Как найти протоны в углероде

Поговорим о том, как найти протоны, нейтроны и электроны. В атоме существует три вида элементарных частиц, причем у каждой есть свой элементарный заряд, масса.

Строение ядра

Для того чтобы понять, как найти протоны, нейтроны и электроны, представим особенности строения ядра. Оно является основной частью атома. Внутри ядра располагаются протоны и нейтроны, именуемые нуклонами. Внутри ядра эти частицы могут переходить друг в друга.

Например, чтобы найти протоны, нейтроны и электроны в атоме водорода, необходимо знать его порядковый номер. Если учесть, что именно этот элемент возглавляет периодическую систему, то в его ядре содержится один протон.

Диаметр атомного ядра составляет десятитысячную долю всего размера атома. В нем сосредоточена основная масса всего атома. По массе ядро превышает в тысячи раз сумму всех электронов, имеющихся в атоме.

Характеристика частиц

Рассмотрим, как найти протоны, нейтроны и электроны в атоме, и узнаем об их особенностях. Протон – это элементарная частица, которая соответствует ядру атома водорода. Его масса превышает электрон в 1836 раз. Для определения единицы электричества, проходящего через проводник с заданным поперечным сечением, используют электрический заряд.

У каждого атома в ядре располагается определенное количество протонов. Оно является постоянной величиной, характеризует химические и физические свойства данного элемента.

Как найти протоны, нейтроны и электроны в атоме углерода? Порядковый номер данного химического элемента 6, следовательно, в ядре содержится шесть протонов. Согласно планетарной модели строения атома, вокруг ядра по орбитам движется шесть электронов. Для определения количество нейтронов из значения относительной атомной массы углерода (12) вычитаем количество протонов (6), получаем шесть нейтронов.

Для атома железа число протонов соответствует 26, то есть этот элемент имеет 26-й порядковый номер в таблице Менделеева.

Нейтрон является электрически нейтральной частицей, нестабильной в свободном состоянии. Нейтрон способен самопроизвольно превращаться в положительно заряженный протон, испуская при этом антинейтрино и электрон. Средний период его полураспада составляет 12 минут. Массовое число – это суммарное значение количества протонов и нейтронов внутри ядра атома. Попробуем выяснить, как найти протоны, нейтроны и электроны в ионе? Если атом во время химического взаимодействия с другим элементом приобретает положительную степень окисления, то число протонов и нейтронов в нем не изменяется, меньше становится только электронов.

Заключение

Существовало несколько теорий, касающихся строения атома, но ни одна из них не была жизнеспособной. До версии, созданной Резерфордом, не было детального пояснения о расположении внутри ядра протонов и нейтронов, а также о вращении по круговым орбитам электронов. После появления теории планетарного строения атома у исследователей появилась возможность не только определять количество элементарных частиц в атоме, но и предсказывать физические и химические свойства конкретного химического элемента.

Была ли эта статья полезной?

Углерод
← Бор | Азот →
6 C ↓ Si 6C
Внешний вид простого вещества
прозрачный (алмаз), матово-чёрный (графит)
Свойства атома
Название, символ, номер	Углеро́д / Carboneum (С), 6
Группа, период, блок	14 (устар. 4), 2, p-элемент
Атомная масса (молярная масса)	[12,0096; 12,0116][комм 1][1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[He] 2s22p2 1s22s22p2
Радиус атома	70 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	77,0 пм
Радиус иона	16 (+4e) 260 (-4e) пм
Электроотрицательность	2,55[2] (шкала Полинга)
Степени окисления	-4[3], -3, -2, -1, 0, +1[4], +2, +3[5], +4
Энергия ионизации (первый электрон)	1085,7 (11,25) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	2,25 (графит) г/см³
Критическая точка	4600 [6] К, 10,8[6] МПа
Молярная теплоёмкость	8,54 (графит)[7] Дж/(K·моль)
Молярный объём	5,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	Гексагональная (графит/графен), Кубическая (алмаз)
Параметры решётки	a=2,46; c=6,71 (графит); а=3,567 (алмаз)
Отношение c/a	2,73 (графит)
Температура Дебая	1860 (алмаз) K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 1,59 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-44-0
Эмиссионный спектр
Наиболее долгоживущие изотопы
Основная статья: Изотопы углерода Изотоп Распростра- нённость Период полураспада Канал распада Продукт распада 11C синт. 20 мин β+ 11B 12C 98,9% стабилен – – 13C 1,1% стабилен – – 14C следовые количества 5730 лет β− 14N

Углеро́д (химический символ — C, от лат. Сarboneum) — химический элемент четырнадцатой группы второго периода (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы, IVA) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 6.

Три изотопа данного элемента встречаются в окружающем нас мире. Изотопы ¹²C и ¹³C являются стабильными, в то время как ¹⁴C радиоактивный (период полураспада данного изотопа составляет 5730 лет). Углерод был известен ещё в античном мире.

