કયા રાસાયણિક સંયોજનોમાં કાર્બન હોય છે? કાર્બનના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો

મ્યુનિસિપલ શૈક્ષણિક સંસ્થા "નિકીફોરોવસ્કાયા માધ્યમિક શાળા નંબર 1"

કાર્બન અને તેના મુખ્ય અકાર્બનિક સંયોજનો

અમૂર્ત

આના દ્વારા પૂર્ણ: 9B ગ્રેડનો વિદ્યાર્થી

સિદોરોવ એલેક્ઝાન્ડર

શિક્ષક: સાખારોવા એલ.એન.

દિમિત્રીવકા 2009

પરિચય

પ્રકરણ I. કાર્બન વિશે બધું

1.1. પ્રકૃતિમાં કાર્બન

1.2. કાર્બનના એલોટ્રોપિક ફેરફારો

1.3. કાર્બનના રાસાયણિક ગુણધર્મો

1.4. કાર્બનનો ઉપયોગ

પ્રકરણ II. અકાર્બનિક કાર્બન સંયોજનો

નિષ્કર્ષ

સાહિત્ય

પરિચય

કાર્બન (લેટ. કાર્બોનિયમ) સી એ મેન્ડેલીવની સામયિક પ્રણાલીના જૂથ IV નું રાસાયણિક તત્વ છે: અણુ નંબર 6, અણુ સમૂહ 12.011(1). ચાલો કાર્બન અણુની રચનાને ધ્યાનમાં લઈએ. કાર્બન અણુના બાહ્ય ઊર્જા સ્તરમાં ચાર ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. ચાલો તેને ગ્રાફિકલી ચિત્રિત કરીએ:

કાર્બન પ્રાચીન સમયથી જાણીતું છે, અને આ તત્વની શોધ કરનારનું નામ અજ્ઞાત છે.

17મી સદીના અંતમાં. ફ્લોરેન્ટાઇન વૈજ્ઞાનિકો એવેરાની અને ટાર્ડજીઓનીએ ઘણા નાના હીરાને એક મોટામાં ફ્યુઝ કરવાનો પ્રયાસ કર્યો અને સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને તેમને સળગતા કાચથી ગરમ કર્યા. હીરા હવામાં સળગતા ગાયબ થઈ ગયા. 1772 માં, ફ્રેન્ચ રસાયણશાસ્ત્રી એ. લેવોઇસિયરે બતાવ્યું કે જ્યારે હીરા બળે છે, ત્યારે CO 2 બને છે. ફક્ત 1797 માં અંગ્રેજી વૈજ્ઞાનિક એસ. ટેનાન્ટે ગ્રેફાઇટ અને કોલસાની પ્રકૃતિની ઓળખ સાબિત કરી. સમાન પ્રમાણમાં કોલસો અને હીરા બાળ્યા પછી, કાર્બન મોનોક્સાઇડ (IV) ની માત્રા સમાન હોવાનું બહાર આવ્યું.

કાર્બન સંયોજનોની વિવિધતા, તેના પરમાણુઓની એકબીજા સાથે અને અન્ય તત્વોના અણુઓ સાથે વિવિધ રીતે સંયોજિત થવાની ક્ષમતા દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે, અન્ય તત્વો વચ્ચે કાર્બનની વિશેષ સ્થિતિ નક્કી કરે છે.

પ્રકરણ આઈ . કાર્બન વિશે બધું

1.1. પ્રકૃતિમાં કાર્બન

કાર્બન પ્રકૃતિમાં, મુક્ત સ્થિતિમાં અને સંયોજનોના સ્વરૂપમાં જોવા મળે છે.

મુક્ત કાર્બન હીરા, ગ્રેફાઇટ અને કાર્બાઇનના સ્વરૂપમાં થાય છે.

હીરા ખૂબ જ દુર્લભ છે. સૌથી મોટો જાણીતો હીરો, કુલીનન, 1905માં દક્ષિણ આફ્રિકામાં મળી આવ્યો હતો, જેનું વજન 621.2 ગ્રામ હતું અને તેનું માપ 10x6.5x5 સેમી હતું. .

હીરાનું નામ ગ્રીક પરથી પડ્યું. "અદમાસ" - અજેય, અવિનાશી. સૌથી નોંધપાત્ર હીરાની થાપણો દક્ષિણ આફ્રિકા, બ્રાઝિલ અને યાકુટિયામાં સ્થિત છે.

ગ્રેફાઇટના મોટા થાપણો જર્મની, શ્રીલંકા, સાઇબિરીયા અને અલ્તાઇમાં સ્થિત છે.

મુખ્ય કાર્બન ધરાવતા ખનિજો છે: મેગ્નેસાઇટ MgCO 3, કેલ્સાઇટ (ચૂનો સ્પાર, ચૂનો, આરસ, ચાક) CaCO 3, ડોલોમાઇટ CaMg(CO 3) 2, વગેરે.

બધા અશ્મિભૂત ઇંધણ - તેલ, ગેસ, પીટ, કોલસો અને બ્રાઉન કોલસો, શેલ - કાર્બન આધારે બનાવવામાં આવે છે. કેટલાક અશ્મિભૂત કોલસો, જે 99% સે સુધીના હોય છે, તે કાર્બનની રચનામાં નજીક હોય છે.

પૃથ્વીના પોપડામાં કાર્બનનો હિસ્સો 0.1% છે.

કાર્બન મોનોક્સાઇડ (IV) CO 2 ના સ્વરૂપમાં, કાર્બન વાતાવરણમાં પ્રવેશે છે. હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં મોટી માત્રામાં CO 2 ઓગળવામાં આવે છે.

1.2. કાર્બનના એલોટ્રોપિક ફેરફારો

પ્રાથમિક કાર્બન ત્રણ એલોટ્રોપિક ફેરફારો બનાવે છે: હીરા, ગ્રેફાઇટ, કાર્બાઇન.

1. ડાયમંડ એ રંગહીન, પારદર્શક સ્ફટિકીય પદાર્થ છે જે પ્રકાશ કિરણોને અત્યંત મજબૂત રીતે વક્રીભવે છે. હીરામાં કાર્બન પરમાણુ sp 3 વર્ણસંકરીકરણની સ્થિતિમાં છે. ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં, કાર્બન પરમાણુમાં સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન જોડાય છે અને ચાર અનપેયર્ડ ઇલેક્ટ્રોન રચાય છે. જ્યારે રાસાયણિક બંધનો રચાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન વાદળો સમાન વિસ્તરેલ આકાર મેળવે છે અને અવકાશમાં સ્થિત હોય છે જેથી તેમની અક્ષો ટેટ્રાહેડ્રોનના શિરોબિંદુઓ તરફ નિર્દેશિત થાય. જ્યારે આ વાદળોની ટોચ અન્ય કાર્બન અણુઓના વાદળો સાથે ઓવરલેપ થાય છે, ત્યારે સહસંયોજક બંધનો 109°28 ના ખૂણા પર થાય છે, અને હીરાની લાક્ષણિકતા પરમાણુ સ્ફટિક જાળી રચાય છે.

હીરામાંનો દરેક કાર્બન અણુ ચાર અન્ય લોકોથી ઘેરાયેલો છે, જે તેમાંથી ટેટ્રેહેડ્રોનના કેન્દ્રથી શિરોબિંદુ સુધીની દિશામાં સ્થિત છે. ટેટ્રાહેડ્રામાં અણુઓ વચ્ચેનું અંતર 0.154 nm છે. બધા જોડાણોની મજબૂતાઈ સમાન છે. આમ, હીરામાં અણુઓ ખૂબ જ ચુસ્તપણે "પેક" છે. 20°C પર, હીરાની ઘનતા 3.515 g/cm 3 છે. આ તેની અસાધારણ કઠિનતાને સમજાવે છે. હીરા એ વીજળીનો નબળો વાહક છે.

1961 માં, સોવિયેત સંઘે ગ્રેફાઇટમાંથી કૃત્રિમ હીરાનું ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન શરૂ કર્યું.

હીરાના ઔદ્યોગિક સંશ્લેષણમાં હજારો MPa ના દબાણ અને 1500 થી 3000 °C તાપમાનનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રક્રિયા ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં હાથ ધરવામાં આવે છે, જે કેટલીક ધાતુઓ હોઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે ની. બનેલા હીરાનો મોટો ભાગ નાના સ્ફટિકો અને હીરાની ધૂળ છે.

જ્યારે 1000 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપરની હવાના પ્રવેશ વિના ગરમ થાય છે, ત્યારે હીરા ગ્રેફાઇટમાં ફેરવાય છે. 1750°C પર, હીરાનું ગ્રેફાઇટમાં રૂપાંતર ઝડપથી થાય છે.

ડાયમંડ સ્ટ્રક્ચર

2. ગ્રેફાઇટ એ ધાતુની ચમક સાથેનો ગ્રે-બ્લેક સ્ફટિકીય પદાર્થ છે, જે સ્પર્શ માટે ચીકણું છે અને કાગળ કરતાં પણ કઠિનતામાં હલકી ગુણવત્તાવાળા છે.

ગ્રેફાઇટ સ્ફટિકોમાં કાર્બન પરમાણુ sp 2 વર્ણસંકરીકરણની સ્થિતિમાં છે: તેમાંથી દરેક પડોશી અણુઓ સાથે ત્રણ સહસંયોજક σ બોન્ડ બનાવે છે. બોન્ડ દિશાઓ વચ્ચેના ખૂણા 120° છે. પરિણામ એ નિયમિત ષટ્કોણની બનેલી ગ્રીડ છે. સ્તરની અંદર કાર્બન અણુઓના અડીને આવેલા મધ્યવર્તી કેન્દ્ર વચ્ચેનું અંતર 0.142 nm છે. ગ્રેફાઇટમાં દરેક કાર્બન અણુના બાહ્ય સ્તરમાં ચોથો ઇલેક્ટ્રોન પી ઓર્બિટલ ધરાવે છે જે વર્ણસંકરીકરણમાં ભાગ લેતો નથી.

કાર્બન અણુઓના બિન-સંકર ઇલેક્ટ્રોન વાદળો સ્તરના સમતલ પર લંબરૂપ હોય છે અને એકબીજાને ઓવરલેપ કરીને, ડિલોકલાઈઝ્ડ σ બોન્ડ બનાવે છે. ગ્રેફાઇટ સ્ફટિકમાં સંલગ્ન સ્તરો એકબીજાથી 0.335 એનએમના અંતરે સ્થિત છે અને મુખ્યત્વે વેન ડેર વાલ્સ દળો દ્વારા એકબીજા સાથે નબળા રીતે જોડાયેલા છે. તેથી, ગ્રેફાઇટમાં ઓછી યાંત્રિક શક્તિ હોય છે અને તે સરળતાથી ટુકડાઓમાં વિભાજિત થાય છે, જે પોતે ખૂબ જ મજબૂત હોય છે. ગ્રેફાઇટમાં કાર્બન અણુઓના સ્તરો વચ્ચેનું બંધન આંશિક રીતે ધાતુનું હોય છે. આ એ હકીકતને સમજાવે છે કે ગ્રેફાઇટ સારી રીતે વીજળીનું સંચાલન કરે છે, પરંતુ ધાતુઓની જેમ નહીં.

ગ્રેફાઇટ માળખું

ગ્રેફાઇટમાં ભૌતિક ગુણધર્મો દિશાઓમાં મોટા પ્રમાણમાં બદલાય છે - કાટખૂણે અને કાર્બન અણુઓના સ્તરોની સમાંતર.

જ્યારે એર એક્સેસ વિના ગરમ થાય છે, ત્યારે ગ્રેફાઇટ 3700 °C સુધી કોઈ ફેરફાર કરતું નથી. નિર્દિષ્ટ તાપમાને, તે ઓગળ્યા વિના ઉત્કૃષ્ટ બને છે.

કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ 3000 ડિગ્રી સેલ્સિયસ તાપમાને કોલસાના શ્રેષ્ઠ ગ્રેડમાંથી હવાની ઍક્સેસ વિના ઇલેક્ટ્રિક ભઠ્ઠીઓમાં ઉત્પન્ન થાય છે.

ગ્રેફાઇટ તાપમાન અને દબાણની વિશાળ શ્રેણી પર થર્મોડાયનેમિકલી સ્થિર છે, તેથી તેને કાર્બનની પ્રમાણભૂત સ્થિતિ તરીકે સ્વીકારવામાં આવે છે. ગ્રેફાઇટની ઘનતા 2.265 g/cm3 છે.

3. કાર્બિન એક ઝીણી-સ્ફટિકીય કાળો પાવડર છે. તેની સ્ફટિક રચનામાં, કાર્બન અણુઓ રેખીય સાંકળોમાં વૈકલ્પિક સિંગલ અને ટ્રિપલ બોન્ડ દ્વારા જોડાયેલા છે:

−С≡С−С≡С−С≡С−

આ પદાર્થ સૌપ્રથમ વી.વી. કોર્શક, એ.એમ. સ્લેડકોવ, વી.આઈ. કાસાટોચકીન, યુ.પી. XX સદીના 60 ના દાયકાની શરૂઆતમાં કુદ્ર્યાવત્સેવ.

તે પછીથી દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે કાર્બાઇન વિવિધ સ્વરૂપોમાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે અને તેમાં પોલિએસીટીલીન અને પોલીક્યુમ્યુલીન બંને સાંકળો હોય છે જેમાં કાર્બન પરમાણુ ડબલ બોન્ડ દ્વારા જોડાયેલા હોય છે:

C=C=C=C=C=C=

પાછળથી, કાર્બાઇન પ્રકૃતિમાં મળી આવ્યું - ઉલ્કા પદાર્થમાં.

કાર્બાઇન અર્ધવાહક ગુણધર્મો ધરાવે છે, જ્યારે પ્રકાશના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે તેની વાહકતા મોટા પ્રમાણમાં વધે છે. વિવિધ પ્રકારના બોન્ડના અસ્તિત્વ અને ક્રિસ્ટલ જાળીમાં કાર્બન અણુઓની સાંકળો નાખવાની વિવિધ રીતોને કારણે, કાર્બાઈનના ભૌતિક ગુણધર્મો વિશાળ મર્યાદામાં બદલાઈ શકે છે. જ્યારે 2000°C થી ઉપરની હવામાં પ્રવેશ કર્યા વિના ગરમ થાય છે, ત્યારે 2300°C આસપાસના તાપમાને કાર્બાઇન સ્થિર હોય છે, તેનું ગ્રેફાઇટમાં સંક્રમણ જોવા મળે છે.

કુદરતી કાર્બનમાં બે આઇસોટોપ હોય છે

પહેલાં, એવું માનવામાં આવતું હતું કે ચારકોલ, સૂટ અને કોક શુદ્ધ કાર્બનની રચનામાં સમાન છે અને હીરા અને ગ્રેફાઇટના ગુણધર્મોમાં ભિન્ન છે, જે કાર્બનના સ્વતંત્ર એલોટ્રોપિક ફેરફારનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે ("અમૂર્ફ કાર્બન"). જો કે, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે આ પદાર્થોમાં નાના સ્ફટિકીય કણોનો સમાવેશ થાય છે જેમાં કાર્બન અણુઓ ગ્રેફાઇટની જેમ જ બંધાયેલા હોય છે.

4. કોલસો – બારીક ગ્રાઉન્ડ ગ્રેફાઇટ. તે હવાના પ્રવેશ વિના કાર્બન ધરાવતા સંયોજનોના થર્મલ વિઘટન દરમિયાન રચાય છે. કોલસો જે પદાર્થમાંથી મેળવવામાં આવે છે અને ઉત્પાદનની પદ્ધતિના આધારે ગુણધર્મોમાં નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે. તેઓ હંમેશા અશુદ્ધિઓ ધરાવે છે જે તેમના ગુણધર્મોને અસર કરે છે. કોલસાના સૌથી મહત્વપૂર્ણ પ્રકારો કોક, ચારકોલ અને સૂટ છે.

કોક હવામાં પ્રવેશ વિના કોલસાને ગરમ કરીને ઉત્પન્ન થાય છે.

ચારકોલ બને છે જ્યારે લાકડાને હવાના પ્રવેશ વિના ગરમ કરવામાં આવે છે.

સૂટ એ ખૂબ જ બારીક ગ્રેફાઇટ સ્ફટિકીય પાવડર છે. મર્યાદિત હવાના પ્રવેશ સાથે હાઇડ્રોકાર્બન (કુદરતી ગેસ, એસિટિલીન, ટર્પેન્ટાઇન, વગેરે) ના દહન દ્વારા રચાય છે.

