Углерод, С (лат. carboneum) — это шестой элемент IVA группы Периодической таблицы Д. И. Менделеева. На его внешнем электронном уровне находятся 4 валентных электрона, позволяющих углероду проявлять валентность равную четырем для формирования ковалентных связей.
На основе способности углерода образовывать полимерные цепочки выделен огромный класс соединений, называемых органическими. Органические вещества являются предметом изучения органической химии.
История
Еще издавна углерод в виде древесного угля применялся в качестве восстановителя при выплавке металлов. Данная способность в XVII—XVIII вв. объяснялась существовавшей тогда теорией флогистона, признающей существование некого вещества, улетучивающегося в процессе горения. Со временем ученые стали понимать, что уголь является элементарным веществом, а в 1791 г. английский химик С. Теннант с помощью пропускания паров фосфора над прокаленным мелом смог получить фосфат кальция и свободный углерод.
Физические и химические свойства
В природе углерод встречается в виде стабильных изотопов 12C (98,93%) и 13C (1,07%) и радиоактивного изотопа 14C, образуемый при действии на ядра азота космических лучей. Кроме того, существует множество аллотропных модификаций углерода с разнообразными физическими свойствами. Самыми известными кристаллическими представителями являются алмаз, графит и фуллерен, а аморфными — различные разновидности угля, кокс, сажа.
Сам по себе углерод при обычных температурах химически инертен, однако с повышением температуры может реагировать со многими элементами, проявляя тем самым сильные восстановительные свойства. В ряду углерод-графит-алмаз снижается химическая активность форм углерода. Реакции со сложными веществами характеризуются образованием оксидов углерода II или IV и находят широкое применение в промышленности (например, металлургии) для получения металлов, синтез газа, карбидов и проч.
Применение
Область применения форм углерода напрямую зависит от их свойств. Так, из-за своей мягкости графит широко применяется при производстве карандашей, электродов ввиду электропроводности, а высокая температура плавления позволяет использовать графит в качестве смазки в области слишком низких или высоких температур, делать тигли для заливки металлов. Алмаз из-за исключительной твердости (10 по шкале Мооса) нашел применение в виде абразивного материала, а также в ювелирном деле. Исключительная теплороводность позволила использовать алмаз в качестве материала полупроводниковой технике.
Широкий спектр соединений углерода применяется в медицине и фармакологии как детоксицирующий агент (активированный уголь), мазь для лечения кожных заболеваний (с добавлением графита) и предмет для научного исследования (радиоуглеродный анализ), а также при производстве стали, чугуна.
Углерод в составе ископаемого угля и углеводородов (нефть, природный газ) является одним из важнейших источников энергии для человечества, а продукты переработки нефти используются повсеместно в качестве топлива.