Способность углерода образовывать полимерные цепочки порождает огромный класс соединений на основе углерода, называемых органическими, которых значительно больше, чем неорганических, и изучением которых занимается органическая химия.

История[править | править код]

Углерод в виде древесного угля применялся в древности для выплавки металлов. Издавна известны аллотропные модификации углерода: алмаз и графит.

На рубеже XVII—XVIII вв. возникла теория флогистона, выдвинутая Иоганном Бехером и Георгом Шталем. Эта теория признавала наличие в каждом горючем теле особого элементарного вещества — невесомого флюида — флогистона, улетучивающегося в процессе горения. Так как при сгорании большого количества угля остается лишь немного золы, флогистики полагали, что уголь — это почти чистый флогистон. Именно этим объясняли, в частности, «флогистирующее» действие угля, — его способность восстанавливать металлы из «известей» и руд. Поздние флогистики (Реомюр, Бергман и другие) уже начали понимать, что уголь представляет собой элементарное вещество. Однако впервые таковым «чистый уголь» был признан Антуаном Лавуазье, исследовавшим процесс сжигания в воздухе и кислороде угля и других веществ. В книге Гитона де Морво, Лавуазье, Бертолле и Фуркруа «Метод химической номенклатуры» (1787) появилось название «углерод» (carbone) вместо французского «чистый уголь» (charbone pur). Под этим же названием углерод фигурирует в «Таблице простых тел» в «Элементарном учебнике химии» Лавуазье.

В 1791 году английский химик Теннант первым получил свободный углерод; он пропускал пары фосфора над прокалённым мелом, в результате чего образовывались фосфат кальция и углерод. То, что алмаз при сильном нагревании сгорает без остатка, было известно давно. Ещё в 1751 году германский император Франц I согласился дать алмаз и рубин для опытов по сжиганию, после чего эти опыты даже вошли в моду. Оказалось, что сгорает лишь алмаз, а рубин (окись алюминия с примесью хрома) выдерживает без повреждения длительное нагревание в фокусе зажигательной линзы. Лавуазье поставил новый опыт по сжиганию алмаза с помощью большой зажигательной машины и пришёл к выводу, что алмаз представляет собой кристаллический углерод. Второй аллотроп углерода — графит — в алхимическом периоде считался видоизменённым свинцовым блеском и назывался plumbago; только в 1740 году Потт обнаружил отсутствие в графите какой-либо примеси свинца. Шееле исследовал графит (1779) и, будучи флогистиком, счёл его сернистым телом особого рода, особым минеральным углём, содержащим связанную «воздушную кислоту» (СО₂) и большое количество флогистона.

Двадцать лет спустя Гитон де Морво путём осторожного нагревания превратил алмаз в графит, а затем в угольную кислоту^[8].

Происхождение названия[править | править код]

В XVII—XIX веках в русской химической и специализированной литературе иногда применялся термин «углетвор» (Шлаттер, 1763; Шерер, 1807; Севергин, 1815); с 1824 года Соловьёв ввёл название «углерод». Соединения углерода имеют в названии часть карбо(н) — от лат. carbō (род. п. carbōnis) «уголь».

Физические свойства[править | править код]

Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать ковалентные химические связи разного типа.

Углерод имеет самую высокую температуру сублимации среди всех известных веществ. При атмосферном давлении он не имеет точки плавления, так как его тройная точка 10,8±0,2 МПа (106,6 ± 2,0 атм) и 4600±300 К (4330±300 °C), поэтому он возгоняется при температуре около 3900 К (3630 °C)^[10][11].

Изотопы углерода[править | править код]

Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов — ¹²С (98,93 %) и ¹³С (1,07 %) и одного радиоактивного изотопа ¹⁴С (β-излучатель, Т_½ = 5730 лет), сосредоточенного в атмосфере и верхней части земной коры. Он постоянно образуется в нижних слоях стратосферы в результате воздействия нейтронов космического излучения на ядра азота по реакции: ¹⁴N (n, p) ¹⁴C, а также, с середины 1950-х годов, как техногенный продукт работы АЭС и в результате испытания водородных бомб.

На образовании и распаде ¹⁴С основан метод радиоуглеродного датирования, широко применяющийся в четвертичной геологии и археологии.

Аллотропные модификации углерода[править | править код]

Кристаллический углерод[править | править код]

• Алмаз
• Графен
• Графит
• Карбин
• Лонсдейлит
• Наноалмаз
• Фуллерены
• Фуллерит
• Углеродное волокно
• Углеродные нановолокна
• Углеродные нанотрубки

Аморфный углерод[править | править код]

• Активированный уголь
• Древесный уголь
• Ископаемый уголь: антрацит и ископаемый уголь.
• Кокс каменноугольный, нефтяной и др.
• Стеклоуглерод
• Технический углерод
• Сажа
• Углеродная нанопена

На практике, как правило, перечисленные выше аморфные формы являются химическими соединениями с высоким содержанием углерода, а не чистой аллотропной формой углерода.

