Значение углерода в природе


Общее описание

Углерод – шестой элемент периодической таблицы Менделеева с относительной атомной массой 12. Углерод находится в четвертой группе и проявляет постоянную валентность IV. Это активное вещество, вступающее в реакцию с металлами, неметаллами, оксидами, кислотами.

В природе встречается в виде твёрдых веществ в составе горных пород. Элемент имеет несколько аллотропных модификаций – графит, алмаз, сажа, уголь. Большая часть газообразного углерода находится в атмосфере. Соединяясь с кислородом, образует угарный и углекислый газы.

Аллотропные модификации углерода

Рис. 1. Аллотропные модификации углерода.

Значение углерода

Углерод входит в состав угольной кислоты (H2CO3), соды (Na2CO3), всех органических соединений. Это один из жизненно важных элементов. Углерод участвует в процессах дыхания, синтеза веществ, энергетического обмена.

В живых организмах элемент содержат:


  • ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота);
  • нуклеиновые кислоты;
  • аминокислоты;
  • АТФ (аденозинтрифосфат) – универсальный источник энергии;
  • липиды и жирные кислоты.

Структурные формулы ДНК и АТФ

Рис. 2. Структурные формулы ДНК и АТФ.

Круговорот

Краткая схема круговорота углерода в природе:

  • углекислый газ используется растениями для фотосинтеза;
  • продуктом фотосинтеза являются органические вещества, в частности углеводы;
  • углерод попадает в тело травоядных животных, затем – хищников;
  • обратно элемент возвращается в природу при дыхании животных и после их смерти в результате гниения (осуществляют бактерии, грибы).

Схема круговорота углерода в природе

Рис. 3. Схема круговорота углерода в природе.

Общее количество углерода в природе можно разделить на четыре части:

  • оставшийся в составе клеток растения;
  • находящийся в животных клетках;
  • высвободившийся в атмосферу при дыхании или сжигании топлива;
  • отложившийся в грунте, куда попадает в результате разложения.

Углекислый газ (СО2) является конечным продуктом метаболизма. Он образуется в процессе дыхания и полного распада углеводов, жиров, аминокислот. Из клетки с током крови углекислый газ попадает в лёгкие, а оттуда – в атмосферу при внешнем дыхании.

Углекислый газ – продукт не только жизнедеятельности живых организмов. Газ образуется при сжигании органического топлива – нефти, природного газа, древесины, угля. При попадании углекислого газа в атмосферу круговорот элемента начинается заново.

Источник: obrazovaka.ru

В природе углерода не так уж и много, но он есть везде: Углеродный циклв воздухе (углекислый газ и угарный газ), растворен в океанах и реках, залегает в ископаемых породах в земле, содержится в каждой клетке растения, животного, человека. Существует круговорот углерода в природе:
— углекислый газ выделяется в атмосферу с вулканическими газами, из горячих источников, из поверхностных слоев рек и океанов, при сгорании топлив, при дыхании растений и животных;
— в тоже время, углекислый газ поглощается растениями, переходит в организм животных и людей, а после их смерти возвращается в почву.


В чистом виде и в значимых количествах углерод встречается только в виде алмазов и графитов. Но он — составная часть ископаемого топлива (уголь, нефть, газ, сланцы), торфа, битумов, природных минералов (мел, известняк, доломиты, карбонаты).

Токсическое действие

Опасность углеродаПри разработках угольных месторождений, при сжигании топлив, в процессе деятельности человека в воздух поступает большое количество аэрозолей углерода, попадающих в органы дыхания человека и животных. Регулярное вдыхание аэрозолей с высокой концентрацией углерода приводят к таким заболеваниям, как пылевой бронхит, антракоз. На всех производствах, связанных с углеродными аэрозолями и пылью, обязательно нормируется ПДК содержания алмазов, кокса, угля, углеродной пыли, сажи и др. Работники обязательно должны использовать средства защиты органов дыхания при работе с ними.

