Значение углерода в природе и жизни человека.
Автор презентации: учитель химии МБОУ СОШ № 131 города Новосибирска Цирина Т.А.
Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти. » width=»640″>
Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод — основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО 2 из атмосферы или воды.
В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела.
Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.
Углерод и его соединения имеют огромное значение в жизнедеятельности человека. Из углерода образованы главные виды топлива на Земле – природный газ и нефть.
Углерод в виде ископаемого топлива: угля и углеводородов — один из важнейших источников энергии для человечества.
Углерод существует в виде разных аллотропных модификаций. Каждая из них имеет очень большое значение и применяется в разных областях жизни человека.
Алмазы используются для обработки различных твердых материалов, для резки, шлифования, сверления и гравировки стекла, для бурения горных пород.
Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бормашин.
Алмазы после шлифования и огранки превращаются в бриллианты, используемые в качестве украшений.
Графит – ценнейший материал для современной промышленности. Из графита изготавливают литейные формы, плавильные тигли и другие огнеупорные изделия. Благодаря высокой химической устойчивости графит применяется для изготовления труб и аппаратов, выложенных изнутри графитовыми плитами.
Графит используется в карандашной промышленностиТакже его используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах.
Значительные количества графита используют в электротехнической промышленности, например при изготовлении электродов. Графит используется для изготовления некоторых красок. Очень чистый графит используют в ядерных реакторах для замедления нейтронов.
Линейный полимер углерода – карбин – привлекает внимание учёных как перспективный материал для изготовления полупроводников, которые могут работать при высоких температурах, и сверхпрочных волокон.
Древесный уголь используется в металлургической промышленности, в кузнечном деле.
Кокс применяется в качестве восстановителя при выплавке металлов из руд.
Сажа применяется в качестве наполнителя резин для повышения прочности, поэтому автомобильные шины – чёрного цвета. Используют сажу и как компонент печатных красок, туши, крема для обуви.
Активированные угли используются для очистки, извлечения и разделения различных веществ. Активированные угли применяются в качестве наполнителей противогазов и как сорбирующее средство в медицине.
В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода — производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения.
Так, карболен, применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит — для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода — для научных исследований.
Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент. В частности углерод является неотъемлемой составляющей стали и чугуна
Спасибо за внимание!
Углерод: физические и химические свойства
- История открытия
- Место в таблице Менделеева
- Строение атома
- Физические свойства
- Химические свойства
- Роль в природе
- Применение
- Рекомендованная литература и полезные ссылки
- Видео
- Природный углерод состоит из смеси двух стабильных изотопов 12С (98,892%) и 13С (1,108%)
- Помимо этого известно 6 радиоактивных изотопов углерода. Один из них, изотоп 14С с периодом полураспада 5,73*103 лет в небольших количествах образуется в верхних слоях атмосферы нашей планеты под действием космического излучения.
- В обычных условиях углерод, как правило, химически инертен, но при высоких температурах он может вступать в химические взаимодействия со многими другими элементами, обычно проявляя сильные восстановительные свойства. Приведем примеры химических реакций углерода как восстановителя с:
- — с кислородом
C0 + O2 –t°= CO2 углекислый газ - при недостатке кислорода — неполное сгорание:
2C0 + O2 –t°= 2C+2O угарный газ - — со фтором
С + 2F2 = CF4 - — с водяным паром
C0 + H2O –1200°= С+2O + H2 водяной газ - — с серой образует сероуглерод:
С + 2S2 = СS2. - Порой углерод может выступать и как окислитель, образуя карбиды при вступлении в химические реакции с некоторыми металлами:
- 4Al + 3C0 = Al4C3
- Ca + 2C0 = CaC2-4
- Вступая в реакцию с водородом, углерод образует метан:
- C0 + 2H2 = CH4
- Savvatimskiy, A (2005). “Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963–2003)”. Carbon. 43 (6): 1115–1142. doi:10.1016/j.carbon.2004.12.027
- Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — 623 с.
- ChemNet. Углерод: история открытия элемента.
- Лейпунский О. И. Об искусственных алмазах (рус.) // Успехи химии. — Российская академия наук, 1939. — Вып. 8. — С. 1519—1534.
- Seal M. The effect of surface orientation on the graphitization of diamond. // Phis. Stat. Sol., 1963, v. 3, p. 658.
- Браун, С. (2002). Измерение, мониторинг и проверка углеродных выгод для лесных проектов. Философские труды Королевского общества, 1669-1683.
