Gjendja e karbonit. Përmbledhje e mësimit "Struktura e atomit të karbonit

Karboni (nga latinishtja: carbo "thëngjill") është një element kimik me simbolin C dhe numrin atomik 6. Katër elektrone janë të disponueshme për të formuar lidhje kimike kovalente. Substanca është jometalike dhe katërvalente. Tre izotope të karbonit ndodhin natyrshëm, 12C dhe 13C janë të qëndrueshme dhe 14C është një izotop radioaktiv në kalbje me një gjysmë jetëgjatësi prej rreth 5730 vjet. Karboni është një nga elementët e paktë të njohur që nga kohërat e lashta. Karboni është elementi i 15-të më i bollshëm në koren e Tokës dhe elementi i katërt më i bollshëm në univers sipas masës, pas hidrogjenit, heliumit dhe oksigjenit. Bollëku i karbonit, diversiteti unik i përbërjeve të tij organike dhe aftësia e tij e pazakontë për të formuar polimere në temperaturat që zakonisht gjenden në Tokë e lejojnë atë të shërbejë si një element i përbashkët për të gjitha format e njohura të jetës. Është elementi i dytë më i bollshëm në trupin e njeriut për nga masa (rreth 18.5%) pas oksigjenit. Atomet e karbonit mund të lidhen në mënyra të ndryshme, të quajtura alotrope të karbonit. Alotropet më të njohur janë grafiti, diamanti dhe karboni amorf. Vetitë fizike të karbonit ndryshojnë shumë në varësi të formës alotropike. Për shembull, grafiti është i errët dhe i zi, ndërsa diamanti është shumë transparent. Grafiti është mjaft i butë për të formuar një brez në letër (prandaj emri i tij, nga folja greke "γράφειν", që do të thotë "të shkruash"), ndërsa diamanti është materiali më i fortë i njohur në natyrë. Grafiti është një përcjellës i mirë elektrik, ndërsa diamanti ka përçueshmëri të ulët elektrike. Në kushte normale, diamanti, nanotubat e karbonit dhe grafeni kanë përçueshmërinë termike më të lartë se çdo material i njohur. Të gjithë alotropet e karbonit janë të ngurta në kushte normale, ku grafiti është forma më e qëndrueshme termodinamikisht. Ato janë kimikisht të qëndrueshme dhe kërkojnë temperatura të larta për të reaguar edhe me oksigjen. Gjendja më e zakonshme e oksidimit të karbonit në përbërjet inorganike është +4, dhe +2 në komplekset karboksil të monoksidit të karbonit dhe një metali kalimtar. Burimet më të mëdha të karbonit inorganik janë gurët gëlqerorë, dolomitet dhe dioksidi i karbonit, por sasi të konsiderueshme vijnë nga depozitat organike të qymyrit, torfe, naftë dhe klatrate metani. Karboni formon një numër të madh përbërjesh, më shumë se çdo element tjetër, me pothuajse dhjetë milionë përbërës të përshkruar deri më sot, dhe megjithatë ky numër është vetëm një pjesë e vogël e numrit të komponimeve teorikisht të mundshme në kushte standarde. Për këtë arsye, karboni shpesh quhet "mbreti i elementeve".

Karakteristikat

Alotropet e karbonit përfshijnë grafitin, një nga substancat më të buta të njohura, dhe diamantin, substancën më të fortë natyrore. Karboni lidhet lehtësisht me atome të tjera të vogla, duke përfshirë atome të tjera të karbonit, dhe është në gjendje të formojë lidhje të shumta kovalente të qëndrueshme me atome të përshtatshme shumëvalente. Dihet se karboni formon pothuajse dhjetë milionë komponime të ndryshme, shumica dërrmuese e të gjitha përbërjeve kimike. Karboni gjithashtu ka pikën më të lartë të sublimimit nga çdo element. Në presionin atmosferik, ai nuk ka pikë shkrirjeje pasi pika e tij e trefishtë është 10,8 ± 0,2 MPa dhe 4600 ± 300 K (~4330 °C ose 7820 °F), kështu që sublimohet në rreth 3900 K. Grafiti është shumë më reaktiv se diamanti nën kushtet standarde, pavarësisht se janë më të qëndrueshme termodinamikisht, pasi sistemi i tij i delokalizuar pi është shumë më i prekshëm ndaj sulmit. Për shembull, grafiti mund të oksidohet me acid nitrik të përqendruar të nxehtë në kushte standarde në acid melitik C6(CO2H)6, i cili ruan njësitë gjashtëkëndore të grafitit ndërsa shkatërron strukturën më të madhe. Karboni sublimohet në një hark karboni, temperatura e të cilit është rreth 5,800 K (5,530 °C, 9,980 °F). Kështu, pavarësisht nga forma e tij alotropike, karboni mbetet i ngurtë në temperatura më të larta se pikat më të larta të shkrirjes si tungsteni ose renium. Megjithëse karboni është termodinamikisht i prirur ndaj oksidimit, ai është më rezistent ndaj oksidimit sesa elementë të tillë si hekuri dhe bakri, të cilët janë agjentë reduktues më të dobët në temperaturën e dhomës. Karboni është elementi i gjashtë me një konfigurim elektronik të gjendjes bazë prej 1s22s22p2, nga të cilat katër elektronet e jashtme janë elektrone valence. Katër energjitë e tij të para jonizuese janë 1086.5, 2352.6, 4620.5 dhe 6222.7 kJ/mol, shumë më e lartë se elementet më të rënda të grupit 14. Elektronegativiteti i karbonit është 2.5, dukshëm më i lartë se elementët më të rëndë të grupit 11.9 (1). për shumicën e jometaleve fqinje, si dhe disa metale kalimtare të rreshtit të dytë dhe të tretë. Rrezet kovalente të karbonit përgjithësisht merren të jenë 77.2 pm (C-C), 66.7 pm (C=C) dhe 60.3 pm (C≡C), megjithëse këto mund të ndryshojnë në varësi të numrit të koordinimit dhe asaj që lidhet me karbonin. Në përgjithësi, rrezja kovalente zvogëlohet kur numri i koordinimit zvogëlohet dhe rendi i lidhjes rritet. Komponimet e karbonit formojnë bazën e gjithë jetës së njohur në Tokë, dhe cikli karbon-azoti siguron një pjesë të energjisë së çliruar nga Dielli dhe yjet e tjerë. Megjithëse karboni formon një larmi të jashtëzakonshme përbërjesh, shumica e formave të karbonit janë relativisht joreaktive në kushte normale. Në temperatura dhe presione standarde, karboni mund t'i rezistojë të gjithëve, përveç agjentëve oksidues më të fortë. Nuk reagon me acid sulfurik, acid klorhidrik, klor ose alkale. Në temperatura të larta, karboni reagon me oksigjenin për të formuar okside karboni dhe largon oksigjenin nga oksidet metalike, duke lënë metalin elementar. Ky reaksion ekzotermik përdoret në industrinë e hekurit dhe çelikut për të shkrirë hekurin dhe për të kontrolluar përmbajtjen e karbonit të çelikut:

Fe3O4 + 4 C (s) → 3 Fe (s) + 4 CO (g)

me squfur për të formuar disulfid karboni dhe me avull në reaksionin qymyr-gaz:

C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g)

Karboni kombinohet me disa metale në temperatura të larta për të formuar karbide metalike, të tilla si çimentiti nga karabit hekuri në çelik dhe karabit tungsteni, i përdorur gjerësisht si gërryes dhe për të bërë pika të forta për veglat prerëse. Sistemi i alotropeve të karbonit mbulon një numër ekstremesh:

Disa forma të grafitit përdoren për izolim termik (të tilla si pengesat ndaj zjarrit dhe mburojat e nxehtësisë), por disa forma të tjera janë përçues të mirë termik. Diamanti është përçuesi natyror më i famshëm i nxehtësisë. Grafiti është i errët. Diamanti është shumë transparent. Grafiti kristalizohet në sistemin gjashtëkëndor. Diamanti kristalizohet në sistemin kub. Karboni amorf është plotësisht izotropik. Nanotubat e karbonit janë ndër materialet anizotropike më të njohura.

Alotropet e karbonit

Karboni atomik është një specie shumë jetëshkurtër dhe për këtë arsye karboni stabilizohet në struktura të ndryshme poliatomike me konfigurime të ndryshme molekulare të quajtura alotrope. Tre alotropet relativisht të njohura të karbonit janë karboni amorf, grafiti dhe diamanti. Të konsideruara më parë ekzotike, fullerenet tani zakonisht sintetizohen dhe përdoren në kërkime; këto përfshijnë bukyballs, nanotuba karboni, nanodot karboni dhe nanofibra. Janë zbuluar edhe disa alotrope të tjera ekzotike, si lonsaletiti, karboni i qelqtë, karboni nanofaum dhe karboni linear acetilen (karbin). Që nga viti 2009, grafeni konsiderohet si materiali më i fortë i testuar ndonjëherë. Procesi i ndarjes së tij nga grafiti do të kërkojë një zhvillim të mëtejshëm teknologjik përpara se të bëhet ekonomik për proceset industriale. Nëse ka sukses, grafeni mund të përdoret në ndërtimin e ashensorëve hapësinorë. Mund të përdoret gjithashtu për të ruajtur në mënyrë të sigurt hidrogjenin për përdorim në motorët me bazë hidrogjeni në makina. Forma amorfe është një koleksion i atomeve të karbonit në një gjendje jo kristalore, të parregullt, të qelqtë dhe jo të përmbajtur në një makrostrukturë kristalore. Është i pranishëm në formë pluhuri dhe është përbërësi kryesor i substancave si qymyri, bloza e llambës (bloza) dhe karboni i aktivizuar. Në presione normale, karboni ka formën e grafitit, në të cilin çdo atom është i lidhur trigonalisht nga tre atome të tjerë në një plan të përbërë nga unaza gjashtëkëndore të shkrirë, si në hidrokarburet aromatike. Rrjeti që rezulton është dy-dimensionale dhe fletët e sheshta që rezultojnë janë palosur dhe të lidhura lirshëm përmes forcave të dobëta van der Waals. Kjo i jep grafitit butësinë dhe vetitë e ndarjes (fletët rrëshqasin lehtësisht pranë njëra-tjetrës). Për shkak të delokalizimit të një prej elektroneve të jashtëm të çdo atomi për të formuar një re π, grafiti përçon elektricitetin, por vetëm në rrafshin e secilës fletë të lidhur në mënyrë kovalente. Kjo rezulton në përçueshmëri më të ulët elektrike për karbonin sesa për shumicën e metaleve. Delokalizimi shpjegon gjithashtu stabilitetin energjetik të grafitit mbi diamantin në temperaturën e dhomës. Në presione shumë të larta, karboni formon një alotrop më kompakt, diamant, që ka pothuajse dyfishin e densitetit të grafitit. Këtu, çdo atom është i lidhur në mënyrë katërkëndore me katër të tjerë, duke formuar një rrjet tredimensional të unazave të rrudhura me gjashtë anëtarë të atomeve. Diamanti ka të njëjtën strukturë kubike si silikoni dhe germaniumi, dhe për shkak të forcës së lidhjeve të tij karbon-karbon, është substanca më e fortë natyrore, e matur me rezistencën ndaj gërvishtjeve. Në kundërshtim me besimin popullor se "diamantet janë përgjithmonë", ata janë termodinamikisht të paqëndrueshëm në kushte normale dhe kthehen në grafit. Për shkak të pengesës së lartë të energjisë së aktivizimit, kalimi në formën e grafitit është aq i ngadaltë në temperatura normale sa që nuk mund të zbulohet. Në kushte të caktuara, karboni kristalizohet si lonsalite, një rrjetë kristalore gjashtëkëndore me të gjithë atomet të lidhur në mënyrë kovalente dhe veti të ngjashme me ato të diamantit. Fullerenet janë një formacion kristalor sintetik me një strukturë të ngjashme me grafitin, por në vend të gjashtëkëndëshave, fullerenet përbëhen nga pesëkëndësha (ose edhe heptagone) të atomeve të karbonit. Atomet që mungojnë (ose shtesë) i deformojnë fletët në sfera, elipse ose cilindra. Vetitë e fullereneve (të ndara në buckyballs, bakitubes dhe nanobads) nuk janë analizuar ende plotësisht dhe përfaqësojnë një zonë intensive të kërkimit të nanomaterialeve. Emrat "fullerene" dhe "buckyball" lidhen me emrin e Richard Buckminster Fuller, popullarizuesit të kupolave ​​gjeodezike, të cilat ngjajnë me strukturën e fullereneve. Buckyballs janë molekula mjaft të mëdha të formuara tërësisht nga lidhjet e karbonit në një mënyrë trigonale, duke formuar sferoide (më e njohura dhe më e thjeshta është bucksynysterfellerene C60 në formë futbolli). Nanotubat e karbonit janë strukturalisht të ngjashëm me topat e bucky, përveç se çdo atom është i lidhur në mënyrë trigonale në një fletë të lakuar që formon një cilindër të zbrazët. Nanotopat u prezantuan për herë të parë në vitin 2007 dhe janë materiale hibride (buckyballs janë të lidhur në mënyrë kovalente me murin e jashtëm të një nanotubi) që kombinojnë vetitë e të dyjave në një strukturë. Nga alotropet e tjera të zbuluara, nanoshkuma e karbonit është një alotrop ferromagnetik i zbuluar në 1997. Ai përbëhet nga një grup grupi i atomeve të karbonit me densitet të ulët të shtrirë së bashku në një rrjet të lirshëm tre-dimensional në të cilin atomet janë të lidhur në mënyrë trigonale në unaza gjashtë dhe shtatë anëtarëshe. Është ndër lëndët e ngurta më të lehta me një dendësi prej rreth 2 kg/m3. Po kështu, karboni i qelqtë përmban një përqindje të lartë të porozitetit të mbyllur, por ndryshe nga grafiti i zakonshëm, shtresat e grafitit nuk grumbullohen si faqe në një libër, por janë të renditura më rastësisht. Karboni linear i acetilenit ka strukturën kimike - (C:::C)n-. Karboni në këtë modifikim është linear me hibridizimin sp orbital dhe është një polimer me lidhje të vetme dhe trefishe të alternuara. Ky karbin është me interes të konsiderueshëm për nanoteknologjinë, sepse moduli i tij Young është dyzet herë më i madh se ai i materialit më të fortë, diamantit. Në vitin 2015, një ekip nga Universiteti i Karolinës së Veriut njoftoi zhvillimin e një alotropi tjetër, të cilin e quajtën Q-karbon, i krijuar nga një impuls lazer me energji të lartë dhe me kohëzgjatje të ulët në pluhurin amorf të karbonit. Q-karboni raportohet se shfaq ferromagnetizëm, fluoreshencë dhe ka një fortësi më të lartë se diamantet.

