Ածխածին

6 Բոր ← Ածխածին → Ազոտ 6C
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Սև (գրաֆիտ) կամ թափանցիկ (ադամանդ)
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Ածխածին / Carboneum (С), C, 6
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	[12,0096; 12,0116] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[He] 2s2 2p2
Ատոմի շառավիղ	91 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	77 պմ
Իոնի շառավիղ	16 (+4e) 260 (-4e) պմ
Էլեկտրաբացասականություն	2,55 (Պոլինգի սանդղակ)
Օքսիդացման աստիճաններ	4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	1085,7 (11,25) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Եռման ջերմաստիճան	3780 Կ
Մոլյար ջերմունակություն	8,54 (графит) Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	5,3 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	վեցանկյուն (գրաֆիտ), խորանարդ (ադամանդ)
Բյուրեղացանցի տվյալներ	a=2,46, c=6,71 (գրաֆիտ), а=3,567 (ադամանդ)
Դեբայի ջերմաստիճան	1860 (ադամանդ) Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 1,59 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

Ածխածինը տեղակայված է Մենդելեևի պարբերական համակարգի երկրորդ պարբերության 4-րդ A խմբում։ Ատոմի հիմնական վիճակի արտաքին էլեկտրոնային մակերևույթի դասավորվածությունն է 2s²p²։ Օքսիդացման կարևորագույն աստիճաններն են +2, +4, -4, վալենտականությունները՝ 4 և 2։ Ածխածնի նեյտրալ ատոմի շառավիղը 0.077 նմ է։ C⁴⁺ իոնի շառավիղը՝ 0.029 նմ (կոորդինացիոն թիվը 4), 0.030 նմ (կոորդինացիոն թիվը 6)։

ա

Ածխածինը հայտնի է հեռու անցյալից։ Փայտածուխն օգտագործվել է հանքաքարերից մետաղները վերականգնելու համար, իսկ ալմաստը՝ ինչպես թանկարժեք քար։ 1789 թվականին ֆրանսիացի քիմիկոս Ա. Լ. Լավուազիեն հետևություն արեց ածխածնի տարրային հատկությունների մասին։ Արհեստական ալմաստները առաջին անգամ ստացվել են 1953 թվականին շվեդ հետազոտողների կողմից, սակայն արդյունքները նրանք չհասցրեցին հրապարակել։ Արհեստական ալմաստ ստացան «Ջեներալ էլեկտրիկ» ընկերության աշխատակիցները 1954 թվականի դեկտեմբերին և 1955 թվականի սկզբին հրապարակեցին

Անվան ծագում

19-րդ դարի սկզբին ռուսերեն քիմիական գրականությունում, երբեմն օգտագործվում էր «ածխածնային» տերմինը (Շերեր՝ 1807; Սևերգին՝ 1815), 1824 թվականից Սոլովյով առաջարկեց «ածխածին» անվանումը։ Ածխածնի միացությունները ունեն լատին․՝ carbō - կարբոն անվանումը։

Ածխածինը չի լուծվում օրգանական և անօրգանական լուծիչներում, լուծվում է մետաղներում (երկաթ, կոբալտ և այլն)։ 1 մթնոլորտ ճնշման տակ (օդի բացակայությամբ) սուբլիմվում է մոտ 3500 °C ջերմաստիճանում։ Հալվում է 3800±200 °C-ում 125 հազար մթնոլորտ ճնշման տակ (հաշված է տեսականորեն)։

Ածխածինը ոչ մետաղ է, քիմիապես ակտիվ է միայն բարձր ջերմաստիճաններում, ընդ որում «ամորֆ» ածխածինը, գրաֆիտ, ալմաստ շարքում ածխածնի քիմիական ակտիվությունը փոքրանում է։ Լավ վերականգնիչ է։ Միացություններում քառարժեք է, երբեմն նաև երկարժեք, հազվադեպ՝ եռարժեք։ Խիտ հիմքերը և թթուներն անգամ տաքացնելիս չեն ազդում ածխածնիի վրա։

