Классификация углерода: Углеводороды — Что такое Углеводороды?

Содержание

Углеводороды — Что такое Углеводороды?

Углеводороды – это органические соединения, состоящие из углерода и водорода.
Углеводороды служат фундаментальной основой органической химии: молекулы любых других органических соединений рассматривают как их производные.

Соотношения между углеродом и водородом в углеводородах колеблются в широких пределах (10-90 %).

Соединения углеводородов отличаются друг от друга количеством атомов углерода и водорода, строением углеродного скелета и типом связей между атомами.

Большинство углеводородов в природе встречаются в сырой нефти.

Кроме того, основными источниками углеводородов являются природный газ, сланцевый газ, попутный нефтяной газ, горючие сланцы, уголь, торф.

Классификация углеводородов

Алканы (парафины) – углеводороды общей формулы CnH2n+2, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой σ-связью, а остальные их валентности предельно насыщены атомами водорода.

Отсюда другое название алканов – предельные углеводороды.

Первым представителем данного гомологического ряда является метан СН4.

Алкены (олефины) относятся к непредельным углеводородам общей формулы CnH2n.

В молекуле алкена кроме σ-связей содержится одна π-связь.

Первый представитель гомологического ряда – этилен С2Н4, поэтому алкены называют также «этиленовыми углеводородами».

Диеновые углеводороды содержат в молекуле 2 двойные связи.

Общая формула СnН2n-2.

Первым представителем ряда является бутадиен СН2=СН–СН=СН2.

Алкинами называются углеводороды общей формулы CnH2n-2, молекулы которых содержат тройную связь.

Первый представитель гомологического ряда – ацетилен С2Н2, поэтому алкины называют также «ацетиленовыми углеводородами».

Молекулы циклоалканов содержат циклы разной величины, атомы углерода в которых связаны между собой только σ-связью.

Общая формула СnH2n.

Циклоалкены содержат одну двойную связь и имеют общую формулу СnН2n-2.

Углеводороды, имеющие кратные связи, легко вступают в реакции присоединения по месту разрыва π-связей.

Ароматические углеводороды (арены) – углеводороды общей формулы CnH2n-6.

Первые представители ароматических углеводородов были выделены из природных источников и обладали своеобразным запахом, поэтому и получили название «ароматические».

Важнейшим представителем ароматических углеводородов является бензол С6Н6.

В молекуле бензола 6 атомов углерода, соединяясь σ-связями, образуют правильный шестиугольник.

В результате сопряжения 6 свободных р-электронов образуется единое π-электронное облако над и под плоскостью кольца.

Природные источники углеводородов

Каменный уголь – плотная осадочная порода черного, иногда сepo-черного цвета, дающая на фарфоровой пластинке черную черту.

Каменный уголь представляет собой продукт глубокого разложения остатков растений, погибших миллионы лет назад (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений).

В органическом веществе угля содержится 75-92 % углерода, 2,5-5,7 % водорода, 1,5-15 % кислорода.

Международное название элемента углерода происходит от лат. carbō («уголь»).

Природный газ – полезное ископаемое, основным компонентом которого является метан СН4 (75-98 %).

В природном газе содержатся также его ближайшие гомологи: этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н10 и следовые количества более тяжелых легкокипящих углеводородов.

Существует следующая закономерность: чем выше относительная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его количество в природном газе.

Содержание сероводорода и его органических производных (тиолов) в природном газе в сумме может достигать 5-25 %.

Попутные нефтяные газы – газы, которые находятся в природе над нефтью или растворены в ней под давлением.

Их состав может быть выражен примерным соотношением компонентов: метан – 31 %, этан – 7,5 %, пропан – 21,5 %,

бутан – 20 %, пентан и гексан (легкокипящие жидкости) – 20 %.

С каждой тонной добытой нефти выделяется около 50 м3 газов, которые вплоть до середины 20го в. сжигали в факелах, причиняя двойной ущерб – теряли ценное сырье и загрязняли атмосферу.

Первым предприятием в России, на котором стали использовать попутные нефтяные газы, стала Сургутская ГРЭС.

6 основных энергоблоков, работающих на попутном газе, были введены в строй в 1985-1988 гг.

В настоящее время попутные нефтяные газы улавливают и используют как топливо (в том числе и автомобильное) и ценное химическое сырье.

Нефть – смесь углеводородов от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом.

Нефть намного легче воды и в ней не растворяется.

В зависимости от происхождения нефть может содержать большое количество алифатических, циклических или ароматических углеводородов.

Так, например, бакинская нефть богата циклоалканами и содержит сравнительно небольшое количество алифатических предельных углеводородов.

Значительно больше алканов в грозненской, ферганской, а также нефти штата Пенсильвания (США).

Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.

В небольших количествах в состав нефти могут входить также кислородсодержащие соединения, как, например, альдегиды, кетоны, эфиры и карбоновые кислоты.

Классификация органических веществ — урок. Химия, 8–9 класс.

Органических веществ известно более двадцати пяти миллионов. Для того чтобы разобраться во всём их многообразии, используют классификацию.

 

В основу современной классификации органических соединений положены два признака:

  • строение углеродного скелета молекулы;
  • наличие в молекуле функциональных групп.

По строению углеродной цепи   все соединения делят на алифатические (с незамкнутой цепью атомов углерода) и циклические (с замкнутым в цикл углеродным скелетом).

 

Алифатические соединения могут иметь разное строение углеродной цепи.

 

Среди циклических веществ выделяют карбоциклические (в цикле только атомы углерода) и гетероциклические (кроме углерода содержат в цикле атомы кислорода или азота).

 

 

Атомы кислорода и азота в состав органических веществ входят в виде функциональных групп.

Функциональная группа — это группа атомов, которая определяет свойства вещества.

По наличию функциональной группы   выделяют углеводороды (состоят из атомов углерода и водорода) и их производные.

 

С учётом связей между атомами углерода органические вещества делятся на насыщенные (с одинарными связями между атомами углерода) и ненасыщенные (с двойными и тройными связями).

 

  

Среди производных углеводородов можно выделить кислородсодержащие и азотсодержащие (содержат в молекулах третий элемент).

 

 

В зависимости от состава функциональной группы среди производных выделяют спирты  R—OH, карбоновые кислоты R—COOH, амины R—Nh3 и другие классы веществ.

ICSC 0702 — УГЛЕРОД

ICSC 0702 — УГЛЕРОД

УГЛЕРОДICSC: 0702
Апрель 2017
CAS #: 7440-44-0
UN #: 1361 (животного или растительного происхождения)
EINECS #: 231-153-3

 ОСОБЫЕ ОПАСНОСТИПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫТУШЕНИЕ ПОЖАРА
ПОЖАР И ВЗРЫВОчень легко воспламеняется в виде порошка. Горючее.  Мелкодисперсные частицы образуют в воздухе взрывчатые смеси. НЕ использовать открытый огонь, НЕ допускать образование искр, НЕ КУРИТЬ.  Замкнутая система, взрывозащищенное (для пыльной среды) электрическое оборудование и освещение. Не допускать оседания пыли. Предотвращать образование электростатического заряда (например, используя заземление). Использовать распыленную воду, порошок, пену, двуокись углерода.  В случае пожара: охлаждать бочки и т.д. распыляя воду. 

   
 СИМПТОМЫПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫПЕРВАЯ ПОМОЩЬ
Вдыхание   
Кожа   
Глаза Использовать защитные очки. Прежде всего промыть большим количеством воды (снять контактные линзы, если это возможно сделать без затруднений), затем обратится за медицинской помощью. 
Проглатывание   

ЛИКВИДАЦИЯ УТЕЧЕККЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА
Индивидуальная защита: Респиратор с сажевым фильтром, подходящий для концентрации вещества в воздухе. Смести просыпанное вещество в закрытые контейнеры. При необходимости, сначала намочить, чтобы избежать появления пыли. Хранить и утилизировать в соответствии с местными правилами. 

Согласно критериям СГС ООН

ОПАСНО

Спонтанно воспламеняется при соприкосновении с воздухом 

Транспортировка
Классификация ООН
Класс опасности по ООН: 4. 2; Группа упаковки по ООН: III 

ХРАНЕНИЕ
Обеспечить огнестойкость. Отдельно от сильных окислителей. 
УПАКОВКА
Герметичная. 

Исходная информация на английском языке подготовлена группой международных экспертов, работающих от имени МОТ и ВОЗ при финансовой поддержке Европейского Союза.
© МОТ и ВОЗ 2018

УГЛЕРОДICSC: 0702
ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Агрегатное Состояние; Внешний Вид

ЧЁРНОЕ ПОРОШКООБРАЗНОЕ ИЛИ ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО В РАЗЛИЧНЫХ ФОРМАХ. В ЧИСТОМ ВИДЕ НЕ ИМЕЕТ ЗАПАХА. 

Физические опасности

При смешении вещества виде порошка или гранул с воздухом возможен взрыв. Если вещество сухое, то оно может получать электростатический заряд от счет завихрения, пневматической транспортировки, разливки и т.д. 

Химические опасности

Вещество может спонтанно воспламеняться при контакте с воздухом. При сгорании образует угарный газ при недостаточной вентиляции. Вещество является сильным восстановителем. Активно вступает в реакцию с окислителями, такими как броматы, хлораты и нитраты. 

Формула: C
Атомная масса: 12

Температура кипения: >4000°C
Температура плавления: >3500°C
Относительная плотность (вода = 1): 1.8-3.51
Растворимость в воде: не растворяется 

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ И ЭФФЕКТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Пути воздействия

 

Эффекты от кратковременного воздействия

 

Риск вдыхания

Концентрация частиц в воздухе, вызывающая неприятные ощущения, может быть достигнута быстро при распылении.  