Кластерные формы[править | править код]

• Астралены
• Диуглерод
• Углеродные наноконусы

Структура[править | править код]

Электронные орбитали атома углерода могут иметь различную форму в зависимости от степени гибридизации его электронных орбиталей. Существует три основных конфигурации атома углерода:

• тетраэдрическая, образуется при смешении одного s- и трёх p-электронов (sp³-гибридизация). Атом углерода находится в центре тетраэдра, связан четырьмя эквивалентными σ-связями с атомами углерода или иными расположенными в вершинах тетраэдра. Такой геометрии атома углерода соответствуют аллотропные модификации углерода алмаз и лонсдейлит. Такой гибридизацией обладает углерод, например, в метане и других углеводородах.
• тригональная, образуется при смешении одной s- и двух p-электронных орбиталей (sp²-гибридизация). Атом углерода имеет три равноценные σ-связи, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Не участвующая в гибридизации p-орбиталь, расположенная перпендикулярно плоскости σ-связей, используется для образования π-связи с другими атомами. Такая геометрия углерода характерна для графита, фенола и др.
• дигональная, образуется при смешении одного s- и одного p-электронов (sp-гибридизация). При этом два электронных облака вытянуты вдоль одного направления и имеют вид несимметричных гантелей. Два других р-электрона дают π-связи. Углерод с такой геометрией атома образует особую аллотропную модификацию — карбин.

Графит и алмаз[править | править код]

Основные и хорошо изученные аллотропные модификации углерода — алмаз и графит. Термодинамический расчёт линии равновесия графит — алмаз на фазовой р, Т-диаграмме был выполнен в 1939 году О. И. Лейпунским^[12]. При нормальных условиях термодинамически устойчив только графит, а алмаз и другие формы метастабильны. При атмосферном давлении и температуре выше 1200 K алмаз начинает переходить в графит, выше 2100 K превращение совершается очень быстро^[13][14][15]. ΔН₀ перехода — 1,898 кДж/моль. Прямой переход графита в алмаз происходит при 3000 K и давлении 11—12 ГПа. При нормальном давлении углерод сублимируется при 3780 K.

Жидкий углерод[править | править код]

Жидкий углерод существует только при определённом внешнем давлении. Тройные точки: графит — жидкость — пар Т = 4130 K, р = 10,7 МПа и графит — алмаз — жидкость Т ≈ 4000 K, р ≈ 11 ГПа. Линия равновесия графит — жидкость на фазовой р, Т-диаграмме обладает положительным наклоном, переходящим по мере приближения к тройной точке графит — алмаз — жидкость в отрицательный, что связано с уникальными свойствами атомов углерода создавать углеродные молекулы, состоящие из различного количества атомов (от двух до семи). Наклон линии равновесия алмаз — жидкость, в отсутствие прямых экспериментов в области очень высоких температур (более 4000—5000 K) и давлений (более 10—20 ГПа), долгие годы считался отрицательным. Проведённые японскими исследователями прямые эксперименты^[16] и обработка полученных экспериментальных данных с учётом аномальности высокотемпературной теплоёмкости алмаза^[17][18] показали, что наклон линии равновесия алмаз — жидкость положителен, то есть алмаз плотнее жидкого углерода (в расплаве он будет тонуть, а не всплывать как лёд в воде).

В мае 2019 года в журнале Physical Review Letters опубликована работа российских учёных из Объединенного института высоких температур РАН А. М. Кондратьева и А. Д. Рахеля, в которой физики впервые в мире детально изучили и измерили свойства жидкой формы углерода. Результаты физического эксперимента позволили получить новые данные, которые были недоступны исследователям в условиях компьютерного моделирования. Тонкая пластина высокоориентированного пиролитического графита с гексагональной осью, перпендикулярной его поверхности, была зажата между двумя пластинами особого материала и нагрета при давлении от 0,3 до 2,0 ГПа. Оказалось, что температура плавления графита при этих условиях составляет 6300-6700 К, что более чем на 1000 К выше значений, предсказанных теоретически и на математических моделях. Исследователи впервые в мире точно измерили физические показатели процесса плавления углерода и свойства его жидкой фазы (удельное сопротивление, энтальпию плавления, изохорную теплоёмкость и многие другие показатели этого вещества^[19]. Они также обнаружили, что скорость звука в жидком углероде возрастает при уменьшении плотности^{[19][20][21][22]}.

