एसिड।जब CO2 पानी के साथ परस्पर क्रिया करती है, तो कार्बोनिक एसिड H2CO3 बनता है। CO2 (0.034 mol / l) के संतृप्त घोल में, केवल कुछ अणु H2CO3 बनाते हैं, और अधिकांश CO2 हाइड्रेटेड अवस्था CO2 * H2O में होती है।
कार्बोनेट्स।कार्बन डाइऑक्साइड के साथ धातु आक्साइड की बातचीत से कार्बोनेट बनते हैं, उदाहरण के लिए, Na2O + CO2 -> NaHCO3, जो CO2: 2NaHCO3 -> Na2CO3 + H2O + CO2 सोडियम कार्बोनेट, या सोडा की रिहाई के साथ गर्म होने पर विघटित हो जाते हैं। सोडा उद्योग में मुख्य रूप से सॉल्वे विधि द्वारा मात्रा:

एक अन्य विधि CO2 और NaOH से सोडा उत्पन्न करती है।

कार्बोनेट आयन CO32- में 120 ° के O-C-O कोण और 1.31 की CO बंधन लंबाई के साथ एक तलीय संरचना होती है।
(क्षार उत्पादन भी देखें)।
कार्बन हैलाइड।टेट्राहैलाइड बनाने के लिए कार्बन गर्म होने पर हैलोजन के साथ सीधे प्रतिक्रिया करता है, लेकिन प्रतिक्रिया दर और उत्पाद की उपज धीमी होती है। इसलिए, कार्बन हैलाइड अन्य तरीकों से प्राप्त किए जाते हैं, उदाहरण के लिए, कार्बन डाइसल्फ़ाइड के क्लोरीनीकरण से, CCl4 प्राप्त होता है: CS2 + 2Cl2 -> CCl4 + 2S तापमान जहरीला फॉस्जीन (गैसीय जहरीला पदार्थ) का निर्माण होता है। CCl4 अपने आप में भी जहरीला होता है और अगर इसे पर्याप्त मात्रा में लिया जाए तो यह लीवर की विषाक्तता का कारण बन सकता है। Cl4 भी मीथेन СH4 और Сl2 के बीच प्रकाश रासायनिक प्रतिक्रिया से बनता है; इस मामले में, मीथेन के अधूरे क्लोरीनीकरण के उत्पादों का निर्माण संभव है - CHCl3, CH2Cl2 और CH3Cl -। अन्य हैलोजन के साथ अभिक्रियाएँ इसी प्रकार आगे बढ़ती हैं।
ग्रेफाइट प्रतिक्रियाएं।ग्रेफाइट, कार्बन के एक संशोधन के रूप में, हेक्सागोनल रिंगों की परतों के बीच बड़ी दूरी की विशेषता, असामान्य प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है, उदाहरण के लिए, क्षार धातु, हलोजन और कुछ लवण (FeCl3) परतों के बीच प्रवेश करते हैं, KC8, KC16 जैसे यौगिक बनाते हैं। अंतरालीय, समावेशन या क्लैथ्रेट यौगिक कहा जाता है)। एक अम्लीय माध्यम (सल्फ्यूरिक या नाइट्रिक एसिड) में KClO3 जैसे मजबूत ऑक्सीडेंट क्रिस्टल जाली (परतों के बीच 6 तक) की एक बड़ी मात्रा के साथ पदार्थ बनाते हैं, जिसे ऑक्सीजन परमाणुओं की शुरूआत और सतह पर यौगिकों के गठन द्वारा समझाया गया है। जिनमें से, ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप, कार्बोक्सिल समूह (-COOH) बनते हैं - यौगिक जैसे ऑक्सीकृत ग्रेफाइट या मेलिटिक (बेंजीनहेक्साकारबॉक्सिलिक) एसिड C6 (COOH) 6. इन यौगिकों में, C: O अनुपात 6: 1 से 6: 2.5 के बीच भिन्न हो सकता है।
कार्बाइड।कार्बन धातुओं, बोरॉन और सिलिकॉन के साथ कार्बाइड नामक विभिन्न यौगिक बनाता है। सबसे सक्रिय धातुएं (IA-IIIA उपसमूह) नमक जैसी कार्बाइड बनाती हैं, उदाहरण के लिए Na2C2, CaC2, Mg4C3, Al4C3। उद्योग में, कैल्शियम कार्बाइड निम्नलिखित प्रतिक्रियाओं द्वारा कोक और चूना पत्थर से प्राप्त किया जाता है:

