그룹 14 : 일반 속성 및 반응

탄소

탄소는 지구상에서 네 번째로 풍부한 원소입니다. 이것은 유기 화합물의 특징이기 때문에 유기 화학에서 특히 중요합니다. 또한 지구상의 모든 생명체가 탄소 기반이기 때문에 생물학의 “중추”로 간주됩니다. 이는 탄소의 두 가지 중요한 특성, 즉 작은 크기와 고유 한 전자 구성 때문입니다. 탄소 원자가 작기 때문에 p- 궤도 전자가 상당히 중첩되어 π 결합이 형성 될 수 있습니다. 아래에서 CO2와 SiO2의 분자 구조를 비교하십시오.

탄소의 전자 구성은 탄소와 매우 안정적인 결합을 형성 할 수 있습니다. 산소와 수소. 이러한 결합은 엄청난 양의 에너지를 저장합니다. 탄소 순환에서 이러한 결합의 형성 (고정) 및 파손 (연소)은 지구 생명을 촉진합니다.

• 탄소 고정 : 광합성에서, 식물은 태양과 엽록소 분자의 에너지를 사용하여 대기의 이산화탄소 기체를 포도당과 같은 단순한 탄수화물로 전환합니다.

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• 탄소 연소 : 호기성 호흡에서 식물과 동물은 탄수화물을 이산화탄소와 물로 분해하고 (아래 방정식 참조) 방출 된 에너지를 사용하여 생물학적 활동을 촉진합니다. , 움직임 등. 또한 화석 연료에서 발견되는 탄수화물의 연소는 현대 활동에 필요한 에너지를 제공합니다.

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황 다음으로 탄소는 동소체가 가장 많은 원소입니다. 탄소에는 흑연, 다이아몬드 및 풀러렌 (가장 일반적으로 알려진 벅 민스터 풀러렌은 “버키볼”이라고도 함)의 세 가지 주요 고체 동소체가 있습니다. 이 동소체는 구조가 크게 다르지만 현대 생산에 널리 사용됩니다.

흑연과 다이아몬드

흑연은 윤활 특성이있어 연필에 사용하기에 매우 적합합니다. 서로 쉽게 지나갈 수있는 6 원 고리의 평면으로 구성되어 있기 때문에 흑연은 쉽게 미끄러지므로 점토와 함께 사용되어 연필 “납”을 형성합니다. 흑연은 다양한 플라스틱에 섬유 형태로도 사용됩니다.

탄소는 녹는 점과 끓는점이 매우 높습니다. 흑연은 일반적인 조건에서 열역학적으로 가장 안정적인 탄소 동소체입니다. 극압 (105 atm 이상)에서 더 안정적인 동소체 인 다이아몬드에서 각 탄소 원자는 4 면체 배열로 다른 4 개와 결합되어 알려진 가장 단단한 자연 발생 물질이됩니다. 이 경도는 열을 방출하는 좋은 능력과 결합되어 다이아몬드 및 다이아몬드 필름을 드릴 비트 및 기타 기계 부품에서 우수한 재료로 만듭니다. 그러나 최고 품질의 천연 다이아몬드는 주로 보석에 사용되는 반면 저급 다이아몬드 또는 합성 다이아몬드는 산업 용도로 사용됩니다.

풀러렌 (R. Buckminster Fuller의 이름을 따서 명명)과 나노 튜브는 시리즈입니다. 축구 공과 같은 분자 (C60)와 치킨 와이어로 만든 실린더를 닮은 튜브를 포함하여 탄소 고리가 더 복잡한 형태를 형성하는 탄소 동소체의. 흥미로운 전자 특성을 가진 단일 탄소 시트 인 그래 핀은 이러한 동소체의 기초입니다. 풀러렌은 특정 비율의 육각형 고리가 조립되어 오각형 고리를 형성 할 때 발생하며, 이로 인해 시트가 대략 구형의 “버키볼”로 뒤틀리게됩니다. 탄소 나노 튜브는 단순히 원통형으로 구부러진 그래 핀입니다. 이러한 동소체 중 일부는 흑연의 분해로 형성됩니다. 연소는 또한 대체 탄소 형태를 생성 할 수 있습니다. 공기가없는 가열 된 석탄은 코크스를 형성합니다. 마찬가지로 가열 된 목재는 더 많은 휘발성 통합 물질이 제거됨에 따라 목탄이됩니다.

거의 무수히 많은 양의 탄소 화합물이 있지만 여러 가지 무기 화합물이 특히 중요합니다. 일산화탄소 (CO)는 다른 탄소 화합물을 합성하고, 금속 화합물을 사용 가능한 제품으로 환원하고, 연료를위한 다른 가스와 결합하는 데 사용됩니다. 탄소와 금속의 화합물 인 탄화물은 많은 산업 공정에서 종종 다른 금속 구조를 안정화하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 칼슘 카바이드는 산업용 화학 화합물을 제조하는 데 사용됩니다. 이황화 탄소와 사염화탄소는 강력한 용매입니다 (발암 물질로 분류 된 이후 CCl4 사용이 감소 했음에도 불구하고). 시안화물은 할라이드 이온과 유사하게 작용하여 염과 산을 모두 형성합니다. 시안화 수소산 (HCN)은 끓는점이 극히 낮은 (실제로는 실내 온도) 약산이며 플라스틱 생산에 사용됩니다.시안화물 이량 체는 시아 노겐이라고하며 유기 합성, 훈증제 및 로켓 추진제에 사용됩니다.