الكتلة المولية لثاني أكسيد الكربون. خصائص عنصر الكربون والخواص الكيميائية الخواص الكيميائية والبيولوجية لثاني أكسيد الكربون

الكربون (الإنجليزية الكربون، الكربون الفرنسي، الألمانية Kohlenstoff) في شكل الفحم والسخام والسخام معروف للبشرية منذ زمن سحيق؛ منذ حوالي 100 ألف عام، عندما أتقن أسلافنا النار، كانوا يتعاملون مع الفحم والسخام كل يوم. ربما، أصبح الناس مبكرا جدا على دراية بالتعديلات المتآصلة للكربون - الماس والجرافيت، وكذلك الفحم الأحفوري. وليس من المستغرب أن يكون احتراق المواد المحتوية على الكربون من أولى العمليات الكيميائية التي اهتم بها الإنسان. وبما أن المادة المحترقة تختفي عند استهلاكها بالنار، فقد اعتبر الاحتراق عملية تحلل للمادة، وبالتالي لم يعتبر الفحم (أو الكربون) عنصرا. وكان العنصر هو النار، وهي ظاهرة مصاحبة للاحتراق؛ في التعاليم القديمة حول العناصر، تظهر النار عادةً كأحد العناصر. في مطلع القرنين السابع عشر والثامن عشر. نشأت نظرية الفلوجستون، التي طرحها بيشر وستال. اعترفت هذه النظرية بوجود مادة أولية خاصة في كل جسم قابل للاحتراق - سائل عديم الوزن - الفلوجستون، والذي يتبخر أثناء عملية الاحتراق. نظرًا لأنه عند حرق كمية كبيرة من الفحم، لا يتبقى سوى القليل من الرماد، فقد اعتقد علماء اللاهوت أن الفحم كان فلاهستونًا نقيًا تقريبًا. وهذا ما يفسر، على وجه الخصوص، تأثير الفحم "الفلوجيستيكي" - قدرته على استعادة المعادن من "الجير" والخامات. في وقت لاحق، بدأ علم اللاهوت، ريومور، بيرجمان وآخرون، في فهم أن الفحم مادة أولية. ومع ذلك، تم التعرف على "الفحم النظيف" لأول مرة على هذا النحو من قبل لافوازييه، الذي درس عملية احتراق الفحم والمواد الأخرى في الهواء والأكسجين. في كتاب جيتون دي مورفو ولافوازييه وبرتولت وفوركروا "طريقة التسميات الكيميائية"(1787) ظهر اسم "الكربون" (carbone) بدلاً من "الفحم النقي" الفرنسي (charbonepur). وتحت نفس الاسم، يظهر الكربون في "جدول الأجسام البسيطة" في "كتاب الكيمياء الابتدائي" لافوازييه. في عام 1791، كان الكيميائي الإنجليزي تينانت أول من حصل على الكربون الحر، حيث مرر بخار الفوسفور فوق الطباشير المكلس، مما أدى إلى تكوين فوسفات الكالسيوم والكربون. وحقيقة أن الماس يحترق دون بقايا عند تسخينه بقوة كانت معروفة منذ زمن طويل. ". في عام 1751، وافق الملك الفرنسي فرانز الأول على إعطاء الماس والياقوت لتجارب الاحتراق، وبعد ذلك أصبحت هذه التجارب عصرية. واتضح أن الماس فقط هو الذي يحترق، والياقوت (أكسيد الألومنيوم مع خليط من الكروم) يتحمل التسخين لفترة طويلة دون تلف في بؤرة العدسة الحارقة.أجرى لافوازييه تجربة جديدة على حرق الماس باستخدام آلة حارقة كبيرة، وتوصل إلى استنتاج مفاده أن الماس هو كربون بلوري.وقد تم اعتبار التآصل الثاني للكربون - الجرافيت في الفترة الكيميائية بريق الرصاص المعدل وكان يسمى بلومباجو؛ فقط في عام 1740 اكتشف بوت عدم وجود أي شوائب رصاص في الجرافيت. درس شيله الجرافيت (1779)، ونظرًا لكونه عالمًا في علم اللاهوت، فقد اعتبره نوعًا خاصًا من الأجسام الكبريتية، وهو فحم معدني خاص يحتوي على "حمض جوي" مرتبط (CO 2) و عدد كبير مناللاهوب مادة كيميائية.

وبعد عشرين عامًا، قام جيتون دي مورفو بتحويل الماس إلى جرافيت ومن ثم إلى حمض الكربونيك عن طريق التسخين الدقيق.

