Anglis

ANGLIS

Anglis – vienas svarbiausių gamtos elementų. Jos junginiai yra gyvosios gamtos – floros ir faunos – pagrindas.

Anglis sudaro 0,023% Žemės plutos masės. Gamtiniai neorganiniai anglies junginiai – karbonatai. Daug anglies yra degiose iškasenose: anglyse , naftoje , durpėse , skalūnuose ir gamtinėse dujose. Tai seniausių laikų Žemės augmenijos liekanų skilimo produktai. Akmens anglyse – antracite – yra iki 98% grynos anglies. Anglis sudaro maždaug 18% gyvų organizmų masės.

Anglies alotropinės atmainos skiriasi viena nuo kitos savo sandara. Bet visų šių alotropinių atmainų anglies atomai yra susijungę keturiomis jungtimis – vienų ( deimanto ) – viengubosiomis , kitų ( grafito ) – dvigubosiomis ar net trigubosiomis ( karbino ). Kadangi tokia skirtinga alotropinių atmainų sandara , todėl skirtingos ir jų savybės.

Geriausiai žinomi deimantas ir grafitas. Grafito sandara ypatinga tuo , kad anglies atomų grandinė , sudaranti vieną plokštumą , menkai susijusi su kita plokštuma. Be to , atstumai tarp anglies atomų grafito ciklinėse grandinėse ir tarp plokštumų yra skirtingi – ttarp plokštumų jie didesni. Todėl grafito plokštumos gali judėti viena kitos atžvilgiu. Brėždami liniją pieštuku , popieriaus lape paliekame anglies atomų grandinėlių pėdsaką – viena nuo kitos atskiria grafito plokštelės. Ši grafito savybė , taip pat jo laidumas plačiai taikomas technikoje ir buityje.

Grafitinės sandaros yra akmens ir medžio anglys , suodžiai. Dar viena ypatybė – anglis , gauta kaitinant akmens anglį (koksas ) , o ypač medieną ( medžio anglis ) , yra labai akyta ir korėta. Ji aktyviai dalyvauja reakcijose ( nes labai didelis paviršius ). Todėl tokia anglis kaip reduktorius naudojama metalurgijoje. Kai kurios medžiagos gali sukibti su korėtos anglies paviršiumi. Akytoji , kitaip vadinama aktyvioji , anglis tarsi kokia kempinė sugeria medžiagas. Šis reiškinys vadinamas adsorbcija. Adsorbcijos būdu šalinamos įvairios priemaišos , valomos biologiškai aktyvios medžiagos , anglies tablečių duodama apsinuodijus. Tokiu pačiu principu pagrįsta ir dujokaukės konstrukcija , nes aktyviosios anglies filtrai valo orą.

Visiškai kitokia deimanto sandara ir savybės. Šios alotropinės atmainos anglies atomai vienodais atstumais nutolę vienas nuo kito. Tai labai taisyklingos sandaros kristalai , nes keturi anglies atomai tarsi sudaro taisyklingą geometrinę figūrą – tetraedrą. Todėl ir deimanto tankis didesnis negu grafito , o ypač skiriasi jų kietumas. Deimantas yra kiečiausias gamtoje randamas mineralas. Juo galima įrėžti visus metalus , stiklą. Deimantiniais pjūklais pjaustomi akmenys , deimantiniai grąžtai gręžia tvirčiausias uolienas.

Deimantas – labai retas , todėl nepaprastai brangus mineralas. Didžiausi jo klodai slūgso Pietų Afrikoje , ten išgaunama apie 80-90% visų pasaulio deimantų. Deimantų yra įvairių – nuo bespalvių iki juodų kristalų.

Ypač vertinami bespalviai arba turintys silpną atspalvį deimanto kristalai. Jie specialiai šlifuojami , kad pasidarytu briaunoti. Taip gaunami briliantai – stipriai laužiantys šviesą labai brangūs ir vertingi brangakmeniai.

Deja , deimantai nebūna dideli. Ypač pasiseka , jei randamas didesnis negu 1 karato ( 0,2 g ) deimantas. Visame pasaulyje rasta tik kiek daugiau negu 60 deimantų , kurių masė didesnė kaip 100 karatų. Visi jie turi pavadinimus , jų istorijos turtingos , dažnai net labai žiaurios , siekia žilą senovę. Didžiausiais pasaulio deimantais buvo puošiamos karalių karūnos ir skeptrai. Didžiausio iki šiol rasto deimanto – Kulimano masė 621,2 g.

XX a. išmokta gaminti dirbtinius deimantus. Nustatyta , kad , esant didžiuliam slėgiui ir aukštai temperatūrai , grafitas gali virsti deimantu. Tačiau didelių deimantų , tinkamų briliantams gaminti , nepavyksta padaryti.

Anglis gali sudaryti du oksidus CO ir CO2. Tai skirtingi junginiai: anglies ( II ) oksidas yra nuodingas , nuo jo galima net mirti. Anglies ( IV ) oksidas – troškios dujos , naudojamos nealkoholiniams paskaninti ( gazuoti ). Jo yra atmosferoje ( 0,03% atmosferos tūrio ). Hidrosferoje ištirpusio jo yra 60 kartų daugiau negu atmosferoje.

Šviesoje augalai sugeria anglies ( IV ) oksidą. Šio oksido , vvandens bei mineralinių druskų įsisavinimas veikiant saulės energijai , kai susidaro angliavandeniai , baltymai bei riebalai, vadinamas fotosinteze. Kasmet viso pasaulio flora suvartoja labai daug anglies. Tuo pat metu anglies dioksidą

kvėpuodami nuolat išskiria gyvūnai bei augalai , jo atsiranda dėl žmogaus gamybinės veiklos , skylant organiniams junginiams , jį išmeta ugnikalniai. Todėl gamtoje vyksta nenutrūkstanti anglies apytaka.

2. pav. CO2 atsiranda dėl žmogaus gamybinės veiklos.

Anglis paplitusi ir kosmose. Paprasčiausių anglies junginių ( metanas CH4 , anglies ( IV ) oksidas CO2 ) rasta beveik visose Saulės sistemos planetose bei pačioje Saulėje. Nustatyta , kad anglies ir jos junginių yra žvaigždėse , kometose ir ūkuose , jų aptikta meteorituose. Žvaigždžių medžiagos anglis – termobranduolinės sintezės produktas.

Anglies atomas turi 6 elektronus , iš kurių 2 sudaro vidinį sluoksnį , o 4 – išorinį. Anglies jungtys su kitais elementais daugiausia kovalentinės. Įprastas anglies valentingumas – IV. Junginiuose su aktyviausiais metalais anglies oksidacijos laipsnis gali būti – 4 ( Al4C3 ). Nepaprasta anglies atomų savybė – gebėjimas jungtis tarpusavyje ir sudaryti patvarias ilgas grandis , net ir uždaras. Tokių junginių yra labai daug. Visi jie – organinės chemijos objektai.

Normaliomis sąlygomis anglis gana inertiška , bet aukštoje temperatūroje ji reaguoja su daugeliu elementų. CChemiškai aktyviausia yra amorfinė anglis , grafitas ne toks aktyvus , o deimantas patvariausias. Amorfinė anglis užsidega ore , esant 300 – 800C , grafitas – esant 600 – 700C , deimantas – aukštesnėje kaip 850C temperatūroje. Kai oro per daug , susidaro anglies ( IV ) oksidas:

C + O2 -> CO2

O kai trūksta – anglies ( II ) oksidas:

2C + O2 – > 2CO

Abi reakcijos labai egzotermiškos , t.y. joms vykstant , išsiskiria šiluma ir šviesa.

Grafitas reaguoja su vandeniliu tik aukštoje temperatūroje , esant katalizatorių ( Ni arba Pt ). 600-1000C temperatūroje daugiausia gaunamas metanas:

C + 2H2 -> CH4

1500 – 2000C temperatūroje – acetilenas:

2C + H2 -> C2H2

Keičiant temperatūrą ir slėgį , galima gauti ir kitus angliavandenilius , pavyzdžiui , etaną C2H6 ir benzolą C6H6. Deimantas su vandeniliu nereaguoja.

Reaguojant angliai su siera 700-1000C temperatūroje , susidaro anglies disulfidas:

C + 2S -> CS2

Azoto atmosferoje vykstant elektros išlydžiui tarp grafito elektrodų , susidaro nepapratai nuodingas cianas:

2C + N2 -> C2N2

Dauguma metalų aukštoje temperatūroje su anglimi sudaro karbidus:

4Al + 3C -> Al4C3

Anglis – stiprus reduktorius. Kaitinant su vandens garais , ji išstumia iš vandens vandenilį:

H2O + C -> CO + H2

Kaitinant anglį anglies (IV)

oksido atmosferoje , susidaro smalkės:

C + CO2 -> 2CO

Dvi paskutinės reakcijos – pagrindinės kieto kuro grazifikavimo reakcijos.

Anglis redukuoja daugelį metalų iš jų oksidų:

2Fe2O3 + 3C -> 4Fe + 3O2

Taip vyksta reakcijos su kadmio , vario bei švino oksidais.Reaguojant angliai su kalcio , vanadžio ir tantalo oksidais , gaunami karbidai:

CaO + 3C -> CaC2 + CO

Anglies (IV) oksidas energingai reaguoja su stipriais šarmais ir susidaro anglies rūgšties druskos – karbonatai bei hidrokarbonatai:

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3  ++ H2O

CaCO3 + H2O + CO2 -> Ca(HCO3)2

Aktyviausi metalai anglies (IV) okside dega:

2Mg + CO2 -> 2MgO + C

Kitais atvejais šios dujos yra inertiškos.

Esant ore 4 CO2 , žmogus jaučiasi liguistai , o jeigu CO2 koncentracija didesnė negu 10 , dūsta.

Anglies (IV) oksidas – galutinis augalų ir gyvūnų kvėpavimo bei medžiagų degimo , puvimo ir rūgimo produktas. CO2 susidarymas – viena iš anglies apytakos gamtoje stadijų.

Daug anglies (IV) oksido suvartojama sodos ir sauso ledo gamyboje.

Ne visiškai oksidavusis angliai ,, susidaro anglies (II) oksidas CO ( smalkės ).Tai bekvapės ir bespalvės dujos. Šios medžiagos tankis 1,25g/l , tvir = -191.5C , tlyd = – 205C.

Su daugeliu metalų anglies oksidas CO sudaro lakius kompleksinius junginius – karbonilus:

Ni + 4CO –> Ni(CO)4

Iš kitų neorganinių anglies junginių svarbiausi yra karbidai ir karbonatai. Karbonatai – anglies rūgšties druskos. Yra dvejopos druskos: neutralios (karbonatai ) ir rūgščios (hidrokarbonatai). Svarbiausi karbonatai – soda Na2CO3 , geriamoji soda NaHCO3 ir potašas K2CO3. Gamtiniai karbonatai – klintys CaCO3 , magnezitas MgCO3 , dolomitas MgCO3•CaCO3 , mangano , cinko ir švino karbonatai. Visi jie plačiai vartojami.

Anglis atspari šarmams ir rūgštims. Tiktai koncentruota azoto ir sieros rūgštis oksiduoja amorfinę anglį 100C temperatūroje.

Neorganiniai anglies junginiai – jos oksidai , anglies vandenilio cianido HCN bei tiocianio HCNS rūgščių druskos, karbidai ir kai kurios kitos medžiagos.

Anglies atomų gebėjimas sudaryti pakankamai tvirtas kovalentines jungtis – ir tarpusavio , ir su daugeliu kitų atomų – viena pagrindinių organinių junginių gausumo priežasčių. Paprasčiausios sudėties organiniai junginiai – angliavandeniliai. daugelį kitų organinių junginių galima laikyti angliavandenilių dariniais , kuriuose vienas ar keli vandenilio atomai pakeisti kitais atomais arba atomų grupėmis.