Угарный газ и углекислый газ обладают токсическим действием, превышение ПДК этих газов в воздухе может вызвать летальный исход. Поэтому в закрытых помещениях большое внимание должно уделяться поглощению и удалению из воздуха углекислоты, выделяемой при дыхании.


Токсическим действием обладает радиоактивный изотоп С-14. Встраиваясь в молекулы белков, особенно в ДНК и РНК, он может оказывать мутагенное воздействие, поэтому для него тоже установлены ПДК содержания в воздухе рабочего помещения.

Источник: pcgroup.ru

Где присутствует углерод

По распространенности химических элементов элемент занимает 15 место. По важности это один из основных участников геохимических реакций. Значение вещества в природе сложно недооценить. Оно переходит из неорганического состояния в органическое, строит живые клетки.

Встретить его можно в:

  • атмосфере (углекислый газ 0,04 % от общей массы воздуха),
  • гидросфере (в виде растворенного в водах мирового океана СО2, в составе питающихся им бактерий верхнего слоя),
  • литосфере (полезные ископаемые: нефть, газ, уголь, известняк, мел),
  • биосфере (в составе любых живых организмов планеты).

Закономерная цикличность: как происходит круговорот углерода в природеВсе оболочки Земли тесно связаны. Освобождение элемента, переход из одного вида в другой происходит внутри каждой.

Молекулы проникают в соседнюю сферу. Описывая кратко круговорот углерода в природе, схема выглядит так:

это бесконечная незамкнутая цепь перехода вещества из органического состояния в неорганическое и обратно.

С одной стороны фотосинтезирующие растения и вода, с другой стороны гетеротрофы, то есть потребляющие организмы (животные).


Что происходит в атмосфере

Углерод в атмосфере имеется всегда. Он присутствует в виде углекислого газа (0,04 %), метана (0,0002 %), окиси углерода (следы). Количество постоянно меняется. Это связано с деятельностью человека, сезонными факторами, температурой окружающей среды.

Откуда поступает вещество

Круговорот углекислого газа в природе– это основной вид перехода и превращений в воздушной оболочке Земли. Постоянными источниками являются:

  • живые существа, выдыхающие углекислоту,
  • продукты разложения органических остатков (бактерии перерабатывают трупы животных, гниющие растения, выделяется СН4),
  • продукты горения природного (уголь, нефть, газ) или синтетического топлива,
  • выбросы вулканических газов во время извержения (первичная углекислота в атмосфере),
  • пожары,
  • хозяйственная деятельность человека (выделение СО2 при производстве цемента: СаСО3-&gt,СаО+СО2),
  • повышение температуры мирового океана и высвобождение диоксида элемента.

Важно! Осенью и зимой содержание СО2 в воздухе выше, чем летом и весной. Так человек воздействует на круговорот углерода в природе, схема которого отыщется на порталах, посвященных защите окружающей среды.

А чем поглощается

В природе существует неустойчивое равновесие. Двуокись вещества выводится из атмосферы и замещается другими.

Воды Мирового океана поглощают углекислоту. Особенно активно процесс идет вблизи полюсов. При понижении температуры растворимость газа увеличивается.

Растения на свету поглощают СО2. В результате фотосинтеза выделяется кислород. Молодые быстрорастущие побеги – основная «фабрика» переработки.

Круговорот углерода в природе, схема это постоянный процесс изменения концентрации газа, поглощения и замещения его кислородом.

Как идет процесс в биосфере

Оболочка соединяет все известные сферы присутствием жизни. В ней постоянно идут обменные процессы. Химические реакции, превращение энергии поддерживают существование живых существ. Круговорот углерода в биосфере самый значительный и масштабный.

Газообмен гидросферы с атмосферой

Закономерная цикличность: как происходит круговорот углерода в природеГидросфера обменивается углекислотой с воздушной оболочкой Земли. Не весь растворенный газ возвращается обратно. Часть усваивают бактерии верхних слоев. Ими питаются микроорганизмы. Создается пищевая цепочка. Элемент переходит из неорганического состояния в органическое.


