Hiili | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grafiitti (vasemmalla) ja timantti (oikealla), kaksi tunnetuinta hiilen allotrooppia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sijainti jaksollisessa taulukossa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Symboli | VS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sukunimi | Hiili | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomiluku | 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ryhmä | 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aika | 2 e jakso | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lohko | Estä s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Element perhe | Ei-metallinen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektroninen kokoonpano | [ Hän ] 2 s 2 2 s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronit by energiataso | 2, 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomic ominaisuudet elementin | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomimassa | 12,01074 ± 0,0008 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomisäde (laskettu) | 70 pm ( 67 pm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalenttinen säde | sp 3 76 ± 13 pm sp 2 73 ± 14 pm |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Van der Waalsin säde | 150 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hapetustila | -4, 0, +4, +2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegatiivisuus ( Pauling ) | 2.55 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oksidi | Heikko happo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionisointienergiat | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 re : 11.26030 eV | 2 e : 24,3833 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 e : 47,8878 eV | 4 e : 64,4939 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 e : 392,087 eV | 6 th : 489,99334 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vakaimmat isotoopit | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Yksinkertaiset kehon fyysiset ominaisuudet | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tavallinen tila | Kiinteä diamagneettinen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Allotropia on vakio tilassa | Grafiitti | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Muut allotropit | Timantti , grafeeni , nanoputket , fullereenit , amorfinen hiili | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tilavuusmassa |
1,8 - 2,1 g · cm -3 (amorfinen) 1,9 - 2,3 g · cm -3 (grafiitti), |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallijärjestelmä |
Kuusikulmainen (grafiitti) Kuutiotimantti (timantti) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovuus | 0.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Väri | Musta (grafiitti) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kiehumispiste | 3825 ° C (sublimaatio) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Höyrystysenergia | 355,8 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kolmoispiste | 4489 ° C , 10800 kPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molaarinen tilavuus | 5,29 × 10-6 m 3 · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Äänen nopeus | 18 350 m · s -1 - 20 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massalämpö | 710 J · kg -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sähkönjohtavuus | 61 x 10 3 S · m- 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lämmönjohtokyky | 129 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eri | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o ECHA | 100,028,321 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Varotoimenpiteet | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
WHMIS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hallitsematon tuoteTätä tuotetta ei valvota WHMIS-luokituskriteerien mukaan. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SI- ja STP- yksiköt, ellei toisin mainita. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hiili on alkuaine on järjestysluku 6 ja symboli C. Se on kolme isotoopit elementit:
Hiili on jaksollisen järjestelmän ryhmän 14 kevyin elementti . Yhden hiili runko on useita allotrooppisia muotoja , pääasiassa grafiitti ja timantti . Hiilielementti muodostaa erilaisia epäorgaanisia yhdisteitä , kuten hiilidioksidi CO 2ja laaja valikoima orgaanisia yhdisteitä ja polymeerejä . Se on kaikkien tunnettujen elämänmuotojen peruselementti.
Hiili on 4 : nnen elementin eniten runsaasti maailmankaikkeudessa ja 15 : nnen runsain maankuoren . Se esiintyy maan päällä yksinkertaisena kappaleena ( hiili ja timantit ), epäorgaanisina yhdisteinä (CO 2) ja orgaaniset yhdisteet ( biomassa , öljy ja maakaasu ). Monia hiilipohjaisia rakenteita on myös syntetisoitu: aktiivihiili , hiilimusta , kuidut , nanoputket , fullereenit ja grafeeni .
Hiilen palaminen kaikissa muodoissaan on ollut teknisen kehityksen perusta esihistoriasta lähtien. Hiili-materiaaleja on sovelluksia monilla muilla aloilla: komposiittimateriaalit , litium-ioni-akkuja , ilman ja veden saastumisen valvonta , elektrodit valokaariuuneissa tai alumiini synteesi , jne.
Nimi hiili tulee latinankielisestä carbo , carbōnis ( "hiili" ). Valmistuksen hiilen muodossa hiili mukaan puun pyrolyysilla alle maakerroksella on myös tunnettua roomalaiset. Timanttimuodossa oleva hiili on tunnettu Aasiassa antiikin ajoista lähtien, se mainitaan myös Vanhassa testamentissa. Sen nimi tulee myös roomalaisesta adámasista, adámantis (" kovateräs ").