الاسم الدولي Carboneum يأتي من اللاتينية. كاربو (الفحم). الكلمة جدا الأصل القديم. تتم مقارنته بالكريمار - للحرق؛ تبلد الجذر، كال، غار روسي، غال، غول، اللغة السنسكريتية ستا تعني الغليان، الطهي. ترتبط كلمة "كاربو" بأسماء الكربون في اللغات الأوروبية الأخرى (كربون، شاربون، إلخ). يأتي Kohlenstoff الألماني من Kohle - الفحم (Kolo الألمانية القديمة، Kylla السويدية - للتدفئة). الأوغوراتي الروسية القديمة، أو الأوغاراتي (الحرق، الحرق) لها جذر غار، أو الجبال، مع إمكانية الانتقال إلى غول؛ الفحم في يوغال الروسية القديمة، أو الفحم، من نفس الأصل. كلمة الماس (ديامانتي) تأتي من اليونانية القديمة - غير قابلة للتدمير، لا تنضب، صلبة، والجرافيت من اليونانية - أكتب.

تعريف

أول أكسيد الكربون (الرابع) (ثاني أكسيد الكربون)وهو في الظروف العادية غاز عديم اللون، وأثقل من الهواء، ومستقر حرارياً، وعندما يتم ضغطه وتبريده يتحول بسهولة إلى الحالة السائلة والصلبة ("الثلج الجاف").

يظهر هيكل الجزيء في الشكل. 1. الكثافة - 1.997 جم / لتر. وهو ضعيف الذوبان في الماء، ويتفاعل معه جزئيًا. يظهر الخصائص الحمضية. يتم تقليله بواسطة المعادن النشطة والهيدروجين والكربون.

أرز. 1. هيكل جزيء ثاني أكسيد الكربون.

الصيغة الإجمالية لثاني أكسيد الكربون هي CO 2 . كما هو معروف، فإن الكتلة الجزيئية للجزيء تساوي مجموع الكتل الذرية النسبية للذرات التي يتكون منها الجزيء (نقوم بتقريب قيم الكتل الذرية النسبية المأخوذة من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev إلى أعداد صحيحة ).

السيد(CO 2) = Ar(C) + 2×Ar(O);

السيد(CO2) = 12 + 2×16 = 12 + 32 = 44.

تعريف

الكتلة المولية (م)هي كتلة 1 مول من المادة.

من السهل إظهار أن القيم العددية للكتلة المولية M والكتلة الجزيئية النسبية M r متساوية، ولكن الكمية الأولى لها البعد [M] = g/mol، والثانية بلا أبعاد:

M = N A × m (جزيء واحد) = N A × M r × 1 amu = (N A ×1 amu) × M r = × M r .

هذا يعني انه الكتلة المولية لثاني أكسيد الكربون هي 44 جم / مول.

يمكن تحديد الكتلة المولية لمادة ما في الحالة الغازية باستخدام مفهوم الحجم المولي. للقيام بذلك، أوجد الحجم الذي تشغله كتلة معينة من مادة معينة في الظروف العادية، ثم احسب كتلة 22.4 لترًا من هذه المادة في الظروف نفسها.

ولتحقيق هذا الهدف (حساب الكتلة المولية) يمكن استخدام معادلة حالة الغاز المثالي (معادلة مندليف-كلابيرون):

حيث p هو ضغط الغاز (Pa)، V هو حجم الغاز (m 3)، m هي كتلة المادة (g)، M هي الكتلة المولية للمادة (g/mol)، T - درجة الحرارة المطلقة(K)، R - ثابت الغاز العالمي يساوي 8.314 J/(mol×K).

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	اكتب صيغة مركب النحاس والأكسجين إذا كانت نسبة كتلة العناصر الموجودة فيه هي m(Cu) : m(O) = 4:1.
حل	لنجد الكتل المولية للنحاس والأكسجين (سنقوم بتقريب قيم الكتل الذرية النسبية المأخوذة من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev إلى الأعداد الصحيحة). من المعروف أن M = Mr، مما يعني M(Cu) = 64 جم/مول، وM(O) = 16 جم/مول. ن (النحاس) = م (النحاس) / م (النحاس)؛ n(Cu) = 4 / 64 = 0.0625 مول. ن (س) = م (س) / م (س)؛ ن(O) = 1/16 = 0.0625 مول. لنجد النسبة المولية: ن(النحاس) :ن(س) = 0.0625: 0.0625 = 1:1، أولئك. صيغة مركب النحاس والأكسجين هي CuO. إنه أكسيد النحاس (II).
إجابة	النحاس

مثال 2

يمارس	اكتب صيغة مركب الحديد والكبريت إذا كانت نسبة كتلة العناصر الموجودة فيه هي m(Fe):m(S) = 7:4.
حل	من أجل معرفة العلاقات التي توجد بها العناصر الكيميائية في الجزيء، من الضروري العثور على كمية المادة الخاصة بها. من المعروف أنه للعثور على كمية المادة يجب استخدام الصيغة: دعونا نجد الكتل المولية للحديد والكبريت (يتم تقريب قيم الكتل الذرية النسبية المأخوذة من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev إلى أرقام صحيحة). ومن المعروف أن M = السيد، مما يعني M(S) = 32 جم/مول، وM(Fe) = 56 جم/مول. إذن فإن كمية مادة هذه العناصر تساوي: ن(س) = م(س)/م(س)؛ n(S) = 4 / 32 = 0.125 مول. ن (الحديد) = م (الحديد) / م (الحديد)؛ ن (الحديد) = 7/56 = 0.125 مول. لنجد النسبة المولية: ن(الحديد) :ن(S) = 0.125: 0.125 = 1:1، أولئك. صيغة مركب النحاس والأكسجين هي FeS. وهو كبريتيد الحديد (II).
إجابة	فاس

الكربون C هو رقم 6 في الجدول الدوري الناس البدائيونلاحظت أنه بعد حرق الخشب يتكون الفحم الذي يمكن استخدامه في الرسم على جدران الكهف. كجزء من أي مركبات العضويةهناك الكربون. إن أكثر تعديلين متآصلين تمت دراستهما للكربون هما الجرافيت والماس.

