Көміртегі

Көміртегі (лат. carboneum; С) — С әрпімен белгіленген және 6 атомдық нөмірі бар химиялық элемент.

6 Бор ← Көміртегі → Азот C ↓ Si Периодическая система элементов 6C
Жай заттың сыртқы бейнесі
мөлдір (алмаз) немесе күңгірт қара (графит) Графит (сол жақта) және алмаз( оң жақта), көміртектің екі аллотропы
Атом қасиеті
Атауы, символ, нөмірі	Көміртегі, 6
Топ типі	Басқа бейметалдар
Топ, период, блок	14, 2, p
Атомдық масса (молярлық масса)	(12,0096; 12,0116) м. а. б. (г/моль)
Электрондық конфигурация	[He] 2s2 2p2
Қабықшалар бойынша электрондар	2, 4
Атом радиусы	70 пм
Химиялық қасиеттері
Ковалентті радиус	77,0 пм
Ван-дер-Ваальс радиусы	170 пм пм
Ион радиусы	16 (+4e) 260 (-4e) пм
Электртерістілігі	2,55 (Полинг шкаласы)
Тотығу дәрежелері	4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
Иондалу энергиясы	1-ші: 1085,7 (11,25) кДж/моль (эВ) 2-ші: 2352.6 кДж/моль (эВ) 3-ші: 4620.5 кДж/моль (эВ)
Жай заттың термодинамикалық қасиеттері
Тығыздық (қ.ж.)	2,25 (графит) г/см³
Сыни межелі	4600 К, 10,8 МПа
Молярлық жылусыйымдылық	8,54 (графит) Дж/(K·моль)
Молярлық көлем	5,3 см³/моль
Жай заттың кристаллдық торы
Тор құрылымы	алтыбұрышты (графит/графен), кубтық (алмаз)
Тор параметрлері	a=2,46; c=6,71 (графит); а=3,567 (алмаз) Å
c/a қатынас	2,73 (графит)
Дебай температурасы	1860 (алмаз) K
Басқа да қасиеттері
Жылуөткізгіштік	(300 K) 1,59 Вт/(м·К)

Көміртегі С

Көміртек адамзатқа көмір, күйе түрінде ерте заманнан белгілі. 1780 жылы А.Лавуазье көміртектің табиғатын зерттеді. Оған латынша «карбонеум» көмір деген атау 1827 жылы берілді.

Бұл жер қыртысының 0,84%-ын және атмосфераның 0,031%-ын құрайды.Көміртегінің жалғыз элемент күйі де,басқа затпен қосылған күйі де пайдалы болып табылады. Гауһар, графит және көмір көміртегінің элементті түрлеріне жатады. Көміртегі литосферада минерал карбонаттары ретінде де кездеседі.

Периодтық жүйедегі орны

Көміртек II период, IV топтың негізгі топшасының элементі, реттік нөмірі 6. Оның ядросында 6 протон мен 6 нейтроны бар, электрондары да алтау. Олар екі қабатқа былай бөлініп орналасады: 1s²2s²2р² (көміртектің электрондық формуласы) Органикалық химия көміртектің қосылыстарын зерттейтін болғандықтан, бұл элементті толығырақ қарастырайық. Көміртек химиялық элементтердің периодтық жүйесінің 6-элементі. Aтом ядросында 6 протоны, 6 нейтроны және энергетикалық деңгейлерінде 6 электроны бар. Олар екі энергетикалық деңгейге бөлініп орналасқан: 2е, Көміртек химиялық элементтердің периодтық жүйесінің екінші периодында орналасқан. Егер периодтағы көрші тұрған элементтерді салыстырсақ, олардың бәрінің бірінші деңгейлері бірдей, екі электроны бар (1s²), ал сыртқы деңгейлеріндегі электрон сандары ядро зарядының артуына байланысты әр түрлі.

Гибридтенуі

Гибридтенуге көміртек атомының төрт орбиталі (бір s және үш р) қатысады. Көміртек атомы үш түрлі болып: sp³,sp²,sp гибридтенеді.

sp³ гибридтену. Химиялық байланыс түзілгенде, көміртек атомының барлық электрон бұлттары (бір s пен үш р) араласып, бірігіп пішіндері бірдей, симметриялы емес көлемдік сегіз тәрізді төрт sp³ - орбитальдар түзеді. sp³ гибридтенген орбитальдардың электрон бұлттары осьтерінің арасындағы бұрыш 109° 28' болып, бір- бірінен мүмкіндігінше алшақтап, кеңістікте тетраэдрдің төбесіне бағытталып орналасады.

sp² - гибридтену. Бұл жағдайда гибридтенуге бір s- және екі р- орбитальдар (барлығы үш орбиталь) қатысады. Көміртек атомының бір р-орбиталі гибридтенуге қатыспайды. Гибридтену нәтижесінде үш sp²-гибридтенген орбитальдар түзіледі. Бұл орбитальдардың басқа көрші атомдармен жазықтықта түзетін үш байланысының арасындағы бұрыш 120° шамасында болады.

sp - гибридтену. Егер гибридтенуге бір s-және бір р- орбиталь қатысса, онда екі sp-гибридтенген орбитальдар түзіледі де, екір-орбитальдар гибридтенбей, таза күйінде калады. sp-гибридтенген бұлттар түзетін химиялық байланыстар түзу сызық бойымен бағытталып, арасындағы бұрыш 180° болады.

Көміртек атомының қасиеттері, гибридтенген орбитальдардың бағытталуы, яғни молекуланың кеңістік пішіні гибридтену типіне байланысты.