Умершие живые существа опускаются на дно. Под давлением воды отложения спрессовываются. Глубинные микроорганизмы и бактерии перерабатывают ил.

Они влияют на круговорот элемента. Образуются полезные ископаемые: газ, нефть, уголь. Углерод перешел из органического состояния в неорганическое. В таком виде он сохраняется миллионы лет.

В верхних слоях содержится больше растворенного кислорода. В нижних – диоксида элемента и азота. Баланс неустойчив. При повышении температуры концентрация газов меняется. При изменении видового состава бактерий и микроорганизмов происходит перемещение кислорода вниз, азота и СО2 вверх. Газообмен с воздушной оболочкой нарушается.

Движение углерода в литосфере

Диоксид вещества через мелкие поры попадает в почву. Часть его растворяется водой или испаряется. Другая перерабатывается аэробными бактериями. Плодородный слой обогащается. В благоприятной среде развиваются растения. После отмирания гумус обогащается вновь. Наблюдается бесконечный переход: неорганика – органика – неорганика.

Слои утолщаются, уплотняются. Со временем под действием внешних факторов образуются осадочные полезные ископаемые. В их состав входит данное вещество. Нефть, газ, все виды угля, торф, известняк, мел надолго консервируют элемент в неорганическом состоянии.

Важно! Элемент в составе полезных ископаемых в круговороте временно не участвует! Цикл углерода не бывает абсолютно замкнутым.

Фотосинтез: особая часть большого кругооборота

Этот процесс по мощности соизмерим с ядерной реакцией. Более совершенного и экономного механизма производства соединений не существует.


Закономерная цикличность: как происходит круговорот углерода в природеФотосинтез – часть круговорота элемента в биосфере. Он превращает неорганические вещества в органические. Насыщение атмосферы освобожденным кислородом регулирует газовый баланс. В результате этого процесса образуются питательные вещества: сахар, крахмал. Растения потребляют то, что сами производят.

Фотосинтез имеет две фазы: световую и темновую. Под воздействием солнечной энергии во время первой стадии происходит накопление клетками углекислого газа и воды. На этом этапе от молекулы воды отщепляется кислород. Происходит выделение газа в атмосферу.

Темновая стадия происходит без доступа солнечных лучей. Углекислота связывается. Дополнительными продуктами являются органические соединения (углеводы). Углекислый газ в природе одновременно является строительным материалом, а также источником питания, оздоравливающим планету веществом.

Схематическое изображение процесса

Важно! Круговорот карбона в природе – результат постоянных физических и химических превращений в биосфере Земли. Атомы С движутся во всех оболочках планеты. Это полностью отражает развитие жизни.


Основная часть вещества присутствует в составе диоксида. Из атмосферы она поглощается растениями. В процессе фотосинтеза происходит образование органических веществ и освобождение кислорода.

Схема круговорота углерода в природе отражает процесс обмена карбоном между всеми оболочками Земли. Оксид вещества (IV) из атмосферы поглощается верхними слоями гидросферы. Частично он испаряется, участвует в кругообороте воды в природе. Остальное количество перерабатывается организмами, оседает на дно. Образуются осадочные породы. Карбон на время исключается из кругооборота.

Человек разрабатывает месторождения полезных ископаемых, производит и сжигает топливо. Возвращенный в процесс диоксид снова попадает в атмосферу. Количество превышает допустимые нормы. Баланс нарушается. Биосфера не справляется с избыточным содержанием карбона. Включается механизм накопления.

Схема круговорота углерода в природе выделяет части вещества:

  • присутствующие в клетках живых растений,
  • попавшие в организм травоядных животных с пищей (выделяются при дыхании в виде СО2),
  • попавшие в организм плотоядных существ при потреблении травоядных (выделяются при дыхании),
  • отмершие части растений (при переработке организмами образуют осадочные породы).

Процесс химических и физических преобразований карбона последовательный и разомкнутый. Регулируется биосферой. Его скорость зависит от внешних факторов (температуры, влажности, скорости движения воздушных масс, деятельности человека).