Hiilielementin käsite ilmestyy, kun René Antoine Ferchault de Réaumur tutkii teräksen muodostumista raudasta , hän toteaa, että tämä muutos vastaa elementin raudan imeytymistä. Vuonna 1772 Antoine Lavoisier tutki sitten hiilen ja timanttien palamista, hän havaitsi hiilidioksidin määrällisen muodostumisen, mutta ei havainnut veden muodostumista. Hän todistaa näin ollen, että nämä kaksi materiaalia muodostuvat kokonaan hiilestä.
Luonnollinen grafiitti on ollut tiedossa muinaisista ajoista lähtien, mutta sen luonnetta ei ymmärretty, koska se sekoitettiin molybdeniittiin ja sen uskottiin olevan lyijyn muoto . Vuonna 1779 Carl Wilhelm Scheele osoitti myös grafiitin hapettumisella, että se koostui pääasiassa hiilestä. Vuonna 1787 kemiallisen nimikkeistön of Louis-Bernard Guyton de Morveau kirjoitti artikkelin jossa määritellään hiili puhtaana hiiltä.
Nimi "hiili" ilmestyy sanakirjassa Ranskan akatemian sen 6 th edition (1832-5). XIX th vuosisadan on nousu hiilen energiantuotantoon. Esimerkiksi vuonna 1865 Antoine César Becquerel julkaisi Pariisissa tuolloin ostettujen polttopuun päämuotojen hiilipitoisuuden:
Historiaa leimaa sitten hiilen lisääntynyt merkitys, esimerkiksi:
Hiili-elementti ei tule suoraan Big Bang ( varhais- nukleosynteesi ), koska edellytykset sen muodostumista ei täyty (laajennus ja jäähdytyksen maailmankaikkeuden olivat liian nopeasti). Hiiltä tuotetaan toisaalta massiivisesti hyvin massiivisten tähtien sydämessä , joka tunnetaan nimellä vaakasuora haara , jossa kolme heliumydintä sulautuu ( kolminkertainen alfa-reaktio ).
Hiiltä on ollut läsnä maapallolla sen muodostumisesta lähtien. Se esiintyy sedimentin, kivihiilen , öljyn muodossa ja myös puhtaana grafiittina , timanttina . Luonnon timantteja, joita löytyy kimberliitistä muinaisten tulivuorten savupiipuissa, etenkin Etelä-Afrikassa ja Arkansasissa . Joissakin meteoriiteissa voi joskus löytää mikroskooppisia timantteja.
Hiilellä on luonnossa kaksi vakaata isotooppia :
Hiilen atomimassa 12,010 7 on hieman suurempi kuin 12 johtuen isotoopin 13 ° C läsnäolosta .
Hiilellä on myös kaksi radioisotooppia:
Hiili kuusi elektronia hyväksyy sähköinen konfiguraatio on perustilassa 1s 2 2s 2 2p 2 . Sen valenssikuoressa on neljä elektronia , joiden avulla se voi muodostaa neljä kovalenttista sidosta , mukaan lukien tyypin (ensimmäinen sidos atomin kanssa) tai tyypin (toisen tai kolmannen sidoksen) sidokset. Tyyppisidoksiin liittyy aina tyyppisidonta . Linkin elektronisten toimintojen päällekkäisyys on pienempi. Nämä linkit ovat siten vähemmän "kiinteitä".
Hiili esiintyy luonnossa kahdessa pääallotrooppisessa muodossa :
Normaaleissa paineolosuhteissa hiili on grafiittimuodossa , jossa kukin atomi on sitoutunut kolmeen toiseen sulatettujen kuusikulmaisten renkaiden kerroksessa, kuten aromaattisten hiilivetyyhdisteiden. Kiertoradalle sijoittumisen ansiosta grafiitti johtaa sähköä . Grafiitti on pehmeää, koska tasojen väliset kemialliset sidokset ovat heikkoja (2% tasojen sidoksista) ja kerrokset liukuvat siten helposti toisiinsa nähden.