Әр түрлі гибридтенген күйде (sp³, sp², sp) болу қабілеті көміртек атомының дара, қос, үш байланыс түзуіне мүмкіндік береді.

Табиғатта таралуы

Көміртек бос күйінде алмаз, графит, карбин деп аталатын аллотропиялық күйлерінде кездеседі. Табиғи қосылыстары карбонаттар (СаСО₃ • MgCО₃ - доломит, СаСО₃ - мәрмәр, MgCО₃ - магнезит). Байланысқан күйде көмірде, мұнайда, табиғи газдарда кездеседі. Бос күйінде көміртек улы емес, ал оның қосылыстары CO - иіс газы, ССl₄ - төрт хлорлы көміртек, CS₃ — күкіртті көміртек улы заттар.

Аллотропиялық түрезгерістері кристалдық торларының әр түрлілігімен сипатталады.

Аллотропия

Аллотропия дегеніміз– химиялық қасиеттері бірдей, алайда физикалық қасиеттері әр түрлі, түрі де әрқилы элементтің қасиеті. Көміртегінде аллотропия қасиеті бар. Көміртегінің әр түрлі түрлері көміртегі аллотроптары деп аталады.Олар не кристалдар, не аморфтар болуы мүмкін. Гауһар мен графит кристалл аллотроптарға жатса, көмір, кокс, ағаш көмір, қара күйе, көміртегі газы және мұнай коксы аморфты аллотроптарға жатады.

Көміртегі қосылыстар

Көміртегі қосылыстар–көміртегіден жасалған химиялық қосылыстар. Кейбір көміртегі қосылыстары тірі ағзалар әсерімен табиғи түрде пайда болса, кейбіреулері жасанды түрде жасалады.Көптеген көміртегі қосылыстарында көміртегі атомдары бір–біріне сақиналар немесе шынжырлар арқылы байланысады.

Көміртегі қосылыстарының пайдалануы

Көміртегі қосылыстары күнделікті өмірде әр түрлі кәделерге жарайды. Крахмал, қант, мацлар, витаминдер және протеиндер секілді түрлі тамақ өнідері көміртегі қосылыстарынан тұрады. Қағаз, сабын, косметика, май, сырлар және мақта мата, жүн мата, жібек ,зығыр, вискоза және нейлон секілді тоқыма өндіріс заттарының құрамында да көміртегі қосылыстары кездеседі. Көміртегі қосылыстары ағаш, көмір, алкоголь және жанармай секілді жағармайлардың да құрамында болады.Көміртегі қосылыстарын пайдаланатын басқа заттарға дәрілер мен заласыздандыру құралдары, бояулар, әтір сулар, улы заттар, жарылғыш заттар мен газдар жатады.

Физикалық қасиеттері

Алмаз ең қатты зат, графит май тәрізді жылтыр сұр түсті жұмсақ зат. Графит 2000°С-да, төменгі қысымда карбинге айналады. Жаңадан алынған фуллерен деген түрі де бар, ол футбол добы сияқты құрылысты болады. Көміртектің бұл түр өзгерістеріне аморфты көміртекті қосуға болады. Оны ағаш көмірін, тас көмірді ауа қатысынсыз құрғақ айдау арқылы алады. Сонда алынған көмірде өз бетіне газдарды, сұйықтарды сіңіретін қасиет (адсорбция) пайда болады.

Алынуы

Көміртек ағашты ауасыз ыдырату арқылы, органикалық заттардың көмірленуі нәтижесінде түзіледі.

Химиялық қасиеттері

Көміртек көптеген жай заттармен оңай әрекеттеседі.

1) Жану реакциясы:

a) 2С + О₂ = 2СО

ә) С + О₂ = CO₂

2) Хлормен әрекеттескенде көміртек тек жарық сәулесінің әсерінен төрт хлорлы көміртек түзіледі:

С + 2Cl₂= CCl₄ (бағалы еріткіш) өрт сөндіруде қолданылады.

3) Металдармен әрекеттесіл карбидтер түзеді:

2С + Са = СаС₂ (бұдан ацетилен алынады)

4) Күкіртпен күкіртті көміртек түзеді:

С + 2S = CS₂ (еріткіш)

5) Сутекпен әрекеттескенде метан түзіледі:

С + 2Н₂→СН₄ (отын - ол табиғи газдың негізгі құрам белігі)

Көміртектің күрделі заттармен әрекеттесуі: 1) Сумен әрекеттескенде газдар коспасы (су газы) бөлінеді:

С + Н₂О = CO + Н₂ (су газы - бағалы отын)

Алынған газдардың екеуі жанғыш болғандықтан жылу көбірек белінеді. Сондықтан көмірді жаққанда сулау қажет.

2) Концентрлі күкірт және азот қышқылдарымен әрекеттескенде тотығады:

С + 4HNО₃(конц)=СО₂+4NO₂+2Н₂O

3) С+ 2H₂SО₄(конц) = СО₂+2SO₂+2Н₂O

Қолданылуы

Алмаз - бұрғылар жасау үшін, қырланған алмаздан бриллиант, әшекейлі зат әзірленеді.

Графит - металды балқыту үшін, қарындаштар, тоттанудан қорғау, майлау үшін және атомдардың ыдырауы үшін нейтрондарды баяулататын модератор ретінде қолданылады.

Кокс (C) тотықсыздандырғыш ретінде металл өндіруде.

Активтелген көмірдің адсорбциялық қасиеті медицинада және газтұтқыштар (противогаз) әзірлеуде қолданылады.