Углерод

Углерод

Химический элемент

Матово-чёрный (графит), либо прозрачный (алмаз)

Символ, номер

C, 6

Атомная масса

12,0096 а.е.м.

Электронная конфигурация

[He] 2s² 2p²

Электроотрицательность

2,55 по шкале Поллинга

Степени окисления

степень окисления

Плотность

2,25 г/см³ (графит)

Температура плавления

3780 K

Температура кипения

4130 K

Молярная теплоёмкость

 Дж/(K·моль)

Структура кристаллической решетки

гексагональная (графит), кубическая (алмаз)

Теплопроводность

(300 K) 1,59 Вт/(м·К)

016. Углерод («Киевнаучфильм». Автор сценария Г.Лисичкин. Режиссер Б. Дубровин. 1977 г.)

Углерод — самый странный химический элемент // Thoisoi [25:08]

Углерод — неметалл, химический элемент с атомным номером 6, принадлежащий главной подгруппе четвёртой группы, а также 2-му периоду таблицы Менделеева.

История

Углерод является одним из первых химических элементов, который известен человеку. В виде древесного угля он применялся в древности для выплавки металлов. Издавна известны аллотропные модификации углерода — алмаз и графит. Углерод является одним из элементов, имя первооткрывателя которого неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементарного углерода — алмаз или графит — была открыта раньше. И то, и другое случилось очень давно, еще до возникновения письма.

Идентификация углерода как химического элемента тесно связана с развитием представлений о химической природе горения. 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, который испаряется в процессе горения. Поскольку при сгорании большого количества угля остается лишь немного пепла, сторонники этой теории считали, что уголь — это почти чистый флогистон. Именно этим объясняли, в частности, «флогистонное» действие угля, — его способность восстанавливать металлы из окислов и руд. Более поздние флогистики, Реомюр, Бергман и другие, уже начали понимать, что уголь является элементарным веществом. Однако, впервые «чистый уголь» был признан элементом Антуаном Лавуазье, который исследовал процесс сжигания в воздухе и в кислороде угля и других веществ.

В 1791 году английский химик Теннант первым получил свободный углерод: он пропускал пары фосфора над прокаленным мелом, в результате чего образовались фосфат кальция и углерод. То, что алмаз при сильном нагревании сгорает без остатка, было известно давно. Еще в 1751 году император Священной Римской империи 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 пришел к выводу, что алмаз является, на самом деле, кристаллическим углеродом. Второй аллотроп углерода, графит, в эпоху расцвета алхимии не отличали от молибденита, галенита и его называли плюмбаго (plumbago) или черным свинцом, однако анализ Карла Вильгельма Шееле доказал, что это разные минералы. Будучи флогистиком, Шлееле признал графит сернистым телом особого рода, особым минеральным углем, содержащим связанную «воздушную кислоту» (углекислый газ) и большое количество флогистона.

Двадцать лет спустя Гитоном где Морво путем осторожного нагревания превратил алмаз в графит, а затем в угольную кислоту.

Происхождение названия

В книге «Метод химической номенклатуры» (1787) появилось название «углерод» (carbone) вместо французского «чистый уголь» (charbone pur). Под этим же названием углерод фигурирует в «Таблице простых тел» и в «Элементарных учебнике химии» Лавуазье. Латинское название элемента Carboneum происходит от слова с древним происхождением carbo — «уголь».

Распространение

Круговорот углерода в природе

Углерод в природе встречается как в свободном состоянии, так и в виде различных соединений. Среднее содержание углерода в земной коре 2,3 × 10⁻² %; основная масса углерода концентрируется в осадочных горных породах. Накопление углерода в основном происходит в верхней части земной коры, где его присутствие связано в основном с живым веществом, природными карбонатами (доломитами и известняками), топливными ископаемыми: антрацитом (94-97 % С), каменным углем (76-95 % С), бурым углем (64-80 % С), нефтью (82-87 % С), горючими сланцами (56-78 % С), торфом (53-56 % С), горючими природными газами (до 99 % метана), а также с битумами и др. Известно более 100 минералов углерода, среди которых самые распространенные карбонаты кальция, магния и железа. Он входит в состав каменного угля, нефти и природного газа, а также различных минералов: мрамора, мела и известняка, доломита, магнезита, малахита. 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 древесине количество элемента составляет 50 %. 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).

Круговорот углерода в природе включает биологический цикл, выделение углекислого газа в атмосферу из вулканических газов, при сгорании ископаемого топлива, горячих минеральных источников, из поверхностных слоев океанических вод, а также при дыхании, брожении, гниении.

