14 группа
Углеродная группа. Включает основу органической химии, кремний для электроники и тяжёлые металлы.
C
Углерод
C · Z = 6
3D-ампула с образцом углерода
Стеклянная ампула с образцом углерода. Перетащите, чтобы наклонить — содержимое «оседает» вниз.
Ампула вращается сама; мышью можно наклонить и приблизить.
Интересный факт
Алмаз и графит — две формы одного элемента.
Нерадиоактивный
У элемента есть стабильные изотопы или он считается стабильным в школьной таблице.
Происхождение
Встречается в природе
Элемент встречается в природе — в минералах, рудах, воде или атмосфере, в заметных количествах или как стабильный изотоп.
Встречается в природе в заметных количествах или как стабильный изотоп.
Биография элемента
Углерода
Углерод, С (лат. carboneum) — это шестой элемент IVA группы Периодической таблицы Д. И. Менделеева. На его внешнем электронном уровне находятся 4 валентных электрона, позволяющих углероду проявлять валентность равную четырем для формирования ковалентных связей.
На основе способности углерода образовывать полимерные цепочки выделен огромный класс соединений, называемых органическими. Органические вещества являются предметом изучения органической химии.
История
Еще издавна углерод в виде древесного угля применялся в качестве восстановителя при выплавке металлов. Данная способность в XVII—XVIII вв. объяснялась существовавшей тогда теорией флогистона, признающей существование некого вещества, улетучивающегося в процессе горения. Со временем ученые стали понимать, что уголь является элементарным веществом, а в 1791 г. английский химик С. Теннант с помощью пропускания паров фосфора над прокаленным мелом смог получить фосфат кальция и свободный углерод.
Физические и химические свойства
В природе углерод встречается в виде стабильных изотопов 12 C (98,93%) и 13 C (1,07%) и радиоактивного изотопа 14 C, образуемый при действии на ядра азота космических лучей. Кроме того, существует множество аллотропных модификаций углерода с разнообразными физическими свойствами. Самыми известными кристаллическими представителями являются алмаз, графит и фуллерен, а аморфными — различные разновидности угля, кокс, сажа.
Сам по себе углерод при обычных температурах химически инертен, однако с повышением температуры может реагировать со многими элементами, проявляя тем самым сильные восстановительные свойства. В ряду углерод-графит-алмаз снижается химическая активность форм углерода. Реакции со сложными веществами характеризуются образованием оксидов углерода II или IV и находят широкое применение в промышленности (например, металлургии) для получения металлов, синтез газа, карбидов и проч.
Применение
Область применения форм углерода напрямую зависит от их свойств. Так, из-за своей мягкости графит широко применяется при производстве карандашей, электродов ввиду электропроводности, а высокая температура плавления позволяет использовать графит в качестве смазки в области слишком низких или высоких температур, делать тигли для заливки металлов. Алмаз из-за исключительной твердости (10 по шкале Мооса) нашел применение в виде абразивного материала, а также в ювелирном деле. Исключительная теплороводность позволила использовать алмаз в качестве материала полупроводниковой технике.
Широкий спектр соединений углерода применяется в медицине и фармакологии как детоксицирующий агент (активированный уголь), мазь для лечения кожных заболеваний (с добавлением графита) и предмет для научного исследования (радиоуглеродный анализ), а также при производстве стали, чугуна.
Углерод в составе ископаемого угля и углеводородов (нефть, природный газ) является одним из важнейших источников энергии для человечества, а продукты переработки нефти используются повсеместно в качестве топлива.
На основе способности углерода образовывать полимерные цепочки выделен огромный класс соединений, называемых органическими. Органические вещества являются предметом изучения органической химии.
История
Еще издавна углерод в виде древесного угля применялся в качестве восстановителя при выплавке металлов. Данная способность в XVII—XVIII вв. объяснялась существовавшей тогда теорией флогистона, признающей существование некого вещества, улетучивающегося в процессе горения. Со временем ученые стали понимать, что уголь является элементарным веществом, а в 1791 г. английский химик С. Теннант с помощью пропускания паров фосфора над прокаленным мелом смог получить фосфат кальция и свободный углерод.