Эффекты от длительного или повторяющегося воздействия

 

Предельно-допустимые концентрации
 

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
 

ПРИМЕЧАНИЯ
Health effects of exposure to the substance have been extensively investigated but none has been found.
This card applies to pure carbon in a non-fibrous form.
Carbon fibres or carbon containing polycyclic aromatic hydrocarbons may pose different hazards.
См. карты ICSC 0471 и 0893. 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
 
Классификация ЕС
 

(ru)Ни МОТ, ни ВОЗ, ни Европейский Союз не несут ответственности за качество и точность перевода или за возможное использование данной информации.
© Версия на русском языке, 2018

КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ. МОНОСАХАРИДЫ. «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ», Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.

Углеводы
можно определить как альдегидные или кетонные производные полиатомных
(содержащих более одной ОН-группы) спиртов или как соединения, при гидролизе
которых образуются эти производные.

Согласно
принятой в настоящее время классификации, углеводы подразделяются на три
основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

МОНОСАХАРИДЫ

Моносахариды
можно рассматривать как производные многоатомных спиртов, содержащие
карбонильную (альдегидную или кетонную) группу. Если карбонильная группа
находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид и называется
альдозой; при любом другом положении этой группы моносахарид является кетоном и
называется кетозой.

Простейшие
представители моносахаридов – триозы: глицеральдегид и диоксиацетон. При
окислении первичной спиртовой группы трехатомного спирта – глицерола –
образуется глицеральдегид (альдоза), а окисление вторичной спиртовой группы
приводит к образованию диоксиацетона (кетоза).

Стереоизомерия моносахаридов. Все моносахариды содержат асимметричные атомы углерода:
альдотриозы – один центр асимметрии, альдо-тетрозы – 2, альдопентозы – 3,
альдогексозы – 4 и т.д. Кетозы содержат на один асимметричный атом меньше, чем
альдозы с тем же числом углеродных атомов. Следовательно, кетотриоза
диоксиацетон не содержит асимметричных атомов углерода. Все остальные
моносахариды могут существовать в виде различных стереоизомеров.

Общее число стереоизомеров
для любого моносахарида выражается формулой N = 2n, где
N – число стереоизомеров, а n – число
асимметричных атомов углерода. Как отмечалось, глицеральдегид содержит только
один асимметричный атом углерода и поэтому может существовать в виде двух
различных стереоизомеров.

Изомер
глицеральдегида, у которого при проекции модели на плоскость ОН-группа у
асимметричного атома углерода расположена с правой стороны, принято считать
D-глицеральдегидом, а зеркальное отражение – L-глицеральдегидом:

Альдогексозы
содержат четыре асимметричных атома углерода и могут существовать в виде 16
стереоизомеров (24), представителем которых является, например,
глюкоза. Для альдопентоз и альдотетроз число сте-реоизомеров равно
соответственно 23 = 8 и 22 = 4.

Все изомеры
моносахаридов подразделяются на D- и L-формы (D-и
L-конфигурация) по сходству расположения групп атомов у последнего центра
асимметрии с расположением групп у D- и L-глицеральдегида.
Природные гексозы: глюкоза, фруктоза, манноза и галактоза – принадлежат, как
правило, по стереохимической конфигурации к соединениям D-ряда (схема 5.1).

Известно, что
природные моносахариды обладают оптической активностью. Способность вращать
плоскость поляризованного луча света – одна из важнейших особенностей веществ
(в том числе моносахаридов), молекулы которых имеют асимметричный атом углерода
или асимметричны в целом. Свойство вращать плоскость поляризованного луча
вправо обозначают знаком плюс (+), а в противоположную сторону – знаком минус
(–). Так, D-глицеральдегид вращает плоскость поляризованного луча вправо, т. е.
D-глицеральдегид является D(+)-альдотриозой, а L-гли-церальдегид –
L(–)-альдотриозой. Однако направление угла вращения поляризованного луча,
которое определяется асимметрией молекулы в целом, заранее непредсказуемо.
Моносахариды, относящиеся по стереохимической конфигурации к D-ряду, могут быть
левовращающими. Так, обычная форма глюкозы, встречающаяся в природе, является
правовращающей, а обычная форма фруктозы – левовращающей.

Циклические (полуацетальные) формы моносахаридов. Любой моносахарид с конкретными
физическими свойствами (температура плавления, растворимость и т.д.)
характеризуется специфической величиной удельного вращения [α]D20.

Схема 5.1 СЕМЕЙСТВО D-KETОЗ, СОДЕРЖАЩИХ 3-6
АТОМОВ УГЛЕРОДА

 

Явление
мутаротации имеет объяснение. Известно, что альдегиды и кетоны легко и
обратимо реагируют с эквимолярным количеством спирта с образованием
полуацеталей:

Реакция
образования полуацеталя возможна и в пределах одной молекулы, если это не
связано с пространственными ограничениями. По теории А. Байера,
внутримолекулярное взаимодействие спиртовой и карбонильной групп наиболее
благоприятно, если оно приводит к образованию пяти- или шестичленных циклов.
При образовании полуацеталей возникает новый асимметрический центр (для
D-глюкозы это С-1). Шестичленные кольца сахаров называют пиранозами, а
пятичленные – фуранозами. α-Форма – это форма, у которой расположение полуацетального
гидроксила такое же, как у асимметричного углеродного атома, определяющего
принадлежность к D- или L-ряду. Иными
словами, в формулах с α-моди-фикацией моносахаридов D-ряда полуацетальный
гидроксил пишут справа, а в формулах представителей L-ряда – слева. При
написании β-формы поступают
наоборот.

Таким
образом, явление мутаротации связано с тем, что каждый твердый препарат
углеводов представляет собой какую-либо одну циклическую (полуацетальную)
форму, но при растворении и стоянии растворов эта форма через альдегидную
превращается в другие таутомерные циклические формы до достижения состояния
равновесия. При этом значение удельного вращения, характерное для исходной
циклической формы, постепенно меняется. Наконец, устанавливается постоянное удельное
вращение, которое характерно для равновесной смеси таутомеров. Например,
известно, что в водных растворах глюкоза находится главным образом в виде α- и
β-глюкопираноз, в меньшей степени – в виде α- и
β-глюкофураноз и совсем небольшое количество глюкозы – в
виде альдегидной формы.

Следует
подчеркнуть, что из различных таутомерных форм глюкозы в свободном состоянии
известны лишь α- и β-пиранозы. Существование малых
количеств фураноз и альдегидной формы в растворах доказано, но в свободном
состоянии они не могут быть выделены вследствие своей неустойчивости.

Установлено,
что величина удельного вращения при растворении
любого моносахарида постепенно меняется и лишь при дли тельном
стоянии раствора достигает вполне определенного значения. Например, для
свежеприготовленного раствора глюкозы [α]D20= +112,2°, после
длительного стояния раствора эта величина достигает равновесного значения [α]D20= +52,5°.
Изменение величины удельного вращения при стоянии (во
времени) растворов моносахаридов называется мутаротацией. Очевидно,
мутаротация должна вызываться изменением асимметрии молекулы, а следовательно,
трансформацией ее структуры в растворе.

В 20-х годах
У. Хеуорс предложил более совершенный способ написания структурных формул
углеводов. Формулы Хеуорса – шести- или пятиугольники, причем они изображены в
перспективе: кольцо лежит в горизонтальной плоскости. Находящиеся ближе к
читателю связи изображают более жирными линиями (углеродные атомы цикла не
пишут). Заместители, расположенные справа от остова молекулы при ее
вертикальном изображении, помещают ниже плоскости кольца, а заместители,
находящиеся слева,– выше плоскости кольца. Обратное правило применяют только
для того единственного углеродного атома, гидроксильная группа которого
участвует в образовании циклического полуацеталя. Так, у D-сахаров группу СН2ОН
пишут над этим атомом углерода, а водородный атом при нем – внизу.

Наконец,
следует помнить, что при написании структурных формул по Хеуорсу гидроксильная
группа при С-1 должна быть расположена ниже плоскости кольца в α-форме и
выше – в β-форме:

Проекционные
формулы Хеуорса не отражают подлинной конформации моносахаридов. Подобно
циклогексану, пиранозное кольцо может принимать две конфигурации – форму кресла
и форму лодки (конформацион-ные формулы). Форма кресла обычно более устойчива,
и, по-видимому, именно она преобладает в большей части природных сахаров (рис.
5.1).


Предыдущая страница |
Следующая страница

СОДЕРЖАНИЕ

Классификация железоуглеродистых сплавов

Все железоуглеродистые сплавы, в соответствии с диаграммой железо-углерод, подразделяются на техническое железо (содержание углерода в сплаве менее 0,02%), стали (содержание углерода в сплаве от 0,02% до 2,14%) и чугуны (содержание углерода более 2,14%)

Характеристика сталей

Стали — сплавы железа (Fe) с углеродом (С), с содержанием последнего не более 2,14%. Стали характеризуются достаточно высокой плотностью (7,7 — 7,9 г/см3) и другими физическими величинами:*

  • Удельная теплоёмкость при 20°C: 462 Дж/(кг·°C)
  • Температура плавления: 1450—1520°C
  • Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг)
  • Коэффициент линейного теплового расширения при температуре около 20°C: 11,5·10-6 1/°С
  • Коэффициент теплопроводности при температуре 100°С: 30 Вт/(м·К)

*Данные характеристики представляют среднее значение. Фактическая величина свойств зависит от содержания углерода и легирующих элементов в стали. Для ее точного определения стоит пользоваться марочниками сталей и сплавов.

На практике используются стали с содержанием углерода не более 1,3%, т.к. при его более высоком содержании увеличивается хрупкость.

