Вуглець

1. Поширення в природі.

2. Фізичні й хімічні властивості.

3. Народногосподарське значення.

4. Карбон в організмі.

ПОШИРЕННЯ В ПРИРОДІ

Карбон (лат. Carboneum, C) — хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва. Відомі два стабільні ізотопи І2С (98,892 %) і ІЗС (1,108 %).

Вуглець відомий із глибокої давнини. Деревне вугілля служило для віднов­лення металів із руд, алмаз — як дорогоцінний камінь. Значно пізніше почав застосовуватися графіт для виготовлення тиглів та олівців.

У 1778 p. K. Шеєле, нагріваючи графіт із селітрою, виявив, що при цьому, як і при нагріванні вугілля із селітрою, виділяється вуглекислий газ. Хімічний склад алмаза був встановлений у результаті дослідів А. Лавуазьє (1772) із ви­вчення горіння алмаза на повітрі й у результаті досліджень С. Теннанта (1797), який довів, що однакові кількості алмаза й вугілля дають при окисненні рівні кількості вуглекислого газу. Карбон як хімічний елемент був виз­наний тільки в 1789 р. А. Лавуазьє. Латинську назву carboneim Карбон отри­мав від carbo — вугілля.

Середній вміст Карбону в земній корі складає 2,3 • 10-2 % за масою. Кар­бон накопичується у верхній частині земної кори (біосфері): у живій речовині 18 % Карбону, у деревині — 50 %, у кам'яному вугіллі — 80 %, у нафті — 85 % в антрациті — 96 %. Значна частина Карбону літосфери зосереджена у вап­няках і доломітах.

Число власних мінералів Карбону — 112, винятково велике число органічних сполук Карбону — вуглеводні й їхні похідні.

З накопиченням Карбону в земній корі пов'язані нагромадження і багатьох інших елементів, що сорбуються органічною речовиною й осаджуються у виг­ляді нерозчинних карбонатів і т. ін.

У порівнянні із середнім умістом Карбону в земній корі, людство у винятко­во великих кількостях видобуває Карбон із надр (вугілля, нафта, природний газ), тому що ці копалини — основні сучасні джерела енергії.

Карбон широко розповсюджений також у космосі; на Сонці він займає чет­верте місце після Гідрогену, Гелію й Кисню.

ФІЗИЧНІ Й ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Відомі чотири кристалічні модифікації вуглецю: графіт, алмаз, карбін і лонсдейліт.

Графіт — сіро-чорна, непрозора, жирна на дотик, дуже м'яка маса з метале­вим блиском.

Алмаз — дуже тверда кристалічна речовина. Кристали мають кубічну гра-нецентровану решітку (А = 3,560Е). Помітне перетворення алмаза на графіт спостерігається при температурах понад 1 400 °С у вакуумі або в інертній ат­мосфері. При атмосферному тиску й температурі близько 3 700 °С графіт ви­паровується.

Рідкий вуглець можна отримати при тиску вищому за 103 МПа, і темпера­турах вищих за 3 700 °С. Для твердого вуглецю (кокс, сажа, деревне вугілля) характерним є також стан із неупорядкованою структурою — «аморфний» вуглець, який не являє собою самостійної модифікації; в основі його будови лежить структура дрібнокристалічного графіту. Нагрівання деяких різновидів «аморфного» вуглецю вище за 1 500—1 600 °С без доступу повітря викликає їхнє перетворення на графіт. Фізичні властивості «аморфного» вуглецю дуже сильно залежать від дисперсності частинок і наявності домішок. Густина, те­плоємність, теплопровідність і електропровідність «аморфного» вуглецю зав­жди вища, ніж графіту.