Prevalenca

Karboni është elementi i katërt kimik më i bollshëm në univers për nga masa, pas hidrogjenit, heliumit dhe oksigjenit. Karboni është i bollshëm në Diell, yje, kometa dhe atmosferat e shumicës së planetëve. Disa meteoritë përmbajnë diamante mikroskopikë që u formuan kur sistemi diellor ishte ende një disk protoplanetar. Diamantet mikroskopike mund të formohen gjithashtu nën presion intensiv dhe temperaturë të lartë në zonat e goditjes së meteorit. Në vitin 2014, NASA njoftoi një bazë të dhënash të përditësuar për të gjurmuar hidrokarburet aromatike policiklike (PAH) në Univers. Më shumë se 20% e karbonit në univers mund të shoqërohet me PAH, komponime komplekse të karbonit dhe hidrogjenit pa oksigjen. Këto komponime shfaqen në hipotezën globale të PAH, ku hipotezohet se luajnë një rol në abiogjenezën dhe formimin e jetës. PAH-të duket se janë formuar "disa miliardë vjet" pas Big Bengut, janë të përhapur në të gjithë universin dhe janë të lidhur me yje dhe ekzoplanetë të rinj. Korja e Tokës në tërësi vlerësohet të përmbajë 730 ppm karbon, me 2000 ppm të përmbajtura në thelbin dhe 120 ppm në mantelin dhe koren e kombinuar. Meqenëse masa e tokës është 5.9 72 × 1024 kg, kjo do të thoshte 4360 milion gigaton karbon. Kjo është shumë më tepër se sasia e karbonit në oqeane ose atmosferë (më poshtë). I kombinuar me oksigjenin në dioksidin e karbonit, karboni gjendet në atmosferën e Tokës (afërsisht 810 gigaton karbon) dhe i tretur në të gjithë trupat ujorë (afërsisht 36,000 gigatonë karbon). Ka rreth 1900 gigaton karbon në biosferë. Hidrokarburet (si qymyri, nafta dhe gazi natyror) gjithashtu përmbajnë karbon. "Rezervat" e qymyrit (jo "burimet") janë rreth 900 gigatonë me ndoshta 18,000 Gt burime. Rezervat e naftës arrijnë në rreth 150 gigaton. Burimet e provuara të gazit natyror janë rreth 175,1012 metra kub (që përmbajnë rreth 105 gigaton karbon), por studimet vlerësojnë 900,1012 metra kub të tjerë nga depozitat "jokonvencionale" si gazi argjilor, që arrijnë në rreth 540 gigaton karbon. Karboni është gjetur gjithashtu në hidratet e metanit në rajonet polare dhe nën dete. Sipas vlerësimeve të ndryshme, sasia e këtij karboni është 500, 2500 Gt, ose 3000 Gt. Në të kaluarën, sasia e hidrokarbureve ishte më e madhe. Sipas një burimi, midis 1751 dhe 2008, rreth 347 gigaton karbon u lëshuan në atmosferë si dioksid karboni në atmosferë nga djegia e lëndëve djegëse fosile. Një burim tjetër shton sasinë e shtuar në atmosferë që nga viti 1750 në 879 Gt, dhe sasia totale në atmosferë, det dhe tokë (p.sh. torfe) është pothuajse 2000 Gt. Karboni është një përbërës (12% në masë) i masave shumë të mëdha të shkëmbinjve karbonatikë (gëlqeror, dolomit, mermer, etj.). Qymyri përmban sasi shumë të larta të karbonit (antraciti përmban 92-98% karbon) dhe është burimi më i madh tregtar i karbonit mineral, që përbën 4000 gigaton ose 80% të lëndëve djegëse fosile. Për sa i përket alotropeve individuale të karbonit, grafiti gjendet në sasi të mëdha në Shtetet e Bashkuara (kryesisht Nju Jork dhe Teksas), Rusi, Meksikë, Grenlandë dhe Indi. Diamantet natyrale gjenden në kimberlitin shkëmbor që përmbahet në "qafat" ose "oxhaqet" e lashtë vullkanike. Shumica e depozitave të diamanteve gjenden në Afrikë, veçanërisht në Afrikën e Jugut, Namibi, Botsvana, Republikën e Kongos dhe Sierra Leone. Depozita diamanti janë gjetur gjithashtu në Arkansas, Kanada, Arktikun Rus, Brazil dhe Australinë Veriore dhe Perëndimore. Diamante po ashtu tani po nxirren nga fundi i oqeanit jashtë Kepit të Shpresës së Mirë. Diamantet ndodhin natyrshëm, por tani prodhojnë rreth 30% të të gjithë diamantëve industrialë të përdorur në Shtetet e Bashkuara. Karboni-14 formohet në troposferën e sipërme dhe stratosferë në lartësitë 9-15 km në një reaksion që depozitohet nga rrezet kozmike. Neutronet termike prodhohen dhe përplasen me bërthamat e azotit-14 për të formuar karbon-14 dhe një proton. Kështu, 1.2 × 1010% e dioksidit të karbonit atmosferik përmban karbon-14. Asteroidët e pasur me karbon janë relativisht dominues në pjesët e jashtme të brezit të asteroidëve në sistemin tonë diellor. Këta asteroidë ende nuk janë ekzaminuar drejtpërdrejt nga shkencëtarët. Asteroidët mund të përdoren në minierat hipotetike të qymyrit të bazuar në hapësirë, gjë që mund të jetë e mundur në të ardhmen, por aktualisht është teknologjikisht e pamundur.

Izotopet e karbonit

Izotopet e karbonit janë bërthama atomike që përmbajnë gjashtë protone plus një numër neutronesh (2 deri në 16). Karboni ka dy izotope të qëndrueshme, të natyrshme. Izotopi i karbonit-12 (12C) formon 98,93% të karbonit në Tokë, dhe karboni-13 (13C) formon 1,07% të mbetur. Përqendrimi i 12C rritet më tej në materialet biologjike sepse reaksionet biokimike diskriminojnë 13C. Në vitin 1961, Unioni Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar (IUPAC) miratoi izotopin e karbonit-12 si bazë për peshat atomike. Identifikimi i karbonit në eksperimentet e rezonancës magnetike bërthamore (NMR) kryhet me izotopin 13C. Karboni-14 (14C) është një radioizotop natyral i krijuar në atmosferën e sipërme (stratosfera e poshtme dhe troposfera e sipërme) nga ndërveprimi i azotit me rrezet kozmike. Gjendet në sasi gjurmë në Tokë në sasi deri në 1 pjesë për trilion (0.0000000001%), kryesisht në atmosferë dhe sedimente sipërfaqësore, veçanërisht në torfe dhe materiale të tjera organike. Ky izotop zbërthehet gjatë β-emetimit prej 0.158 MeV. Për shkak të gjysmëjetës së tij relativisht të shkurtër prej 5,730 vjetësh, 14C praktikisht mungon në shkëmbinjtë e lashtë. Në atmosferë dhe në organizmat e gjallë, sasia e 14C është pothuajse konstante, por ulet te organizmat pas vdekjes. Ky parim përdoret në datimin me radiokarbon, i shpikur në vitin 1949, i cili është përdorur gjerësisht për datimin e materialeve karbonike deri në 40,000 vjet të vjetra. Janë 15 izotope të njohur të karbonit dhe më jetëshkurtër është 8C, i cili zbërthehet përmes emetimit të protonit dhe zbërthimit alfa dhe ka një gjysmë jetë prej 1,98739 x 10-21 s. Exotic 19C shfaq një halo bërthamore, që do të thotë se rrezja e saj është dukshëm më e madhe se sa do të pritej nëse bërthama do të ishte një sferë me densitet konstant.

Edukimi në Yjet

Formimi i një bërthame atomike të karbonit kërkon një përplasje pothuajse të njëkohshme të trefishtë të grimcave alfa (bërthamat e heliumit) brenda bërthamës së një ylli gjigant ose supergjigant, i cili njihet si procesi alfa i trefishtë, pasi produktet e reaksioneve të mëtejshme të shkrirjes bërthamore të heliumit me hidrogjeni ose një bërthamë tjetër e heliumit prodhojnë respektivisht litium-5 dhe berilium -8, që të dyja janë shumë të paqëndrueshme dhe shpërbëhen pothuajse menjëherë në bërthama më të vogla. Kjo ndodh në kushtet e temperaturave më të mëdha se 100 megakalvina dhe përqendrimet e heliumit, të cilat janë të papranueshme në zgjerimin dhe ftohjen e shpejtë të Universit të hershëm, dhe për këtë arsye nuk u krijuan sasi të konsiderueshme karboni gjatë Big Bengut. Sipas teorisë moderne të kozmologjisë fizike, karboni formohet brenda yjeve në degën horizontale përmes përplasjes dhe transformimit të tre bërthamave të heliumit. Kur këta yje vdesin si supernova, karboni shpërndahet në hapësirë ​​si pluhur. Ky pluhur bëhet materiali ndërtimor për formimin e sistemeve të yjeve të gjeneratës së dytë ose të tretë me planetë të grumbulluar. Sistemi diellor është një sistem i tillë yjor me një bollëk karboni, duke lejuar ekzistencën e jetës siç e njohim ne. Cikli CNO është një mekanizëm shtesë i shkrirjes që drejton yjet ku karboni vepron si katalizator. Tranzicionet rrotulluese të formave të ndryshme izotopike të monoksidit të karbonit (si 12CO, 13CO dhe 18CO) zbulohen në intervalin e gjatësisë së valës nënmilimetër dhe përdoren në studimin e yjeve të sapoformuar në retë molekulare.

Cikli i karbonit

Në kushte tokësore, shndërrimi i një elementi në një tjetër është një fenomen shumë i rrallë. Prandaj, sasia e karbonit në Tokë është efektivisht konstante. Kështu, në proceset që përdorin karbonin, ai duhet të merret nga diku dhe të përdoret diku tjetër. Rrugët e karbonit në mjedis formojnë ciklin e karbonit. Për shembull, bimët fotosintetike nxjerrin dioksid karboni nga atmosfera (ose uji i detit) dhe e ndërtojnë atë në biomasë, si në ciklin Calvin, procesi i fiksimit të karbonit. Një pjesë e kësaj biomase hahet nga kafshët, ndërsa një pjesë e karbonit nxirret nga kafshët si dioksid karboni. Cikli i karbonit është shumë më kompleks se ky cikël i shkurtër; për shembull, një pjesë e dioksidit të karbonit shpërndahet në oqeane; nëse bakteret nuk e konsumojnë atë, lënda e ngordhur bimore ose shtazore mund të bëhet vaj ose qymyr, i cili lëshon karbon kur digjet.

