Зміст
- Протестант
- Все про все
- молярна маса
- Що таке молярна маса?
- Як знайти молярну масу речовини?
- Що ми дізналися?
- оцінка доповіді
- > \ Right) + M \ left (<\ ce > \ Right) = 2 \ cdot 1 + 16 = 18> г / моль. Варто відзначити, що, наприклад, молярна маса кисню як елемента M (O) = 16 <\ displaystyle M \ left (<< \ ce >> \ right) = 16> г / моль, а в вигляді простого речовини, що складається з молекул O 2 <\ displaystyle <\ ce >> , M (O 2) = 32 <\ displaystyle M \ left (<\ ce > \ Right) = 32> г / моль. У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею вимірювання молярної маси є кілограм на моль (російське позначення: кг / моль; міжнародне: kg / mol), але історично склалося, що молярну масу, як правило, висловлюють в г / моль. Молярну масу в формулах зазвичай позначають великою літерою M <\ displaystyle M>. енциклопедичний YouTube вуглець
- Історія
- походження назви
- Алотропні модифікації вуглецю
- кристалічний вуглець
- аморфний вуглець
- кластерні форми
- структура
- Графіт і алмаз
- рідкий карбон
- вуглець III
- Ультрадисперсні алмази (наноалмази)
- Карбин
- Фулерени і вуглецеві нанотрубки
- Аморфний вуглець (будова)
- Графен
- Знаходження в природі
- Хімічні властивості
- неорганічні сполуки
- органічні сполуки
- застосування
- токсична дія
- Примітки
- Проста аналогія з молями
- застаріле визначення
- Те, що відбулося перевизначення
- Свято «День благаючи»
- Читайте також:
Протестант
Все про все
молярна маса
Що таке молярна маса?
Основоположником теорії атомних мас був вчений Дальтон, який склав таблицю атомних мас і прийняв масу атома водню за одиницю.
Молярна маса – це маса одного моля речовини. Моль, в свою чергу, – кількість речовини, в якому міститься певна кількість дрібних частинок, які беруть участь в хімічних процесах. Кількість молекул, що містяться в одному молі, називають числом Авогадро. Ця величина є постійною і не змінюється.
Рис. 1. Формула числа Авогадро.
Таким чином, молярна маса речовини – це маса одного моля, в якому знаходиться 6,02 * 10 ^ 23 елементарних частинок.
Число Авогадро отримало свою назву на честь італійського вченого Амедео Авагадро, який довів, що число молекул в однакових обсягах газів завжди однаково
Молярна маса в Міжнародній системі СІ вимірюється в кг / моль, хоча зазвичай цю величину виражають у грам / моль. Ця величина позначається англійської буквою M, а формула молярної маси виглядає наступним чином:
де m – маса речовини, а v – кількість речовини.
Рис. 2. Розрахунок молярної маси.
Як знайти молярну масу речовини?
Обчислити молярну масу того чи іншого речовини допоможе таблиця Д. І. Менделєєва. Візьмемо будь-яка речовина, наприклад, сірчану кіслоту.Ее формула виглядає наступним чином: H2 SO4. Тепер звернемося до таблиці і подивимося, яка атомна маса кожного з вхідних до складу кислоти елементів. Сірчана кислота складається з трьох елементів – водень, сірка, кисень. Атомна маса цих елементів відповідно – 1, 32, 16.
Виходить, що сумарна молекулярна маса дорівнює 98 атомних одиниць маси (1 * 2 + 32 + 16 * 4). Таким чином, ми з'ясовували, що один моль сірчаної кислоти важить 98 грам.
Молярна маса речовини чисельно дорівнює відносній молекулярній масі, якщо структурними одиницями речовини є молекули. Молярна маса речовини також може бути дорівнює відносній атомній масі, якщо структурними одиницями речовини є атоми.
Аж до 1961 року за атомну одиницю маси брали атом кисню, але не цілий атом а його 1/16 частина. При цьому хімічна і фізична одиниці маси не були однаковими. Хімічна була на 0,03% більше, ніж фізична.
В даний час у фізиці й хімії прийнята єдина система вимірювання. Як стандартна е.а.м. обрана 1/12 частина маси атома вуглецю.
Рис. 3. Формула одиниці атомної маси вуглецю.
Молярна маса будь-якого газу або пари вимірюється дуже легко. Досить використовувати контроль. Один і той же обсяг газоподібної речовини дорівнює за кількістю речовини іншому при однаковій температурі. Відомим способом вимірювання обсягу пара є визначення кількість витісненого повітря. Такий процес здійснюється з використанням бічного відведення, що веде до вимірювального пристрою.
Поняття молярної маси є дуже важливим для хімії. Її розрахунок необхідний для створення полімерних комплексів і безлічі інших реакцій. У фармацевтиці за допомогою молярної маси визначають концентрацію даної речовини в субстанції. Також молярна маса важлива при провидіння біохімічних досліджень (обмінний процес в елементі).
У наш час завдяки розвитку науки відомі молекулярні маси практично всіх складових крові, в тому числі і гемоглобіну.
Що ми дізналися?
У 8 класі з хімії важливою темою є «молярна маса речовини». Молярна маса – важливе фізичне і хімічне поняття. Молярна маса – характеристика речовини, відношення маси речовини до кількості молей цієї речовини, тобто маса одного моля речовини. вимірюється вона в кг / моль або грам / моль.
оцінка доповіді
Молярна маса – характеристика речовини, відношення маси речовини до кількості молей цієї речовини, тобто маса одного моля речовини. Для окремих хімічних елементів молярною масою є маса одного благаючи окремих атомів цього елемента, тобто маса атомів речовини, взятих в кількості, що дорівнює числу Авогадро. В цьому випадку молярна маса елемента, виражена в г / моль, чисельно збігається з молекулярної масою – масою атома елемента, вираженої в а. е. м. (атомна одиниця маси).Однак треба чітко уявляти різницю між молярною масою і молекулярною масою, розуміючи, що вони рівні лише чисельно і відрізняються по розмірності.
Молярні маси складних молекул можна визначити, підсумовуючи молярні маси входять до них елементів. Наприклад, молярна маса води H 2 O <\ displaystyle <\ ce 
> \ Right) + M \ left (<\ ce > \ Right) = 2 \ cdot 1 + 16 = 18> г / моль.Варто відзначити, що, наприклад, молярна маса кисню як елемента M (O) = 16 <\ displaystyle M \ left (<< \ ce >> \ right) = 16> г / моль, а в вигляді простого речовини, що складається з молекул O 2 <\ displaystyle <\ ce >> , M (O 2) = 32 <\ displaystyle M \ left (<\ ce > \ Right) = 32> г / моль.
У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею вимірювання молярної маси є кілограм на моль (російське позначення: кг / моль; міжнародне: kg / mol), але історично склалося, що молярну масу, як правило, висловлюють в г / моль.
Молярну масу в формулах зазвичай позначають великою літерою M <\ displaystyle M>.
енциклопедичний YouTube
вуглець
Цей термін має також інші значення див. Вуглець (значення).
вуглець ← Бор | азот → 6 C (С)
↓
Si 
6C (С) 
Зовнішній вигляд простої речовини матово-чорний (графіт), або прозорий (алмаз) 
властивості атома Назва, символ, номер Вуглець / Carboneum (С), 6 атомна маса
(Молярна маса) а. е. м. (г / моль) Електронна конфігурація 2s2 2p2 радіус атома 77 пм Хімічні властивості ковалентний радіус 77,0 пм радіус іона 16 (+ 4e) 260 (-4e) пм електронегативність 2,55 (шкала Полінга) ступені окислення 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4 енергія іонізації
(Перший електрон) 1085,7 (11,25) кДж / моль (еВ) Термодинамічні властивості Щільність (при н. У.) 2,25 (графіт) г / см³ Температура плавлення 3550 ° C Температура кипіння 5003 K; 4830 ° C критична точка 4130,1 К, 12 МПа Питома теплоємність 8,54 (графіт) Дж / (K моль) молярний об'єм 5,3 см³ / моль Кристалічна ґратка структура ґратки гексагональная (графіт / графен), кубічна (алмаз) параметри решітки a = 2,46; c = 6,71 (графіт); а = 3,567 (алмаз) Ставлення c / a 2,73 (графіт) температура Дебая 1860 (алмаз) K Інші характеристики теплопровідність (300 K) 1,59 Вт / (м · К) номер CAS 7440-44-0 емісійний спектр 
6 вуглець 12,011 2s22p2
Вуглець (C, лат. Carboneum) – хімічний елемент, символізовану буквою C і має атомний номер 6. Елемент є чотирьохвалентним неметаллом, т. Е. Має чотири вільних електрона для формування ковалентних хімічних зв'язків. Він розташовується в 14 групі періодичної системи. Три ізотопу даного елемента зустрічаються в навколишньому світі. Ізотопи 12C і 13C є стабільними, в той час як 14C- радіоактивний (період напіврозпаду даного ізотопу складає 5,730 років). Вуглець був відомий ще в античному світі.
Здатність вуглецю утворювати полімерні ланцюжки породжує величезний клас сполук на основі вуглецю, званих органічними, яких значно більше, ніж неорганічних, і вивченням яких займається органічна хімія.
Історія
Вуглець у вигляді деревного вугілля застосовувався в давнину для виплавки металів. З давніх-давен відомі аллотропние модифікації вуглецю – алмаз і графіт.
На рубежі XVII-XVIII ст. виникла теорія флогістону, висунута Іоганном Бекер, і Георгом Шталем. Ця теорія визнавала наявність в кожному пальному тілі особливого елементарного речовини – невагомого флюїду – флогістону, випаровується в процесі горіння. Так як при згорянні великої кількості вугілля залишається лише трохи золи, флогістікі вважали, що вугілля – це майже чистий флогістон. Саме цим пояснювали, зокрема, «флогістірующее» дію вугілля, – його здатність відновлювати метали з «Известия» і руд. Пізні флогістікі, Реомюр, Бергман і інші, вже почали розуміти, що вугілля є елементарне речовина. Однак вперше таким «чисте вугілля» був визнаний Антуаном Лавуазьє, що досліджували процес спалювання в повітрі і кисні вугілля та інших речовин. У книзі Гітоном де Морво, Лавуазьє, Бертолле і Фуркруа «Метод хімічної номенклатури" (1787) з'явилася назва «вуглець» (carbone) замість французького «чисте вугілля» (charbone pur).Під цією ж назвою вуглець фігурує в «Таблиці простих тіл» в «Елементарний підручник хімії» Лавуазьє.