સક્રિય કાર્બન છિદ્રાળુ ઔદ્યોગિક શોષક છે જેમાં મુખ્યત્વે કાર્બનનો સમાવેશ થાય છે. શોષણ એ ઘન પદાર્થોની સપાટી દ્વારા વાયુઓ અને ઓગળેલા પદાર્થોનું શોષણ છે. સક્રિય કાર્બન ઘન ઇંધણ (પીટ, બ્રાઉન અને હાર્ડ કોલસો, એન્થ્રાસાઇટ), લાકડું અને તેના પ્રોસેસ્ડ ઉત્પાદનો (ચારકોલ, લાકડાંઈ નો વહેર, કાગળનો કચરો), ચામડા ઉદ્યોગનો કચરો અને હાડકાં જેવી પ્રાણી સામગ્રીમાંથી મેળવવામાં આવે છે. કોલસો, ઉચ્ચ યાંત્રિક શક્તિ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ, નારિયેળ અને અન્ય બદામના શેલમાંથી અને ફળોના બીજમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે. કોલસાનું માળખું તમામ કદના છિદ્રો દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે, જો કે, શોષણ ક્ષમતા અને શોષણ દર એકમ માસ દીઠ માઇક્રોપોર્સની સામગ્રી અથવા ગ્રાન્યુલ્સના જથ્થા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. સક્રિય કાર્બનનું ઉત્પાદન કરતી વખતે, પ્રારંભિક સામગ્રીને હવાના પ્રવેશ વિના ગરમીની સારવારને આધિન કરવામાં આવે છે, પરિણામે તેમાંથી ભેજ અને આંશિક રેઝિન દૂર કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, કોલસાનું વિશાળ-છિદ્રાળુ માળખું રચાય છે. માઇક્રોપોરસ માળખું મેળવવા માટે, સક્રિયકરણ કાં તો ગેસ અથવા વરાળ દ્વારા ઓક્સિડેશન દ્વારા અથવા રાસાયણિક રીએજન્ટ્સ સાથે સારવાર દ્વારા કરવામાં આવે છે.

કાર્બન
સાથે (કાર્બોનિયમ), તત્વોના સામયિક કોષ્ટકના પેટાજૂથ IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) નું બિન-ધાતુ રાસાયણિક તત્વ. તે હીરાના સ્ફટિકો (ફિગ. 1), ગ્રેફાઇટ અથવા ફુલેરીન અને અન્ય સ્વરૂપોમાં પ્રકૃતિમાં જોવા મળે છે અને તે કાર્બનિક (કોલસો, તેલ, પ્રાણી અને વનસ્પતિ સજીવો, વગેરે) અને અકાર્બનિક પદાર્થો (ચૂનાનો પત્થર, ખાવાનો સોડા, વગેરે) નો ભાગ છે. વગેરે). કાર્બન વ્યાપક છે, પરંતુ પૃથ્વીના પોપડામાં તેની સામગ્રી માત્ર 0.19% છે (ડાયમન્ડ; ફુલરેન્સ પણ જુઓ).

સરળ પદાર્થોના સ્વરૂપમાં કાર્બનનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. કિંમતી હીરા ઉપરાંત, જે દાગીનાનો વિષય છે, ગ્રાઇન્ડીંગ અને કટીંગ ટૂલ્સના ઉત્પાદન માટે ઔદ્યોગિક હીરાનું ખૂબ મહત્વ છે. ચારકોલ અને કાર્બનના અન્ય આકારહીન સ્વરૂપોનો ઉપયોગ ડીકોલોરાઇઝેશન, શુદ્ધિકરણ, ગેસ શોષણ અને ટેકનોલોજીના ક્ષેત્રોમાં થાય છે જ્યાં વિકસિત સપાટી સાથે શોષકની આવશ્યકતા હોય છે. કાર્બાઈડ્સ, ધાતુઓ સાથે કાર્બનના સંયોજનો, તેમજ બોરોન અને સિલિકોન (ઉદાહરણ તરીકે, Al4C3, SiC, B4C) ઉચ્ચ કઠિનતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે અને તેનો ઉપયોગ ઘર્ષક અને કટીંગ ટૂલ્સના ઉત્પાદન માટે થાય છે. કાર્બન એ એલિમેન્ટલ સ્ટેટમાં અને કાર્બાઈડના સ્વરૂપમાં સ્ટીલ્સ અને એલોયનો ભાગ છે. ઊંચા તાપમાને કાર્બન સાથે સ્ટીલ કાસ્ટિંગની સપાટીની સંતૃપ્તિ (સિમેન્ટેશન) સપાટીની કઠિનતા અને વસ્ત્રોના પ્રતિકારમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.
ALLOYS પણ જુઓ. પ્રકૃતિમાં ગ્રેફાઇટના ઘણાં વિવિધ સ્વરૂપો છે; કેટલાક કૃત્રિમ રીતે મેળવવામાં આવે છે; આકારહીન સ્વરૂપો છે (ઉદાહરણ તરીકે, કોક અને ચારકોલ). જ્યારે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં હાઇડ્રોકાર્બન બળી જાય છે ત્યારે સૂટ, બોન ચાર, લેમ્પ બ્લેક અને એસિટિલીન બ્લેક બને છે. કહેવાતા સફેદ કાર્બન ઓછા દબાણ હેઠળ પાયરોલિટીક ગ્રેફાઇટના ઉત્કર્ષ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે - આ પોઇન્ટેડ ધારવાળા ગ્રેફાઇટ પાંદડાઓના નાના પારદર્શક સ્ફટિકો છે.
ઐતિહાસિક માહિતી.ગ્રેફાઇટ, હીરા અને આકારહીન કાર્બન પ્રાચીનકાળથી જાણીતા છે.
તે લાંબા સમયથી જાણીતું છે કે ગ્રેફાઇટનો ઉપયોગ અન્ય સામગ્રીઓને ચિહ્નિત કરવા માટે થઈ શકે છે, અને "ગ્રેફાઇટ" નામ પોતે, જે ગ્રીક શબ્દ પરથી આવે છે જેનો અર્થ થાય છે "લખવું", એ. વર્નર દ્વારા 1789 માં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. જો કે, ગ્રેફાઇટનો ઇતિહાસ જટિલ છે; સમાન બાહ્ય ભૌતિક ગુણધર્મો સાથેના પદાર્થો ઘણીવાર તેના માટે ભૂલથી હતા, જેમ કે મોલિબ્ડેનાઇટ (મોલિબડેનમ સલ્ફાઇડ), જે એક સમયે ગ્રેફાઇટ તરીકે ગણવામાં આવતા હતા. ગ્રેફાઇટના અન્ય નામોમાં "બ્લેક લીડ", "કાર્બાઇડ આયર્ન" અને "સિલ્વર લીડ"નો સમાવેશ થાય છે. 1779 માં, કે. શેલીએ સ્થાપિત કર્યું કે ગ્રેફાઇટને હવા સાથે ઓક્સિડાઇઝ કરી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બનાવવામાં આવે છે. હીરાનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ ભારતમાં જોવા મળ્યો, અને બ્રાઝિલમાં રત્નો 1725માં વ્યાપારી રીતે મહત્વપૂર્ણ બન્યા; દક્ષિણ આફ્રિકામાં થાપણો 1867માં મળી આવ્યા હતા. 20મી સદીમાં. મુખ્ય હીરા ઉત્પાદકો દક્ષિણ આફ્રિકા, ઝાયર, બોત્સ્વાના, નામિબિયા, અંગોલા, સિએરા લિયોન, તાંઝાનિયા અને રશિયા છે. માનવસર્જિત હીરા, જેની તકનીક 1970 માં બનાવવામાં આવી હતી, તે ઔદ્યોગિક હેતુઓ માટે બનાવવામાં આવે છે.જો કોઈ પદાર્થના માળખાકીય એકમો (મોનોએટોમિક તત્વો માટેના અણુઓ અથવા પોલિએટોમિક તત્વો અને સંયોજનો માટેના પરમાણુઓ) એક કરતાં વધુ સ્ફટિકીય સ્વરૂપમાં એકબીજા સાથે જોડવામાં સક્ષમ હોય, તો આ ઘટનાને એલોટ્રોપી કહેવામાં આવે છે. કાર્બનમાં ત્રણ એલોટ્રોપિક ફેરફારો છે - હીરા, ગ્રેફાઇટ અને ફુલેરીન. હીરામાં, દરેક કાર્બન અણુમાં 4 ટેટ્રાહેડ્રલી સ્થિત પડોશીઓ હોય છે, જે ઘન માળખું બનાવે છે (ફિગ. 1a). આ માળખું બોન્ડની મહત્તમ સહસંયોજકતાને અનુરૂપ છે, અને દરેક કાર્બન અણુના તમામ 4 ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ-શક્તિવાળા C-C બોન્ડ બનાવે છે, એટલે કે. બંધારણમાં કોઈ વહન ઇલેક્ટ્રોન નથી. તેથી, હીરાને તેની વાહકતાનો અભાવ, ઓછી થર્મલ વાહકતા અને ઉચ્ચ કઠિનતા દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે; તે સૌથી સખત જાણીતો પદાર્થ છે (ફિગ. 2). ટેટ્રાહેડ્રલ સ્ટ્રક્ચરમાં C-C બોન્ડ (બોન્ડની લંબાઈ 1.54, તેથી સહસંયોજક ત્રિજ્યા 1.54/2 = 0.77) ને તોડવા માટે ઘણી ઊર્જાની જરૂર પડે છે, તેથી હીરા, અસાધારણ કઠિનતા સાથે, ઉચ્ચ ગલનબિંદુ (3550° C ) દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

અતિશય ઓક્સિજનમાં બારીક વિખેરાયેલ કાર્બન જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે અથવા સ્પાર્કથી વિસ્ફોટ થઈ શકે છે. પ્રત્યક્ષ ઓક્સિડેશન ઉપરાંત, ઓક્સાઇડ બનાવવા માટે વધુ આધુનિક પદ્ધતિઓ છે. કાર્બન સબઓક્સાઈડ C3O2 P4O10 પર મેલોનિક એસિડના નિર્જલીકરણ દ્વારા રચાય છે:

C3O2 એક અપ્રિય ગંધ ધરાવે છે અને સરળતાથી હાઇડ્રોલાઇઝ્ડ થાય છે, ફરીથી મેલોનિક એસિડ બનાવે છે.
કાર્બન મોનોક્સાઇડ (II) CO ઓક્સિજનની અછતની સ્થિતિમાં કાર્બનના કોઈપણ ફેરફારના ઓક્સિડેશન દરમિયાન રચાય છે. પ્રતિક્રિયા એક્ઝોથર્મિક છે, 111.6 kJ/mol પ્રકાશિત થાય છે. સફેદ ગરમીના તાપમાને કોક પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે: C + H2O = CO + H2; પરિણામી ગેસ મિશ્રણને "વોટર ગેસ" કહેવામાં આવે છે અને તે વાયુયુક્ત બળતણ છે. પેટ્રોલિયમ ઉત્પાદનોના અપૂર્ણ દહન દરમિયાન પણ COની રચના થાય છે;

CO માં કાર્બનની ઓક્સિડેશન સ્થિતિ +2 છે, અને કાર્બન ઓક્સિડેશન સ્થિતિ +4 માં વધુ સ્થિર હોવાથી, CO ઓક્સિજન દ્વારા CO2 માં સરળતાથી ઓક્સિડેશન થાય છે: CO + O2 (r) CO2, આ પ્રતિક્રિયા અત્યંત એક્ઝોથર્મિક છે (283 kJ/ મોલ). CO નો ઉપયોગ ઉદ્યોગમાં H2 અને અન્ય જ્વલનશીલ વાયુઓ સાથેના મિશ્રણમાં બળતણ અથવા વાયુ ઘટાડનાર એજન્ટ તરીકે થાય છે. જ્યારે 500 ° સે સુધી ગરમ થાય છે, ત્યારે CO નોંધપાત્ર હદ સુધી C અને CO2 બનાવે છે, પરંતુ 1000 ° સે પર, CO2 ની ઓછી સાંદ્રતા પર સંતુલન સ્થાપિત થાય છે. CO ક્લોરિન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ફોસ્જીન - COCl2 બનાવે છે, અન્ય હેલોજન સાથેની પ્રતિક્રિયાઓ એ જ રીતે આગળ વધે છે, સલ્ફર કાર્બોનિલ સલ્ફાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયામાં COS મેળવવામાં આવે છે, ધાતુઓ (M) CO વિવિધ રચનાઓ M(CO)x ના કાર્બોનિલ્સ બનાવે છે, જે જટિલ સંયોજનો છે. આયર્ન કાર્બોનિલ રચાય છે જ્યારે રક્ત હિમોગ્લોબિન CO સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે, જે ઓક્સિજન સાથે હિમોગ્લોબિનની પ્રતિક્રિયાને અટકાવે છે, કારણ કે આયર્ન કાર્બોનિલ એક મજબૂત સંયોજન છે. પરિણામે, કોષોમાં ઓક્સિજનના વાહક તરીકે હિમોગ્લોબિનનું કાર્ય અવરોધિત છે, જે પછી મૃત્યુ પામે છે (અને મગજના કોષો મુખ્યત્વે અસરગ્રસ્ત છે). (તેથી CO માટે બીજું નામ - "કાર્બન મોનોક્સાઇડ"). પહેલાથી જ હવામાં 1% (વોલ્યુમ.) CO જો મનુષ્યો આવા વાતાવરણમાં 10 મિનિટથી વધુ સમય માટે હોય તો તે તેમના માટે જોખમી છે. CO ના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, અથવા કાર્બન મોનોક્સાઇડ (IV) CO2 ગરમી (395 kJ/mol) ના પ્રકાશન સાથે વધારાના ઓક્સિજનમાં મૂળ કાર્બનના દહન દ્વારા રચાય છે. CO2 (નામું નામ "કાર્બન ડાયોક્સાઇડ" છે) પણ CO, પેટ્રોલિયમ ઉત્પાદનો, ગેસોલિન, તેલ અને અન્ય કાર્બનિક સંયોજનોના સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન દરમિયાન રચાય છે. જ્યારે કાર્બોનેટ પાણીમાં ઓગળવામાં આવે છે, ત્યારે હાઇડ્રોલિસિસના પરિણામે CO2 પણ મુક્ત થાય છે:

CO2 ઉત્પન્ન કરવા માટે આ પ્રતિક્રિયાનો પ્રયોગશાળા પ્રેક્ટિસમાં વારંવાર ઉપયોગ થાય છે. આ ગેસ મેટલ બાયકાર્બોનેટના કેલ્સિનેશન દ્વારા પણ મેળવી શકાય છે:

CO સાથે સુપરહીટેડ વરાળની ગેસ-તબક્કાની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં:

હાઇડ્રોકાર્બન અને તેમના ઓક્સિજન ડેરિવેટિવ્ઝને બાળતી વખતે, ઉદાહરણ તરીકે:

તેવી જ રીતે, ખાદ્ય ઉત્પાદનો જીવંત સજીવમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, ગરમી અને અન્ય પ્રકારની ઊર્જા મુક્ત કરે છે. આ કિસ્સામાં, મધ્યવર્તી તબક્કાઓ દ્વારા હળવા પરિસ્થિતિઓમાં ઓક્સિડેશન થાય છે, પરંતુ અંતિમ ઉત્પાદનો સમાન છે - CO2 અને H2O, ઉદાહરણ તરીકે, ઉત્સેચકોની ક્રિયા હેઠળ શર્કરાના વિઘટન દરમિયાન, ખાસ કરીને ગ્લુકોઝના આથો દરમિયાન:

કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને મેટલ ઓક્સાઇડનું મોટા પાયે ઉત્પાદન ઉદ્યોગમાં કાર્બોનેટના થર્મલ વિઘટન દ્વારા કરવામાં આવે છે:

CaO નો ઉપયોગ સિમેન્ટ ઉત્પાદન ટેકનોલોજીમાં મોટા પ્રમાણમાં થાય છે. આ યોજના અનુસાર કાર્બોનેટની થર્મલ સ્થિરતા અને તેમના વિઘટન માટે ગરમીનો વપરાશ CaCO3 શ્રેણીમાં વધે છે (આગળ નિવારણ અને અગ્નિ સંરક્ષણ પણ જુઓ). કાર્બન ઓક્સાઇડનું ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું. કોઈપણ કાર્બન મોનોક્સાઇડનું ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું ઇલેક્ટ્રોન જોડીની વિવિધ ગોઠવણી સાથે ત્રણ સમાન સંભવિત યોજનાઓ દ્વારા વર્ણવી શકાય છે - ત્રણ રેઝોનન્ટ સ્વરૂપો:

બધા કાર્બન ઓક્સાઇડમાં રેખીય માળખું હોય છે.
કાર્બનિક એસિડ.જ્યારે CO2 પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ત્યારે કાર્બોનિક એસિડ H2CO3 બને છે. CO2 (0.034 mol/l) ના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં, માત્ર કેટલાક અણુઓ H2CO3 બનાવે છે, અને મોટાભાગના CO2 હાઇડ્રેટેડ સ્થિતિમાં CO2*H2O છે.
કાર્બોનેટ.કાર્બોનેટ CO2 સાથે મેટલ ઓક્સાઇડની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, Na2O + CO2 -> NaHCO3 જે, જ્યારે ગરમ થાય છે, ત્યારે CO2 છોડવા માટે વિઘટિત થાય છે: 2NaHCO3 -> Na2CO3 + H2O + CO2 સોડિયમ કાર્બોનેટ, અથવા સોડા, સોડામાં ઉત્પન્ન થાય છે. મોટા જથ્થામાં ઉદ્યોગ, મુખ્યત્વે સોલ્વે પદ્ધતિ દ્વારા:

બીજી પદ્ધતિ CO2 અને NaOH માંથી સોડા મેળવવાની છે

કાર્બોનેટ આયન CO32- 120°ના O-C-O કોણ સાથે અને CO બોન્ડની લંબાઈ 1.31 સાથે સપાટ માળખું ધરાવે છે.
(આલ્કલી ઉત્પાદન પણ જુઓ).
કાર્બન હલાઇડ્સ.જ્યારે ટેટ્રાહાલાઈડ્સ બનાવવા માટે ગરમ થાય છે ત્યારે કાર્બન સીધી હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, પરંતુ પ્રતિક્રિયા દર અને ઉત્પાદનની ઉપજ ઓછી હોય છે. તેથી, કાર્બન હલાઇડ્સ અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કાર્બન ડાયસલ્ફાઇડના ક્લોરિનેશન દ્વારા, CCl4 મેળવવામાં આવે છે: CS2 + 2Cl2 -> CCl4 + 2S ટેટ્રાક્લોરાઇડ CCl4 એ બિન-જ્વલનશીલ પદાર્થ છે, જેનો ઉપયોગ ડ્રાય ક્લિનિંગ પ્રક્રિયાઓમાં દ્રાવક તરીકે થાય છે, પરંતુ ફ્લેમ એરેસ્ટર તરીકે તેનો ઉપયોગ કરવાની ભલામણ કરવામાં આવતી નથી, કારણ કે ઊંચા તાપમાને, ઝેરી ફોસજીન (એક વાયુયુક્ત ઝેરી પદાર્થ) ની રચના થાય છે. CCl4 પોતે પણ ઝેરી છે અને, જો નોંધપાત્ર માત્રામાં શ્વાસ લેવામાં આવે, તો તે લીવરમાં ઝેરનું કારણ બની શકે છે. СCl4 પણ મિથેન СH4 અને Сl2 વચ્ચે ફોટોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાય છે; આ કિસ્સામાં, મિથેનના અપૂર્ણ ક્લોરિનેશનના ઉત્પાદનોની રચના - CHCl3, CH2Cl2 અને CH3Cl - શક્ય છે. પ્રતિક્રિયાઓ અન્ય હેલોજન સાથે સમાન રીતે થાય છે.
ગ્રેફાઇટની પ્રતિક્રિયાઓ.ગ્રેફાઇટ, કાર્બનના ફેરફાર તરીકે, ષટ્કોણ રિંગ્સના સ્તરો વચ્ચેના મોટા અંતર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ, અસામાન્ય પ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રવેશ કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, આલ્કલી ધાતુઓ, હેલોજન અને કેટલાક ક્ષાર (FeCl3) સ્તરો વચ્ચે ઘૂસીને KC8, KC16 (કેસી 16) જેવા સંયોજનો બનાવે છે. ઇન્ટર્સ્ટિશલ સંયોજનો, સમાવેશ અથવા ક્લેથ્રેટ્સ કહેવાય છે). એસિડિક વાતાવરણમાં KClO3 જેવા મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો (સલ્ફ્યુરિક અથવા નાઈટ્રિક એસિડ) સ્ફટિક જાળીના મોટા જથ્થા સાથે (સ્તરો વચ્ચે 6 સુધી) પદાર્થો બનાવે છે, જે ઓક્સિજન પરમાણુના પરિચય અને સંયોજનોની રચના દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. જેની સપાટી, ઓક્સિડેશનના પરિણામે, કાર્બોક્સિલ જૂથો (-COOH) રચાય છે - ઓક્સિડાઇઝ્ડ ગ્રેફાઇટ અથવા મેલીટિક (બેન્ઝીન હેક્સાકાર્બોક્સિલિક) એસિડ C6(COOH)6 જેવા સંયોજનો. આ સંયોજનોમાં, C:O ગુણોત્તર 6:1 થી 6:2.5 સુધી બદલાઈ શકે છે.
કાર્બાઈડ્સ.કાર્બન ધાતુઓ, બોરોન અને સિલિકોન સાથે કાર્બાઇડ તરીકે ઓળખાતા વિવિધ સંયોજનો બનાવે છે. સૌથી વધુ સક્રિય ધાતુઓ (IA-IIIA પેટાજૂથો) મીઠા જેવા કાર્બાઈડ બનાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે Na2C2, CaC2, Mg4C3, Al4C3. ઉદ્યોગમાં, કેલ્શિયમ કાર્બાઇડ નીચેની પ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને કોક અને ચૂનાના પત્થરમાંથી મેળવવામાં આવે છે:

કાર્બાઇડ્સ બિન-ઇલેક્ટ્રિકલી વાહક છે, લગભગ રંગહીન છે, હાઇડ્રોકાર્બન બનાવવા માટે હાઇડ્રોલાઈઝ કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2 એસીટીલીન C2H2 પ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાય છે તે ઘણા કાર્બનિક પદાર્થોના ઉત્પાદનમાં ફીડસ્ટોક તરીકે કામ કરે છે. આ પ્રક્રિયા રસપ્રદ છે કારણ કે તે અકાર્બનિક પ્રકૃતિના કાચા માલમાંથી કાર્બનિક સંયોજનોના સંશ્લેષણમાં સંક્રમણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. કાર્બાઇડ જે હાઇડ્રોલિસિસ પર એસિટિલીન બનાવે છે તેને એસિટિલેનાઇડ્સ કહેવામાં આવે છે. સિલિકોન અને બોરોન કાર્બાઇડ (SiC અને B4C) માં, અણુઓ વચ્ચેનું બંધન સહસંયોજક છે. સંક્રમણ ધાતુઓ (બી-પેટાજૂથોના તત્વો) જ્યારે કાર્બન સાથે ગરમ થાય છે ત્યારે ધાતુની સપાટી પરની તિરાડોમાં પરિવર્તનશીલ રચનાના કાર્બાઇડ બનાવે છે; તેમાંના બોન્ડ મેટાલિકની નજીક છે. આ પ્રકારના કેટલાક કાર્બાઇડ, ઉદાહરણ તરીકે WC, W2C, TiC અને SiC, ઉચ્ચ કઠિનતા અને પ્રત્યાવર્તન દ્વારા અલગ પડે છે, અને સારી વિદ્યુત વાહકતા ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, NbC, TaC અને HfC એ સૌથી વધુ પ્રત્યાવર્તન પદાર્થો છે (mp = 4000-4200 ° C), ડિનિઓબિયમ કાર્બાઇડ Nb2C 9.18 K પર સુપરકન્ડક્ટર છે, TiC અને W2C એ હીરાની કઠિનતાની નજીક છે, અને B4C (a) ની કઠિનતા હીરાનું માળખાકીય એનાલોગ) મોહ સ્કેલ પર 9.5 છે (ફિગ. 2 જુઓ). જો સંક્રમણ ધાતુની ત્રિજ્યા હોય તો નિષ્ક્રિય કાર્બાઇડ રચાય છે કાર્બનના નાઇટ્રોજન ડેરિવેટિવ્ઝ.આ જૂથમાં યુરિયા NH2CONH2 નો સમાવેશ થાય છે - એક નાઇટ્રોજન ખાતર જે ઉકેલના રૂપમાં વપરાય છે. દબાણ હેઠળ ગરમ કરીને NH3 અને CO2 માંથી યુરિયા મેળવવામાં આવે છે:

સાયનોજેન (CN)2 માં હેલોજન જેવા ઘણા ગુણધર્મો છે અને તેને ઘણીવાર સ્યુડોહેલોજન કહેવામાં આવે છે. સાયનાઇડ ઓક્સિજન, હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ અથવા Cu2+ આયન: 2CN--> (CN)2 + 2e સાથે સાયનાઇડ આયનના હળવા ઓક્સિડેશન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. સાયનાઇડ આયન, ઇલેક્ટ્રોન દાતા હોવાને કારણે, સંક્રમણ મેટલ આયનો સાથે સરળતાથી જટિલ સંયોજનો બનાવે છે. CO ની જેમ, સાયનાઇડ આયન એ એક ઝેર છે, જે જીવંત જીવતંત્રમાં મહત્વપૂર્ણ આયર્ન સંયોજનોને બંધનકર્તા છે. સાયનાઇડ જટિલ આયનોમાં સામાન્ય સૂત્ર []-0.5x હોય છે, જ્યાં x એ ધાતુની સંકલન સંખ્યા છે (જટિલ એજન્ટ), પ્રયોગાત્મક રીતે ધાતુના આયનની ઓક્સિડેશન સ્થિતિના બમણા સમાન છે. આવા જટિલ આયનોના ઉદાહરણો છે (કેટલાક આયનોનું માળખું નીચે આપેલ છે) ટેટ્રાસાયનોનિકલેટ(II) આયન []2-, હેક્સાસ્યાનોફેરેટ(III) []3-, ડાયસિયાનોઆર્જેન્ટેટ []-:

કાર્બોનિલ્સ.કાર્બન મોનોક્સાઇડ ઘણી ધાતુઓ અથવા ધાતુના આયનો સાથે સીધી પ્રતિક્રિયા કરવા સક્ષમ છે, જે કાર્બોનિલ્સ તરીકે ઓળખાતા જટિલ સંયોજનો બનાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે Ni(CO)4, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, []3, Mo(CO)6, [] 2. આ સંયોજનોમાં બંધન ઉપર વર્ણવેલ સાયનો સંકુલમાં બંધન સમાન છે. Ni(CO)4 એ એક અસ્થિર પદાર્થ છે જેનો ઉપયોગ નિકલને અન્ય ધાતુઓથી અલગ કરવા માટે થાય છે. સ્ટ્રક્ચર્સમાં કાસ્ટ આયર્ન અને સ્ટીલની રચનાનું બગાડ ઘણીવાર કાર્બોનિલ્સની રચના સાથે સંકળાયેલું છે. હાઇડ્રોજન કાર્બોનિલ્સનો ભાગ હોઇ શકે છે, જે કાર્બોનિલ હાઇડ્રાઇડ્સ બનાવે છે, જેમ કે H2Fe(CO)4 અને HCo(CO)4, જે એસિડિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે અને આલ્કલી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે: H2Fe(CO)4 + NaOH -> NaHFe(CO)4 + H2O કાર્બોનિલ હલાઇડ્સ પણ જાણીતા છે, ઉદાહરણ તરીકે Fe(CO)X2, Fe(CO)2X2, Co(CO)I2, Pt(CO)Cl2, જ્યાં X કોઈપણ હેલોજન છે
(ઓર્ગેનોમેટાલિક સંયોજનો પણ જુઓ).
હાઇડ્રોકાર્બન.કાર્બન-હાઈડ્રોજન સંયોજનોની વિશાળ સંખ્યા જાણીતી છે
(ઓર્ગેનિક કેમિસ્ટ્રી જુઓ).
સાહિત્ય
સુન્યાયેવ ઝેડ.આઈ. પેટ્રોલિયમ કાર્બન. એમ., 1980 હાઇપરકોઓર્ડિનેટેડ કાર્બનનું રસાયણશાસ્ત્ર. એમ., 1990

કોલિયર્સ એનસાયક્લોપીડિયા. - ઓપન સોસાયટી. 2000 .

અન્ય શબ્દકોશોમાં "કાર્બન" શું છે તે જુઓ:

ન્યુક્લાઇડ્સનું કોષ્ટક સામાન્ય માહિતી નામ, પ્રતીક કાર્બન 14, 14C વૈકલ્પિક નામો રેડિયોકાર્બન, રેડિયોકાર્બન ન્યુટ્રોન 8 પ્રોટોન 6 ન્યુક્લાઇડ અણુ સમૂહના ગુણધર્મો ... વિકિપીડિયા

ન્યુક્લિડ્સનું કોષ્ટક સામાન્ય માહિતી નામ, પ્રતીક કાર્બન 12, 12C ન્યુટ્રોન 6 પ્રોટોન 6 ન્યુક્લાઇડ ગુણધર્મો અણુ સમૂહ 12.0000000(0) ... વિકિપીડિયા

ન્યુક્લાઇડ્સનું કોષ્ટક સામાન્ય માહિતી નામ, પ્રતીક કાર્બન 13, 13C ન્યુટ્રોન 7 પ્રોટોન 6 ન્યુક્લાઇડ ગુણધર્મો અણુ સમૂહ 13.0033548378(10) ... વિકિપીડિયા

- (lat. કાર્બોનિયમ) C, કેમિકલ. મેન્ડેલીવ સામયિક પ્રણાલીના જૂથ IV નું તત્વ, અણુ નંબર 6, અણુ સમૂહ 12.011. મુખ્ય ક્રિસ્ટલ ફેરફારો હીરા અને ગ્રેફાઇટ છે. સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, કાર્બન રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે; ઊંચાઈએ... મોટા જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશ

કાર્બન અનેક એલોટ્રોપિક ફેરફારો રચવામાં સક્ષમ છે. આ હીરા છે (સૌથી નિષ્ક્રિય એલોટ્રોપિક ફેરફાર), ગ્રેફાઇટ, ફુલેરીન અને કાર્બાઇન.

ચારકોલ અને સૂટ આકારહીન કાર્બન છે. આ રાજ્યમાં કાર્બનનું ક્રમબદ્ધ માળખું નથી અને તે ખરેખર ગ્રેફાઇટ સ્તરોના નાના ટુકડાઓ ધરાવે છે. ગરમ પાણીની વરાળથી સારવાર કરાયેલ આકારહીન કાર્બનને સક્રિય કાર્બન કહેવામાં આવે છે. 1 ગ્રામ સક્રિય કાર્બન, તેમાં ઘણા છિદ્રોની હાજરીને કારણે, તેની કુલ સપાટી ત્રણસો ચોરસ મીટરથી વધુ છે! વિવિધ પદાર્થોને શોષવાની તેની ક્ષમતાને લીધે, સક્રિય કાર્બનનો વ્યાપકપણે ફિલ્ટર ફિલર તરીકે, તેમજ વિવિધ પ્રકારના ઝેર માટે એન્ટરસોર્બન્ટ તરીકે ઉપયોગ થાય છે.

રાસાયણિક દૃષ્ટિકોણથી, આકારહીન કાર્બન તેનું સૌથી સક્રિય સ્વરૂપ છે, ગ્રેફાઇટ મધ્યમ પ્રવૃત્તિ દર્શાવે છે, અને હીરા અત્યંત નિષ્ક્રિય પદાર્થ છે. આ કારણોસર, નીચે ચર્ચા કરાયેલા કાર્બનના રાસાયણિક ગુણધર્મો મુખ્યત્વે આકારહીન કાર્બનને આભારી હોવા જોઈએ.

કાર્બન ગુણધર્મો ઘટાડીને

ઘટાડનાર એજન્ટ તરીકે, કાર્બન ઓક્સિજન, હેલોજન અને સલ્ફર જેવી બિન-ધાતુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે.

કોલસાના દહન દરમિયાન ઓક્સિજનની અધિકતા અથવા અભાવને આધારે, કાર્બન મોનોક્સાઇડ CO અથવા કાર્બન ડાયોક્સાઇડ CO 2 ની રચના શક્ય છે:

જ્યારે કાર્બન ફ્લોરિન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ત્યારે કાર્બન ટેટ્રાફ્લોરાઇડ રચાય છે:

જ્યારે કાર્બનને સલ્ફર સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે કાર્બન ડાયસલ્ફાઇડ CS 2 રચાય છે:

કાર્બન તેમના ઓક્સાઇડમાંથી પ્રવૃત્તિ શ્રેણીમાં એલ્યુમિનિયમ પછી ધાતુઓને ઘટાડવામાં સક્ષમ છે. ઉદાહરણ તરીકે:

કાર્બન સક્રિય ધાતુઓના ઓક્સાઇડ સાથે પણ પ્રતિક્રિયા આપે છે, પરંતુ આ કિસ્સામાં, એક નિયમ તરીકે, તે ધાતુનો ઘટાડો નથી જે અવલોકન કરવામાં આવે છે, પરંતુ તેના કાર્બાઇડની રચના છે:

બિન-ધાતુ ઓક્સાઇડ સાથે કાર્બનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

કાર્બન કાર્બન ડાયોક્સાઇડ CO 2 સાથે સહપ્રમાણ પ્રતિક્રિયામાં પ્રવેશે છે:

ઔદ્યોગિક દૃષ્ટિકોણથી સૌથી મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયાઓમાંની એક કહેવાતી છે વરાળ કોલસાનું રૂપાંતર. ગરમ કોલસા દ્વારા પાણીની વરાળ પસાર કરીને પ્રક્રિયા હાથ ધરવામાં આવે છે. નીચેની પ્રતિક્રિયા થાય છે:

ઊંચા તાપમાને, કાર્બન સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ જેવા નિષ્ક્રિય સંયોજનને પણ ઘટાડવામાં સક્ષમ છે. આ કિસ્સામાં, પરિસ્થિતિઓના આધારે, સિલિકોન અથવા સિલિકોન કાર્બાઇડની રચના શક્ય છે ( કાર્બોરન્ડમ):

ઉપરાંત, ઘટાડતા એજન્ટ તરીકે કાર્બન ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ખાસ કરીને કેન્દ્રિત સલ્ફ્યુરિક અને નાઈટ્રિક એસિડ્સ:

કાર્બનના ઓક્સિડેટીવ ગુણધર્મો

રાસાયણિક તત્વ કાર્બન અત્યંત ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ નથી, તેથી તે બનાવેલા સાદા પદાર્થો અન્ય બિન-ધાતુઓ પ્રત્યે ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મોને ભાગ્યે જ દર્શાવે છે.

ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં ગરમ ​​થાય ત્યારે હાઇડ્રોજન સાથે આકારહીન કાર્બનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ આવી પ્રતિક્રિયાઓનું ઉદાહરણ છે:

અને 1200-1300 o C ના તાપમાને સિલિકોન સાથે પણ:

કાર્બન ધાતુઓના સંબંધમાં ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મો દર્શાવે છે. કાર્બન સક્રિય ધાતુઓ અને કેટલીક મધ્યવર્તી પ્રવૃત્તિ ધાતુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા કરવા સક્ષમ છે. જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે પ્રતિક્રિયાઓ થાય છે:

સિલિકોનના રાસાયણિક ગુણધર્મો

સિલિકોન, કાર્બનની જેમ, સ્ફટિકીય અને આકારહીન સ્થિતિમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને, કાર્બનના કિસ્સામાં, આકારહીન સિલિકોન સ્ફટિકીય સિલિકોન કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધુ રાસાયણિક રીતે સક્રિય છે.

કેટલીકવાર આકારહીન અને સ્ફટિકીય સિલિકોનને એલોટ્રોપિક ફેરફારો કહેવામાં આવે છે, જે કડક રીતે કહીએ તો, સંપૂર્ણ રીતે સાચું નથી. આકારહીન સિલિકોન એ અનિવાર્યપણે સ્ફટિકીય સિલિકોનના નાના કણોનું સમૂહ છે જે અવ્યવસ્થિત રીતે એકબીજા સાથે સંબંધિત છે.

સરળ પદાર્થો સાથે સિલિકોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

બિન-ધાતુઓ

સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, સિલિકોન, તેની જડતાને લીધે, માત્ર ફ્લોરિન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે:

જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે જ સિલિકોન ક્લોરિન, બ્રોમિન અને આયોડિન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. તે લાક્ષણિકતા છે કે, હેલોજનની પ્રવૃત્તિના આધારે, અનુરૂપ રીતે અલગ તાપમાન જરૂરી છે:

તેથી ક્લોરિન સાથે પ્રતિક્રિયા 340-420 o C પર થાય છે:

બ્રોમિન સાથે - 620-700 o C:

આયોડિન સાથે - 750-810 o C:

ઓક્સિજન સાથે સિલિકોનની પ્રતિક્રિયા થાય છે, પરંતુ મજબૂત ઓક્સાઇડ ફિલ્મ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને મુશ્કેલ બનાવે છે તે હકીકતને કારણે ખૂબ જ મજબૂત ગરમી (1200-1300 o C) ની જરૂર પડે છે:

1200-1500 o C ના તાપમાને, સિલિકોન ધીમે ધીમે ગ્રેફાઇટના રૂપમાં કાર્બન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરીને કાર્બોરન્ડમ SiC બનાવે છે - હીરા જેવો જ અણુ સ્ફટિક જાળી ધરાવતો પદાર્થ અને લગભગ તેટલો જ મજબૂત:

સિલિકોન હાઇડ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી.

ધાતુઓ

તેની ઓછી ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટીને કારણે, સિલિકોન માત્ર ધાતુઓ તરફ જ ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મો પ્રદર્શિત કરી શકે છે. ધાતુઓમાંથી, સિલિકોન સક્રિય (આલ્કલી અને આલ્કલાઇન પૃથ્વી) ધાતુઓ, તેમજ મધ્યવર્તી પ્રવૃત્તિ સાથે ઘણી ધાતુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે, સિલિસાઇડ્સ રચાય છે:

જટિલ પદાર્થો સાથે સિલિકોનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

સિલિકોન જ્યારે ઉકાળવામાં આવે ત્યારે પણ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપતું નથી, જો કે, આકારહીન સિલિકોન લગભગ 400-500 o C તાપમાને સુપરહિટેડ પાણીની વરાળ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. આ કિસ્સામાં, હાઇડ્રોજન અને સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ રચાય છે:

તમામ એસિડમાંથી, સિલિકોન (એક આકારહીન સ્થિતિમાં) માત્ર કેન્દ્રિત હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ સાથે જ પ્રતિક્રિયા આપે છે:

સિલિકોન કેન્દ્રિત આલ્કલી સોલ્યુશનમાં ઓગળી જાય છે. પ્રતિક્રિયા હાઇડ્રોજનના પ્રકાશન સાથે છે.

લેખની સામગ્રી

કાર્બન, C (કાર્બોનિયમ), તત્વોના સામયિક કોષ્ટકના જૂથ IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) નું બિન-ધાતુ રાસાયણિક તત્વ. તે હીરાના સ્ફટિકો (ફિગ. 1), ગ્રેફાઇટ અથવા ફુલેરીન અને અન્ય સ્વરૂપોમાં પ્રકૃતિમાં જોવા મળે છે અને તે કાર્બનિક (કોલસો, તેલ, પ્રાણી અને વનસ્પતિ સજીવો, વગેરે) અને અકાર્બનિક પદાર્થો (ચૂનાનો પત્થર, ખાવાનો સોડા, વગેરે) નો ભાગ છે. વગેરે).

કાર્બન વ્યાપક છે, પરંતુ પૃથ્વીના પોપડામાં તેની સામગ્રી માત્ર 0.19% છે.

સરળ પદાર્થોના સ્વરૂપમાં કાર્બનનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. કિંમતી હીરા ઉપરાંત, જે દાગીનાનો વિષય છે, ગ્રાઇન્ડીંગ અને કટીંગ ટૂલ્સના ઉત્પાદન માટે ઔદ્યોગિક હીરાનું ખૂબ મહત્વ છે.

ચારકોલ અને કાર્બનના અન્ય આકારહીન સ્વરૂપોનો ઉપયોગ ડીકોલોરાઇઝેશન, શુદ્ધિકરણ, ગેસ શોષણ અને ટેકનોલોજીના ક્ષેત્રોમાં થાય છે જ્યાં વિકસિત સપાટી સાથે શોષકની આવશ્યકતા હોય છે. કાર્બાઈડ્સ, ધાતુઓ સાથેના કાર્બનના સંયોજનો, તેમજ બોરોન અને સિલિકોન (ઉદાહરણ તરીકે, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) ઉચ્ચ કઠિનતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે અને તેનો ઉપયોગ ઘર્ષક અને કટીંગ ટૂલ્સના ઉત્પાદન માટે થાય છે. કાર્બન એ એલિમેન્ટલ સ્ટેટમાં અને કાર્બાઈડના સ્વરૂપમાં સ્ટીલ્સ અને એલોયનો ભાગ છે. ઊંચા તાપમાને કાર્બન સાથે સ્ટીલ કાસ્ટિંગની સપાટીની સંતૃપ્તિ (સિમેન્ટેશન) સપાટીની કઠિનતા અને વસ્ત્રોના પ્રતિકારમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. પણ જુઓએલોય.

પ્રકૃતિમાં ગ્રેફાઇટના ઘણાં વિવિધ સ્વરૂપો છે; કેટલાક કૃત્રિમ રીતે મેળવવામાં આવે છે; આકારહીન સ્વરૂપો છે (ઉદાહરણ તરીકે, કોક અને ચારકોલ). જ્યારે ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં હાઇડ્રોકાર્બન બળી જાય છે ત્યારે સૂટ, બોન ચાર, લેમ્પ બ્લેક અને એસિટિલીન બ્લેક બને છે. કહેવાતા સફેદ કાર્બનઘટાડેલા દબાણ હેઠળ પાયરોલિટીક ગ્રેફાઇટના ઉત્કર્ષ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે - આ પોઇન્ટેડ કિનારીઓવાળા ગ્રેફાઇટ પાંદડાઓના નાના પારદર્શક સ્ફટિકો છે.

ઐતિહાસિક માહિતી.

ગ્રેફાઇટ, હીરા અને આકારહીન કાર્બન પ્રાચીનકાળથી જાણીતા છે. તે લાંબા સમયથી જાણીતું છે કે ગ્રેફાઇટનો ઉપયોગ અન્ય સામગ્રીઓને ચિહ્નિત કરવા માટે થઈ શકે છે, અને "ગ્રેફાઇટ" નામ પોતે, જે ગ્રીક શબ્દ પરથી આવે છે જેનો અર્થ થાય છે "લખવું", એ. વર્નર દ્વારા 1789 માં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. જો કે, ગ્રેફાઇટનો ઇતિહાસ જટિલ છે; સમાન બાહ્ય ભૌતિક ગુણધર્મો સાથેના પદાર્થો ઘણીવાર તેના માટે ભૂલથી હતા, જેમ કે મોલિબ્ડેનાઇટ (મોલિબડેનમ સલ્ફાઇડ), જે એક સમયે ગ્રેફાઇટ તરીકે ગણવામાં આવતા હતા. ગ્રેફાઇટના અન્ય નામોમાં "બ્લેક લીડ", "આયર્ન કાર્બાઇડ" અને "સિલ્વર લીડ"નો સમાવેશ થાય છે. 1779 માં, કે. શેલીએ સ્થાપિત કર્યું કે ગ્રેફાઇટને હવા સાથે ઓક્સિડાઇઝ કરી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બનાવવામાં આવે છે.

હીરાનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ ભારતમાં જોવા મળ્યો, અને બ્રાઝિલમાં રત્નો 1725માં વ્યાપારી રીતે મહત્વપૂર્ણ બન્યા; દક્ષિણ આફ્રિકામાં થાપણો 1867માં મળી આવ્યા હતા. 20મી સદીમાં. મુખ્ય હીરા ઉત્પાદકો દક્ષિણ આફ્રિકા, ઝાયર, બોત્સ્વાના, નામિબિયા, અંગોલા, સિએરા લિયોન, તાંઝાનિયા અને રશિયા છે. માનવસર્જિત હીરા, જેની તકનીક 1970 માં બનાવવામાં આવી હતી, તે ઔદ્યોગિક હેતુઓ માટે બનાવવામાં આવે છે.

એલોટ્રોપી.

જો કોઈ પદાર્થના માળખાકીય એકમો (મોનોએટોમિક તત્વો માટેના અણુઓ અથવા પોલિએટોમિક તત્વો અને સંયોજનો માટેના પરમાણુઓ) એક કરતાં વધુ સ્ફટિકીય સ્વરૂપમાં એકબીજા સાથે જોડવામાં સક્ષમ હોય, તો આ ઘટનાને એલોટ્રોપી કહેવામાં આવે છે. કાર્બનમાં ત્રણ એલોટ્રોપિક ફેરફારો છે: હીરા, ગ્રેફાઇટ અને ફુલેરીન. હીરામાં, દરેક કાર્બન અણુમાં 4 ટેટ્રાહેડ્રલી ગોઠવાયેલા પડોશીઓ હોય છે, જે ઘન માળખું બનાવે છે (ફિગ. 1, એ). આ માળખું બોન્ડની મહત્તમ સહસંયોજકતાને અનુરૂપ છે, અને દરેક કાર્બન અણુના તમામ 4 ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ-શક્તિવાળા C–C બોન્ડ બનાવે છે, એટલે કે. બંધારણમાં કોઈ વહન ઇલેક્ટ્રોન નથી. તેથી, હીરાને તેની વાહકતાનો અભાવ, ઓછી થર્મલ વાહકતા અને ઉચ્ચ કઠિનતા દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે; તે સૌથી સખત જાણીતો પદાર્થ છે (ફિગ. 2). ટેટ્રાહેડ્રલ સ્ટ્રક્ચરમાં C–C બોન્ડ (બોન્ડની લંબાઈ 1.54 Å, તેથી સહસંયોજક ત્રિજ્યા 1.54/2 = 0.77 Å) ને તોડવા માટે મોટી માત્રામાં ઊર્જાની જરૂર પડે છે, તેથી હીરા, અસાધારણ કઠિનતા સાથે, ઉચ્ચ ગલનબિંદુ (3550 °) દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. સી).

કાર્બનનું બીજું એલોટ્રોપિક સ્વરૂપ ગ્રેફાઇટ છે, જે હીરાથી ખૂબ જ અલગ ગુણધર્મો ધરાવે છે. ગ્રેફાઇટ એ સરળતાથી એક્સ્ફોલિએટેડ સ્ફટિકોથી બનેલો નરમ કાળો પદાર્થ છે, જે સારી વિદ્યુત વાહકતા (વિદ્યુત પ્રતિકાર 0.0014 ઓહ્મ સેમી) દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. તેથી, ગ્રેફાઇટનો ઉપયોગ આર્ક લેમ્પ્સ અને ભઠ્ઠીઓ (ફિગ. 3) માં થાય છે, જેમાં ઉચ્ચ તાપમાન બનાવવું જરૂરી છે. ન્યુટ્રોન મોડરેટર તરીકે ન્યુક્લિયર રિએક્ટરમાં ઉચ્ચ શુદ્ધતાવાળા ગ્રેફાઇટનો ઉપયોગ થાય છે. એલિવેટેડ દબાણ પર તેનું ગલનબિંદુ 3527 ° સે છે. સામાન્ય દબાણ પર, ગ્રેફાઇટ સબલાઈમેટ (ઘનમાંથી ગેસમાં રૂપાંતરિત થાય છે) 3780 ° સે.

ગ્રેફાઇટનું માળખું (ફિગ. 1, b) એ ફ્યુઝ્ડ હેક્સાગોનલ રિંગ્સની સિસ્ટમ છે જેની બોન્ડ લંબાઈ 1.42 Å (હીરા કરતાં ઘણી ઓછી છે), પરંતુ દરેક કાર્બન અણુમાં ત્રણ પડોશીઓ સાથે ત્રણ (ચારને બદલે, હીરાની જેમ) સહસંયોજક બોન્ડ હોય છે, અને ચોથું બોન્ડ (3.4) Å) સહસંયોજક બંધન માટે ખૂબ લાંબુ છે અને સમાંતર ગ્રેફાઇટ સ્તરોને એકબીજા સાથે નબળા રીતે જોડે છે. તે કાર્બનનો ચોથો ઈલેક્ટ્રોન છે જે ગ્રેફાઈટની થર્મલ અને વિદ્યુત વાહકતા નક્કી કરે છે - આ લાંબો અને ઓછો મજબૂત બોન્ડ ગ્રેફાઈટની ઓછી કોમ્પેક્ટનેસ બનાવે છે, જે હીરાની સરખામણીમાં તેની નીચી કઠિનતામાં પ્રતિબિંબિત થાય છે (ગ્રેફાઈટની ઘનતા 2.26 g/cm 3, હીરા - 3.51 ગ્રામ/સેમી 3). આ જ કારણોસર, ગ્રેફાઇટ સ્પર્શ માટે લપસણો છે અને તે પદાર્થના ટુકડાને સરળતાથી અલગ કરે છે, તેથી જ તેનો ઉપયોગ લુબ્રિકન્ટ અને પેન્સિલ લીડ્સ બનાવવા માટે થાય છે. લીડની લીડ જેવી ચમક મુખ્યત્વે ગ્રેફાઇટની હાજરીને કારણે છે.

કાર્બન તંતુઓમાં ઉચ્ચ શક્તિ હોય છે અને તેનો ઉપયોગ રેયોન અથવા અન્ય ઉચ્ચ કાર્બન યાર્ન બનાવવા માટે થઈ શકે છે.

આયર્ન જેવા ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં ઉચ્ચ દબાણ અને તાપમાને, ગ્રેફાઇટ હીરામાં પરિવર્તિત થઈ શકે છે. આ પ્રક્રિયા કૃત્રિમ હીરાના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન માટે લાગુ કરવામાં આવે છે. ડાયમંડ સ્ફટિકો ઉત્પ્રેરકની સપાટી પર વધે છે. ગ્રેફાઇટ-હીરાનું સંતુલન 15,000 atm અને 300 K અથવા 4000 atm અને 1500 K પર છે. કૃત્રિમ હીરા હાઇડ્રોકાર્બનમાંથી પણ મેળવી શકાય છે.

કાર્બનના આકારહીન સ્વરૂપો કે જે સ્ફટિકો બનાવતા નથી તેમાં ચારકોલનો સમાવેશ થાય છે, જે હવા, દીવો અને ગેસ સૂટની ઍક્સેસ વિના લાકડાને ગરમ કરીને મેળવવામાં આવે છે, જે હવાની અછત સાથે હાઇડ્રોકાર્બનના નીચા-તાપમાન દહન દરમિયાન રચાય છે અને ઠંડી સપાટી પર ઘનીકરણ થાય છે, અસ્થિ ચાર - એક હાડકાના વિનાશના કાપડની પ્રક્રિયામાં કેલ્શિયમ ફોસ્ફેટનું મિશ્રણ, તેમજ કોલસો (અશુદ્ધિઓ સાથેનો કુદરતી પદાર્થ) અને કોક, કોલસા અથવા પેટ્રોલિયમ અવશેષો (બિટ્યુમિનસ કોલસો) ના શુષ્ક નિસ્યંદનની પદ્ધતિ દ્વારા ઇંધણના કોકિંગમાંથી મેળવવામાં આવતા શુષ્ક અવશેષો. , એટલે કે એર એક્સેસ વિના હીટિંગ. કોકનો ઉપયોગ કાસ્ટ આયર્નને ગંધવા માટે અને ફેરસ અને નોન-ફેરસ ધાતુશાસ્ત્રમાં થાય છે. કોકિંગ દરમિયાન, વાયુયુક્ત ઉત્પાદનો પણ બને છે - કોક ઓવન ગેસ (H 2, CH 4, CO, વગેરે) અને રાસાયણિક ઉત્પાદનો, જે ગેસોલિન, પેઇન્ટ, ખાતર, દવાઓ, પ્લાસ્ટિક વગેરેના ઉત્પાદન માટે કાચો માલ છે. કોકના ઉત્પાદન માટેના મુખ્ય ઉપકરણનો એક આકૃતિ - કોક ઓવન - ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યો છે. 3.

કોલસો અને સૂટના વિવિધ પ્રકારો વિકસિત સપાટી ધરાવે છે અને તેથી તેનો ઉપયોગ ગેસ અને પ્રવાહીને શુદ્ધ કરવા માટે શોષક તરીકે અને ઉત્પ્રેરક તરીકે પણ થાય છે. કાર્બનના વિવિધ સ્વરૂપો મેળવવા માટે, રાસાયણિક તકનીકની વિશેષ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. 2260 ° સે (એચેસન પ્રક્રિયા) પર કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે એન્થ્રાસાઇટ અથવા પેટ્રોલિયમ કોકને કેલ્સિન કરીને કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ લ્યુબ્રિકન્ટ્સ અને ઇલેક્ટ્રોડના ઉત્પાદનમાં થાય છે, ખાસ કરીને ધાતુઓના ઇલેક્ટ્રોલિટીક ઉત્પાદન માટે.

કાર્બન અણુનું માળખું.

સૌથી સ્થિર કાર્બન આઇસોટોપના ન્યુક્લિયસ, માસ 12 (98.9% વિપુલતા), 6 પ્રોટોન અને 6 ન્યુટ્રોન (12 ન્યુક્લિયન) ધરાવે છે, જે ત્રણ ચતુર્થાંશમાં ગોઠવાયેલા છે, દરેકમાં 2 પ્રોટોન અને બે ન્યુટ્રોન છે, જે હિલીયમ ન્યુક્લિયસ જેવા જ છે. કાર્બનનો બીજો સ્થિર આઇસોટોપ 13 સે (લગભગ 1.1%) છે, અને ટ્રેસ જથ્થામાં કુદરતમાં 5730 વર્ષનું અર્ધ જીવન સાથે અસ્થિર આઇસોટોપ 14 સે છે. b- રેડિયેશન. ત્રણેય આઇસોટોપ્સ CO 2 ના સ્વરૂપમાં જીવંત પદાર્થોના સામાન્ય કાર્બન ચક્રમાં ભાગ લે છે. સજીવના મૃત્યુ પછી, કાર્બનનો વપરાશ અટકે છે અને C ધરાવતા પદાર્થોને 14 C રેડિયોએક્ટિવિટીના સ્તરને માપીને તારીખ કરી શકાય છે b-14 CO 2 કિરણોત્સર્ગ મૃત્યુ પછી વીતેલા સમયના પ્રમાણસર છે. 1960 માં, ડબ્લ્યુ. લિબીને કિરણોત્સર્ગી કાર્બન સાથે સંશોધન માટે નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો.

ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટમાં, કાર્બનના 6 ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકન 1 બનાવે છે s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0 બીજા સ્તરના ચાર ઇલેક્ટ્રોન સંયોજકતા છે, જે સામયિક કોષ્ટકના IVA જૂથમાં કાર્બનની સ્થિતિને અનુરૂપ છે ( સેમી. તત્વોની સામયિક સિસ્ટમ). ગેસ તબક્કા (અંદાજે 1070 kJ/mol) માં અણુમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે મોટી ઉર્જા જરૂરી હોવાથી, કાર્બન અન્ય તત્વો સાથે આયનીય બોન્ડ બનાવતું નથી, કારણ કે આને હકારાત્મક આયન બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવાની જરૂર પડશે. 2.5 ની ઇલેક્ટ્રોનગેટિવિટી ધરાવતાં, કાર્બન મજબૂત ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષણનું પ્રદર્શન કરતું નથી અને તે મુજબ, સક્રિય ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારનાર નથી. તેથી, તે નકારાત્મક ચાર્જ સાથે કણ બનાવવાની સંભાવના નથી. પરંતુ કેટલાક કાર્બન સંયોજનો બોન્ડની આંશિક આયનીય પ્રકૃતિ સાથે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે કાર્બાઇડ. સંયોજનોમાં, કાર્બન 4 ની ઓક્સિડેશન સ્થિતિ દર્શાવે છે. ચાર ઇલેક્ટ્રોન બોન્ડની રચનામાં ભાગ લેવા માટે, 2 ની જોડી જરૂરી છે s-ઈલેક્ટ્રોન અને આમાંથી એક ઈલેક્ટ્રોનનો 2 દ્વારા જમ્પ p z- ભ્રમણકક્ષા; આ કિસ્સામાં, 4 ટેટ્રાહેડ્રલ બોન્ડ તેમની વચ્ચે 109°ના ખૂણા સાથે રચાય છે. સંયોજનોમાં, કાર્બનની સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન તેમાંથી માત્ર આંશિક રીતે પાછી ખેંચી લેવામાં આવે છે, તેથી કાર્બન એક વહેંચાયેલ ઇલેક્ટ્રોન જોડીનો ઉપયોગ કરીને પડોશી C–C અણુઓ વચ્ચે મજબૂત સહસંયોજક બોન્ડ બનાવે છે. આવા બોન્ડની બ્રેકિંગ એનર્જી 335 kJ/mol છે, જ્યારે Si–Si બોન્ડ માટે તે માત્ર 210 kJ/mol છે, આટલી લાંબી –Si–Si– સાંકળો અસ્થિર છે. બોન્ડની સહસંયોજક પ્રકૃતિ કાર્બન, CF 4 અને CCl 4 સાથે અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ હેલોજનના સંયોજનોમાં પણ સચવાય છે. કાર્બન પરમાણુ બોન્ડ બનાવવા માટે દરેક કાર્બન અણુમાંથી એક કરતા વધુ ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરવામાં સક્ષમ છે; આ રીતે ડબલ C=C અને ટ્રિપલ CєC બોન્ડ રચાય છે. અન્ય તત્વો પણ તેમના અણુઓ વચ્ચે બોન્ડ બનાવે છે, પરંતુ માત્ર કાર્બન જ લાંબી સાંકળો રચવામાં સક્ષમ છે. તેથી, કાર્બન માટે, હજારો સંયોજનો જાણીતા છે, જેને હાઇડ્રોકાર્બન કહેવાય છે, જેમાં કાર્બનને હાઇડ્રોજન અને અન્ય કાર્બન અણુઓ સાથે જોડીને લાંબી સાંકળો અથવા રિંગ સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવામાં આવે છે. સેમી. કાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્ર.

આ સંયોજનોમાં, હાઇડ્રોજનને અન્ય અણુઓ સાથે બદલવું શક્ય છે, મોટાભાગે ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન અને હેલોજન સાથે વિવિધ કાર્બનિક સંયોજનો રચાય છે. તેમાંના ફ્લોરોકાર્બન્સ મહત્વપૂર્ણ છે - હાઇડ્રોકાર્બન જેમાં હાઇડ્રોજનને ફ્લોરિન દ્વારા બદલવામાં આવે છે. આવા સંયોજનો અત્યંત નિષ્ક્રિય હોય છે, અને તેનો ઉપયોગ પ્લાસ્ટિક અને લુબ્રિકન્ટ્સ (ફ્લોરોકાર્બન, એટલે કે હાઇડ્રોકાર્બન કે જેમાં તમામ હાઇડ્રોજન અણુઓ ફ્લોરિન અણુઓ દ્વારા બદલવામાં આવે છે) અને ઓછા તાપમાનના રેફ્રિજન્ટ્સ (ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન અથવા ફ્રીઓન્સ) તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

1980 ના દાયકામાં, યુએસ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ ખૂબ જ રસપ્રદ કાર્બન સંયોજનો શોધ્યા જેમાં કાર્બન પરમાણુ 5- અથવા 6-ગોન્સમાં જોડાયેલા હોય છે, જે સોકર બોલની સંપૂર્ણ સમપ્રમાણતા સાથે હોલો બોલના આકારમાં C 60 પરમાણુ બનાવે છે. આ ડિઝાઇન અમેરિકન આર્કિટેક્ટ અને એન્જિનિયર બકમિન્સ્ટર ફુલર દ્વારા શોધાયેલ "જીઓડેસિક ડોમ" નો આધાર હોવાથી, સંયોજનોના નવા વર્ગને "બકમિન્સ્ટરફુલ્લેરેન્સ" અથવા "ફુલરેન્સ" (અને વધુ સંક્ષિપ્તમાં "ફેસીબોલ્સ" અથવા "બકીબોલ્સ") કહેવામાં આવતું હતું. ફુલરેન્સ - શુદ્ધ કાર્બનનું ત્રીજું ફેરફાર (હીરા અને ગ્રેફાઇટ સિવાય), જેમાં 60 અથવા 70 (અથવા વધુ) અણુઓનો સમાવેશ થાય છે - કાર્બનના સૌથી નાના કણો પર લેસર રેડિયેશનની ક્રિયા દ્વારા મેળવવામાં આવ્યા હતા. વધુ જટિલ આકારના ફુલરેન્સમાં કેટલાક સો કાર્બન અણુઓ હોય છે. C પરમાણુનો વ્યાસ 60 ~ 1 nm છે. આવા પરમાણુના કેન્દ્રમાં યુરેનિયમના મોટા અણુને સમાવવા માટે પૂરતી જગ્યા હોય છે.

પ્રમાણભૂત અણુ સમૂહ.

1961 માં, ઇન્ટરનેશનલ યુનિયન ઓફ પ્યોર એન્ડ એપ્લાઇડ કેમિસ્ટ્રી (IUPAC) અને ભૌતિકશાસ્ત્રે કાર્બન આઇસોટોપ 12 C ના દળને અણુ સમૂહના એકમ તરીકે અપનાવ્યો, અણુ સમૂહના અગાઉના અસ્તિત્વમાં રહેલા ઓક્સિજન સ્કેલને નાબૂદ કર્યો. આ પ્રણાલીમાં કાર્બનનો અણુ સમૂહ 12.011 છે, કારણ કે તે કાર્બનના કુદરતી રીતે બનતા ત્રણ આઇસોટોપ માટે સરેરાશ છે, તેમની પ્રકૃતિમાં વિપુલતા જોતાં. સેમી. અણુ સમૂહ.

કાર્બનના રાસાયણિક ગુણધર્મો અને તેના કેટલાક સંયોજનો.

કાર્બનના કેટલાક ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો રાસાયણિક તત્વો લેખમાં આપવામાં આવ્યા છે. કાર્બનની પ્રતિક્રિયાશીલતા તેના ફેરફાર, તાપમાન અને વિક્ષેપ પર આધારિત છે. નીચા તાપમાને, કાર્બનના તમામ સ્વરૂપો તદ્દન નિષ્ક્રિય હોય છે, પરંતુ જ્યારે ગરમ થાય છે ત્યારે તે વાતાવરણીય ઓક્સિજન દ્વારા ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, ઓક્સાઇડ બનાવે છે:

અતિશય ઓક્સિજનમાં બારીક વિખેરાયેલ કાર્બન જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે અથવા સ્પાર્કથી વિસ્ફોટ થઈ શકે છે. પ્રત્યક્ષ ઓક્સિડેશન ઉપરાંત, ઓક્સાઇડ બનાવવા માટે વધુ આધુનિક પદ્ધતિઓ છે.

કાર્બન સબઓક્સાઇડ

C 3 O 2 એ P 4 O 10 પર મેલોનિક એસિડના નિર્જલીકરણ દ્વારા રચાય છે:

C 3 O 2 એક અપ્રિય ગંધ ધરાવે છે અને સરળતાથી હાઇડ્રોલાઇઝ્ડ થાય છે, ફરીથી મેલોનિક એસિડ બનાવે છે.

કાર્બન(II) મોનોક્સાઇડઓક્સિજનની અછતની સ્થિતિમાં કાર્બનના કોઈપણ ફેરફારના ઓક્સિડેશન દરમિયાન CO રચાય છે. પ્રતિક્રિયા એક્ઝોથર્મિક છે, 111.6 kJ/mol પ્રકાશિત થાય છે. સફેદ ગરમીના તાપમાને કોક પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે: C + H 2 O = CO + H 2 ; પરિણામી ગેસ મિશ્રણને "વોટર ગેસ" કહેવામાં આવે છે અને તે વાયુયુક્ત બળતણ છે. પેટ્રોલિયમ ઉત્પાદનોના અપૂર્ણ દહન દરમિયાન પણ COની રચના થાય છે;

CO માં કાર્બનની ઓક્સિડેશન સ્થિતિ +2 છે, અને કાર્બન ઓક્સિડેશન સ્થિતિ +4 માં વધુ સ્થિર હોવાથી, CO ઓક્સિજન દ્વારા CO 2 માં સરળતાથી ઓક્સિડાઇઝ થાય છે: CO + O 2 → CO 2, આ પ્રતિક્રિયા અત્યંત એક્ઝોથર્મિક છે (283 kJ /mol). CO નો ઉપયોગ ઉદ્યોગમાં H2 અને અન્ય જ્વલનશીલ વાયુઓ સાથેના મિશ્રણમાં બળતણ અથવા વાયુ ઘટાડનાર એજન્ટ તરીકે થાય છે. જ્યારે 500 ° સે સુધી ગરમ થાય છે, ત્યારે CO નોંધપાત્ર હદ સુધી C અને CO 2 બનાવે છે, પરંતુ 1000 ° C પર, CO 2 ની ઓછી સાંદ્રતા પર સંતુલન સ્થાપિત થાય છે. CO ક્લોરિન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ફોસ્જીન બનાવે છે - COCl 2, અન્ય હેલોજન સાથેની પ્રતિક્રિયાઓ એ જ રીતે આગળ વધે છે, સલ્ફર કાર્બોનિલ સલ્ફાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયામાં COS મેળવવામાં આવે છે, ધાતુઓ સાથે (M) CO વિવિધ રચનાઓ M(CO) ના કાર્બોનિલ્સ બનાવે છે. x, જે જટિલ સંયોજનો છે. આયર્ન કાર્બોનિલ રચાય છે જ્યારે રક્ત હિમોગ્લોબિન CO સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે, જે ઓક્સિજન સાથે હિમોગ્લોબિનની પ્રતિક્રિયાને અટકાવે છે, કારણ કે આયર્ન કાર્બોનિલ એક મજબૂત સંયોજન છે. પરિણામે, કોષોમાં ઓક્સિજનના વાહક તરીકે હિમોગ્લોબિનનું કાર્ય અવરોધિત છે, જે પછી મૃત્યુ પામે છે (અને મગજના કોષો મુખ્યત્વે અસરગ્રસ્ત છે). (તેથી CO માટે બીજું નામ - "કાર્બન મોનોક્સાઇડ"). પહેલાથી જ હવામાં 1% (વોલ્યુમ.) CO જો મનુષ્યો આવા વાતાવરણમાં 10 મિનિટથી વધુ સમય માટે હોય તો તે તેમના માટે જોખમી છે. CO ના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો કોષ્ટકમાં આપવામાં આવ્યા છે.

કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, અથવા કાર્બન મોનોક્સાઇડ (IV) CO 2 ગરમીના પ્રકાશન (395 kJ/mol) સાથે વધારાના ઓક્સિજનમાં એલિમેન્ટલ કાર્બનના દહન દ્વારા રચાય છે. CO 2 (જેનું તુચ્છ નામ "કાર્બન ડાયોક્સાઇડ" છે) પણ CO, પેટ્રોલિયમ ઉત્પાદનો, ગેસોલિન, તેલ અને અન્ય કાર્બનિક સંયોજનોના સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન દરમિયાન રચાય છે. જ્યારે કાર્બોનેટ પાણીમાં ઓગળવામાં આવે છે, ત્યારે હાઇડ્રોલિસિસના પરિણામે CO 2 પણ મુક્ત થાય છે:

CO 2 ઉત્પન્ન કરવા માટે આ પ્રતિક્રિયાનો પ્રયોગશાળા પ્રેક્ટિસમાં વારંવાર ઉપયોગ થાય છે. આ ગેસ મેટલ બાયકાર્બોનેટના કેલ્સિનેશન દ્વારા પણ મેળવી શકાય છે:

CO સાથે સુપરહીટેડ વરાળની ગેસ-તબક્કાની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન:

હાઇડ્રોકાર્બન અને તેમના ઓક્સિજન ડેરિવેટિવ્ઝને બાળતી વખતે, ઉદાહરણ તરીકે:

તેવી જ રીતે, ખાદ્ય ઉત્પાદનો જીવંત સજીવમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, ગરમી અને અન્ય પ્રકારની ઊર્જા મુક્ત કરે છે. આ કિસ્સામાં, મધ્યવર્તી તબક્કાઓ દ્વારા હળવા પરિસ્થિતિઓમાં ઓક્સિડેશન થાય છે, પરંતુ અંતિમ ઉત્પાદનો સમાન છે - CO 2 અને H 2 O, ઉદાહરણ તરીકે, ઉત્સેચકોની ક્રિયા હેઠળ શર્કરાના વિઘટન દરમિયાન, ખાસ કરીને આથો દરમિયાન. ગ્લુકોઝ

કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને મેટલ ઓક્સાઇડનું મોટા પાયે ઉત્પાદન ઉદ્યોગમાં કાર્બોનેટના થર્મલ વિઘટન દ્વારા કરવામાં આવે છે:

CaO નો ઉપયોગ સિમેન્ટ ઉત્પાદન ટેકનોલોજીમાં મોટા પ્રમાણમાં થાય છે. આ યોજના અનુસાર કાર્બોનેટની થર્મલ સ્થિરતા અને તેમના વિઘટન માટે ગરમીનો વપરાશ CaCO 3 શ્રેણીમાં વધારો ( પણ જુઓઅગ્નિ નિવારણ અને અગ્નિ સંરક્ષણ).

કાર્બન ઓક્સાઇડનું ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું.

કોઈપણ કાર્બન મોનોક્સાઇડનું ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું ઇલેક્ટ્રોન જોડીની વિવિધ ગોઠવણી સાથે ત્રણ સમાન સંભવિત યોજનાઓ દ્વારા વર્ણવી શકાય છે - ત્રણ રેઝોનન્ટ સ્વરૂપો:

બધા કાર્બન ઓક્સાઇડમાં રેખીય માળખું હોય છે.

કાર્બનિક એસિડ.

જ્યારે CO 2 પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ત્યારે કાર્બોનિક એસિડ H 2 CO 3 બને છે. CO 2 (0.034 mol/l) ના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં, માત્ર કેટલાક અણુઓ H 2 CO 3 બનાવે છે અને મોટાભાગના CO 2 CO 2 CHH 2 O હાઇડ્રેટેડ સ્થિતિમાં હોય છે.

કાર્બોનેટ.

કાર્બોનેટ CO 2 સાથે મેટલ ઓક્સાઇડની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, Na 2 O + CO 2 Na 2 CO 3.

આલ્કલી મેટલ કાર્બોનેટના અપવાદ સાથે, બાકીના પાણીમાં વ્યવહારીક રીતે અદ્રાવ્ય હોય છે, અને કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ કાર્બોનિક એસિડમાં આંશિક રીતે દ્રાવ્ય હોય છે અથવા દબાણ હેઠળ પાણીમાં CO 2 નું દ્રાવણ હોય છે:

આ પ્રક્રિયાઓ ચૂનાના પત્થરમાંથી વહેતા ભૂગર્ભજળમાં થાય છે. નીચા દબાણ અને બાષ્પીભવનની સ્થિતિમાં, CaCO 3 એ Ca(HCO 3) 2 ધરાવતા ભૂગર્ભજળમાંથી અવક્ષેપિત થાય છે. આ રીતે ગુફાઓમાં સ્ટેલેક્ટાઈટ્સ અને સ્ટેલાગ્માઈટ વધે છે. આ રસપ્રદ ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય રચનાઓનો રંગ આયર્ન, તાંબુ, મેંગેનીઝ અને ક્રોમિયમ આયનોના પાણીમાં અશુદ્ધિઓની હાજરી દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મેટલ હાઇડ્રોક્સાઇડ્સ અને તેમના ઉકેલો સાથે બાયકાર્બોનેટ બનાવવા માટે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ઉદાહરણ તરીકે:

CS 2 + 2Cl 2 ® CCl 4 + 2S

CCl 4 ટેટ્રાક્લોરાઇડ એ બિન-જ્વલનશીલ પદાર્થ છે, જેનો ઉપયોગ ડ્રાય ક્લિનિંગ પ્રક્રિયાઓમાં દ્રાવક તરીકે થાય છે, પરંતુ તેનો ઉપયોગ ફ્લેમ એરેસ્ટર તરીકે કરવાની ભલામણ કરવામાં આવતી નથી, કારણ કે ઊંચા તાપમાને ઝેરી ફોસજીન (એક વાયુયુક્ત ઝેરી પદાર્થ) બને છે. CCl 4 પોતે પણ ઝેરી છે અને, જો નોંધનીય માત્રામાં શ્વાસ લેવામાં આવે તો, લીવર ઝેરનું કારણ બની શકે છે. CCl 4 પણ મિથેન CH 4 અને Cl 2 વચ્ચે ફોટોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાય છે; આ કિસ્સામાં, મિથેનના અપૂર્ણ ક્લોરિનેશનના ઉત્પાદનોની રચના - CHCl 3, CH 2 Cl 2 અને CH 3 Cl - શક્ય છે. પ્રતિક્રિયાઓ અન્ય હેલોજન સાથે સમાન રીતે થાય છે.

ગ્રેફાઇટની પ્રતિક્રિયાઓ.

કાર્બનના ફેરફાર તરીકે ગ્રેફાઇટ, ષટ્કોણ રિંગ્સના સ્તરો વચ્ચેના મોટા અંતર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ, અસામાન્ય પ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રવેશ કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, આલ્કલી ધાતુઓ, હેલોજન અને કેટલાક ક્ષાર (FeCl 3) સ્તરો વચ્ચે ઘૂસીને KC 8, KC જેવા સંયોજનો બનાવે છે. 16 (જેને ઇન્ટર્સ્ટિશલ, સમાવેશ અથવા ક્લેથ્રેટ્સ કહેવાય છે). એસિડિક વાતાવરણમાં KClO 3 જેવા મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો (સલ્ફ્યુરિક અથવા નાઈટ્રિક એસિડ) સ્ફટિક જાળીના મોટા જથ્થા સાથે (સ્તરો વચ્ચે 6 Å સુધી) પદાર્થો બનાવે છે, જે ઓક્સિજન પરમાણુની રજૂઆત અને સંયોજનોની રચના દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે. જેની સપાટી પર, ઓક્સિડેશનના પરિણામે, કાર્બોક્સિલ જૂથો (–COOH) રચાય છે ) – ઓક્સિડાઇઝ્ડ ગ્રેફાઇટ અથવા મેલીટિક (બેન્ઝીન હેક્સાકાર્બોક્સિલિક) એસિડ C 6 (COOH) 6 જેવા સંયોજનો. આ સંયોજનોમાં, C:O ગુણોત્તર 6:1 થી 6:2.5 સુધી બદલાઈ શકે છે.

કાર્બાઈડ્સ.

કાર્બન ધાતુઓ, બોરોન અને સિલિકોન સાથે કાર્બાઇડ તરીકે ઓળખાતા વિવિધ સંયોજનો બનાવે છે. સૌથી વધુ સક્રિય ધાતુઓ (IA–IIIA પેટાજૂથો) મીઠા જેવા કાર્બાઈડ બનાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે Na 2 C 2, CaC 2, Mg 4 C 3, Al 4 C 3. ઉદ્યોગમાં, કેલ્શિયમ કાર્બાઇડ નીચેની પ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને કોક અને ચૂનાના પત્થરમાંથી મેળવવામાં આવે છે:

કાર્બાઈડ બિન-વાહક છે, લગભગ રંગહીન છે, હાઈડ્રોકાર્બન બનાવવા માટે હાઈડ્રોલાઈઝ કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે

CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2

પ્રતિક્રિયા દ્વારા રચાયેલ એસીટીલીન C 2 H 2 ઘણા કાર્બનિક પદાર્થોના ઉત્પાદનમાં પ્રારંભિક સામગ્રી તરીકે સેવા આપે છે. આ પ્રક્રિયા રસપ્રદ છે કારણ કે તે અકાર્બનિક પ્રકૃતિના કાચા માલમાંથી કાર્બનિક સંયોજનોના સંશ્લેષણમાં સંક્રમણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. કાર્બાઇડ જે હાઇડ્રોલિસિસ પર એસિટિલીન બનાવે છે તેને એસિટિલેનાઇડ્સ કહેવામાં આવે છે. સિલિકોન અને બોરોન કાર્બાઇડ્સમાં (SiC અને B 4 C), અણુઓ વચ્ચેનું બંધન સહસંયોજક છે. સંક્રમણ ધાતુઓ (બી-પેટાજૂથોના તત્વો) જ્યારે કાર્બન સાથે ગરમ થાય છે ત્યારે ધાતુની સપાટી પરની તિરાડોમાં પરિવર્તનશીલ રચનાના કાર્બાઇડ બનાવે છે; તેમાંના બોન્ડ મેટાલિકની નજીક છે. આ પ્રકારના કેટલાક કાર્બાઇડ, ઉદાહરણ તરીકે WC, W 2 C, TiC અને SiC, ઉચ્ચ કઠિનતા અને પ્રત્યાવર્તન દ્વારા અલગ પડે છે, અને સારી વિદ્યુત વાહકતા ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, NbC, TaC અને HfC એ સૌથી પ્રત્યાવર્તન પદાર્થો છે (mp = 4000–4200° C), ડીનીઓબિયમ કાર્બાઇડ Nb 2 C એ 9.18 K પર સુપરકન્ડક્ટર છે, TiC અને W 2 C એ હીરાની કઠિનતાની નજીક છે, અને કઠિનતા B છે. 4 C (હીરાનું માળખાકીય એનાલોગ) મોહ સ્કેલ પર 9.5 છે ( સેમી. ચોખા 2). જો સંક્રમણ ધાતુની ત્રિજ્યા હોય તો નિષ્ક્રિય કાર્બાઇડ રચાય છે

કાર્બનના નાઇટ્રોજન ડેરિવેટિવ્ઝ.

આ જૂથમાં યુરિયા NH 2 CONH 2 - એક નાઇટ્રોજન ખાતરનો સમાવેશ થાય છે જેનો ઉપયોગ ઉકેલના રૂપમાં થાય છે. દબાણ હેઠળ ગરમ કરીને NH 3 અને CO 2 માંથી યુરિયા મેળવવામાં આવે છે:

સાયનોજેન (CN) 2 માં હેલોજન જેવા ઘણા ગુણધર્મો છે અને તેને ઘણીવાર સ્યુડોહેલોજન કહેવામાં આવે છે. સાયનાઇડ ઓક્સિજન, હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ અથવા Cu 2+ આયન: 2CN – ® (CN) 2 + 2e સાથે સાયનાઇડ આયનના હળવા ઓક્સિડેશન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.

સાયનાઇડ આયન, ઇલેક્ટ્રોન દાતા હોવાને કારણે, સંક્રમણ મેટલ આયનો સાથે સરળતાથી જટિલ સંયોજનો બનાવે છે. CO ની જેમ, સાયનાઇડ આયન એ એક ઝેર છે, જે જીવંત જીવતંત્રમાં મહત્વપૂર્ણ આયર્ન સંયોજનોને બંધનકર્તા છે. સાયનાઇડ જટિલ આયનોમાં સામાન્ય સૂત્ર -0.5 હોય છે x, ક્યાં એક્સ- ધાતુની સંકલન સંખ્યા (જટિલ એજન્ટ), પ્રાયોગિક રીતે મેટલ આયનની ઓક્સિડેશન સ્થિતિની બમણી સમાન. આવા જટિલ આયનોના ઉદાહરણો છે (કેટલાક આયનોનું માળખું નીચે આપેલ છે) tetracyanonickelate(II) આયન 2–, hexacyanoferrate(III) 3–, dicyanoargentate–:

કાર્બોનિલ્સ.

કાર્બન મોનોક્સાઇડ ઘણી ધાતુઓ અથવા ધાતુના આયનો સાથે સીધી પ્રતિક્રિયા કરવા સક્ષમ છે, જે કાર્બોનિલ્સ નામના જટિલ સંયોજનો બનાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે Ni(CO) 4, Fe(CO) 5, Fe 2 (CO) 9, 3, Mo(CO) 6, 2 . આ સંયોજનોમાં બંધન ઉપર વર્ણવેલ સાયનો સંકુલમાં બંધન સમાન છે. Ni(CO) 4 એ એક અસ્થિર પદાર્થ છે જેનો ઉપયોગ નિકલને અન્ય ધાતુઓથી અલગ કરવા માટે થાય છે. સ્ટ્રક્ચર્સમાં કાસ્ટ આયર્ન અને સ્ટીલની રચનાનું બગાડ ઘણીવાર કાર્બોનિલ્સની રચના સાથે સંકળાયેલું છે. હાઇડ્રોજન કાર્બોનિલ્સનો ભાગ હોઇ શકે છે, જે કાર્બોનિલ હાઇડ્રાઇડ્સ બનાવે છે, જેમ કે H 2 Fe (CO) 4 અને HCo (CO) 4, જે એસિડિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે અને આલ્કલી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે:

H 2 Fe(CO) 4 + NaOH → NaHFe(CO) 4 + H 2 O

કાર્બોનિલ હલાઇડ્સ પણ જાણીતા છે, ઉદાહરણ તરીકે Fe(CO)X 2, Fe(CO) 2 X 2, Co(CO)I 2, Pt(CO)Cl 2, જ્યાં X કોઈપણ હેલોજન છે.