- Паппас С. (9 августа 2014 г.). Факты об углероде. Получено от Live Science: livescience.com
- Samsa, F. (s.f.). Почему углерод важен для живых организмов? Получено от Hunker: hunker.com
- Певица, Г. (с.ф.). Что делает углерод для человеческих тел? Получено от HealthyLiving: healthyliving.azcentral.com
- Уилфред М. Пост, W.R., Zinke, P.J. & Stangenberger, A.G. (1982). Почвенно-углеродные пулы и мировые зоны жизни. природа, 156-159.
- Жизнь основана на углероде — органическая химия изучает соединения, в которых он является центральным элементом.
- Свойства углерода — основа жизни всех органических молекул, образующих живую материю.
- Углерод является таким универсальным элементом, потому что он может образовывать четыре ковалентные связи.
- Углеродные скелеты могут различаться по длине, ветвлению и кольцевой структуре.
- Функциональные группы органических молекул — это части, участвующие в химических реакциях.
- Органические молекулы, важные для жизни, включают в себя относительно небольшие мономеры, а также крупные полимеры.
- Описание
- Содержимое в человеческом организме
- Биологическая роль
- Источники
- Суточная потребность
- Недостаток и избыток
- Токсичность
- Порядок питания экосистем тесно связан с переносом углерода между живыми существами, которые участвуют в этих взаимодействиях.
- Например, животные часто получают углерод от первичных производителей и передают его всем вышестоящим по цепочке.
- В конце концов, углерод возвращается в атмосферу в виде двуокиси углерода, где он участвует в каком-то другом органическом процессе.
- Живые существа в течение своей жизни действуют как большие запасы углерода; атомы всегда работают над непрерывной регенерацией самых основных компонентов тела.
- Как только существо умирает, углерод начинает новый процесс, который нужно вернуть в окружающую среду и использовать повторно.
- Есть небольшие организмы, называемые дезинтеграторами или разложителями, которые встречаются как на суше, так и в воде и отвечают за потребление останков безжизненного тела и хранение атомов углерода, а затем их выброс в окружающую среду.
- Углерод также присутствует в огромных океанических телах планеты, как правило, в форме ионов бикарбоната; результат растворения углекислого газа, присутствующего в атмосфере.
- Углерод подвергается реакции, которая переводит его из газообразного состояния в жидкое, а затем превращается в ионы бикарбоната.
- В океанах ионы бикарбоната действуют как регуляторы pH, необходимые для создания идеальных химических условий, которые способствуют формированию морских организмов различного размера, вмещающих пищевые цепи морских видов.
- Углерод может выбрасываться из океана в атмосферу через поверхность океана; однако эти суммы очень малы.
- Браун, С. (2002). Измерение, мониторинг и проверка углеродных выгод для лесных проектов. Философские труды Королевского общества, 1669-1683.
- Паппас, С. (9 августа 2014 г.). Факты о углероде. Получено с Live Science: livescience.com
- Самса, Ф. (s.f.). Почему углерод важен для живых организмов? Получено с Hunker: hunker.com
- Певица, Г. (с.ф.). Что углерод делает для человеческого тела? Получено из HealthyLiving: healthyliving.azcentral.com
- Уилфред М. Пост, У. Р., Зинке, П. Дж., И Стангенбергер, А. Г. (1982). Запасы углерода в почве и зоны мировой жизни. Природа, 156-159.
Углерод – важнейший химический элемент периодической таблицы Менделеева. Без него, как и без кислорода и водорода немыслимой была бы сама Жизнь. Можно без преувеличения сказать, что жизнь всех живых существ от амебы до человека построена именно из соединений углерода. Углерод – биогенный элемент составляющий основу жизни на нашей планете. Будучи структурной единицей огромного числа различных органических соединений, он участвует и в построении живых организмов и в обеспечении их жизнедеятельности. Даже возникновение самой Жизни рассматривается учеными как сложный процесс эволюции углеродных соединений. А какие химические и физические свойства этого чудесного элемента, история его открытие и современное применение в химии, читайте об этом далее.
История открытия
На самом деле углерод был известен человеку еще с глубокой древности в виде своих аллотропных модификаций: алмаза и графита. Помимо этого углерод в виде древесного угля активно применялся при выплавке металлов. От угля происходит и само название углерода, как химического элемента.
Но в те далекие времена люди пользовались углеродом в виде угля, или любовались им же, в виде алмазов, неосознанно, без понимания того, какой важный химический элемент стоит за всем этим.
Научное открытие углерода произошло в 1791 году, когда английский химик Теннант впервые получил свободный углерод. Для получения углерода он пропускал пары фосфора над прокаленным мелом. В результате этой химической реакции образовались фосфат кальция и чистый углерод.