У 1791 році англійський хімік Теннант першим отримав вільний вуглець; він пропускав пари фосфору над прожареним крейдою, в результаті чого утворювалися фосфат кальцію і вуглець. Те, що алмаз при сильному нагріванні згоряє без залишку, було відомо давно. Ще в 1751 рік німецький імператор Франц I погодився дати алмаз і рубін для дослідів зі спалювання, після чого ці досліди навіть увійшли в моду. Виявилося, що згорає лише алмаз, а рубін (окис алюмінію з домішкою хрому) витримує без пошкодження тривале нагрівання у фокусі запальною лінзи. Лавуазьє поставив новий досвід по спалюванню алмаза за допомогою великої запальною машини і прийшов до висновку, що алмаз являє собою кристалічний вуглець. Другий аллотроп вуглецю – графіт – в алхімічному періоді вважався видозміненим свинцевим блиском і називався plumbago; тільки в 1740 р Потт виявив відсутність в графіті будь-якої домішки свинцю. Шеєле досліджував графіт (1779) і, будучи флогістіком, вважав його сірчистим тілом особливого роду, особливим мінеральним вугіллям, що містить пов'язану «повітряну кислоту» (СО2) і велика кількість флогістону.
Двадцять років по тому Гитонья де Морво шляхом обережного нагрівання перетворив алмаз в графіт, а потім в вугільну кислоту.
походження назви
На початку XIX століття в російській хімічної літературі іноді застосовувався термін «углетвор» (Шерер, 1807; Севергін, 1815); з 1824 року Соловйов ввів назву «вуглець». З'єднання вуглецю мають в назві частина карбо (н) – від лат. carbō (рід. п. carbōnis) «вугілля».
Алотропні модифікації вуглецю
Спрощена фазову діаграму вуглецю, заштриховані області де аллотропние модифікації можуть бути метастабільних. (Diamond – алмаз, graphite – графіт, liqu /> Схеми будови різних модифікацій вуглецю
a: алмаз, b: графіт, c: лонсдейліт
d: фулерен – бакіболи C60, e: фулерен C540, f: фулерен C70
g: аморфний вуглець, h: вуглецева нанотрубка Основна стаття: Аллотропия вуглецю
кристалічний вуглець
- алмаз
- графіт
- Карбин
- лонсдейліт
- наноалмазов
- фулерени
- фуллерит
- вуглецеве волокно
- вуглецеві нановолокна
- вуглецеві нанотрубки
аморфний вуглець
- Активоване вугілля
- Деревне вугілля
- Викопне вугілля: антрацит і викопне вугілля.
- Кокс кам'яновугільний, нафтової та ін.
- скловуглець
- Техуглерод
- сажа
- вуглецева нанопіна
На практиці, як правило, перераховані вище аморфні форми є хімічними сполуками з високим вмістом вуглецю, а не чистої аллотропной формою вуглецю.
кластерні форми
- Австралія
- Діуглерод
- вуглецеві наноконуси
структура
Електронні орбіталі атома вуглецю можуть мати різну геометрію, в залежності від ступеня гібридизації його електронних орбіталей. Існує три основних геометрії атома вуглецю:
- тетраедричних, утворюється при змішуванні одного s- і трьох p-електронів (sp3-гібридизація). Атом вуглецю знаходиться в центрі тетраедра, пов'язаний чотирма еквівалентними σ-зв'язками з атомами вуглецю або іншими в вершинах тетраедра. Такий геометрії атома вуглецю відповідають аллотропние модифікації вуглецю алмаз і лонсдейліт. Такий гибридизацией володіє вуглець, наприклад, в метані і інших вуглеводнях.
- трігональная, утворюється при змішуванні однієї s- і двох p-електронних орбіталей (sp2-гібридизація). Атом вуглецю має три рівноцінні σ-зв'язку, розташовані в одній площині під кутом 120 ° один до одного. Яка не бере участі в гібридизації p-орбіталь, розташована перпендикулярно площині σ-зв'язків, використовується для утворення π-зв'язку з іншими атомами. Така геометрія вуглецю характерна для графіту, фенолу та ін.
- дігональная, утворюється при змішуванні одного s- і одного p-електронів (sp-гібридизація). При цьому два електронних хмари витягнуті уздовж одного напрямку і мають вигляд несиметричних гантелей.Два інших р-електрона дають π-зв'язку. Вуглець з такою геометрією атома утворює особливу аллотропную модифікацію – карбін.
Графіт і алмаз
Основні і добре вивчені аллотропние модифікації вуглецю – алмаз і графіт. Термодинамічний розрахунок лінії рівноваги графіт – алмаз на фазової р, Т-діаграмі був виконаний в 1939 році О. І. Лейпунським. При нормальних умовах термодинамічно стійкий лише графіт, а алмаз і інші форми метастабільних. При атмосферному тиску і температурі понад 1200 K алмаз починає переходити в графіт, вище 2100 K перетворення відбувається вибухово за секунди. ΔН0 переходу – 1,898 кДж / моль. Прямий перехід графіту в алмаз відбувається при 3000 K і тиску 11-12 ГПа. При нормальному тиску вуглець сублімується при 3780 K.
рідкий карбон
Рідкий карбон існує тільки при певному зовнішньому тиску. Потрійні точки: графіт – рідина – пар Т = 4130 K, р = 10,7 МПа і графіт – алмаз – рідина Т ≈ 4000 K, р ≈ 11 ГПа. Лінія рівноваги графіт – рідина на фазової р, Т-діаграмі має позитивним нахилом, що переходить у міру наближення до потрійний точці графіт – алмаз – рідина в негативний, що пов'язано з унікальними властивостями атомів вуглецю створювати вуглецеві молекули, що складаються з різної кількості атомів (від двох до семи). Нахил лінії рівноваги алмаз – рідина, за відсутності прямих експериментів в області дуже високих температур (> 4000-5000 K) і тисків (> 10-20 ГПа), довгі роки вважався негативним. Проведені японськими дослідниками прямі експерименти і обробка отриманих експериментальних даних з урахуванням аномальність високотемпературної теплоємності алмазу показали, що нахил лінії рівноваги алмаз – рідина позитивний, т. Е. Алмаз важче своєї рідини (в розплаві він буде тонути, а не спливати як лід у воді) .
У травні 2019 року в журналі Physical Review Letters опублікована робота російських вчених з Об'єднаного інституту високих температур РАН А. М. Кондратьєва та А. Д. Рахель, в якій вітчизняні фізики першими, вперше в світі детально вивчили і виміряли властивості рідкої форми вуглецю. Результати фізичного експерименту дозволили отримати нові дані, які були недоступні дослідникам в умовах комп'ютерного моделювання. Тонка пластина високоорієнтованих пиролитического графіту з гексагональної віссю, перпендикулярної його поверхні, була затиснута між двома пластинами особливого матеріалу і нагріта при тиску від 0,3 до 2,0 гігапаскаля. Виявилося, що температура плавлення графіту при цих умовах становить 6300-6700 кельвінів, що більш ніж на 1000 ° вище значень, передбачених теоретично і на математичних моделях. Російські дослідники вперше в світі точно виміряли фізичні показники процесу плавлення вуглецю і властивості його рідкої фази (питомий опір, ентальпію плавлення, ізохорно теплоємність і багато інших показників цього загадкового речовини. Вітчизняні дослідники також вперше виявили, що швидкість звуку в рідкому вуглеці зростає при зменшенні щільності .
вуглець III
При тиску понад 60 ГПа припускають освіту досить щільної модифікації З III (щільність на 15-20% більша за густину алмаза), що має металеву провідність. При високому тиску і відносно низьких температурах (бл. 1200 K) з високоорієнтованих графіту утворюється гексагональна модифікація вуглецю з кристалічною решіткою типу вюрцита – лонсдейліт (а = 0,252 нм, с = 0,412 нм, просторова група Р63 / mmc), щільність 3,51 г / см³, тобто така ж, як у алмазу. Лонсдейліт знайдений також в метеоритах.
Ультрадисперсні алмази (наноалмази)
У 1980-і роки в СРСР було виявлено, що в умовах динамічного навантаження вуглець матеріалів можуть утворюватися алмазоподібні структури, що отримали назву ультрадисперсних алмазів (УДА). В даний час все частіше застосовується термін «наноалмази».Розмір частинок в таких матеріалах становить одиниці нанометрів. Умови освіти УДА можуть бути реалізовані при детонації вибухових речовин зі значним негативним кисневим балансом, наприклад, сумішей тротилу з гексогеном. Такі умови можуть бути реалізовані також при ударах небесних тіл об поверхню Землі в присутності вуглець матеріалів (органіка, торф, вугілля та ін.). Так, в зоні падіння Тунгуського метеорита в лісовій підстилці були виявлені УДА.
Карбин
Кристалічна модифікація вуглецю гексагональної сингонії з цепочечную будовою молекул називається карбин. Ланцюги мають або поліеновие будова (-C≡C-), або полікумуленовое (= C = C =). Відомо кілька форм карбін, що відрізняються числом атомів в елементарній комірці, розмірами вічок і щільністю (2,68-3,30 г / см³). Карбин зустрічається в природі у вигляді мінералу чаоіта (білі прожилки і вкраплення в графіті) і отриманий штучно – окисної дегідрополіконденсаціей ацетилену, дією лазерного випромінювання на графіт, з вуглеводнів або CCl4 в низькотемпературній плазмі.
Карбин є дрібнокристалічним порошок чорного кольору (щільність 1,9-2 г / см³), володіє напівпровідниковими властивостями. Отримано в штучних умовах з довгих ланцюжків атомів вуглецю, укладених паралельно один одному.
Карбин – лінійний полімер вуглецю. У молекулі карбін атоми вуглецю з'єднані в ланцюжки по черзі або потрійними і одинарними зв'язками (поліеновие будова), або постійно подвійними зв'язками (полікумуленовое будова). Ця речовина вперше отримано радянськими хіміками В. В. Коршак, А. М. Сладкова, В. І. Касаточкіним і Ю. П. Кудрявцевим на початку 1960-х років в Інституті елементоорганічних сполук Академії наук СРСР. Карбин володіє напівпровідниковими властивостями, причому під впливом світла його провідність сильно збільшується. На цій властивості засновано перше практичне застосування – в фотоелементах.
