ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Углерод. Насыщенные и ненасыщенные молекулы. Аллотропия углерода. Уровни энергии. Испарение графита. Диаграмма состояний углерода из "Лекции по общему курсу химии Том 1" Водород, кислород, азот и углерод называют элементами-органогенами в связи с тем, что ими в основном определяется состав органических соединений. Так как углерод, азот и кислород являются в мире часто встречающимися элементами (уступают лишь Н и Не), ясно, что везде при соблюдении в течение достаточно долгого времени известных благоприятных условий жизнь может найти материал для своего возникновения и постепенного развития. [c.26] Наиболее распространены С атомы С радиоактивны, и их очень мало даже по сравнению с С . [c.26] Атомы углерода способны соединяться друг с другом, образуя более сложные молекулы, но в, отличие от На, Ог или N2, которые насыщены и слабо притягиваются друг к другу, а потому при обычных условиях газообразны, молекулы углерода не насыщены и чрезвычайно склонны к конденсации в твердое состояние они остаются газообразными лишь при очень высоких температурах. [c.26] Как видно, атомам углерода присуща особая способность к построению длинных цепочек, отсутствующая у атомов водорода и азота и только едва намечающаяся в случае атомов кислорода. Углерод поэтому называют катеногеном или цепе-образователем. [c.27] Так как два соседних атома не способны связывать друг друга связью более сложной, чем тройная, молекула Сг остается ненасыщенной четвертые связи свободны и могут быть использованы для дальнейшего насыщения, например, двумя атомами водорода, причем образуется ацетилен Н —С = С —Н. [c.27] Если к молекуле Сг приблизится не водородный атом, способный насытиться при образовании одной связи, а многовалентный атом углерода, образуется опять ненасыщенная молекула Сз затем — молекула С4 и т. д. [c.27] Отметим, что способность к насыщению представляет собой весьма характерную черту атомов и проявляемых ими химических сил, спадающих гораздо быстрее, чем по закону обратной пропорциональности квадрату расстояния, а потому действующих на очень коротких расстояниях — порядка 0,5—3 А химические силы легко насыщаются при образовании определенного и притом небольшого и специфического для каждого элемента числа связей, равного так называемой валентности атома. Обычная валентность водорода равна 1, для кислорода она равна 2, у азота —3, углерода — 4. [c.27] У многих элементов валентность может быть переменной, но изменение валентности подчиняется определенным законам. Так, для фосфора, например, характерны валентности 3 и 5 (обе нечетные), для серы — 2, 4 и 6 (все четные). [c.27] Ничего подобного мы не имеем в случае сил тяготения, которые неспецифичны, т. е. действуют между частицами любого химического состава химические силы, наоборот, резко избирательны. Так, например, с атомами инертных газов гелия, неона, аргона — хлор не связывается с атомами водорода или натрия атомы хлора связываются прочно, а с атомами азота или кислорода — непрочно. [c.28] Силы тяготения, исходящие от одного атома, гораздо слабее, чем химические силы, но они ненасыщаемы, а потому материя склонна к образованию больших скоплений атомов (планеты, звезды), причем гравитационные взаимодействия суммируются и проявляют себя весьма заметно. Силы тяготения спадают обратно пропорционально квадрату (а не более высокой степени) расстояния, а поэтому действуют на большом отдалении и при этом во всех направлениях. [c.28] Пользуясь графиком, мы можем изобразить энергетические уровни молекул углерода следующим образом (рис. 7). [c.28] Здесь энергетические эффекты отвечают расстояниям между соответствующими уровнями, которые можно найти, пользуясь рис. 7. [c.28] Таким образом, специфичность эффектов зависит не, только от сорта присоединяющегося атома, но и от того, которым по счету он является, как присоединяется и как изменяет исходную молекулу. [c.29] В первом случае процесс идет через две стадии, а во втором — совершается сразу при одновременном столкновении трех атомов углерода. Суммарный энергетический эффект в обоих случаях одинаков. [c.29] Нетрудно убедиться в том, что изучаемый нами закон сохранения энергии можно формулировать в применении к химии с помощью графиков энергетических уровней следующим образом. [c.29] Очевидно, что самые значения энергии молекул и отвечающие им положения уровней по отношению к уровню свободных, покоящихся и нормальных атомов специфичны, т. е. для каждого вещества имеют свою индивидуальную характеристику. [c.30] Мы можем изобразить эффекты образования молекул углерода и несколько иным образом, так, чтобы количество атомов углерода, пошедших на реакцию, было постоянным и равным,, положим, одному грамм-атому (рис. 9). [c.31] Все уровни на рис. 9 смещены по сравнению с ,ккол уровнями на рис. 7, так как отвечают иным количествам вещества так, уровень (Сг) отвечал на рис. 7 —144 ккал, но 7г моля (Сг), конечно, образуется с половинным выделением энергии, т. е. [c.31] Обратные, т. е. эндотермические, процессы испарения твердого углерода (графита) следует представлять себе с помощью обратных стрелок, идущих от уровня — 170 ккал кверху. [c.32] В твердом состоянии углерод существует в виде двух сильно отличающихся друг от друга по своим свойствам веществ алмаза и графита. С помощью Х-лучей установлено, что расположения атомов в кристаллах алмаза и графита сильно отличаются друг от друга (рис. 10). [c.32] Вернуться к основной статье