Komponimet e karbonit

Karboni mund të formojë zinxhirë shumë të gjatë të lidhjeve të ndërlidhura karbon-karbon, një veti e quajtur formimi i zinxhirit. Lidhjet karbon-karbon janë të qëndrueshme. Falë katanacionit (formimi i zinxhirit), karboni formon komponime të panumërta. Vlerësimi i përbërjeve unike tregon se më shumë prej tyre përmbajnë karbon. Një deklaratë e ngjashme mund të bëhet për hidrogjenin sepse shumica e përbërjeve organike përmbajnë gjithashtu hidrogjen. Forma më e thjeshtë e një molekule organike është një hidrokarbur, një familje e madhe molekulash organike që përbëhet nga atome hidrogjeni të lidhura me një zinxhir atomesh karboni. Gjatësia e zinxhirit, zinxhirët anësor dhe grupet funksionale ndikojnë në vetitë e molekulave organike. Karboni gjendet në të gjitha format e jetës organike të njohur dhe është baza e kimisë organike. Kur kombinohet me hidrogjenin, karboni formon hidrokarbure të ndryshme që janë të rëndësishme për industrinë si ftohës, lubrifikantë, tretës, lëndë ushqyese kimike për plastikë dhe produkte të naftës dhe si lëndë djegëse fosile. Kur kombinohet me oksigjen dhe hidrogjen, karboni mund të formojë shumë grupe të përbërjeve të rëndësishme biologjike, duke përfshirë sheqernat, lignanet, kitinat, alkoolet, yndyrnat dhe esteret aromatike, karotenoidet dhe terpenet. Me azot, karboni formon alkaloide, dhe me shtimin e squfurit formon edhe antibiotikë, aminoacide dhe produkte gome. Me shtimin e fosforit në këta elementë të tjerë, ai formon ADN-në dhe ARN-në, bartësit e kodit kimik të jetës, dhe adenozintrifosfatin (ATP), molekula më e rëndësishme e transportit të energjisë në të gjitha qelizat e gjalla.

Komponimet inorganike

Në mënyrë tipike, komponimet që përmbajnë karbon që shoqërohen me minerale ose që nuk përmbajnë hidrogjen ose fluor trajtohen veçmas nga komponimet organike klasike; ky përkufizim nuk është i rreptë. Midis tyre janë oksidet e thjeshta të karbonit. Oksidi më i njohur është dioksidi i karbonit (CO2). Kjo substancë dikur ishte një përbërës kryesor i paleoatmosferës, por sot është një përbërës i vogël i atmosferës së Tokës. Kur tretet në ujë, kjo substancë formon dioksid karboni (H2CO3), por, si shumica e komponimeve me disa monooksigjene në një karbon, është e paqëndrueshme. Megjithatë, nëpërmjet kësaj substance të ndërmjetme, formohen jone karbonate të stabilizuara rezonante. Disa minerale të rëndësishme janë karbonatet, veçanërisht kalciti. Disulfidi i karbonit (CS2) është i ngjashëm. Një tjetër oksid i zakonshëm është monoksidi i karbonit (CO). Formohet gjatë djegies jo të plotë dhe është një gaz pa ngjyrë, pa erë. Çdo molekulë përmban një lidhje të trefishtë dhe është mjaft polare, gjë që bën që ajo të lidhet vazhdimisht me molekulat e hemoglobinës, duke zhvendosur oksigjenin, i cili ka një afinitet lidhës më të ulët. Cianidi (CN-) ka një strukturë të ngjashme, por sillet si jone halide (pseudohalogjen). Për shembull, mund të formojë molekulën nitride cianogjen (CN)2), e ngjashme me halogjenët e diatomit. Okside të tjera të pazakonta janë suboksidi i karbonit (C3O2), monoksidi i paqëndrueshëm i karbonit (C2O), trioksidi i karbonit (CO3), peptoni ciklopentan (C5O5), heksoni i cikloheksanit (C6O6) dhe anhidridi melitik (C12O9). Me metale reaktive si tungsteni, karboni formon karbide (C4-) ose acetilide (C2-2) për të formuar lidhje me pika të larta shkrirjeje. Këto anione shoqërohen gjithashtu me metanin dhe acetilenin, që të dyja janë acide shumë të dobëta. Me një elektronegativitet prej 2.5, karboni preferon të formojë lidhje kovalente. Disa karbide janë grila kovalente si karborundumi (SiC), i cili i ngjan diamantit. Megjithatë, edhe karbitet më polare dhe të kripura nuk janë komponime plotësisht jonike.

Komponimet organometrike

Përbërjet organometalike, sipas përkufizimit, përmbajnë të paktën një lidhje karbon-metal. Ekziston një gamë e gjerë e komponimeve të tilla; klasat kryesore përfshijnë komponime të thjeshta alkil-metal (p.sh., tetraetil alid), komponimet η2-alken (p.sh., kripa Zeise) dhe komponimet η3-alilike (p.sh., dimer klorur allilpalladium); metalocene që përmbajnë ligande ciklopentadienil (p.sh. ferroceni); dhe komplekset e karbenit të metaleve në tranzicion. Ka shumë karbonile metalike (p.sh. tetrakarbonilnikeli); Disa punëtorë besojnë se ligandi i monoksidit të karbonit është një përbërës thjesht inorganik dhe jo organometal. Ndërsa karboni mendohet të formojë ekskluzivisht katër lidhje, është raportuar një përbërje interesante që përmban një atom karboni tetëkoordinat tetëkëndor. Kationi i këtij komponimi është 2+. Ky fenomen shpjegohet me aurofilitetin e ligandëve të arit. Në vitin 2016, heksametilbenzeni u konfirmua se përmban një atom karboni me gjashtë lidhje dhe jo katër të zakonshmet.

Historia dhe etimologjia

Emri anglisht carbon vjen nga latinishtja carbo, që do të thotë "thëngjill" dhe "thëngjill", prej këtej vjen fjala franceze charbon, që do të thotë "thëngjill". Në gjermanisht, holandisht dhe danez, emrat e karbonit janë përkatësisht Kohlenstoff, koolstof dhe kulstof, të gjitha fjalë për fjalë do të thotë substancë qymyri. Karboni u zbulua në kohët parahistorike dhe ishte i njohur në format e blozës dhe qymyrit në qytetërimet më të hershme njerëzore. Diamantet ndoshta njiheshin që në vitin 2500 para Krishtit. në Kinë, dhe karboni në formën e qymyrit prodhohej në kohën romake nga e njëjta kimi si sot, duke ngrohur dru në një piramidë të mbuluar me argjilë për të përjashtuar ajrin. Në 1722, René Antoine Ferjo de Reamur demonstroi se hekuri shndërrohej në çelik përmes përthithjes së një substance të njohur tani si karboni. Në 1772, Antoine Lavoisier tregoi se diamantet janë një formë karboni; kur ai dogji mostrat e qymyrit dhe diamantit dhe zbuloi se asnjëra nuk prodhonte ujë dhe se të dyja substancat lëshonin sasi të barabarta të dioksidit të karbonit për gram. Në 1779, Karl Wilhelm Scheele tregoi se grafiti, i cili mendohej të ishte një formë plumbi, ishte identik me qymyrin, por me një përzierje të vogël hekuri dhe se prodhonte "acid ajri" (që është dioksidi i karbonit) kur oksidohej me acid nitrik. Në 1786, shkencëtarët francezë Claude Louis Berthollet, Gaspard Monge dhe C. A. Vandermonde konfirmuan se grafiti ishte kryesisht karbon duke e oksiduar atë në oksigjen në të njëjtën mënyrë siç bëri Lavoisier me diamantin. Përsëri mbeti pak hekur, për të cilin shkencëtarët francezë besonin se ishte i nevojshëm për strukturën e grafitit. Në botimin e tyre, ata propozuan emrin karbon (latinisht carbonum) për elementin në grafit që lirohej si gaz kur grafiti digjej. Më pas Antoine Lavoisier e renditi karbonin si një element në librin e tij shkollor të vitit 1789. Një alotrop i ri i karbonit, fullereni, i cili u zbulua në vitin 1985, përfshin forma me nanostrukturë si bukyballs dhe nanotube. Zbuluesit e tyre, Robert Curl, Harold Croteau dhe Richard Smalley, morën çmimin Nobel në Kimi në 1996. Interesi i ripërtërirë që rezulton për forma të reja çon në zbulimin e alotropeve ekzotike shtesë, duke përfshirë karbonin e qelqtë, dhe realizimin se "karboni amorf" nuk është rreptësisht amorf.

Prodhimi

Grafit

Depozitat e grafitit natyror të qëndrueshëm komercialisht ndodhin në shumë pjesë të botës, por burimet më të rëndësishme ekonomikisht gjenden në Kinë, Indi, Brazil dhe Korenë e Veriut. Depozitat e grafitit janë me origjinë metamorfike, të gjetura në lidhje me kuarcin, mikën dhe feldspatët në rreshpe, gneiss dhe gurë ranorë dhe gëlqerorë të metamorfozuar si lente ose vena, ndonjëherë disa metra ose më shumë të trasha. Furnizimi me grafit në Borrowdale, Cumberland, Angli, fillimisht ishte i një madhësie dhe pastërtie të mjaftueshme, saqë deri në shekullin e 19-të lapsat bëheshin thjesht duke sharruar blloqe grafiti natyral në shirita përpara se të ngjisnin shiritat në dru. Sot, depozitat më të vogla të grafitit prodhohen duke shtypur shkëmbin mëmë dhe duke notuar grafitin më të lehtë në ujë. Ekzistojnë tre lloje të grafitit natyror - amorf, flake ose kristalor. Grafiti amorf është cilësia më e ulët dhe është më i zakonshmi. Ndryshe nga në shkencë, në industri "amorf" i referohet një madhësie shumë të vogël kristali dhe jo mungesës së plotë të strukturës kristalore. Fjala "amorf" përdoret për të përshkruar produktet me një sasi të vogël grafiti dhe është grafiti më i lirë. Depozita të mëdha të grafitit amorf ndodhen në Kinë, Evropë, Meksikë dhe SHBA. Grafiti i sheshtë është më pak i zakonshëm dhe me cilësi më të lartë se ai amorf; shfaqet si pllaka individuale që kristalizohen në shkëmbinj metamorfikë. Çmimi i grafitit të grimcuar mund të jetë katër herë më i lartë se çmimi i grafitit amorf. Grafiti i flakëve me cilësi të mirë mund të përpunohet në grafit të zgjerueshëm për shumë aplikime si p.sh. retardantët e zjarrit. Depozitat kryesore të grafitit gjenden në Austri, Brazil, Kanada, Kinë, Gjermani dhe Madagaskar. Grafiti i lëngshëm ose i grumbulluar është lloji më i rrallë, më i vlefshëm dhe më cilësor i grafitit natyror. Gjendet në venat përgjatë kontakteve ndërhyrëse në copa të forta, dhe është minuar vetëm komercialisht në Sri Lanka. Sipas USGS, prodhimi global i grafitit natyror në vitin 2010 ishte 1.1 milion ton, me Kinën që prodhonte 800,000 tonë, Indinë 130,000 ton, Brazilin 76,000 ton, Korenë e Veriut 30,000 ton dhe Kanadanë - 25,000 ton në Shtetet e Bashkuara , por 118,000 ton grafit sintetik u minuan në vitin 2009 me një vlerë të vlerësuar prej 998 milion dollarë.