कार्बाइड गैर-प्रवाहकीय, लगभग रंगहीन, हाइड्रोकार्बन बनाने के लिए हाइड्रोलाइज्ड होते हैं, उदाहरण के लिए CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (OH) 2 प्रतिक्रिया द्वारा गठित एसिटिलीन C2H2 कई कार्बनिक पदार्थों के उत्पादन में फीडस्टॉक के रूप में कार्य करता है। यह प्रक्रिया दिलचस्प है क्योंकि यह एक अकार्बनिक प्रकृति के कच्चे माल से कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण में संक्रमण का प्रतिनिधित्व करती है। हाइड्रोलिसिस के दौरान एसिटिलीन बनाने वाले कार्बाइड को एसिटिलीनाइड्स कहा जाता है। सिलिकॉन और बोरॉन कार्बाइड (SiC और B4C) में, परमाणुओं के बीच का बंधन सहसंयोजक होता है। संक्रमण धातु (बी-उपसमूहों के तत्व), जब कार्बन के साथ गरम किया जाता है, तो धातु की सतह पर दरारों में परिवर्तनशील संरचना के कार्बाइड भी बनते हैं; उनमें बंधन धातु के करीब है। इस प्रकार के कुछ कार्बाइड, उदाहरण के लिए WC, W2C, TiC और SiC, उच्च कठोरता और अपवर्तकता से प्रतिष्ठित हैं, और इनमें अच्छी विद्युत चालकता है। उदाहरण के लिए, NbC, TaC और HfC सबसे दुर्दम्य पदार्थ हैं (mp = 4000-4200 ° C), डाइनोबियम कार्बाइड Nb2C 9.18 K पर एक सुपरकंडक्टर है, TiC और W2C हीरे की कठोरता के करीब हैं, और कठोरता B4C (a) है। हीरे का संरचनात्मक एनालॉग) मोह पैमाने पर 9.5 है (चित्र 2 देखें)। अक्रिय कार्बाइड बनते हैं यदि संक्रमण धातु की त्रिज्या कार्बन के नाइट्रोजन डेरिवेटिव।इस समूह में यूरिया NH2CONH2 शामिल है - एक समाधान के रूप में उपयोग किए जाने वाले नाइट्रोजन उर्वरक। यूरिया NH3 और CO2 से दबाव में गर्म करके प्राप्त किया जाता है:

Dicyan (CN) 2 कई गुणों में हैलोजन के समान है और इसे अक्सर स्यूडोहैलोजन कहा जाता है। ऑक्सीजन, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, या Cu2 + आयन: 2CN- -> (CN) 2 + 2e के साथ साइनाइड आयन के हल्के ऑक्सीकरण द्वारा डायसियान प्राप्त किया जाता है। साइनाइड आयन, एक इलेक्ट्रॉन दाता होने के कारण, संक्रमण धातु आयनों के साथ आसानी से जटिल यौगिक बनाता है। सीओ की तरह, साइनाइड आयन एक जहर है, जो एक जीवित जीव में महत्वपूर्ण लौह यौगिकों को बांधता है। साइनाइड कॉम्प्लेक्स आयनों में होता है सामान्य सूत्र[] -0.5x, जहां x धातु (कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट) की समन्वय संख्या है, आनुभविक रूप से धातु आयन की ऑक्सीकरण अवस्था के दोगुने के बराबर है। ऐसे जटिल आयनों के उदाहरण हैं (कुछ आयनों की संरचना नीचे दी गई है) टेट्रासायनोन निकेलेट (II) -आयन [] 2-, हेक्सासायनोफेरेट (III) [] 3-, डायसायनोअर्जेंटेट [] -:

कार्बोनिल्स।कार्बन मोनोऑक्साइड कई धातुओं या धातु आयनों के साथ सीधे प्रतिक्रिया कर कार्बोनिल्स नामक जटिल यौगिक बना सकता है, उदाहरण के लिए Ni (CO) 4, Fe (CO) 5, Fe2 (CO) 9, [] 3, Mo (CO) 6, [] 2. इन यौगिकों में बंधन ऊपर वर्णित साइनो परिसरों में बंधन के समान है। Ni (CO) 4 एक वाष्पशील पदार्थ है जिसका उपयोग निकल को अन्य धातुओं से अलग करने के लिए किया जाता है। संरचनाओं में कच्चा लोहा और इस्पात की संरचना का बिगड़ना अक्सर कार्बोनिल्स के निर्माण से जुड़ा होता है। हाइड्रोजन कार्बोनिल का एक हिस्सा हो सकता है, जिससे कार्बोनिल हाइड्राइड बनता है, जैसे H2Fe (CO) 4 और HCo (CO) 4, जो अम्लीय गुणों को प्रदर्शित करते हैं और क्षार के साथ प्रतिक्रिया करते हैं: H2Fe (CO) 4 + NaOH -> NaHFe (CO) 4 + H2O को कार्बोनिल हैलाइड भी कहा जाता है, उदाहरण के लिए Fe (CO) X2, Fe (CO) 2X2, Co (CO) I2, Pt (CO) Cl2, जहां X कोई हैलोजन है।
(ऑर्गनोमेटैलिक कनेक्शन भी देखें)।
हाइड्रोकार्बन।हाइड्रोजन के साथ कार्बन के यौगिकों की एक बड़ी संख्या ज्ञात है
(ऑर्गेनिक केमिस्ट्री देखें)।
साहित्य
सुनयव जी.आई. पेट्रोलियम कार्बन। एम।, 1980 हाइपरकोर्डिनेटेड कार्बन का रसायन। एम., 1990

कोलियर का विश्वकोश। - खुला समाज. 2000 .

समानार्थी शब्द:

देखें कि "कार्बन" अन्य शब्दकोशों में क्या है:

न्यूक्लाइड टेबल सामान्य जानकारीनाम, प्रतीक कार्बन 14, 14C वैकल्पिक नाम रेडियोकार्बन, रेडियोकार्बन न्यूट्रॉन 8 प्रोटॉन 6 न्यूक्लाइड गुण परमाणु द्रव्यमान ... विकिपीडिया

न्यूक्लाइड टेबल सामान्य जानकारी नाम, प्रतीक कार्बन 12, 12C न्यूट्रॉन 6 प्रोटॉन 6 न्यूक्लाइड गुण परमाणु द्रव्यमान 12,0000000 (0) ... विकिपीडिया

मेंडलीफ की आवर्त सारणी में कार्बन छठा तत्व है। इसका परमाणु भार 12 है।

कार्बन मेंडलीफ प्रणाली के दूसरे आवर्त में और इस प्रणाली के चौथे समूह में है।

आवर्त संख्या हमें बताती है कि कार्बन के छह इलेक्ट्रॉन दो ऊर्जा स्तरों पर स्थित हैं।

और समूह के चौथे नंबर का कहना है कि बाहरी ऊर्जा स्तर पर कार्बन के चार इलेक्ट्रॉन होते हैं। उनमें से दो जोड़े हैं एस-इलेक्ट्रॉन, और अन्य दो युग्मित नहीं हैं आर-इलेक्ट्रॉन।

कार्बन परमाणु की बाहरी इलेक्ट्रॉन परत की संरचना को निम्नलिखित योजनाओं द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

इन आरेखों में प्रत्येक कोशिका एक अलग इलेक्ट्रॉन कक्षीय का प्रतिनिधित्व करती है, तीर कक्षीय में एक इलेक्ट्रॉन का प्रतिनिधित्व करता है। एक सेल के अंदर दो तीर एक ही कक्षीय में स्थित दो इलेक्ट्रॉन होते हैं, लेकिन विपरीत दिशा में घूमते हैं।

जब कोई परमाणु उत्तेजित होता है (जब उसे ऊर्जा प्रदान की जाती है), तो युग्मों में से एक एस-इलेक्ट्रॉन लेता है आर-कक्षीय।

एक उत्तेजित कार्बन परमाणु चार सहसंयोजक बंधों के निर्माण में भाग ले सकता है। इसलिए, इसके अधिकांश यौगिकों में, कार्बन चार के बराबर संयोजकता प्रदर्शित करता है।

तो, सबसे सरल कार्बनिक यौगिक हाइड्रोकार्बन मीथेन की संरचना है सीएच 4... इसकी संरचना संरचनात्मक या इलेक्ट्रॉनिक सूत्रों द्वारा व्यक्त की जा सकती है:

इलेक्ट्रॉनिक सूत्र से पता चलता है कि मीथेन अणु में कार्बन परमाणु में एक स्थिर आठ-इलेक्ट्रॉन बाहरी आवरण होता है, और हाइड्रोजन परमाणुओं में एक स्थिर दो-इलेक्ट्रॉन खोल होता है।

मीथेन (और अन्य समान यौगिकों) में कार्बन के सभी चार सहसंयोजक बंधन अंतरिक्ष में समतुल्य और सममित रूप से निर्देशित होते हैं। कार्बन परमाणु एक टेट्राहेड्रोन (एक नियमित चतुर्भुज पिरामिड) के केंद्र में स्थित है, और इससे जुड़े चार परमाणु (मीथेन के मामले में, चार हाइड्रोजन परमाणु) टेट्राहेड्रोन के शीर्ष पर हैं।

बंधों के किसी भी युग्म की दिशाओं के बीच के कोण समान होते हैं और 109 डिग्री 28 मिनट के बराबर होते हैं।

ऐसा इसलिए है क्योंकि कार्बन परमाणु में, जब यह चार अन्य परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंध बनाता है, तो एक से एस- और तीन पी-परिणाम के रूप में ऑर्बिटल्स सपा ३-संकरण चार सममित रूप से अंतरिक्ष संकर में स्थित होते हैं सपा ३-ऑर्बिटल्स, टेट्राहेड्रोन के शीर्षों की ओर बढ़े हुए।

कार्बन के गुणों की विशेषता।

बाहरी ऊर्जा स्तर पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या मुख्य कारक है जो किसी तत्व के रासायनिक गुणों को निर्धारित करता है।

आवर्त सारणी के बाईं ओर कम भरे हुए बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर वाले तत्व हैं। बाहरी स्तर पर पहले समूह के तत्वों में एक इलेक्ट्रॉन होता है, और दूसरे समूह के तत्वों में दो होते हैं।

इन दो समूहों के तत्व हैं धातुओं... वे आसानी से ऑक्सीकृत हो जाते हैं, अर्थात। अपने बाहरी इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं और सकारात्मक आयनों में बदल जाते हैं।

आवर्त प्रणाली के दाईं ओर, इसके विपरीत, हैं गैर-धातु (ऑक्सीकरण एजेंट)... धातुओं की तुलना में, उनके पास बड़ी संख्या में प्रोटॉन के साथ एक नाभिक होता है। इतना विशाल कोर अपने इलेक्ट्रॉन बादल के लिए अधिक मजबूत आकर्षण प्रदान करता है।

ऐसे तत्व बड़ी कठिनाई से अपने इलेक्ट्रॉनों को खो देते हैं, लेकिन अन्य परमाणुओं के अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को अपने साथ संलग्न करने में कोई आपत्ति नहीं है, अर्थात। उन्हें ऑक्सीकरण करते हैं, और स्वयं, एक ही समय में, एक नकारात्मक आयन में बदल जाते हैं।

तत्वों के धात्विक गुण, जैसे-जैसे आवर्त प्रणाली में समूह संख्या बढ़ती है, कमजोर होती जाती है और अन्य तत्वों को ऑक्सीकृत करने की उनकी क्षमता बढ़ती जाती है।

कार्बन चौथे समूह में है, अर्थात। केवल उन धातुओं के बीच में जो आसानी से इलेक्ट्रॉनों को दान करती हैं और अधातु जो इन इलेक्ट्रॉनों को आसानी से संलग्न करती हैं।

इस कारण से कार्बन में इलेक्ट्रॉन देने या संलग्न करने की स्पष्ट प्रवृत्ति नहीं होती है.