Իզոտոպներ

Բնական ածխածինը բաղկացած է երկու կայուն իզոտոպներից՝ ¹²C (բնության մեջ հանդիպող զանգվածի 98.892%-ը) և ¹³C (զանգվածի 1.108%-ը)։ Արհեստական եղանակով ստացվել են ¹⁰C, ¹¹C, ¹⁴C, ¹⁵C և ¹⁶C ռադիոակտիվ իզոտոպները։

Իզոտոպների բնական խառնուրդում շատ չնչին քանակությամբ միշտ առկա է լինում ¹⁴C ռադիոակտիվ նուկլիդը (b^- ճառագայթ, կիսատրոհման պարբերությունը՝ T½ = 5,6.103 տարի)։ Այն անընդհատ առաջանում է մթնոլորտի ստորին շերտերում՝ ազոտի ¹⁴N իզոտոպի նեյտրոնների տիեզերական ճառագայթման շնորհիվ։

${\displaystyle {{}_{1}^{7}4\mathrm {N} +{}_{1}^{0}\mathrm {n} \rightarrow {}_{6}^{16}\mathrm {C} +{}_{1}^{1}\mathrm {H} }}$ 

 

 

Ածխածինը ունի ալոտրոպային երեք ձևափոխություն (ալմաստ, գրաֆիտ և լոնսդեյլիտ), որոնց հատկությունների տարբերությունները պայմանավորված են նրանց բյուրեղական տարբեր կառուցվածքներով։ Այսպես կոչված, «ամորֆ» ածխածինը նույնպես պինդ նյութ է և ունի գրաֆիտի չկարգավորված բյուրեղական կառուցվածք (մուր, կոքս, փայտածուխ)։ Փայտածուխը և կոքսը մաքուր ածխածին չեն և պարունակում են համապատասխանաբար 6 և 5% խառնուրդներ (չհաշված մոխիրը)։ Համեմատաբար մաքուր «ամորֆ» ածխածին է մուրը, որը, սակայն, պարունակում է աբսորբված ցնդող խառնուրդներ։

Բյուրեղային ածխածին

• Ալմաստ
• Գրաֆիտ
• Կարբին
• Լոնսդեյլիտ
• Ֆուլերեն
• Ֆուլերիտ
• Ածխածնային մանրաթելեր
• Ածխածնային նանոխողովակներ

Ամորֆ ածխածին

• Մուր
• Կոքս
• Փայտածուխ

Լավ վերականգնիչ է։ Միացություններում քառարժեք է, երբեմն նաև երկարժեք, հազվադեպ՝ եռարժեք։ Խիտ հիմքերը և թթուներն անգամ տաքացնելիս չեն ազդում ածխածնի վրա։ Տաք և խիտ ծծմբական թթուն դանդաղ օքսիդացնում է «ամորֆ» ածխածին, ազոտական թթուն՝ նաև գրաֆիտը, քրոմական խառնուրդը՝ նաև ալմաստը։ 800 °C–ից բարձր տաքացրած ածխածինը փոխազդեցության մեջ է մտնում ջրային գոլորշիների հետ.

${\displaystyle ~{\mathsf {C+H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ CO\uparrow +H_{2}\uparrow }}}$ 

սխեմայով։ Կատալիզատորների առկայությամբ տաքացնելիս ածխածինը միանում է ջրածնի հետ։

Ածխածնի և ջրածնի միացությունները՝ ածխաջրածինները, բազմաթիվ են և կազմում են օրգանական քիմիայի հիմքը։

${\displaystyle ~{\mathsf {NH_{3}+CH_{4}\ {\xrightarrow {Pt}}\ HCN+3H_{2}\uparrow }}}$ 

Ածխածինը այրվում է օդում՝ առաջացնելով ածխածնի օքսիդներ՝ CO և CO₂։ Միանում է հալոգենների հետ՝ առաջացնելով միացությունների շարք, որոնք ածխաջրածինների հալոգենածանցյալներն են։

Ֆտորը գրաֆիտի հետ միանում է 900 °C–ում, քլորը՝ էլեկտրական աղեղում։ Ծծմբի հետ ածխածինը միանում է 700-1000 °C-ում, ազոտի հետ՝ էլեկտրական կայծի ազդեցությամբ՝ առաջացնելով համապատասխանաբար ծծմբածխածին և ցիան։

Հայտնի են նաև ածխածնի խառը միացությունները նշված տարրերի հետ՝ COS, CSCl₂, (CNO)₂, (CNS)₂, HCN, HSCN և այլն։ Մետաղների մեծ մասն ածխածնի հետ առաջացնում է կարբիդներ։ Տաքացնելիս ածխածինը վերականգնում է մետաղները օքսիդներից՝ անջատելով մետաղը (Zn, Cd, Fe, Pb, Sb ևն) կամ նրա կարբիդը (CaC₂, Fe₃C, WC, TaC և այլն)։ Այս հատկությունն օգտագործվում է երկաթ և մի շարք այլ մետաղներ ստանալու համար.