الكربون في الكيمياء العضوية

يحتل الكربون مكانة خاصة في الجدول الدوري. نظرًا لبنيتها، فإنها تشكل سلاسل طويلة من الروابط ذات البنية الخطية أو الدورية. هناك أكثر من 10 مليون مركب عضوي معروف. على الرغم من تنوعها، في الهواء وتحت تأثير درجة الحرارة، فإنها ستتحول دائمًا إلى ثاني أكسيد الكربون و.

دور الكربون في حياتنا الحياة اليوميةضخم. وبدون ثاني أكسيد الكربون، لن تحدث عملية التمثيل الضوئي، وهي إحدى العمليات البيولوجية الرئيسية.

تطبيق الكربون

يستخدم الكربون على نطاق واسع في الطب لإنتاج الأدوية العضوية المختلفة. تسمح نظائر الكربون بالتأريخ بالكربون المشع. بدون الكربون، لا يمكن لصناعة المعادن أن تعمل. يعمل الفحم المحروق في غلايات الانحلال الحراري للوقود الصلب كمصدر للطاقة. في صناعة تكرير النفط، يتم إنتاج البنزين ووقود الديزل من مركبات الكربون العضوية. هناك حاجة إلى الكثير من الكربون لإنتاج السكر. كما أنه يستخدم في تركيب المركبات العضوية المهمة لجميع مجالات الحياة اليومية.

كربون(الكربونيوم باللاتينية)، C، العنصر الكيميائي للمجموعة الرابعة الجدول الدوريمندليف، العدد الذري 6، الكتلة الذرية 12.011. هناك نظيران مستقران معروفان: 12C (98.892%) و13C (1.108%). من بين النظائر المشعة، أهمها 14 درجة مئوية مع عمر النصف (T EQ f (1; 2) = 5.6 × 10 3 سنوات). تتشكل باستمرار كميات صغيرة من 14C (حوالي 2×10 -10% من الكتلة) في الطبقات العليا من الغلاف الجوي تحت تأثير نيوترونات الإشعاع الكوني على نظير النيتروجين 14N. النشاط المحدد لنظير 14C في المخلفات من أصل حيوي يحدد عمرهم. 14 C يستخدم على نطاق واسع تتبع النظائر.

مرجع تاريخي. دبليو معروف منذ ذلك الحين العصور القديمة. يعمل الفحم على استعادة المعادن من الخامات والماس كحجر كريم. وبعد ذلك بكثير، بدأ استخدام الجرافيت في صناعة البوتقات وأقلام الرصاص.

في عام 1778 ك. شيلي، تسخين الجرافيت بالملح الصخري، اكتشف أنه في هذه الحالة، كما هو الحال عند تسخين الفحم بالملح الصخري، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون. التركيب الكيميائيتم إنشاء الماس نتيجة للتجارب التي أجراها أ. لافوازييه(1772) عن دراسة احتراق الماس في الهواء وبحث س. تينانت(1797)، الذي أثبت أن الكميات المتساوية من الماس والفحم تنتج كميات متساوية من ثاني أكسيد الكربون أثناء الأكسدة. تم التعرف على U. كعنصر كيميائي في عام 1789 من قبل لافوازييه. حصل U. على الاسم اللاتيني كاربونيوم من كاربو - الفحم.

التوزيع في الطبيعة. متوسط ​​محتوى U في قشرة الأرض 2.3×10 -2% بالوزن (1×10 -2 في فوق الأساسي، 1×10 -2 - في الأساسي، 2×10 -2 - في المتوسط، 3×10 -2 - الخامسصخور حمضية). يتراكم U. في الجزء العلوي من قشرة الأرض (المحيط الحيوي): في المادة الحية 18% U.، الخشب 50%، الفحم 80%، النفط 85%، الجمرة الخبيثة 96%. يتركز جزء كبير من الغلاف الصخري الأمريكي في الحجر الجيري والدولوميت.

عدد المعادن الخاصة بـ U. هو 112؛ عدد المركبات العضوية من الهيدروكربونات ومشتقاتها كبير بشكل استثنائي.