Классификация сталей

Стали характеризуются или классифицируются по множеству признаков:

Классификация по химическому составу

  • углеродистые стали — классифицируются в зависимости от содержания углерода в %:
    • низкоуглеродистые (< 0,25 %C)
    • среднеуглеродистые (0,25-0,65 %C)
    • высокоуглеродистые (> 0,65 %C)
  • легированные стали — классифицируются в зависимости от суммарного содержания легирующих элементов в %:
    • низколегированные (< 2,5%)
    • среднелегированные (2,5-10 %)
    • высоколегированные (> 10 %)

Если содержание Fe меньше 45 %, то это сплав, на основе элемента самого высокого содержания. Если содержание Fe больше 45 %, то это сталь.

Классификация по назначению

  • конструкционные – применяются для изготовления деталей машин и механизмов, содержание углерода <0,8%. Конструкционные подразделяются на цементуемые, с содержанием углерода <0,3% и улучшаемые, с содержанием углерода >0,3%. Основную классификацию и группы конструкционных сталей можно посмотреть здесь
  • инструментальные – применяются для изготовления мерительного, режущего инструмента, штампов горячего и холодного деформирования. Содержание углерода >0,8%;
  • с особыми свойствами: электротехнические, с особыми магнитными свойствами, жаропрочные, износостойкие и др.

Классификация по структуре

Классификация по Обергофферу — по структуре в равновесном состоянии

Изначально эта классификация содержала только 4 типа сталей:

  • доэвтектоидные
  • эвтектоидные
  • заэвтектоидные
  • ледебуритные (имеющие в литом состоянии эвтектику)

Позже были внесены дополнения:

  • ферритные
  • аустенитные

Равновесное состояние — состояние сплава или стали после медленного охлаждения, чаще всего после отжига

Классификация по Гийе — по структуре после нормализации (нагрева и охлаждения на воздухе)

  • перлитные
  • мартенситные
  • ферритные
  • аустенитные
  • карбидные

Также могут быть смешанные классы: феррито-перлитный, аустенитно-ферритный и т.д.

Классификация сталей по качеству

Количественным показателем качества является содержания вредных примесей- серы и фосфора:

  • обыкновенного качества (S≤0,05, P≤0,04)
  • качественные стали (S, P ≤0,035)
  • высококачественные (S, P ≤0,025)
  • особовысококачественные (S≤0,015, P≤0,025)

Классификация по способу выплавки

  • в мартеновских печах
  • в кислородных конверторах
  • в электрических печах: электродуговых, индукционных и др.

Классификация по степени раскисления

  • кипящие (кп)
  • полуспокойные (пс)
  • спокойные (сп)

Расширенные характеристики и свойства (технологические, физические… химический состав) некоторых марок сталей смотрите здесь.

Классификация и маркировка чугунов

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.

Классификация чугунов

В зависимости от состояния углерода в чугуне, его подразделяют на следующие виды:

  • белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида

Такой чугун может быть доэвтектическими и заэвтектическими, а разделяет их эвтектический чугун (4,31% С). Структура доэвтектического чугуна – перлит, вторичный цементит и ледебурит, заэвтектического – первичный цементит с ледебуритом.

  • графитизированный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава. Такие чугуны подразделяют на:
    • серые — пластинчатая или червеобразная форма графита (ЧПГ)
    • высокопрочные — с шаровидным графитом (ЧШГ)
    • ковкие — хлопьевидный графит (ЧХГ)
    • чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) — имеет промежуточные свойства между СЧ и ВЧ. По форме графита напоминает СЧ, но имеет более толстые и более короткие пластины с округленными концами

Еще чугуны классифицируются по основе, в которой расположен графит. Основа может быть перлитной, ферритной, феррито-перлитной.

Маркировка чугунов

Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами «СЧ» (ГОСТ 1412-85), высокопрочный — «ВЧ» (ГОСТ 7293-85), ковкий — «КЧ» (ГОСТ 1215-85).

Пример маркировки

СЧ10 — серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 — высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 — ковкий чугун с δв растяжением примерно 350 МПа.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ — антифрикционный чугун: С — серый, В — высокопрочный, К — ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.

Чугуны специального назначения

К этой группе чугунов относятся жаростойкие (ГОСТ 7769—82), жаропрочные и коррозионностойкие (ГОСТ 11849—76) чугуны. Сюда же можно отнести немагнитные, износостойкие и антифрикционные чугуны.

Жаростойкими являются серые и высокопрочные чугуны, легированные кремнием (ЧС5) и хромом (4Х28, 4Х32). Высокой термо- и жаростойкостью обладают аустенитные чугуны: высоколегированный никелевый серый ЧН15Д7 и с шаровидным графитом ЧН15ДЗШ.

К жаропрочным относятся аустенитные чугуны с шаровидным графитом ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Ш.

В качестве коррозионностойких применяют чугуны, легированные кремнием (ферросилиды) — ЧС13, ЧС15, ЧС17 и хромом — 4Х22, 4Х28, 4Х32. Для повышения коррозионной стойкости кремнистых чугунов их легируют молибденом (4С15М4, 4С17МЗ — антихлоры). Высокой коррозионной стойкостью в щелочах обладают никелевые чугуны, например аустенитный чугун 4Н15Д7.

В качестве немагнитных чугунов также применяются аустенитные чугуны.

К износостойким чугунам относятся половинчатые и отбеленные чугуны. К износостойким половинчатым чугунам относится, например, серый чугун марки И4НХ2, легированный никелем и хромом, а также чугуны И4ХНТ, И4Н1МШ (с шаровидным графитом).

Растворитель металлов — https://www.dcpt.ru

Углеродистая сталь — свойства, марки, классификация и применение сталей

Сталь – это сплав, состоящий из двух обязательных компонентов, – железа и углерода. Дополнительные элементы – кремний менее 1%, марганец менее 1%, сера – менее 0,05%, фосфор менее 0,06%. Содержание углерода не более 2,14%. Сплавы с процентным соотношением C, превышающим 2,14%, относятся к чугунам. По химическому составу марки стали разделяют на углеродистые и легированные, которые содержат дополнительные добавки, придающие материалу желаемые характеристики. Углеродистые стальные сплавы классифицируют по степени раскисления, содержанию углерода, качеству.

Классификация углеродистых сталей по степени раскисления

Спокойные

Такие сплавы обладают наиболее однородной структурой. Для раскисления используют алюминий, ферросилиций и ферромарганец, которые практически полностью удаляют находящие в расплаве газы. Сочетание практически полного отсутствия газов с мелкозернистой структурой, обусловленной наличием остаточного алюминия, обеспечивает хорошее качество металла. Эти марки подходят для изготовления деталей, изделий и конструкций ответственного назначения. Основной недостаток – высокая стоимость.

Кипящие

Это наиболее дешевая и наименее качественная группа. Из-за использования минимального количества добавок для раскисления в материале присутствуют растворенные газы, которые являются причиной неоднородности структуры, химического состава, а следовательно механических свойств. Такие металлы обладают плохой свариваемостью, поскольку из-за присутствия газов высока вероятность образования трещин на швах.

Полуспокойные

Группа занимает промежуточное положение по стоимости и характеристикам. В отливке образуется гораздо меньше газовых пузырьков, по сравнению с кипящими сталями. При прокатке внутренние дефекты в основной массе устраняются. Такие материалы часто применяются в качестве конструкционных сплавов.

Виды нелегированных углеродистых сталей по содержанию углерода

Низкоуглеродистые с содержанием C не более 0,25%

Большая часть этой продукции выпускается в виде холоднокатаных или отожженных листов и полос. Свойства, а следовательно области ее применения, зависят от процентного соотношения компонентов:

  • До 0,1% C, Mn менее 0,4%. Высокая способность к горячей деформации и холодному волочению. Материалы востребованы при производстве проволоки, очень тонкого листа, используемого при изготовлении тары, а также для изготовления корпусов автомобилей.
  • C 0,1-0,25%. Способность к деформированию ниже, чем у вышеописанной группы, но твердость и прочность выше. Часто эти марки востребованы для производства деталей с цементуемым поверхностным слоем. Процесс цементации позволяет получить износостойкий поверхностный слой в сочетании с вязкой сердцевиной. Это актуально для валов и шестерен.
  • C на уровне 0,25%, Mn и Al – до 1,5%. Обладают высокой вязкостью. В металлы, предназначенные для штамповки, ковки, производства бесшовного трубного проката и листа для котлов, алюминий не добавляют.
  • C на уровне 0,15%, Mn – до 1,2%, Pb до 0,3% или без него, минимальное количество Si. Эту группу применяют в массовом производстве на автоматических линиях деталей, не предназначенных для восприятия серьезных механических и температурных нагрузок. Для изделий с высокими требованиями по пластичности, вязкости, коррозионной стойкости сплавы не применяются.

Среднеуглеродистые с C0,2-0,6%

Содержание марганца обычно находится в пределах 0,6-1,65%. Применяются при производстве продукции, запланированной для эксплуатации при высоких нагрузках. Обычно их производят спокойными. Упрочняются нагартовкой или термообработкой. Все стали этой группы могут подвергаться ковке. Данная металлопродукция широко применяется в машиностроении. Марки с высоким содержанием углерода (0,4-0,6%) востребованы при производстве железнодорожных рельсов, колес и осей вагонов.

Высокоуглеродистые – 0,6-2,0%

Повышение количества углерода до 1% приводит к росту прочности и твердости при постепенном снижении предела текучести и пластичности. При росте процентного соотношения C выше 1% начинается формирование грубой сетки из вторичного мартенсита, приводящей к понижению прочности материала. Поэтому стали с содержанием C более 1,3% практически не изготавливают.

Высокоуглеродистые марки имеют высокую себестоимость изготовления, обладают низкой пластичностью, плохо свариваются. Область применения этой группы достаточно ограничена – производство режущего инструмента, в том числе предназначенного для землеройной и сельскохозяйственной техники, изготовление высокопрочной проволоки.