Diamanti

Furnizimi me diamant kontrollohet nga një numër i kufizuar biznesesh dhe është shumë i përqendruar në një numër të vogël vendndodhjesh në mbarë botën. Vetëm një pjesë shumë e vogël e mineralit të diamantit përbëhet nga diamante aktuale. Xeherori grimcohet, gjatë të cilit duhet pasur kujdes për të parandaluar shkatërrimin e diamanteve të mëdhenj gjatë procesit, dhe grimcat pastaj renditen sipas densitetit. Sot, diamantet minohen në fraksionin e pasur me diamante duke përdorur fluoreshencën me rreze X, pas së cilës hapat përfundimtarë të renditjes kryhen me dorë. Para përdorimit të gjerë të rrezeve X, ndarja kryhej duke përdorur rripa lubrifikues; Dihet se diamantet u zbuluan vetëm në depozitat aluviale në Indinë jugore. Diamantet dihet se kanë më shumë gjasa të ngjiten në masë sesa mineralet e tjera në mineral. India ishte lider në prodhimin e diamanteve që nga zbulimi i tyre rreth shekullit të 9-të para Krishtit deri në mesin e shekullit të 18-të pas Krishtit, por potenciali tregtar i këtyre burimeve u shterua nga fundi i shekullit të 18-të, dhe deri atëherë India ishte lënë në hije nga Brazili, ku u gjetën diamantet e parë në 1725. Prodhimi i diamanteve të depozitave primare (kimberlite dhe lamproite) filloi vetëm në vitet 1870, pas zbulimit të depozitave të diamantit në Afrikën e Jugut. Prodhimi i diamanteve është rritur me kalimin e kohës dhe që nga kjo datë janë grumbulluar gjithsej 4.5 miliardë karat. Rreth 20% e kësaj sasie është prodhuar vetëm në 5 vitet e fundit dhe në dhjetë vitet e fundit kanë filluar të prodhohen 9 depozita të reja, me 4 të tjera që presin të zbulohen së shpejti. Shumica e këtyre depozitave ndodhen në Kanada, Zimbabve, Angola dhe një në Rusi. Në Shtetet e Bashkuara, diamante janë zbuluar në Arkansas, Kolorado dhe Montana. Në vitin 2004, zbulimi befasues i një diamanti mikroskopik në Shtetet e Bashkuara çoi në lëshimin në janar 2008 të një kampionimi masiv të tubave kimberlite në një pjesë të largët të Montanës. Sot, shumica e depozitave komercialisht të qëndrueshme të diamanteve gjenden në Rusi, Botsvanë, Australi dhe Republikën Demokratike të Kongos. Në vitin 2005, Rusia prodhoi pothuajse një të pestën e furnizimit me diamant në botë, sipas Shërbimit Gjeologjik Britanik. Tubi më i pasur me diamant i Australisë arriti nivelet maksimale të prodhimit prej 42 tonë metrikë (41 t; 46 ton të shkurtër) në vit në vitet 1990. Ekzistojnë gjithashtu depozita tregtare, prodhimi aktiv i të cilave kryhet në Territoret Veriperëndimore të Kanadasë, Siberisë (kryesisht në Yakutia, për shembull, në tubin Mir dhe në tubacionin Udachnaya), në Brazil, si dhe në veri dhe perëndimor Australia.

Aplikacionet

Karboni është thelbësor për të gjitha sistemet e njohura të gjalla. Pa të, ekzistenca e jetës siç e njohim ne është e pamundur. Përdorimi kryesor ekonomik i karbonit, përveç ushqimit dhe drurit, është për hidrokarburet, kryesisht lëndët djegëse fosile gaz metan dhe naftë bruto. Nafta e papërpunuar përpunohet nga rafineritë e naftës për të prodhuar benzinë, vajguri dhe produkte të tjera. Celuloza është një polimer natyral që përmban karbon, i prodhuar nga bimët në formën e drurit, pambukut, lirit dhe kërpit. Celuloza përdoret kryesisht për të ruajtur strukturën e bimëve. Polimerët e karbonit me vlerë komerciale me prejardhje nga kafshët përfshijnë leshin, lesh kashmiri dhe mëndafshin. Plastika është bërë nga polimere sintetike të karbonit, shpesh me atome të oksigjenit dhe azotit të përfshirë në intervale të rregullta në zinxhirin kryesor të polimerit. Lëndët e para për shumë nga këto sintetike vijnë nga nafta e papërpunuar. Përdorimet e karbonit dhe përbërjeve të tij janë jashtëzakonisht të ndryshme. Karboni mund të formojë lidhje me hekurin, më i zakonshmi prej të cilave është çeliku i karbonit. Grafiti kombinohet me argjilat për të formuar "plumbin" që përdoret në lapsat e përdorur për të shkruar dhe vizatim. Përdoret gjithashtu si lubrifikant dhe pigment, si material formues në prodhimin e qelqit, në elektroda për bateri me qeliza të thata dhe elektroplating dhe elektroformim, në furça për motorët elektrikë dhe si një moderator neutron në reaktorët bërthamorë. Qymyri përdoret si material për të bërë art, si skarë për skarë, për shkrirjen e hekurit dhe ka shumë përdorime të tjera. Druri, qymyri dhe nafta përdoren si lëndë djegëse për prodhimin e energjisë dhe ngrohjen. Diamantet me cilësi të lartë përdoren në prodhimin e bizhuterive, dhe diamantet industriale përdoren për shpimin, prerjen dhe lustrimin e veglave të punës së metalit dhe gurit. Plastika është bërë nga hidrokarbure fosile dhe fibra karboni, e bërë nga pirolizimi i fibrave sintetike poliestër, përdoret për të përforcuar plastikën për të formuar materiale kompozite të avancuara dhe të lehta. Fibra e karbonit prodhohet duke pirolizuar fijet e shtrydhura dhe të shtrira të poliakrilonitrilit (PAN) dhe substancave të tjera organike. Struktura kristalore dhe vetitë mekanike të fibrës varen nga lloji i materialit fillestar dhe përpunimi i mëvonshëm. Fijet e karbonit të bëra nga PAN kanë një strukturë që i ngjan fijeve të ngushta të grafitit, por trajtimi termik mund ta riorganizojë strukturën në një fletë të vazhdueshme. Si rezultat, fijet kanë një forcë tërheqëse specifike më të lartë se çeliku. E zeza e karbonit përdoret si pigment i zi në bojëra printimi, bojë vaji dhe bojëra uji të artistëve, letër karboni, dekorim automobilistik, bojëra dhe printera lazer. Karboni i zi përdoret gjithashtu si mbushës në produktet e gomës si gomat dhe në përbërjet plastike. Karboni i aktivizuar përdoret si absorbues dhe adsorbues në media filtri në aplikime të ndryshme si maskat e gazit, pastrimi i ujit dhe aspiratorët e kuzhinës, si dhe në mjekësi për të thithur toksina, helme ose gazra nga sistemi tretës. Karboni përdoret në reduktimin kimik në temperatura të larta. Koksi përdoret për të reduktuar mineralin e hekurit në hekur (shkrirjen). Forcimi i çelikut arrihet duke ngrohur përbërësit e përfunduar të çelikut në pluhur karboni. Karbitet e silikonit, tungstenit, borit dhe titanit janë ndër materialet më të forta dhe përdoren si gërryes për prerje dhe bluarje. Përbërjet e karbonit përbëjnë shumicën e materialeve të përdorura në veshje, të tilla si tekstilet natyrale dhe sintetike dhe lëkura, si dhe pothuajse të gjitha sipërfaqet e brendshme në mjedise të ndryshme nga qelqi, guri dhe metali.

Diamante

Industria e diamantit ndahet në dy kategori, njëra prej të cilave janë diamante me cilësi të lartë (gurë të çmuar) dhe tjetra janë diamante të klasës industriale. Edhe pse ka një tregti të madhe në të dy llojet e diamanteve, të dy tregjet funksionojnë shumë ndryshe. Ndryshe nga metalet e çmuara si ari ose platini, diamantet me gurë të çmuar nuk tregtohen si mall: diamantet shiten me një çmim të konsiderueshëm dhe tregu i rishitjes së diamanteve nuk është shumë aktiv. Diamantet industriale vlerësohen kryesisht për ngurtësinë dhe përçueshmërinë termike të tyre, me cilësitë gjeologjike të qartësisë dhe ngjyrës që janë kryesisht të parëndësishme. Rreth 80% e diamanteve të nxjerra (e barabartë me afërsisht 100 milion karat ose 20 ton në vit) janë të papërdorshme dhe përdoren në industri (skrap diamanti). Diamantet sintetike, të shpikur në vitet 1950, gjetën aplikime industriale pothuajse menjëherë; Çdo vit prodhohen 3 miliardë karat (600 ton) diamante sintetike. Përdorimet industriale dominuese të diamantit janë prerja, shpimi, bluarja dhe lustrimi. Shumica e këtyre aplikacioneve nuk kërkojnë diamante të mëdhenj; në fakt, shumica e diamanteve të cilësisë së çmuar, me përjashtim të diamanteve me madhësi të vogël, mund të përdoren në mënyrë industriale. Diamantet futen në copa stërvitjeje ose tehe sharre ose bluhen në pluhur për t'u përdorur në bluarje dhe lustrim. Aplikacionet speciale përfshijnë përdorimin laboratorik si ruajtje për eksperimentet me presion të lartë, kushinetat me performancë të lartë dhe përdorim të kufizuar në dritare të specializuara. Falë përparimeve në prodhimin e diamanteve sintetike, aplikimet e reja po bëhen të realizueshme. Shumë vëmendje i është kushtuar përdorimit të mundshëm të diamantit si një gjysmëpërçues i përshtatshëm për mikroçipe dhe, për shkak të përçueshmërisë së tij të jashtëzakonshme termike, si një ftohës në elektronikë.

Ideja se lidhjet kimike mund të rezultojnë nga ndarja e një çifti elektronesh midis dy atomeve u parashtrua nga Lewis (1916) dhe u zhvillua nga Heitler dhe London (1927). Më pas, Linus Pauling prezantoi konceptet jashtëzakonisht të rëndësishme të valencës së drejtuar dhe hibridizimit orbital.

Sipas konceptit valencë drejtimore, lidhja e atomeve kryhet në drejtimin që siguron mbivendosje maksimale të orbitaleve. Sa më mirë të jetë mbivendosja, aq më e fortë duhet të jetë lidhja dhe vetëm me mbivendosje maksimale arrihet energjia minimale e sistemit.

Atomi i karbonit në gjendjen e tij bazë ka strukturën elektronike 1s22s22p2. Le të shohim me kujdes shpërndarjen e elektroneve midis orbitaleve në një atom karboni:

Dy elektrone të paçiftëzuara mund të formojnë vetëm dy lidhje kimike me atome të tjera, domethënë, në përputhje me këtë skemë, atomi i karbonit duhet të jetë dyvalent. Por në kiminë organike, një atom karboni ka gjithmonë një valencë prej katër.

Për të formuar katër lidhje kovalente, një atom karboni duhet të ketë katër elektrone të paçiftëzuara.

Si të shpjegohet tetravalenca e karbonit?

Një atom mund të ndryshojë gjendjen e tij të valencës kur elektronet e çiftuara çiftohen dhe transferohen në orbitale të tjera atomike. Në rastin tonë, një elektron nga orbitalja s lëviz në një orbital të lirë p.

Le të shqyrtojmë formimin e lidhjeve në molekulën e përbërjes më të thjeshtë të hidrogjenit të karbonit - në molekulën e metanit (CH4). Çdo atom hidrogjeni ka një elektron të paçiftuar në orbitalën s të shtresës së parë elektronike (1s1). Një atom karboni në një gjendje të ngacmuar ka katër elektrone të paçiftëzuara: një në s dhe tre në orbitalet p të shtresës së dytë. Dikush do të priste që, për shkak të formave të ndryshme të orbitaleve s dhe p, lidhjet midis atomit të karbonit dhe atomeve të hidrogjenit do të ishin të pabarabarta. Hulumtimet tregojnë se lidhjet në molekulën e metanit janë ekuivalente.

Në këtë rast rezulton orbitalet atomike hibride , elektrone

në të cilën kanë energji mesatare.

Pra, elektroni 1-s dhe 3 p-elektrone marrin pjesë në hibridizim, prandaj ky lloj hibridiizimi quhet sp 3 -hibridizimi . Kjo gjendje e orbitaleve të atomit të karbonit quhet gjendja e parë e valencës. Meqenëse katër elektrone përfshihen në hibridizimin, formohen katër orbitale identike hibride. Kur formohen orbitalet hibride, ato lëvizin sa më shumë që të jetë e mundur nga njëra-tjetra. Këndi midis tyre rezulton të jetë i barabartë me 109028/, domethënë, të gjitha orbitalet hibride të atomit të karbonit në gjendjen e hibridizimit sp3 janë të drejtuara drejt majave të tetraedrit - një piramidë e rregullt trekëndore.

Një lidhje kimike është mbivendosja e orbitaleve atomike . Meqenëse karboni është katërvalent, do të ketë katër lidhje kimike. Atomi i hidrogjenit ka një elektron të paçiftuar në orbitalin s dhe është në formë sferike. Prandaj, molekula e metanit CH4 ka strukturën hapësinore të mëposhtme.

