Introducere în chimie

Termeni

• mijloc de viațăÎntr-un proces de dezintegrare radioactivă, cantitatea de timp necesară pentru a se ajunge la jumătate din materialul original (nedecompus).
• datare radiometricăTehnică utilizată pentru datarea materialelor prin compararea abundenței naturale a atomilor radioactivi cu produsele de dezintegrare rămase de la aceștia.
• alotropiDiferite forme ale unui element chimic care se găsesc în starea sa naturală.

Carbonul este elementul chimic cu simbolul C și numărul atomic 6 (conține 6 protoni în nucleul său). Ca membru al grupei 14 din tabelul periodic, este nemetalic și tetravalent – ceea ce face ca patru electroni să fie disponibili pentru a forma legături chimice covalente. Cel mai comun izotop al carbonului are 6 protoni și 6 neutroni și are o masă atomică de 12,0107 amu. Configurația electronică a stării sale fundamentale este 1s22s22p2. Starea sa de oxidare variază de la 4 la -4 și are o valoare a electronegativității de 2,55 pe scara Pauling. Este un solid și sublimează la 3.642 °C (are cel mai înalt punct de sublimare dintre toate elementele).

Alotropi ai carbonului

Carbonul are mai mulți alotropi, sau forme diferite în care există. Este interesant faptul că alotropii de carbon acoperă o gamă largă de proprietăți fizice: diamantul este cea mai dură substanță naturală, iar grafitul este una dintre cele mai moi substanțe cunoscute. Diamantul este transparent, este abrazivul suprem și poate fi un izolator electric și un conductor termic. În schimb, grafitul este opac, un foarte bun lubrifiant, un bun conductor de electricitate și un izolator termic. Alotropele de carbon nu se limitează la diamant și grafit, ci includ și buckyballs (fullerene), carbon amorf, carbon sticlos, nano spumă de carbon, nanotuburi și altele.

Reactivitatea chimică a carbonului

Compușii de carbon stau la baza tuturor formelor de viață cunoscute pe Pământ, iar ciclul carbon-azot asigură o parte din energia produsă de Soare și de alte stele. Carbonul are o afinitate pentru legarea cu alți atomi mici, inclusiv cu alți atomi de carbon, prin formarea de legături stabile, covalente. În ciuda faptului că este prezent într-un număr mare de compuși, carbonul este slab reactiv în comparație cu alte elemente în condiții normale. La temperatura și presiunea standard, el rezistă la oxidare; nu reacționează cu acidul sulfuric, acidul clorhidric, clorul sau cu niciun metal alcalin. La temperaturi mai ridicate, carbonul va reacționa cu oxigenul pentru a da oxizi de carbon și cu metalele pentru a da carburi metalice.

Carbonul are capacitatea de a forma lanțuri foarte lungi de legături C-C de interconectare puternice și stabile. Această proprietate permite carbonului să formeze un număr aproape infinit de compuși; de fapt, există mai mulți compuși cunoscuți care conțin carbon decât toți compușii celorlalte elemente chimice combinate, cu excepția celor ai hidrogenului (deoarece aproape toți compușii organici conțin și hidrogen).

Izotopii carbonului

Carbonul are doi izotopi stabili, care apar în mod natural: carbon-12 și carbon-13. Carbonul-12 reprezintă 98,93%, iar carbonul-13 formează restul de 1,07%. Concentrația de 12C este și mai mare în materialele biologice, deoarece reacțiile biochimice discriminează 13C. Identificarea carbonului în experimentele RMN se face cu ajutorul izotopului 13C. 14C este un izotop radioactiv al carbonului cu un timp de înjumătățire de 5730 de ani. Are o abundență naturală foarte scăzută (0,0000000001%) și se dezintegrează în 14N prin dezintegrare beta. Este utilizat în datarea radiometrică pentru a determina vârsta probelor carbonice (de origine fizică sau biologică) cu o vechime de până la aproximativ 60.000 de ani.

În total, există 15 izotopi cunoscuți ai carbonului, iar cel mai scurt timp de viață al acestora este 8C, care se dezintegrează prin emisie de protoni și dezintegrare alfa și are un timp de înjumătățire de 1,98739 x 10-21 secunde. Exoticul 19C prezintă un halo nuclear, ceea ce înseamnă că raza sa este sensibil mai mare decât ar fi de așteptat dacă nucleul ar fi o sferă de densitate constantă.

.