Впрочем, этому опыту предшествовали и другие искания, например выдающийся французский химик Лавуазье поставил опыт по сжиганию алмаза при помощи большой зажигательной машины.
Драгоценный алмаз сгорел без остатка, после чего ученый пришел к выводу, что алмаз представляет собой ничто иное как кристаллический углерод.
Интересно, что в этих опытах совместно с алмазом пробовали сжигать и другие драгоценные камни, к примеру, рубин. Но другие камни выдерживали высокую температуру, только алмаз сгорал без остатка, что и обратило внимание на его отличную химическую природу.
Место в таблице Менделеева
В основе расположения химических элементов в периодической системе Менделеева лежит их атомный вес, рассчитанный относительно атомного веса водорода. Атомная масса углерода составляет 12,011, согласно ней он занимает почетное 6-е место в таблице Менделеева и обозначается латинской литерой С.
Помимо этого следует обратить внимание на следующие характеристики углерода:
Строение атома
Атом углерода имеет 2 оболочки (как впрочем, и все элементы, расположенные во втором периоде) и 6 электронов: 1s22s22p2. Четыре валентных электрона находятся на внешнем электронном уровне атома углерода. А оставшиеся два электрона находятся на отдельных p-орбиталях, при этом они являются неспаренными.
Так на картинке изображена схема электронного строения атома углерода.
Физические свойства
Своими физическими свойствами углерод типичный неметалл. При этом он образует множество аллотропных модификаций («аллотропные» означает существование двух и более разных веществ из одного химического элемента): наиболее популярными из них являются алмаз, графит, уголь, сажа. При этом алмаз – одно из самых твердых веществ, представляющих углерод.
Разумеется, разные аллотропные модификации углерода имеют и разные физические свойства. Если алмаз типичное твердое тело, то, к примеру, жидкий углерод, который можно получить только при определенном внешнем давлении, обладает совершенно иными физическими свойствами, нежели алмаз или графит.
Химические свойства
— с оксидами металлов. Таким образом, выплавляют металл из руды.
C0 + 2CuO –t°= 2Cu + C+4O2
— с кислотами – окислителями:
C0 + 2H2SO4(конц.) = С+4O2 + 2SO2 + 2H2O
С0 + 4HNO3(конц.) = С+4O2 + 4NO2 + 2H2O
Роль в природе
В земной коре содержание углерода составляет всего лишь 0,15%. Несмотря на эту кажущуюся маленькой цифру, стоит заметить, что углерод непрерывно участвует в природном круговороте из земной коры через биосферу в атмосферу и наоборот.
Также именно из углерода состоят такие ценные ресурсы как нефть, уголь, торф, известняки и природный газ. И как мы писали в начале нашей статьи, углерод – основа жизни. Скажем, в теле взрослого человека с весом в 70 кг имеется около 13 кг углерода.
Это только в одном человека, примерно в таких же пропорциях углерод содержится в телах всех других живых существ, растений и животных.
Применение
Можно сказать, что углерод неразрывно связан с самим развитием человеческой цивилизации. Именно из соединений с участием углерода образованы основные топлива, благодаря которым ездят машины, летают самолеты, вы можете приготовить себе еду и обогреть свой дом в холодную пору – это нефть и газ.
Помимо этого соединения углерода активно используются в химической и металлургической промышленности, в фармацевтике и строительстве. Алмазы, будучи аллотропной модификацией углерода используются в ювелирном деле и ракетостроении.
В целом промышленность современности не может обойтись без углерода, он необходим практически везде.
Рекомендованная литература и полезные ссылки
Видео
И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.
Важность углерода в живых существах 8 причин / биология
Важность углерода в живых существах это основано на факте, что это — химический элемент, на котором основано существование жизни. Его способность образовывать полимеры делает его идеальным элементом для объединения в молекулы, которые генерируют жизнь.
Углерод является ключевым химическим элементом для жизни и природных процессов, происходящих на земле. Это шестой самый распространенный элемент во вселенной, участвующий в формированиях и астрономических реакциях..
Углерода в изобилии на Земле, и его свойства позволяют ему связываться с другими элементами, такими как кислород и водород, образуя молекулярные соединения, имеющие большое значение.
Углерод является легким элементом, и его присутствие в живых существах является фундаментальным, так как он используется и управляется энзимами органических систем..
Человеческое тело состоит из 18% углерода, и было подсчитано, что вся органическая жизнь на Земле имеет в качестве основы наличие углерода.