Molekula e etanit CH3 – CH3 do të ketë në përputhje me rrethanat strukturën hapësinore të mëposhtme:

https://pandia.ru/text/80/289/images/image016_17.jpg" align="left" width="147 height=110" height="110">Jo të gjitha p-orbitalet e një atomi mund të marrin pjesë në hibridizimin Kështu, nga një s - dhe dy p-orbitale, formohen tre orbitale sp2-hibride, këndi ndërmjet të cilave është 1200 (një trekëndësh i sheshtë barabrinjës). orbitalet jo-hibride janë p-elektrone do të marrin pjesë në formimin e një lidhjeje π, e cila formohet kur retë p mbivendosen anash dhe ndodhet sipër dhe poshtë rrafshit të bërthamave lidhëse.

Hibridizimin sp2 e hasim në komponimet me lidhje të dyfishtë atomet që formojnë një lidhje të dyfishtë do të jenë në hibridizimin sp2;

Le të shqyrtojmë strukturën hapësinore të molekulës së etenit CH2 = CH2, në të cilën atomet e karbonit janë në gjendje hibridizimi sp2. Vija e valëzuar në figurë tregon mbivendosjen e orbitaleve p johibride (lidhja π).

Gjendja e tretë valente e atomit të karbonit, sp – hibridizimi .

Kur një orbital s dhe një p i një atomi karboni përzihet, ndodh hibridizimi sp. Në hibridizimin sp të orbitaleve atomike, dy orbitale p mbeten të pahibridizuara. Orbitalet sp-Hybride janë të orientuara në një kënd prej 1800 me njëra-tjetrën (konfigurim linear).

Dy p-orbitale që nuk përfshihen në hibridizim janë të vendosura reciprokisht pingul dhe marrin pjesë në formimin e dy lidhjeve π. Hibridizimin sp e ndeshim në përbërjet me lidhje të trefishtë, atomet e karbonit që formojnë një lidhje të trefishtë do të jenë në hibridizim sp.

Pra , atomet e karbonit të përfshirë në formimin e lidhjeve σ të thjeshta, të vetme janë në gjendje hibridizimi sp3, atomet e karbonit të përfshirë në formimin e lidhjeve të dyfishta janë në gjendje të hibridizimit sp2, atomet e karbonit të përfshirë në formimin e lidhjeve të trefishta janë në gjendje sp-hibridizimi. Çdo lidhje e shumëfishtë do të ketë gjithmonë një lidhje σ, të gjitha të tjerat do të jenë lidhje π. Për shembull, në një molekulë CH2 = CH2, midis atomeve të karbonit, njëra lidhje është σ-, tjetra është lidhje π. Në molekulën CH≡CH midis atomeve të karbonit, ekziston një lidhje σ dhe dy lidhje π.

Provoni veten për të parë se si e kuptoni temën duke përfunduar detyrën e testit:

1. Sa lidhje π përmban molekula e butenit -1 (CH3 – CH2 – CH = CH2):

a) 2, b) 4, c) 1, c) 12.

2. Sa atome karboni në molekulën pentin-2 (CH3 – C ≡ C – CH2 – CH3) janë në gjendje të hibridizimit sp3:

a) të 5 atomet e karbonit, b) 2, c) 1, d) 3.

3. Cili është konfigurimi i pritshëm i ekuilibrit të molekulës CH2 = CH2:

a) linear, b) këndor, c) trekëndësh barabrinjës i sheshtë, d) katërkëndësh.

4. Zgjidhni përbërjet që karakterizohen nga lidhje kovalente polare:

a) Cl2; b) C - H;

5. Përcaktoni llojin e hibridizimit të orbitaleve atomike duke përdorur të dhënat e mëposhtme:

Përgjigjet e sakta të testit:

1. (c); 2. (d); 3. (c); 4. (c); 5. sp2.

Një fushë e rëndësishme e zbatimit praktik të zbulimeve më të fundit në fushën e fizikës, kimisë dhe madje edhe astronomisë është krijimi dhe hulumtimi i materialeve të reja me veti të pazakonta, ndonjëherë unike. Ne do të flasim për drejtimet në të cilat po kryhet kjo punë dhe çfarë shkencëtarët kanë arritur të arrijnë tashmë në një seri artikujsh të krijuar në partneritet me Universitetin Federal Ural. Teksti ynë i parë i kushtohet materialeve të pazakonta që mund të merren nga substanca më e zakonshme - karboni.

Nëse pyet një kimist se cili element është më i rëndësishmi, mund të marrësh shumë përgjigje të ndryshme. Disa do të thonë për hidrogjenin - elementi më i zakonshëm në Univers, të tjerët për oksigjenin - elementi më i zakonshëm në koren e tokës. Por më shpesh do të dëgjoni përgjigjen "karbon" - është baza e të gjitha substancave organike, nga ADN-ja dhe proteinat tek alkoolet dhe hidrokarburet.

Artikulli ynë i kushtohet formave të ndryshme të këtij elementi: rezulton se dhjetëra materiale të ndryshme mund të ndërtohen vetëm nga atomet e tij - nga grafiti te diamanti, nga karbini tek fullerenet dhe nanotubat. Edhe pse të gjithë përbëhen nga të njëjtat atome karboni, vetitë e tyre janë rrënjësisht të ndryshme - dhe rolin kryesor në këtë e luan rregullimi i atomeve në material.

Grafit

Më shpesh në natyrë, karboni i pastër mund të gjendet në formën e grafitit - një material i butë i zi që shkrihet lehtë dhe duket i rrëshqitshëm në prekje. Shumë mund të kujtojnë se telat e lapsit janë bërë nga grafiti - por kjo nuk është gjithmonë e vërtetë. Shpesh plumbi është bërë nga një përbërje patate të skuqura grafiti dhe zam, por ka edhe lapsa plotësisht grafiti. Është interesante se më shumë se një e njëzeta e prodhimit natyror të grafitit në botë shkon në lapsa.

Çfarë ka të veçantë grafiti? Para së gjithash, ai përçon mirë elektricitetin - megjithëse vetë karboni nuk është si metalet e tjera. Nëse merrni një pllakë grafiti, rezulton se përgjatë planit të saj përçueshmëria është rreth njëqind herë më e madhe se në drejtimin tërthor. Kjo lidhet drejtpërdrejt me mënyrën se si janë organizuar atomet e karbonit në material.

Nëse shikojmë strukturën e grafitit, do të shohim se ai përbëhet nga shtresa individuale me trashësi një atom. Çdo shtresë është një rrjet gjashtëkëndëshash, që të kujton një huall mjalti. Atomet e karbonit brenda shtresës janë të lidhur me lidhje kimike kovalente. Për më tepër, disa nga elektronet që sigurojnë një lidhje kimike "njollosen" në të gjithë rrafshin. Lehtësia e lëvizjes së tyre përcakton përçueshmërinë e lartë të grafitit përgjatë rrafshit të thekoneve të karbonit.

Shtresat individuale janë të lidhura me njëra-tjetrën falë forcave të van der Waals-it - ato janë shumë më të dobëta se një lidhje kimike konvencionale, por janë të mjaftueshme për të siguruar që kristali i grafitit të mos delaminohet spontanisht. Kjo mospërputhje e bën shumë më të vështirë që elektronet të lëvizin pingul me aeroplanët - rezistenca elektrike rritet 100 herë.

Për shkak të përçueshmërisë së tij elektrike, si dhe aftësisë për të futur atomet e elementeve të tjerë midis shtresave, grafiti përdoret si anodë për bateritë litium-jon dhe burime të tjera të rrymës. Elektrodat e grafitit janë të nevojshme për prodhimin e metalit të aluminit - madje edhe trolejbusët përdorin kontakte rrëshqitëse grafiti për kolektorët aktualë.

Për më tepër, grafiti është një material diamagnetik dhe ka një nga ndjeshmëritë më të larta për njësi të masës. Kjo do të thotë që nëse vendosni një copë grafiti në një fushë magnetike, ajo do të përpiqet në çdo mënyrë të mundshme ta shtyjë këtë fushë nga vetja - deri në atë pikë sa grafiti të mund të ngrihet mbi një magnet mjaft të fortë.

Dhe vetia e fundit e rëndësishme e grafitit është refraktariteti i tij i jashtëzakonshëm. Substanca më refraktare sot konsiderohet të jetë një nga karbitet e hafniumit me një pikë shkrirjeje rreth 4000 gradë Celsius. Sidoqoftë, nëse përpiqeni të shkrini grafitin, atëherë në presione prej rreth njëqind atmosferash ai do të ruajë ngurtësinë deri në 4800 gradë Celsius (në presion atmosferik, grafiti sublimohet - avullohet, duke anashkaluar fazën e lëngshme). Për shkak të kësaj, materialet me bazë grafiti përdoren, për shembull, në strehët e hundës së raketave.

Diamanti

Shumë materiale nën presion fillojnë të ndryshojnë strukturën e tyre atomike - ndodh një tranzicion fazor. Grafiti në këtë kuptim nuk është i ndryshëm nga materialet e tjera. Në presionet prej njëqind mijë atmosferash dhe temperaturat 1-2 mijë gradë Celsius, shtresat e karbonit fillojnë të lëvizin më afër njëra-tjetrës, lidhjet kimike lindin midis tyre dhe pasi avionët e lëmuar bëhen të valëzuar. Formohet diamanti, një nga format më të bukura të karbonit.

Vetitë e diamantit janë rrënjësisht të ndryshme nga ato të grafitit - është një material i fortë, transparent. Është jashtëzakonisht e vështirë të gërvishtesh (renditja e 10 në shkallën e fortësisë Mohs, kjo është ngurtësia maksimale). Për më tepër, përçueshmëria elektrike e diamantit dhe grafitit ndryshon me një kuintilion herë (ky është një numër me 18 zero).

Diamant në shkëmb

Wikimedia Commons

Kjo përcakton përdorimin e diamanteve: shumica e diamanteve të minuara dhe të prodhuara artificialisht përdoren në përpunimin e metaleve dhe industri të tjera. Për shembull, disqet mprehëse dhe mjetet prerëse me pluhur ose veshje diamanti përdoren gjerësisht. Veshjet e diamantit përdoren edhe në kirurgji - për bisturi. Përdorimi i këtyre gurëve në industrinë e bizhuterive është i njohur për të gjithë.

Fortësia e mahnitshme përdoret gjithashtu në kërkimin shkencor - është me ndihmën e diamanteve me cilësi të lartë që laboratorët studiojnë materialet në presione prej miliona atmosferash. Ju mund të lexoni më shumë rreth kësaj në materialin tonë "".

Grafeni

Në vend të ngjeshjes dhe ngrohjes së grafitit, ne do të ndjekim Andrei Geim dhe Konstantin Novoselov duke ngjitur një copë shirit në kristalin e grafitit. Pastaj qëroni atë - një shtresë e hollë grafiti do të mbetet në shirit. Le ta përsërisim këtë operacion përsëri - aplikojeni shiritin në një shtresë të hollë dhe qëroni përsëri. Shtresa do të bëhet edhe më e hollë. Duke e përsëritur procedurën edhe disa herë, marrim grafen, material për të cilin fizikanët britanikë të lartpërmendur morën çmimin Nobel në vitin 2010.

Grafeni është një shtresë e sheshtë e atomeve të karbonit, plotësisht identike me shtresat atomike të grafitit. Popullariteti i tij është për shkak të sjelljes së pazakontë të elektroneve në të. Lëvizin sikur të mos kenë fare masë. Në realitet, natyrisht, masa e elektroneve mbetet e njëjtë si në çdo substancë. Atomet e karbonit të kornizës së grafenit janë fajtorë për gjithçka, duke tërhequr grimcat e ngarkuara dhe duke formuar një fushë të veçantë periodike.

Pajisja me bazë grafeni. Në sfondin e fotos janë kontakte ari, sipër tyre është grafeni, sipër është një shtresë e hollë e metakrilatit polimetil

Inxhinieri në Kembrixh / flickr.com

Pasoja e kësaj sjelljeje është lëvizshmëria më e madhe e elektroneve - ato lëvizin në grafen shumë më shpejt sesa në silikon. Për këtë arsye, shumë shkencëtarë shpresojnë që grafeni të bëhet baza e elektronikës së së ardhmes.

Është interesante se grafeni ka vëllezër karboni - dhe. E para prej tyre përbëhet nga seksione pesëkëndore pak të shtrembëruara dhe, ndryshe nga grafeni, nuk e përcjell mirë elektricitetin. Fagrafeni përbëhet nga seksione pesëkëndëshe, gjashtëkëndore dhe shtatëkëndore. Nëse vetitë e grafenit janë të njëjta në të gjitha drejtimet, atëherë fagrafeni do të ketë një anizotropi të theksuar të vetive. Të dyja këto materiale janë parashikuar teorikisht, por ende nuk ekzistojnë në realitet.

