Сложные биологические молекулы состоят из атомов углерода, связанных с другими элементами, особенно кислородом и водородом, а часто также азотом, фосфором и серой (под общим названием CHNOPS).
Углерод способен образовывать огромное количество соединений; больше, чем любой другой элемент. На сегодняшний день описано почти десять миллионов соединений.
Важнейшие характеристики углерода как основы химии жизни заключаются в том, что каждый атом углерода способен одновременно образовывать до четырех валентных связей с другими атомами, и что энергия, необходимая для создания или разрыва связи с атомом углерода, находится на подходящем уровне для построения больших и сложных молекул, которые могут быть как стабильными, так и реакционноспособными.
Мы живем благодаря углероду.
Древесина, уголь, нефть, кокс, дизельное топливо, бензин, керосин, сжиженный нефтяной газ и другие виды топлива состоят из углерода.
Тепловая энергия, выделяемая в результате химической реакции топлива, может использоваться для обогрева, приготовления пищи или для промышленных процессов или может быть преобразована в механическую энергию с помощью тепловой машины.
От костра до двигателей Стирлинга, Дизеля и Отто, от приготовления пищи до производства металлов — все эти процессы требуют топлива на основе углерода.
Наша человеческая цивилизация движима Углеродом.
Сталь — это сплав, состоящий из железа, обычно с добавлением нескольких десятых процента углерода для повышения прочности.
Алмаз представляет собой твердую форму элемента углерода, который используется в ювелирном деле и промышленности.
Графит представляет собой кристаллическую форму элемента углерода, который используется для изготовления смазочных материалов, электроугольных щеток, огнеупоров, буровых растворов, науглероживания железа, производства синтетических алмазов, электродов, аккумуляторов и солнечных батарей.
Афморфный углерод является свободным реактивным углеродом, не имеющим кристаллической структуры.
Фуллерен представляет собой аллотропную форму углерода, молекула которого состоит из атомов углерода, соединенных одинарными и двойными связями так, что они образуют замкнутую или частично замкнутую сетку.
Графен представляет собой аллотропную форму углерода, состоящую из одного слоя атомов, расположенных в двумерной наноструктуре с сотовой решеткой.
Наша человеческая цивилизация развивается на материалах, основанных на углероде.
Углерод, в заключение
Углерод является 15-м по распространенности элементом в Земной коре и четвертым по распространенности элементом во Вселенной по массе (после водорода, гелия и кислорода).
Символ – C, атомный номер – 6.
Углерод – неметаллический и четырехвалентный, что делает его четыре электрона доступными для образования ковалентных химических связей. Относится к 14 группе периодической таблицы.
Углерод составляет всего около 0,025 процента Земной коры, но очень важен для нашей цивилизации.
Обилие углерода, уникальное разнообразие его органических соединений и его необычная способность образовывать полимеры при температурах, обычно встречающихся на Земле, позволяют этому элементу служить общим элементом всей известной жизни. Это второй по распространенности элемент в организме человека по массе (около 18,5%) после кислорода.
Атомы углерода могут связываться друг с другом различными способами, что приводит к различным аллотропам углерода. Хорошо известные аллотропы включают графит, алмаз, аморфный углерод и фуллерены.
Известно больше соединений, содержащих углерод, чем не содержащих его.
Графит в типичном механическом карандаше имеет диаметр 0,7 мм. Это равно 2 миллионам слоев графена.
Автомобильные шины черные, потому что они содержат около 30% сажи, которую добавляют в резину для ее укрепления. Углеродная сажа также помогает защитить шины от ультрафиолетового излучения.
Углерод является частью “пепла”, сформированного при “сгорании” гелия внутри звезд (во время ядерных реакций).