Классификация конструкционных углеродистых сталей по качеству, их маркировка и применение

Конструкционные стали обыкновенного качества

Их производят в соответствии с ГОСТом 380-2005, в продажу поставляют в виде листового, сортового и фасонного проката. ГОСТ подразумевает выпуск следующих марок:

  • Ст0;
  • Ст1пс, Ст1сп, Ст1кп;
  • Ст2пс, Ст2сп, Ст2кп;
  • Ст3пс, Ст3сп, Ст3кп, Ст3Гсп, Ст3Гпс;
  • Ст4пс, Ст4сп, Ст4кп;
  • Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс;
  • Ст6пс, Ст6сп.

Буквенно-цифровая маркировка этой группы сплавов:

  • Ст – сталь;
  • цифры 0-6 обозначают номер марки;
  • наличие в обозначении буквы «Г» указывает на присутствие марганца в количестве 0,8% и более;
  • последние две буквы характеризуют степень раскисления, сп – спокойная, пс – полуспокойная, кп – кипящая.

Сталь качественная конструкционная

Изготавливается в соответствии с ГОСТом 1050-2-13 следующих марок – 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, а также марки 55ПП, 60ПП, 60ПП «селект» – пониженной прокаливаемости. В маркировке таких сплавов указывают степени раскисления, если они относятся к кипящим или полуспокойным, например 10 кп или 10 пс. Индекс сп в обозначении качественных конструкционных марок не указывается.

Классификация огнетушителей в зависимости от вида огнетушащего средства

 

Огнетушитель — ручное или стационарное устройство для пожаротушения. Ручной огнетушитель обычно представляет собой цилиндрический баллон красного цвета с соплом или трубкой. При введении огнетушителя в действие из его сопла под большим давлением начинает выходить вещество, способное потушить огонь. Таким веществом может быть пена, вода, какое-либо химическое соединение в виде порошка, а также диоксид углерода, азот и другие химически инертные газы. Огнетушители в России должны находиться во всех производственных помещениях, а правила дорожного движения многих стран обязывают держать огнетушитель в каждом автомобиле.

Огнетушители различают по способу срабатывания:

автоматические (самосрабатывающие) — обычно стационарно монтируются в местах возможного возникновения пожара;

ручные (приводятся в действие человеком) — располагаются на специально оформленных стендах.

Огнетушители различаются по принципу действия:

углекислотные,

воздушно-пенные,

порошковые,

водные.

По объему корпуса:

ручные малолитражные с объемом корпуса до 5 л;

 промышленные ручные с объемом корпуса от 5 до 10 л;

 стационарные и передвижные с объемом корпуса свыше 10 л.

 По способу подачи огнетушащего состава:

под давлением газов, образующихся в результате химической реакции компонентов заряда;

под давлением газов, подаваемых из специального баллончика, размещенного в корпусе огнетушителя;

под давлением газов, закаченных в корпус огнетушителя;

под собственным давлением огнетушащего средства.

По виду пусковых устройств:

с вентильным затвором;

с запорно-пусковым устройством пистолетного типа;

с пуском от постоянного источника давления.

Огнетушители маркируются буквами, характеризующими вид огнетушителя, и цифрами, обозначающими его вместимость.

Огнетушители пенные

Предназначены для тушения пожаров огнетушащими пенами: химической или воздушно-механической. Химическую пену получают из водных растворов кислот и щелочей, воздушно-механическую образуют из водных растворов и пенообразователей потоками рабочего газа: воздуха, азота иди углекислого газа. Химическая пена состоит из 80 % углекислого газа, 19,7 % воды и 0,3 % пенообразующего вещества, воздушно-механическая примерно из 90 % воздуха, 9,8 % воды и 0,2 % пенообразователя.

Пенные огнетушители применяют для тушения пеной начинающихся загораний почти всех твердых веществ, а также горючих и некоторых легковоспламеняющихся жидкостей на площади не более 1 м². Тушить пеной загоревшиеся электрические установки и электросети, находящиеся под напряжением, нельзя,[www.theredstar.ru завод Красная Звезда] так как она является проводником электрического тока. Кроме того, пенные огнетушители нельзя применять при тушении щелочных металлов натрия и калия, потому что они, взаимодействуя с водой, находящейся в пене, выделяют водород, который усиливает горение, а также при тушении спиртов, так как они поглощают воду, растворяясь в ней, и при попадании на них пена быстро разрушается. Современные пенные огнетушители используют в качестве газообразующего реагента азид натрия, который легко разлагается с выделением большого количества азота.

К недостаткам пенных огнетушителей относится узкий температурный диапазон применения (5—45 °C), высокая коррозийная активность заряда, возможность повреждения объекта тушения, необходимость ежегодной перезарядки.

Огнетушители газовые

К их числу относятся углекислотные, в которых в качестве огнетушащего вещества применяют сжиженный диоксид углерода (углекислоту), а также аэрозольные и углекислотно-бромэтиловые, в качестве заряда в которых применяют галоидированные углеводороды, при подаче которых в зону горения тушение наступает при относительно высокой концентрации кислорода (14—18 %).

Углекислотные огнетушители выпускаются как ручные, так и передвижные. Ручные огнетушители одинаковы по устройству и состоят из стального высокопрочного баллона, в горловину которого ввернуто запорно-пусковое устройство вентильного или пистолетного типа, сифонной трубки, которая служит для подачи углекислоты из баллона к запорно-пусковому устройству, и раструба-снегообразователя. Для приведения в действие углекислотного огнетушителя необходимо направить раструб-снегообразователъ на очаг пожара и отвернуть до отказа маховичок или нажать на рычаг запорно-пускового устройства. При переходе углекислоты из жидкого состояния в газообразное происходит увеличение её объема в 400—500 раз, сопровождаемое резким охлаждением [www. theredstar.ru завод Красная Звезда] до температуры −72 °C и частичной кристаллизацией; во избежание обморожения рук нельзя дотрагиваться до металлического раструба. Эффект пламегашения достигается двояко: понижением температуры очага возгорания ниже точки воспламенения, и вытеснением кислорода из зоны горения негорючим углекислым газом.

Огнетушители порошковые

Для тушения небольших очагов загораний горючих жидкостей, газов, электроустановок напряжением до 1000 В, металлов и их сплавов используются порошковые огнетушители. Во время пользования снимают крышку огнетушителя и через сетку порошок вручную распыливают на очаг горения. Образующееся устойчивое порошковое облако изолирует кислород воздуха и ингибирует горение.

Огнетушители порошковые самосрабатывающие

Предназначены для тушения без участия человека огнетушащими порошками типа АВС загораний твердых и жидких веществ, нефтепродуктов, электро-оборудования под напряжением до 5000 В, в небольших складских, технологических, бытовых помещениях, гаражах и пр. без постоянного пребывания в них людей. При необходимсти могут использоваться вместо или вместе с переносными.

Модули аэрозольного пожаротушения

Установки аэрозольного пожаротушения относятся к объемным средствам борьбы с огнем. Они обладают достоинствами традиционных огнетушащих веществ — газов (высокая проникающая способность) и порошков (высокая эффективность тушения и простота хранения). В то же время аэрозоли имеют ряд неоспоримых преимуществ. Это, прежде всего, отсутствие токсичных и экологически опасных продуктов выделения, которые образуются при применении химически активных галоидоуглеводородов. Очевидным достоинством аэрозоля в сравнении с обычным порошком является его высокая проникающая способность и отсутствие быстрого оседания взвеси. В настоящее время отечественными предприятиями выпускается несколько серий установок [www. theredstar.ru завод Красная Звезда] аэрозольного пожаротушения. Все они используют одинаковый принцип формирования аэрозоля, основанный на процессе сжигания некоторых твердых химических составов. В результате этого образуется струя горячей смеси газов и твердых микрочастиц, которые, заполняя объем, гасят пламя. Высокотемпературная струя выделяемого вещества представляет известную опасность для людей и предметов, находящихся в непосредственной близости от установки. Именно поэтому одним из основных показателей качества установки является низкая температура струи. При необходимости могут использоваться вместо или вместе с переносными. 

 фото

Carbon — экспертная письменная, удобная для пользователя информация об элементах

Углерод, химический элемент, относится к неметаллам. Это известно с давних времен. Его первооткрыватель и дата открытия неизвестны.

Зона данных

Классификация: Карбон — неметалл
Цвет: черный (графит), прозрачный (алмаз)
Атомный вес: 12.011
Состояние: цельный
Температура плавления: 3550 o C, 3823 K
Примечание: при нормальном атмосферном давлении углерод не плавится при нагревании, он возгоняется.т.е. он претерпевает фазовый переход непосредственно из твердого состояния в газ. При увеличении давления до 10 атмосфер наблюдается плавление углерода (графита) при температуре 3550 ° C.
Температура кипения: 3825 o C, 4098 K
Указанная точка кипения регистрируется, когда давление паров графита над сублимируемым графитом достигает 1 атмосферы.
Электронов: 6
Протонов: 6
Нейтронов в наиболее распространенном изотопе: 6
Электронные оболочки: 2,4
Электронная конфигурация: 2 2 2п 2
Плотность при 20 o C: 2. 267 г / см 3 (г), 3,513 г / см 3 (ди)

Показать больше, в том числе: тепла, энергии, окисления, реакций,
соединений, радиусов, проводимости

Атомный объем: 5,31 см 3 / моль (г), 3,42 см 3 / моль (ди)
Состав: гексагональных слоев (графит), четырехгранных (алмаз)
Твердость: 0,5 mohs (графит), 10,0 mohs (алмаз)
Удельная теплоемкость 0.71 Дж г -1 K -1 (графит),
0,5091 Дж г -1 K -1 (алмаз)
Теплота плавления 117 кДж моль -1 (графит)
Теплота распыления717 кДж моль -1
Теплота испарения710,9 кДж моль -1
1 st энергия ионизации 1086,5 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации 2352.6 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации 4620,5 кДж моль -1
Сродство к электрону 121,55 кДж моль -1
Минимальная степень окисления -4
Мин. общее окисление нет. -4
Максимальное число окисления 4
Макс. общее окисление нет. 4
Электроотрицательность (шкала Полинга) 2.55
Объем поляризуемости 1,8 Å 3
Реакция с воздухом энергичный, ⇒ CO 2
Реакция с 15 M HNO 3 мягкий, w / ht ⇒ C 6 (CO 2 H) 6 (меллитовая / графитовая кислота)
Реакция с 6 M HCl нет
Реакция с 6 М NaOH нет
Оксид (оксиды) CO, CO 2
Гидрид (-ы) CH 4 и многие C x H y
Хлориды CCl 4
Атомный радиус 70 вечера
Ионный радиус (1+ ион)
Ионный радиус (2+ ионов)
Ионный радиус (3+ ионов)
Ионный радиус (1-ионный)
Ионный радиус (2-ионный)
Ионный радиус (3-ионный)
Теплопроводность 25-470 Вт м -1 K -1 (графит), 470 Вт м -1 K -1 (алмаз)
Электропроводность 0. 07 x 10 6 См -1
Температура замерзания / плавления: 3550 o C, 3823 K

Модели структуры углеродных нанотрубок.