${\displaystyle ~{\mathsf {4Al+3C\ {\xrightarrow {t}}\ Al_{4}C_{3}}}}$ 

${\displaystyle ~{\mathsf {Ca+2C\ {\xrightarrow {t}}\ CaC_{2}}}}$ 

Ածխածինը զբաղեցնում է երկրակեղևի զանգվածի 0.48 %-ը։ Կուտակվում է կենսոլորտում. կենդանական նյութերում պարունակվում է 18 % ածխածին, բնափայտում՝ 50 %, տորֆում՝ 62 %, բնական այրվող գազերում՝ 75 %, այրվող թերթաքարերում՝ 78 %, քարածխում և գորշ ածխում՝ 80 %, նավթում՝ 85 %, անտրացիտում (լավատեսակ քարածուխ)՝ 96 %։

Երկրակեղևի ածխածնի նշանակալի մասը կենտրոնացված է կրաքարերում և դոլոմիտներում։ +4 օքսիդացման աստիճանի ածխածինը մտնում է կարբոնատային ապարների և հանքանյութերի (կավիճ, կիր, մարմար, դոլոմիտներ) բաղադրության մեջ։ Ածխաթթու գազը՝ CO₂, մթնոլորտի հիմնական բաղադրիչներից է (զանգվածի 0.046 %-ը)։ Ածխաթթու գազը լուծված վիճակում միշտ առկա է գետերի, լճերի և ծովերի ջրում։ Աստղերի, մոլորակների և երկնաքարերի մթնոլորտում հայտնաբերված են ածխածին պարունակող նյութեր։

Հնում ածուխը ստանում էին բնափայտի թերի այրման միջոցով։ 19-րդ դարում մետաղագործության մեջ փայտածուխը փոխարինեցին քարածուխով (կոքսով)։ Ներկայումս արդյունաբերության մեջ ածուխ ստանում են բնական գազի՝ մեթանի (CH₄) կրեկինգով (նավթաթորմամբ).

${\displaystyle ~{\mathsf {CH_{4}\ {\xrightarrow {t}}\ C+2H_{2}}}}$ 

 

Գրաֆիտ հիմնականում օգտագործվում է ցինկածխածնային մարտկոցներում, էլեկտրական շարժիչների խոզանակների արտադրությունում և ունեն նաև մի քանի այլ մասնագիտական կիրառություն։ Օգտագործվում է նաև աղացած վիճակում։ Նկարչական աշխատանքների ժամանակ տարբեր կարծրություն և որակ ունեցող գրաֆիտներն օգտագործվում են տարբեր երանգներ ստանալու համար։

Ալմաստը բացառիկ կարծրության շնորհիվ, օգտագործվում են լեռնային ապարներում խորը անցքեր հորատելիս։ Ալմաստով հանդերձված հորատիչի հատուկ թագագլխիկները 10 անգամ մեծացնում են հորատման արագությունը։ Ալմաստե կտրիչներն ու շաղափները լայնորեն կիրառվում են կարծր համաձուլվածքներ, մետաղներ, ապակիներ, պլաստմասսաներ մշակելու համար։ Ալմաստից պատրաստում են բարակ մետաղալարեր (օրինակ՝ վոլֆրամի և պողպատի) ստանալու թելքակորզաններ։

Բժշկական նպատակների համար ածուխը պատրաստում են կոկոսի կեղևի այրմամբ։ Իսկ լաբորատոր անհրաժեշտությունների համար չայրվող խառնուրդներից զերծ ածուխ ստանում են շաքարի թերի այրումից։

• Պարբերական աղյուսակ
• Ջրագազ