Фулерени і вуглецеві нанотрубки
Вуглець відомий також у вигляді кластерних часток С60, С70, C80, C90, C100 і подібних (фулерени), а також графені, нанотрубок і складних структур – астраленов.
Аморфний вуглець (будова)
В основі будови аморфного вуглецю лежить разупорядоченності структура монокристалічного (завжди містить домішки) графіту. Це кокс, буре і кам'яне вугілля, техвуглець, сажа, активне вугілля.
Графен
Основна стаття: Графен
Графен – двовимірна аллотропная модифікація вуглецю, утворена шаром атомів вуглецю товщиною в один атом, з'єднаних за допомогою sp² зв'язків в гексагональну двовимірну кристалічну решітку.
Знаходження в природі
Було оцінено, що Земля в цілому складається з 730 ppm вуглецю, з вмістом 2000 ppm в ядрі і 120 ppm в мантії і корі. Так як маса Землі 5,972⋅1024 kg, то це передбачає наявність 4360 мільйонів гігатонн вуглецю.
У цьому розділі не вистачає посилань на джерела інформації. Інформація повинна бути проверяема, інакше вона може бути поставлена під сумнів і вилучена.
Ви можете відредагувати цю статтю, додавши посилання на авторитетні джерела.
Ця відмітка встановлена 30 січня 2018 року.
Вільний вуглець знаходиться в природі у вигляді алмазу і графіту. Основна маса вуглецю у вигляді природних карбонатів (вапняки і доломіт), горючих копалин – антрацит (94-97% С), буре вугілля (64-80% С), кам'яне вугілля (76-95% С), горючі сланці (56- 78% С), нафта (82-87% С), горючих природних газів (до 99% метану), торф (53-56% С), а також бітуми і ін. в атмосфері і гідросфері знаходиться в вигляді діоксиду вуглецю СО2, в повітрі 0,046% СО2 по масі, в водах річок, морів і океанів в
60 раз більше. Вуглець входить до складу рослин і тварин (
В організм людини вуглець надходить з їжею (в нормі близько 300 г в добу). Загальний вміст вуглецю в організмі людини досягає близько 21% (15 кг на 70 кг маси тіла). Вуглець складає 2/3 маси м'язів і 1/3 маси кісткової тканини.Виводиться з організму переважно з повітрям, що видихається (вуглекислий газ) і сечею (сечовина).
Кругообіг вуглецю в природі включає біологічний цикл, виділення СО2 в атмосферу при згорянні викопного палива, з вулканічних газів, гарячих мінеральних джерел, з поверхневих шарів океанічних вод, а також при диханні, бродінні, гнитті. Біологічний цикл полягає в тому, що вуглець у вигляді СО2 поглинається з тропосфери рослинами в процесі фотосинтезу. Потім з біосфери він знову повертається в геосферу, частково через організми тварин і людини, і у вигляді СО2 – в атмосферу.
У пароподібному стані і у вигляді сполук з азотом і воднем вуглець виявлений в атмосфері Сонця, планет, він знайдений в кам'яних і залізних метеоритах.
Більшість з'єднань вуглецю, і перш за все вуглеводні, мають яскраво вираженим характером ковалентних сполук. Міцність простих, подвійних і потрійних зв'язків атомів С між собою, здатність утворювати стійкі ланцюги і цикли з атомів С обумовлюють існування величезного числа вуглецевмісних сполук, що вивчаються органічною хімією.
У природі зустрічається мінерал шунгіт, в якому міститься як твердий вуглець (≈25%), так і значні кількості оксиду кремнію (≈35%).
Хімічні властивості
При звичайних температурах вуглець хімічно інертний, при досить високих температурах з'єднується з багатьма елементами, проявляє сильні відновні властивості. Хімічна активність різних форм вуглецю зменшується в ряді: аморфний вуглець, графіт, алмаз, на повітрі вони спалахують при температурах відповідно вище 300-501 ° C, 600-700 ° C і 800-1000 ° C.
Ступінь окислення буває від -4 до +4. Спорідненість до електрону 1,27 еВ; енергія іонізації при послідовному переході від С0 до С4 + відповідно 11,2604, 24,383, 47,871 і 64,19 еВ.
неорганічні сполуки
Вуглець реагує з багатьма елементами. З'єднання з неметалами мають свої власні назви – метан, тетрафторметан.
Продуктами горіння вуглецю є CO і CO2 (монооксид вуглецю і діоксид вуглецю відповідно). Відомий також нестійкий недооксід вуглецю С3О2 (температура плавлення -111 ° C, температура кипіння 7 ° C) і деякі інші оксиди (наприклад, C12O9, C5O2, C12O12). Графіт і аморфний вуглець починають реагувати з воднем при температурі 1200 ° C, з фтором при 900 ° C.
Вуглекислий газ реагує з водою, утворюючи слабку вугільну кислоту – H2CO3, яка утворює солі – карбонати. На Землі найбільш широко поширені карбонати кальцію (мінеральні форми – крейда, мармур, кальцит, вапняк і ін.) І магнію (мінеральна форма доломіт).
Графіт з галогенами, лужними металами і ін. Речовинами утворює сполуки включення. При пропущенні електричного розряду між вугільними електродами в атмосфері азоту утворюється ціан. При високих температурах взаємодією вуглецю з сумішшю Н2 і N2 отримують синильну кислоту:
N H 3 + C H 4 → P t H C N + 3 H 2 <\ displaystyle <\ mathsf + CH_ <4> \ <\ xrightarrow > \ HCN + 3H_ <2> \ uparrow >>>
Також такий же реакцією отримують ціан
2 N H 3 + 2 C H 4 → P t (C N) 2 + 7 H 2 <\ displaystyle <\ mathsf <2NH_ <3> + 2CH_ <4> \ <\ xrightarrow > \ (CN) _ <2> + 7H_ <2> \ uparrow >>>
При реакції вуглецю з сіркою виходить сірковуглець CS2, відомі також CS і C3S2. Отримано селенид вуглецю CSe2. З більшістю металів вуглець утворює карбіди, наприклад:
4 A l + 3 C → t A l 4 C 3 <\ displaystyle <\ mathsf <4Al + 3C \ <\ xrightarrow > \ Al_ <4> C_ <3 >>>>C a + 2 C → t C a C 2 <\ displaystyle <\ mathsf > \ CaC_ <2 >>>>
Важлива в промисловості реакція вуглецю з водяною парою:
C + H 2 O → C O + H 2 <\ displaystyle <\ mathsf O \ <\ xrightarrow <>> \ CO \ uparrow + H_ <2> \ uparrow >>>
При нагріванні вуглець відновлює оксиди металів до металів. Дана властивість широко використовується в металургійній промисловості.
органічні сполуки
Здатність вуглецю утворювати полімерні ланцюжки породжує величезний клас сполук на основі вуглецю, яких значно більше, ніж неорганічних, і вивченням яких займається органічна хімія. Серед них найбільш великі групи: вуглеводні, білки, жири, вуглеводи та ін.
З'єднання вуглецю складають основу земного життя, а їх властивості багато в чому визначають спектр умов, в яких подібні форми життя можуть існувати. За кількістю атомів в живих клітинах частка вуглецю близько 25%, по масовій частці – близько 18%.
застосування
Графіт використовують в олівцевої промисловості, але в суміші з глиною, для зменшення його м'якості.Також його використовують як мастило при особливо високих або низьких температурах. Його неймовірно висока температура плавлення дозволяє робити з нього тиглі для заливки металів. Здатність графіту проводити електричний струм також дозволяє виготовляти з нього високоякісні електроди.
Алмаз завдяки винятковій твердості – незамінний абразивний матеріал. Алмазним напиленням мають шліфувальні насадки бурмашін. Крім цього, ограновані алмази – діаманти – використовуються в якості дорогоцінних каменів в ювелірних прикрасах. Завдяки рідкості, високим декоративним якостям і збігом історичних обставин діамант незмінно є найдорожчим дорогоцінним каменем. Виключно висока теплопровідність алмазу (до 2000 Вт / м · К) робить його перспективним матеріалом для напівпровідникової техніки в якості підкладок для процесорів. Але відносно висока собівартість видобутку алмазів ($ 97,47 за один карат) і складність обробки алмазу обмежують його застосування в цій області.
У фармакології і медицині широко використовуються різні сполуки вуглецю – похідні вугільної кислоти і карбонових кислот, різні гетероцикли, полімери та інші сполуки. Так, карболен (активоване вугілля), застосовується для абсорбції та виведення з організму різних токсинів; графіт (у вигляді мазей) – для лікування шкірних захворювань; радіоактивні ізотопи вуглецю – для наукових досліджень (радіовуглецевий аналіз).
Вуглець грає величезну роль в житті людини. Його застосування настільки ж різноманітні, як сам цей багатоликий елемент. Зокрема, вуглець є невід'ємною складовою стали (до 2,14% мас.) І чавуну (більше 2,14% мас.)
Вуглець є основою всіх органічних речовин. Будь-який живий організм складається в значній мірі з вуглецю. Вуглець – основа життя. Джерелом вуглецю для живих організмів зазвичай є СО2 з атмосфери або води. В результаті фотосинтезу він потрапляє в біологічні харчові ланцюги, в яких живі істоти поїдають один одного або останки один одного і тим самим здобувають вуглець для будівництва власного тіла. Біологічний цикл вуглецю закінчується або окисленням і поверненням в атмосферу, або похованням у вигляді вугілля або нафти.
Вуглець у вигляді викопного палива: вугілля і вуглеводнів (нафта, природний газ) – один з найважливіших джерел енергії для людства.
токсична дія
Вуглець надходить в навколишнє середовище в складі вихлопних газів автотранспорту, при спалюванні вугілля на ТЕС, при відкритих розробках вугілля, підземної його газифікації, отриманні вугільних концентратів та ін. Концентрація вуглецю над джерелами горіння 100-400 мкг / м³, великими містами 2,4- 15,9 мкг / м³, сільськими районами 0,5 – 0,8 мкг / м³. З газоаерозольних викидами АЕС в атмосферу надходить (6-15) ⋅109 Бк / добу 14З2.