कार्बन की जंजीरें।

कार्बन की अनन्य संपत्ति, जो कार्बनिक यौगिकों की विविधता को निर्धारित करती है, इसके परमाणुओं की एक दूसरे के साथ मजबूत सहसंयोजक बंधनों के साथ बंधन करने की क्षमता है, जिससे व्यावहारिक रूप से असीमित लंबाई की कार्बन योजनाएं बनती हैं।

कार्बन के अलावा, समान परमाणुओं की एक श्रृंखला समूह IV - सिलिकॉन से अपना एनालॉग बनाती है। हालाँकि, ऐसी श्रृंखलाओं में छह से अधिक Si परमाणु नहीं होते हैं। सल्फर परमाणुओं की लंबी श्रृंखलाएं ज्ञात हैं, लेकिन उनमें मौजूद यौगिक नाजुक होते हैं।

कार्बन परमाणुओं की संयोजकता जिनका उपयोग इंटरकनेक्शन के लिए नहीं किया जाता है, उनका उपयोग अन्य परमाणुओं या समूहों (हाइड्रोकार्बन में, हाइड्रोजन को जोड़ने के लिए) को जोड़ने के लिए किया जाता है।

तो हाइड्रोकार्बन ईथेन ( सी २ एच ६) और प्रोपेन ( सी 3 एच 8) में क्रमशः दो और तीन कार्बन परमाणुओं की श्रृंखलाएँ होती हैं। उनकी संरचना निम्नलिखित संरचनात्मक और इलेक्ट्रॉनिक सूत्रों द्वारा व्यक्त की जाती है:

ज्ञात यौगिक जिनमें शृंखला में सैकड़ों या अधिक कार्बन परमाणु होते हैं।

कार्बन बंधों के चतुष्फलकीय अभिविन्यास के कारण, श्रृंखला में शामिल इसके परमाणु एक सीधी रेखा पर नहीं, बल्कि एक वक्र पैटर्न में स्थित होते हैं। इसके अलावा, बंधन अक्ष के चारों ओर परमाणुओं के घूमने की संभावना के कारण, अंतरिक्ष में श्रृंखला विभिन्न रूप ले सकती है (अनुरूपता):

यह श्रृंखला संरचना टर्मिनल या अन्य गैर-आसन्न कार्बन परमाणुओं के लिए एक दूसरे के करीब पहुंचना संभव बनाती है। इन परमाणुओं के बीच एक बंधन के गठन के परिणामस्वरूप, कार्बन श्रृंखला को छल्ले (चक्र) में बंद किया जा सकता है, उदाहरण के लिए:

इस प्रकार, कार्बनिक यौगिकों की विविधता इस तथ्य से भी निर्धारित होती है कि एक अणु में कार्बन परमाणुओं की समान संख्या के साथ, कार्बन परमाणुओं की एक खुली खुली श्रृंखला वाले यौगिक संभव हैं, साथ ही ऐसे पदार्थ जिनके अणुओं में चक्र होते हैं।

सरल और एकाधिक लिंक।

सामान्यीकृत इलेक्ट्रॉनों के एक जोड़े द्वारा निर्मित कार्बन परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन सरल बंधन कहलाते हैं।

कार्बन परमाणुओं के बीच बंधन एक नहीं, बल्कि दो या तीन सामान्य इलेक्ट्रॉनों के जोड़े द्वारा किया जा सकता है। फिर बहु-दोहरे या तिहरे बंधों वाली जंजीरें प्राप्त होती हैं। इन कनेक्शनों को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

बहु बंध वाले सरलतम यौगिक हाइड्रोकार्बन हैं ईथीलीन(डबल बॉन्ड) और एसिटिलीन(ट्रिपल बॉन्ड के साथ):

कई बंधों वाले हाइड्रोकार्बन को असंतृप्त या असंतृप्त कहा जाता है। एथिलीन और एसिटिलीन दो समजातीय श्रृंखलाओं के पहले प्रतिनिधि हैं - एथिलीन और एसिटिलीन हाइड्रोकार्बन।