कार्बन है एक कार्बन परमाणु। कार्बन का द्रव्यमान

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

कार्बनिक और अकार्बनिक प्रकृति के यौगिकों की एक विशाल विविधता बनाने वाले सबसे आश्चर्यजनक तत्वों में से एक कार्बन है। यह तत्व अपने गुणों में इतना असामान्य है कि मेंडेलीव ने भी इसके लिए एक महान भविष्य की भविष्यवाणी की, उन विशेषताओं के बारे में बात करते हुए जिनका अभी तक खुलासा नहीं किया गया है।

बाद में व्यावहारिक रूप से इसकी पुष्टि हो गई। यह ज्ञात हो गया कि यह हमारे ग्रह का मुख्य बायोजेनिक तत्व है, जो बिल्कुल सभी जीवित प्राणियों का हिस्सा है। इसके अलावा, ऐसे रूपों में मौजूद रहने में सक्षम जो सभी तरह से मौलिक रूप से भिन्न हैं, लेकिन साथ ही साथ केवल कार्बन परमाणु होते हैं।

सामान्य तौर पर, इस संरचना में कई विशेषताएं हैं, और हम लेख के दौरान उनसे निपटने का प्रयास करेंगे।

कार्बन: तत्वों की प्रणाली में सूत्र और स्थिति

आवर्त प्रणाली में, कार्बन तत्व IV (14 में नए मॉडल के अनुसार) समूह, मुख्य उपसमूह में स्थित है। इसकी क्रम संख्या 6 है, और इसका परमाणु भार 12.011 है। संकेत सी के साथ एक तत्व का पदनाम लैटिन - कार्बोनियम में उसके नाम को इंगित करता है। ऐसे कई अलग-अलग रूप हैं जिनमें कार्बन मौजूद है। इसलिए इसका सूत्र अलग है और विशिष्ट संशोधन पर निर्भर करता है।

हालांकि, प्रतिक्रिया समीकरण लिखने के लिए, अंकन विशिष्ट है,बेशक है। सामान्य तौर पर, जब किसी पदार्थ के शुद्ध रूप की बात की जाती है, तो कार्बन सी के आणविक सूत्र को बिना अनुक्रमण के अपनाया जाता है।

तत्व खोज इतिहास

यह तत्व स्वयं पुरातन काल से जाना जाता है। आखिरकार, प्रकृति में सबसे महत्वपूर्ण खनिजों में से एक कोयला है। इसलिए, प्राचीन यूनानियों, रोमियों और अन्य राष्ट्रीयताओं के लिए, वह कोई रहस्य नहीं था।

इस किस्म के अलावा हीरे और ग्रेफाइट का भी इस्तेमाल किया जाता था। उत्तरार्द्ध के साथ लंबे समय तक कई भ्रमित स्थितियां थीं, क्योंकि अक्सर, संरचना के विश्लेषण के बिना, ऐसे यौगिकों को ग्रेफाइट के लिए लिया जाता था, जैसे:

• चांदी की सीसा;
• आयरन कार्बाइड;
• मोलिब्डेनम सल्फाइड।

वे सभी काले रंग से रंगे हुए थे और इसलिए ग्रेफाइट माने जाते थे। बाद में, यह गलतफहमी दूर हो गई और कार्बन का यह रूप स्वयं बन गया।

1725 से हीरों का अत्यधिक व्यावसायिक महत्व रहा है, और 1970 में, उन्हें कृत्रिम रूप से प्राप्त करने की तकनीक में महारत हासिल की गई है। 1779 से, कार्ल शीले के काम के लिए धन्यवाद, कार्बन के रासायनिक गुणों का अध्ययन किया गया है। यह इस तत्व के क्षेत्र में महत्वपूर्ण खोजों की एक श्रृंखला की शुरुआत थी और इसकी सभी अनूठी विशेषताओं का पता लगाने का आधार बनी।

कार्बन समस्थानिक और प्रकृति में वितरण

इस तथ्य के बावजूद कि विचाराधीन तत्व सबसे महत्वपूर्ण बायोजेनिक में से एक है, पृथ्वी की पपड़ी के द्रव्यमान में इसकी कुल सामग्री 0.15% है। यह इस तथ्य के कारण है कि यह निरंतर परिसंचरण, प्रकृति में एक प्राकृतिक चक्र के अधीन है।

सामान्य तौर पर, कई हैंकार्बन युक्त खनिज यौगिक। ये ऐसी प्राकृतिक नस्लें हैं जैसे:

• डोलोमाइट्स और चूना पत्थर;
• एंथ्रेसाइट;
• ऑयल शेल;
• प्राकृतिक गैस;
• कोयला;
• तेल;
• लिग्नाइट;
• पीट;
• बिटुमेन।

इसके अलावा हमें उन जीवों के बारे में नहीं भूलना चाहिए, जो कार्बन यौगिकों का भंडार मात्र हैं। आखिरकार, उन्होंने प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट, न्यूक्लिक एसिड का गठन किया, जिसका अर्थ है सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक अणु। सामान्य तौर पर, शरीर के शुष्क वजन के रूपांतरण में 70 किलो में से 15 एक शुद्ध तत्व पर पड़ता है। और इसलिए यह हर व्यक्ति के साथ है, जानवरों, पौधों और अन्य प्राणियों का उल्लेख नहीं करना।

अगर हम हवा और पानी की संरचना पर विचार करें, यानी जलमंडल को समग्र रूप से और वायुमंडल, तो कार्बन-ऑक्सीजन का मिश्रण होता है, जिसे सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है CO_{2. डाइऑक्साइड या कार्बन डाइऑक्साइड हवा बनाने वाली मुख्य गैसों में से एक है। यह इस रूप में है कि कार्बन का द्रव्यमान अंश 0.046% है। महासागरों के पानी में और भी अधिक कार्बन डाइऑक्साइड घुल जाती है।}

एक तत्व के रूप में कार्बन का परमाणु द्रव्यमान 12.011 है। यह ज्ञात है कि इस मूल्य की गणना प्रकृति में मौजूद सभी समस्थानिक प्रजातियों के परमाणु भार के बीच अंकगणितीय औसत के रूप में की जाती है, उनकी व्यापकता को ध्यान में रखते हुए (प्रतिशत के रूप में)) विचाराधीन पदार्थ के लिए भी यही स्थिति है। तीन मुख्य समस्थानिक हैं जिनमें कार्बन पाया जाता है। यह है:

• ¹²С - विशाल बहुमत में इसका द्रव्यमान अंश 98.93% है;
• ¹³सी -1.07%;
• ¹⁴C - रेडियोधर्मी, अर्ध-आयु 5700 वर्ष, स्थिर बीटा उत्सर्जक।

नमूनों की भू-कालानुक्रमिक आयु निर्धारित करने के अभ्यास में, रेडियोधर्मी समस्थानिक ¹⁴С का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जो इसकी लंबी क्षय अवधि के कारण एक संकेतक है।

तत्व के एलोट्रोपिक संशोधन

कार्बन एक ऐसा तत्व है जो एक साधारण पदार्थ के रूप में कई रूपों में मौजूद है। यही है, यह आज ज्ञात सबसे बड़ी संख्या में एलोट्रोपिक संशोधनों को बनाने में सक्षम है।

1. क्रिस्टलीय विविधताएं - नियमित परमाणु-प्रकार के जाली के साथ मजबूत संरचनाओं के रूप में मौजूद हैं। इस समूह में इस तरह की किस्में शामिल हैं:

• हीरे;
• फुलरीन;
• ग्रेफाइट्स;
• कार्बाइन;
• लोन्सडेलाइट्स;
• कार्बन फाइबर और ट्यूब।

ये सभी क्रिस्टल जाली की संरचना में भिन्न होते हैं, जिसके नोड्स में कार्बन परमाणु होता है। इसलिए पूरी तरह से अद्वितीय, भिन्न गुण, भौतिक और रासायनिक दोनों।

2. अनाकार रूप - वे एक कार्बन परमाणु द्वारा बनते हैं, जो कुछ प्राकृतिक यौगिकों का हिस्सा है। यानी ये शुद्ध किस्में नहीं हैं, बल्कि कम मात्रा में अन्य तत्वों की अशुद्धियों के साथ हैं। इस समूह में शामिल हैं:

• सक्रिय कार्बन;
• पत्थर और लकड़ी;
• सूट;
• कार्बन नैनोफोम;
• एंथ्रेसाइट;
• ग्लासी कार्बन;
• एक तकनीकी प्रकार का पदार्थ।

वे भी विशेषताओं से एकजुट हैंक्रिस्टल जाली की संरचनाएं, गुणों की व्याख्या और प्रकट करना।

3. समूहों के रूप में कार्बन के यौगिक। एक ऐसी संरचना जिसमें परमाणु अंदर से एक विशेष संरचना में बंद होते हैं, पानी या अन्य तत्वों के नाभिक से भरे होते हैं। उदाहरण:

• कार्बन नैनोकोन;
• एस्ट्रलेंस;
• डाइकार्बन।

अनाकार कार्बन के भौतिक गुण

अलोट्रोपिक संशोधनों की विस्तृत विविधता के कारण, कार्बन के लिए किसी भी सामान्य भौतिक गुणों की पहचान करना मुश्किल है। किसी विशिष्ट रूप के बारे में बात करना आसान है। उदाहरण के लिए, अनाकार कार्बन में निम्नलिखित विशेषताएं हैं।

1. सभी रूपों के केंद्र में ग्रेफाइट की महीन-क्रिस्टलीय किस्में हैं।
2. उच्च ताप क्षमता।
3. अच्छे प्रवाहकीय गुण।
4. कार्बन घनत्व लगभग 2 ग्राम/सेमी³।
5. जब 1600 से ऊपर गर्म किया जाता है ⁰C, ग्रेफाइट रूपों में संक्रमण होता है।

सूट, लकड़ी का कोयला और पत्थर की किस्मों का व्यापक रूप से औद्योगिक उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है। वे अपने शुद्ध रूप में कार्बन संशोधन की अभिव्यक्ति नहीं हैं, लेकिन इसमें बहुत बड़ी मात्रा में होते हैं।

क्रिस्टलीय कार्बन

ऐसे कई विकल्प हैं जिनमें कार्बन एक ऐसा पदार्थ है जो विभिन्न प्रकार के नियमित क्रिस्टल बनाता है, जहां परमाणु श्रृंखला में जुड़े होते हैं। परिणामस्वरूप, निम्नलिखित संशोधन बनते हैं।

1. हीरा। संरचना घन है, जिसमें चार चतुष्फलक जुड़े हुए हैं। नतीजतन, प्रत्येक परमाणु के सभी सहसंयोजक रासायनिक बंधनअधिकतम संतृप्त और टिकाऊ। यह भौतिक गुणों की व्याख्या करता है: कार्बन का घनत्व 3300 kg/m³ है। उच्च कठोरता, कम ताप क्षमता, विद्युत चालकता की कमी - यह सब क्रिस्टल जाली की संरचना का परिणाम है। तकनीकी रूप से प्राप्त हीरे हैं। वे उच्च तापमान और एक निश्चित दबाव के प्रभाव में ग्रेफाइट के अगले संशोधन में संक्रमण के दौरान बनते हैं। सामान्य तौर पर, हीरे का गलनांक शक्ति जितना अधिक होता है - लगभग 3500 ⁰C.
2. ग्रेफाइट। परमाणुओं को पिछले पदार्थ की संरचना के समान व्यवस्थित किया जाता है, हालांकि, केवल तीन बंधन संतृप्त होते हैं, और चौथा लंबा और कम मजबूत हो जाता है, यह जाली के हेक्सागोनल रिंगों की "परतों" को जोड़ता है। नतीजतन, यह पता चला है कि ग्रेफाइट स्पर्श करने के लिए एक नरम, चिकना काला पदार्थ है। इसकी विद्युत चालकता अच्छी है और इसका गलनांक उच्च है - 3525 ⁰C। उच्च बनाने की क्रिया में सक्षम - ठोस अवस्था से गैसीय अवस्था में उच्च बनाने की क्रिया, तरल अवस्था को दरकिनार करते हुए (3700 ⁰С के तापमान पर)। कार्बन का घनत्व 2.26 g/cm^3, है जो हीरे के घनत्व से बहुत कम है। यह उनके विभिन्न गुणों की व्याख्या करता है। क्रिस्टल जाली की स्तरित संरचना के कारण, पेंसिल लीड के निर्माण के लिए ग्रेफाइट का उपयोग करना संभव है। जब कागज पर स्वाइप किया जाता है, तो गुच्छे छिल जाते हैं और कागज पर एक काला निशान छोड़ देते हैं।
3. फुलरीन। वे पिछली शताब्दी के 80 के दशक में ही खोले गए थे। वे संशोधन हैं जिनमें कार्बन एक विशेष उत्तल बंद संरचना में परस्पर जुड़े होते हैं, जो केंद्र में होता हैखालीपन और एक क्रिस्टल का रूप - एक पॉलीहेड्रॉन, सही संगठन। परमाणुओं की संख्या सम होती है। फुलरीन का सबसे प्रसिद्ध रूप ₆₀ है। शोध के दौरान मिले ऐसे ही पदार्थ के नमूने:

• उल्कापिंड;
• निचला तलछट;
• फोल्गुराइट;
• शुंगाइट;
• बाहरी जगह, जहां गैसों के रूप में समाहित है।