ويرتبط تراكم الكربون في القشرة الأرضية بتراكم العديد من العناصر الأخرى التي تمتصها المادة العضوية وتترسب على شكل كربونات غير قابلة للذوبان وغيرها. يلعب ثاني أكسيد الكربون وحمض الكربونيك دورًا جيوكيميائيًا رئيسيًا في القشرة الأرضية. يتم إطلاق كمية هائلة من ثاني أكسيد الكربون أثناء النشاط البركاني - وكان في تاريخ الأرض المصدر الرئيسي لثاني أكسيد الكربون في المحيط الحيوي.

وبالمقارنة مع متوسط ​​محتوى القشرة الأرضية، تستخرج البشرية اليورانيوم من باطن الأرض (الفحم والنفط والغاز الطبيعي) بكميات كبيرة بشكل استثنائي، حيث أن هذه المعادن هي المصدر الرئيسي للطاقة.

تعتبر دورة الكربون ذات أهمية جيوكيميائية كبيرة (انظر أدناه قسم الكربون في الجسم والفن. دورة المواد).

U. منتشر أيضًا في الفضاء. أما بالنسبة للشمس فيحتل المرتبة الرابعة بعد الهيدروجين والهيليوم والأكسجين.

الفيزياء و الخواص الكيميائية. هناك أربعة تعديلات بلورية معروفة للكربون: الجرافيت، والماس، والكاربين، واللونسداليت. الجرافيت عبارة عن كتلة رمادية-سوداء، غير شفافة، دهنية الملمس، متقشرة، كتلة ناعمة جدًا ذات لمعان معدني. مصنوعة من بلورات ذات بنية سداسية: a=2.462Å، c=6.701Å. عند درجة حرارة الغرفة والضغط الطبيعي (0.1 من / م 2،أو 1 كجم ق / سم 2) الجرافيت مستقر ديناميكيًا حراريًا. الماس مادة بلورية صلبة للغاية. تحتوي البلورات على شبكة مكعبة مركزية الوجه: أ = 3.560 أنجستروم. في درجة حرارة الغرفة والضغط الطبيعي، يكون الماس شبه مستقر (لمزيد من التفاصيل حول بنية وخصائص الماس والجرافيت، راجع المقالات ذات الصلة). ويلاحظ تحول ملحوظ للماس إلى الجرافيت عند درجات حرارة أعلى من 1400 درجة مئوية في الفراغ أو في جو خامل. عند الضغط الجوي ودرجة الحرارة حوالي 3700 درجة مئوية، يتصاعد الجرافيت. يمكن الحصول على السائل U. عند ضغوط أعلى من 10.5 من / م 2(105 كجم ق / سم 2) ودرجات حرارة أعلى من 3700 درجة مئوية. من أجل الصعب U.( فحم الكوك, سخام, فحم) تتميز أيضًا الحالة ذات البنية المضطربة - ما يسمى بالكربون "غير المتبلور" ، والذي لا يمثل تعديلاً مستقلاً ؛ يعتمد هيكلها على هيكل الجرافيت البلوري الدقيق. تسخين بعض أصناف الكربون "غير المتبلور" فوق 1500-1600 درجة مئوية دون الوصول إلى الهواء يؤدي إلى تحولها إلى جرافيت. الخصائص الفيزيائية"غير متبلور" U. يعتمد إلى حد كبير على تشتت الجزيئات ووجود الشوائب. إن الكثافة والسعة الحرارية والتوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي للكربون "غير المتبلور" تكون دائمًا أعلى من تلك الموجودة في الجرافيت. يتم الحصول على كارباين بشكل مصطنع. وهو عبارة عن مسحوق أسود بلوري ناعم (كثافة 1.9-2 جم / سم 3). تتكون من سلاسل طويلة من ذرات الكربون C مرتبة بالتوازي مع بعضها البعض. تم العثور على اللونسداليت في النيازك ويتم الحصول عليه بشكل مصطنع؛ لم يتم تحديد هيكلها وخصائصها بشكل نهائي.

تكوين الغلاف الإلكتروني الخارجي لذرة U. 2س 2 2ص 2 . U. يتميز بتكوين أربعة الروابط التساهمية، الناجم عن إثارة غلاف الإلكترون الخارجي إلى الحالة 2 sp3.ولذلك، فإن الكربون قادر بنفس القدر على جذب الإلكترونات والتبرع بها. الرابطة الكيميائيةيمكن أن يتم من خلال س 3 -، س 2 -و sp- المدارات الهجينة، التي تتوافق مع أرقام التنسيق 4 و 3 و 2. عدد إلكترونات التكافؤ للإلكترون وعدد مدارات التكافؤ متساويان؛ وهذا هو أحد أسباب استقرار الرابطة بين ذرات U.

إن القدرة الفريدة لذرات اليورانيوم على الارتباط مع بعضها البعض لتكوين سلاسل ودورات قوية وطويلة أدت إلى ظهور عدد هائل من مركبات اليورانيوم المختلفة قيد الدراسة. الكيمياء العضوية .

