ANGLIES SAVYBĖS, STRUKTŪRA, GAVIMAS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Anglies yra ne - metalinis cheminis elementas, kurio cheminis simbolis yra C. pavadintas po to, kai anglies, augalinių arba mineralinių, kai jos atomai apibrėžti įvairias struktūras. Daugelis autorių jį laiko elementų karaliumi, nes jis sudaro platų organinių ir neorganinių junginių spektrą, taip pat pasitaiko daugelyje alotropų.

Ir jei to nepakanka norint nurodyti jį kaip ypatingą elementą, jis randamas visose gyvose būtybėse; visos jo biomolekulės yra dėkingos CC jungčių stabilumui ir stiprumui bei jų dideliam polinkiui susikaupti. Anglis yra gyvenimo elementas, o su savo atomais jų kūnas yra pastatytas.

Medžių medieną daugiausia sudaro angliavandeniai, vienas iš daugelio junginių, turinčių daug anglies. Šaltinis: Pexels.

Organinius junginius, su kuriais kuriamos biomedžiagos, iš esmės sudaro anglies skeletai ir heteroatomai. Tai galima pamatyti plika akimi medžių medienoje; o taip pat, kai žaibas juos trenkia ir keikia. Likusi inertiška juoda kieta medžiaga taip pat turi anglies; bet tai yra anglis.

Taigi, yra „negyvų“ šio elemento pasireiškimų: anglis, degimo produktas deguonies neturtingoje aplinkoje; ir mineralinės anglys, geologinių procesų produktas. Abi kietosios medžiagos atrodo panašiai, yra juodos ir dega, kad generuotų šilumą ir energiją; nors su skirtingais derliais.

Nuo šio momento anglis yra 15-asis gausiausias žemės plutos elementas. Nenuostabu, kai kasmet pagaminama milijonai tonų anglių. Šie mineralai skiriasi savo savybėmis, atsižvelgiant į priemaišų laipsnį, antracitą priskirdami aukščiausios kokybės mineralinėms anglims.

Žemės plutoje gausu ne tik mineralinių anglių, bet ir karbonatų, ypač kalkakmenio ir dolomitų. O kalbant apie Visatą, tai yra ketvirtas gausiausias elementas; Aš turiu omenyje, kad kitose planetose yra daugiau anglies.

Anglies istorija

Retrospektyva

Anglis gali būti toks senas kaip pati žemės pluta. Nuo neatmenamų laikų senovės civilizacijos susidūrė su šiuo elementu daugelyje natūralių jo pavidalų: suodžių, medžio anglies, medžio anglies ar anglies, deimantų, grafito, akmens anglių deguto, antracito ir kt.

Visos šios kietosios medžiagos, nors jos ir turėjo tamsius tonus (išskyrus deimantą), likusios jų fizinės savybės, taip pat ir jų sudėtis, labai skyrėsi. Tuomet nebuvo galima teigti, kad juos iš esmės sudarė anglies atomai.

Taigi per visą istoriją anglys buvo klasifikuojamos pagal jų kokybę degimo metu ir tiekiant šilumą. Dujoms, susidariusioms dėl jos degimo, buvo kaitinamos vandens masės, kurios savo ruožtu gamino garus, kurie judino turbinas, sukuriančias elektros sroves.

Neįmanoma, kad anglies buvo anglis, susidariusi deginant medžius uždarose ar hermetiškose vietose; grafite, su kuriuo buvo gaminami pieštukai; deimantuose, naudojamuose kaip brangakmeniai; jis buvo atsakingas už plieno kietumą.

Jos istorija eina koja kojon su mediena, kulkosvaidžiais, miesto apšvietimo dujomis, traukiniais ir laivais, alumi, lubrikantais ir kitais žmonijos vystymuisi būtinais daiktais.

Pripažinimas

Kur mokslininkai sugebėjo susieti anglies alotropus ir mineralus su tuo pačiu elementu? Anglis buvo vertinama kaip mineralas, ir ji nebuvo manoma kaip cheminis elementas, vertas periodinės lentelės. Pirmasis žingsnis turėjo būti įrodymas, kad visos šios kietosios medžiagos buvo paverstos tomis pačiomis dujomis: anglies dioksidu, CO ₂ .

1772 m. Antoine'as Lavoisier'as, naudodamas medinį rėmą su dideliais lęšiais, saulės spindulius sutelkė į medžio anglies ir deimanto pavyzdžius. Jis nustatė, kad nė vienas iš jų nesudarė vandens garų, o tik CO ₂ . Tą patį jis padarė su suodžiais ir gavo tuos pačius rezultatus.