Антропогенное влияние на процесс


Хозяйственная деятельность человека приводит к изменению содержания элемента в биосфере. Добыча полезных ископаемых, их переработка возвращает в кругооборот не участвующее количество вещества. Примеры того, как человечество влияет на процесс:

  • сжигание топлива дополнительно увеличивает выбросы диоксида С на 22 млрд. т/год,
  • изменение качественного состава пахотных земель увеличивает объем СО2 в атмосфере,
  • уменьшение площади лесов снижает эффективность фотосинтеза,
  • увеличение температуры вод Мирового океана увеличивает выделение углекислоты, снижает поглощение,
  • загрязнение окружающей среды нарушает газообмен.

Закономерная цикличность: как происходит круговорот углерода в природеЗагрязнение вод Мирового океана приводит к гибели микроорганизмов, бактерий. Процесс усваивания вещества нарушен. Газообмен прекращен. СО2 перестает растворяться. Количество в атмосфере возрастает.

Схематично выразить, как человечество негативно воздействует на круговорот углерода, можно так:

Увеличение концентрации СО2 –&gt, ускоренный распад органических остатков –&gt, изменение климата –&gt, создание запасов СО2 –&gt, уменьшение восстановительной способности биосферы –&gt, дополнительные выбросы СО2.

Биосфера не отвечает увеличением собственной продуктивности на повышение концентрации диоксида углерода. Исследования показывают накопление запасов СО2 в атмосфере. Цикл углерода меняет сбалансированное течение. Последствия непредсказуемы.

В природе существуют круговороты веществ. Это цикличные незамкнутые процессы.

Значение углерода в природе велико. Этот элемент присутствует в составе любой живой молекулы, является строительным материалом и источником питания.

Круговорот углерода на планете

Цикл обращения углерода в природе

Источник: tvercult.ru

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

Уполномоченный орган местного самоуправления в сфере образования

«Управления образования Североуральского городского округа»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №1

Учебный проект по химии

МНОГОЛИКИЙ УГЛЕРОД

Исполнители:

Сысолятина Анна, учащаяся 10Б класса

Дрангой Артемия, учащаяся 10Б класса

Руководитель:

Наседкина людмила Владимировна

учитель химии первой категории

Североуральский городской

2014

Учебный проект по химии

«Многоликий углерод»

Учебный предмет ( дисциплины , близкие к теме ): химия – тема «Соединения углерода».

Возраст учащихся: 10 класс.

Тип проекта: поисковый.

Продукты проекта: презентация выполнена в программе Power Point.

Основополагающий вопрос: Существует ли жизнь без углерода?

ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ:

  • Что такое углерод?

  • В виде чего углерод встречается в природе?

  • Каково значение углерода в жизни человека?

Проблемный вопрос: ЧТО ТАКОЕ УГЛЕРОД?

Углерода на нашей планете сравнительно немного ( содержание углерода в земной коре 6,5*10^16 т Около 10^13т Углерода входит в состав горючих ископаемых ( уголь, природный газ, нефть и т. д.), а также в состав углекислого газа атмосферы(6*10^11т) и гидросферы (10^14т) , Однако без преувеличения можно сказать, что это один из важнейших элементов периодической системы . Уникальность его состоит не только в том , что на основе его соединений построено всё живое , но и в том , что нет ни одного другого элемента , у которого было бы столько простых веществ с совершенно разными свойствами.

Углерод (химический символ — C, (международное название Carboneum происходит от лат. Carbo-уголь.) — химический элемент 4-ой группы главной подгруппы 2-го периода периодической системы Менделеева, порядковый номер 6, атомная масса — 12,0107

Древнерусское название югъль или угъль того же происхождения. В начале XIX в. старое слово уголь в русской химической литературе иногда заменялось словом углетвор, с 1824 года Соловьёв ввёл название «углерод».