Hyvin korkeassa paineessa hiili kiteytyy kasvopainotteiseen kuutiojärjestelmään, jota kutsutaan timantiksi , jossa kukin atomi on sitoutunut neljään muuhun (atomien välinen etäisyys 136 um ). Timantti kautta vastus hiili-hiili-sidoksia , on, jossa boorinitridi , sitä vaikeampi materiaalin tyhjästä. Huoneen lämpötilassa metamorfoosi grafiitiksi on niin hidasta, että sitä ei voida havaita. Tietyissä olosuhteissa hiili kiteytyy lonsdaleitiksi , joka on samanlainen muoto kuin timantti, mutta kuusikulmainen. Kaikista jalokivet , The timantti on ainoa kuluneen täydellisesti.
Grafiitin (puhdas sp 2 ) ja timantin (puhdas sp 3 ) lisäksi hiili on amorfisessa ja erittäin häiriintyneessä (aC) muodossa. Nämä amorfiset hiilimuodot ovat seos kolmisidoksisista grafiittimaisista tai nelisidoksisista timanttimaisista paikoista. AC: n valmistamiseen käytetään monia menetelmiä: sputterointi, elektronisuihkun haihdutus , sähkökaaripinnoitus, laserabliointi jne. Vuonna 2019, syklisen molekyylin C 18(puhdas sp 1 ) syntetisoitiin poistamalla CO-ryhmien oksidi C 24 O 6.
Hiili sipulit ovat rakenteita, jotka perustuvat fullereeni-rakenne, mutta jonka seinämä koostuu useista kerroksista hiiltä.
Hiilen sylinterimäisiä muotoja kutsutaan nanoputkiksi (hiilinanoputki, lyhenne: CNT). Ne löydettiin pelletistä, joka muodostui sähkökaaren katodissa fullereenien synteesin aikana. Nämä nanometrisen halkaisijan ja pituuden esineet, jotka joskus saavuttavat millimetrin, näkyvät monoatomisen paksuuden (tai grafeenin ) hiukkasina, jotka ovat käärittyinä itselleen ja muodostavat nanometrisen halkaisijan putken). Nanoputkia, joiden seinä koostuu vain yhdestä hiilitasosta, kutsutaan "yksiseinäisiksi". Sähkökaarimenetelmällä tuotetut nanoputket ovat melkein kaikki "moniarkkisia".
Grafeeni koostuu yhdestä monoatomisen paksuuden hiilitasosta. Grafeeni voidaan saada yksinkertaisesti ottamalla yksi hiilitaso grafiittikiteestä.
Yhdessä näiden rakenteiden kanssa havaitsemme suuren määrän polyhedraalisia nanohiukkasia . Kuten sipulit ja moniseinämäiset nanoputket, myös korkean resoluution lähetyselektronimikroskopialla tehdyt havainnot ( (en) HRTEM : High-resolution Transmission Electron Microscopy ) paljastavat, että nämä hiilinanopartikkelit koostuvat useista grafeenikerroksista, suljettuina, jolloin nanometrinen ontelo heidän keskuksensa.
Ilmakehän paineessa hiilen (grafiitti) on sublimoituu on 4100 K . Kaasumaisessa muodossa se yleensä muodostuu pieniksi atomiketjuiksi, joita kutsutaan karbyyneiksi . Jäähtyneet hyvin hitaasti, nämä sulautuvat muodostaen epäsäännölliset ja vääristyneet grafiittiarkit, jotka muodostavat nokea . Jälkimmäisten joukosta löydämme erityisesti yksiseinäisen pallomaisen muodon C 60, jota kutsutaan fullereeniksi , tai tarkemmin sanoen buckminsterfullereeniksi , ja sen lajikkeet C n (20 ≤ n ≤ 100) , jotka muodostavat erittäin jäykkiä rakenteita.
Neste hiili muodostaa vain yläpuolella paine ja lämpötila on kolmoispisteen , ja sen vuoksi edellä 10,8 ± 0,2 MPa (noin 100 kertaa ilmakehän paine) ja 4600 ± 300 K .
Hiili on olennainen osa orgaanisia yhdisteitä , jotka sisältävät usein ainakin yhden hiili-vety-sidoksen . Kuitenkin hiiltä esiintyy luonnossa myös epäorgaanisessa muodossa, pääasiassa hiilidioksidin muodossa ja mineraalimuodossa.