1779 m. Carlas Wilhelmas Scheele nustatė cheminį ryšį tarp medžio anglies ir grafito; tai yra, abi kietosios medžiagos buvo sudarytos iš tų pačių atomų.

Smithson Tennant ir William Hyde Wollaston 1797 m. Metodiškai patikrino (per reakcijas), ar deimantas iš tikrųjų buvo sudarytas iš anglies, kai degdamas gamino CO ₂ .

Gavus šiuos rezultatus, šviesa netrukus pasklido ant grafito ir deimanto - kietųjų medžiagų, susidariusių anglies pavidalu, todėl yra labai gryna; skirtingai nuo nešvarių anglies ir kitų anglies mineralų kietų medžiagų.

Savybės

Kietose medžiagose, mineraluose ar anglinėse medžiagose esančios fizinės ar cheminės savybės priklauso nuo daugelio kintamųjų. Tarp jų yra: priemaišų sudėtis ar laipsnis, anglies atomų hibridizacijos, struktūrų įvairovė ir porų morfologija arba dydis.

Apibūdinant anglies savybes, dauguma tekstų ar bibliografinių šaltinių remiasi grafitu ir deimantu.

Kodėl? Kadangi jie yra geriausiai žinomi šio elemento allotropai ir yra kietos arba labai grynos medžiagos; tai yra, jie yra praktiškai pagaminti iš nieko daugiau kaip anglies atomai (nors ir su skirtingomis struktūromis, kaip bus paaiškinta kitame skyriuje).

Medžio anglių ir mineralinių anglių savybės skiriasi atitinkamai jų kilme ar sudėtimi. Pavyzdžiui, lignitas (mažai anglies), kaip degalai, slenka, palyginti su antracitu (didelis anglies kiekis). O kaip dėl kitų allotropų: nanovamzdelių, fullenų, grafenų, grafienų ir kt.

Tačiau chemiškai jie turi vieną bendrą tašką: jie oksiduojasi esant deguonies pertekliui CO ₂ :

C + O ₂ => CO ₂

Dabar greitis ar temperatūra, reikalinga jiems oksiduoti, būdingi kiekvienam iš šių allotropų.

Grafitas ir deimantas

Čia taip pat bus pateiktas trumpas komentaras dėl labai skirtingų šių dviejų allotropų savybių:

Lentelė, kurioje palygintos kai kurios dviejų kristalinių anglies allotropų savybės. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Struktūra ir elektroninė konfigūracija

Hibridizacijos

Hibridinių orbitalių ir galimų anglies struktūrų santykis. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Anglies atomo elektronų konfigūracija yra 1s ² 2s ² 2p ² , taip pat parašyta kaip 2s ² 2p ² (vaizdas viršuje). Šis vaizdas atitinka jo pagrindinę būseną: anglies atomas yra izoliuojamas ir suspenduotas vakuume, kad jis negalėtų sąveikauti su kitais.

Galima pastebėti, kad vienoje iš jo 2p orbitų trūksta elektronų, kurie priima elektroną iš žemesnės energijos 2s orbitos elektroniniu būdu; taigi atomas per keturis sp ³ hibridinius orbitalius įgyja galimybę sudaryti iki keturių kovalentinių ryšių .

Atminkite, kad visi keturi sp ³ orbitalės yra energijos išskaidyti (suderinti tame pačiame lygyje). Gryni p orbitalės yra energingesnės, todėl jos yra išdėstytos virš kitų hibridinių orbitų (vaizdo dešinėje).

Jei yra trys hibridiniai orbitaliai, taip yra todėl, kad išlieka viena nehybridizuota p orbitalė; todėl jie yra trys sp ² orbitalės . Ir kai yra du iš šių hibridinių orbitalių, dvi p orbitalės gali sudaryti dvigubus ar trigubus ryšius, tai yra sp anglies hibridizacija.

Tokie elektroniniai aspektai yra būtini norint suprasti, kodėl anglies galima rasti begalėse alotropų.

Oksidacijos skaičiai

Prieš tęsdami konstrukcijas, verta paminėti, kad atsižvelgiant į valentinio elektronų konfigūraciją 2s ² 2p ² , anglis gali turėti tokius oksidacijos skaičius: +4, +2, 0, -2 ir -4.

Kodėl? Šie skaičiai atitinka prielaidą, kad yra joninis ryšys, kad jūs formuojate jonus su atitinkamais krūviais; tai yra, C ⁴⁺ , C ²⁺ , C ⁰ (neutrali), C ^2- ir C ^4- .

Kad anglis turėtų teigiamą oksidacijos skaičių, ji turi prarasti elektronus; Ir norint tai padaryti, jis būtinai turi būti sujungtas su labai elektroneigiamais atomais (pavyzdžiui, deguonimi).

Tuo tarpu, kad anglis turėtų neigiamą oksidacijos skaičių, ji turi įgyti elektronų, prisijungdama prie metalo atomų arba mažiau elektroneigiamo nei ji (pavyzdžiui, vandenilis).

Pirmasis oksidacijos skaičius +4 reiškia, kad anglis prarado visus savo valentinius elektronus; 2s ir 2p orbitalės lieka tuščios. Jei 2p orbitalė praranda savo du elektronus, anglies oksidacijos skaičius bus +2; jei įgysite du elektronus, turėsite -2; ir jei jūs įgysite dar du elektronus užpildydami savo valentinį oktetą, -4.

Pavyzdžiai

Pavyzdžiui, CO ₂ anglies oksidacijos skaičius yra +4 (nes deguonis yra labiau elektronegatyvus); o CH ₄ , ji yra -4 (nes vandenilis yra mažiau Elektroujemny).

CH ₃ OH, oksidacijos skaičius anglies yra -2 (1 H ir -2 už O); o HCOOH atveju tai yra +2 (patikrinkite, ar suma duoda 0).

Tikėtinos ir kitos oksidacijos būsenos, tokios kaip -3 ir +3, ypač kai tai susiję su organinėmis molekulėmis; pavyzdžiui, metilo grupių, -CH ₃ .

Molekulinės geometrijos

Viršutinis vaizdas parodė ne tik anglies atomo orbitų hibridizaciją, bet ir gautas molekulines geometrijas, kai keli atomai (juodos sferos) buvo susieti su centriniu. Šis centrinis atomas, kad erdvėje būtų specifinė geometrinė aplinka, turi turėti atitinkamą cheminę hibridizaciją, kuri tai leidžia.

Pavyzdžiui, tetraedrui centrinė anglis turi sp ³ hibridizaciją ; nes toks yra stabiliausias keturių sp ³ hibridinių orbitų išdėstymas . Sp ² anglies atveju jie gali sudaryti dvigubus ryšius ir turėti trigonaliosios plokštumos aplinką; taigi šie trikampiai apibūdina tobulą šešiakampį. Sp hibridizavimui angliavandeniliai yra linijinės geometrijos.

Taigi visų alotropų struktūrose stebimas geometrijas tiesiog valdo tetraedrai (sp ³ ), šešiakampiai ar penkiakampiai (sp ² ) ir linijos (sp).

„Tetrahedra“ apibrėžia 3D struktūrą, o šešiakampiai, penkiakampiai ir linijos, 3D ar 2D struktūras; Pastarosios yra plokštumos ar lakštai, panašūs į korių sienas:

Siena su korio šešiakampiais piešiniais, analogiškai plokštumoms, sudarytoms iš sp2 anglies. Šaltinis: „Pixabay“.

Ir jei mes sulenksime šią šešiakampę sieną (penkiakampę ar mišrią), gausime vamzdelį (nanovamzdeliai) arba rutulį (fulleno) ar kitą figūrą. Šių figūrų sąveika lemia skirtingas morfologijas.

Amorfinės arba kristalinės kietosios medžiagos

Neatsižvelgiant į galimas anglies struktūrų geometrijas, hibridizaciją ar morfologiją, jos kietosios medžiagos gali būti klasifikuojamos į dvi rūšis: amorfinę arba kristalinę. Ir tarp šių dviejų klasifikacijų yra paskirstyti jų allotropai.

Amorfinė anglis yra tiesiog tokia, kurioje yra savavališkas tetraedrų, šešiakampių ar linijų mišinys, negalintis nustatyti struktūros modelio; tai yra anglis, anglis ar aktyvuota anglis, koksas, suodžiai ir kt.

Nors kristalinę anglį sudaro struktūriniai modeliai, sudaryti iš bet kurios siūlomos geometrijos; pavyzdžiui, deimantas (trimatis tetraedrų tinklas) ir grafitas (sukrauti šešiakampiai lakštai).

Gavimas

Anglis gali būti grynas kaip grafitas arba deimantas. Tai randama jų atitinkamose mineraloginėse telkiniuose, išsibarsčiusiuose visame pasaulyje ir įvairiose šalyse. Štai kodėl kai kurios tautos yra labiau vienos iš šių mineralų eksportuotojos nei kitos. Trumpai tariant, „jūs turite kasti žemę“, kad gautumėte anglies.

Tas pats pasakytina apie mineralines akmens anglis ir jų rūšis. Bet tai nėra anglies atveju, nes kūnas, kuriame gausu anglies, pirmiausia turi „pražūti“ arba ugnies, arba elektros žaibo metu; žinoma, nesant deguonies, kitaip būtų išmetamas CO ₂ .

Visas miškas yra toks anglies šaltinis kaip anglis; ne tik dėl savo medžių, bet ir dėl savo faunos.

Paprastai mėginiai, kuriuose yra anglies, turi būti pirolizuojami (deginami neturint deguonies), kad kai kurios priemaišos išsiskirtų kaip dujos; taigi, likučiu išlieka kietoji medžiaga, turtinga anglies (amorfinė arba kristalinė).

Programos

Vėlgi, kaip ir savybės bei struktūra, naudojimas ar pritaikymas atitinka anglies alotropinius ar mineraloginius pavidalus. Tačiau yra keletas bendrumų, kuriuos galima paminėti, be keleto gerai žinomų punktų. Tai yra:

- anglis ilgą laiką buvo naudojama kaip mineralų reduktorius gaunant grynus metalus; pavyzdžiui, geležis, silicis ir fosforas.

- Tai yra kertinis gyvenimo akmuo, o organinė chemija ir biochemija yra šios refleksijos studijos.

- Tai taip pat buvo iškastinis kuras, leidęs pirmosioms mašinoms pradėti naudoti savo pavaras. Tuo pačiu būdu iš jo buvo gautos anglies dujos senosioms apšvietimo sistemoms. Anglis buvo šviesos, šilumos ir energijos sinonimas.

- Sumaišytas kaip priedas su geležimi skirtingomis proporcijomis leido išrasti ir patobulinti plieną.

-Jo mene buvo juoda spalva, ypač grafitas ir visi jo linijomis sukurti darbai.

Rizika ir atsargumo priemonės

Anglis ir jo kietosios medžiagos nekelia pavojaus sveikatai. Kas rūpinosi maišu anglies? Jie parduodami važiuodami kai kurių turgų praėjimais ir tol, kol netoliese nėra gaisro, juodi jų blokai nedegs.

Kita vertus, koksas gali kelti pavojų, jei jame yra daug sieros. Degindamasis jis išskiria sieros dujas, kurios, be to, yra toksiškos, prisideda prie rūgštaus lietaus. Ir nors nedidelis CO ₂ kiekis negali mus uždusinti, jis turi didžiulį poveikį šiltnamio efektą sukeliančių dujų aplinkai.

Šiuo požiūriu anglis yra „ilgalaikis“ pavojus, nes jos deginimas keičia mūsų planetos klimatą.

Kalbant fiziškai, kietos arba anglinės medžiagos, jei jos yra susmulkintos, lengvai gabenamos oro srovėmis; todėl jie patenka tiesiai į plaučius, o tai gali juos nepataisomai sugadinti.

Likusiam poilsiui labai įprasta vartoti „anglis“, kai virti kai kurie maisto produktai.

Nuorodos

1. Morrison, RT ir Boyd, R, N. (1987). Organinė chemija. 5-asis leidimas. Redakcija Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organinė chemija. (Šeštas leidimas). Mc Graw Hill.
3. Grahamas Solomonsas TW, Craigas B. Fryhle'as. (2011). Organinė chemija. Aminai. (10-asis leidimas.). „Wiley Plus“.
4. Andrius. (2019 m.). Anglis, jo allotropai ir struktūros. Atkurta iš: everyscience.com
5. „Advameg, Inc.“ (2019 m.). Anglis. Chemija paaiškinta. Atkurta iš: chemistryexplained.com
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Liepos 11 d.). 10 anglies faktų (atominis skaičius 6 arba C). Atgauta iš: thinkco.com
7. „Tawnya Eash“. (2019 m.). Kas yra anglis? - Faktai ir istorijos pamoka vaikams. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
8. Föll. (sf). Anglies istorija. Atkurta iš: tf.uni-kiel.de