Физические и химические свойства
В природе углерод встречается в виде стабильных изотопов 12 C (98,93%) и 13 C (1,07%) и радиоактивного изотопа 14 C, образуемый при действии на ядра азота космических лучей. Кроме того, существует множество аллотропных модификаций углерода с разнообразными физическими свойствами. Самыми известными кристаллическими представителями являются алмаз, графит и фуллерен, а аморфными — различные разновидности угля, кокс, сажа.
Сам по себе углерод при обычных температурах химически инертен, однако с повышением температуры может реагировать со многими элементами, проявляя тем самым сильные восстановительные свойства. В ряду углерод-графит-алмаз снижается химическая активность форм углерода. Реакции со сложными веществами характеризуются образованием оксидов углерода II или IV и находят широкое применение в промышленности (например, металлургии) для получения металлов, синтез газа, карбидов и проч.
Применение
Область применения форм углерода напрямую зависит от их свойств. Так, из-за своей мягкости графит широко применяется при производстве карандашей, электродов ввиду электропроводности, а высокая температура плавления позволяет использовать графит в качестве смазки в области слишком низких или высоких температур, делать тигли для заливки металлов. Алмаз из-за исключительной твердости (10 по шкале Мооса) нашел применение в виде абразивного материала, а также в ювелирном деле. Исключительная теплороводность позволила использовать алмаз в качестве материала полупроводниковой технике.
Широкий спектр соединений углерода применяется в медицине и фармакологии как детоксицирующий агент (активированный уголь), мазь для лечения кожных заболеваний (с добавлением графита) и предмет для научного исследования (радиоуглеродный анализ), а также при производстве стали, чугуна.
Углерод в составе ископаемого угля и углеводородов (нефть, природный газ) является одним из важнейших источников энергии для человечества, а продукты переработки нефти используются повсеместно в качестве топлива.
Свойства элемента
- Атомная масса
- 12,0110 u
- Категория
- Полиатомный неметалл
- Период / группа
- 2 / 14
- Фаза (н. у.)
- Твёрдое тело
- Плотность
- 1,821 г/см³
- Электронная конфигурация
1s2 2s2 2p2
Соединения с углеродом
-
C
Углерод
Чистое вещество — углерод (C).
C
-
CaCO3
Кальцит (мел)
Основной минерал известняка и мела.
C
O
Ca
-
NaHCO3
Пищевая сода
Слабая щёлочь; разрыхлитель и антацид.
H
C
O
Na
-
Na2CO3
Кальцинированная сода
Щёлочная соль; стекло и мыло.
C
O
Na
-
CO2
Углекислый газ
Продукт дыхания и горения; газ в напитках.
C
O
-
CO
Угарный газ
Токсичный газ неполного сгорания.
C
O
-
CH4
Метан
Основной компонент природного газа.
H
C
-
C2H5OH
Этанол
Спирт; растворитель и топливная добавка.
H
C
O
-
C3H6O
Ацетон
Полярный растворитель; органический растворитель.
H
C
O
-
C6H12O6
Глюкоза
Простой сахар; источник энергии.
H
C
O
-
C12H22O11
Сахароза
Столовый сахар из тростника или свёклы.
H
C
O
-
C6H6
Бензол
Ароматический углеводород; сырьё органики.
H
C
-
Li2CO3
Карбонат лития
Сырьё для литиевых батарей.
Li
C
O
-
K2CO3
Карбонат калия
Поташ; стекло и мыло.
C
O
K
-
MgCO3
Карбонат магния
Магнезит.
C
O
Mg
-
SrCO3
Карбонат стронция
Пиротехника.
C
O
Sr
-
BaCO3
Карбонат бария
Стекло и керамика.
C
O
Ba
-
CH3COOH
Уксусная кислота
Слабая органическая кислота.
H
C
O
-
CH3COCH3
Ацетон
Растворитель; органическая химия.
H
C
O
-
CH3OH
Метанол
Древесный спирт; растворитель.
H
C
O
-
C2H6
Этан
Газ; компонент природного газа.
H
C
-
C2H4
Этилен
Алкен; полимеризация.
H
C
-
C2H2
Ацетилен
Газ для сварки.
H
C
-
C3H8
Пропан
Сжиженный газ.
