Углерод

Углерод по праву считается одним из самых важных элементов на нашей планете. Он образует больше соединений, чем любой другой элемент.

Электронная конфигурация атома углерода

Основные характеристики

Необычность углерода заключается в том, что он может существовать в различных формах, которые принято называть аллотропными модификациями или аллотропиями. Все аллотропии углерода отличаются молекулярным строением, именно поэтому у каждой модификации свои химические и физические свойства.

Одним из самых известных аллотропов углерода является алмаз — прозрачное кристаллическое вещество. Это самый твердый минерал из известных на Земле, более того, теплопроводность алмаза также самая высокая по сравнению со всеми прочими элементами.

А вот графит — другая модификация углерода — один из самых мягких материалов. Графит является очень хорошим проводником электричества.

Графит

В отличие от остальных аллотропов, аморфный углерод в форме древесного угля способен образовывать длинные цепочки молекул, соединяя атомы углерода между собой.

Углерод в природе

Углерод встречается в природе как в свободном виде, так и в качестве компонента различных соединений. Углерод — основной элемент известняков, бурого и каменного угля, нефти, торфа и природных газов. Углерод окружает нас повсюду: он находится в атмосфере в виде углекислого газа СO₂.

Использование углерода

В настоящее время ученые уверены в безграничных перспективах использования графена. Они даже говорят о том, что из этого материала можно построить космический лифт, на котором получится подняться на околоземную орбиту!

Благодаря аллотропным модификациям углерод нашел самое широкое применение практически во всех отраслях нашей жизни. В форме угля, нефти и природного газа углерод является одним из важнейших источников энергии. Он входит в состав самых востребованных сплавов — стали и чугуна. Бриллианты — ограненные и шлифованные алмазы — нашли применение в ювелирной промышленности и считаются одними из самых дорогих драгоценных камней.

Бриллиант

Круговорот углерода в природе

Ты уже знаешь, что одним из наиболее важных и востребованных элементов для всех живых существ является углерод: даже в организме человека его количество составляет 1/5 часть массы тела.

Цикл углерода

В атмосфере Земли и Мировом океане находятся запасы углерода в виде углекислого газа (СO₂). И именно этот углерод востребован так называемыми поглотителями.

Как происходит процесс поглощения углерода?

1. Путем фотосинтеза, который необходим для роста и развития растений. Из воздуха растения поглощают молекулы углекислого газа, затем при помощи солнечного света и воды углерод превращается в кислород и сахар.
2. При помощи Мирового океана, воды которого также способны поглотить избыток углерода из атмосферы. Диоксид углерода, или углекислый газ (СO₂), находящийся в воздухе, вступает в реакцию с морской водой, в результате чего в океане образуется углекислота. Это вещество идет на формирование раковин морских организмов, которые, в конечном итоге, превращаются в осадочные породы, например известняк.

Тропические леса поглощают огромное количество углекислого газа из воздуха

Одновременно с поглощением углерода происходит и обратный процесс — его возвращение в атмосферу, причем различными путями:

1. Дыхание. Каждое живое существо во время дыхания поглощает кислород, а выделяет углекислый газ.
2. Гниение (разложение). Живые организмы умирают и с течением времени разлагаются. Когда это происходит, углерод либо возвращается в атмосферу, либо остается в Земле в виде ископаемых видов топлива.
3. Горение. В процессе горения древесины или природного топлива углерод высвобождается и возвращается в атмосферу.

Человек и природа

Удивительная особенность природы заключается в балансе и гармонии всех веществ и элементов. Но, к сожалению, деятельность человека нередко приводит к нарушению этой гармонии, в том числе и цикла углерода.

Постоянно увеличивающееся количество сжигаемого топлива (нефти, газа, угля) способствует большим выбросам в атмосферу углекислого газа.

Вырубка лесов существенно сокращает количество растений, которые выделяют в атмосферу кислород, так необходимый для всего живого.

Постоянное загрязнение вод морей и океанов отходами производства неизбежно ведет к ухудшению качества воды и гибели морских организмов.