Një fragment i një kristali silikoni (në plan të parë) në një grup vertikal nanotubash karboni

Nanotubat e karbonit

Imagjinoni që keni mbështjellë një copë të vogël fletë grafeni në një tub dhe keni ngjitur skajet e saj së bashku. Rezultati është një strukturë e zbrazët e përbërë nga të njëjtat gjashtëkëndësha atomesh karboni si grafeni dhe grafiti - një nanotub karboni. Ky material është në shumë mënyra i lidhur me grafenin - ka forcë të lartë mekanike (dikur ishte propozuar të ndërtohej një ashensor në hapësirë ​​nga nanotubat e karbonit), dhe lëvizshmëri të lartë të elektroneve.

Sidoqoftë, ekziston një veçori e pazakontë. Fleta e grafenit mund të rrotullohet paralelisht me një skaj imagjinar (ana e njërit prej gjashtëkëndëshave), ose në një kënd. Rezulton se mënyra se si ne shtrembërojmë një nanotub karboni do të ndikojë shumë në vetitë e tij elektronike, domethënë nëse ai do të jetë më shumë si një gjysmëpërçues me një hapje brezi apo më shumë si një metal.

Nanotub karboni me shumë mure

Wikimedia Commons

Nuk dihet me siguri se kur u vëzhguan për herë të parë nanotubat e karbonit. Në vitet 1950-1980, grupe të ndryshme studiuesish të përfshirë në katalizën e reaksioneve që përfshijnë hidrokarburet (për shembull, piroliza e metanit) i kushtuan vëmendje strukturave të zgjatura në blozën që mbulon katalizatorin. Tani, për të sintetizuar nanotuba karboni vetëm të një lloji specifik (kiraliteti specifik), kimistët propozojnë përdorimin e farave speciale. Këto janë molekula të vogla në formën e unazave, të cilat nga ana e tyre përbëhen nga unaza gjashtëkëndore të benzenit. Ju mund të lexoni për punën në sintezën e tyre, për shembull.

Ashtu si grafeni, nanotubat e karbonit kanë shumë aplikime në mikroelektronikë. Transistorët e parë të bazuar në nanotuba janë krijuar tashmë; Përveç kësaj, nanotubat formuan bazën e një transistori me.

Karbina

Kur flasim për strukturat e zgjatura të atomeve të karbonit, nuk mund të mos përmendim karabina. Këto janë zinxhirë linearë, të cilët, sipas teoricienëve, mund të rezultojnë të jenë materiali më i fortë i mundshëm (po flasim për forcë specifike). Për shembull, moduli i Young-it për karbinin vlerësohet në 10 giganewton për kilogram. Për çelikun kjo shifër është 400 herë më pak, për grafenin është të paktën dy herë më pak.

Një fije e hollë që shtrihet drejt një grimce hekuri poshtë - karabinë

Wikimedia Commons

Karbinat vijnë në dy lloje, në varësi të mënyrës se si janë rregulluar lidhjet midis atomeve të karbonit. Nëse të gjitha lidhjet në zinxhir janë të njëjta, atëherë flasim për kumulena, por nëse lidhjet alternojnë (një-trefishtë-një-trefishtë e kështu me radhë), atëherë flasim për poliinat. Fizikanët kanë treguar se një fije karbine mund të "ndërrohet" midis këtyre dy llojeve me deformim - kur shtrihet, kumuleni kthehet në poliin. Është interesante se kjo ndryshon rrënjësisht vetitë elektrike të karbinit. Nëse poliini përcjell rrymë elektrike, atëherë kumuleni është një izolant.

Vështirësia kryesore në studimin e karabinave është se ato janë shumë të vështira për t'u sintetizuar. Këto janë substanca kimikisht aktive që gjithashtu oksidohen lehtësisht. Sot zinxhirët janë vetëm gjashtë mijë atome të gjata. Për ta arritur këtë, kimistët duhej të rritnin karbin brenda një nanotubi karboni. Për më tepër, sinteza e karbinit do të ndihmojë në thyerjen e rekordit për madhësinë e portës në një tranzistor - mund të reduktohet në një atom.

Fullerenet

Megjithëse gjashtëkëndëshi është një nga konfigurimet më të qëndrueshme që mund të formojnë atomet e karbonit, ekziston një klasë e tërë objektesh kompakte ku ndodh pesëkëndëshi i rregullt i karbonit. Këto objekte quhen fullerene.

Në vitin 1985, Harold Kroteau, Robert Curl dhe Richard Smalley studiuan avujt e karbonit dhe se si atomet e karbonit grumbullohen kur ftohen. Doli se ka dy klasa objektesh në fazën e gazit. E para është grupe që përbëhen nga 2-25 atome: zinxhirë, unaza dhe struktura të tjera të thjeshta. E dyta janë grupime të përbëra nga 40-150 atome, të cilat nuk janë vërejtur më parë. Gjatë pesë viteve të ardhshme, kimistët ishin në gjendje të vërtetonin se kjo klasë e dytë përbëhet nga korniza të zbrazëta të atomeve të karbonit, më e qëndrueshme prej të cilave përbëhet nga 60 atome dhe ka formën e një topi futbolli. C 60, ose buckminsterfullerene, përbëhej nga njëzet seksione gjashtëkëndore dhe 12 seksione pesëkëndëshe, të lidhura së bashku në një sferë.

Zbulimi i fullereneve zgjoi interes të madh tek kimistët. Më pas, u sintetizua një klasë e pazakontë endofullerenesh - fullerene në zgavrën e të cilave kishte ndonjë atom të huaj ose molekulë të vogël. Për shembull, vetëm një vit më parë, një molekulë e acidit hidrofluorik u inkorporua për herë të parë në një fullerene, gjë që bëri të mundur përcaktimin me shumë saktësi të vetive të tij elektronike.

Fullerite - kristale fullerene

Wikimedia Commons

Në vitin 1991, rezultoi se fulleridet - kristalet e fullereneve në të cilat një pjesë e zgavrave midis poliedrave fqinjë janë të zënë nga metale - janë superpërçues molekularë me një temperaturë të lartë rekord të tranzicionit për këtë klasë, përkatësisht 18 kelvin (për K 3 C 60). Më vonë, fullerides u gjetën me një temperaturë edhe më të lartë të tranzicionit - 33 kelvin, Cs 2 RbC 60. Veti të tilla rezultuan të lidhen drejtpërdrejt me strukturën elektronike të substancës.

Q-karboni

Ndër format e zbuluara së fundmi të karbonit është i ashtuquajturi Q-karboni. Ajo u prezantua për herë të parë nga shkencëtarët amerikanë të materialeve nga Universiteti i Karolinës së Veriut në 2015. Shkencëtarët rrezatuan karbonin amorf duke përdorur një lazer të fuqishëm, duke e ngrohur lokalisht materialin në 4000 gradë Celsius. Si rezultat, afërsisht një e katërta e të gjithë atomeve të karbonit në substancë miratuan hibridizimin sp 2, domethënë të njëjtën gjendje elektronike si në grafit. Atomet e mbetura të karbonit Q ruajtën karakteristikën e hibridizimit të diamantit.

Q-karboni

Ndryshe nga diamanti, grafiti dhe format e tjera të karbonit, Q-karboni është ferromagnetik, si magnetiti ose hekuri. Në të njëjtën kohë, temperatura e tij Curie ishte rreth 220 gradë Celsius - vetëm me ngrohje të tillë materiali humbi vetitë e tij magnetike. Dhe duke dopinguar Q-karbonin me bor, fizikanët morën një tjetër superpërçues karboni, me një temperaturë kalimi prej rreth 58 kelvin.

***

Më poshtë nuk janë të gjitha format e njohura të karbonit. Për më tepër, tani teoricienët dhe eksperimentuesit po krijojnë dhe studiojnë materiale të reja karboni. Në veçanti, një punë e tillë po kryhet në Universitetin Federal Ural. Ne iu drejtuam Anatoly Fedorovich Zatsepin, profesor i asociuar dhe studiuesi kryesor në Institutin e Fizikës dhe Teknologjisë UrFU, për të zbuluar se si mund të parashikojmë vetitë e materialeve që ende nuk janë sintetizuar dhe të krijojmë forma të reja karboni.

Anatoli Zatsepin është duke punuar në një nga gjashtë projektet shkencore përparimtare në UrFU "Zhvillimi i parimeve themelore të materialeve të reja funksionale bazuar në modifikimet me dimensione të ulëta të karbonit". Puna kryhet me partnerë akademikë dhe industrialë në Rusi dhe në botë.

Projekti po zbatohet nga Instituti i Fizikës dhe Teknologjisë UrFU, një njësi akademike strategjike (SAU) e universitetit. Pozicioni i universitetit në renditjen ruse dhe ndërkombëtare, kryesisht në renditjen e lëndëve, varet nga suksesi i studiuesve.

N+1: Vetitë e nanomaterialeve të karbonit varen shumë nga struktura dhe ndryshojnë shumë. A është e mundur të parashikohen disi vetitë e një materiali bazuar në strukturën e tij?

Anatoli Zatsepin:Është e mundur të parashikohet, dhe ne po e bëjmë këtë. Ka metoda të modelimit kompjuterik që lejojnë që llogaritjet të bëhen nga parimet e para ( ab initio) - vendosim një strukturë të caktuar, modelojmë dhe marrim të gjitha karakteristikat themelore të atomeve që përbëjnë këtë strukturë. Rezultati janë vetitë që mund të ketë materiali ose substanca e re që po modelojmë. Në veçanti, në lidhje me karbonin, ne ishim në gjendje të simulonim modifikime të reja të panjohura për natyrën. Ato mund të krijohen artificialisht.

Në veçanti, laboratori ynë në Institutin e Fizikës dhe Teknologjisë të UrFU aktualisht është i angazhuar në zhvillimin, sintezën dhe kërkimin e vetive të një lloji të ri karboni. Mund të quhet kështu: karboni i zinxhirit linear të renditur në mënyrë dy-dimensionale. Një emër kaq i gjatë është për faktin se ky material është një strukturë e ashtuquajtur 2D. Këto janë filma të përbërë nga zinxhirë individualë karboni, dhe brenda secilit zinxhir atomet e karbonit janë në të njëjtën "formë kimike" - hibridizimi sp 1. Kjo i jep materialit veti krejtësisht të pazakonta në zinxhirët e karbonit sp 1, forca tejkalon forcën e diamantit dhe modifikimeve të tjera të karbonit.

Kur formojmë filma nga këto zinxhirë, përftohet një material i ri që ka vetitë e natyrshme në zinxhirët e karbonit, plus kombinimi i këtyre zinxhirëve të renditur formon një strukturë dy-dimensionale ose supergrilë mbi një substrat të veçantë. Ky material ka perspektiva të mëdha jo vetëm për shkak të vetive të tij mekanike. Më e rëndësishmja, zinxhirët e karbonit në një konfigurim të caktuar mund të mbyllen në një unazë, e cila krijon veti shumë interesante, siç është superpërçueshmëria, dhe vetitë magnetike të materialeve të tilla mund të jenë më të mira se ato të ferromagnetëve ekzistues.

Sfida mbetet për t'i krijuar ato në të vërtetë. Modelimi ynë tregon rrugën se ku duhet të shkojmë.

Gjithmonë ka një gabim, por çështja është se llogaritjet dhe modelimi nga parimet e para përdorin karakteristikat themelore të atomeve individuale - vetitë kuantike. Dhe kur strukturat formohen nga këto atome kuantike në një shkallë të tillë mikro dhe nano, gabimet shoqërohen me kufizimin ekzistues të teorisë dhe atyre modeleve që ekzistojnë. Për shembull, dihet se ekuacioni i Schrödinger-it mund të zgjidhet saktësisht vetëm për atomin e hidrogjenit, dhe për atomet më të rënda duhet të përdoren përafrime të caktuara nëse flasim për trupa të ngurtë ose sisteme më komplekse.

Nga ana tjetër, gabimet mund të ndodhin për shkak të llogaritjeve kompjuterike. Në të gjithë këtë, gabimet e mëdha përjashtohen dhe saktësia është mjaft e mjaftueshme për të parashikuar një ose një tjetër pronë ose efekt që do të jetë i natyrshëm në një material të caktuar.

Kur bëhet fjalë për materialet e karbonit, ka shumë ndryshime, dhe jam i sigurt se ka shumë që ende duhet të eksplorohen dhe zbulohen. UrFU ka gjithçka për të hulumtuar materiale të reja karboni dhe ka shumë punë përpara.

Ne gjithashtu punojmë në objekte të tjera, për shembull, materiale silikoni për mikroelektronikë. Siliconi dhe karboni janë, meqë ra fjala, analoge, ato janë në të njëjtin grup në tabelën periodike.