Некоторые теории предполагают, что если в другой части Вселенной есть жизнь, то в ее составе также присутствует большое количество углерода..
Углерод является фундаментальным элементом для формирования таких компонентов, как белки и углеводы, а также для физиологического функционирования живого организма..
Несмотря на то, что он является природным элементом, углерод также присутствует в реакциях и химических вмешательствах, которые совершил человек, обеспечивая новые преимущества..
Почему углерод важен для живых существ?
Химический состав живых существ
Поскольку живые существа являются результатом ряда химических реакций в определенный момент времени, и, как уже упоминалось, углерод играет фундаментальную роль в этих реакциях, было бы невозможно представить жизнь без присутствия этого элемента..
Универсальность углерода позволила ему присутствовать в клеточных и микроорганических процессах, которые вызывают жизненно важные компоненты организма: жиры, белки, липиды, которые помогают формированию неврологических систем, и нуклеиновые кислоты, которые хранят ДНК через ДНК. генетический код каждого человека.
Он также присутствует во всех тех элементах, которые потребляют живые существа, чтобы получить энергию и гарантировать свою жизнь..
Атмосферное значение
Углерод, в форме углекислого газа, представляет собой газ, присутствующий на атмосферном уровне, естественно.
Двуокись углерода препятствует выходу внутренней температуры земли, а ее постоянное присутствие позволяет ее поглощению другими существами выполнять свои циклы питания..
Это ключевой компонент для поддержания различных уровней жизни на планете. Однако на неестественных уровнях, вызванных чрезмерным выбросом человека, он может в конечном итоге содержать слишком много температуры, создавая парниковый эффект. Тем не менее, это будет иметь решающее значение для сохранения жизни в этих новых условиях.
Перенос углерода между живыми существами
Порядок питания в экосистемах тесно связан с переносом углерода между живыми существами, которые участвуют в этих взаимодействиях..
Например, животные обычно получают углерод от первичных производителей и передают его всем, кто находится выше в цепи.
В конце концов углерод возвращается в атмосферу в виде диоксида углерода, где он участвует в каком-то другом органическом процессе..
Клеточное дыхание
Углерод, наряду с водородом и кислородом, способствует процессу высвобождения энергии через глюкозу в организме, вырабатывая аденозинтрифосфат, который считается источником энергии на клеточном уровне..
Углерод облегчает процесс окисления глюкозы и выделения энергии, превращаясь в сам углекислый газ и выводясь из организма.
фотосинтез
Другое клеточное явление универсального значения — это то, на что способны только растения: фотосинтез; интеграция энергии, поглощенной непосредственно от Солнца, с углеродом, поглощенным из атмосферной среды.
Результатом этого процесса является питание растений и продление их жизненного цикла..
Фотосинтез не только гарантирует жизнь растений, но также способствует поддержанию теплового и атмосферного уровня под определенным контролем, а также обеспечивает пищу для других живых существ..
Углерод играет ключевую роль в фотосинтезе, а также в естественном цикле вокруг живых существ..
Дыхание животных
Хотя животные не могут получать прямую энергию от Солнца для своей пищи, почти все продукты, которые они могут потреблять, содержат в своем составе высокое содержание углерода..
Такое потребление продуктов на основе углерода вызывает у животных процесс, который приводит к выработке энергии для жизни.
Подача углерода животным через пищу обеспечивает непрерывное производство клеток у этих существ..
В конце процесса животные могут выделять углерод в виде отходов в виде углекислого газа, который затем поглощается растениями для осуществления своих собственных процессов..
Естественное разложение
Живые существа действуют как большие запасы углерода в течение своей жизни; атомы всегда работают над непрерывной регенерацией самых основных компонентов организма.
Когда существо умирает, углерод начинает новый процесс, который возвращается в окружающую среду и используется повторно..
Есть некоторые маленькие организмы, называемые дезинтеграторами или разлагающими веществами, которые обнаруживаются как на суше, так и в воде, и несут ответственность за поглощение остатков тела без жизни, а также за хранение атомов углерода, а затем за выброс их в окружающую среду..
Океанический регулятор
Углерод также присутствует в больших океанских телах планеты, как правило, в форме бикарбонат-ионов; результат растворения углекислого газа, присутствующего в атмосфере.
Углерод подвергается реакции, которая переводит его из газообразного состояния в жидкое и превращается в бикарбонат-ионы..
В океанах бикарбонат-ионы функционируют в качестве регуляторов рН, необходимых для создания идеальных химических условий, способствующих формированию морской флоры и фауны различных размеров, освобождая место для пищевых цепей океанических видов..