في المركبات، يُظهر اليورانيوم حالة أكسدة تبلغ -4؛ +2؛ +4. نصف القطر الذري 0.77 أنجستروم، ونصف القطر التساهمي 0.77 أنجستروم، 0.67 أنجستروم، 0.60 أنجستروم، على التوالي، في روابط مفردة ومزدوجة وثلاثية؛ نصف القطر الأيوني ج4- 2.60 أنجليزي، C 4+ 0.20 أنجستروم. في الظروف العادية، يكون اليورانيوم خاملًا كيميائيًا، وفي درجات حرارة عالية يتحد مع العديد من العناصر، ويظهر قوته الخصائص التصالحية. يتناقص النشاط الكيميائي بالترتيب التالي: الكربون "غير المتبلور"، الجرافيت، الماس؛ يحدث التفاعل مع الأكسجين الجوي (الاحتراق) على التوالي عند درجات حرارة أعلى من 300-500 درجة مئوية، 600-700 درجة مئوية و850-1000 درجة مئوية مع تكوين ثاني أكسيد الكربون CO 2 وأول أكسيد الكربون CO.

يذوب ثاني أكسيد الكربون في الماء ليتكون حمض الكربونيك . في عام 1906 م. ديلزتلقى تحت أكسيد U. C 3 O 2. جميع أشكال اليورانيوم مقاومة للقلويات والأحماض وتتأكسد ببطء فقط بواسطة عوامل مؤكسدة قوية جدًا (خليط الكروم، خليط من HNO 3 المركز وKClO 3، وما إلى ذلك). "غير متبلور" U. يتفاعل مع الفلور في درجة حرارة الغرفة، والجرافيت والماس - عند تسخينه. يحدث الاتصال المباشر بين ثاني أكسيد الكربون والكلور في قوس كهربائي؛ U. لا يتفاعل مع البروم واليود، وبالتالي فهو متعدد هاليدات الكربونتوليفها بشكل غير مباشر. من أوكسي هاليدات صيغة عامة COX 2 (حيث X عبارة عن هالوجين)، وأشهرها أوكسي كلوريد COCl 2 ( فوسجين). لا يتفاعل الهيدروجين مع الماس؛ يتفاعل مع الجرافيت والكربون "غير المتبلور" عند درجات حرارة عالية في وجود محفزات (Ni, Pt): عند 600-1000 درجة مئوية، يتكون بشكل رئيسي الميثان CH 4، عند 1500-2000 درجة مئوية - الأسيتيلين C 2 H 2 , قد تحتوي المنتجات أيضًا على هيدروكربونات أخرى، على سبيل المثال الإيثان C2H6 , البنزين C6H6. يبدأ تفاعل الكبريت مع الكربون "غير المتبلور" والجرافيت عند درجة حرارة 700-800 درجة مئوية، مع الماس عند درجة حرارة 900-1000 درجة مئوية؛ وفي جميع الحالات يتكون ثاني كبريتيد الكربون CS2. دكتور. يتم الحصول على المركبات المحتوية على الكبريت (ثايوكسيد CS، وثايوكسيد C3S2، وأكسيد الكبريت COS، وثيوفوسجين CSCl 2) بشكل غير مباشر. عندما يتفاعل CS 2 مع كبريتيدات المعادن، يتم تشكيل الثيوكربونات - أملاح حمض الثيوكربونيك الضعيف. يحدث تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع النيتروجين لإنتاج السيانوجين (CN) 2 عندما يتم تمرير تفريغ كهربائي بين أقطاب الكربون في جو من النيتروجين. من بين مركبات الهيدروجين المحتوية على النيتروجين، يعتبر سيانيد الهيدروجين HCN ذو أهمية عملية كبيرة (انظر. حمض الهيدروسيانيك) ومشتقاته العديدة: السيانيد، الهالوجينات، النتريل، إلخ. عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع العديد من المعادن، مما يعطي كربيدات. جميع أشكال الكربون، عند تسخينها، تختزل أكاسيد المعادن لتكوين معادن حرة (Zn، Cd، Cu، Pb، إلخ) أو كربيدات (CaC 2، Mo 2 C، WO، TaC، إلخ). يتفاعل U. عند درجات حرارة أعلى من 600-800 درجة مئوية مع بخار الماء وثاني أكسيد الكربون (انظر. تغويز الوقود). السمة المميزة للجرافيت هي قدرته على التفاعل الفلزات القلويةوتشكل الهاليدات تبديل الاتصالاتاكتب C 8 Me، C 24 Me، C 8 X (حيث X هالوجين، Me معدن). مركبات شوائب الجرافيت مع HNO 3، H 2 SO 4، FeCl 3 وغيرها معروفة (على سبيل المثال، ثنائي كبريتات الجرافيت C 24 SO 4 H 2). جميع أشكال اليورانيوم غير قابلة للذوبان في المذيبات العضوية وغير العضوية العادية، ولكنها تذوب في بعض المعادن المنصهرة (على سبيل المثال، Fe، Ni، Co).