Лавуазье использует гигантскую линзу в экспериментах по горению

На поверхности графена находится наночастица оксида индия и олова, которая помогает закрепить две наночастицы платины (синие) для улучшения катализа в топливном элементе. Изображение: PNL.

Открытие углерода

Доктор.Дуг Стюарт

Углерод известен с древних времен в виде сажи, древесного угля, графита и алмазов. Древние культуры, конечно, не осознавали, что эти вещества были разными формами одного и того же элемента

.

Французский ученый Антуан Лавуазье назвал углерод и провел множество экспериментов, чтобы раскрыть его природу.

В 1772 году он объединил ресурсы с другими химиками, чтобы купить алмаз, который они поместили в закрытую стеклянную банку. Они сфокусировали солнечные лучи на алмазе с помощью замечательной гигантской лупы и увидели, как алмаз загорелся и исчез.

Лавуазье отметил, что общий вес сосуда не изменился, и что когда он сгорел, алмаз соединился с кислородом с образованием диоксида углерода. (1), (2) Он пришел к выводу, что алмаз и древесный уголь сделаны из одного и того же элемента — углерода.

В 1779 году шведский ученый Карл Шееле показал, что графит сгорает с образованием углекислого газа и, следовательно, должен быть другой формой углерода. (3)

В 1796 году английский химик Смитсон Теннант установил, что алмаз — это чистый углерод, а не соединение углерода; он сгорел, образуя только углекислый газ.

Теннант также доказал, что при сжигании угля и алмазов равного веса образуется одинаковое количество углекислого газа. (4)

В 1855 году английский химик Бенджамин Броди произвел чистый графит из углерода, доказав, что графит является одной из форм углерода. (4)

Хотя ранее это предпринималось безуспешно, в 1955 году американский ученый Фрэнсис Банди и его коллеги из General Electric наконец продемонстрировали, что графит может превращаться в алмаз при высокой температуре и высоком давлении. (5)

В 1985 году Роберт Керл, Гарри Крото и Ричард Смолли открыли фуллерены, новую форму углерода, в которой атомы расположены в форме футбольного мяча. Самый известный фуллерен — бакминстерфуллерен, также известный как C60, состоящий из 60 атомов углерода. Существует большое семейство фуллеренов, начиная с C20 и до C540. (6), (7)

Самым недавно открытым аллотропом углерода является графен, который состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в шестиугольниках.Если бы эти слои были наложены друг на друга, результатом был бы графит. Графен имеет толщину всего в один атом.

Об открытии графена объявили в 2004 году Костя Новоселов и Андре Гейм, которые использовали липкую ленту, чтобы отделить один слой атомов от графита, чтобы получить новый аллотроп.

Интересные факты о углероде

  • Около 20% веса живых организмов составляет углерод.
  • Известно больше соединений, содержащих углерод, чем не содержащих.
  • Углерод — четвертый по содержанию элемент во Вселенной.
  • Несмотря на его высокую распространенность, существованием углерода мы обязаны невероятному стечению обстоятельств

  • Алмаз — отличный абразив, потому что это самый твердый из распространенных материалов, а также он обладает самой высокой теплопроводностью. Он может измельчать любое вещество, а тепло, выделяемое трением, быстро отводится.
  • Все атомы углерода в вашем теле когда-то были частью двуокиси углерода атмосферы.
  • Графен — самый тонкий и прочный материал из когда-либо известных.
  • Графен состоит из двумерных атомных кристаллов, такие структуры были обнаружены впервые.
  • Графит в обычном механическом карандаше имеет диаметр 0,7 мм. Это равно 2 миллионам слоев графена.
  • Автомобильные шины черные, потому что они примерно на 30% состоят из технического углерода, который добавляют в резину для ее усиления. Технический углерод также помогает защитить шины от ультрафиолетового излучения. (8)
  • Углерод образуется в звездах, когда они сжигают гелий в реакциях ядерного синтеза. Углерод является частью «золы», образующейся при горении гелия.
  • Углерод претерпевает реакции ядерного синтеза в тяжелых звездах с образованием неона, магния и кислорода.

Инфракрасный космический телескоп Spitzer НАСА обнаружил бакминстерфуллерен (бакиболлы), равный по массе 15 нашим спутникам в карликовой галактике Малое Магелланово Облако. Изображение НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.

Атомы внеземных благородных газов гелия-3 и аргона-36 были обнаружены в ловушках на Земле внутри бакиболов. Бакиболлы прибыли в кометах или астероидах и были обнаружены в породах, связанных с пермско-триасовым массовым вымиранием 250 миллионов лет назад. Изображение Дона Дэвиса и Hajv01.

Слева: сжигание угля (в основном аморфного углерода) на воздухе. Справа: бриллианты (кристаллический углерод). Мы думали о том, чтобы сфотографировать горящие алмазы — они горят при температуре около 800 o C — но мы не могли себе этого позволить!

Подобные формы жизни на основе углерода доминируют на нашей планете.

ДНК. Знаменитая молекула с двойной спиралью стала возможной благодаря способности углерода образовывать длинные молекулярные цепи.

НАСА: Углеродные нанотрубки обладают выдающейся прочностью на разрыв — на два порядка выше, чем у графитовых волокон, кевлара или стали.

Окрестности Периодической таблицы углерода

Замечательное изображение, выпущенное Майклом Стрёком под лицензией GNU Free Documentation License: структуры восьми аллотропов углерода: a) алмаз b) графит c) лонсдейлит d) C60 (бакминстерфуллерен) e) фуллерен C540 f) фуллерен C70 g) аморфный углерод з) Одностенные углеродные нанотрубки.Нажмите здесь для увеличения изображения.

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Чистый углерод имеет очень низкую токсичность. Вдыхание большого количества сажи (сажа / угольная пыль) может вызвать раздражение и повреждение легких.

Характеристики:

Углерод может существовать в нескольких различных трехмерных структурах, в которых его атомы расположены по-разному (аллотропы).

Три обычных кристаллических аллотропа — это графит, алмаз и (обычно) фуллерены.Графен имеет двумерную кристаллическую структуру (фуллерены иногда могут существовать в аморфной форме) (9)

Углерод также может существовать в аморфном состоянии. Однако многие аллотропы, обычно описываемые как аморфные, такие как стеклоуглерод, сажа или углеродная сажа, обычно имеют достаточную структуру, чтобы не быть действительно аморфными. Хотя наблюдались кристаллические нанотрубки, они обычно аморфны. (10)

Внизу страницы показаны структуры восьми аллотропов.

Интересно, что графит — одно из самых мягких веществ, а алмаз до недавнего времени считался самым твердым веществом, встречающимся в природе.

Чрезвычайно редкий аллотроп углерода, лонсдейлит, в чистом виде был рассчитан на 58% прочнее алмаза. Лонсдейлит представляет собой алмазоподобную углеродную сетку с гексагональной структурой графита. Он образуется, когда метеориты, содержащие графит, ударяются о другое тело, например, Землю. Высокие температуры и давление при ударе превращают графит в лонсдейлит.

Углерод имеет самую высокую температуру плавления / сублимации среди всех элементов и в форме алмаза имеет самую высокую теплопроводность среди всех элементов.

Высокая теплопроводность

Diamond является источником сленгового термина «лед». При типичных комнатных температурах температура вашего тела выше, чем в комнате, включая любые большие бриллианты, которые могут случайно оказаться поблизости. Если вы прикоснетесь к любому из этих алмазов, их высокая теплопроводность унесет тепло от вашей кожи быстрее, чем любой другой материал.Ваш мозг интерпретирует эту быструю передачу тепловой энергии от вашей кожи как означающую, что вы касаетесь чего-то очень холодного, поэтому бриллианты при комнатной температуре могут ощущаться как лед.

Использование углерода

Углерод (в форме угля, который в основном состоит из углерода) используется в качестве топлива.

Графит используется для кончиков карандашей, высокотемпературных тиглей, сухих ячеек, электродов и в качестве смазки.

Алмазы используются в ювелирных изделиях и, поскольку они очень твердые, в промышленности для резки, сверления, шлифования и полировки.

Технический углерод используется в качестве черного пигмента в печатных красках.

Углерод может образовывать сплавы с железом, наиболее распространенным из которых является углеродистая сталь.

Радиоактивный изотоп 14 C используется для археологического датирования.

Соединения углерода важны во многих областях химической промышленности — углерод образует огромное количество соединений с водородом, кислородом, азотом и другими элементами.