Високий вміст вуглецю в атмосферних аерозолях веде до підвищення захворюваності населення, особливо верхніх дихальних шляхів і легенів. Професійні захворювання – в основному антракоз і пиловий бронхіт. У повітрі робочої зони ГДК, мг / м³: алмаз 8,0, антрацит і кокс 6,0, кам'яне вугілля 10,0, технічний вуглець і вуглецева пил 4,0; в атмосферному повітрі максимальна разова 0,15, середньодобова 0,05 мг / м³.
Токсична дія 14С, що увійшов до складу біологічних молекул (особливо в ДНК і РНК), визначається його радіаційним взаємодією з β-частками (14С (β) → 14N), що призводить до зміни хімічного складу молекули. Допустима концентрація 14С в повітрі робочої зони ДКА 1,3 Бк / л, в атмосферному повітрі ДКБ 4,4 Бк / л, у воді 3,0⋅104 Бк / л, гранично допустиме надходження через органи дихання 3,2⋅108 Бк / рік.
Примітки
- Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 року (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. – 2013. – Vol. 85, no. 5. – P. 1047-1078. – DOI: 10.1351 / PAC-REP-13-03-02.
- Відносна електронегативність атома вуглецю залежить від стану його гібридизації:
Csp3 = 2,5 (в більшості таблиць)
Csp2 = 2,8
Csp1 = 3,2 (Алкіни)
С. Е. Зурабян, Ю. А. Колесник, А. А. Кост і ін. / Під ред. Н. А. Тюкавкина. Взаємний вплив атомів в молекулі // Органічна хімія: Підручник (Учеб. Літ. Для учнів фарм. Училищ). – М .: Медицина, 1989. – Т. 1. – С. 36. – 432 с. – ISBN 5-225-00314-1. - Fourier Transform Spectroscopy of the System of CP (англ.). Дата обігу 6 грудня 2007.
- Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic Transition of the Jet-Cooled CCI Free Radical (англ.). Дата обігу 6 грудня 2007.
- Carbon: Binary compounds (англ.). Дата обігу 6 грудня 2007.
- Хімічна енциклопедія / Редкол .: Кнунянц І.Л. та ін .. – М .: Радянська енциклопедія, 1988. – Т. 1. – 623 с.
- ChemNet. Вуглець: історія відкриття елементу ..
- Лейпунський О. І. Про штучні алмази // Успіхи хімії. – 1939. – Вип. 8. – С. 1519-1534.
- Seal M. The effect of surface orientation on the graphitization of diamond. // Phis. Stat. Sol., 1963, v. 3, p. 658.
- Evans T. Changes produced by High Temperature Treatment of Diamond. // The Properties of Diamond. Academi Press, 1979, p. 403-424.
- Андрєєв В. Д .. Спонтанна графітизація і термодеструкція алмаза при Т> 2000 K // Фізика твердого тіла, 1999, т. 41, вип. 4, с. 695-201.
- Togaya M. Melting behaviors of carbon underhigh pressure // High Pressure Research, 1990, v. 4, p. 342. (12 AIRAPT Conf. Proc., 1989, Padeborn).
- Андрєєв В. Д .. Експериментальні дані по плавлення алмазу і графіту з урахуванням аномальність високотемпературної теплоємності // Хімічна фізика, 2002 т. 21, № 9, с. 3-11.
- Андрєєв В. Д. Вибрані проблеми теоретичної фізики. – Київ: Аванпост-Прим. – 2012.
- 1 2 A. M. Kondratyev, A. D. Rakhel. Melting Line of Graphite // Physical Review Letters. – 2019-05-03. – Т. 122, вип. 17. – С. 175702. – DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.175702.
- Російські фізики першими вивчили властивості рідкого вуглецю. РИА Новости (20190514T1558 + 0300Z). Дата звернення 14 травня 2019.
- Вчені вперше вивчили властивості рідкого вуглецю в умовах фізичного експерименту. ТАСС. Дата звернення 14 травня 2019.
- Вперше досліджені властивості рідкого вуглецю. indicator.ru. Дата звернення 14 травня 2019.
- V. I. Kasatochkin, A. M. Sladkov, et al., Dokl. Akad. Nauk SSSR, 177, No. 2, 358 (1967).
- William F McDonough The composition of the Earth Статичний 28 вересня 2011 року. in Earthquake Thermodynamics and Phase Transformation in the Earth's Interior. – 2000. – ISBN 978-0126851854.
- Мінфін РФ. Мінфін Росії: Росія в Кімберлійському процесі. Видобуток алмазів в РФ з 01.01.2003р .. minfin.ru (27.02.2015). – Статистичні дані по видобутку природних алмазів з 01.01.2003 по 31.12.2014 за результатами сортування та первинної оцінки. Дата обігу 28 червня 2015.
Проста аналогія з молями
Моль в хімії. Просте і зрозуміле пояснення:
І на цьому місці вже можна заплутатися і сказати, що хімія – страшна наука.
Але давайте на секунду відвернемося від молекул, які навіть важко уявити і уявімо, що ми зараз говоримо про м'ячах.
- Є у нас еталонний м'яч і важить він 1200 грамів (по суті, 12C – стандартний вуглець). Ми вирішили, що це найправильніший і класний м'яч і ми будемо вимірювати все м'ячі щодо його ваги.
- Але так як м'яч занадто важкий і таким грати незручно, ми розділили його вага на 12 і сказали – ок, 100 грам – це абсолютна одиниця маси м'ячів (або 1 а.е.м.) і ми тепер всі м'ячі будемо вимірювати по ній. Тому що нам так зручніше.
- Але щоб возити м'ячі покупцям великими партіями по магазинах, ми вирішили порівняти 1 а.е.м. з тонною. Припустимо, саме стільки еталонних м'ячів поміщається в вагон для перевезення. І отримали: 1 а.е.м. = 100 г = 1 тонна / 10 000 (якщо дивитися по тексту вище, то зрозуміло, що для молекул 1 г – це вже, немов ціла тонна для нас, тому там вчені взяли всього лише 1 грам, але ми, як приклад з м'ячами, беремо тонну).
- Тобто NA (число Авогадро) в нашому прикладі – це 10 000 (кількість м'ячів у вагоні), а за фактом в хімії 6 * 1023 (кількість молекул в одному молі: кількість молекул / моль = моль-1). Знову ж таки, ми просто придумали зручне назву – тонна або число Авогадро для великих чисел.
- Тепер ми точно знаємо, що, щоб завантажити вагон тонною абсолютних м'ячів, треба взяти їх 10 000 штук. Візьмемо 20 000 штук, буде 2 вагони і т.д.
- Фішка в тому, що в вагон можна взяти будь-які м'ячі, будь-якого розміру. Просто в вагоні 10 000 осередків. Дуже стандартизовані вагони.
- Так що якщо ми знаємо кількість вагонів, то ми легко зможемо зрозуміти, скільки у нас там м'ячів, наприклад 3 вагони = 3 * 10000 = 30000 штук. Також ми розуміємо ситуацію і з молекулами, просто множачи молі на число Авогадро (6 * 1023)
Аналогія в тому, що вагон – це, по суті і є моль. Тоді все стає просто і зрозуміло. Хіміки вирішили вимірювати речовина не якимись там маленькими молекулами-м'ячами, а цілими вагонами, що значно зручніше для обчислень.
м'яч = молекула (або атом) речовини
12C = 1200 грам = еталонний ідеальний м'яч
1 а.е.м. = 100 грам = звичайний стандартний м'яч
v = вагон (тому ми взяли приклад з вагонами, щоб він починався на однакову з молями букву)
NA = 10 000 (кількість м'ячів ділити на кількість вагонів – в результаті, завжди мусить виходити одне число, ну, тому що в вагон не можна завантажити менше або більше м'ячів) (або 10000 / v = моль-1)
N = кількість м'ячів = кількість вагонів помножити на їх постійну (v * NA)
застаріле визначення
Точне визначення благаючи формулювалося так:
Моль – кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у вуглеці-12 масою 0,012 кг. При застосуванні благаючи структурні елементи повинні бути специфіковані і можуть бути атомами, молекулами, іонами, електронами і іншими частинками або специфікованими групами частинок.
З визначення благаючи безпосередньо випливало, що молярна маса вуглецю-12 дорівнює 12 г / моль точно.
Кількість специфікованих структурних елементів в одному молі речовини називається постійної Авогадро (числом Авогадро), що позначається зазвичай як NA. Таким чином, в вуглеці-12 масою 0,012 кг міститься NA атомів. Значення постійної Авогадро, рекомендоване Комітетом з даних для науки і техніки (CODATA) в 2014 році, так само 6,022140857 (74) ⋅1023 моль-1. Звідси, 1 атом вуглецю-12 має масу 0,012 / NA кг = 12 / NA р 1/12 маси атома вуглецю-12 називають атомної одиницею маси (позначення а. Е. М.), І, отже, 1 а. е. м. = 0,001 / NA кг = 1 / NA г. Таким чином, маса одного моля речовини (молярна маса) дорівнює масі однієї частинки речовини, атома або молекули, вираженої в а. е. м. і помноженої на NA.
Наприклад, маса 1 благаючи літію, що має атомарному кристалічну решітку, буде дорівнює
7 а. е. м. х NA = 7 х 1 / NA г х NA моль-1 = 7 г / моль,
а маса 1 благаючи кисню, що складається з двохатомних молекул
2 х 16 а. е. м. х NA = 2 х 16 х 1 / NA г х NA моль-1 = 32 г / моль.
Тобто, з визначення а. е. м. витікає, що молярна маса речовини, виражена в грамах на моль, чисельно дорівнює масі найменшої дрібниці (атома або молекули) цієї речовини, вираженої в атомних одиницях маси.
При нормальних умовах обсяг одного моля ідеального газу становить 22,413 996 (39) л. Значить, один моль кисню займає об'єм 22,413 996 (39) л (для простих розрахунків 22,4 л) і має масу 32 г.