હાઇડ્રોકાર્બન.

કાર્બન-હાઈડ્રોજન સંયોજનોની વિશાળ સંખ્યા જાણીતી છે

તત્વોના સામયિક કોષ્ટકમાં કાર્બન જૂથ IVA માં બીજા સમયગાળામાં સ્થિત છે. કાર્બન અણુનું ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકન ls 2 2s 2 2p 2 .જ્યારે તે ઉત્તેજિત થાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોનિક સ્થિતિ સરળતાથી પ્રાપ્ત થાય છે જેમાં ચાર બાહ્ય અણુ ભ્રમણકક્ષામાં ચાર અનપેયર્ડ ઇલેક્ટ્રોન હોય છે:

આ સમજાવે છે કે શા માટે સંયોજનોમાં કાર્બન સામાન્ય રીતે ટેટ્રાવેલેન્ટ હોય છે. કાર્બન અણુમાં વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા અને વેલેન્સ ઓર્બિટલ્સની સંખ્યાની સમાનતા, તેમજ ન્યુક્લિયસના ચાર્જ અને અણુની ત્રિજ્યાનો અનન્ય ગુણોત્તર, તેને ઇલેક્ટ્રોનને સમાન રીતે સરળતાથી જોડવાની અને છોડી દેવાની ક્ષમતા આપે છે. , ભાગીદારના ગુણધર્મો પર આધાર રાખીને (કલમ 9.3.1). પરિણામે, કાર્બન -4 થી +4 સુધીની વિવિધ ઓક્સિડેશન સ્થિતિઓ અને પ્રકાર અનુસાર તેના અણુ ભ્રમણકક્ષાના સંકરીકરણની સરળતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. sp 3, sp 2અને sp 1રાસાયણિક બોન્ડની રચના દરમિયાન (વિભાગ 2.1.3):

આ બધું કાર્બનને માત્ર એકબીજા સાથે જ નહીં, પરંતુ અન્ય કાર્બનિક તત્વોના અણુઓ સાથે પણ સિંગલ, ડબલ અને ટ્રિપલ બોન્ડ બનાવવાની તક આપે છે. આ કિસ્સામાં રચાયેલા અણુઓમાં રેખીય, ડાળીઓવાળું અથવા ચક્રીય માળખું હોઈ શકે છે.

કાર્બન અણુઓની ભાગીદારીથી બનેલા સામાન્ય ઈલેક્ટ્રોન્સ -MOs ની ગતિશીલતાને કારણે, તેઓ વધુ ઈલેક્ટ્રોનગેટિવ તત્વ (ઇન્ડેક્ટિવ ઈફેક્ટ) ના અણુ તરફ ખસેડવામાં આવે છે, જે માત્ર આ બોન્ડની જ નહીં, પણ પરમાણુની ધ્રુવીયતા તરફ દોરી જાય છે. સમગ્ર જો કે, કાર્બન, સરેરાશ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી મૂલ્ય (0E0 = 2.5) ને કારણે, અન્ય ઓર્ગેનોજેનિક તત્વો (કોષ્ટક 12.1) ના અણુઓ સાથે નબળા ધ્રુવીય બોન્ડ બનાવે છે. જો પરમાણુઓમાં સંયોજિત બોન્ડની પ્રણાલીઓ હોય (વિભાગ 2.1.3), તો મોબાઈલ ઈલેક્ટ્રોન (MO) અને એકલા ઈલેક્ટ્રોન જોડીનું ડિલોકલાઈઝેશન આ સિસ્ટમોમાં ઈલેક્ટ્રોનની ઘનતા અને બોન્ડની લંબાઈની સમાનતા સાથે થાય છે.

સંયોજનોની પ્રતિક્રિયાત્મકતાના દૃષ્ટિકોણથી, બોન્ડ્સની ધ્રુવીકરણક્ષમતા મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે (વિભાગ 2.1.3). બોન્ડની ધ્રુવીકરણક્ષમતા જેટલી વધારે છે, તેની પ્રતિક્રિયાશીલતા વધારે છે. તેમના સ્વભાવ પર કાર્બન ધરાવતા બોન્ડની ધ્રુવીકરણની અવલંબન નીચેની શ્રેણીમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે:

કાર્બન-સમાવતી બોન્ડ્સના ગુણધર્મો પરના તમામ ધ્યાનમાં લેવાયેલા ડેટા સૂચવે છે કે સંયોજનો સ્વરૂપોમાં કાર્બન, એક તરફ, એકબીજા સાથે અને અન્ય ઓર્ગેનોજેન્સ સાથે એકદમ મજબૂત સહસંયોજક બંધનો, અને બીજી તરફ, આ બોન્ડની સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોન જોડી છે. તદ્દન અસ્થિર. પરિણામે, આ બોન્ડની પ્રતિક્રિયાશીલતામાં વધારો અને સ્થિરીકરણ બંને થઈ શકે છે. તે કાર્બન ધરાવતા સંયોજનોની આ વિશેષતાઓ છે જે કાર્બનને નંબર વન ઓર્ગેનોજેન બનાવે છે.

કાર્બન સંયોજનોના એસિડ-બેઝ ગુણધર્મો.કાર્બન મોનોક્સાઇડ (4) એ એસિડિક ઓક્સાઇડ છે, અને તેને અનુરૂપ હાઇડ્રોક્સાઇડ - કાર્બોનિક એસિડ H2CO3 - એક નબળું એસિડ છે. કાર્બન મોનોક્સાઇડ(4) પરમાણુ બિન-ધ્રુવીય છે, અને તેથી તે પાણીમાં નબળી રીતે દ્રાવ્ય છે (298 K પર 0.03 mol/l). આ કિસ્સામાં, સૌ પ્રથમ, દ્રાવણમાં હાઇડ્રેટ CO2 H2O રચાય છે, જેમાં CO2 એ પાણીના અણુઓના સહયોગીની પોલાણમાં સ્થિત છે, અને પછી આ હાઇડ્રેટ ધીમે ધીમે અને ઉલટાવીને H2CO3 માં ફેરવાય છે. પાણીમાં ઓગળેલા મોટાભાગના કાર્બન મોનોક્સાઇડ (4) હાઇડ્રેટના સ્વરૂપમાં હોય છે.

શરીરમાં, લાલ રક્ત કોશિકાઓમાં, એન્ઝાઇમ કાર્બોહાઇડ્રેઝની ક્રિયા હેઠળ, CO2 હાઇડ્રેટ H2O અને H2CO3 વચ્ચેનું સંતુલન ખૂબ જ ઝડપથી સ્થાપિત થાય છે. આ અમને એરિથ્રોસાઇટમાં હાઇડ્રેટના સ્વરૂપમાં CO2 ની હાજરીને અવગણવા દે છે, પરંતુ રક્ત પ્લાઝ્મામાં નહીં, જ્યાં કોઈ કાર્બોનિક એનહાઇડ્રેઝ નથી. પરિણામી H2CO3 શારીરિક પરિસ્થિતિઓમાં હાઇડ્રોકાર્બોનેટ આયનમાં અને વધુ આલ્કલાઇન વાતાવરણમાં કાર્બોનેટ આયનમાં વિભાજિત થાય છે:

કાર્બોનિક એસિડ માત્ર ઉકેલમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. તે ક્ષારની બે શ્રેણી બનાવે છે - હાઇડ્રોકાર્બોનેટ (NaHCO3, Ca(HC0 3)2) અને કાર્બોનેટ (Na2CO3, CaCO3). હાઇડ્રોકાર્બોનેટ કાર્બોનેટ કરતાં પાણીમાં વધુ દ્રાવ્ય હોય છે. જલીય દ્રાવણમાં, કાર્બોનિક એસિડ ક્ષાર, ખાસ કરીને કાર્બોનેટ, આયન પર સરળતાથી હાઇડ્રોલાઈઝ થાય છે, એક આલ્કલાઇન વાતાવરણ બનાવે છે:

બેકિંગ સોડા NaHC03 જેવા પદાર્થો; ચાક CaCO3, સફેદ મેગ્નેશિયા 4MgC03 * Mg(OH)2 * H2O, આલ્કલાઇન વાતાવરણ બનાવવા માટે હાઇડ્રોલાઇઝ્ડ, ગેસ્ટ્રિક જ્યુસની વધેલી એસિડિટી ઘટાડવા માટે એન્ટાસિડ્સ (એસિડ ન્યુટ્રલાઇઝર) તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે:

કાર્બોનિક એસિડ અને બાયકાર્બોનેટ આયન (H2CO3, HCO3(-))નું મિશ્રણ બાયકાર્બોનેટ બફર સિસ્ટમ (વિભાગ 8.5) બનાવે છે - રક્ત પ્લાઝ્માની એક સરસ બફર સિસ્ટમ, જે pH = 7.40 ± 0.05 પર સતત રક્ત pH સુનિશ્ચિત કરે છે.

Mg(OH)2 ની રચના મેગ્નેશિયમ કેશનના સંપૂર્ણ હાઇડ્રોલિસિસને કારણે થાય છે, જે MgC03 ની સરખામણીમાં Mg(0H)2 ની ઓછી દ્રાવ્યતાને કારણે આ પરિસ્થિતિઓમાં થાય છે.

તબીબી અને જૈવિક પ્રેક્ટિસમાં, કાર્બોનિક એસિડ ઉપરાંત, વ્યક્તિએ અન્ય કાર્બન ધરાવતા એસિડ્સ સાથે વ્યવહાર કરવો પડે છે. આ મુખ્યત્વે વિવિધ કાર્બનિક એસિડની વિશાળ વિવિધતા છે, તેમજ હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ HCN. એસિડિક ગુણધર્મોના દૃષ્ટિકોણથી, આ એસિડની શક્તિ અલગ છે:

આ તફાવતો પરમાણુમાં અણુઓના પરસ્પર પ્રભાવને કારણે છે, વિભાજિત બોન્ડની પ્રકૃતિ અને આયનોની સ્થિરતા, એટલે કે, ચાર્જને ડિલોકલાઈઝ કરવાની તેની ક્ષમતા.

હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ, અથવા હાઇડ્રોજન સાયનાઇડ, HCN - રંગહીન, અત્યંત અસ્થિર પ્રવાહી (ટી કિપ = 26 °C) કડવી બદામની ગંધ સાથે, કોઈપણ ગુણોત્તરમાં પાણી સાથે મિશ્રિત. જલીય દ્રાવણમાં તે ખૂબ જ નબળા એસિડ તરીકે વર્તે છે, જેનાં ક્ષારને સાયનાઇડ્સ કહેવામાં આવે છે. આલ્કલી અને આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ સાયનાઇડ્સ પાણીમાં દ્રાવ્ય હોય છે, પરંતુ તેઓ એનિઓન પર હાઇડ્રોલાઈઝ થાય છે, તેથી જ તેમના જલીય દ્રાવણમાં હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ (કડવી બદામની ગંધ) જેવી ગંધ આવે છે અને તેમાં pH > 12 હોય છે:

આ પ્રતિક્રિયાના પરિણામે, પોટેશિયમ સાયનાઇડ (પોટેશિયમ સાયનાઇડ) અને તેના ઉકેલો લાંબા ગાળાના સંગ્રહ દરમિયાન તેમની ઝેરી અસર ગુમાવે છે. સાયનાઇડ એનિઓન એ સૌથી શક્તિશાળી અકાર્બનિક ઝેરમાંનું એક છે, કારણ કે તે સક્રિય લિગાન્ડ છે અને સરળતાથી જટિલ આયનો તરીકે Fe 3+ અને Cu2(+) ધરાવતા ઉત્સેચકો સાથે સ્થિર જટિલ સંયોજનો બનાવે છે (સંપ્રદાય. 10.4).

રેડોક્સ ગુણધર્મો.સંયોજનોમાં કાર્બન -4 થી +4 સુધી કોઈપણ ઓક્સિડેશન સ્થિતિને પ્રદર્શિત કરી શકે છે, પ્રતિક્રિયા દરમિયાન મુક્ત કાર્બન ઇલેક્ટ્રોનનું દાન અને મેળવી શકે છે, અનુક્રમે બીજા રીએજન્ટના ગુણધર્મોને આધારે, ઘટાડનાર અથવા ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે:

ઓક્સિજનની અછત અથવા ગેરહાજરી સાથે એનારોબિક ઓક્સિડેશનની પરિસ્થિતિઓમાં, કાર્બનિક સંયોજનના કાર્બન અણુઓ, આ સંયોજનો અને બાહ્ય પરિસ્થિતિઓમાં ઓક્સિજન પરમાણુઓની સામગ્રીને આધારે, C0 2, CO, C અને તે પણ CH 4, અને અન્યમાં ફેરવી શકે છે. ઓર્ગેનોજેન્સ H2O, NH3 અને H2S માં ફેરવાય છે.

શરીરમાં, ઓક્સિડેઝ એન્ઝાઇમ (એરોબિક ઓક્સિડેશન) ની હાજરીમાં ઓક્સિજન સાથે કાર્બનિક સંયોજનોનું સંપૂર્ણ ઓક્સિડેશન સમીકરણ દ્વારા વર્ણવવામાં આવ્યું છે:

ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાઓના આપેલ સમીકરણો પરથી તે સ્પષ્ટ છે કે કાર્બનિક સંયોજનોમાં માત્ર કાર્બન પરમાણુ ઓક્સિડેશન સ્થિતિને બદલે છે, જ્યારે અન્ય ઓર્ગેનોજેન્સના અણુઓ તેમની ઓક્સિડેશન સ્થિતિ જાળવી રાખે છે.

હાઇડ્રોજનેશન પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન, એટલે કે, બહુવિધ બોન્ડમાં હાઇડ્રોજન (એક ઘટાડનાર એજન્ટ) નો ઉમેરો, તે બનાવે છે તે કાર્બન અણુઓ તેમની ઓક્સિડેશન સ્થિતિ ઘટાડે છે (ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે):

નવા ઇન્ટરકાર્બન બોન્ડના ઉદભવ સાથે કાર્બનિક અવેજી પ્રતિક્રિયાઓ, ઉદાહરણ તરીકે વુર્ટ્ઝ પ્રતિક્રિયામાં, રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ પણ છે જેમાં કાર્બન પરમાણુ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કામ કરે છે અને ધાતુના પરમાણુ ઘટાડનાર એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે:

ઓર્ગેનોમેટાલિક સંયોજનોની રચનાની પ્રતિક્રિયાઓમાં સમાન વસ્તુ જોવા મળે છે:

મલ્ટીપલ ઇન્ટરકાર્બન બોન્ડ દ્વારા સબસ્ટ્રેટમાં ધ્રુવીય રીએજન્ટ ઉમેરવાની પ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે, કાર્બન અણુઓમાંથી એક ઓક્સિડેશન સ્થિતિને ઘટાડે છે, જે ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટના ગુણધર્મો દર્શાવે છે, અને અન્ય ઓક્સિડેશન ડિગ્રીમાં વધારો કરે છે, જે ઓક્સિડેશન તરીકે કાર્ય કરે છે. ઘટાડનાર એજન્ટ:

આ કિસ્સાઓમાં, સબસ્ટ્રેટના કાર્બન અણુઓની ઇન્ટ્રામોલેક્યુલર ઓક્સિડેશન-ઘટાડો પ્રતિક્રિયા થાય છે, એટલે કે, પ્રક્રિયા બરતરફરીએજન્ટના પ્રભાવ હેઠળ જે રેડોક્સ ગુણધર્મો પ્રદર્શિત કરતું નથી.

તેમના કાર્બન અણુઓને કારણે કાર્બનિક સંયોજનોના આંતર-પરમાણુ વિઘટનની લાક્ષણિક પ્રતિક્રિયાઓ એમિનો એસિડ અથવા કેટો એસિડની ડીકાર્બોક્સિલેશન પ્રતિક્રિયાઓ છે, તેમજ કાર્બનિક સંયોજનોની પુનઃરચના અને આઇસોમરાઇઝેશન પ્રતિક્રિયાઓ છે, જેની ચર્ચા વિભાગમાં કરવામાં આવી હતી. 9.3. કાર્બનિક પ્રતિક્રિયાઓના આપેલ ઉદાહરણો, તેમજ સંપ્રદાયની પ્રતિક્રિયાઓ. 9.3 ખાતરીપૂર્વક સૂચવે છે કે કાર્બનિક સંયોજનોમાં કાર્બન પરમાણુ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો અને ઘટાડનાર એજન્ટો બંને હોઈ શકે છે.