Биологический цикл состоит в том, что углерод в виде углекислого газа поглощается из тропосферы растениями в процессе фотосинтеза, а затем из биосферы он снова возвращается в геосферу, частично из-за организмов животных и человека, и в виде углекислого газа — в атмосферу.

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

На Солнце углерод занимает четвёртое место по распространенности после водорода, гелия и кислорода.

Важную роль углерод играет в космосе — участвуя в процессах нуклеосинтеза (углеродно-азотный цикл, тройная α-реакция).

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

Изотопы

Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов — ¹²С (98,93 %) и ¹³С (1,07 %) и одного радиоактивного изотопа ¹⁴С, сосредоточенного в атмосфере и верхней части земной коры. Он постоянно образуется в нижних слоях стратосферы в результате бомбардировки нейтронами ядер азота, а также, с середины 1950-х годов, как техногенный продукт работы АЭС и в результате испытания водородных бомб.

На основе распада ¹⁴С основан метод радиоуглеродного датирования, который широко применяется в археологии и палеонтологии.

Всего существует 15 различных изотопов углерода.

Образование

Образование атома углерода требует почти одновременного столкновения трех альфа-частиц, то есть ядер атома гелия. Такой процесс, известный как тройной альфа-процесс, может происходить только в недрах звезд-гигантов или сверхгигантов с большой плотностью и высокой температурой (около 100 тыс. К). Чтобы попасть на Землю, углерод сначала должен оставить материнскую звезду, где он образовался (например, в результате взрыва сверхновой) и попасть в межзвездное пространство. Звездные системы третьего поколения, к которым относится Солнечная система, образовались из межзвездной среды, которая была обогащена элементами тяжелее гелия.

Аллотропные модификации

Алмаз

Углерод и его аллотропные формы - алмаз, графит. Учебный фильм по химии [18:40]

Алмаз — прозрачное, бесцветное или слегка окрашенное примесями в различные оттенки кристаллическое вещество. Алмаз — самое твердое вещество среди всех известных, даже прочнее обсидиана. Благодаря своей чрезвычайной твердости он широко применяется при бурении твердых горных пород, обработке твердых металлов, производстве абразивов и т. п. Для отшлифованных алмазов, бриллиантов, характерна особая игра света, обусловленная сильным преломлением на гранях. Бриллианты используются как драгоценные украшения.

В алмазе каждый атом углерода образует ковалентные связи с четырьмя другими атомами. В результате образуется гранецентрированная кубическая структура из двух подрешеток, получившей название структуры алмаза. Такая структура характерна и для других элементов 14 подгруппы периодической таблицы: кремния и германия.

Крупнейшие месторождения алмазов расположены в Южной Африке и в Якутии. Ежегодная мировая добыча алмаза составляет примерно 300 кг. В последние годы алмаз начали получать искусственно при очень высоких давлениях и высокой температуре.

Графит

Графитовые стержни для карандашей

Графит — темно-серое непрозрачное мелкокристаллическое вещество, жирное на ощупь. В отличие от алмаза, графит хорошо проводит электрический ток и тепло и очень мягкий.

Графит в больших количествах получают искусственно — нагревом кокса или антрацита в специальных электрических печах при температуре около 3000 °C и повышенном давлении без доступа воздуха. Искусственный графит отличается высокой чистотой и мягкостью. По своим качествам он лучше природного. Графит широко применяется для изготовления электродов, в смеси с глиной для производства огнеупорных тиглей. Из графита делают обычные карандаши. В смеси с минеральными маслами его используют в качестве смазки для машин, работающих при повышенных температурах.

Большая разница в физических свойствах алмаза и графита обусловлена разным кристаллическим строением. В кристаллах алмаза каждый атом углерода окружен четырьмя другими атомами, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга. В кристаллах графита атомы углерода расположены в углах правильных шестиугольников в одной плоскости и образуют отдельные слои. Расстояние между отдельными слоями больше, чем между атомами в том же слое. В результате связь между отдельными слоями значительно слабее, чем между атомами того же слоя. Поэтому кристаллы графита легко расщепляются на отдельные чешуйки, которые сами по себе достаточно крепкие.

Графен

Графен по своему строению — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединенных с помощью sp² связей в гексагональную двумерную кристаллическую решетку (отдельный атомный слой со структурой графита) — атомы углерода образуют сотовую структуру с межатомных расстоянием 142 пм. Без опоры графен имеет тенденцию сворачиваться, но может быть устойчивым на подложке.