क्रिस्टलीय कार्बन की सभी किस्में बहुत व्यावहारिक महत्व की हैं, क्योंकि उनके पास इंजीनियरिंग में उपयोगी कई गुण हैं।

प्रतिक्रियाशीलता

आणविक कार्बन अपने स्थिर विन्यास के कारण कम प्रतिक्रियाशीलता प्रदर्शित करता है। इसे परमाणु को अतिरिक्त ऊर्जा देकर और बाहरी स्तर के इलेक्ट्रॉनों को वाष्पित करने के लिए मजबूर करके ही प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करने के लिए मजबूर किया जा सकता है। इस बिंदु पर, संयोजकता 4 हो जाती है। इसलिए, यौगिकों में, इसकी ऑक्सीकरण अवस्था + 2, + 4, - 4 होती है।

व्यावहारिक रूप से सरल पदार्थों के साथ सभी प्रतिक्रियाएं, धातु और अधातु दोनों, उच्च तापमान के प्रभाव में आगे बढ़ती हैं। विचाराधीन तत्व एक ऑक्सीकरण एजेंट और एक कम करने वाला एजेंट दोनों हो सकता है। हालांकि, बाद के गुणों को इसमें विशेष रूप से उच्चारित किया जाता है, और यह धातुकर्म और अन्य उद्योगों में इसके उपयोग का आधार है।

सामान्य तौर पर, रासायनिक संपर्क में प्रवेश करने की क्षमता तीन कारकों पर निर्भर करती है:

• कार्बन का फैलाव;
• एलोट्रोपिक संशोधन;
• प्रतिक्रिया तापमान।

इस प्रकार, कुछ मामलों में निम्नलिखित के साथ बातचीत होती हैपदार्थ:

• अधातु (हाइड्रोजन, ऑक्सीजन);
• धातु (एल्यूमीनियम, लोहा, कैल्शियम और अन्य);
• धातु ऑक्साइड और उनके लवण।

अम्ल और क्षार के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, बहुत कम ही हैलोजन के साथ। कार्बन के गुणों में सबसे महत्वपूर्ण एक दूसरे के साथ लंबी श्रृंखला बनाने की क्षमता है। वे एक चक्र में बंद हो सकते हैं, शाखाएं बना सकते हैं। इस प्रकार कार्बनिक यौगिकों का निर्माण होता है, जिनकी संख्या आज लाखों में है। इन यौगिकों का आधार दो तत्व हैं - कार्बन, हाइड्रोजन। अन्य परमाणु भी शामिल हो सकते हैं: ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, सल्फर, हैलोजन, फास्फोरस, धातु और अन्य।

मुख्य यौगिक और उनकी विशेषताएं

कई अलग-अलग यौगिक हैं जिनमें कार्बन होता है। उनमें से सबसे प्रसिद्ध का सूत्र CO₂ - कार्बन डाइऑक्साइड है। हालाँकि, इस ऑक्साइड के अलावा, CO - मोनोऑक्साइड या कार्बन मोनोऑक्साइड भी है, साथ ही सबऑक्साइड C₃O2

।

जिन लवणों में यह तत्व होता है उनमें कैल्शियम और मैग्नीशियम कार्बोनेट सबसे आम हैं। तो, कैल्शियम कार्बोनेट के नाम में कई समानार्थी शब्द हैं, क्योंकि यह प्रकृति में इस रूप में होता है:

• चाक;
• संगमरमर;
• चूना पत्थर;
• डोलोमाइट।

क्षारीय पृथ्वी धातु कार्बोनेट का महत्व इस तथ्य में प्रकट होता है कि वे स्टैलेक्टाइट्स और स्टैलेग्माइट्स के साथ-साथ भूजल के निर्माण में सक्रिय भागीदार हैं।

कार्बोनिक एसिड एक अन्य यौगिक है जो कार्बन बनाता है। इसका सूत्र हैएच₂सीओ₃। हालांकि, अपने सामान्य रूप में, यह बेहद अस्थिर है और तुरंत कार्बन डाइऑक्साइड और समाधान में पानी में विघटित हो जाता है। इसलिए, समाधान के रूप में केवल इसके लवण ही जाने जाते हैं, स्वयं नहीं।

कार्बन हैलाइड - मुख्य रूप से अप्रत्यक्ष रूप से प्राप्त होते हैं, क्योंकि प्रत्यक्ष संश्लेषण केवल बहुत उच्च तापमान पर और उत्पाद की कम उपज के साथ होता है। सबसे आम में से एक - सीसीएल₄ - कार्बन टेट्राक्लोराइड। एक जहरीला यौगिक जो साँस लेने पर विषाक्तता पैदा कर सकता है। मीथेन में हाइड्रोजन परमाणुओं के रेडिकल फोटोकैमिकल प्रतिस्थापन की प्रतिक्रियाओं द्वारा प्राप्त किया गया।