Те, що відбулося перевизначення
Основна стаття: Зміни визначень основних одиниць СІ (2018)
На XXIV ГКМВ 17-21 жовтня 2011 року було прийнято резолюцію, в якій, зокрема, запропоновано у майбутньої ревізії Міжнародної системи одиниць перевизначити чотири основні одиниці СІ, включаючи моль. Передбачалося, що нове визначення благаючи базуватиметься на фіксованому чисельному значенні постійної Авогадро, якій буде приписано точне значення, засноване на результатах вимірювань, рекомендованих CODATA. У зв'язку з цим в резолюції сформульовано таке положення, що стосується благаючи:
Моль залишиться одиницею кількості речовини; але його величина буде встановлюватися фіксацією чисельного значення постійної Авогадро рівним в точності 6,02214X⋅1023, коли вона виражена одиницею СІ моль -1.
Тут Х замінює одну або більше значущих цифр, які повинні були бути визначені в подальшому на підставі найбільш точних рекомендацій CODATA.
XXV ГКМВ, що відбулася в 2014 році, прийняла рішення продовжити роботу з підготовки нової ревізії СІ, що включає перевизначення благаючи, і намітила закінчити цю роботу до 2018 року з тим, щоб замінити існуючу СІ оновленим варіантом на XXVI ГКМВ в тому ж році.
На думку Міжнародного бюро мір і ваг (МБМВ), нове визначення благаючи зробило його незалежним від визначення кілограма, а також підкреслило відмінність між фізичними величинами кількість речовини і маса.
Свято «День благаючи»
Основна стаття: День благаючи
День благаючи – неофіційне свято, що відзначається хіміками Північної Америки 23 жовтня між 6:02 ранку і 6:02 вечора (6:02 10/23 в американській нотації часу і дати). Ці час і дата обрані відповідно до чисельним значенням постійної Авогадро, приблизно рівній 6,02⋅1023 моль-1.Свято також відзначається в багатьох школах США і Канади.
- Термін грам-атом стосовно молю атомів в даний час також мало використовується.
- Моль (одиниця кількості речовини) // Мезія – Моршинська. – М.: Радянська енциклопедія, 1974. – (Велика радянська енциклопедія: / гл. Ред. А. М. Прохоров; 1969-1978, т. 16).
- 1 2 SI unit of amount of substance (mole) (англ.) Резолюція XIV Генеральної конференції з мір та ваг (1971)
- Положення про одиниці величин, що допускаються до застосування в Російській Федерації. Офіційний інтернет-портал правової інформації. Дата звернення 19 березня 2018.
- CODATA Value: Avogadro constant
- CODATA Value: molar volume of ideal gas (273,15 K, 101,325 kPa)
- 1 2 On the possible future revision of the International System of Units, the SI (англ.) Резолюція 1 XXIV Генеральної конференції з мір та ваг (2011)
- Towards the «New SI» … (англ.) На сайті Міжнародного бюро мір і ваг
- On the future revision of the International System of Units, the SI (англ.). Resolution 1 of the 25th CGPM (2014 року). BIPM. Дата обігу 9 жовтня 2015.
- Why change the SI? (Англ.) На сайті Міжнародного бюро мір і ваг
- What Is Mole Day? (Англ.) На сайті National Mole Day Foundation, Inc.
Читайте також:
Відмінювання іменників по падежамВ російській мові існує шість відмінків – один прямий (називний) і п'ять …
Освітні паблік Ravesli – паблік цього блогу. Все найцікавіше і корисне зі сфери IT, …
Осінь славиться яблуками, і господині із задоволенням готують яблучні страви. Найпопулярніше з них – …
г / моль.Варто відзначити, що, наприклад, молярна маса кисню як елемента M (O) = 16 <\ displaystyle M \ left (<< \ ce
У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею вимірювання молярної маси є кілограм на моль (російське позначення: кг / моль; міжнародне: kg / mol), але історично склалося, що молярну масу, як правило, висловлюють в г / моль.
Молярну масу в формулах зазвичай позначають великою літерою M <\ displaystyle M>
енциклопедичний YouTube
вуглець
Цей термін має також інші значення див. Вуглець (значення).
| вуглець | ||||
|---|---|---|---|---|
| ← Бор | азот → | ||||
| ||||
| Зовнішній вигляд простої речовини | ||||
| матово-чорний (графіт), або прозорий (алмаз) | ||||
| | ||||
| властивості атома | ||||
| Назва, символ, номер | Вуглець / Carboneum (С), 6 | |||
| атомна маса (Молярна маса) | а. е. м. (г / моль) | |||
| Електронна конфігурація | 2s2 2p2 | |||
| радіус атома | 77 пм | |||
| Хімічні властивості | ||||
| ковалентний радіус | 77,0 пм | |||
| радіус іона | 16 (+ 4e) 260 (-4e) пм | |||
| електронегативність | 2,55 (шкала Полінга) | |||
| ступені окислення | 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4 | |||
| енергія іонізації (Перший електрон) | 1085,7 (11,25) кДж / моль (еВ) | |||
| Термодинамічні властивості | ||||
| Щільність (при н. У.) | 2,25 (графіт) г / см³ | |||
| Температура плавлення | 3550 ° C | |||
| Температура кипіння | 5003 K; 4830 ° C | |||
| критична точка | 4130,1 К, 12 МПа | |||
| Питома теплоємність | 8,54 (графіт) Дж / (K моль) | |||
| молярний об'єм | 5,3 см³ / моль | |||
| Кристалічна ґратка | ||||
| структура ґратки | гексагональная (графіт / графен), кубічна (алмаз) | |||
| параметри решітки | a = 2,46; c = 6,71 (графіт); а = 3,567 (алмаз) | |||
| Ставлення c / a | 2,73 (графіт) | |||
| температура Дебая | 1860 (алмаз) K | |||
| Інші характеристики | ||||
| теплопровідність | (300 K) 1,59 Вт / (м · К) | |||
| номер CAS | 7440-44-0 | |||
| емісійний спектр | ||||
| | ||||
| 6 | вуглець |
| 12,011 | |
| 2s22p2 | |
Вуглець (C, лат. Carboneum) – хімічний елемент, символізовану буквою C і має атомний номер 6. Елемент є чотирьохвалентним неметаллом, т. Е. Має чотири вільних електрона для формування ковалентних хімічних зв'язків. Він розташовується в 14 групі періодичної системи. Три ізотопу даного елемента зустрічаються в навколишньому світі. Ізотопи 12C і 13C є стабільними, в той час як 14C- радіоактивний (період напіврозпаду даного ізотопу складає 5,730 років). Вуглець був відомий ще в античному світі.
Здатність вуглецю утворювати полімерні ланцюжки породжує величезний клас сполук на основі вуглецю, званих органічними, яких значно більше, ніж неорганічних, і вивченням яких займається органічна хімія.
Історія
Вуглець у вигляді деревного вугілля застосовувався в давнину для виплавки металів. З давніх-давен відомі аллотропние модифікації вуглецю – алмаз і графіт.
На рубежі XVII-XVIII ст. виникла теорія флогістону, висунута Іоганном Бекер, і Георгом Шталем. Ця теорія визнавала наявність в кожному пальному тілі особливого елементарного речовини – невагомого флюїду – флогістону, випаровується в процесі горіння. Так як при згорянні великої кількості вугілля залишається лише трохи золи, флогістікі вважали, що вугілля – це майже чистий флогістон. Саме цим пояснювали, зокрема, «флогістірующее» дію вугілля, – його здатність відновлювати метали з «Известия» і руд. Пізні флогістікі, Реомюр, Бергман і інші, вже почали розуміти, що вугілля є елементарне речовина. Однак вперше таким «чисте вугілля» був визнаний Антуаном Лавуазьє, що досліджували процес спалювання в повітрі і кисні вугілля та інших речовин. У книзі Гітоном де Морво, Лавуазьє, Бертолле і Фуркруа «Метод хімічної номенклатури" (1787) з'явилася назва «вуглець» (carbone) замість французького «чисте вугілля» (charbone pur).Під цією ж назвою вуглець фігурує в «Таблиці простих тіл» в «Елементарний підручник хімії» Лавуазьє.
У 1791 році англійський хімік Теннант першим отримав вільний вуглець; він пропускав пари фосфору над прожареним крейдою, в результаті чого утворювалися фосфат кальцію і вуглець. Те, що алмаз при сильному нагріванні згоряє без залишку, було відомо давно. Ще в 1751 рік німецький імператор Франц I погодився дати алмаз і рубін для дослідів зі спалювання, після чого ці досліди навіть увійшли в моду. Виявилося, що згорає лише алмаз, а рубін (окис алюмінію з домішкою хрому) витримує без пошкодження тривале нагрівання у фокусі запальною лінзи. Лавуазьє поставив новий досвід по спалюванню алмаза за допомогою великої запальною машини і прийшов до висновку, що алмаз являє собою кристалічний вуглець. Другий аллотроп вуглецю – графіт – в алхімічному періоді вважався видозміненим свинцевим блиском і називався plumbago; тільки в 1740 р Потт виявив відсутність в графіті будь-якої домішки свинцю. Шеєле досліджував графіт (1779) і, будучи флогістіком, вважав його сірчистим тілом особливого роду, особливим мінеральним вугіллям, що містить пов'язану «повітряну кислоту» (СО2) і велика кількість флогістону.
Двадцять років по тому Гитонья де Морво шляхом обережного нагрівання перетворив алмаз в графіт, а потім в вугільну кислоту.
походження назви
На початку XIX століття в російській хімічної літературі іноді застосовувався термін «углетвор» (Шерер, 1807; Севергін, 1815); з 1824 року Соловйов ввів назву «вуглець». З'єднання вуглецю мають в назві частина карбо (н) – від лат. carbō (рід. п. carbōnis) «вугілля».
Алотропні модифікації вуглецю
Спрощена фазову діаграму вуглецю, заштриховані області де аллотропние модифікації можуть бути метастабільних. (Diamond – алмаз, graphite – графіт, liqu /> Схеми будови різних модифікацій вуглецю
a: алмаз, b: графіт, c: лонсдейліт
d: фулерен – бакіболи C60, e: фулерен C540, f: фулерен C70
g: аморфний вуглець, h: вуглецева нанотрубка Основна стаття: Аллотропия вуглецю
кристалічний вуглець
- алмаз
- графіт
- Карбин
- лонсдейліт
- наноалмазов
- фулерени
- фуллерит
- вуглецеве волокно
- вуглецеві нановолокна
- вуглецеві нанотрубки
аморфний вуглець
- Активоване вугілля
- Деревне вугілля
- Викопне вугілля: антрацит і викопне вугілля.