Численность и изотопы

Изобилие земной коры: 200 частей на миллион по весу, 344 частей на миллион по молям

Солнечная система изобилия: 3000 частей на миллион по весу, 300 частей на миллион по молям

Стоимость, чистая: 2 $.4 на 100 г

Стоимость, оптом: $ за 100 г

Источник: Углерод можно получить путем сжигания органических соединений при недостатке кислорода. Четыре основных аллотропа углерода — это графит, алмаз, аморфный углерод и фуллерены.

Природные алмазы найдены в кимберлитах древних вулканов.

Графит также встречается в природных месторождениях.

Фуллерены были обнаружены как побочные продукты экспериментов с молекулярными пучками в 1980-х годах.

Аморфный углерод является основным компонентом древесного угля, сажи (технического углерода) и активированного угля.

Изотопы: 13, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 8 до 20. Встречающийся в природе углерод представляет собой смесь двух изотопов, и они находятся в указанных процентах: 12 C (99%) и 13 C ( 1%).

Изотоп 14 C с периодом полураспада 5730 лет широко используется для датирования углеродистых материалов, таких как древесина, археологические образцы и т. Д., Возрастом примерно до 40 000 лет.

Список литературы
  1. Роберт Э. Кребс, История и использование химических элементов нашей Земли: справочное руководство., (2006) p192. Издательская группа «Гринвуд»
  2. Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов. I. Элементы, известные древнему миру., J. Chem. Образов., 1932, 9 (1), с4
  3. Джессика Эльзея Когель, Промышленные минералы и горные породы: товары, рынки и использование., (2006) p507. SME.
  4. Аманда С. Барнард, Формула алмаза: синтез алмаза — геммологическая перспектива., (2000) стр. 3. Баттерворт-Хайнеманн
  5. Роберт М. Хейзен, Создатели бриллиантов. (1999), стр. 145.Издательство Кембриджского университета.
  6. Джонатан В. Стид, Джерри Л. Этвуд, Супрамолекулярная химия. (2009) p423. Вайли.
  7. Нобелевская премия по химии, 1996
  8. Что нам нужно для изготовления шины?
  9. Мин Гао и Хуэй Чжан, Получение аморфной пленки фуллерена., Physics Letters A Volume 213, Issues 3-4, 22 апреля 1996 г., страницы 203-206
  10. Рон Дагани, Магия нанотрубок, Исследование материалов, 16 апреля 2001 г. Том 79, номер 16 CENEAR 79 16 стр. 6.
Цитируйте эту страницу

Для интерактивной ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

  Углерод 
 

или

  Факты об углеродных элементах 
 

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 «Карбон». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 25 июля. 2014. Интернет.
. 

КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕРОДА (ПЕРВИЧНАЯ, ВТОРИЧНАЯ, ТРЕТЬЯ) — Duluth Labs

ИСТОРИЯ:

Одно из важных свойств углерода — его четырехвалентность.Углерод строго подчиняется октетам, что означает, что для образования стабильных соединений ему требуется максимум 8 электронов. Поскольку атом углерода имеет 4 валентных электрона, он может образовывать до 4 связей с различными элементами. Отчасти причина того, что существуют миллионы соединений углерода, заключается в его способности образовывать очень стабильные связи с другим атомом углерода.

Атом углерода в органическом соединении маркируется или классифицируется на основе количества связей и типа присоединенных к нему атомов. В этом посте мы специально сосредоточимся на классификации углерода на основе количества других атомов углерода, прикрепленных к нему.

Углерод можно разделить на первичный, вторичный, третичный или четвертичный, в зависимости от числа атомов углерода, с которыми он связан. Эта классификация применяется только к насыщенным углеродам. Классификации следующие:

  • Первичный углерод (1 °) — Углерод, прикрепленный друг к другу
  • Вторичный углерод (2 °) — Углерод, присоединенный к двум другим атомам углерода
  • Третичный углерод (3 °) — Углерод, присоединенный к трем другим атомам углерода

3-метилпентан

Если мы посмотрим на приведенный выше пример 3-метилпентана, C 1 присоединен к трем атомам водорода и только к одному атому углерода. Это означает, что в соответствии с описанной выше классификацией С1 является первичным углеродом. С другой стороны, C2 связан только с 2 атомами водорода и 2 другими атомами углерода. В этом случае C2 считается вторичным углеродом. Наконец, C3 связан только с одним атомом водорода и тремя другими атомами углерода. В этом случае C3 является примером третичного углерода. Используя приведенную выше классификацию, мы будем знать, что C5 и C6 являются первичными атомами углерода, а C4 — вторичными атомами углерода.

Эта классификационная схема важна, поскольку она также применяется при классификации органических соединений с различными функциональными группами.Это особенно касается спиртов, аминов и алкилгалогенидов. Он также применяется при классификации карбокатионов и карбанионов.

Примечание. Каждая вершина в приведенной выше сжатой формуле представляет собой атом углерода. Поскольку соединение не имеет множественных связей, каждый атом углерода будет иметь максимальное количество, которое может иметь меньшее количество других атомов углерода, непосредственно связанных с ними.

Первичная, вторичная, третичная и четвертичная химия в органической химии

Химики-органики, предметом изучения которых является химия углерода, разработали всевозможные сокращения для описания структур и явлений, для объяснения которых в противном случае потребовалось бы предложение из двух человек.Вот сегодняшний пример: терминология углеродсодержащих функциональных групп: первичные, вторичные, третичные, четвертичные.

  • Первичные атомы углерода — это атомы углерода, присоединенные к одному, другому углероду. (Водороды — хотя в данном случае их обычно три — в этой терминологии игнорируются, как мы увидим далее).
  • Вторичные атомы углерода присоединены к двум другим атомам углерода.
  • Третичные атомы углерода присоединены к трем другим атомам углерода.
  • Наконец, четвертичных углерода присоединены к четырем другим атомам углерода.

Вы не можете подняться выше. Чтобы иметь пять заместителей, вам нужно 10 электронов вокруг углерода, что является явным нарушением правила октетов. Когда люди делают записывают 5 ковалентных связей вокруг углерода, это ошибка. (В торговле их часто называют техасским углеродом — 1) потому что он похож на звезду, 2) потому что в Техасе все больше, и 3) потому что единственный человек, который может наложить пять связей на углерод, также известен как Уокер, штат Техас. Рейнджер.)

Мы используем ту же терминологию для карбокатионов.Первичный карбокатион связан с одним другим углеродом, вторичный — с двумя, а третичный — с тремя. У вас не может быть четвертичного карбокатиона без нарушения правила октетов (для этого вам понадобится дополнительная пустая p-орбиталь, в результате чего общее количество будет равно 5).

Спирты также соответствуют первичной / вторичной / третичной номенклатуре. Правило для спиртов состоит в том, что они называются в соответствии с количеством атомов углерода, присоединенных к атому углерода, несущему гидроксильную группу: , другими словами, независимо от того, связан ли гидроксил с первичным, вторичным или третичным атомом углерода .Нельзя употреблять четвертичный алкоголь — опять же, это означало бы нарушение правила октетов. [Немного несущественной номенклатуры: углерод, присоединенный к ОН, иногда называют углеродом «карбинола»].

Родственной категорией соединений являются алкилгалогениды, , которые мы встречаем в реакциях SN1 / SN2 / E1 / E2, (среди многих других). Название алкилгалогенидов аналогично названию спиртов: они названы в соответствии с числом атомов углерода, присоединенных к галогену , где галоген представляет собой фтор, хлор, бром или йод.

Далее мы переходим к аминам, которые немного отличаются. Они названы в соответствии с количеством атомов углерода, связанных с азотом. Первичные, вторичные и третичные амины — это атомы азота, связанные с одним, двумя и тремя атомами углерода соответственно . Поскольку у азота есть неподеленная пара, все еще возможно образование другой связи с углеродом. Их называют четвертичными аминами, хотя они несут положительный заряд азота и совсем не являются основными. Их часто называют солями четвертичного аммония.Вы увидите окончание -ium совсем немного — оно обозначает положительно заряженный вид.

Наконец, в эту категорию попадают и амиды. Первичный амид связан с одним углеродом — карбонильным углеродом. Последовательное замещение углерода водородом превращает амид во вторичные и третичные амиды. [Вы можете спросить — а могут ли у вас четвертичные амиды? Ну да. Только вот так их никто не называет — они весьма нестабильны и носят другое имя. Почему? Потому что. Почему слово гусь во множественном числе означает «гуси», а слово «лось» — это «лось»? На вопросы по номенклатуре нет удовлетворительного ответа]


углерод | Факты, использование и свойства

Свойства и использование

По весу углерод занимает 19-е место по содержанию элементов в земной коре, и, по оценкам, их 3.В 5 раз больше атомов углерода, чем атомов кремния во Вселенной. Только водород, гелий, кислород, неон и азот атомно более распространены в космосе, чем углерода. Углерод — это космический продукт «горения» гелия, в котором три ядра гелия с атомным весом 4 сливаются с образованием ядра углерода с атомным весом 12.

В земной коре элементарный углерод является второстепенным компонентом. Однако соединения углерода (т.е. карбонаты магния и кальция) образуют обычные минералы (например, магнезит, доломит, мрамор или известняк).Кораллы и раковины устриц и моллюсков состоят в основном из карбоната кальция. Углерод широко распространен в виде угля и органических соединений, которые составляют нефть, природный газ и все ткани растений и животных. Естественная последовательность химических реакций, называемых углеродным циклом, включающая преобразование атмосферного углекислого газа в углеводы путем фотосинтеза в растениях, потребление этих углеводов животными и их окисление в процессе метаболизма с образованием углекислого газа и других продуктов, а также возврат углерода. диоксид в атмосферу — один из важнейших биологических процессов.