Уникальная роль углерода в живой природе обусловлена его свойствами, которыми в совокупности не обладает ни один другой элемент периодической системы. Между атомами углерода, а также между углеродом и другими элементами образуются прочные химические связи, которые, однако, могут быть разорваны в сравнительно мягких физиологических условиях (эти связи могут быть одинарными, двойными и тройными). Способность углерода-образовывать 4 равнозначные валентные связи с другими атомами. Углерод создает возможность для построения углеродных скелетов различных типов — линейных, разветвленных, циклических.

Проблемный вопрос: В ВИДЕ ЧЕГО УГЛЕРОД ВСТРЕЧАЕТСЯ В ПРИРОДЕ?

Углерод встречается в природе как в свободном, так и в соединённом состоянии, в весьма различных формах и видах. В свободном состоянии углерод известен по крайней мере в трёх видах: в виде угля, алмаза и графита. В состоянии соединений углерод входит в состав так называемых органических веществ, т.е. множества веществ, находящихся в теле всякого растения и животного. Он находится в виде углекислого газа в воде и воздухе , а в виде солей углекислоты и органических остатков – в почве и массе земной коры.

САМЫЙ ТВЁРДЫЙ — АЛМАЗ.

Алмаз – одно из самых тугоплавких веществ. Химический состав алмаза был установлен только в XVIII веке на основании опытов А. Лавуазье(1772), изучавшего горение алмаза на воздухе , и исследований С. Теннанта(1797) , который доказал , что одинаковые количества алмаза и угля дают при окислении равны количества углекислого газа.

Алмаз- минерал весьма устойчивый. Он не поддаётся воздействию самых сильных кислот и их смесей (соляной, серной, азотной, плавиковой, «царской водки»), даже доведённых до температуры кипения. Не реагирует он и со щелочами. И в то же время алмаз легко окисляется и сгорает в смеси соды с расплавленной натриевой или калиевой селитрой .

Нагретый на воздухе до температуры выше 800С, алмаз сгорает с образованием углекислого газа. При нагревании без доступа воздуха при температуре около 1000 С алмаз превращается в графит.

Алмаз обладает очень сильной оптической дисперсией (0,044), вследствие чего отражённый свет разлагается на спектральные цвета. Эти оптические свойства в сочетании с необыкновенной чистотой и прозрачностью минерала придают алмазу яркий блеск, сверкание и игру.

В природных кладовых наряду с бесцветными встречаются окрашенные алмазы: фиолетовые, коричневые, светло-синие, бледно-зелёные, жёлтые и даже чёрные камни – карбонадо. Поверхность алмазов из наиболее древних месторождений ( возраст которых превышает 1 млрд. лет) имеет зелёную окраску, которая, однако, исчезает при механической обработке кристалла. Учёные объясняют возникновение зелёной «рубашки» на алмазах продолжительным воздействием на них естественного радиоактивного облучения. Если бомбардировать алмаз электронами с энергией 1 МэВ, а потом с определённой скоростью охлаждать, то алмаз становится сине-зелёным . Гамма-лучи придают алмазу равномерную голубовато-зелёную окраску.

По предположениям учёных, месторождения алмазов- глубины нашей планеты , где действуют огромные температуры и давления. Иногда магма выплёскивается оттуда в виде узкой, расширяющейся кверху кимберлитовой трубки (по имени южноафриканского города Кимберли, где эта порода была впервые обнаружена и описана).

В 1902 г. в Трансваале Томасом Куллинаном было открыто крупнейшее в Южной Америке месторождение алмазов, и здесь же 25 января 1905 года был найден величайший в мире алмаз, получивший название «Куллинан» . Камень «чистейшей воды» весил около 600 г(3106 каратов , по другим источникам -3025,75) и имел размеры 100*65*50 мм . В 1907 г. алмаз был подарен королю Эдуарду VII. При органке алмаз был расколот на две части. Одна часть в форме «груши» , весом 530,2 карата , получила название «Звезда Африки», или «Куллинан-I». Сегодня это самый крупный в мире бриллиант. Он нашёл место в верхушке королевского скипетра Великобритании. И второй осколок приобрёл форму «изумруда» ; он весит 317,4 карата, носит имя «Куллинан-II» и украшает британскую корону. Из частей алмаза, оставшихся после обработки первых двух бриллиантов , были огранены ещё несколько десятков бриллиантов.