- Кокс кам'яновугільний, нафтової та ін.
- скловуглець
- Техуглерод
- сажа
- вуглецева нанопіна
На практиці, як правило, перераховані вище аморфні форми є хімічними сполуками з високим вмістом вуглецю, а не чистої аллотропной формою вуглецю.
кластерні форми
- Австралія
- Діуглерод
- вуглецеві наноконуси
структура
Електронні орбіталі атома вуглецю можуть мати різну геометрію, в залежності від ступеня гібридизації його електронних орбіталей. Існує три основних геометрії атома вуглецю:
- тетраедричних, утворюється при змішуванні одного s- і трьох p-електронів (sp3-гібридизація). Атом вуглецю знаходиться в центрі тетраедра, пов'язаний чотирма еквівалентними σ-зв'язками з атомами вуглецю або іншими в вершинах тетраедра. Такий геометрії атома вуглецю відповідають аллотропние модифікації вуглецю алмаз і лонсдейліт. Такий гибридизацией володіє вуглець, наприклад, в метані і інших вуглеводнях.
- трігональная, утворюється при змішуванні однієї s- і двох p-електронних орбіталей (sp2-гібридизація). Атом вуглецю має три рівноцінні σ-зв'язку, розташовані в одній площині під кутом 120 ° один до одного. Яка не бере участі в гібридизації p-орбіталь, розташована перпендикулярно площині σ-зв'язків, використовується для утворення π-зв'язку з іншими атомами. Така геометрія вуглецю характерна для графіту, фенолу та ін.
- дігональная, утворюється при змішуванні одного s- і одного p-електронів (sp-гібридизація). При цьому два електронних хмари витягнуті уздовж одного напрямку і мають вигляд несиметричних гантелей.Два інших р-електрона дають π-зв'язку. Вуглець з такою геометрією атома утворює особливу аллотропную модифікацію – карбін.
Графіт і алмаз
Основні і добре вивчені аллотропние модифікації вуглецю – алмаз і графіт. Термодинамічний розрахунок лінії рівноваги графіт – алмаз на фазової р, Т-діаграмі був виконаний в 1939 році О. І. Лейпунським. При нормальних умовах термодинамічно стійкий лише графіт, а алмаз і інші форми метастабільних. При атмосферному тиску і температурі понад 1200 K алмаз починає переходити в графіт, вище 2100 K перетворення відбувається вибухово за секунди. ΔН0 переходу – 1,898 кДж / моль. Прямий перехід графіту в алмаз відбувається при 3000 K і тиску 11-12 ГПа. При нормальному тиску вуглець сублімується при 3780 K.
рідкий карбон
Рідкий карбон існує тільки при певному зовнішньому тиску. Потрійні точки: графіт – рідина – пар Т = 4130 K, р = 10,7 МПа і графіт – алмаз – рідина Т ≈ 4000 K, р ≈ 11 ГПа. Лінія рівноваги графіт – рідина на фазової р, Т-діаграмі має позитивним нахилом, що переходить у міру наближення до потрійний точці графіт – алмаз – рідина в негативний, що пов'язано з унікальними властивостями атомів вуглецю створювати вуглецеві молекули, що складаються з різної кількості атомів (від двох до семи). Нахил лінії рівноваги алмаз – рідина, за відсутності прямих експериментів в області дуже високих температур (> 4000-5000 K) і тисків (> 10-20 ГПа), довгі роки вважався негативним. Проведені японськими дослідниками прямі експерименти і обробка отриманих експериментальних даних з урахуванням аномальність високотемпературної теплоємності алмазу показали, що нахил лінії рівноваги алмаз – рідина позитивний, т. Е. Алмаз важче своєї рідини (в розплаві він буде тонути, а не спливати як лід у воді) .
У травні 2019 року в журналі Physical Review Letters опублікована робота російських вчених з Об'єднаного інституту високих температур РАН А. М. Кондратьєва та А. Д. Рахель, в якій вітчизняні фізики першими, вперше в світі детально вивчили і виміряли властивості рідкої форми вуглецю. Результати фізичного експерименту дозволили отримати нові дані, які були недоступні дослідникам в умовах комп'ютерного моделювання. Тонка пластина високоорієнтованих пиролитического графіту з гексагональної віссю, перпендикулярної його поверхні, була затиснута між двома пластинами особливого матеріалу і нагріта при тиску від 0,3 до 2,0 гігапаскаля. Виявилося, що температура плавлення графіту при цих умовах становить 6300-6700 кельвінів, що більш ніж на 1000 ° вище значень, передбачених теоретично і на математичних моделях. Російські дослідники вперше в світі точно виміряли фізичні показники процесу плавлення вуглецю і властивості його рідкої фази (питомий опір, ентальпію плавлення, ізохорно теплоємність і багато інших показників цього загадкового речовини. Вітчизняні дослідники також вперше виявили, що швидкість звуку в рідкому вуглеці зростає при зменшенні щільності .
вуглець III
При тиску понад 60 ГПа припускають освіту досить щільної модифікації З III (щільність на 15-20% більша за густину алмаза), що має металеву провідність. При високому тиску і відносно низьких температурах (бл. 1200 K) з високоорієнтованих графіту утворюється гексагональна модифікація вуглецю з кристалічною решіткою типу вюрцита – лонсдейліт (а = 0,252 нм, с = 0,412 нм, просторова група Р63 / mmc), щільність 3,51 г / см³, тобто така ж, як у алмазу. Лонсдейліт знайдений також в метеоритах.
Ультрадисперсні алмази (наноалмази)
У 1980-і роки в СРСР було виявлено, що в умовах динамічного навантаження вуглець матеріалів можуть утворюватися алмазоподібні структури, що отримали назву ультрадисперсних алмазів (УДА). В даний час все частіше застосовується термін «наноалмази».Розмір частинок в таких матеріалах становить одиниці нанометрів. Умови освіти УДА можуть бути реалізовані при детонації вибухових речовин зі значним негативним кисневим балансом, наприклад, сумішей тротилу з гексогеном. Такі умови можуть бути реалізовані також при ударах небесних тіл об поверхню Землі в присутності вуглець матеріалів (органіка, торф, вугілля та ін.). Так, в зоні падіння Тунгуського метеорита в лісовій підстилці були виявлені УДА.
Карбин
Кристалічна модифікація вуглецю гексагональної сингонії з цепочечную будовою молекул називається карбин. Ланцюги мають або поліеновие будова (-C≡C-), або полікумуленовое (= C = C =). Відомо кілька форм карбін, що відрізняються числом атомів в елементарній комірці, розмірами вічок і щільністю (2,68-3,30 г / см³). Карбин зустрічається в природі у вигляді мінералу чаоіта (білі прожилки і вкраплення в графіті) і отриманий штучно – окисної дегідрополіконденсаціей ацетилену, дією лазерного випромінювання на графіт, з вуглеводнів або CCl4 в низькотемпературній плазмі.
Карбин є дрібнокристалічним порошок чорного кольору (щільність 1,9-2 г / см³), володіє напівпровідниковими властивостями. Отримано в штучних умовах з довгих ланцюжків атомів вуглецю, укладених паралельно один одному.
Карбин – лінійний полімер вуглецю. У молекулі карбін атоми вуглецю з'єднані в ланцюжки по черзі або потрійними і одинарними зв'язками (поліеновие будова), або постійно подвійними зв'язками (полікумуленовое будова). Ця речовина вперше отримано радянськими хіміками В. В. Коршак, А. М. Сладкова, В. І. Касаточкіним і Ю. П. Кудрявцевим на початку 1960-х років в Інституті елементоорганічних сполук Академії наук СРСР. Карбин володіє напівпровідниковими властивостями, причому під впливом світла його провідність сильно збільшується. На цій властивості засновано перше практичне застосування – в фотоелементах.
Фулерени і вуглецеві нанотрубки
Вуглець відомий також у вигляді кластерних часток С60, С70, C80, C90, C100 і подібних (фулерени), а також графені, нанотрубок і складних структур – астраленов.
Аморфний вуглець (будова)
В основі будови аморфного вуглецю лежить разупорядоченності структура монокристалічного (завжди містить домішки) графіту. Це кокс, буре і кам'яне вугілля, техвуглець, сажа, активне вугілля.
Графен
Основна стаття: Графен
Графен – двовимірна аллотропная модифікація вуглецю, утворена шаром атомів вуглецю товщиною в один атом, з'єднаних за допомогою sp² зв'язків в гексагональну двовимірну кристалічну решітку.
Знаходження в природі
Було оцінено, що Земля в цілому складається з 730 ppm вуглецю, з вмістом 2000 ppm в ядрі і 120 ppm в мантії і корі. Так як маса Землі 5,972⋅1024 kg, то це передбачає наявність 4360 мільйонів гігатонн вуглецю.
| У цьому розділі не вистачає посилань на джерела інформації. Інформація повинна бути проверяема, інакше вона може бути поставлена під сумнів і вилучена. Ви можете відредагувати цю статтю, додавши посилання на авторитетні джерела. Ця відмітка встановлена 30 січня 2018 року. |
Вільний вуглець знаходиться в природі у вигляді алмазу і графіту. Основна маса вуглецю у вигляді природних карбонатів (вапняки і доломіт), горючих копалин – антрацит (94-97% С), буре вугілля (64-80% С), кам'яне вугілля (76-95% С), горючі сланці (56- 78% С), нафта (82-87% С), горючих природних газів (до 99% метану), торф (53-56% С), а також бітуми і ін. в атмосфері і гідросфері знаходиться в вигляді діоксиду вуглецю СО2, в повітрі 0,046% СО2 по масі, в водах річок, морів і океанів в
60 раз більше. Вуглець входить до складу рослин і тварин (
В організм людини вуглець надходить з їжею (в нормі близько 300 г в добу). Загальний вміст вуглецю в організмі людини досягає близько 21% (15 кг на 70 кг маси тіла). Вуглець складає 2/3 маси м'язів і 1/3 маси кісткової тканини.Виводиться з організму переважно з повітрям, що видихається (вуглекислий газ) і сечею (сечовина).