H
C
-
C4H10
Бутан
Газ в зажигалках.
H
C
-
C6H5OH
Фенол
Ароматический спирт; антисептик.
H
C
O
-
C6H5COOH
Бензойная кислота
Консервант и реактив.
H
C
O
-
C6H5NH2
Анилин
Аминобензол; красители.
H
C
N
-
C6H5NO2
Нитробензол
Промежуточный продукт синтеза.
H
C
N
O
-
C6H5Cl
Хлорбензол
Ароматический галогенпроизводный.
H
C
Cl
-
C2H5OC2H5
Диэтиловый эфир
Анестетик и растворитель.
H
C
O
-
CH3OCH3
Диметиловый эфир
Газ-аэрозоль; растворитель.
H
C
O
-
CH3COOCH3
Метилацетат
Летучий эфир; растворитель.
H
C
O
-
CH3COOC2H5
Этилацетат
Растворитель лаков.
H
C
O
-
CH3COONa
Ацетат натрия
Соль уксусной кислоты.
H
C
O
Na
-
CH3COOK
Ацетат калия
Соль уксусной кислоты.
H
C
O
K
-
CH3NH2
Метиламин
Простейший амин.
H
C
N
-
C2H5NH2
Этиламин
Амин; органический синтез.
H
C
N
-
C6H12N4
Гексаметилентетрамин
Уротропин; твердое топливо.
H
C
N
-
C6H5CH3
Толуол
Ароматический растворитель.
H
C
-
C6H4(CH3)2
Ксилол
Растворитель красок.
H
C
-
C10H8
Нафталин
Ароматический углеводород.
H
C
-
CCl4
Четыреххлористый углерод
Растворитель (исторически).
C
Cl
-
CHCl3
Хлороформ
Галогеналкан; растворитель.
H
C
Cl
-
CH2Cl2
Дихлорметан
Растворитель в лаборатории.
H
C
Cl
-
CH3Cl
Хлорметан
Галогенпроизводный метана.
H
C
Cl
-
CF4
Тетрафторметан
Фторуглерод; хладагент.
C
F
-
CaMg(CO3)2
Доломит
Карбонатный минерал кальция и магния.
C
O
Mg
Ca
-
MnCO3
Родохрозит
Карбонат марганца розового цвета.
C
O
Mn
-
K4[Fe(CN)6]
Жёлтая кровяная соль
Гексацианоферрат(II) калия; комплексная соль.
C
N
K
Fe
-
K3[Fe(CN)6]
Красная кровяная соль
Гексацианоферрат(III) калия; аналитический реактив.
C
N
K
Fe
-
Fe4[Fe(CN)6]3
Берлинская лазурь
Синий железоцианидный пигмент.
C
N
Fe
-
Na2[Fe(CN)5NO]
Нитропруссид натрия
Комплекс железа; аналитика и медицина.
C
N
O
Na
Fe
-
Ni(CO)4
Тетракарбонил никеля
Летучий карбонильный комплекс никеля.
C
O
Ni
-
Fe(CO)5
Пентакарбонил железа
Карбонильный комплекс железа.
C
O
Fe
-
Cr(CO)6
Гексакарбонил хрома
Карбонильный комплекс хрома.
C
O
Cr
-
Mo(CO)6
Гексакарбонил молибдена
Карбонильный комплекс молибдена.
C
O
Mo
-
W(CO)6
Гексакарбонил вольфрама
Карбонильный комплекс вольфрама.
C
O
W
-
Na2CO3·10H2O
Кристаллическая сода
Декагидрат карбоната натрия.
H
C
O
Na
-
H2CO3
Угольная кислота
Кислота газированной воды.
H
C
O
-
HCN
Синильная кислота
Летучая токсичная кислота.
H
C
N
-
HSCN
Роданистоводородная кислота
Кислота тиоцианатов.
H
C
N
S
-
H2C2O4
Щавелевая кислота
Двухосновная органическая кислота.
H
C
O
-
C6H8O7
Лимонная кислота
Пищевая кислота цитрусовых.
H
C
O
-
C4H6O6
Винная кислота
Кислота винограда и винного камня.
H
C
O
-
C3H6O3
Молочная кислота
Кислота молочнокислого брожения.