धातु कार्बाइड कार्बन यौगिक हैं जिसमें यह 4 की ऑक्सीकरण अवस्था प्रदर्शित करता है। बोरॉन और सिलिकॉन के साथ जुड़ाव का अस्तित्व भी संभव है। कुछ धातुओं (एल्यूमीनियम, टंगस्टन, टाइटेनियम, नाइओबियम, टैंटलम, हेफ़नियम) के कार्बाइड की मुख्य संपत्ति उच्च शक्ति और उत्कृष्ट विद्युत चालकता है। बोरॉन कार्बाइड В₄С हीरे के बाद सबसे कठोर पदार्थों में से एक है (9.5 मोह के अनुसार)। इन यौगिकों का उपयोग इंजीनियरिंग में, साथ ही रासायनिक उद्योग में, हाइड्रोकार्बन के उत्पादन के स्रोतों के रूप में किया जाता है (पानी के साथ कैल्शियम कार्बाइड एसिटिलीन और कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड के निर्माण की ओर जाता है)।

कई धातु मिश्र धातु कार्बन का उपयोग करके बनाई जाती हैं, जिससे उनकी गुणवत्ता और तकनीकी विशेषताओं में उल्लेखनीय वृद्धि होती है (स्टील लोहे और कार्बन का मिश्र धातु है)।

कार्बन के अनेक कार्बनिक यौगिकों पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है, जिसमें यह एक मौलिक तत्व है जो समान परमाणुओं के साथ विभिन्न संरचनाओं की लंबी श्रृंखलाओं में संयोजन करने में सक्षम है। इनमें शामिल हैं:

• अल्केन्स;
• alkenes;
• एरेनास;
• प्रोटीन;
• कार्ब्स;
• न्यूक्लिक एसिड;
• शराब;
• कार्बोक्जिलिक एसिड और पदार्थों के कई अन्य वर्ग।

कार्बन का उपयोग

मानव जीवन में कार्बन यौगिकों और इसके एलोट्रोपिक संशोधनों का महत्व बहुत अधिक है। यह स्पष्ट करने के लिए कि यह सच है, आप कुछ सबसे वैश्विक उद्योगों का नाम ले सकते हैं।

1. यह तत्व सभी प्रकार के जीवाश्म ईंधन का निर्माण करता है जिससे व्यक्ति को ऊर्जा प्राप्त होती है।
2. धातुकर्म उद्योग अपने यौगिकों से धातु प्राप्त करने के लिए कार्बन को सबसे मजबूत कम करने वाले एजेंट के रूप में उपयोग करता है। यहाँ कार्बोनेट का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
3. निर्माण और रासायनिक उद्योग नए पदार्थों को संश्लेषित करने और आवश्यक उत्पाद प्राप्त करने के लिए भारी मात्रा में कार्बन यौगिकों का उपभोग करते हैं।

आप अर्थव्यवस्था के ऐसे क्षेत्रों को भी नाम दे सकते हैं:

• परमाणु उद्योग;
• आभूषण;
• तकनीकी उपकरण (स्नेहक, गर्मी प्रतिरोधी क्रूसिबल, पेंसिल, आदि);
• चट्टानों की भूगर्भीय आयु का निर्धारण - रेडियोधर्मी अनुरेखक ¹⁴С;
• कार्बन एक उत्कृष्ट अधिशोषक है, जो इसे फिल्टर बनाने के लिए उपयुक्त बनाता है।

प्रकृति में परिसंचरण

प्रकृति में पाए जाने वाले कार्बन के द्रव्यमान को एक निरंतर चक्र में शामिल किया गया है जो दुनिया भर में हर सेकंड चक्र करता है। इस प्रकार, कार्बन का वायुमंडलीय स्रोत - CO₂, अवशोषित हो जाता हैपौधों और सभी जीवित प्राणियों द्वारा श्वसन की प्रक्रिया में जारी किया जाता है। एक बार वायुमण्डल में आ जाने पर यह पुन: अवशोषित हो जाता है, और इसलिए चक्र नहीं रुकता। उसी समय, कार्बनिक अवशेषों की मृत्यु से कार्बन का उत्सर्जन होता है और पृथ्वी में इसका संचय होता है, जहाँ से इसे फिर से जीवित जीवों द्वारा अवशोषित किया जाता है और गैस के रूप में वातावरण में छोड़ दिया जाता है।