B
N
6C12.011
Wikimedia Commons
Алмаз і грифель олівця зроблені з одного й того самого елемента. Важко повірити, але це так. Вуглець здатен бути найтвердішою речовиною на Землі й водночас — м'яким мастилом. Усе залежить від того, як атоми з'єднані між собою. Жоден інший елемент не має такої суперсили.
Вуглець — основа життя. Кожна молекула ДНК, кожен білок, кожен жир містить вуглець. Він утворює більше сполук, ніж усі інші елементи разом. На Землі вуглець циркулює між океаном, атмосферою, живими організмами та гірськими породами. Без нього планета була б мертвою.
Людство знає вуглець з доісторичних часів — як деревне вугілля та сажу. Сьогодні він у центрі технологій. Вуглецеве волокно робить літаки та болідів Формули-1 легшими й міцнішими за сталь. Графен — шар товщиною в один атом — обіцяє революцію в електроніці.
Але є й зворотний бік. Щороку людство викидає понад 40 мільярдів тонн CO₂. Це головна причина глобального потепління. Тому вчені шукають способи уловлювати й зберігати вуглець.
6
Атомний номер
12.011u
Атомна маса
[He] 2s2 2p2
e-конфігурація
2.55
Електронег.
вуглецьщо таке вуглецьвластивості вуглецюде використовується вуглецьвуглець елементалмаз і графіт
Властивості
Фізичні властивості
3823 K
3550°C
Температура плавлення
4098 K
3825°C
Температура кипіння
2.27
g/cm³
Густина
2.55
Pauling
Електронегативність
Атомна структура
Група
14
Період
2
Блок
P
Електронна конфігурація
[He] 2s2 2p2
Модель Бора
K=2L=4
Додаткові властивості
Структура
Кристалічна структура
гексагональна (графіт) / кубічна гранецентрована (алмаз)
Магнітне впорядкування
діамагнітний
Твердість (Моос)
10
Модуль об'ємної пружності
33GPa
Модуль зсуву
478GPa
Твердість Брінелля
100 ГПа (алмаз)MPa
Твердість Віккерса
10 000 (алмаз)MPa
Фізичні властивості
Теплопровідність
129W/(m·K)
Питомий опір
7500nΩ·m
Швидкість звуку
18350m/s
Модуль Юнга
1050GPa
Питома теплоємність
0.709J/(g·K)
Теплота плавлення
117kJ/mol
Теплота випаровування
715kJ/mol
Спорідненість до електрона
121.8kJ/mol
Молярний об'єм
5.29cm³/mol
Атомні властивості
Атомний радіус
77pm
Ковалентний радіус
77pm
Радіус Ван-дер-Ваальса
170pm
Перша енергія іонізації
1086.5kJ/mol
Поширеність
Поширеність на Землі
0.02%
Поширеність у Всесвіті
0.46%
Поширеність в океані
0.0028%
У тілі людини
18.5%
Загальні
Атомний номер6
Атомна маса12.0110u
Група14
Період2
БлокP
Стандартний станТверде тіло
Фізичні властивості
Густина2.267g/cm³
Температура плавлення3823.00 K (3550°C)
Температура кипіння4098.00 K (3825°C)
Швидкість звуку18350m/s
Модуль Юнга1050GPa
Твердість (Моос)10
Молярний об'єм5.29cm³/mol
Модуль об'ємної пружності33GPa
Модуль зсуву478GPa
Твердість Брінелля100 ГПа (алмаз)MPa
Твердість Віккерса10 000 (алмаз)MPa
Термічні властивості
Теплопровідність129W/(m·K)
Питома теплоємність0.709J/(g·K)
Теплота плавлення117kJ/mol
Теплота випаровування715kJ/mol
Атомні властивості
Електронна конфігурація[He] 2s2 2p2
Електронегативність2.55Pauling
Атомний радіус77pm
Ковалентний радіус77pm
Радіус Ван-дер-Ваальса170pm
Електромагнітні
Перша енергія іонізації1086.5kJ/mol
Спорідненість до електрона121.8kJ/mol
Питомий опір7500nΩ·m
Кристалічна структурагексагональна (графіт) / кубічна гранецентрована (алмаз)
Магнітне впорядкуваннядіамагнітний