H
C
O
-
C8H10N4O2
Кофеин
Алкалоид кофе, чая и какао.
H
C
N
O
-
C8H10N4O2
Теин
То же вещество, что кофеин, когда его выделяют из чая; часто ищут как «тетин».
H
C
N
O
-
C7H8N4O2
Теобромин
Алкалоид какао-бобов и шоколада.
H
C
N
O
-
C7H8N4O2
Теофиллин
Пуриновый алкалоид чайного листа; изомер теобромина.
H
C
N
O
-
C10H14N2
Никотин
Алкалоид растений табака.
H
C
N
-
C55H72MgN4O5
Хлорофилл a
Главный зелёный пигмент фотосинтеза у растений и водорослей.
H
C
N
O
Mg
-
C55H70MgN4O6
Хлорофилл b
Вспомогательный зелёный пигмент фотосинтеза у высших растений.
H
C
N
O
Mg
-
C55H72MgN4O5+C55H70MgN4O6
Хлорофилл
Смесь зелёных магнийсодержащих пигментов растений.
H
C
N
O
Mg
-
C40H56
Бета-каротин
Оранжевый каротиноид моркови и провитамин A.
H
C
-
C40H56
Ликопин
Красный каротиноид томатов и арбуза.
H
C
-
C15H11O6
Антоцианидин
Основа красно-фиолетовых растительных пигментов.
H
C
O
-
C76H52O46
Танин
Дубильное растительное вещество; смесь близких полифенолов.
H
C
O
-
C20H30O
Ретинол
Витамин A; жирорастворимое органическое вещество.
H
C
O
-
C6H8O6
Аскорбиновая кислота
Витамин C и восстановитель.
H
C
O
-
C29H50O2
Альфа-токоферол
Одна из основных форм витамина E.
H
C
O
-
C27H44O
Холестерин
Стерол клеточных мембран животных.
H
C
O
-
C10H20O
Ментол
Терпеноид мяты с охлаждающим запахом.
H
C
O
-
C10H16
Лимонен
Цитрусовый терпен эфирных масел.
H
C
-
C8H8O3
Ванилин
Ароматическое вещество ванили.
H
C
O
-
C9H8O4
Салициловая кислота
Растительный фенольный метаболит и предшественник аспирина.
H
C
O
-
C9H8O4
Аспирин
Ацетилсалициловая кислота.
H
C
O
-
C8H9NO2
Парацетамол
Обезболивающее и жаропонижающее средство.
H
C
N
O
-
C17H19NO3
Морфин
Сложный природный алкалоид.
H
C
N
O
-
C21H30O2
Тетрагидроканнабинол
Органическое соединение класса каннабиноидов.
H
C
O
-
C20H14O4
Фенолфталеин
Кислотно-основный индикатор.
H
C
O
-
C16H18ClN3S
Метиленовый синий
Синий краситель и индикатор.
H
C
N
S
Cl
-
C20H12O5
Ализарин
Органический краситель.
H
C
O
-
UO2(CH3COO)2
Уранилацетат
Соль уранила и уксусной кислоты.
H
C
O
U
-
Fe+C
Сталь
Сплав железа с углеродом.
C
Fe
-
Fe+Cr+C
Хромистая сталь
Железный сплав с хромом и углеродом.
C
Cr
Fe
-
N2+O2+Ar+CO2
Воздух
Газовая смесь атмосферы Земли.
C
N
O
Ar
-
CH4+C2H6+C3H8+C4H10
Природный газ
Смесь легких углеводородов.
H
C
-
C7H16+C8H18+C9H20
Бензин
Смесь жидких углеводородов топлива.
H
C
-
KNO3+C+S
Чёрный порох
Историческая смесь селитры, угля и серы.
C
N
O
S
K
-
H2O+C8H10N4O2+C6H12O6+C12H22O11
Кофе
Напиток: водный раствор кофеина, сахаров и множества ароматических веществ.
H
C
N
O
-
H2O+C8H10N4O2+C76H52O46+C15H11O6
Чай
Водный настой листьев с теином, танинами и растительными пигментами.