Углерод III[править | править код]

При давлении свыше 60 ГПа предполагают образование весьма плотной модификации С III (плотность на 15—20 % выше плотности алмаза), имеющей металлическую проводимость. При высоких давлениях и относительно низких температурах (ок. 1200 K) из высокоориентированного графита образуется гексагональная модификация углерода с кристаллической решёткой типа вюрцита — лонсдейлит (а = 0,252 нм, с = 0,412 нм, пространственная группа Р6₃/mmc), плотность 3,51 г/см³, то есть такая же, как у алмаза. Лонсдейлит найден также в метеоритах.

Ультрадисперсные алмазы (наноалмазы)[править | править код]

В 1980-е годы в СССР было обнаружено, что в условиях динамической нагрузки углеродсодержащих материалов могут образовываться алмазоподобные структуры, получившие название ультрадисперсных алмазов (УДА). В настоящее время всё чаще применяется термин «наноалмазы». Размер частиц в таких материалах составляет единицы нанометров. Условия образования УДА могут быть реализованы при детонации взрывчатых веществ со значительным отрицательным кислородным балансом, например, смесей тротила с гексогеном. Такие условия могут быть реализованы также при ударах небесных тел о поверхность Земли в присутствии углеродсодержащих материалов (органика, торф, уголь и пр.). Так, в зоне падения Тунгусского метеорита в лесной подстилке были обнаружены УДА.

Карбин[править | править код]

Кристаллическая модификация углерода гексагональной сингонии с цепочечным строением молекул называется карбин. Цепи имеют либо полиеновое строение (−C≡C−), либо поликумуленовое (=C=C=). Известно несколько форм карбина, отличающихся числом атомов в элементарной ячейке, размерами ячеек и плотностью (2,68—3,30 г/см³). Карбин встречается в природе в виде минерала чаоита (белые прожилки и вкрапления в графите) и получен искусственно — окислительной дегидрополиконденсацией ацетилена, действием лазерного излучения на графит, из углеводородов или CCl₄ в низкотемпературной плазме.

Карбин представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1,9—2 г/см³), обладает полупроводниковыми свойствами. Получен в искусственных условиях из длинных цепочек атомов углерода, уложенных параллельно друг другу.

Карбин — линейный полимер углерода. В молекуле карбина атомы углерода соединены в цепочки поочередно или тройными и одинарными связями (полиеновое строение), либо постоянно двойными связями (поликумуленовое строение). Это вещество впервые получено советскими химиками В. В. Коршаком, А. М. Сладковым, В. И. Касаточкиным и Ю. П. Кудрявцевым в начале 1960-х годов в Институте элементоорганических соединений Академии наук СССР^[23]. Карбин обладает полупроводниковыми свойствами, причём под воздействием света его проводимость сильно увеличивается. На этом свойстве основано первое практическое применение — в фотоэлементах.

Фуллерены и углеродные нанотрубки[править | править код]

Углерод известен также в виде кластерных частиц С₆₀, С₇₀, C₈₀, C₉₀, C₁₀₀ и подобных (фуллерены), а также графенов, нанотрубок и сложных структур — астраленов.

Аморфный углерод (строение)[править | править код]

В основе строения аморфного углерода лежит разупорядоченная структура монокристаллического (всегда содержит примеси) графита. Это кокс, бурые и каменные угли, техуглерод, сажа, активный уголь.

Графен[править | править код]

Графен — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединенных посредством sp² связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку.

Углеродное кольцо[править | править код]

В 2019 году впервые синтезирован один экземпляр молекулы, представляющей собой кольцо из 18 атомов углерода. В нём чередуются одинарные и тройные химические связи^[24][25].

Нахождение в природе[править | править код]

Было оценено, что Земля в целом состоит из 730 ppm углерода, с содержанием 2000 ppm в ядре и 120 ppm в мантии и коре^[26]. Масса Земли составляет 5,972⋅10²⁴ kg, что предполагает наличие 4360 миллионов гигатонн углерода.

Свободный углерод находится в природе в виде алмаза и графита. Основная масса углерода в виде природных карбонатов (известняки и доломиты), горючих ископаемых — антрацит (94—97 % С), бурые угли (64—80 % С), каменные угли (76—95 % С), горючие сланцы (56—78 % С), нефть (82—87 % С), горючих природных газов (до 99 % метана), торф (53—56 % С), а также битумы и др. В атмосфере и гидросфере находится в виде диоксида углерода СО₂, в воздухе 0,046 % СО₂ по массе, в водах рек, морей и океанов в ~60 раз больше. Углерод входит в состав растений и животных (~17,5 %).

В организм человека углерод поступает с пищей (в норме около 300 г в сутки).
Общее содержание углерода в организме человека достигает около 21 % (15 кг на 70 кг массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина).

Кругооборот углерода в природе включает биологический цикл, выделение СО₂ в атмосферу при сгорании ископаемого топлива, из вулканических газов, горячих минеральных источников, из поверхностных слоёв океанических вод, а также при дыхании, брожении, гниении. Биологический цикл состоит в том, что углерод в виде СО₂ поглощается из тропосферы растениями в процессе фотосинтеза. Затем из биосферы он вновь возвращается в геосферу, частично через организмы животных и человека, и в виде СО₂ — в атмосферу.