Второй по величине алмаз, найденный в природе, — «Эксцельсиор» — до обработки весил почти 200 граммов.

В России алмаз впервые был найден в XVI в. в низовьях Днепра. Первое в России промышленное месторождение алмазов «Зарница» было обнаружено на реке Далдын в Якутии в 1954 г.

Алмазы образуются и вне земной коры- об этом свидетельствуют алмазные крупинки , обнаруженные в метеорите , упавшем в 1886г. вблизи деревни Новый Урей в Пензенской губернии.

Наиболее крупными известными и ценными историческими алмазами, принадлежащими нашей стране , являются «Орлов» и «Шах» . Оба камня изучены и детально описаны академиком А.Е. Ферсманом.

Алмаз «Орлов»- алмаз был найден в Индии в конце XVII века — начале XVIII века. По дошедшим до нас сведениям, алмаз при огранке «похудел». Изначально вес этого белого алмаза со слабым зеленоватым отливом оценивался в 400 карат, но после огранки в форму бриллианта его вес сильно снизился и оценивается в 189,62 каратов. Это один из немногих алмазов, сохраняющих первоначальную индийскую огранку.

Камень был приобретён в Амстердаме у армянского или персидского торговца за 400 тысяч флоринов придворным ювелиром Иваном Лазаревым (по некоторым сведениям, он был женат на племяннице продавца). Затем был выкуплен у Лазарева графом Г. Г. Орловым и в 1773 году преподнесён им Екатерине II в день именин вместо букета цветов в тщетной надежде вернуть её утраченную милость. Весть об этом поистине царском подарке облетела всю Европу, так как ни один из европейских монархов не мог похвастаться бриллиантом такого размера.

По менее романтичной версии, лазаревский диамант фаворит не покупал, денег за него не платил и очень недолго держал его в своих руках. Камень через посредничество А. Г. Орлова купила сама Екатерина II, заплатив за него из государственной казны. Но чтобы отвести от себя обвинения в мотовстве и неразумных тратах, она придумала целый спектакль, а камень получил имя Орлова.

Алмаз «Шах» — бриллиант индийского происхождения весом в 88,7 карата, который хранится в Алмазном фонде в Москве. Одна из величайших ценностей персидских шахов. Был передан в числе прочих даров российскому императору Николаю I правителем Персии Фетх Али-шахом после того, как в январе 1829 года в Тегеране произошло убийство русского посольства во главе с А. С. Грибоедовым. Безукоризненно прозрачный, легкого желтовато-бурого оттенка камень. Глубокая бороздка на нём свидетельствует, что его носили как талисман. Считают, что камень был найден в копях Голконды в XVI веке, перед тем как их забросили. По описанию Тавернье, в 1665 году «алмаз был подвешен к трону Великих Моголов и висел так, чтобы сидящий на троне постоянно видел его перед собой». На алмазе хорошо видны три выгравированных имени его владельцев и соответствующие даты в мусульманском летосчислении, основанном на лунном годе (в скобках приведены даты в привычном летоисчислении): Низам-шах, 1000 (1591); Шах-Джахан, 1051 (1641); Фетх-Али-шах, 1242 (1826).

В 1829 году, после резни в русском посольстве в Тегеране, в которой был убит представитель России А. С. Грибоедов, возникла угроза конфликта между Персией и Россией. Во избежание дипломатических затруднений в Петербург был отправлен сын наследника персидского престола, который в знак примирения передал императору Николаю I богатые дары; в их числе был и знаменитый крупный алмаз с искусной гравировкой на трёх гранях.

