Элементы IVA-группы
Элементы IVA-группы содержат на внешнем энергетическом уровне атома четыре электрона. Для достижения устойчивости атомы могут отдавать, принимать или делиться электронами.
Углерод — наиболее важный представитель группы, способный образовывать соединения с разными степенями окисления (-4, +4).
Углерод отличается малым атомным радиусом, сильной электроотрицательностью, что делает его неметаллом.
Основное химическое свойство элементов группы — способность быть как восстановителями, так и окислителями.
Кристаллические формы углерода: алмаз и графит.
Углерод в природе
Углерод встречается в свободной форме (алмаз, графит) и в соединениях (углекислый газ, углеводороды).
Углекислый газ — важный компонент атмосферы, регулирующий парниковый эффект.
Органические соединения углерода составляют основу живой материи, включая белки, жиры и углеводы.
Большая часть углерода хранится в горных породах и ископаемых источниках (уголь, нефть, природный газ).
Ископаемые ресурсы углерода используются как энергетическое сырьё.
Аллотропные модификации углерода
Алмаз — прозрачное вещество с высокой твёрдостью (10 по шкале Мооса), используется в ювелирной и промышленной областях.
Графит — серое, мягкое вещество с металлическим блеском, используется для изготовления смазок, карандашей.
В недавнее время открыты новые модификации углерода: фуллерены, нанотрубки.
Химические свойства углерода
Углерод проявляет слабую активность при обычных условиях, но активно взаимодействует при высоких температурах.
Восстановительные свойства: Углерод может реагировать с окислителями, как кислород, образуя CO и CO₂:
Окислительные свойства: Взаимодействие с металлами приводит к образованию карбидов:
Реакция с водородом приводит к образованию метана:
Практическое значение
Углерод используется в металлургии для восстановления металлов из руд.
Графит применяется в качестве проводника тепла и электричества.
Алмаз используется в резке, сверлении, как абразивный материал.
Каменный уголь служит сырьём для получения кокса, аммиачной воды и других продуктов.
Коксохимия играет ключевую роль в промышленности, производя энергию и химическое сырьё.