Карбин

Кристаллическая модификация углерода гексагональной сингонии с цепным строением молекул называется карбин. На вид — мелкокристаллический порошок черного цвета (плотность 1,9-2 г/см³). Карбин — линейный полимер углерода. Кристаллическая структура карбина характеризуется наличием длинных цепочек из атомов углерода, расположенных параллельно. Карбин встречается в природе в виде минерала чаоита (белые прожилки и вкрапления в графите), а также получен в искусственных условиях из длинных цепочек атомов углерода, уложенных параллельно друг другу — окислительной дигидрополиконденсацией ацетилена, действием лазерного излучения на графит, из углеводородов или CCl4 в низкотемпературной плазме. Это вещество впервые было получено советскими химиками В. В. Коршаком, А. М. Сладковой, В. И. Касаточкиным и Ю. П. Кудрявцевым в начале 1960-х годов в Институте элементоорганических соединений Академии наук СССР. Карбин обладает полупроводниковыми свойствами, причем под воздействием света его проводимость сильно увеличивается. На этом свойстве основано первое практическое применение — в фотоэлементах.

Фуллерен

Фуллерен

Фуллерен — специфическая структура из атомов углерода, открытая в середине 1980-х, молекула которого имеет вид мяча. Как в графите, каждый атом углерода на поверхности соединен с тремя другими. В отличие от графита, атомы образуют не только шести-, но и пятиугольники. Внутренняя часть молекулы пуста, что дает широкие возможности для получения на основе фуллерена соединений включения.

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки — это ещё одна недавно открытая специфическая структура, состоящая из одного или нескольких скрученных в трубку графитовых слоев. Диаметр таких трубок — 1-10 нанометров. Нанотрубки обладают уникальными физическими свойствами, в частности, высокой прочностью на разрыв, адсорбционной способностью. Они активно исследуются и имеют большие перспективы для использования. Углеродные нанотрубки обнаружены в природе (шунгит), их также искусственно выращивают в лабораториях.

Аморфный углерод

В основе строения аморфного углерода лежит неупорядоченная структура монокристаллического (всегда содержит примеси) графита. В такой видоизменению он существует в виде сажи, кокса, древесного угля и др. В природе это аллотропная форма не встречается. Ее получают искусственно из разных соединений, содержащих углерод. Аморфный углерод, или просто аморфный уголь, на самом деле является кристаллическим, но его кристаллики так малы, что их не видно даже в микроскоп. Физические свойства «аморфного» углерода в значительной степени зависят от дисперсности частиц и от наличия примесей.

Важнейшими техническими сортами аморфного углерода является сажа и древесный уголь. Сажа — чистый аморфный углерод. В промышленности сажу получают в основном термическим разложением метана, а также при сжигании различных органических веществ при недостаточном доступе воздуха. Сажу широко применяют в качестве наполнителя в производстве резины с каучука, а также для изготовления печатных красок, туши и т. п.

Древесный уголь добывают нагреванием дерева без доступа воздуха в специальных печах. Его применяют в металлургии для получения высоких сортов чугуна и стали, в кузнечном деле, для изготовления черного пороха и как адсорбент.

Лонсдейлит

Лонсдейлит и Попигайская астроблема

Лонсдейлит обнаружен в метеоритах и получен искусственно, считается, что в отсутствии примесей он тверже алмаза. Решётки алмаза и лонсдейлита отличаются способом упаковки. Для лонсдейлита характерна двухслойная упаковка типа (…АВАВ…), где каждый последующий тетраэдрический слой повёрнут на 60° по отношению к предыдущему. Для алмаза — трёхслойная типа (…АВСАВС…), где все слои построены из одинаковых координационных тетраэдров.

Ультрадисперсные алмазы (наноалмазы)

В 1980-х гг. в СССР было обнаружено, что в условиях динамической нагрузки углеродсодержащих материалов могут образовываться алмазоподобные структуры, получившие название ультрадисперсных алмазов (УДА). В настоящее время все 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 др.). Так, в зоне падения Тунгусского метеорита в лесной подстилке были обнаружены УДА.

Физические свойства

Углерод существует во многих аллотропных модификациях с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа. Различные аллотропные формы углерода имеют разные физические свойства. Алмаз является широкозонным полупроводником, практически изолятором. Соответственно, он имеет низкую теплопроводность. Благодаря широкой запрещенной зоне, алмаз не поглощает видимый свет, незначительное поглощение обусловлено наличием примесей. В отличие от алмаза, графит является неплохим проводником электрического тока и тепла. Для него также характерен металлический блеск. 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 происходит за секунды. При нормальном давлении углерод сублимируется при 3780 K. Жидкий углерод существует только при определенном внешнем давлении. Тройная точка: графит-жидкость-пар Т = 4130 K, г. = 10,7 МПа. Прямой переход графита в алмаз происходит при 3000 K и давлении 11-12 ГПа.

При давлении свыше 60 Г Па предполагают образование весьма плотной модификации C III (плотность на 15-20 % выше плотности алмаза), имеющей металлическую проводимость. При высоких давлениях и относительно низких температурах (около 1200 K) с высокоориентированных графита образуется гексагональная модификация углерода с кристаллической решеткой типа вюртцита — лонсдейлит (а = 0,252 нм, с = 0,412 нм, пространственная группа Р6₃/mmc), плотность 3,51 г / см, то есть такая же, как и у алмаза.

Структура

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

• Тетраэдрическая, образуется при смешивании одного s- и трех p-электронов. Атом углерода находится в центре тетраэдра, связан четырьмя эквивалентными σ-связями с атомами углерода или другими в вершинах тетраэдра. Такой геометрии атома соответствуют аллотропные модификации углерода алмаз и лонсдейлит. Такой гибридизацией обладает углерод, например, в метане и других углеводородах.
• Тригональная, образуется при смешивании одного s- и двух p-электронов. Атом углерода имеет три равноценные σ-связи, расположенные в одной плоскости под углом 120 ° друг к другу. Не участвуя в гибридизации p-орбиталь, расположенная перпендикулярно плоскости σ-связей, используется для образования π-связей с другими атомами. Такая геометрия углерода характерна для графита, фенола и др.
• Дигональная, образуется при смешивании одного s- и одного p-электронов. При этом два электронные 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.

В 2010 году сотрудники университета Ноттингема Стивен Лидл и коллеги получили соединение, в котором четыре связи атома углерода находятся в одной плоскости. Ранее возможность «плоского углерода» была предусмотрена Паулем фон Шлейером для вещества H₂CLi₂, но она не была синтезирована.

Химические свойства

При обычных условиях углерод химически инертен, при высоких температурах соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность различных форм углерода уменьшается в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они загораются при температурах соответственно выше 300—501 °C, 600—700 °C и 850—1000 °C. Важнейшее свойство углерода — способность его атомов образовывать прочные химические связи как между собой, так и с другими элементами. Способность углерода образовывать 4 равнозначные валентные связи с другими атомами позволяет строить углеродные скелеты различных типов (линейные, разветвленные, циклические); именно этими свойствами и объясняется исключительная роль углерода в строении органических соединений и, в частности, всех живых организмов.

Соединения

Атомы углерода образуют прочные ковалентные связи с другими атомами углерода. Благодаря этому они могут формировать цепочки и циклические структуры, обеспечивая большое разнообразие химических соединений. Соединения углерода разделяют на неорганические и органические. Название органическое соединение сложилась исторически. Так называли химические соединения, встречающиеся только в живой природе. Считалось, что они принципиально отличаются от неорганических соединений. Однако, развитие химии и синтез органических соединений из неорганических составляющих доказали, что принципиального отличия органических соединений от неорганических нет. Некоторые простые соединения углерода можно отнести как к органическим, так и к неорганическим.

Неорганические соединения

Углерод образует несколько различных оксидов, то есть соединений с кислородом. Диоксид углерода (углекислый газ) является стабильным оксидом. Монооксид углерода, известный как угарный газ, образуется при неполном сгорании из-за недостатка кислорода. Он химически активен и ядовит.

Углекислый газ, растворяясь в воде, реагирует с ней, образуя слабую угольную кислоту, соли которой называют карбонатами. На Земле наиболее широко распространены карбонаты кальция (минеральные формы — мел, мрамор, кальцит, известняк и др.) и карбонаты магния (минеральная форма доломит).

При пропускании электрического разряда между угольными электродами в атмосфере азота образуется циан. С азотом углерод образует тройную связь, оставляя свободным один электрон. Если этот электрон связывается с атомом водорода, возникает синильная кислота HCN:

• $~{\mathsf {NH_{3}+CH_{4}\ {\xrightarrow {Pt}}\ HCN+3H_{2}\uparrow }}$

Соединения углерода с металлами и некоторыми неметаллами называются карбидами, например, карбид кальция, карбид кремния:

• $~{\mathsf {4Al+3C\ {\xrightarrow {t}}\ Al_{4}C_{3}}}$
• $~{\mathsf {Ca+2C\ {\xrightarrow {t}}\ CaC_{2}}}$

Важная для промышленности реакция углерода с водяным паром:

• $~{\mathsf {C+H_{2}O\ {\xrightarrow {}}\ CO\uparrow +H_{2}\uparrow }}$

Органические соединения

Предельные углеводороды [14:38]

Благодаря способности углерода образовывать полимерные цепочки, существует огромный класс соединений на основе углерода, которых значительно больше, чем неорганических, и изучением которых занимается органическая химия. Наибольшие группы: углеводороды, углеводы, белки, жиры и др.

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

Атом углерода образует с четырьмя атомами водорода соединение метан с химической формулой CH₄. При нормальных условиях — бесцветный горючий газ. Метан является простым соединением в ряде углеводородов.

Химическая активность

Химическая активность различных аллотропных видоизменений углерода разная. Алмаз и графит почти не вступают в химические реакции. Они могут реагировать только с чистым кислородом и только при высокой температуре.

Аморфный углерод, а также уголь, при обычной температуре довольно инертны, но при сильном нагревании их активность резко возрастает и углерод непосредственно соединяется со многими элементами. Так, при нагревании на воздухе уголь горит, образуя диоксид углерода:

• ${\mathsf {C+O_{2}\rightarrow {}\ CO_{2}}}$

При недостаточном доступе кислорода воздуха он частично сгорает до монооксида углерода CO, в котором углерод двухвалентный:

• ${\mathsf {2C+O_{2}\rightarrow {}\ 2CO}}$

Если через раскаленные угли пропускать испарения серы, то образуется сероуглерод:

• ${\mathsf {C+2S\rightarrow {}\ CS_{2}}}$

При высокой температуре — достаточно сильный восстановитель. Оно отнимает кислород от оксидов многих металлов. Например:

• ${\mathsf {2CuO+C\rightarrow {}\ 2Cu+CO_{2}\uparrow }}$

Применение

Применение сажи

Древесный уголь обладает способностью адсорбировать (поглощать) на своей поверхности различные газы и некоторые вещества из растворов. Адсорбция происходит поверхностью угля, поэтому он способнен поглощать (адсорбировать) тем большее количество веществ, чем больше его суммарная поверхность, то есть чем больше он измельчен или пористый. Пористость, а вместе с тем и адсорбционная способность древесного угля, резко увеличивается при предварительном нагреве в струе водяного пара. При этом поры угля очищаются от смолистых веществ, и его внутренняя поверхность резко увеличивается. Такой уголь называется активированным.

Активированный древесный уголь широко используется в сахарном производстве для очистки сахарного сиропа от примесей, оказывающих ему желтой окраски, в спиртовом производстве - для очистки винного спирта от сивушных масел, в некоторых производствах - для улавливания паров ценных летучих веществ: бензина, эфира, сероуглерода, бензола и т. п. с последующим удалением при нагревании.

В Первую мировую войну активированный уголь по предложению академика М. Д. Зелинского был применен в противогазах для защиты органов дыхания от отравляющих газов, в частности от хлора, который немцы впервые применили в 1915 году. Активированный уголь как адсорбент применяется и в современных противогазах.

Графит используется 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 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 твердости, незаменимый абразивный материал. Алмазное напыление имеют шлифовальные насадки бормашин. Кроме этого, ограненные алмазы — бриллианты используются как драгоценные камни 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 цена (около 50 долларов / грамм) 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 в виде ископаемого топлива: угля и углеводородов (нефть, природный газ) — один из важнейших источников энергии для человечества.

Биологическая роль

Соединения углерода являются основой всех растительных и животных организмов. Углерод осуществляет в природе постоянный круговорот, называемый углеродным циклом. В составе углекислого газа углерод присутствует в атмосфере Земли, а также в растворенном виде в воде. Живые организмы усваивают его из атмосферы или воды благодаря процессу, который называется фиксацией углерода. Другие организмы, неспособные усваивать углерод непосредственно, получают его через пищевые цепочки. Углерод частично возвращается в атмосферу в виде углекислого газа как продукт дыхания или горения, однако часть углерода идет на образование метана и карбонатов, например карбоната кальция. Остатки погибших организмов преобразуются в конце концов в осадочные породы, каменный уголь, нефть, природный газ. Углерод возвращается в атмосферу в процессе длительного геологического круговорота как следствие дегазации пород, вулканической деятельности и т. п. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере Земли частично обусловлено деятельностью человека — использованием ископаемого топлива для получения энергии.

Литература

• Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
• Ф. А. Деркач «Химия» Л. 1968.
• Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
• Саранчук В. И. и др. Углерод: неизвестное об известна. — Донецк: УК Центр, 2006. (рус.)
• Бухаркина Т. В. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов / Т. В. Бухаркина, Н. Г. Дигуров. — Москва: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 1999. — 195 с. — ISBN 5-7237-0139-8.
• Ола Д. А. Химия гиперкоординированного углерода. — Москва: Мир, 1990. — 336 с. — ISBN 5-03-001451-9