تتحدد الأهمية الاقتصادية الوطنية للطاقة من خلال حقيقة أن أكثر من 90٪ من جميع مصادر الطاقة الأولية المستهلكة في العالم تأتي من مصادر عضوية. وقودوالتي سيستمر دورها المهيمن خلال العقود القادمة، على الرغم من التطوير المكثف للطاقة النووية. يتم استخدام حوالي 10٪ فقط من الوقود المستخرج كمواد خام التوليف العضوي الأساسيو تخليق البتروكيماويات، للحصول على البلاستيكوإلخ.

لتحضير واستخدام U. ومركباته، انظر أيضًا الماس, الجرافيت, فحم الكوك, سخام, الحراريات الكربونية, ثاني أكسيد الكربون, أول أكسيد الكربون, كربونات.

بكالوريوس بوبوفكين.

ش في الجسم. U. هو العنصر الحيوي الأكثر أهمية الذي يشكل أساس الحياة على الأرض، الوحدة الهيكليةعدد هائل من المركبات العضوية التي تدخل في بناء الكائنات الحية وضمان وظائفها الحيوية ( البوليمرات الحيوية، بالإضافة إلى العديد من المواد النشطة بيولوجيًا ذات الجزيئات المنخفضة - الفيتامينات والهرمونات والوسطاء وما إلى ذلك). يتشكل جزء كبير من الطاقة اللازمة للكائنات الحية في الخلايا بسبب أكسدة ثاني أكسيد الكربون، ويعتبر ظهور الحياة على الأرض في العلم الحديثكعملية معقدة لتطور مركبات الكربون (انظر. أصل الحياة).

يرجع الدور الفريد للكربون في الطبيعة الحية إلى خصائصه التي لا يمتلكها في مجملها أي عنصر آخر في النظام الدوري. تتشكل روابط كيميائية قوية بين ذرات الكربون، وكذلك بين الكربون والعناصر الأخرى، والتي يمكن كسرها في ظل ظروف فسيولوجية معتدلة نسبيًا (يمكن أن تكون هذه الروابط مفردة أو مزدوجة أو ثلاثية). إن قدرة الكربون على تكوين أربع روابط تكافؤ مكافئة مع ذرات الكربون الأخرى تجعل من الممكن بناء هياكل كربونية من أنواع مختلفة - خطية، متفرعة، ودورية. ومن الجدير بالملاحظة أن ثلاثة عناصر فقط - C وO وH - تشكل 98% من الكتلة الإجمالية للكائنات الحية. وهذا يحقق كفاءة معينة في الطبيعة الحية: مع التنوع الهيكلي غير المحدود تقريبًا لمركبات الكربون، فإن عددًا صغيرًا من أنواع الروابط الكيميائية يجعل من الممكن تقليل عدد الإنزيمات المطلوبة للتحلل والتخليق بشكل كبير. المواد العضوية. تكمن السمات الهيكلية لذرة الكربون أنواع مختلفة الأيزومريةالمركبات العضوية (تبين أن القدرة على الأيزومرية الضوئية كانت حاسمة في التطور الكيميائي الحيوي للأحماض الأمينية والكربوهيدرات وبعض القلويدات).

وفقًا للفرضية المقبولة عمومًا لـ A.I. أوبارينا، كانت المركبات العضوية الأولى على الأرض ذات أصل حيوي. مصادر الهيدروجين هي الميثان (CH 4) وسيانيد الهيدروجين (HCN)، الموجود في الجو الابتدائيأرض. مع ظهور الحياة، أصبح المصدر الوحيد للكربون غير العضوي، الذي تتشكل منه جميع المواد العضوية في المحيط الحيوي، هو ثاني أكسيد الكربون(CO2) الموجود في الغلاف الجوي، ويذوب أيضاً في المياه الطبيعية على شكل HCO-3. أقوى آلية لاستيعاب (استيعاب) ثاني أكسيد الكربون (على شكل ثاني أكسيد الكربون) - البناء الضوئي- يتم تنفيذه في كل مكان بواسطة النباتات الخضراء (يتم استيعاب حوالي 100 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون سنويًا). توجد على الأرض طريقة أقدم من الناحية التطورية لاستيعاب ثاني أكسيد الكربون عن طريق التركيب الكيميائي; في هذه الحالة، لا تستخدم الكائنات الحية الدقيقة المصنعة كيميائيًا الطاقة المشعة للشمس، بل تستخدم طاقة الأكسدة المركبات غير العضوية. تستهلك معظم الحيوانات اليورانيوم مع غذائها على شكل مركبات عضوية جاهزة. اعتمادا على طريقة استيعاب المركبات العضوية، من المعتاد التمييز الكائنات ذاتية التغذيةو الكائنات غير المتجانسة. استخدام الكائنات الحية الدقيقة للتخليق الحيوي للبروتين والمواد المغذية الأخرى باستخدام U كمصدر وحيد. الهيدروكربوناتيعتبر النفط من أهم المشاكل العلمية والتقنية الحديثة.