Vladimir Korolev

Në këtë libër, fjala "karbon" shfaqet mjaft shpesh: në tregimet për gjethet e gjelbra dhe hekurin, për plastikën dhe kristalet dhe në shumë të tjera. Karboni - "thëngjilli që lind" - është një nga elementët kimikë më të mahnitshëm. Historia e saj është historia e shfaqjes dhe zhvillimit të jetës në Tokë, sepse ajo është pjesë e të gjitha gjallesave në Tokë.

Si duket karboni?

Le të bëjmë disa eksperimente. Marrim sheqer dhe e ngrohim pa ajër. Fillimisht do të shkrihet, do të marrë ngjyrë kafe dhe më pas do të bëhet e zezë dhe do të kthehet në qymyr, duke lëshuar ujë. Nëse tani e ngrohni këtë qymyr në prani të , ai do të digjet pa mbetje dhe do të kthehet në . Prandaj, sheqeri përbëhej nga qymyr dhe ujë (sheqeri, nga rruga, quhet karbohidrat), dhe qymyri "sheqeri" është, me sa duket, karbon i pastër, sepse dioksidi i karbonit është një përbërje e karbonit me oksigjen. Kjo do të thotë që karboni është një pluhur i zi dhe i butë.

Le të marrim një gur grafiti të butë gri, të njohur mirë për ju falë lapsave. Nëse e ngrohni në oksigjen, ai gjithashtu do të digjet pa mbetje, megjithëse pak më ngadalë se qymyri, dhe dioksidi i karbonit do të mbetet në pajisjen ku është djegur. A do të thotë kjo se grafiti është gjithashtu karbon i pastër? Sigurisht, por kjo nuk është e gjitha.

Nëse një diamant, një gur i çmuar me gaz transparent dhe më i forti nga të gjitha mineralet, nxehet në oksigjen në të njëjtën pajisje, edhe ai do të digjet, duke u shndërruar në dioksid karboni. Nëse ngrohni një diamant pa akses në oksigjen, ai do të kthehet në grafit dhe në presione dhe temperatura shumë të larta mund të merrni një diamant nga grafiti.

Pra, qymyri, grafiti dhe diamanti janë forma të ndryshme të ekzistencës së të njëjtit element - karbonit.

Edhe më e mahnitshme është aftësia e karbonit për të "pjesë" në një numër të madh të komponimeve të ndryshme (kjo është arsyeja pse fjala "karbon" shfaqet kaq shpesh në këtë libër).

104 elementet e tabelës periodike formojnë më shumë se dyzet mijë komponime të studiuara. Dhe tashmë dihen mbi një milion komponime, baza e të cilave është karboni!

Arsyeja për këtë diversitet është se atomet e karbonit mund të lidhen me njëri-tjetrin dhe me atome të tjera me lidhje të forta, duke formuar ato komplekse në formën e zinxhirëve, unazave dhe formave të tjera. Asnjë element në tabelë përveç karbonit nuk është i aftë për këtë.

Ekziston një numër i pafund formash që mund të ndërtohen nga atomet e karbonit, dhe për këtë arsye një numër i pafund i komponimeve të mundshme. Këto mund të jenë substanca shumë të thjeshta, për shembull, gazi ndriçues i metanit, në një molekulë prej të cilit katër atome janë të lidhur me një atom karboni, dhe aq komplekse sa struktura e molekulave të tyre ende nuk është vendosur. Substanca të tilla përfshijnë

Karboni në tabelën periodike të elementeve ndodhet në periudhën e dytë në grupin IVA. Konfigurimi elektronik i atomit të karbonit ls 2 2s 2 2p 2 . Kur ai është i ngacmuar, arrihet lehtësisht një gjendje elektronike në të cilën ka katër elektrone të paçiftuara në katër orbitalet e jashtme atomike:

Kjo shpjegon pse karboni në përbërje është zakonisht katërvalent. Barazia e numrit të elektroneve të valencës në atomin e karbonit me numrin e orbitaleve të valencës, si dhe raporti unik i ngarkesës së bërthamës dhe rrezes së atomit, i jep atij aftësinë për të bashkuar dhe hequr dorë në mënyrë të barabartë elektronet. , në varësi të vetive të partnerit (Seksioni 9.3.1). Si rezultat, karboni karakterizohet nga gjendje të ndryshme oksidimi nga -4 në +4 dhe lehtësia e hibridizimit të orbitaleve të tij atomike sipas llojit. sp 3, sp 2 Dhe sp 1 gjatë formimit të lidhjeve kimike (seksioni 2.1.3):

E gjithë kjo i jep mundësinë karbonit të krijojë lidhje të vetme, të dyfishta dhe të trefishta jo vetëm me njëri-tjetrin, por edhe me atomet e elementëve të tjerë organogjenë. Molekulat e formuara në këtë rast mund të kenë një strukturë lineare, të degëzuar ose ciklike.

Për shkak të lëvizshmërisë së elektroneve të zakonshme - MO të formuara me pjesëmarrjen e atomeve të karbonit, ato zhvendosen drejt atomit të një elementi më elektronegativ (efekti induktiv), gjë që çon në polaritetin e jo vetëm të kësaj lidhjeje, por edhe të molekulës si e tërë. Megjithatë, karboni, për shkak të vlerës mesatare të elektronegativitetit (0E0 = 2,5), formon lidhje të dobëta polare me atomet e elementëve të tjerë organogjenë (Tabela 12.1). Nëse ka sisteme të lidhjeve të konjuguara në molekula (Seksioni 2.1.3), delokalizimi i elektroneve të lëvizshëm (MO) dhe çifteve të elektroneve të vetme ndodh me barazimin e densitetit të elektroneve dhe gjatësisë së lidhjes në këto sisteme.

Nga pikëpamja e reaktivitetit të përbërjeve, polarizueshmëria e lidhjeve luan një rol të rëndësishëm (Seksioni 2.1.3). Sa më i madh të jetë polarizimi i një lidhjeje, aq më i lartë është reaktiviteti i saj. Varësia e polarizimit të lidhjeve që përmbajnë karbon nga natyra e tyre pasqyrohet në seritë e mëposhtme:

Të gjitha të dhënat e marra në konsideratë për vetitë e lidhjeve që përmbajnë karbon tregojnë se karboni në komponime formon, nga njëra anë, lidhje kovalente mjaft të forta me njëri-tjetrin dhe me organogjenët e tjerë, dhe nga ana tjetër, çiftet e zakonshme elektronike të këtyre lidhjeve janë. mjaft labile. Si rezultat, mund të ndodhë një rritje në reaktivitetin e këtyre lidhjeve dhe stabilizim. Janë këto veçori të përbërjeve që përmbajnë karbon që e bëjnë karbonin organogjenin numër një.

Vetitë acido-bazike të përbërjeve të karbonit. Monoksidi i karbonit (4) është një oksid acid, dhe hidroksidi i tij përkatës - acidi karbonik H2CO3 - është një acid i dobët. Molekula e monoksidit të karbonit (4) është jopolare, dhe për këtë arsye është pak e tretshme në ujë (0,03 mol/l në 298 K). Në këtë rast, fillimisht në tretësirë ​​formohet hidrati CO2 H2O, në të cilin CO2 ndodhet në zgavrën e bashkësisë së molekulave të ujit dhe më pas ky hidrat ngadalë dhe në mënyrë të kthyeshme shndërrohet në H2CO3. Shumica e monoksidit të karbonit (4) i tretur në ujë është në formën e hidratit.

Në organizëm, në qelizat e kuqe të gjakut, nën veprimin e enzimës karboanhidrazë, vendoset shumë shpejt ekuilibri ndërmjet hidratit CO2 H2O dhe H2CO3. Kjo na lejon të neglizhojmë praninë e CO2 në formën e hidratit në eritrocitet, por jo në plazmën e gjakut, ku nuk ka anhidrazë karbonik. H2CO3 që rezulton shpërndahet në kushte fiziologjike në një anion hidrokarbonat, dhe në një mjedis më alkalik në një anion karbonat:

Acidi karbonik ekziston vetëm në tretësirë. Formon dy seri kripërash - hidrokarbonate (NaHCO3, Ca(HC0 3)2) dhe karbonate (Na2CO3, CaCO3). Hidrokarbonatet janë më të tretshëm në ujë sesa karbonatet. Në tretësirat ujore, kripërat e acidit karbonik, veçanërisht karbonatet, hidrolizohen lehtësisht në anion, duke krijuar një mjedis alkalik:

Substanca të tilla si soda e bukës NaHC03; shkumësa CaCO3, magnezi e bardhë 4MgC03 * Mg(OH)2 * H2O, e hidrolizuar për të formuar një mjedis alkalik, përdoren si antacidë (neutralizues acidi) për të reduktuar aciditetin e shtuar të lëngut gastrik:

Kombinimi i acidit karbonik dhe jonit bikarbonat (H2CO3, HCO3(-)) formon një sistem buferik bikarbonat (seksioni 8.5) - një sistem buferik i mirë i plazmës së gjakut, i cili siguron një pH konstant të gjakut në pH = 7.40 ± 0.05.

Formimi i Mg(OH)2 shkaktohet nga hidroliza e plotë e kationit të magnezit, e cila ndodh në këto kushte për shkak të tretshmërisë më të ulët të Mg(0H)2 në krahasim me MgC03.

Në praktikën mjekësore dhe biologjike, përveç acidit karbonik, duhet të merren edhe acide të tjera që përmbajnë karbon. Kjo është kryesisht një shumëllojshmëri e madhe e acideve të ndryshme organike, si dhe acidi hidrocianik HCN. Nga pikëpamja e vetive acidike, forca e këtyre acideve është e ndryshme:

Këto dallime janë për shkak të ndikimit të ndërsjellë të atomeve në molekulë, natyrës së lidhjes disociuese dhe qëndrueshmërisë së anionit, d.m.th., aftësisë së tij për të delokalizuar ngarkesën.

Acidi hidrocianik, ose cianidi i hidrogjenit, HCN - lëng i pangjyrë, shumë i paqëndrueshëm (T kip = 26 °C) me erë bajamesh të hidhura, të përziera me ujë në çdo raport. Në tretësirat ujore ai sillet si një acid shumë i dobët, kripërat e të cilit quhen cianide. Cianidet e metaleve alkaline dhe tokës alkaline janë të tretshëm në ujë, por ato hidrolizohen në anion, kjo është arsyeja pse tretësirat e tyre ujore kanë erë si acidi hidrocianik (erë bajamesh të hidhura) dhe kanë një pH > 12:

Si rezultat i këtij reagimi, cianidi i kaliumit (cianidi i kaliumit) dhe tretësirat e tij humbasin toksicitetin e tyre gjatë ruajtjes afatgjatë. Anioni i cianidit është një nga helmet inorganike më të fuqishme, pasi është një ligand aktiv dhe formon lehtësisht komponime komplekse të qëndrueshme me enzima që përmbajnë Fe 3+ dhe Cu2(+) si jone kompleksues (Sekt. 10.4).

Vetitë redoks. Meqenëse karboni në përbërje mund të shfaqë çdo gjendje oksidimi nga -4 në +4, gjatë reaksionit karboni i lirë mund të dhurojë dhe të fitojë elektrone, duke vepruar përkatësisht si një agjent reduktues ose një agjent oksidues, në varësi të vetive të reagentit të dytë:

Në kushtet e oksidimit anaerobik me mungesë ose mungesë oksigjeni, atomet e karbonit të një përbërjeje organike, në varësi të përmbajtjes së atomeve të oksigjenit në këto përbërje dhe kushteve të jashtme, mund të shndërrohen në C0 2, CO, C dhe madje CH 4, dhe të tjera. organogjenët kthehen në H2O, NH3 dhe H2S.

Në trup, oksidimi i plotë i përbërjeve organike me oksigjen në prani të enzimave oksidazë (oksidimi aerobik) përshkruhet nga ekuacioni:

Nga ekuacionet e dhëna të reaksioneve të oksidimit është e qartë se në përbërjet organike vetëm atomet e karbonit e ndryshojnë gjendjen e oksidimit, ndërsa atomet e organogjenëve të tjerë ruajnë gjendjen e tyre të oksidimit.