Поширеність
Поширеність на Землі0.02%
Поширеність у Всесвіті0.46%
Поширеність в океані0.0028%
У тілі людини18.5%
Цифри та порівняння
10 млн+
відомих сполук
Вуглець утворює більше сполук, ніж усі інші елементи разом узяті
3 823 K
температура плавлення
Вуглець плавиться при 3 550 °C — це гарячіше, ніж поверхня деяких зірок
18,5%
тіла людини
Близько 16 кг вуглецю в організмі дорослого — другий за масою елемент після кисню
Мооса 10
твердість алмазу
Алмаз — найтвердіша природна речовина. Його ріже лише інший алмаз
Застосування
⚙️
Металургія: кокс (вугілля без домішок) додають у доменну піч — без нього не виплавити сталь
✈️
Авіакосмічна галузь: корпуси Boeing 787 та Airbus A350 на 50% складаються з вуглецевого волокна — легкого й міцнішого за алюміній
💎
Ювелірна справа: алмази цінують за неперевершений блиск і твердість 10 за Моосом — жодний інший мінерал не ріже скло так легко
🩺
Медицина: активоване вугілля поглинає отрути з шлунка, а вуглецеві імпланти приживаються краще за металеві
⚡
Енергетика: вугілля, нафта та газ — це сполуки вуглецю, що дають 80% світової енергії
📱
Електроніка: графітові електроди працюють у кожній літій-іонній батареї вашого смартфона
💧
Очищення води: активоване вугілля у фільтрах затримує хлор, пестициди та важкі метали
🚀
Спорт: велосипедні рами, тенісні ракетки та лижі з карбону легші й міцніші за металеві
Де знайти в побуті
Олівець
Стрижень олівця — це графіт, одна з форм чистого вуглецю. Коли пишете, шари графіту залишаються на папері
Діамантова прикраса
Алмаз у каблучці чи сережках — це чистий вуглець, що кристалізувався під тиском у надрах Землі
Фільтр для води
Активоване вугілля у фільтрі-глечику очищує воду від хлору та домішок завдяки мільйонам мікропор
Пластикова пляшка
Усі пластмаси — від пакету до корпусу телефона — це ланцюги атомів вуглецю з різними добавками
Деревне вугілля для мангала
Шматки вугілля для барбекю — це майже чистий вуглець, отриманий нагріванням деревини без повітря
Безпека та попередження
Чистий вуглець (графіт, алмаз) нетоксичний і безпечний при дотику. Але вугільний пил небезпечний: він осідає в легенях і спричиняє пневмоконіоз у шахтарів. Чадний газ (CO) — справжній убивця: без кольору, без запаху, при концентрації 0,1% людина втрачає свідомість за хвилини. Наночастинки вуглецю (сажа, нанотрубки) можуть проникати глибоко в легені. Завжди потрібна вентиляція при роботі з вугільним пилом.
Небезпечно
Цікаві факти
Алмаз і графіт — це один і той самий елемент. Але алмаз має твердість 10 за шкалою Мооса, а графіт — лише 1-2. Різниця — тільки у розташуванні атомів.
Тіло людини містить близько 16 кг вуглецю. Це другий за масою елемент в організмі після кисню — 18,5% вашої ваги.
Графен — шар вуглецю товщиною в один атом. Він у 200 разів міцніший за сталь і проводить електрику краще за мідь.
Ізотоп вуглець-14 розпадається з періодом 5 730 років. Завдяки цьому вчені визначають вік мумій, кісток і стародавнього дерева.
Весь вуглець у Всесвіті народився всередині зірок. Три ядра гелію зливаються в одне ядро вуглецю — це потрійний альфа-процес.
Вуглець утворює понад 10 мільйонів відомих сполук. Це більше, ніж усі інші елементи разом узяті. Тому для нього існує окрема наука — органічна хімія.