Углерод как элемент был открыт первым человеком, обработавшим древесный уголь из огня. Таким образом, вместе с серой, железом, оловом, свинцом, медью, ртутью, серебром и золотом углерод был одним из небольшой группы элементов, хорошо известных в древнем мире. Современная химия углерода берет свое начало с разработки углей, нефти и природного газа в качестве топлива и с объяснения синтетической органической химии, которые в значительной степени развивались с 1800-х годов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишись сейчас

Элементарный углерод существует в нескольких формах, каждая из которых имеет свои физические характеристики. Две из его четко определенных форм, алмаз и графит, имеют кристаллическую структуру, но они различаются по физическим свойствам, потому что расположение атомов в их структурах отличается. Третья форма, называемая фуллереном, состоит из множества молекул, полностью состоящих из углерода. Сфероидальные фуллерены с закрытой клеткой называются бакерминстерфуллеренами или «бакиболами», а цилиндрические фуллерены — нанотрубками.Четвертая форма, называемая Q-углеродом, является кристаллической и магнитной. Еще одна форма, называемая аморфным углеродом, не имеет кристаллической структуры. Другие формы, такие как технический углерод, древесный уголь, сажа, уголь и кокс, иногда называют аморфными, но рентгеновское исследование показало, что эти вещества действительно обладают низкой степенью кристалличности. Алмаз и графит встречаются на Земле в естественных условиях, и их также можно производить синтетическим путем; они химически инертны, но соединяются с кислородом при высоких температурах, как и аморфный углерод. Фуллерен был случайно обнаружен в 1985 году как синтетический продукт в ходе лабораторных экспериментов по моделированию химического состава атмосферы гигантских звезд. Позже было обнаружено, что он встречается в природе в крошечных количествах на Земле и в метеоритах. Q-углерод также является синтетическим, но ученые предполагают, что он может образовываться в горячей среде некоторых ядер планет.

фуллерен

Две структуры фуллерена: удлиненная углеродная нанотрубка и сферический бакминстерфуллерен, или «бакиболл.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Слово углерод , вероятно, происходит от латинского carb , что означает «уголь», «древесный уголь», «тлеющий уголь». Термин алмаз , искаженное греческое слово adamas , «непобедимый», точно описывает постоянство этой кристаллизованной формы углерода, точно так же, как графит , название другой кристаллической формы углерода, полученной из греческий глагол graphein , «писать», отражает его свойство оставлять темный след при трении о поверхность.До открытия в 1779 году того, что графит при горении на воздухе образует двуокись углерода, графит путали как с металлическим свинцом, так и с похожим на поверхность веществом, минералом молибденитом.

Чистый алмаз — это самое твердое из известных природных веществ, которое плохо проводит электричество. С другой стороны, графит — это мягкое скользкое твердое вещество, которое хорошо проводит как тепло, так и электричество. Углерод как алмаз является самым дорогим и блестящим из всех природных драгоценных камней и самым твердым из абразивов природного происхождения.Графит используется как смазка. В микрокристаллической и почти аморфной форме он используется как черный пигмент, как адсорбент, как топливо, как наполнитель для резины и, смешанный с глиной, как «грифель» карандашей. Поскольку он проводит электричество, но не плавится, графит также используется для изготовления электродов в электрических печах и сухих элементах, а также для изготовления тиглей, в которых плавятся металлы. Молекулы фуллерена являются многообещающими для множества применений, включая материалы с высокой прочностью на разрыв, уникальные электронные устройства и устройства хранения энергии, а также безопасную герметизацию горючих газов, таких как водород.Q-углерод, который создается путем быстрого охлаждения образца элементарного углерода, температура которого повышена до 4000 K (3727 ° C [6740 ° F]), тверже, чем алмаз, и его можно использовать для изготовления алмазных структур (таких как в виде алмазных пленок и микроигл) внутри своей матрицы. Элементарный углерод нетоксичен.

Каждая из «аморфных» форм углерода имеет свой специфический характер и, следовательно, у каждой есть свои особенности применения. Все они являются продуктами окисления и других форм разложения органических соединений.Например, уголь и кокс широко используются в качестве топлива. Древесный уголь используется в качестве абсорбирующего и фильтрующего агента, а также в качестве топлива и когда-то широко использовался в качестве ингредиента в порохе. (Уголь — это элементарный углерод, смешанный с различными количествами углеродных соединений. Кокс и древесный уголь — это почти чистый углерод.) В дополнение к использованию в производстве чернил и красок сажа добавляется в резину, используемую в шинах, для улучшения ее износостойкости. Костный черный или животный уголь может адсорбировать газы и красящие вещества из многих других материалов.

Углерод, элементарный или комбинированный, обычно определяется количественно путем преобразования в газообразный диоксид углерода, который затем может абсорбироваться другими химическими веществами, давая взвешиваемый продукт или раствор с кислотными свойствами, которые можно титровать.

Производство элементарного углерода

До 1955 года все алмазы добывались из природных месторождений, наиболее значительных в южной части Африки, но также встречающихся в Бразилии, Венесуэле, Гайане и Сибири. Единственный известный источник в Соединенных Штатах, в Арканзасе, не имеет коммерческого значения; Индия, когда-то являвшаяся источником прекрасных алмазов, не является важным поставщиком в настоящее время. Основным источником алмазов является мягкая голубоватая перидотическая порода, называемая кимберлитом (по названию известного месторождения в Кимберли, Южная Африка), обнаруженная в вулканических структурах, называемых трубками, но многие алмазы встречаются в аллювиальных отложениях, предположительно в результате выветривания первичных источников. Единичные находки по всему миру в регионах, где не указаны источники, не были редкостью.

Природные отложения обрабатываются дроблением, гравитационным и флотационным разделением, а также удалением алмазов путем их прилипания к слою смазки на подходящем столе.В результате получаются следующие продукты: (1) собственно алмаз — искаженные кубические кристаллические камни ювелирного качества от бесцветных до красных, розовых, голубых, зеленых или желтых; (2) борт — мельчайшие темные кристаллы абразивного, но не ювелирного качества; 3) баллас — хаотически ориентированные кристаллы абразивного качества; (4) маклес — треугольные кристаллы в форме подушечек, которые используются в промышленности; 5) карбонадо — смешанные алмазно-графитовые кристаллиты, содержащие другие примеси.

Успешная лабораторная переработка графита в алмаз была произведена в 1955 году.Процедура включала одновременное использование чрезвычайно высокого давления и температуры с железом в качестве растворителя или катализатора. Впоследствии железо заменили хромом, марганцем, кобальтом, никелем и танталом. Синтетические алмазы в настоящее время производятся в нескольких странах и все чаще используются вместо природных материалов в качестве промышленных абразивов.

Графит встречается в естественных условиях во многих областях, наиболее важные месторождения находятся в Китае, Индии, Бразилии, Турции, Мексике, Канаде, России и на Мадагаскаре.Используются как открытая, так и глубокая добыча полезных ископаемых с последующей флотацией, но основная часть товарного графита производится путем нагревания нефтяного кокса в электрической печи. Лучше кристаллизованная форма, известная как пиролитический графит, получается в результате разложения низкомолекулярных углеводородов под действием тепла. Графитовые волокна со значительной прочностью на разрыв получают путем карбонизации натуральных и синтетических органических волокон.

Углеродные продукты получают путем нагревания угля (для получения кокса), природного газа (для получения сажи) или углеродистых материалов растительного или животного происхождения, таких как древесина или кость (для получения древесного угля), при повышенных температурах в присутствии недостаточное количество кислорода для горения.Летучие побочные продукты рекуперируются и используются отдельно.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.
    Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
    браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.
    Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Углерод — Информация об элементе, свойства и использование

Расшифровка:

Химия в ее элементе: углерод

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

Привет, на этой неделе элементу, который объединяет свадьбы, войны, конфликты и кремации, и объяснение того, как это сделать, — это Кэтрин Холт.

Кэтрин Холт

Любой химик мог бы целыми днями говорить об углероде. В конце концов, это повседневный, обыденный, практически везде, повсеместно распространенный для нас элемент, основанный на углероде. Его реакциям посвящена целая отрасль химии.

В своей элементарной форме он преподносит некоторые сюрпризы в контрастных и очаровательных формах своих аллотропов. Кажется, что каждые несколько лет в моду входит новая форма углерода — несколько лет назад углеродные нанотрубки были новым черным цветом (или, лучше сказать, «новым клубочком»), — но графен уже сейчас!

Но сегодня я собираюсь поговорить о самой гламурной форме, которую может принимать углерод — алмазе. На протяжении тысячелетий алмаз ассоциировался с богатством и богатством, поскольку его можно огранить, чтобы получить драгоценные камни высокой чистоты, блеска и стойкости. Бриллианты действительно вечны! К сожалению, у алмаза есть и темная сторона — жадность, которую вызывает алмаз, приводит к торговле так называемыми «конфликтными алмазами», которые поддерживают и финансируют гражданские войны.

Стремление человека к алмазу на протяжении многих веков побуждало алхимиков и химиков пытаться синтезировать этот материал. После множества мошеннических ранних заявлений, в 1950-х годах алмаз был наконец искусственно синтезирован.Ученые черпали вдохновение в природе, отмечая условия, при которых алмаз образуется естественным образом глубоко под земной корой. Поэтому они использовали высокие температуры (более 3000 o C) и высокое давление (> 130 атм), чтобы превратить графит в углерод. Это был впечатляющий подвиг, но требуемые экстремальные условия сделали его непомерно дорогим как коммерческий процесс. С тех пор процесс был усовершенствован, и использование металлических катализаторов означает, что требуются более низкие температуры и давления.Кристаллы диаметром в несколько микрон можно сформировать за несколько минут, но кристалл ювелирного качества в 2 карата может занять несколько недель.