H
C
N
O
-
C55H72MgN4O5+C55H70MgN4O6+C40H56+C15H11O6
Зелёный лист
Природная смесь хлорофиллов, каротиноидов и антоциановых пигментов.
H
C
N
O
Mg
-
C6H12O6+C12H22O11+C6H8O6+C40H56
Фруктовый сок
Смесь воды, сахаров, органических кислот, витаминов и пигментов.
H
C
O
-
C3H5(OOCR)3+C16H32O2+C18H34O2
Растительное масло
Смесь триглицеридов и жирных кислот растительного происхождения.
H
C
O
-
H2O+C12H22O11+C8H10N4O2+C7H8N4O2
Какао-напиток
Смесь воды, сахара, теобромина и небольшого количества кофеина.
H
C
N
O
-
H2O+C12H22O11+C6H8O7+C6H8O6
Лимонад
Кисло-сладкая водная смесь сахара, лимонной и аскорбиновой кислот.
H
C
O
-
H2O+C2H5OH+C4H6O6+C6H12O6
Вино
Раствор этанола, органических кислот, сахаров и ароматических веществ.
H
C
O
-
C6H10O5n
Крахмал
Полисахарид растений; смесь амилозы и амилопектина.
H
C
O
-
C6H10O5n
Целлюлоза
Полисахарид клеточных стенок растений.
H
C
O
-
C9H10O2+C10H12O3+C11H14O4
Лигнин
Сложная природная смесь ароматических полимерных звеньев древесины.
H
C
O
-
C2H5OH+H2O+CH3COOH
Спиртовой уксус
Водная смесь уксусной кислоты и следов этанола.
H
C
O
-
CaCO3+CaMg(CO3)2+SiO2
Мел природный
Осадочная смесь карбонатов кальция, магния и минеральных примесей.
C
O
Mg
Si
Ca
-
SiO2+CaCO3+Al2Si2O5(OH)4
Почва
Сложная смесь минеральных частиц, воды, воздуха и органики.
H
C
O
Al
Si
Ca
-
C6H10O5n+C9H10O2+C10H12O3+H2O
Древесина
Природный композит: целлюлоза, лигнин, гемицеллюлоза и влага.
H
C
O
-
C6H10O5n+C9H10O2+C10H12O3
Древесина сухая
Древесное волокно без влаги: целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза.
H
C
O
-
(C2H4)n+(C8H8)n+(C2H3Cl)n
Пластик
Смесь синтетических полимеров: полиэтилен, полистирол, ПВХ и другие.
H
C
Cl
-
(C2H4)n
Полиэтилен
Пластмасса из полимеризации этилена; пакеты, плёнка и тара.
H
C
-
(C8H8)n
Полистирол
Жёсткий прозрачный или пенопласт; упаковка и теплоизоляция.
H
C
-
(C2H3Cl)n
Поливинилхлорид
ПВХ: трубы, плёнка, профили и кабельная изоляция.
H
C
Cl
-
(C3H6)n
Полипропилен
Термопластик для упаковки, текстиля и деталей.
H
C
-
H2O+C8H10N4O2+C76H52O46
Чёрный чай
Настой ферментированных листьев: теин, танины и ароматические соединения.
H
C
N
O
-
H2O+C8H10N4O2+C55H72MgN4O5
Зелёный чай
Настой неферментированных листьев с теином и хлорофиллом.
H
C
N
O
Mg
-
H2O+C8H10N4O2+C12H22O11
Кофе с молоком
Напиток: кофеин, сахара и белки молока в водном растворе.
H
C
N
O
-
H2O+C8H10N4O2
Эспрессо
Концентрированный водный экстракт кофеина и ароматических веществ.
H
C
N
O
-
SiC
Карбид кремния
Очень твердая керамика и силовой полупроводник.
C
Si
-
WC
Карбид вольфрама
Сверхтвердый материал для режущего инструмента.
C
W
-
TiC
Карбид титана
Твердая керамика и покрытие инструмента.
C
Ti
-
TaC
Карбид тантала
Тугоплавкая сверхтвердая керамика.
C
Ta
-
ZrC
Карбид циркония
Тугоплавкий карбид для высоких температур.
C
Zr
-
HfC
Карбид гафния
Один из самых тугоплавких карбидов.
C
Hf