У Углерод является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 6 и условным обозначением C. Углерод является неметаллическим веществом с 4 свободными электронами 14-ой группы периодической таблицы.
Как был открыт углерод
Такой химический элемент как углерод был известен людям еще с доисторических времен. Вероятно, он является самым древним химическим элементом, который известен людям. Этот элемент был известен доисторическим людям в форме золы и древесного угля. Об известности алмазов судить сложно, но есть вероятность того, что он был известен в Китае приблизительно в 2500 году до нашей эры. Есть сведения, что получение чистого углерода было уже во времена Римской империи. Его производство было такое же как и сейчас: нагревали дрова в пирамиде покрытой глиной, удалив воздух.
В 1722 году Рене Антуан Фершо де Реомюр продемонстрировал то, что железо превратилось в сталь в результате поглощения какого-то вещества, которое на сегодняшний день известно как углерод. Антуан Лавуазье в свою очередь доказал, что алмаз является одной из форм углерода в 1772 году. Он сжег образцы угля и алмаза у обнаружил, что ни один не образует воды и оба выпускают одинаковое количество углекислого газа.
В 1779 году Карл Вильгельм Шееле доказал, что графит является идентичным древесному углю, а не свинцу как предполагали в то время. Единственным отличием от древесного угля являлась небольшая примесь железа. В 1786 году французские ученые Клод Луи Бертолье, Гаспар Монж и К.А. Вандермонд подтвердили, что графит являлся в большей части является углеродом. Они окисляли графит кислородом почти как Лавуазье с алмазом. В публикации своего открытия ученые предложили элементу название «carbonum». Антуан Лавуазье, в своем учебнике 1789 года, перечислил углерод как отдельный элемент с таким названием. В дальнейшем открывались только новые аллотропы углерода.
Где и как добывают углерод
Углерод как химический элемент содержится в природе исключительно в виде соединений. Основными экономически важными углеродными соединениями являются графит и алмаз.
Распространенность графита в природе достаточно велика. Основнымти странами, которые приуспели в добыче графита являются Китай, Индия, Бразилия и Северная Корея. Графит обычно обнаруживается в связи с кварцем, слюдой полевыми штапами в песчаниках и известняках в виде жил и линз толщиной в 1 метр. На сегодняшний день классификация графита дробится на три части: аморфный, чешуйчатый и кусковой. Аморфный графит является самым распространенным, но с самым низким качеством и самым дешевым. Этот вид графита используется для изделий с низкой стоимостью. Крупные залежи аморфного гранита имеются в Китае, Европе, Мексике и США.
Чешуйчатый графит является более редким и более качественным по сравнению с аморфным. Его извлекают из горных попод в виде пластин. Чешуйчатый графит, обычно, раза в 4 дороже чем аморфный. Основные месторождения этой разновидности находятся в Австрии, Бразилии, Канаде, Китае, Германии и на острове Мадагаскар.
Кусковой графит является самым ценным, самым редким и качественным видом природного графита. Он был найден в жилах интрузивных контактов в твердых породах. Единственное место в мире, где его добывают является Шри-Ланка.
Еще одним экономически важным углеродным соединением является алмаз. Он является редким и очень ценным аллотропом углерода. Алмазы добываются из алмазной руды, но в самой руде не каждый камень является алмазом. Россия является лидером по производству алмазов, как драгоценных камней, в мире. К сведению один карат, а он равняется 0.2 грамма, оценивается приблизительно в 90$ США.
Распространенность углерода
Углерод является довольно распространенным химическим элементом. Если говорить про вселенский масштаб, то можно отметить, что он занимает почетное 4 место в распространенности по массе. Его опережают только водород, гелий и кислород. Что же касается земной коры, он занимает 15 место в списке самых распространенных элементов. Если брать человеческий организм, как масштаб распространенности, то углерод занимает второе место после кислорода и составляет около 18%. Как уже говорилось выше, углерод на нашей планете не встречается в свободной форме. Он встречается в природе в виде различных соединений, причем этих соединений огромное множество. Углерод является неотъемлемой частью жизни на Зелмле. Основными формами углеродосодержащих элементов являются твердые аллотропы, известняки, доломиты и углекислый газ. Большая часть углеродосодержащих элементов приходится на месторождение угля, нефти, торфа и природного газа.
Применение углерода
Углерод необходим для всех известных живых систем, и без него жизнь, как мы знаем, не могла бы существовать. Разнообразие его применения наверное самое большое из всех элементов таблицы Менделеева. Основное экономическое использование углерода, кроме продовольствия и древесины, приходится на природные углеводороды. К ним относится ископаемое топливо, природный газ и нефть. Углерод входит в состав почти всех повседневных вещей жизнедеятельности человека. К примеру все пластмассовые и металлические изделия, а так же шерсть, кашемир, шелк и многое другое. Сажа входит состав красок для печатных устройств. Углерод содержится во многих медицинских препаратах, самый яркий пример активированный уголь. Углерод является составной частью всех резиновых изделий. Кокс используется для превращения руды в железо, а обогащение углеродом делает из железа сталь. Поэтому все металлические предметы содержат атомы углерода. В ядерной промышленности углерод используется как замедлитель нейтронов, или изотоп углерода как топливо.
Интересные факты
Интересных фактов связанных с углеродом очень много. Все их перечислить просто невозможно. Стоит начатб с того что некоторые аллотропы углерода являеются рекордсменами. К примеру графит является одним из самых мягких веществ на планете, а алмаз является самым твердым веществом. Бриллиант «розовая звезда» является одним из самых дорогих камней в мире. В 2013 году его продали с аукциона за 83 миллиона долларов. Бриллиант является обработанной формой алмаза. При высокой температуре и давлении в бескислорлдном пространстве алмазы преобразуются в графит. Графит в свою очередь является хорошим смазывающим веществом. Плюс к этому, он хорошо проводит электричество.
В середине 40-х годов был обнаружен новый аллотроп углерода и назвали его «Графен», но получить его неудавалось целых 50 лет. Он обладает большой механической жесткостью и рекордно большой теплопроводностью. Предполагается, что это вещество заменит кремний в электрических приборах. За открытие метода получения графена и исследование этого вещества русские ученые Андрей Константинович Гейм и Константин Сергеевич Новоселов получили Нобелевскую премию в 2010 году. Метод получения графена был разработан в 2004 году, а реальные испытания в 2005. Возможно, графен станет «вторым дыханием» в области наноэлектроники.
