Скачать презентацию Среди множества химических элементов без которых невозможно Скачать презентацию Среди множества химических элементов без которых невозможно

Углерод в природе.pptx

  • Количество слайдов: 17

 Среди множества химических элементов, без которых невозможно существование жизни на Земле, углерод является Среди множества химических элементов, без которых невозможно существование жизни на Земле, углерод является главным. Химические превращения органических веществ связаны со способностью атома углерода образовывать длинные ковалентные цепи и кольца. Основными резервуарами углерода являются атмосфера, континентальная биомасса, включая почвы, гидросфера и литосфера. В течение последних двух столетий в системе атмосфера - биосфера - гидросфера происходят изменения потоков углерода, интенсивность которых примерно на порядок величины превышает интенсивность геологических процессов переноса этого элемента. По этой причине следует ограничиться анализом взаимодействий в пределах этой системы, включая почвы.

 Содержание углерода в земной коре 0, 1 % по массе. Свободный углерод находится Содержание углерода в земной коре 0, 1 % по массе. Свободный углерод находится в природе в виде алмаза и графита. Основная масса углерода в виде природных карбонатов (известняки и доломиты), горючих ископаемых — антрацит (94— 97 % С), бурые угли (64— 80 % С), каменные угли (76— 95 % С), горючие сланцы (56— 78 % С), нефть (82— 87 % С), горючих природных газов (до 99 % метана), торф (53— 56 % С), а также битумы и др. В атмосфереи гидросфере находится в виде диоксида углерода СО 2, в воздухе 0, 046 % СО 2 по массе, в водах рек, морей и океанов в ~60 раз больше. Углерод входит в состав растений и животных (~18 %). В организм человека углерод поступает с пищей (в норме около 300 г в сутки). Общее содержание углерода в организме человека достигает около 21 % (15 кг на 70 кг массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина).

 Кругооборот углерода в природе включает биологический цикл, выделение СО 2 в атмосферу при Кругооборот углерода в природе включает биологический цикл, выделение СО 2 в атмосферу при сгорании ископаемого топлива, из вулканических газов, горячих минеральных источников, из поверхностных слоев океанических вод и др. Биологический цикл состоит в том, что углерод в виде СО 2 поглощается из тропосферы растениями. Затем из биосферы вновь возвращается в геосферу: с растениями углерод попадает в организм животных и человека, а затем при гниении животных и растительных материалов — в почву и в виде СО 2 — в атмосферу.

 В парообразном состоянии и в виде соединений с азотом и водородом углерод обнаружен В парообразном состоянии и в виде соединений с азотом и водородом углерод обнаружен в атмосфере Солнца, планет, он найден в каменных и железных метеоритах. Большинство соединений углерода, и прежде всего углеводороды, обладают ярко выраженным характером ковалентных соединений. Прочность простых, двойных и тройных связей атомов С между собой, способность образовывать устойчивые цепи и циклы из атомов С обусловливают существования огромного числа углеродсодержащих соединений, изучаемых органической химией. В природе встречается минерал шунгит, в котором содержится как твердый углерод (≈25 %), так и значительные количества оксида кремния (≈35 %).

Аморфный углерод Активированный Древесный уголь Ископаемый уголь: антрацит и др. Кокс каменноугольный, нефтяной и Аморфный углерод Активированный Древесный уголь Ископаемый уголь: антрацит и др. Кокс каменноугольный, нефтяной и др. Стеклоуглерод Техуглерод Сажа Углеродная нанопена

 Алмаз Графен Графит Карбин Лонсдейлит Наноалмаз Фуллерены Фуллерит Углеродное волокно Углеродные нановолокна Углеродные Алмаз Графен Графит Карбин Лонсдейлит Наноалмаз Фуллерены Фуллерит Углеродное волокно Углеродные нановолокна Углеродные нанотрубки

