首页 理论教育 碳元素:有机世界的主角

碳元素:有机世界的主角

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:比如说,金刚石便是非常纯净的碳——在纯净的氧气中,金刚石居然会燃烧,变成二氧化碳!金刚石是最坚硬的东西,人们用它来裁玻璃,或者装在钻探机的钻头上,成为向地层深处进军的开路先锋。不过,天然的金刚石终究不多,不能满足工业上的需要。而石墨的晶体结构则是层状,层与层之间距离较大,容易滑动,所以石墨比重比金刚石小,而且软、滑。金刚石与石墨,叫“同素异形体”,即由同一元素构成的两种性质不同的物体。

碳元素:有机世界的主角

碳在地球上虽不算太少,但也不算太多,按重量计算,占地壳中各元素总重量的千分之四,按原子总数计算不超过千分之一点五,然而,碳的足迹却遍布全球。

大自然中,有纯净的碳。比如说,金刚石便是非常纯净的碳——在纯净的氧气中,金刚石居然会燃烧,变成二氧化碳!金刚石是最坚硬的东西,人们用它来裁玻璃,或者装在钻探机的钻头上,成为向地层深处进军的开路先锋。不过,天然的金刚石终究不多,不能满足工业上的需要。现在,我国已试制成功人造金刚石——在高温高压下,用石墨制造金刚石。

用石墨怎么能制造金刚石呢?这是因为石墨也是很纯净的碳。铅笔的笔芯,就是用石墨做的。石墨与金刚石的脾气大不一样,它很软,在纸上一画,便留下一条黑道道,因此常用作铅笔芯。石墨能耐3000℃以上的高温,在工业上用石墨制造坩埚来熔炼钢、铜。石墨还能导电,被用作电极,干电池里那个黑芯子,便是石墨。

金刚石和石墨都是碳,为什么性质截然不同呢?这是因为它们的晶体结构不同。在金刚石中,碳原子排列非常规则,在每一个碳原子周围有四个等距离的碳原子,构成一个正四面体,所以金刚石比重大,坚硬。而石墨的晶体结构则是层状,层与层之间距离较大,容易滑动,所以石墨比重比金刚石小,而且软、滑。金刚石与石墨,叫“同素异形体”,即由同一元素构成的两种性质不同的物体。

木炭、煤、骨灰也是碳(含有一些杂质),叫作无定形碳。我国是世界上最早知道用煤做燃料的国家,早在3000多年前,我国便已用“黑石”(即煤)来取暖、烧饭。煤被誉为“工业的粮食”,是最重要的工业燃料。经过炼焦后,从煤焦油中还能得到苯、苯酚等500多种工业原料。烟囱里的烟炱也是纯净的碳。烟炱用来制造墨、墨汁、油墨。在橡胶中加入烟炱,可以使它的机械强度增加十倍。现在90%的烟炱,都是用作橡胶的“增强剂”。

木头、煤、炭等燃烧后,生成了二氧化碳。二氧化碳是无色无味的气体,比空气略重,在空气中的含量为万分之三。一加压力,二氧化碳很易变成无色的液体,温度更低些,则变成白色、雪花般的晶体——干冰。二氧化碳易溶解于水,汽水里便溶有二氧化碳。二氧化碳不助燃,化学灭火剂喷出的气体便是二氧化碳。人、动物在呼吸时不断吐出二氧化碳,据统计,全人类每年呼出的二氧化碳达十亿八千多万吨。而全世界工厂、火车轮船的烟囱,每年要吐出100多亿吨二氧化碳。这样下去,世界岂不成了二氧化碳的世界吗?不,不会,原来大自然中有一个奇妙的循环:植物光合作用时,吸收大量二氧化碳,吐出氧气,这样,二氧化碳才不至于越来越多。(www.xing528.com)

煤不完全燃烧,会生成一氧化碳。一氧化碳是剧毒的气体,“煤气”中毒,这“煤气”便是一氧化碳。一氧化碳在工业上是重要的燃料和原料。一氧化碳燃烧产生蓝色的火焰,炉膛的煤层上常看见浅蓝色火苗,那便是一氧化碳在燃烧。

山上,那巨大的石灰岩,也是碳的化合物——碳酸钙。石灰岩可以做建筑材料,铺路、造桥。石灰岩在石灰窑中灼烧后,可变成生石灰氧化钙),生石灰常用来做建筑黏合剂或粉刷墙壁。生石灰遇水后,变成熟石灰(氢氧化钙),同时放出大量的热,甚至可以煮熟鸡蛋。

石油,更是碳的化合物的“仓库”。石油主要是各沸点不同的碳氢化合物的混合物。石油被誉为“工业的血液”,从石油中可提取汽油煤油柴油,是工业上最重要的液体燃料,用来开动各种内燃机。用石油做原料,还可制造塑料、合成纤维、合成橡胶三大合成材料。

天然气常和石油矿“住”在一起。天然气的主要成分是甲烷CH4,也是碳氢化合物,用作气体燃料和化工原料。

碳,是生命的基础。一切动物、植物体中的有机质,都是碳的化合物——蛋白质油脂、淀粉、糖以及叶绿素、血红素激素,都离不了碳。在工业上,碳的化合物也是非常重要的,像塑料、化学纤维、橡胶、香料、染料、制药等有机化学工业,绝大部分都是生产碳的化合物。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