Hiilen kemia on olennaisesti kovalenttinen. Hiili on perusta monille yhdisteille, jotka voivat sisältää suuren määrän atomeja, esimerkiksi vety , happi , typpi , halogeenit , fosfori , rikki ja metallit, yksi-, kaksois- tai kolmoissidokset. Näiden yhdisteiden tutkimus ja synteesi muodostavat orgaanisen kemian . Tärkeimmät orgaaniset hiiliyhdisteet ovat hiiltä ja vetyä yhdistävien molekyylien " hiilivedyt " . Hiilivedyt luokitellaan kolmeen perheeseen:
Hiiliatomien lukumäärästä riippuen edeltämme loppuliitettä -aani, -eeni tai -yne:
Pyöritys on vapaa hiili-hiili-sidosten ympärillä. Toisaalta kaksois- tai kolmoissidokset ovat jäykkiä: kaksoissidos on tasainen, sidekulmat hiiliatomien ympärillä ovat 120 °. Tämä johtaa diastereomeerien muodostumiseen , eli yhdisteiden, joilla on sama kemiallinen kaava, mutta erilainen atomien järjestely avaruudessa. Kolmoissidos on lineaarinen.
Lisäksi sp 3 -hiili voi muodostaa kiraalisia yhdisteitä (kreikan kheiristä ( ἣ χείρ ), kädestä). Yksinkertaisin tapaus on yhdiste, jossa on 4 erilaista substituenttia hiiliatomin ympärillä. Näiden substituenttien avaruusjärjestelystä riippuen saadaan kaksi molekyyliä, jotka ovat erilaisia: ne eivät ole päällekkäisiä, ne ovat enantiomeeripareja . Enantiomeerit ovat toistensa kuva peilissä (kuten kaksi kättämme).
In aromaattiset hiilivedyt , C-atomien kanssa muodostavat renkaita tai ytimet stabiloitu delokalisoituneina π sidoksia .
Tämäntyyppiset hiiliatomit ovat suhteellisen harvinaisia lajikkeen suhteen verrattuna orgaanisiin ja mineraalihiileihin. Se on useimmiten epäorgaanisten tai organo-metallisten kompleksien muodossa, joihin sisältyy paljas hiiliatomi tai CO- tai CO 2- molekyyli., niiden koordinointialueilla. Esimerkiksi :
CO 2 hiilidioksidi molekyylinesiintyy kaasumaisena että maapallon ilmakehää . Tietty määrä tätä CO 2liukenee valtamerien ja mannermaiden vesillä ja osa CO 2: staliuotetaan reagoi veden molekyylin muodostamiseksi hiilihappo H 2 CO 3 reaktion jälkeen:H 2 O+ CO 2(liuennut) ⇔ H 2 CO 3.
Sitten H 2 CO 3( Divetyfosfaatti karbonaatti , tai hiilihappo), joka on dihappo , saadaan sen kaksi protonia , että mittaus happamuus vakioita happo-emäs-parit (H 2 CO 3 / HCO 3 -) ja (HCO 3 - / CO 3 2–) ja veden happo-emäksisen liuenneen aineen alkuperäinen koostumus yhtälöiden mukaisesti:H 2 CO 3+ H 2 O⇔ HCO 3 -( Vetykarbonaatti -ioni , tai bikarbonaatti ) + H 3 O +( hydroniumioni tai hydratoitu protoni )ja:HCO 3 -+ H 2 O⇔ CO 3 2–(karbonaatti-ioni) + H 3 O +.