Однажды в 1820 г. в Лондоне разразился скандал. На одном из аристократических приёмов известный ювелир сказал хозяйке дома, что у неё в перстне не алмаз , а подделка. Дама, считавшая, что владеет самым крупным бриллиантом, была в шоке. Однако ювелир оказался прав: камень, по внешнему виду ничем не отличавшийся от алмаза, не царапал стекло . Это был страз – кусочек огранённого хрустального стекла , впервые полученного в 1790 г. Венским ювелиром Штрассером. Это свинцовое стекло с высоким содержанием PbO (до50%) близко по оптическим свойствам алмазу, в нём есть «игра цветов» и «алмазный» блеск , и только недостаточная твёрдость выдаёт его происхождение.

САМЫЙ МЯГКИЙ — ГРАФИТ.

Графит (от др.-греч. — пишу) — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая. Хорошо проводит электрический ток. В отличие от алмаза обладает низкой твёрдостью (1—2 по шкале Мооса). Относительно мягкий. После воздействия высоких температур становится немного тверже, но очень хрупким. Плотность 2,08—2,23 г/см. Цвет тёмно-серый, блеск металлический. Не плавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха. В кислотах не растворяется. Жирный (скользкий) на ощупь. Природный графит содержит 10—12 % примесей глин и окислов железа. При трении расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах). Теплопроводность графита от 278,4 до 2435 Вт/(м*К), зависит от марки графита, от направления относительно базисных плоскостей и от температуры. Электрическая проводимость монокристаллов графита анизотропна в направлении, параллельном базисной плоскости, близка к металлической, в перпендикулярном — в сотни раз меньше. Минимальное значение проводимости наблюдается в интервале 300—1300 К, причем положение минимума смещается в область низких температур для совершенных кристаллических структур. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит. Трудно себе представить, что алмазы , сверкающие в коронах монархов, и невзрачный грифель мягкого «простого» карандаша – ближайшие родственники . Более того , графит – самая устойчивая при комнатной температуре аллотропная модификация углерода, поэтому теоретически все алмазы давно должны были бы превратиться в графит, но, к счастью, такая реакция протекает с заметной скоростью лишь при температурах выше 1000 С . Понятно , что идея изготовления карандашей из корон никогда не вызывала особого энтузиазма. В течение многих лет учёные искали способ превращения дешёвого и доступного графита в алмаз.

Первые попытки получить искусственный алмаз относятся к 1828 г. Лишь в середине 50-х годов XX в. английским естествоиспытателям удалось осуществить давнюю мечту . Давление в 3*10^6 атм. и температура в 3000 С сделали своё дело : кристаллическая решётка перестроилась и графит стал алмазом . В 1978 г. российские учёные разработали новый способ получения искусственных алмазов . Однако удивительной красоты, которую природа подарила алмазу, человек так и не смог добиться : искусственные алмазы по всем свойствам соответствуют природным собратьям , но по внешнему виду отличаются от них , как гадкий утёнок от прекрасного лебедя. По этой причине они стали добросовестными тружениками. Их используют в свёрлах, коронках, волоках для протяжки проволоки.

САМЫЙ ПРОЧНЫЙ — КАРБИН.

Карбин — аллотропная форма углерода на основе sp-гибридизации углеродных атомов. Состоит из углеродных фрагментов с тройной –С?С–С?С–, или двойной кумулированной =С=С=С=С= связью. Может быть линейным или образовывать циклические структуры.

Карбин представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1,9ч2 г/смі), обладает полупроводниковыми свойствами. Получен в искусственных условиях из длинных цепочек атомов углерода, уложенных параллельно друг другу. Это вещество впервые получено советскими химиками В. В. Коршаком, А. М. Сладковым, В. И. Касаточкиным и Ю. П. Кудрявцевым в начале 60-х гг. в Институте элементоорганических соединений Академии наук СССР (ИНЭОС). Карбин обладает полупроводниковыми свойствами, причём под воздействием света его проводимость сильно увеличивается. На этом свойстве основано первое практическое применение — в фотоэлементах.

САМЫЙ УДИВИТЕЛЬНЫЙ — ФУЛЛЕРЕН.

Фуллерен, бакибол или букибол — молекулярное соединение, принадлежащее классу аллотропных форм углерода и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники. Своим названием фуллерены обязаны инженеру и дизайнеру Ричарду Бакминстеру Фуллеру, чьи геодезические конструкции построены по этому принципу. Первоначально данный класс соединений был ограничен лишь структурами, включающими только пяти- и шестиугольные грани.