محتوى U في الكائنات الحية المحسوبة على أساس المادة الجافة هو: 34.5-40% في النباتات والحيوانات المائية، 45.4-46.5% في النباتات والحيوانات البرية، و54% في البكتيريا. خلال حياة الكائنات الحية، ويرجع ذلك أساسا إلى التنفس الأنسجةيحدث التحلل التأكسدي للمركبات العضوية مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون في البيئة الخارجية. يتم تحرير U. أيضًا كجزء من المنتجات النهائية الأيضية الأكثر تعقيدًا. بعد موت الحيوانات والنباتات، يتحول جزء من الكربون مرة أخرى إلى ثاني أكسيد الكربون نتيجة لعمليات التحلل التي تقوم بها الكائنات الحية الدقيقة. وبهذه الطريقة، تحدث دورة الكربون في الطبيعة (انظر. دورة المواد). يتم تمعدن جزء كبير من اليورانيوم ويشكل رواسب من اليورانيوم الأحفوري: الفحم والنفط والحجر الجيري وما إلى ذلك. بالإضافة إلى وظيفته الرئيسية كمصدر لليورانيوم، يشارك ثاني أكسيد الكربون المذاب في المياه الطبيعية والسوائل البيولوجية في الحفاظ على اليورانيوم. الحموضة المثلى للبيئة لعمليات الحياة. كجزء من CaCO 3، يشكل اليورانيوم الهيكل الخارجي للعديد من اللافقاريات (على سبيل المثال، قذائف الرخويات)، ويوجد أيضًا في المرجان، وقشور بيض الطيور، وما إلى ذلك. مركبات اليورانيوم مثل HCN، CO، CCl 4، التي سادت في المرحلة الأولية الغلاف الجوي للأرض في العصور ما قبل البيولوجية، وفي وقت لاحق، في التقدم التطور البيولوجي، أصبحت قوية مضادات الأيضالاسْتِقْلاب.

بالإضافة إلى نظائر الكربون المستقرة، فإن المادة المشعة 14C منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة (يحتوي جسم الإنسان على حوالي 0.1 ميكروكوري). يرتبط استخدام نظائر اليورانيوم في الأبحاث البيولوجية والطبية بالعديد من الإنجازات الكبرى في دراسة التمثيل الغذائي ودورة اليورانيوم في الطبيعة (انظر تتبع النظائر). وهكذا، بمساعدة علامة الكربون المشع، تم إثبات إمكانية تثبيت H 14 CO - 3 بواسطة النباتات والأنسجة الحيوانية، وتم تحديد تسلسل تفاعلات التمثيل الضوئي، ودراسة استقلاب الأحماض الأمينية، ومسارات التخليق الحيوي للعديد من تم تتبع المركبات النشطة بيولوجيا، الخ. ساهم استخدام 14 درجة مئوية في التقدم في البيولوجيا الجزيئية في دراسة آليات التخليق الحيوي للبروتين ونقل المعلومات الوراثية. إن تحديد النشاط النوعي لـ 14 درجة مئوية في البقايا العضوية المحتوية على الكربون يسمح للمرء بالحكم على عمرها، وهو ما يستخدم في علم الحفريات وعلم الآثار.

إن إن تشيرنوف.

أشعل.:شافرانوفسكي الثاني، ألمازي، م. - إل، 1964؛ Ubbelohde A.R.، Lewis F.A.، الجرافيت ومركباته البلورية، العابرة. من الإنجليزية، م.، 1965؛ ريمي ج.، دورة الكيمياء غير العضوية، العابرة. من الألمانية، المجلد الأول، م، 1972؛ Perelman A.I.، الكيمياء الجيولوجية للعناصر في منطقة فرط التولد، M.، 1972؛ نيكراسوف بي في، الأساسيات كيمياء عامة، الطبعة الثالثة، م، 1973؛ أحمدوف إن إس، الكيمياء غير العضوية، الطبعة الثانية، م، 1975؛ فيرنادسكي في آي، مقالات عن الكيمياء الجيولوجية، الطبعة السادسة، م، 1954؛ Roginsky S.Z.، Shnol S.E.، النظائر في الكيمياء الحيوية، M.، 1963؛ آفاق الكيمياء الحيوية، عبر. من الإنجليزية، م.، 1964؛ مشاكل الكيمياء الحيوية التطورية والتقنية، م.، 1964؛ كالفن م.، التطور الكيميائي، عبر. من الإنجليزية، م.، 1971؛ Löwy A.، Sikiewitz F.، بنية الخلية ووظيفتها، العابرة. من الإنجليزية، 1971، الفصل. 7؛ المحيط الحيوي، عبر. من الإنجليزية، م، 1972.

ثاني أكسيد الكربون، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون - كل هذه أسماء لمادة واحدة معروفة لدينا باسم ثاني أكسيد الكربون. فما هي خصائص هذا الغاز، وما هي مجالات تطبيقه؟

ثاني أكسيد الكربون وخصائصه الفيزيائية

يتكون ثاني أكسيد الكربون من الكربون والأكسجين. تبدو صيغة ثاني أكسيد الكربون كما يلي – CO₂. في الطبيعة، يتم تشكيلها أثناء احتراق أو تحلل المواد العضوية. كما أن محتوى الغاز في الهواء والينابيع المعدنية مرتفع جدًا. بالإضافة إلى ذلك، يصدر البشر والحيوانات أيضًا ثاني أكسيد الكربون عند الزفير.