Кругообіг вуглецю в природі включає біологічний цикл, виділення СО2 в атмосферу при згорянні викопного палива, з вулканічних газів, гарячих мінеральних джерел, з поверхневих шарів океанічних вод, а також при диханні, бродінні, гнитті. Біологічний цикл полягає в тому, що вуглець у вигляді СО2 поглинається з тропосфери рослинами в процесі фотосинтезу. Потім з біосфери він знову повертається в геосферу, частково через організми тварин і людини, і у вигляді СО2 – в атмосферу.
У пароподібному стані і у вигляді сполук з азотом і воднем вуглець виявлений в атмосфері Сонця, планет, він знайдений в кам'яних і залізних метеоритах.
Більшість з'єднань вуглецю, і перш за все вуглеводні, мають яскраво вираженим характером ковалентних сполук. Міцність простих, подвійних і потрійних зв'язків атомів С між собою, здатність утворювати стійкі ланцюги і цикли з атомів С обумовлюють існування величезного числа вуглецевмісних сполук, що вивчаються органічною хімією.
У природі зустрічається мінерал шунгіт, в якому міститься як твердий вуглець (≈25%), так і значні кількості оксиду кремнію (≈35%).
Хімічні властивості
При звичайних температурах вуглець хімічно інертний, при досить високих температурах з'єднується з багатьма елементами, проявляє сильні відновні властивості. Хімічна активність різних форм вуглецю зменшується в ряді: аморфний вуглець, графіт, алмаз, на повітрі вони спалахують при температурах відповідно вище 300-501 ° C, 600-700 ° C і 800-1000 ° C.
Ступінь окислення буває від -4 до +4. Спорідненість до електрону 1,27 еВ; енергія іонізації при послідовному переході від С0 до С4 + відповідно 11,2604, 24,383, 47,871 і 64,19 еВ.
неорганічні сполуки
Вуглець реагує з багатьма елементами. З'єднання з неметалами мають свої власні назви – метан, тетрафторметан.
Продуктами горіння вуглецю є CO і CO2 (монооксид вуглецю і діоксид вуглецю відповідно). Відомий також нестійкий недооксід вуглецю С3О2 (температура плавлення -111 ° C, температура кипіння 7 ° C) і деякі інші оксиди (наприклад, C12O9, C5O2, C12O12). Графіт і аморфний вуглець починають реагувати з воднем при температурі 1200 ° C, з фтором при 900 ° C.
Вуглекислий газ реагує з водою, утворюючи слабку вугільну кислоту – H2CO3, яка утворює солі – карбонати. На Землі найбільш широко поширені карбонати кальцію (мінеральні форми – крейда, мармур, кальцит, вапняк і ін.) І магнію (мінеральна форма доломіт).
Графіт з галогенами, лужними металами і ін. Речовинами утворює сполуки включення. При пропущенні електричного розряду між вугільними електродами в атмосфері азоту утворюється ціан. При високих температурах взаємодією вуглецю з сумішшю Н2 і N2 отримують синильну кислоту:
N H 3 + C H 4 → P t H C N + 3 H 2 <\ displaystyle <\ mathsf
Також такий же реакцією отримують ціан
2 N H 3 + 2 C H 4 → P t (C N) 2 + 7 H 2 <\ displaystyle <\ mathsf <2NH_ <3> + 2CH_ <4> \ <\ xrightarrow
При реакції вуглецю з сіркою виходить сірковуглець CS2, відомі також CS і C3S2. Отримано селенид вуглецю CSe2. З більшістю металів вуглець утворює карбіди, наприклад:
4 A l + 3 C → t A l 4 C 3 <\ displaystyle <\ mathsf <4Al + 3C \ <\ xrightarrow
Важлива в промисловості реакція вуглецю з водяною парою:
C + H 2 O → C O + H 2 <\ displaystyle <\ mathsf
При нагріванні вуглець відновлює оксиди металів до металів. Дана властивість широко використовується в металургійній промисловості.
органічні сполуки
Здатність вуглецю утворювати полімерні ланцюжки породжує величезний клас сполук на основі вуглецю, яких значно більше, ніж неорганічних, і вивченням яких займається органічна хімія. Серед них найбільш великі групи: вуглеводні, білки, жири, вуглеводи та ін.
З'єднання вуглецю складають основу земного життя, а їх властивості багато в чому визначають спектр умов, в яких подібні форми життя можуть існувати. За кількістю атомів в живих клітинах частка вуглецю близько 25%, по масовій частці – близько 18%.
застосування
Графіт використовують в олівцевої промисловості, але в суміші з глиною, для зменшення його м'якості.Також його використовують як мастило при особливо високих або низьких температурах. Його неймовірно висока температура плавлення дозволяє робити з нього тиглі для заливки металів. Здатність графіту проводити електричний струм також дозволяє виготовляти з нього високоякісні електроди.
Алмаз завдяки винятковій твердості – незамінний абразивний матеріал. Алмазним напиленням мають шліфувальні насадки бурмашін. Крім цього, ограновані алмази – діаманти – використовуються в якості дорогоцінних каменів в ювелірних прикрасах. Завдяки рідкості, високим декоративним якостям і збігом історичних обставин діамант незмінно є найдорожчим дорогоцінним каменем. Виключно висока теплопровідність алмазу (до 2000 Вт / м · К) робить його перспективним матеріалом для напівпровідникової техніки в якості підкладок для процесорів. Але відносно висока собівартість видобутку алмазів ($ 97,47 за один карат) і складність обробки алмазу обмежують його застосування в цій області.
У фармакології і медицині широко використовуються різні сполуки вуглецю – похідні вугільної кислоти і карбонових кислот, різні гетероцикли, полімери та інші сполуки. Так, карболен (активоване вугілля), застосовується для абсорбції та виведення з організму різних токсинів; графіт (у вигляді мазей) – для лікування шкірних захворювань; радіоактивні ізотопи вуглецю – для наукових досліджень (радіовуглецевий аналіз).
Вуглець грає величезну роль в житті людини. Його застосування настільки ж різноманітні, як сам цей багатоликий елемент. Зокрема, вуглець є невід'ємною складовою стали (до 2,14% мас.) І чавуну (більше 2,14% мас.)
Вуглець є основою всіх органічних речовин. Будь-який живий організм складається в значній мірі з вуглецю. Вуглець – основа життя. Джерелом вуглецю для живих організмів зазвичай є СО2 з атмосфери або води. В результаті фотосинтезу він потрапляє в біологічні харчові ланцюги, в яких живі істоти поїдають один одного або останки один одного і тим самим здобувають вуглець для будівництва власного тіла. Біологічний цикл вуглецю закінчується або окисленням і поверненням в атмосферу, або похованням у вигляді вугілля або нафти.
Вуглець у вигляді викопного палива: вугілля і вуглеводнів (нафта, природний газ) – один з найважливіших джерел енергії для людства.
токсична дія
Вуглець надходить в навколишнє середовище в складі вихлопних газів автотранспорту, при спалюванні вугілля на ТЕС, при відкритих розробках вугілля, підземної його газифікації, отриманні вугільних концентратів та ін. Концентрація вуглецю над джерелами горіння 100-400 мкг / м³, великими містами 2,4- 15,9 мкг / м³, сільськими районами 0,5 – 0,8 мкг / м³. З газоаерозольних викидами АЕС в атмосферу надходить (6-15) ⋅109 Бк / добу 14З2.
Високий вміст вуглецю в атмосферних аерозолях веде до підвищення захворюваності населення, особливо верхніх дихальних шляхів і легенів. Професійні захворювання – в основному антракоз і пиловий бронхіт. У повітрі робочої зони ГДК, мг / м³: алмаз 8,0, антрацит і кокс 6,0, кам'яне вугілля 10,0, технічний вуглець і вуглецева пил 4,0; в атмосферному повітрі максимальна разова 0,15, середньодобова 0,05 мг / м³.
Токсична дія 14С, що увійшов до складу біологічних молекул (особливо в ДНК і РНК), визначається його радіаційним взаємодією з β-частками (14С (β) → 14N), що призводить до зміни хімічного складу молекули. Допустима концентрація 14С в повітрі робочої зони ДКА 1,3 Бк / л, в атмосферному повітрі ДКБ 4,4 Бк / л, у воді 3,0⋅104 Бк / л, гранично допустиме надходження через органи дихання 3,2⋅108 Бк / рік.
Примітки
- Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 року (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. – 2013. – Vol. 85, no. 5. – P. 1047-1078. – DOI: 10.1351 / PAC-REP-13-03-02.
- Відносна електронегативність атома вуглецю залежить від стану його гібридизації:
Csp3 = 2,5 (в більшості таблиць)
Csp2 = 2,8
Csp1 = 3,2 (Алкіни)
С. Е. Зурабян, Ю. А. Колесник, А. А. Кост і ін. / Під ред. Н. А. Тюкавкина. Взаємний вплив атомів в молекулі // Органічна хімія: Підручник (Учеб. Літ. Для учнів фарм. Училищ). – М .: Медицина, 1989. – Т. 1. – С. 36. – 432 с. – ISBN 5-225-00314-1. - Fourier Transform Spectroscopy of the System of CP (англ.). Дата обігу 6 грудня 2007.
- Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic Transition of the Jet-Cooled CCI Free Radical (англ.). Дата обігу 6 грудня 2007.
- Carbon: Binary compounds (англ.). Дата обігу 6 грудня 2007.
- Хімічна енциклопедія / Редкол .: Кнунянц І.Л. та ін .. – М .: Радянська енциклопедія, 1988. – Т. 1. – 623 с.
- ChemNet. Вуглець: історія відкриття елементу ..
- Лейпунський О. І. Про штучні алмази // Успіхи хімії. – 1939. – Вип. 8. – С. 1519-1534.
- Seal M. The effect of surface orientation on the graphitization of diamond. // Phis. Stat. Sol., 1963, v. 3, p. 658.
- Evans T. Changes produced by High Temperature Treatment of Diamond. // The Properties of Diamond. Academi Press, 1979, p. 403-424.
- Андрєєв В. Д .. Спонтанна графітизація і термодеструкція алмаза при Т> 2000 K // Фізика твердого тіла, 1999, т. 41, вип. 4, с. 695-201.
- Togaya M. Melting behaviors of carbon underhigh pressure // High Pressure Research, 1990, v. 4, p. 342. (12 AIRAPT Conf. Proc., 1989, Padeborn).
- Андрєєв В. Д .. Експериментальні дані по плавлення алмазу і графіту з урахуванням аномальність високотемпературної теплоємності // Хімічна фізика, 2002 т. 21, № 9, с. 3-11.