સંયોજનમાં કાર્બન અણુ- ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ, જો પ્રતિક્રિયાના પરિણામે ઓછા ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વો (હાઇડ્રોજન, ધાતુઓ) ના અણુઓ સાથે તેના બોન્ડની સંખ્યા વધે છે, કારણ કે આ બોન્ડ્સના સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોનને પોતાની તરફ આકર્ષિત કરીને, પ્રશ્નમાં કાર્બન અણુ તેના ઓક્સિડેશનને ઘટાડે છે. રાજ્ય

સંયોજનમાં કાર્બન અણુ- ઘટાડનાર એજન્ટ, જો પ્રતિક્રિયાના પરિણામે વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વોના અણુઓ સાથે તેના બોન્ડની સંખ્યા વધે છે(C, O, N, S), કારણ કે આ બોન્ડના વહેંચાયેલા ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરીને, પ્રશ્નમાં રહેલા કાર્બન અણુ તેની ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં વધારો કરે છે.

આમ, કાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં ઘણી પ્રતિક્રિયાઓ, કાર્બન અણુઓની રેડોક્સ દ્વૈતતાને કારણે, રેડોક્સ છે. જો કે, અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં સમાન પ્રતિક્રિયાઓથી વિપરીત, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ અને કાર્બનિક સંયોજનોમાં ઘટાડતા એજન્ટ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોનનું પુનઃવિતરણ માત્ર ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ તરીકે કામ કરતા અણુમાં રાસાયણિક બોન્ડના સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોન જોડીના વિસ્થાપન સાથે થઈ શકે છે. આ કિસ્સામાં, આ જોડાણ સાચવી શકાય છે, પરંતુ મજબૂત ધ્રુવીકરણના કિસ્સામાં તે તોડી શકાય છે.

કાર્બન સંયોજનોના જટિલ ગુણધર્મો.સંયોજનોમાં કાર્બન અણુમાં એકલા ઇલેક્ટ્રોન જોડી હોતી નથી, અને તેથી તેની ભાગીદારી સાથે બહુવિધ બોન્ડ ધરાવતા કાર્બન સંયોજનો જ લિગાન્ડ તરીકે કાર્ય કરી શકે છે. કાર્બન મોનોક્સાઇડ (2)ના ધ્રુવીય ટ્રિપલ બોન્ડના ઇલેક્ટ્રોન અને હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ એનિઓન જટિલ રચના પ્રક્રિયાઓમાં ખાસ કરીને સક્રિય છે.

કાર્બન મોનોક્સાઇડ પરમાણુ (2), કાર્બન અને ઓક્સિજન પરમાણુ વિનિમય પદ્ધતિ અનુસાર તેમના બે 2p-પરમાણુ ભ્રમણકક્ષાના પરસ્પર ઓવરલેપને કારણે એક અને એક બોન્ડ બનાવે છે. ત્રીજું બોન્ડ, એટલે કે, અન્ય બોન્ડ, દાતા-સ્વીકારની પદ્ધતિ અનુસાર રચાય છે. સ્વીકારનાર એ કાર્બન અણુનું મફત 2p-અણુ ભ્રમણકક્ષા છે, અને દાતા ઓક્સિજન અણુ છે, જે 2p-ઓર્બિટલમાંથી ઇલેક્ટ્રોનની એકલ જોડી પ્રદાન કરે છે:

વધેલા બોન્ડ રેશિયો આ પરમાણુને એસિડ-બેઝ (CO એ મીઠું-રચના વિનાનું ઓક્સાઇડ છે) અને રેડોક્સ પ્રોપર્ટીઝ (CO એ ઘટાડનાર એજન્ટ છે)ની દ્રષ્ટિએ સામાન્ય સ્થિતિમાં ઉચ્ચ સ્થિરતા અને જડતા પ્રદાન કરે છે. ટી > 1000 કે). તે જ સમયે, તે ડી-મેટલ અણુઓ અને કેશન સાથે જટિલ પ્રતિક્રિયાઓમાં સક્રિય લિગાન્ડ બનાવે છે, મુખ્યત્વે આયર્ન સાથે, જેની સાથે તે આયર્ન પેન્ટાકાર્બોનિલ બનાવે છે, જે અસ્થિર ઝેરી પ્રવાહી છે:

આ સંતુલન કાર્બોક્સિહેમોગ્લોબિન ННbСО ની રચના તરફ સ્થાનાંતરિત થાય છે, જેની સ્થિરતા ઓક્સિહેમોગ્લોબિન ННbО2 કરતાં 210 ગણી વધારે છે. આ લોહીમાં કાર્બોક્સિહેમોગ્લોબિનનું સંચય તરફ દોરી જાય છે અને તેથી તેની ઓક્સિજન વહન કરવાની ક્ષમતા ઘટાડે છે.

હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ એનિઓન CN- પણ સરળતાથી ધ્રુવીકરણ કરી શકાય તેવા ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે, તેથી જ તે ઉત્સેચકોનો ભાગ હોય તેવા જીવન ધાતુઓ સહિત ડી-ધાતુઓ સાથે અસરકારક રીતે સંકુલ બનાવે છે. તેથી, સાયનાઇડ્સ અત્યંત ઝેરી સંયોજનો છે (વિભાગ 10.4).

પ્રકૃતિમાં કાર્બન ચક્ર.પ્રકૃતિમાં કાર્બન ચક્ર મુખ્યત્વે ઓક્સિડેશન અને કાર્બનના ઘટાડાની પ્રતિક્રિયાઓ પર આધારિત છે (ફિગ. 12.3).

છોડ વાતાવરણ અને હાઇડ્રોસ્ફિયરમાંથી (1) કાર્બન મોનોક્સાઇડ (4) ગ્રહણ કરે છે. છોડના જથ્થાનો એક ભાગ (2) મનુષ્યો અને પ્રાણીઓ દ્વારા ખવાય છે. પ્રાણીઓના શ્વસન અને તેમના અવશેષોનો સડો (3), તેમજ છોડના શ્વસન, મૃત છોડનું સડવું અને લાકડાનું દહન (4) વાતાવરણ અને હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં CO2 પરત કરે છે. પીટ, અશ્મિભૂત કોલસો, તેલ, ગેસની રચના સાથે છોડ (5) અને પ્રાણીઓ (6) ના અવશેષોના ખનિજીકરણની પ્રક્રિયા કાર્બનના કુદરતી સંસાધનોમાં સંક્રમણ તરફ દોરી જાય છે. એસિડ-બેઝ પ્રતિક્રિયાઓ (7) એ જ દિશામાં કાર્ય કરે છે, જે CO2 અને કાર્બોનેટ (મધ્યમ, એસિડિક અને મૂળભૂત) ની રચના સાથે વિવિધ ખડકો વચ્ચે થાય છે:

ચક્રનો આ અકાર્બનિક ભાગ વાતાવરણ અને હાઇડ્રોસ્ફિયરમાં CO2 ની ખોટ તરફ દોરી જાય છે. કોલસો, તેલ, ગેસ (8), લાકડા (4) ના દહન અને પ્રક્રિયામાં માનવ પ્રવૃત્તિ, તેનાથી વિપરીત, કાર્બન મોનોક્સાઇડ (4) સાથે પર્યાવરણને વિપુલ પ્રમાણમાં સમૃદ્ધ બનાવે છે. લાંબા સમયથી એવો વિશ્વાસ હતો કે પ્રકાશસંશ્લેષણને કારણે વાતાવરણમાં CO2 ની સાંદ્રતા સતત રહે છે. જો કે, હાલમાં, માનવીય પ્રવૃત્તિને કારણે વાતાવરણમાં CO2 ની સામગ્રીમાં વધારો તેના કુદરતી ઘટાડા દ્વારા સરભર કરવામાં આવતો નથી. વાતાવરણમાં CO2 નું કુલ પ્રકાશન દર વર્ષે 4-5% દ્વારા ઝડપથી વધી રહ્યું છે. ગણતરી મુજબ, 2000 માં વાતાવરણમાં CO2 નું પ્રમાણ 0.03% (1990) ને બદલે લગભગ 0.04% સુધી પહોંચી જશે.

કાર્બન ધરાવતા સંયોજનોના ગુણધર્મો અને લાક્ષણિકતાઓને ધ્યાનમાં લીધા પછી, કાર્બનની અગ્રણી ભૂમિકા પર ફરી એકવાર ભાર મૂકવો જોઈએ.

ચોખા. 12.3.માં કાર્બન ચક્ર પ્રકૃતિ

ઓર્ગેનોજન નંબર 1: પ્રથમ, કાર્બન અણુઓ કાર્બનિક સંયોજનોના પરમાણુઓનું હાડપિંજર બનાવે છે; બીજું, કાર્બન પરમાણુ રેડોક્સ પ્રક્રિયાઓમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે, કારણ કે તમામ ઓર્ગેનોજેન્સના અણુઓમાં, તે કાર્બન છે જે રેડોક્સ દ્વૈતતા દ્વારા સૌથી વધુ લાક્ષણિકતા ધરાવે છે. કાર્બનિક સંયોજનોના ગુણધર્મો વિશે વધુ માહિતી માટે, મોડ્યુલ IV "બાયોઓર્ગેનિક રસાયણશાસ્ત્રના ફંડામેન્ટલ્સ" જુઓ.

IVA જૂથના પી-તત્વોની સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ અને જૈવિક ભૂમિકા.કાર્બનના ઇલેક્ટ્રોનિક એનાલોગ જૂથ IVA ના ઘટકો છે: સિલિકોન Si, જર્મેનિયમ Ge, tin Sn અને લીડ Pb (કોષ્ટક 1.2 જુઓ). આ તત્વોના પરમાણુઓની ત્રિજ્યા અણુ સંખ્યા વધવા સાથે કુદરતી રીતે વધે છે અને તેમની આયનીકરણ ઊર્જા અને ઈલેક્ટ્રોનગેટિવિટી કુદરતી રીતે ઘટે છે (વિભાગ 1.3). તેથી, જૂથના પ્રથમ બે ઘટકો: કાર્બન અને સિલિકોન લાક્ષણિક બિન-ધાતુઓ છે, અને જર્મેનિયમ, ટીન અને સીસું ધાતુઓ છે, કારણ કે તે ઇલેક્ટ્રોનના નુકસાન દ્વારા સૌથી વધુ લાક્ષણિકતા ધરાવે છે. શ્રેણી Ge - Sn - Pb માં, ધાતુના ગુણધર્મો વધે છે.

રેડોક્સ ગુણધર્મોના દૃષ્ટિકોણથી, સામાન્ય સ્થિતિમાં તત્વો C, Si, Ge, Sn અને Pb હવા અને પાણીના સંદર્ભમાં તદ્દન સ્થિર છે (Sn અને Pb - સપાટી પર ઓક્સાઇડ ફિલ્મની રચનાને કારણે ધાતુઓ. ). તે જ સમયે, લીડ સંયોજનો (4) મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટો છે:

જટિલ ગુણધર્મો લીડની સૌથી લાક્ષણિકતા છે, કારણ કે તેના Pb 2+ કેશન્સ જૂથ IVA ના અન્ય p-તત્વોના ધનની સરખામણીમાં મજબૂત જટિલ એજન્ટો છે. લીડ કેશન્સ બાયોલિગેન્ડ્સ સાથે મજબૂત સંકુલ બનાવે છે.

જૂથ IVA ના તત્વો શરીરમાં તેમની સામગ્રી અને તેમની જૈવિક ભૂમિકા બંનેમાં તીવ્રપણે અલગ પડે છે. કાર્બન શરીરના જીવનમાં મૂળભૂત ભૂમિકા ભજવે છે, જ્યાં તેની સામગ્રી લગભગ 20% છે. શરીરમાં અન્ય જૂથ IVA તત્વોની સામગ્રી 10 -6 -10 -3% ની અંદર છે. તે જ સમયે, જો સિલિકોન અને જર્મેનિયમ નિઃશંકપણે શરીરના જીવનમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે, તો પછી ટીન અને ખાસ કરીને લીડ ઝેરી છે. આમ, જૂથ IVA તત્વોના વધતા અણુ સમૂહ સાથે, તેમના સંયોજનોની ઝેરીતા વધે છે.

કોલસા અથવા સિલિકોન ડાયોક્સાઇડ SiO2 ના કણો ધરાવતી ધૂળ, જ્યારે વ્યવસ્થિત રીતે ફેફસાંના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે રોગોનું કારણ બને છે - ન્યુમોકોનિઓસિસ. કોલસાની ધૂળના કિસ્સામાં, આ એન્થ્રેકોસિસ છે, જે ખાણિયાઓનો વ્યવસાયિક રોગ છે. જ્યારે Si02 ધરાવતી ધૂળ શ્વાસમાં લેવામાં આવે છે, ત્યારે સિલિકોસિસ થાય છે. ન્યુમોકોનિઓસિસના વિકાસની પદ્ધતિ હજુ સુધી સ્થાપિત થઈ નથી. એવું માનવામાં આવે છે કે જૈવિક પ્રવાહી સાથે સિલિકેટ રેતીના અનાજના લાંબા સમય સુધી સંપર્ક સાથે, પોલિસિલિક એસિડ Si02 yH2O જેલ જેવી સ્થિતિમાં રચાય છે, જે કોષોમાં જમા થવાથી તેમના મૃત્યુ તરફ દોરી જાય છે.

સીસાની ઝેરી અસર માનવજાત માટે ઘણા લાંબા સમયથી જાણીતી છે. ડીશ અને પાણીની પાઈપ બનાવવા માટે સીસાના ઉપયોગથી લોકો મોટા પ્રમાણમાં ઝેરી ગયા. હાલમાં, સીસું એ મુખ્ય પર્યાવરણીય પ્રદૂષકોમાંનું એક છે, કારણ કે વાતાવરણમાં સીસાના સંયોજનોનું પ્રકાશન વાર્ષિક 400,000 ટન જેટલું છે. લીડ મુખ્યત્વે હાડપિંજરમાં નબળી દ્રાવ્ય ફોસ્ફેટ Pb3(PO4)2 ના રૂપમાં એકઠું થાય છે, અને જ્યારે હાડકાંનું ખનિજીકરણ થાય છે, ત્યારે તે શરીર પર નિયમિત ઝેરી અસર કરે છે. તેથી, લીડને સંચિત ઝેર તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. લીડ સંયોજનોની ઝેરીતા મુખ્યત્વે તેના જટિલ ગુણધર્મો અને બાયોલિગેન્ડ્સ માટે ઉચ્ચ આકર્ષણ સાથે સંકળાયેલી છે, ખાસ કરીને સલ્ફહાઇડ્રેલ જૂથો (-SH) ધરાવતા:

પ્રોટીન, ફોસ્ફોલિપિડ્સ અને ન્યુક્લિયોટાઇડ્સ સાથે લીડ આયનોના જટિલ સંયોજનોની રચના તેમના વિકૃતિ તરફ દોરી જાય છે. ઘણીવાર લીડ આયનો EM 2+ મેટલોએનઝાઇમ્સને અટકાવે છે, તેમાંથી જીવન ધાતુના કેશનને વિસ્થાપિત કરે છે:

લીડ અને તેના સંયોજનો ઝેર છે જે મુખ્યત્વે નર્વસ સિસ્ટમ, રક્તવાહિનીઓ અને રક્ત પર કાર્ય કરે છે. તે જ સમયે, લીડ સંયોજનો પ્રોટીન સંશ્લેષણ, કોષોના ઊર્જા સંતુલન અને તેમના આનુવંશિક ઉપકરણને અસર કરે છે.

દવામાં, નીચેના બાહ્ય એન્ટિસેપ્ટિક્સનો ઉપયોગ એસ્ટ્રિન્જન્ટ તરીકે થાય છે: લીડ એસિટેટ Pb(CH3COO)2 ZH2O (લીડ લોશન) અને લીડ(2) ઓક્સાઇડ PbO (લીડ પ્લાસ્ટર). આ સંયોજનોના લીડ આયનો માઇક્રોબાયલ કોશિકાઓ અને પેશીઓના સાયટોપ્લાઝમમાં પ્રોટીન (આલ્બ્યુમિન) સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, જેલ જેવા આલ્બ્યુમિનેટ્સ બનાવે છે. જેલ્સની રચના સૂક્ષ્મજીવાણુઓને મારી નાખે છે અને વધુમાં, તેમના માટે પેશીના કોષોમાં પ્રવેશવું મુશ્કેલ બનાવે છે, જે સ્થાનિક બળતરા પ્રતિભાવને ઘટાડે છે.