В парообразном состоянии и в виде соединений с азотом и водородом углерод обнаружен в атмосфере Солнца, планет, он найден в каменных и железных метеоритах.

Большинство соединений углерода, и прежде всего углеводороды, обладают ярко выраженным характером ковалентных соединений. Прочность простых, двойных и тройных связей атомов С между собой, способность образовывать устойчивые цепи и циклы из атомов С обусловливают существования огромного числа углеродсодержащих соединений, изучаемых органической химией.

В природе встречается минерал шунгит, в котором содержится как твёрдый углерод (≈25 %), так и значительные количества диоксида кремния (≈35 %).

Химические свойства[править | править код]

При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких температурах соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300—501 °C, 600—700 °C и 800—1000 °C.

Степень окисления бывает от −4 до +4. Сродство к электрону 1,27 эВ; энергия ионизации при последовательном переходе от С⁰ к С⁴⁺ соответственно 11,2604, 24,383, 47,871 и 64,19 эВ.

Неорганические соединения[править | править код]

Углерод реагирует с неметаллами при нагревании.

Реакции с неметаллами

Реагент	Уравнение	Описание
		Продуктами горения углерода являются CO и CO2 (монооксид углерода и диоксид углерода соответственно). Известен также неустойчивый недооксид углерода С3О2 (температура плавления −111 °C, температура кипения 7 °C) и некоторые другие оксиды (например, C12O9, C5O2, C12O12). Углекислый газ реагирует с водой, образуя слабую угольную кислоту — H2CO3, которая образует соли — карбонаты. На Земле наиболее широко распространены карбонаты кальция (минеральные формы — мел, мрамор, кальцит, известняк и др.) и магния (минеральная форма доломит).
		При реакции углерода с серой получается сероуглерод CS2, известны также CS и C3S2. Получен селенид углерода CSe2.
		Из углерода можно получить метан в присутствии оксидов железа, однако гораздо практичнее получать метан из синтез газа. Графит и аморфный углерод начинают реагировать с водородом при температуре 1200 °C, с фтором при 900 °C[27], образуя фреон.
		При сплавлении получается карбид кремния.
		При пропускании электрического разряда между угольными электродами в атмосфере азота образуется циан. При высоких температурах взаимодействием углерода со смесью Н2 и N2 получают синильную кислоту: Такой же реакцией получают циан
	Не реагирует

Графит с галогенами, щелочными металлами и др. веществами образует соединения включения.

Реакции со сложными веществами

Уравнение	Описание
	Важна в промышленности реакция углерода с водяным паром для получения синтез газа
	Горение чёрного пороха.
	С калиевой селитрой углерод проявляет восстановительные свойства.
	Восстанавливает сульфат бария
	При сплавлении углерод восстанавливает оксиды металлов до металлов. Данное свойство широко используется в металлургической промышленности.

С большинством металлов углерод образует карбиды, например:

(метанид)

(ацетиленид)

Органические соединения[править | править код]

Способность углерода образовывать полимерные цепочки порождает огромный класс соединений на основе углерода, которых значительно больше, чем неорганических, и изучением которых занимается органическая химия. Среди них наиболее обширные группы: углеводороды, белки, жиры, углеводы и др.

Соединения углерода составляют основу земной жизни, а их свойства во многом определяют спектр условий, в которых подобные формы жизни могут существовать. По числу атомов в живых клетках доля углерода около 25 %, по массовой доле — около 18 %.

Применение[править | править код]

Графит используют в карандашной промышленности, но в смеси с глиной, для уменьшения его мягкости. Также его используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах. Его невероятно высокая температура плавления позволяет делать из него тигли для заливки металлов. Способность графита проводить электрический ток также позволяет изготавливать из него высококачественные электроды.

Алмаз благодаря исключительной твёрдости — незаменимый абразивный материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бурмашин. Кроме этого, огранённые алмазы — бриллианты — используются в качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях. Благодаря редкости, высоким декоративным качествам и стечению исторических обстоятельств бриллиант неизменно является самым дорогим драгоценным камнем. Исключительно высокая теплопроводность алмаза (до 2000 Вт/м·К) делает его перспективным материалом для полупроводниковой техники в качестве подложек для процессоров. Но относительно высокая себестоимость добычи алмазов ($97,47 за один карат^[28]) и сложность обработки алмаза ограничивают его применение в этой области.

В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода: производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) — для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода — для научных исследований (радиоуглеродный анализ).

Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент. В частности, углерод является неотъемлемой составляющей стали (до 2,14 % масс.) и чугуна (более 2,14 % масс.)

Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод — основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО₂ из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.