أرز. 1. جزيء ثاني أكسيد الكربون.

ثاني أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون تمامًا ولا يمكن رؤيته. كما أنه ليس له رائحة. ومع ذلك، مع تركيزات عالية، قد يصاب الشخص بفرط ثنائي أكسيد الكربون في الدم، أي الاختناق. يمكن أن يسبب نقص ثاني أكسيد الكربون أيضًا مشاكل صحية. ونتيجة لنقص هذا الغاز، يمكن أن تتطور الحالة المعاكسة للاختناق - نقص ثنائي أكسيد الكربون في الدم.

إذا وضعت ثاني أكسيد الكربون في ظروف درجة حرارة منخفضة، فإنه عند -72 درجة يتبلور ويصبح مثل الثلج. ولذلك فإن ثاني أكسيد الكربون في الحالة الصلبة يسمى "الثلج الجاف".

أرز. 2. الثلج الجاف – ثاني أكسيد الكربون.

ثاني أكسيد الكربون أكثر كثافة بمقدار 1.5 مرة من الهواء. كثافته 1.98 كجم/م3، والرابطة الكيميائية في جزيء ثاني أكسيد الكربون تساهمية قطبية. وهو قطبي بسبب حقيقة أن الأكسجين له قيمة كهربية أعلى.

من المفاهيم المهمة في دراسة المواد الكتلة الجزيئية والمولية. الكتلة المولية لثاني أكسيد الكربون هي 44. ويتكون هذا الرقم من مجموع الكتل الذرية النسبية للذرات التي يتكون منها الجزيء. يتم أخذ قيم الكتل الذرية النسبية من جدول D.I. Mendeleev ويتم تقريبها إلى أعداد صحيحة. وعليه، فإن الكتلة المولية لـ CO₂ = 12+2*16.

لحساب الكسور الكتلية للعناصر الموجودة في ثاني أكسيد الكربون، يجب عليك اتباع صيغة حساب الكسور الكتلية لكل منها عنصر كيميائيفي المسألة.

ن– عدد الذرات أو الجزيئات .
أ ص- الكتلة الذرية النسبية للعنصر الكيميائي.
السيد- الكتلة الجزيئية النسبية للمادة.
دعونا نحسب الكتلة الجزيئية النسبية لثاني أكسيد الكربون.

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0.27 أو 27% بما أن صيغة ثاني أكسيد الكربون تتضمن ذرتي أكسجين، فإن n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0.73 أو 73%

الجواب: ث(ج) = 0.27 أو 27%؛ ث(س) = 0.73 أو 73%

الخصائص الكيميائية والبيولوجية لثاني أكسيد الكربون

ثاني أكسيد الكربون لديه الخصائص الحمضيةلأنه أكسيد حمضي، وعندما يذوب في الماء يتكون حمض الكربونيك:

CO₂+H₂O=H₂CO₃

يتفاعل مع القلويات وينتج عنه تكوين الكربونات والبيكربونات. هذا الغاز لا يحترق. فقط بعض المعادن النشطة، مثل المغنيسيوم، تحترق فيه.

عند تسخينه، يتحلل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون والأكسجين:

2CO₃=2CO+O₃.

مثل الأكاسيد الحمضية الأخرى، يتفاعل هذا الغاز بسهولة مع الأكاسيد الأخرى:

СaO+Co₃=CaCO₃.

ثاني أكسيد الكربون جزء من جميع المواد العضوية. يتم تداول هذا الغاز في الطبيعة بمساعدة المنتجين والمستهلكين والمحللين. في عملية الحياة، ينتج الشخص ما يقرب من 1 كجم من ثاني أكسيد الكربون يوميا. عندما نستنشق، نتلقى الأكسجين، ولكن في هذه اللحظة يتكون ثاني أكسيد الكربون في الحويصلات الهوائية. في هذه اللحظة يحدث التبادل: يدخل الأكسجين إلى الدم، ويخرج ثاني أكسيد الكربون.

يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاج الكحول. وهذا الغاز هو أيضًا منتج ثانوي لإنتاج النيتروجين والأكسجين والأرجون. يعد استخدام ثاني أكسيد الكربون ضروريًا في الصناعات الغذائية، حيث يعمل ثاني أكسيد الكربون كمادة حافظة، كما يوجد ثاني أكسيد الكربون بشكله السائل في طفايات الحريق.

أرز. 3. طفاية حريق.

ماذا تعلمنا؟

ثاني أكسيد الكربون هو مادة عديمة اللون والرائحة في الظروف العادية. بالإضافة إلى اسمه الشائع، ثاني أكسيد الكربون، فإنه يسمى أيضًا أول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون.

اختبار حول الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4.3. إجمالي التقييمات المستلمة: 116.