 Графит и алмаз Основные и хорошо изученные аллотропные модификации углерода — алмаз и Графит и алмаз Основные и хорошо изученные аллотропные модификации углерода — алмаз и графит. При нормальных условиях термодинамически устойчив только графит, а алмаз и другие формы метастабильны. При атмосферном давлении и температуре выше 1200 K алмаз начинает переходить в графит, выше 2100 K превращение совершается за секунды. ΔН 0 перехода — 1, 898 к. Дж/моль. При нормальном давлении углерод сублимируется при 3 780 K. Жидкий углерод существует только при определенном внешнем давлении. Тройные точки: графитжидкость-пар Т = 4130 K, р = 10, 7 МПа. Прямой переход графита в алмаз происходит при 3000 K и давлении 11— 12 ГПа. При давлении свыше 60 ГПа предполагают образование весьма плотной модификации С III (плотность на 15— 20 % выше плотности алмаза), имеющей металлическую проводимость. При высоких давлениях и относительно низких температурах (ок. 1 200 K) из высокоориентированного графита образуется гексагональная модификация углерода с кристаллической решёткой типа вюрцита — лонсдейлит (а = 0, 252 нм, с = 0, 412 нм, пространственная группа Р 63/mmc), плотность 3, 51 г/см³, то есть такая же, как у алмаза. Лонсдейлит найден также в метеоритах.

 Ультрадисперсные алмазы (наноалмазы) В 1980 -е гг. в СССР было обнаружено, что в Ультрадисперсные алмазы (наноалмазы) В 1980 -е гг. в СССР было обнаружено, что в условиях динамического нагружения углеродсодержащих материалов могут образовываться алмазоподобные структуры, получившие название ультрадисперсных алмазов (УДА). В настоящее время всё чаще применяется термин «наноалмазы» . Размер частиц в таких материалах составляет единицы нанометров. Условия образования УДА могут быть реализованы при детонации взрывчатых веществ с значительным отрицательным кислородным балансом, например смесей тротила с гексогеном. Такие условия могут быть реализованы также при ударах небесных тел о поверхность Земли в присутствии углеродсодержащих материалов (органика, торф, уголь и пр. ). Так, в зоне падения Тунгусского метеорита в лесной подстилке были обнаружены УДА.

КАРБИН Кристаллическая модификация углерода гексагональной сингонии с цепочечным строением молекул называется карбин. Цепи имеют КАРБИН Кристаллическая модификация углерода гексагональной сингонии с цепочечным строением молекул называется карбин. Цепи имеют либо полиеновое строение (—C≡C—), либо поликумуленовое (=C=C=). Известно несколько форм карбина, отличающихся числом атомов в элементарной ячейке, размерами ячеек и плотностью (2, 68— 3, 30 г/см³). Карбин встречается в природе в виде минерала чаоита (белые прожилки и вкрапления в графите) и получен искусственно — окислительной дегидрополиконденсацией ацетилена, действием лазерного излучения на графит, из углеводородов или CCl 4 в низкотемпературной плазме.

 Карбин представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1, 9 -2 г/см³), обладает Карбин представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1, 9 -2 г/см³), обладает полупроводниковыми свойствами. Получен в искусственных условиях из длинных цепочек атомов углерода, уложенных параллельно другу. Карбин — линейный полимер углерода. В молекуле карбина атомы углерода соединены в цепочки поочередно либо тройными и одинарными связями (полиеновое строение), либо постоянно двойными связями (поликумуленовое строение). Это вещество впервые получено советскими химиками В. В. Коршаком, А. М. Сладковым, В. И. Касаточкиным и Ю. П. Кудрявцевым в начале 60 -х гг. в Институте элементоорганических соединений Академии наук СССР[4]. Карбин обладает полупроводниковыми свойствами, причём под воздействием света его проводимость сильно увеличивается. На этом свойстве основано первое практическое применение — в фотоэлементах.

 Фуллерены и углеродные нанотрубки Углерод известен также в виде кластерных частиц С 60, Фуллерены и углеродные нанотрубки Углерод известен также в виде кластерных частиц С 60, С 70, C 80, C 90, C 100 и подобных (фуллерены), а также графенов, нанотрубок и сложных структур — астраленов.

 Аморфный углерод (строение) В основе строения аморфного углерода лежит разупорядоченная структура монокристаллического (всегда Аморфный углерод (строение) В основе строения аморфного углерода лежит разупорядоченная структура монокристаллического (всегда содержит примеси) графита. Это кокс, бурые и каменные угли, техуглерод, сажа, активный уголь.

 Графен (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной Графен (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединенных посредством sp² связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку.