Углерод C

Открытие

Углерод известен с доисторических времён в виде сажи и древесного угля, которые первобытные люди использовали для наскальной живописи и выплавки металлов. Алмазы ценились ещё в Древней Индии. Никто, однако, не знал, что эти совершенно непохожие вещества — один и тот же элемент.

В 1770-х годах Антуан Лавуазье показал, что алмаз, сгорая, как и древесный уголь, образует «связанный воздух» — газ, который мы называем углекислым. В 1796 году Смитсон Теннант доказал, что равные массы алмаза и угля дают одинаковое количество углекислого газа, а значит, алмаз — это чистый углерод. Графит, долго принимавшийся за разновидность свинца, в 1779 году признал углеродом Карл Вильгельм Шееле.

XX век открыл новые формы. Бакминстерфуллерен — молекула C60 в форме футбольного мяча — был открыт в 1985 году и принёс Нобелевскую премию в 1996 году. Углеродные нанотрубки подробно описали в 1991 году, а в 2004 году Андрей Гейм и Константин Новосёлов выделили графен — единичный атомный слой графита — и получили Нобелевскую премию по физике 2010 года.

Происхождение названия

Название происходит от латинского carbo — древесный уголь, уголь. Лавуазье включил carbone в свой список элементов 1789 года. Символ — C. Русское «углерод» буквально означает «рождающий уголь» и построено по образцу слов «водород» и «кислород».

Основные применения

• Энергетика: уголь, нефть и природный газ — всё это углеродное топливо — по-прежнему обеспечивают большую часть мировой энергии.
• Сталь: небольшие добавки углерода превращают железо в сталь, а кокс используется для восстановления железной руды.
• Материалы: графит применяется в карандашах, смазках и анодах аккумуляторов; из углеродного волокна делают лёгкие и прочные спортивные товары и детали самолётов.
• Промышленность: алмазы режут и шлифуют твёрдые материалы; активированный уголь очищает воду и воздух.
• Химия: пластмассы, лекарства, красители и растворители — всё это органические, то есть углеродные, соединения.

Изотопы

У углерода два стабильных изотопа: углерод-12 — около 98,9 процента — и углерод-13 — около 1,1 процента. Углерод-12 задаёт атомную единицу массы. Углерод-13 используется в ЯМР-спектроскопии и в дыхательных тестах на желудочную инфекцию.

Углерод-14 радиоактивен, его период полураспада около 5730 лет. Он непрерывно образуется в верхних слоях атмосферы и попадает в живые организмы; после смерти его количество равномерно убывает, что позволяет датировать органические остатки возрастом примерно до 50 000 лет. Уиллард Либби разработал этот радиоуглеродный метод и получил Нобелевскую премию по химии 1960 года.

В повседневной жизни

Углерод составляет около 18 процентов массы человеческого тела. Растения поглощают углекислый газ при фотосинтезе, а животные выделяют его при дыхании. Сжигание ископаемого топлива подняло содержание углекислого газа в атмосфере значительно выше доиндустриального уровня, что вызывает изменение климата.

Угарный газ, образующийся при неполном сгорании, — бесцветный яд без запаха, поэтому в домах с топливными приборами полезны датчики CO.