Углерод в виде ископаемого топлива: угля и углеводородов (нефть, природный газ) — один из важнейших источников энергии для человечества.

Токсическое действие[править | править код]

Углерод поступает в окружающую среду в составе выхлопных газов автотранспорта, при сжигании угля на ТЭС, при открытых разработках угля, подземной его газификации, получении угольных концентратов и др. Концентрация углерода над источниками горения 100—400 мкг/м³, крупными городами 2,4—15,9 мкг/м³, сельскими районами 0,5—0,8 мкг/м³. С газоаэрозольными выбросами АЭС в атмосферу поступает (6—15)⋅10⁹ Бк/сутки ¹⁴СО₂.

Высокое содержание углерода в атмосферных аэрозолях ведет к повышению заболеваемости населения, особенно верхних дыхательных путей и лёгких. Профессиональные заболевания — в основном антракоз и пылевой бронхит. В воздухе рабочей зоны ПДК, мг/м³: алмаз 8,0, антрацит и кокс 6,0, каменный уголь 10,0, технический углерод и углеродная пыль 4,0; в атмосферном воздухе максимальная разовая 0,15, среднесуточная 0,05 мг/м³.

Токсическое действие ¹⁴С, вошедшего в состав биологических молекул (особенно в ДНК и РНК), определяется его радиационным взаимодействием с β-частицами (¹⁴С (β) → ¹⁴N), приводящим к изменению химического состава молекулы. Допустимая концентрация ¹⁴С в воздухе рабочей зоны ДК_А 1,3 Бк/л, в атмосферном воздухе ДК_Б 4,4 Бк/л, в воде 3,0⋅10⁴ Бк/л, предельно допустимое поступление через органы дыхания 3,2⋅10⁸ Бк/год.

См. также[править | править код]

• Категория:Соединения углерода
• Радиоуглеродный анализ
• Углеродный шовинизм
• Углеродная звезда
• Углеродная планета

Комментарии[править | править код]

1. ↑ Указан диапазон значений атомной массы в связи с неоднородностью распространения изотопов в природе.

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

1. Берёзкин В. И. Углерод: замкнутые наночастицы, макроструктуры, материалы. — СПб.: АРТЭГО, 2013. — 450 с. — ISBN 978-5-91014-051-0
2. Бухаркина Т. В. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов / Т. В. Бухаркина, Н. Г. Дигуров. — М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1999. — 195 с. — ISBN 5-7237-0139-8.
3. Ола Д. А. Химия гиперкоординированного углерода = Hupercarbon chemistry / Ола Дж., Пракаш Г.К.С., Уильямс Р.Е. и др. Перевод с англ. В.И. Минкина. — М.: Мир, 1990. — 336 с. — ISBN 5-03-001451-9.
4. Сладков А. М., Кудрявцев Ю. П. Алмаз, графит, карбин — аллотропные формы углерода // Природа. 1969. № 5. — С.37—44.
5. Kirk — Othmer encyclopedia, 3 ed., vol.4, N.-Y., 1978, p. 556—709.
6. Саранчук В. I., Ошовський В. В., Власов Г. О. Хімія і фізика горючих копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2003. 204 с.

• Роберт Хейзен. Симфония №6 Углерод и эволюция почти всего = Robert M. Hazen. Symphony in C: Carbon and the Evolution of (Almost) Everything / Анастасия Науменко. — М.: Альпина нон-фикшн, 2021. — 410 p. — ISBN 978-5-00139-283-5.

Ссылки[править | править код]

• Углерод на Webelements
• Углерод в Популярной библиотеке химических элементов
• Информация об углероде Архивная копия от 21 января 2011 на Wayback Machine
• Углерод Алексея Сладкова  (недоступная ссылка с 21-05-2013 [3647 дней] — история, копия) — история открытия карбина
• Сладков А. М. Карбин — третья аллотропная форма углерода: Монография (под ред. Бубнова Ю. Н.)

Число протонов нейтронов электронов в атоме элемента (Таблица)

Число протонов нейтронов и электронов в атоме химического элемента (изотопа) можно определить, зная порядковый номер элемента в периодической таблице Менделеева и его атомную массу:

— Число протонов = число электронов = порядковый номер элемента

— Число нейтронов = атомная масса – число протонов 

Вычислим число нейтронов в атоме на примере кислорода ¹⁶O:

16 – 8 = 8 (в кислороде 8 нейтронов)

 

Таблица число протонов нейтронов электронов в атоме химического элемента

Справочная таблица содержит список элементов (изотопов) и их число протонов, нейтронов и электронов, а также атомную массу изотопа.