- Андрєєв В. Д. Вибрані проблеми теоретичної фізики. – Київ: Аванпост-Прим. – 2012.
- 1 2 A. M. Kondratyev, A. D. Rakhel. Melting Line of Graphite // Physical Review Letters. – 2019-05-03. – Т. 122, вип. 17. – С. 175702. – DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.175702.
- Російські фізики першими вивчили властивості рідкого вуглецю. РИА Новости (20190514T1558 + 0300Z). Дата звернення 14 травня 2019.
- Вчені вперше вивчили властивості рідкого вуглецю в умовах фізичного експерименту. ТАСС. Дата звернення 14 травня 2019.
- Вперше досліджені властивості рідкого вуглецю. indicator.ru. Дата звернення 14 травня 2019.
- V. I. Kasatochkin, A. M. Sladkov, et al., Dokl. Akad. Nauk SSSR, 177, No. 2, 358 (1967).
- William F McDonough The composition of the Earth Статичний 28 вересня 2011 року. in Earthquake Thermodynamics and Phase Transformation in the Earth's Interior. – 2000. – ISBN 978-0126851854.
- Мінфін РФ. Мінфін Росії: Росія в Кімберлійському процесі. Видобуток алмазів в РФ з 01.01.2003р .. minfin.ru (27.02.2015). – Статистичні дані по видобутку природних алмазів з 01.01.2003 по 31.12.2014 за результатами сортування та первинної оцінки. Дата обігу 28 червня 2015.
Проста аналогія з молями
Моль в хімії. Просте і зрозуміле пояснення:
І на цьому місці вже можна заплутатися і сказати, що хімія – страшна наука.
Але давайте на секунду відвернемося від молекул, які навіть важко уявити і уявімо, що ми зараз говоримо про м'ячах.
- Є у нас еталонний м'яч і важить він 1200 грамів (по суті, 12C – стандартний вуглець). Ми вирішили, що це найправильніший і класний м'яч і ми будемо вимірювати все м'ячі щодо його ваги.
- Але так як м'яч занадто важкий і таким грати незручно, ми розділили його вага на 12 і сказали – ок, 100 грам – це абсолютна одиниця маси м'ячів (або 1 а.е.м.) і ми тепер всі м'ячі будемо вимірювати по ній. Тому що нам так зручніше.
- Але щоб возити м'ячі покупцям великими партіями по магазинах, ми вирішили порівняти 1 а.е.м. з тонною. Припустимо, саме стільки еталонних м'ячів поміщається в вагон для перевезення. І отримали: 1 а.е.м. = 100 г = 1 тонна / 10 000 (якщо дивитися по тексту вище, то зрозуміло, що для молекул 1 г – це вже, немов ціла тонна для нас, тому там вчені взяли всього лише 1 грам, але ми, як приклад з м'ячами, беремо тонну).
- Тобто NA (число Авогадро) в нашому прикладі – це 10 000 (кількість м'ячів у вагоні), а за фактом в хімії 6 * 1023 (кількість молекул в одному молі: кількість молекул / моль = моль-1). Знову ж таки, ми просто придумали зручне назву – тонна або число Авогадро для великих чисел.
- Тепер ми точно знаємо, що, щоб завантажити вагон тонною абсолютних м'ячів, треба взяти їх 10 000 штук. Візьмемо 20 000 штук, буде 2 вагони і т.д.
- Фішка в тому, що в вагон можна взяти будь-які м'ячі, будь-якого розміру. Просто в вагоні 10 000 осередків. Дуже стандартизовані вагони.
- Так що якщо ми знаємо кількість вагонів, то ми легко зможемо зрозуміти, скільки у нас там м'ячів, наприклад 3 вагони = 3 * 10000 = 30000 штук. Також ми розуміємо ситуацію і з молекулами, просто множачи молі на число Авогадро (6 * 1023)
Аналогія в тому, що вагон – це, по суті і є моль. Тоді все стає просто і зрозуміло. Хіміки вирішили вимірювати речовина не якимись там маленькими молекулами-м'ячами, а цілими вагонами, що значно зручніше для обчислень.
м'яч = молекула (або атом) речовини
12C = 1200 грам = еталонний ідеальний м'яч
1 а.е.м. = 100 грам = звичайний стандартний м'яч
v = вагон (тому ми взяли приклад з вагонами, щоб він починався на однакову з молями букву)
NA = 10 000 (кількість м'ячів ділити на кількість вагонів – в результаті, завжди мусить виходити одне число, ну, тому що в вагон не можна завантажити менше або більше м'ячів) (або 10000 / v = моль-1)
N = кількість м'ячів = кількість вагонів помножити на їх постійну (v * NA)
застаріле визначення
Точне визначення благаючи формулювалося так:
Моль – кількість речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у вуглеці-12 масою 0,012 кг. При застосуванні благаючи структурні елементи повинні бути специфіковані і можуть бути атомами, молекулами, іонами, електронами і іншими частинками або специфікованими групами частинок.
З визначення благаючи безпосередньо випливало, що молярна маса вуглецю-12 дорівнює 12 г / моль точно.
Кількість специфікованих структурних елементів в одному молі речовини називається постійної Авогадро (числом Авогадро), що позначається зазвичай як NA. Таким чином, в вуглеці-12 масою 0,012 кг міститься NA атомів. Значення постійної Авогадро, рекомендоване Комітетом з даних для науки і техніки (CODATA) в 2014 році, так само 6,022140857 (74) ⋅1023 моль-1. Звідси, 1 атом вуглецю-12 має масу 0,012 / NA кг = 12 / NA р 1/12 маси атома вуглецю-12 називають атомної одиницею маси (позначення а. Е. М.), І, отже, 1 а. е. м. = 0,001 / NA кг = 1 / NA г. Таким чином, маса одного моля речовини (молярна маса) дорівнює масі однієї частинки речовини, атома або молекули, вираженої в а. е. м. і помноженої на NA.
Наприклад, маса 1 благаючи літію, що має атомарному кристалічну решітку, буде дорівнює
7 а. е. м. х NA = 7 х 1 / NA г х NA моль-1 = 7 г / моль,
а маса 1 благаючи кисню, що складається з двохатомних молекул
2 х 16 а. е. м. х NA = 2 х 16 х 1 / NA г х NA моль-1 = 32 г / моль.
Тобто, з визначення а. е. м. витікає, що молярна маса речовини, виражена в грамах на моль, чисельно дорівнює масі найменшої дрібниці (атома або молекули) цієї речовини, вираженої в атомних одиницях маси.
При нормальних умовах обсяг одного моля ідеального газу становить 22,413 996 (39) л. Значить, один моль кисню займає об'єм 22,413 996 (39) л (для простих розрахунків 22,4 л) і має масу 32 г.
Те, що відбулося перевизначення
Основна стаття: Зміни визначень основних одиниць СІ (2018)
На XXIV ГКМВ 17-21 жовтня 2011 року було прийнято резолюцію, в якій, зокрема, запропоновано у майбутньої ревізії Міжнародної системи одиниць перевизначити чотири основні одиниці СІ, включаючи моль. Передбачалося, що нове визначення благаючи базуватиметься на фіксованому чисельному значенні постійної Авогадро, якій буде приписано точне значення, засноване на результатах вимірювань, рекомендованих CODATA. У зв'язку з цим в резолюції сформульовано таке положення, що стосується благаючи:
Моль залишиться одиницею кількості речовини; але його величина буде встановлюватися фіксацією чисельного значення постійної Авогадро рівним в точності 6,02214X⋅1023, коли вона виражена одиницею СІ моль -1.
Тут Х замінює одну або більше значущих цифр, які повинні були бути визначені в подальшому на підставі найбільш точних рекомендацій CODATA.
XXV ГКМВ, що відбулася в 2014 році, прийняла рішення продовжити роботу з підготовки нової ревізії СІ, що включає перевизначення благаючи, і намітила закінчити цю роботу до 2018 року з тим, щоб замінити існуючу СІ оновленим варіантом на XXVI ГКМВ в тому ж році.
На думку Міжнародного бюро мір і ваг (МБМВ), нове визначення благаючи зробило його незалежним від визначення кілограма, а також підкреслило відмінність між фізичними величинами кількість речовини і маса.
Свято «День благаючи»
Основна стаття: День благаючи
День благаючи – неофіційне свято, що відзначається хіміками Північної Америки 23 жовтня між 6:02 ранку і 6:02 вечора (6:02 10/23 в американській нотації часу і дати). Ці час і дата обрані відповідно до чисельним значенням постійної Авогадро, приблизно рівній 6,02⋅1023 моль-1.Свято також відзначається в багатьох школах США і Канади.
- Термін грам-атом стосовно молю атомів в даний час також мало використовується.
- Моль (одиниця кількості речовини) // Мезія – Моршинська. – М.: Радянська енциклопедія, 1974. – (Велика радянська енциклопедія: / гл. Ред. А. М. Прохоров; 1969-1978, т. 16).
- 1 2 SI unit of amount of substance (mole) (англ.) Резолюція XIV Генеральної конференції з мір та ваг (1971)
- Положення про одиниці величин, що допускаються до застосування в Російській Федерації. Офіційний інтернет-портал правової інформації. Дата звернення 19 березня 2018.
- CODATA Value: Avogadro constant
- CODATA Value: molar volume of ideal gas (273,15 K, 101,325 kPa)
- 1 2 On the possible future revision of the International System of Units, the SI (англ.) Резолюція 1 XXIV Генеральної конференції з мір та ваг (2011)
- Towards the «New SI» … (англ.) На сайті Міжнародного бюро мір і ваг
- On the future revision of the International System of Units, the SI (англ.). Resolution 1 of the 25th CGPM (2014 року). BIPM. Дата обігу 9 жовтня 2015.
- Why change the SI? (Англ.) На сайті Міжнародного бюро мір і ваг
- What Is Mole Day? (Англ.) На сайті National Mole Day Foundation, Inc.
Читайте також:
Відмінювання іменників по падежамВ російській мові існує шість відмінків – один прямий (називний) і п'ять …
Освітні паблік Ravesli – паблік цього блогу. Все найцікавіше і корисне зі сфери IT, …
Осінь славиться яблуками, і господині із задоволенням готують яблучні страви. Найпопулярніше з них – …