Ածխածին

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
6 ԲորԱծխածինԱզոտ
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կալիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
6C
Unknown.svg
Electron shell 006 Carbon.svg
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Diamond-and-graphite-with-scale.jpg
Սև (գրաֆիտ) կամ թափանցիկ (ադամանդ)
Carbon Spectra.jpg
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Ածխածին / Carboneum (С), 6
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
[12,0096; 12,0116][1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [He] 2s2 2p2
Ատոմի շառավիղ 91 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 77 պմ
Իոնի շառավիղ 16 (+4e) 260 (-4e) պմ
Էլեկտրաբացասականություն 2,55 (Պոլինգի սանդղակ)
Օքսիդացման աստիճաններ 4, 3, 2, 1[2], 0, -1, -2, -3, -4[3]
Իոնիզացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 1085,7 (11,25) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 2,25 (գրաֆիտ) գ/սմ³
Եռման ջերմաստիճան 3780
Մոլյար ջերմունակություն 8,54 (графит)[4] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ 5,3 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
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)
6
Ածխածին
C
12,011
2s22p2


Ածխածին (լատ.՝ Carboneum, լատ.՝ carbo - ածուխ բառից), քիմիական նշանը՝ C, ատոմային թիվն է 6, ատոմային զանգվածը՝ 12,011[5]։ 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։

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)։

Պատմական տեղեկություններ[խմբագրել]

Ածխածինը հայտնի է հեռու անցյալից։ Փայտածուխն օգտագործվել է հանքաքարերից մետաղները վերականգնելու համար, իսկ ալմաստը՝ ինչպես թանկարժեք քար։ 1789 թվականինֆրանսիացի 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[խմբագրել]

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 լատ.՝ carbō - կարբոն անվանումը։

Ֆիզիկական հատկություներ[խմբագրել]

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[խմբագրել]

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։

{{}^7_14\mathrm{N} + {}^0_1\mathrm{n} \rightarrow {}^{16}_6\mathrm{C} + {}^1_1\mathrm{H}}

Ալոտրոպ ձևափոխություններ[խմբագրել]

Ածխածնի պարզեցված դիագրամը, նշված մասեր, որոնցում ալատրոպ ձևափոխությունները կարող են լինել կայուն։ (diamond - ալմաստ, graphite - գրաֆիտ, liquid - հեղուկ, vapor - գազ)
Ածխածնի տարբեր մոդիֆիկացիաների սխեմաների կառուցվածքը
a։ ալմաստ, b։ գրաֆիտ, c։ լոնսդեյլիտ
d։ Ֆուլերեն - բակիբոլ C60, e։ ֆուլերեն C540, f։ ֆուլերենC70
g։ ամորֆ ածխածին, h։ Ածխածնային նանոխողովակներ

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[խմբագրել]

Ամորֆ ածխածին[խմբագրել]

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

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.

~\mathsf{ C + H_2O \ \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։

~\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 (Zո, 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.

~\mathsf{ 4Al + 3C \ \xrightarrow{t}\ Al_4C_3 }
~\mathsf{Ca + 2C \ \xrightarrow{t}\ CaC_2 }

Բնության մեջ[խմբագրել]

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։

Ստացում[խմբագրել]

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).

~\mathsf{CH_4\ \xrightarrow{t}\ C + 2H_2 }
Ալմաստ

Կիրառություն[խմբագրել]

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։

Տես նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. «Fourier Transform Spectroscopy of the Electronic Transition of the Jet-Cooled CCI Free Radical»։ http://bernath.uwaterloo.ca/media/42.pdf։ Վերցված է 2007 թ․ դեկտեմբերի 6–ին։ 
  3. «Carbon: Binary compounds»։ http://www.webelements.com/webelements/elements/text/C/comp.html։ Վերցված է 2007 թ․ դեկտեմբերի 6–ին։ 
  4. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.
  5. «Physical Measurement Laboratory: Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements»։ http://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl։ 

Գրականություն[խմբագրել]

  • Берёзкин В. И. Углерод: замкнутые наночастицы, макроструктуры, материалы. — СПб.։ АРТЭГО, 2013. — 450 с. — ISBN 978-5-91014-051-0
  • Бухаркина Т. В. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов / Т.В. Бухаркина, Н.Г. Дигуров. — М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1999. — 195 с. — ISBN 5-7237-0139-8
  • Ола Д.А. Химия гиперкоординированного углерода = Hupercarbon chemistry / Ола Дж., Пракаш Г.К.С., Уильямс Р.Е. и др. Перевод с англ. В.И. Минкина. — М.: Мир, 1990. — 336 с. — ISBN 5-03-001451-9
  • Сладков А. М., Кудрявцев Ю. П. Алмаз, графит, карбин — аллотропные формы углерода // Природа. 1969. № 5. — С.37—44.
  • Kirk — Othmer encyclopedia, 3 ed., vol.4, N.-Y., 1978, p. 556—709.
  • В.І. Саранчук, В. В. Ошовський, Г. О. Власов. Хімія і фізика горючих копалин . — Донецьк։ Східний видавничий дім, 2003. ?204 с.

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]

Wiktfavicon en.svg Ընթերցեք «ածխածին» բառի բացատրությունը հայերեն Վիքիբառարանում։