On kuitenkin käynyt ilmi, että merivedessä tätä karbonaattijärjestelmää on läsnä suuria määriä ja sellaisina osuuksina, että sillä on perustavanlaatuinen puskurirooli meriveden happamuudessa ( pH 8,1 - 8, 4), että se mahdollistaa tehdä erittäin vakaa. Tätä karbonaattipitoisuutta (ja tarkasti boraatteja ) kutsutaan emäksisyydeksi tai täydelliseksi emäksisyydeksi (TAC mitattuna ranskalaisissa asteissa tai kH saksaa mitattuna; on muitakin yksiköitä. On parasta puhua ppm: nä tai osina per miljoonaa euroa). Tässä pH: ssa sallittu määrä " geologiset " ja testien kalkkikiven ja alkueläin planktonin muodostamiseksi kerrostunut kalkkikiven koostuvat olennaisesti kide on kalsiumkarbonaattia ja magnesiumia (seos kutsutaan kalkkikivi) kivi Pariisin marmori , jne. Kaikki tämä kemia sisältyy perinteisesti epäorgaaniseen eli mineraalikemiaan, vaikka on ilmeisesti monia kohtia, joissa tämä ei ole perusteltua. Täten hiilidioksidin, hiilihapon, vetykarbonaatin ja karbonaatin sisältämä hiili voidaan luokitella epäorgaaniseksi hiileksi. Tämä koskee myös hiilen timantti ja muut allotrooppisesta lajikkeet on kristallin hiiltä.
Puhtaalla hiilellä on alhainen myrkyllisyys ihmisille, ja sitä voidaan käsitellä turvallisesti ja jopa nauttia grafiitin tai puuhiilen muodossa. Se kestää liukenemista tai kemiallista hyökkäystä, jopa esimerkiksi ruoansulatuskanavan happamassa sisällössä.
Sitä vastoin hiilidisulfidi CS 2 on rakenteeltaan samanlainen kuin hiilidioksidi, mutta erittäin myrkyllinen neste, jota käytetään liuottimena ( kumivulkanointi ).
Muut hiilidioksidit ovat hiilimonoksidi CO ja harvinaisempi hiilen suboksidi C 3 O 2 . Hiilimonoksidi on väritön, hajuton kaasu muodostuu palamisen epätäydellinen orgaanisia yhdisteitä tai puhdasta hiiltä (hiili). Hiilimonoksidi sitoutuu voimakkaammin kuin happi, hemoglobiini veren muodostamiseksi karboksihemoglobiinitasoksi, stabiilin yhdisteen. Tämän reaktion seurauksena on hemoglobiinimolekyylien myrkytys , joka voi olla hengenvaarallinen (katso kyseinen merkintä).
Syanidi -ioni CN - on kemiallinen käyttäytyminen on samanlainen kuin halogenidi -ioni . Syanidi-ionia sisältävät suolat ovat erittäin myrkyllisiä. Syanogeeni, koostumuksen (CN) 2 kaasu , on myös lähellä halogeeneja .
Metallien, hiili muodostaa C 4- karbideja tai C 2 -2- asetylideja . Mitä tapahtuu, elektronegatiivisuuden ollessa 2,5 hiili mieluummin muodostaa kovalenttisia sidoksia . Jotkut karbidit ovat kovalenttisia ristikoita, kuten piikarbidi , piikarbidi, joka näyttää timantilta , ja sitä käytetään lisäksi näiden kokoon.
Uusien hiilen allotrooppisten muotojen (fullereenit, nanoputket, grafeeni) myrkyllisyyttä tutkitaan nyt laajalti. Alkuperäisessä tilassaan näitä nanorakenteita on edelleen vaikea suodattaa ilmassa ja ne voivat muodostaa vaaran, joka on arvioitava. On huomattava, että niiden käytön yhteydessä nämä yhdisteet löytyvät yleensä dispergoituna liuottimeen tai kiinnittyneinä kiinteään substraattiin.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H | Hei | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Olla | B | VS | EI | O | F | Syntynyt | |||||||||||||||||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | Joo | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K | Se | Sc | Ti | V | Kr | Mn | Fe | Co | Tai | Cu | Zn | Ga | Ge | Ässä | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Huom | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Sisään | Sn | Sb | Sinä | Minä | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Ba | Tämä | PR | Nd | Pm | Sm | Oli | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lukea | Hf | Sinun | W | Re | Luu | Ir | Pt | Klo | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | Klo | Rn | ||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Voisi | Olen | Cm | Bk | Vrt | On | Fm | Md | Ei | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
* | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 |
alkali Metals |
Alkalinen maa |
Lantanidit |
siirtyminen metallit |
Huono metalli |
Metalli- aukot |
Ei- metallit |
halogeeni geenit |
Noble kaasujen |
Kohteet luokittelemattomat |
Aktinidit | |||||||||
Superaktinidit |