Gjatë reaksioneve të hidrogjenizimit, d.m.th., shtimit të hidrogjenit (një agjent reduktues) në një lidhje të shumëfishtë, atomet e karbonit që e formojnë atë reduktojnë gjendjen e tyre të oksidimit (veprojnë si agjentë oksidues):

Reaksionet e zëvendësimit organik me shfaqjen e një lidhjeje të re ndërkarbonike, për shembull në reaksionin Wurtz, janë gjithashtu reaksione redoks në të cilat atomet e karbonit veprojnë si agjentë oksidues dhe atomet e metaleve veprojnë si agjentë reduktues:

Një gjë e ngjashme vërehet në reaksionet e formimit të përbërjeve organometrike:

Si rezultat i reaksioneve të shtimit të një reagjenti polar në substrat nëpërmjet një lidhjeje të shumëfishtë ndërkarbonike, njëri prej atomeve të karbonit ul gjendjen e oksidimit, duke shfaqur vetitë e një agjenti oksidues dhe tjetri rrit shkallën e oksidimit, duke vepruar si agjent reduktues:

Në këto raste, zhvillohet një reaksion intramolekular i oksidimit-reduktimit të atomeve të karbonit të substratit, d.m.th. shpërbërje, nën ndikimin e një reagjenti që nuk shfaq veti redoks.

Reaksionet tipike të dismutimit intramolekular të përbërjeve organike për shkak të atomeve të tyre të karbonit janë reaksionet e dekarboksilimit të aminoacideve ose ketoacideve, si dhe reaksionet e rirregullimit dhe izomerizimit të përbërjeve organike, të cilat u diskutuan në seksion. 9.3. Shembujt e dhënë të reaksioneve organike, si dhe reaksionet nga Sekt. 9.3 tregojnë bindshëm se atomet e karbonit në përbërjet organike mund të jenë agjentë oksidues dhe reduktues.

Atomi i karbonit në një përbërje- një agjent oksidues, nëse si rezultat i reaksionit rritet numri i lidhjeve të tij me atomet e elementeve më pak elektronegativë (hidrogjen, metale), sepse duke tërhequr drejt vetes elektronet e zakonshme të këtyre lidhjeve, atomi i karbonit në fjalë ul oksidimin e tij. shteti.

Atomi i karbonit në një përbërje- një agjent reduktues, nëse si rezultat i reaksionit rritet numri i lidhjeve të tij me atome të elementeve më elektronegativë.(C, O, N, S), sepse duke i larguar elektronet e përbashkëta të këtyre lidhjeve, atomi i karbonit në fjalë rrit gjendjen e tij të oksidimit.

Kështu, shumë reaksione në kiminë organike, për shkak të dualitetit redoks të atomeve të karbonit, janë redoks. Sidoqoftë, ndryshe nga reaksionet e ngjashme në kiminë inorganike, rishpërndarja e elektroneve midis agjentit oksidues dhe agjentit reduktues në përbërjet organike mund të shoqërohet vetëm me një zhvendosje të çiftit elektronik të përbashkët të lidhjes kimike në atomin që vepron si agjent oksidues. Në këtë rast, kjo lidhje mund të ruhet, por në rastet e polarizimit të fortë mund të prishet.

Vetitë komplekse të përbërjeve të karbonit. Atomi i karbonit në komponimet nuk ka çifte të vetme elektronike, dhe për këtë arsye vetëm komponimet e karbonit që përmbajnë lidhje të shumta me pjesëmarrjen e tij mund të veprojnë si ligandë. Veçanërisht aktive në proceset komplekse të formimit janë elektronet e lidhjes trefishe polare të monoksidit të karbonit (2) dhe anionit të acidit hidrocianik.

Në molekulën e monoksidit të karbonit (2), atomet e karbonit dhe oksigjenit formojnë një dhe një lidhje për shkak të mbivendosjes së ndërsjellë të dy orbitaleve të tyre 2p-atomike sipas mekanizmit të shkëmbimit. Lidhja e tretë, d.m.th., një lidhje tjetër, formohet sipas mekanizmit dhurues-pranues. Pranuesi është orbitalja e lirë 2p-atomike e atomit të karbonit, dhe dhuruesi është atomi i oksigjenit, i cili siguron një palë të vetme elektronesh nga orbitalja 2p:

Raporti i rritur i lidhjes i siguron kësaj molekule stabilitet dhe inertitet të lartë në kushte normale për sa i përket acido-bazës (CO është një oksid që nuk formon kripë) dhe vetive redoks (CO është një agjent reduktues në T > 1000 K). Në të njëjtën kohë, ai e bën atë një ligand aktiv në reaksionet e kompleksimit me atomet dhe kationet e d-metaleve, kryesisht me hekurin, me të cilin formon pentakarbonil hekuri, një lëng toksik i paqëndrueshëm:

Këto ekuilibra zhvendosen drejt formimit të karboksihemoglobinës ННbСО, qëndrueshmëria e së cilës është 210 herë më e madhe se ajo e oksihemoglobinës ННbО2. Kjo çon në akumulimin e karboksihemoglobinës në gjak dhe, rrjedhimisht, në një ulje të aftësisë së saj për të transportuar oksigjen.

Anioni i acidit hidrocianik CN- gjithashtu përmban elektrone lehtësisht të polarizueshme, kjo është arsyeja pse ai formon në mënyrë efektive komplekse me d-metalet, duke përfshirë metalet e jetës që janë pjesë e enzimave. Prandaj, cianidet janë komponime shumë toksike (Seksioni 10.4).

Cikli i karbonit në natyrë. Cikli i karbonit në natyrë bazohet kryesisht në reaksionet e oksidimit dhe reduktimit të karbonit (Fig. 12.3).

Bimët asimilojnë (1) monoksid karboni (4) nga atmosfera dhe hidrosfera. Një pjesë e masës bimore konsumohet (2) nga njerëzit dhe kafshët. Frymëmarrja e kafshëve dhe prishja e mbetjeve të tyre (3), si dhe frymëmarrja e bimëve, kalbja e bimëve të ngordhura dhe djegia e drurit (4) e kthejnë CO2 në atmosferë dhe hidrosferë. Procesi i mineralizimit të mbetjeve të bimëve (5) dhe kafshëve (6) me formimin e torfe, qymyrit fosil, naftës, gazit çon në kalimin e karbonit në burime natyrore. Reaksionet acid-bazë (7) funksionojnë në të njëjtin drejtim, që ndodhin midis CO2 dhe shkëmbinjve të ndryshëm me formimin e karbonateve (të mesme, acidike dhe bazike):

Kjo pjesë inorganike e ciklit çon në humbjen e CO2 në atmosferë dhe hidrosferë. Aktiviteti i njeriut në djegien dhe përpunimin e qymyrit, naftës, gazit (8), druve të zjarrit (4), përkundrazi, pasuron mjedisin me bollëk me monoksid karboni (4). Për një kohë të gjatë ekzistonte besimi se falë fotosintezës, përqendrimi i CO2 në atmosferë mbetet konstant. Megjithatë, aktualisht, rritja e përmbajtjes së CO2 në atmosferë për shkak të aktivitetit njerëzor nuk kompensohet nga ulja e tij natyrore. Lëshimi total i CO2 në atmosferë po rritet në mënyrë eksponenciale me 4-5% në vit. Sipas llogaritjeve, në vitin 2000 përmbajtja e CO2 në atmosferë do të arrijë afërsisht 0.04% në vend të 0.03% (1990).

Pas shqyrtimit të vetive dhe karakteristikave të përbërjeve që përmbajnë karbon, roli kryesor i karbonit duhet theksuar edhe një herë.

Oriz. 12.3. Cikli i karbonit në natyrës

Organogeni nr. 1: së pari, atomet e karbonit formojnë skeletin e molekulave të përbërjeve organike; së dyti, atomet e karbonit luajnë një rol kyç në proceset redoks, pasi midis atomeve të të gjithë organogjenëve, është karboni ai që karakterizohet më shumë nga dualiteti redoks. Për më shumë informacion rreth vetive të përbërjeve organike, shihni modulin IV "Bazat e kimisë bioorganike".

Karakteristikat e përgjithshme dhe roli biologjik i p-elementeve të grupit IVA. Analogët elektronikë të karbonit janë elementë të grupit IVA: silic Si, germanium Ge, kallaj Sn dhe plumb Pb (shih Tabelën 1.2). Rrezet e atomeve të këtyre elementeve rriten natyrshëm me rritjen e numrit atomik dhe energjia e jonizimit dhe elektronegativiteti i tyre natyrshëm zvogëlohen (Seksioni 1.3). Prandaj, dy elementët e parë të grupit: karboni dhe silikoni janë jometale tipike, dhe germaniumi, kallaji dhe plumbi janë metale, pasi ato karakterizohen më shumë nga humbja e elektroneve. Në serinë Ge - Sn - Pb, vetitë metalike rriten.

Nga pikëpamja e vetive redoks, elementët C, Si, Ge, Sn dhe Pb në kushte normale janë mjaft të qëndrueshme në lidhje me ajrin dhe ujin (metalet Sn dhe Pb - për shkak të formimit të një filmi oksidi në sipërfaqe ). Në të njëjtën kohë, komponimet e plumbit (4) janë agjentë të fortë oksidues:

Vetitë komplekse janë më karakteristike për plumbin, pasi kationet e tij Pb 2+ janë agjentë të fortë kompleksues në krahasim me kationet e p-elementeve të tjerë të grupit IVA. Kationet e plumbit formojnë komplekse të forta me bioligandë.

Elementet e grupit IVA ndryshojnë ndjeshëm si në përmbajtjen e tyre në trup ashtu edhe në rolin e tyre biologjik. Karboni luan një rol themelor në jetën e trupit, ku përmbajtja e tij është rreth 20%. Përmbajtja e elementëve të tjerë të grupit IVA në trup është brenda 10 -6 -10 -3%. Në të njëjtën kohë, nëse silikoni dhe germaniumi luajnë padyshim një rol të rëndësishëm në jetën e trupit, atëherë kallaji dhe veçanërisht plumbi janë toksikë. Kështu, me rritjen e masës atomike të elementeve të grupit IVA, rritet toksiciteti i përbërjeve të tyre.

Pluhuri i përbërë nga grimcat e qymyrit ose dioksidit të silikonit SiO2, kur ekspozohet sistematikisht në mushkëri, shkakton sëmundje - pneumokoniozë. Në rastin e pluhurit të qymyrit, kjo është antrakoza, një sëmundje profesionale e minatorëve. Kur pluhuri që përmban Si02 thithet, shfaqet silikoza. Mekanizmi i zhvillimit të pneumokoniozës ende nuk është vendosur. Supozohet se me kontakt të zgjatur të kokrrave të rërës silikate me lëngjet biologjike, formohet acidi polisilik Si02 yH2O në një gjendje xhel, depozitimi i të cilit në qeliza çon në vdekjen e tyre.

Efekti toksik i plumbit është i njohur për njerëzimin për një kohë shumë të gjatë. Përdorimi i plumbit për të bërë enët dhe tubacionet e ujit çoi në helmime masive të njerëzve. Aktualisht, plumbi vazhdon të jetë një nga ndotësit kryesorë të mjedisit, pasi çlirimi i përbërjeve të plumbit në atmosferë arrin në mbi 400,000 tonë në vit. Plumbi grumbullohet kryesisht në skelet në formën e fosfatit pak të tretshëm Pb3(PO4)2 dhe kur kockat demineralizohen, ai ka një efekt toksik të rregullt në trup. Prandaj, plumbi klasifikohet si një helm kumulativ. Toksiciteti i komponimeve të plumbit shoqërohet kryesisht me vetitë e tij komplekse dhe afinitetin e lartë për bioligandët, veçanërisht ato që përmbajnë grupe sulfhidrile (-SH):

Formimi i komponimeve komplekse të joneve të plumbit me proteina, fosfolipide dhe nukleotide çon në denatyrimin e tyre. Shpesh jonet e plumbit pengojnë metaloenzimat EM 2+, duke zhvendosur kationet metalike të jetës prej tyre:

Plumbi dhe komponimet e tij janë helme që veprojnë kryesisht në sistemin nervor, enët e gjakut dhe gjakun. Në të njëjtën kohë, komponimet e plumbit ndikojnë në sintezën e proteinave, ekuilibrin energjetik të qelizave dhe aparatin e tyre gjenetik.

Në mjekësi, si astringent përdoren antiseptikët e jashtëm të mëposhtëm: acetati i plumbit Pb(CH3COO)2 ZH2O (losione plumbi) dhe oksidi i plumbit (2) PbO (suva plumbi). Jonet e plumbit të këtyre përbërjeve reagojnë me proteinat (albuminën) në citoplazmën e qelizave dhe indeve mikrobike, duke formuar albuminate të ngjashme me xhel. Formimi i xhelit vret mikrobet dhe, përveç kësaj, e bën të vështirë depërtimin e tyre në qelizat e indeve, gjë që redukton përgjigjen inflamatore lokale.