Элемент, изотоп	Число протонов (= электронов)	Число нейтронов	Атомная масса изотопа
1H	1	0	1,0078
2H	1	1	2,0141
3He	2	1	3,0160
4He	2	2	4,0026
6Li	3	3	6,0151
7Li	3	4	7,0160
9Be	4	5	9,0122
10B	5	5	10,0129
11B	5	6	11,0093
12C	6	6	12,0000
13C	6	7	13,0034
14N	7	7	14,0031
15N	7	8	15,0001
16O	8	8	15,9949
17O	8	9	16,9991
18O	8	10	17,9992
19F	9	10	18,9984
20Ne	10	10	19,9924
21Ne	10	11	20,9938
22Ne	10	12	21,9914
23Na	11	12	22,9898
24Mg	12	12	23,9850
25Mg	12	13	24,9858
26Mg	12	14	25,9826
27Al	13	14	26,9815
28Si	14	14	27,9769
29Si	14	15	28,9765
30Si	14	16	29,9738
31P	15	16	30,9738
32S	16	16	31,9721
33S	16	17	32,9715
34S	16	18	33,9679
36S	16	20	35,9671
35Cl	17	18	34,9689
37Cl	17	20	36,9659
36Ar	18	18	35,9675
38Ar	18	20	37,9627
40Ar	18	22	39,9624
39K	19	20	38,9637
40K*	19	21	39,9640
41K	19	22	40,9618
40Ca	20	20	39,9626
42Ca	20	22	41,9586
43Ca	20	23	42,9588
44Ca	20	24	43,9555
46Ca	20	26	45,9537
48Ca*	20	28	47,9525
45Sc	21	24	44,9559
46Ti	22	24	45,9526
47Ti	22	25	46,9518
48Ti	22	26	47,9479
49Ti	22	27	48,9479
50Ti	22	28	49,9448
50V*	23	27	49,9472
51V	23	28	50,9440
50Cr	24	26	49,9460
52Cr	24	28	51,9405
53Cr	24	29	52,9406
54Cr	24	30	53,9389
55Mn	25	30	54,9380
54Fe	26	28	53,9396
56Fe	26	30	55,9349
57Fe	26	31	56,9354
58Fe	26	32	57,9333
59Co	27	32	58,9332
58Ni	28	30	57,9353
60Ni	28	32	59,9308
61Ni	28	33	60,9311
62Ni	28	34	61,9283
64Ni	28	36	63,9280
63Cu	29	34	62,9296
65Cu	29	36	64,9278
64Zn	30	34	63,9291
66Zn	30	36	65,9260
67Zn	30	37	66,9271
68Zn	30	38	67,9248
70Zn	30	40	69,9253
69Ga	31	38	68,9256
71Ga	31	40	70,9247
70Ge	32	38	69,9242
72Ge	32	40	71,9221
73Ge	32	41	72,9235
74Ge	32	42	73,9212
75As	33	42	74,9216
74Se	34	40	73,9225
76Se	34	42	75,9192
77Se	34	43	76,9199
78Se	34	44	77,9173
80Se	34	46	79,9165
82Se *	34	48	81,9167
79Br	35	44	78,9183
81Br	35	46	80,9163
78Kr *	36	42	77,9204
80Kr	36	44	79,9164
82Kr	36	46	81,9135
83Kr	36	47	82,9141
84Kr	36	48	83,9115
86Kr	36	50	85,9106
85Rb	37	48	84,9118
87Rb*	37	50	86,9092
84Sr	38	46	83,9134
86Sr	38	48	85,9093
87Sr	38	49	86,9089
88Sr	38	50	87,9056
89Y	39	50	88,9058
90Zr	40	50	89,9047
91Zr	40	51	90,9056
92Zr	40	52	91,9050
94Zr	40	54	93,9063
93Nb	41	52	92,9064
92Mo	42	50	91,9068
94Mo	42	52	93,9051
95Mo	42	53	94,9058
96Mo	42	54	95,9047
97Mo	42	55	96,9060
98Mo	42	56	97,9054
100Mo*	42	58	99,9075
96Ru	44	52	95,9076
98Ru	44	54	97,9053
99Ru	44	55	98,9059
100Ru	44	56	99,9042
101Ru	44	57	100,9056
102Ru	44	58	101,9043
104Ru	44	60	103,9054
103Rh	45	58	102,9055
102Pd	46	56	101,9056
104Pd	46	58	103,9040
105Pd	46	59	104,9051
106Pd	46	60	105,9035
108Pd	46	62	107,9039
110Pd	46	64	109,9052
107Ag	47	60	106,9051
109Ag	47	62	108,9048
106Cd	48	58	105,9065
108Cd	48	60	107,9042
110Cd	48	62	109,9030
111Cd	48	63	110,9042
112Cd	48	64	111,9028
113Cd*	48	65	112,9044
114Cd	48	66	113,9034
116Cd*	48	68	115,9048
113In	49	64	112,9041
115In*	49	66	114,9039
112Sn	50	62	111,9048
114Sn	50	64	113,9028
115Sn	50	65	114,9033
116Sn	50	66	115,9017
117Sn	50	67	116,9030
118Sn	50	68	117,9016
119Sn	50	69	118,9033