Эти методы означают, что теперь стало возможным искусственно синтезировать алмазы ювелирного качества, которые без помощи специального оборудования невозможно отличить от природных алмазов. Само собой разумеется, что это может вызвать головную боль у компаний, торгующих природными алмазами! В алмаз можно превратить любой углеродный материал, включая волосы и даже остатки кремации! Да, вы можете превратить вашего умершего питомца в бриллиант, который останется навсегда, если захотите! Искусственные бриллианты химически и физически идентичны натуральным камням и не имеют этического багажа.Однако психологически они остаются препятствием — если он действительно любит вас, он купит вам настоящих бриллиантов — не так ли?

С точки зрения химика, материаловеда или инженера, мы скоро исчерпаем превосходную степень при описании удивительных физических, электронных и химических свойств алмаза. Это самый твердый материал, известный человеку, и более или менее инертный — способный противостоять самым сильным и коррозионным кислотам. У него самая высокая теплопроводность из всех материалов, поэтому он отлично рассеивает тепло.Поэтому бриллианты всегда холодные на ощупь. Имея широкую запрещенную зону, это пример изоляционного материала из учебника, и по той же причине он обладает удивительной прозрачностью и оптическими свойствами в самом широком диапазоне длин волн любого твердого материала.

Тогда вы можете понять, чем интересен алмаз для ученых. Его твердость и инертность позволяют использовать его в качестве защитных покрытий от истирания, химической коррозии и радиационных повреждений. Его высокая теплопроводность и электрическая изоляция требуют использования в высокопроизводительной электронике.Его оптические свойства идеальны для окон и линз, а его биосовместимость может быть использована в покрытиях для имплантатов.

Эти свойства были известны веками — так почему же тогда использование алмаза не так широко? Причина в том, что природный алмаз и алмазы, образованные путем высокотемпературного синтеза под высоким давлением, имеют ограниченный размер — обычно не более нескольких миллиметров, и их можно вырезать и формировать только по определенным граням кристалла. Это предотвращает использование алмаза в большинстве предлагаемых приложений.

Однако около 20 лет назад ученые открыли новый способ синтеза алмаза, на этот раз при низком давлении и высоких температурах, с использованием химического осаждения из паровой фазы. Если бы кто-то рассмотрел термодинамическую стабильность углерода, мы бы обнаружили, что при комнатной температуре и давлении наиболее стабильной формой углерода на самом деле является графит, а не алмаз. Строго говоря, с чисто энергетической или термодинамической точки зрения алмаз должен самопроизвольно превращаться в графит в условиях окружающей среды! Ясно, что этого не происходит, и это связано с тем, что энергия, необходимая для разрыва прочных связей в алмазе и их перегруппировки с образованием графита, требует больших затрат энергии, и поэтому весь процесс настолько медленный, что в масштабе тысячелетий реакция не происходит. происходит.

Именно эта метастабильность алмаза используется при химическом осаждении из паровой фазы. Используется газовая смесь, состоящая из 99% водорода и 1% метана, и некоторый источник активации, такой как горячая нить накала, используется для получения высокореактивного водорода и метильных радикалов. Затем молекулы на основе углерода осаждаются на поверхности, образуя покрытие или тонкую пленку алмаза. На самом деле изначально образуются и графит, и алмаз, но в этих условиях высокой реакционной способности графитовые отложения стравливаются с поверхности, оставляя только алмаз.Пленки поликристаллические, состоящие из кристаллитов микронного размера, поэтому им не хватает прозрачности и блеска, как у драгоценных камней алмаза. Хотя они могут быть не такими красивыми, эти алмазные пленки могут быть нанесены на ряд поверхностей различного размера и формы, что значительно увеличивает потенциальные области применения алмаза. Все еще остаются проблемы, чтобы понять сложный химический состав межкристаллических границ и химию поверхности пленок, а также узнать, как лучше всего их использовать. Этот материал будет занимать химиков, материаловедов, физиков и инженеров на долгие годы.Однако в настоящее время мы все можем согласиться с тем, что алмаз — это нечто большее, чем просто красивое лицо!

Крис Смит

Кэтрин Холт превозносит достоинства драгоценного камня в углеродной короне. На следующей неделе мы направляемся к вершине первой группы, чтобы услышать историю о металле, который произвел революцию в лечении маниакальной депрессии.

Matt Wilkinson

Его успокаивающее действие на мозг было впервые замечено в 1949 году австралийским врачом Джоном Кейдом из Департамента психической гигиены штата Виктория.Он вводил морским свинкам 0,5% раствор карбоната лития, и, к его удивлению, эти обычно очень нервные животные стали послушными. Затем Кейд сделал инъекцию того же раствора своему наиболее психически неуравновешенному пациенту. Мужчина так хорошо отреагировал, что через несколько дней его перевели в обычную больничную палату, и вскоре он вернулся на работу.

Крис Смит

И он все еще используется сегодня, хотя, несмотря на 50-летний прогресс в медицине, мы до сих пор не знаем, как он работает.Это был Мэтт Уилкинсон, который расскажет о литии на следующей неделе в «Химии в его элементе». Надеюсь, вы присоединитесь к нам. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

(промо)

(конец промо)

3.5: Галоалкан — Классификация и номенклатура

цели обучения

  • классифицируют алкилгалогениды как первичные, вторичные или третичные
  • наименование алкилгалогенидов с использованием ИЮПАК (систематическое) и выбранной общей номенклатуры наименований
  • нарисуйте структуру алкилгалогенидов из IUPAC (систематический) и выберите общие названия

Галогеналканы, также известные как алкилгалогениды, представляют собой группу химических соединений, состоящих из алкана с одним или несколькими атомами водорода, замещенными атомом галогена (фтор, хлор, бром или йод).Существует довольно большая разница между структурными и физическими свойствами галогеналканов и структурными и физическими свойствами алканов. Как упоминалось выше, структурные различия связаны с заменой одного или нескольких атомов водорода на атом галогена. Различия в физических свойствах являются результатом таких факторов, как электроотрицательность, длина связи, прочность связи и размер молекул. Несколько типичных алклилгалогенидов показаны ниже.

Алкилгалогениды представляют собой универсальную и полезную функциональную группу для многостадийного органического синтеза.Реакционную способность алкилгалогенидов можно предсказать, используя их структурную классификацию. Для обозначения трех различных структур используются термины первичный, вторичный и третичный. Классификация определяется количеством атомов углерода, связанных с углеродом, несущим галогенид. Эта стратегия классификации аналогична той, которая используется для спиртов, и более подробно поясняется ниже.

Классификация алкилгалогенидов

Классификация функциональных групп основана на схемах связи задействованных атомов.Для галогенов существует только один нейтральный образец связи (три неподеленные пары и одинарная связь), поэтому галогены не могут использоваться для определения их классификации. Чтобы определить классификацию алкилгалогенидов, используется образец связи углерода, связанного с галогеном, как показано на диаграмме ниже.

Первичные алкилгалогениды

В первичном (1 °) галогеналкане углерод, несущий атом галогена, присоединен только к одной другой алкильной группе. Некоторые примеры первичных алкилгалогенидов включают:

Обратите внимание, что не имеет значения, насколько сложна присоединенная алкильная группа.В каждом случае имеется только одна связь с алкильной группой из группы Ch3, содержащей галоген. Из этого правила есть исключение: CH 3 Br и другие метилгалогениды часто считаются первичными алкилгалогенидами, даже если к атому углерода не присоединены алкильные группы с галогеном на нем.

Вторичные алкилгалогениды

Во вторичном (2 °) галогеналкане углерод с присоединенным галогеном непосредственно присоединен к двум другим алкильным группам, которые могут быть одинаковыми или разными.Примеры:

Третичные алкилгалогениды

В третичном (3 °) галогеноалкане атом углерода, содержащий галоген, присоединен непосредственно к трем алкильным группам, которые могут представлять собой любую комбинацию одинаковых или различных. Примеры:

ИЮПАК и общая номенклатура

Замена только одного атома водорода дает алкилгалогенид (или галогеналкан), поэтому система номенклатуры тесно связана с системой для алканов. Обычные названия алкилгалогенидов состоят из двух частей: названия алкильной группы плюс основы названия галогена с окончанием -ид.

Общий формат имени: имя алкила + имя галогенида

В системе IUPAC используется название исходного алкана с префиксом, обозначающим галогенные заместители, которому предшествует число, указывающее расположение заместителя. Приставки бывают фтор-, хлор-, бром- и йод-. Таким образом, CH 3 CH 2 Cl имеет общее название этилхлорид и название IUPAC — хлорэтан. Для простых галогеналканов название ИЮПАК включает три части, показанные ниже.

Формат имени ИЮПАК: номер локатора + префикс гало + родительский алкан

Алкилгалогениды с простыми алкильными группами (от одного до четырех атомов углерода) часто называют общими названиями.Тем, у кого больше атомов углерода, обычно дают названия ИЮПАК.

Пример

Дайте общие названия и названия IUPAC для каждого соединения.

  1. CH 3 CH 2 CH 2 Br
  2. (CH 3 ) 2 CHCl

Решение

  1. Алкильная группа (CH 3 CH 2 CH 2 -) представляет собой пропильную группу, а галоген представляет собой бром (Br). Поэтому обычное название — пропилбромид.В названии IUPAC префикс для брома (bromo) сочетается с названием трехуглеродной цепи (пропан), которому предшествует число, идентифицирующее атом углерода, к которому присоединен атом Br, поэтому название IUPAC — 1- бромпропан.
  2. Алкильная группа [(CH 3 ) 2 CH–] имеет три атома углерода, с атомом хлора (Cl), присоединенным к среднему атому углерода. Следовательно, алкильная группа представляет собой изопропил, а обычное название соединения — изопропилхлорид. Согласно названию IUPAC, атом Cl (префикс хлор-), присоединенный к среднему (второму) атому углерода пропановой цепи, приводит к 2-хлорпропану.

Related Posts

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.