В 1985 году группа исследователей — Роберт Кёрл, Харольд Крото, Ричард Смолли, Хис и О’Брайен — исследовали масс-спектры паров графита, полученных при лазерном облучении (абляции) твёрдого образца, и обнаружили пики с максимальной амплитудой, соответствующие кластерам, состоящим из 60 и 70 атомов углерода. Они предположили, что данные пики отвечают молекулам С60 и С70 и выдвинули гипотезу, что молекула С60 имеет форму усечённого икосаэдра симметрии Ih. Полиэдрические кластеры углерода получили название фуллеренов, а наиболее распространённая молекула С60 — бакминстерфуллерена, по имени американского архитектора Бакминстера Фуллера, применявшего для постройки куполов своих зданий пяти- и шестиугольники, являющиеся основными структурными элементами молекулярных каркасов всех фуллеренов.

Следует отметить, что открытие фуллеренов имеет свою предысторию: возможность их существования была предсказана ещё в 1971 году в Японии и теоретически обоснована в 1973 году в СССР. За открытие фуллеренов Крото, Смолли и Кёрлу в 1996 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Единственным способом получения фуллеренов в настоящий момент (октябрь 2007) является их искусственный синтез. В течение ряда лет эти соединения интенсивно изучали в лабораториях разных стран, пытаясь установить условия их образования, структуру, свойства и возможные сферы применения. Установлено, в частности, что фуллерены в значительном количестве содержатся в саже, образующейся в дуговом разряде на графитовых электродах — их раньше просто не замечали .

Проблемный вопрос: КАКОВО ЗНАЧЕНИЕ УГЛЕРОДА В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА?

Углерод — важнейший биогенный элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного числа органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (биополимеры,), а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества -витамины, гормоны, медиаторы и др. Значительная часть необходимой организмам энергии образуется в клетках за счет окисления соединений углерода. Возникновение жизни на Земле рассматривается в современной науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений Солнца. Большинство животных потребляют углерод с пищей в виде уже готовых органических соединений. В зависимости от способа усвоения органических соединений принято различать автотрофные организмы и гетеротрофные организмы. Применение для биосинтеза белка и других питательных веществ микроорганизмов, использующих в качестве единственного источника углерода, углеводороды нефти, — одна из важных современных научно — технических проблем.

Помимо стабильных изотопов углерода, в природе распространен радиоактивный 14С (в организме человека егосодержится около 0,1мккюри). С использованием изотопов углерода в биологических и медицинских исследованиях связаны многие крупные достижения в изучении обмена веществ и круговорота углерода в природе. Так, с помощью радиоуглеродной метки была установлена последовательность реакции фотосинтеза, изучен обмен аминокислот, прослежены пути биосинтеза многих биологически активных соединений и т.д. Применение 14С способствовало успехам молекулярной биологии в изучении механизмов биосинтеза белка и передачи наследственной информации. Определение удельной активности 14С в углеродсодержащих органических остатках позволяет судить об их возрасте, что используется в палеонтологии и археологии.

Заключение

Таким образом , ответ на наш основополагающий вопрос –СУЩЕСТВУЕТ ЛИ ЖИЗНЬ БЕЗ УГЛЕРОДА?- таков: жизнь без углерода невозможна!

При работе над проектом мы узнали много интересного о простых веществах, в виде которых углерод встречается в природе.

Во время работы мы столкнулись с такими трудностями, как формулирование основополагающего вопроса и вытекающих из него проблемных вопросов.

Работая над проектом , мы научились работать в команде . выполняя разные социальные роли.

Мы считаем , что знания , полученные при создании проекта , помогут нам принимать самостоятельные аргументированные решения.

Ресурсы:

  • http://ru.wikipedia.org –сайт «Википедия»

  • Научно методический журнал «Естествознание в школе»

Источник: infourok.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.