120Sn	50	70	119,9022
122Sn	50	72	121,9034
124Sn	50	74	123,9053
121Sb	51	70	120,9038
123Sb	51	72	122,9042
120Te	52	68	119,9040
122Te	52	70	121,9030
123Te	52	71	122,9043
124Te	52	72	123,9028
125Te	52	73	124,9044
126Te	52	74	125,9033
128Te*	52	76	127,9045
130Te*	52	78	129,9062
127I	53	74	126,9045
124Xe*	54	70	123,9059
126Xe	54	72	125,9043
128Xe	54	74	127,9035
129Xe	54	75	128,9048
130Xe	54	76	129,9035
131Xe	54	77	130,9051
132Xe	54	78	131,9042
134Xe	54	80	133,9054
136Xe*	54	82	135,9072
133Cs	55	78	132,9055
130Ba*	56	74	129,9063
132Ba	56	76	131,9051
134Ba	56	78	133,9045
135Ba	56	79	134,9057
136Ba	56	80	135,9046
137Ba	56	81	136,9058
138Ba	56	82	137,9052
138La*	57	81	137,9071
139La	57	82	138,9064
136Ce	58	78	135,9072
138Ce	58	80	137,9060
140Ce	58	82	139,9054
142Ce	58	84	141,9092
141Pr	59	82	140,9077
142Nd	60	82	141,9077
143Nd	60	83	142,9098
144Nd*	60	84	143,9101
145Nd	60	85	144,9126
146Nd	60	86	145,9131
148Nd	60	88	147,9169
150Nd*	60	90	149,9209
144Sm	62	82	143,9120
147Sm*	62	85	146,9149
148Sm*	62	86	147,9148
149Sm	62	87	148,9172
150Sm	62	88	149,9173
152Sm	62	90	151,9197
154Sm	62	92	153,9222
151Eu*	63	88	150,9199
153Eu	63	90	152,9212
152Gd*	64	88	151,9198
154Gd	64	90	153,9209
155Gd	64	91	154,9226
156Gd	64	92	155,9221
157Gd	64	93	156,9240
158Gd	64	94	157,9241
160Gd	64	96	159,9271
159Tb	65	94	158,9253
156Dy	66	90	155,9243
158Dy	66	92	157,9244
160Dy	66	94	159,9252
161Dy	66	95	160,9269
162Dy	66	96	161,9268
163Dy	66	97	162,9287
164Dy	66	98	163,9292
165Ho	67	98	164,9303
162Er	68	94	161,9288
164Er	68	96	163,9292
166Er	68	98	165,9303
167Er	68	99	166,9320
168Er	68	100	167,9324
170Er	68	102	169,9355
169Tm	69	100	168,9342
168Yb	70	98	167,9339
170Yb	70	100	169,9348
171Yb	70	101	170,9363
172Yb	70	102	171,9364
173Yb	70	103	172,9382
174Yb	70	104	173,9389
176Yb	70	106	175,9426
175Lu	71	104	174,9408
176Lu*	71	105	175,9427
174Hf*	72	102	173,9400
176Hf	72	104	175,9414
177Hf	72	105	176,9432
178Hf	72	106	177,9437
179Hf	72	107	178,9458
180Hf	72	108	179,9466
181Ta	73	108	180,9480
180W*	74	106	179,9467
182W	74	108	181,9482
183W	74	109	182,9502
184W	74	110	183,9509
186W	74	112	185,9544
185Re	75	110	184,9530
187Re*	75	112	186,9558
184Os	76	108	183,9525
186Os*	76	110	185,9538
187Os	76	111	186,9558
188Os	76	112	187,9558
189Os	76	113	188,9581
190Os	76	114	188,9581
192Os	76	116	191,9615
191Ir	77	114	190,9606
193Ir	77	116	191,9626
190Pt*	78	112	189,9599
192Pt	78	114	191,9610
194Pt	78	116	193,9627
195Pt	78	117	194,9648
196Pt	78	118	195,9650
198Pt	78	120	197,9679
197Au	79	118	196,9666
196Hg	80	116	195,9658
198Hg	80	118	197,9668
199Hg	80	119	198,9683
200Hg	80	120	199,9683
201Hg	80	121	200,9703
202Hg	80	122	201,9706
204Hg	80	124	203,9735
203Tl	81	122	202,9723
205Tl	81	124	204,9744
204Pb	82	122	203,9730
206Pb	82	124	205,9745
207Pb	82	125	206,9759
208Pb	82	126	207,9767
209Bi*	83	126	208,9804
232Th*	90	142	232,0381
235U*	92	143	235,0439

* это нестабильные изотопы и с большим периодом полураспада, который равняется возрасту Вселенной.