Углерод может быть выпущен из океана в атмосферу через поверхность океана; однако эти количества очень малы.
ссылки
Углерод — основа жизни всех органических молекул
Углерод — элемент номер шесть. Прямо в середине первой строки периодической таблицы химических элементов. Ну и что? Углерод основа жизни – это самый важный элемент живых организмов. Без этого элемента жизнь, какой мы ее знаем, не существовала бы.
Как вы увидите, шестой элемент периодической таблицы является центральным в соединениях, необходимых для жизни.
Значение углерода
Соединение, содержащееся главным образом в живых организмах, известно как органическое соединение.
Органические соединения составляют клетки и другие структуры организмов и осуществляют жизненные процессы. Углерод является основным элементом в органических соединениях, поэтому элемент необходим для жизни на Земле. Углерод основа жизни и она, какой мы ее знаем, не могла бы существовать. Теоретически, вроде бы возможны другие формы жизни, но человечество их не знает.
Соединения
Соединение — это вещество, состоящее из двух или более элементов. Соединение имеет уникальный состав, который всегда один и тот же. Мельчайшая частица соединения называется молекулой. Рассмотрим в качестве примера воду.
Молекула воды всегда содержит один атом кислорода и два атома водорода. Состав воды выражается химической формулой H2O. Вода не является органическим соединением.
Молекула воды всегда имеет такой состав: один атом кислорода и два атома водорода.
Что заставляет атомы молекулы воды «слипаться» вместе? Ответ — химические связи. Химическая связь-это сила, которая удерживает молекулы вместе. Химические связи образуются, когда вещества вступают в реакцию друг с другом.
Химическая реакция-это процесс, который превращает одни химические вещества в другие. Для образования соединения необходима химическая реакция. Для разделения веществ в соединении необходима еще одна химическая реакция.
Почему этот элемент главный для жизни
Почему углерод так важен для жизни? Причина — способность образовывать устойчивые связи со многими элементами, в том числе и с самим собой. Это свойство позволяет шестому элементу образовывать огромное разнообразие очень больших и сложных молекул.
На самом деле, в живых организмах содержится около 10 миллионов соединений на основе углерода!
Однако миллионы органических соединений можно разделить всего на четыре основных типа: углеводы, липиды (жиры), белки и нуклеиновые кислоты.
Вы можете сравнить четыре типа в таблице ниже:
| Элементы | Тип соединений | Состав | Функции | Мономер (повторяющиеся звенья) |
| Углеводы | сахар, крахмал | углерод, водород, кислород | снабжает энергией клетки, накапливает энергию, формирует структуры тела | моносахарид |
| Липиды (жиры) | жирное масло | углерод, водород, кислород | накапливает энергию, формирует клеточные мембраны, несет сообщения. | |
| Белки | ферменты, антитела | углерод, водород, кислород, азот, сера | помогает клеткам сохранять форму, формирует мышцы, ускоряет химические реакции, несет сообщения и материалы. | аминокислота |
| Нуклеиновые кислоты | ДНК-РНК | углерод, водород, кислород, азот, фосфор | содержит инструкции для белков, передает инструкции от родителей к потомству, помогает производить белки | нуклеотид |
Углеводы, белки и нуклеиновые кислоты-это крупные молекулы (макромолекулы), построенные из более мелких молекул (мономеров) в результате реакций дегидратации. В реакции дегидратации вода удаляется по мере соединения двух мономеров.
Возникновение «жизненного» элемента углерода
Каждый атом углерода, находящийся на Земле и во Вселенной, возник в ядре красных гигантов при температуре около 100 миллионов градусов.
Атомы углерода как сказано выше, являются основой любого живого организма, ибо обладают способностью соединяться в длинные цепочки и создавать сложные органические молекулы.
Углеродные атомы, из которых построен человеческий организм и биосфера в целом, возникали в те далекие времена, когда еще не существовали Солнце и Солнечная система, когда не было еще даже полимерной цепи, из которой позднее родилось Солнце и все его семейство.
Именно в звездах-гигантах возникали тогда из атомов гелия атомы углерода. Это произошло более семи миллиардов лет тому назад. Из звезд атомы углерода потом попали в межзвездное пространство.
Там они смешались с межзвездным веществом, из которого позднее возникли полимерные цепи, включая и создание нашей Солнечной системы.
Таким образом, углерод основа жизни которая переместилась из недр старых красных гигантов на нашу планету, а отсюда в земные растения и, наконец, вместе с пищей — в человеческий организм. Именно тогда зародилась жизнь на Земле.
Можно сказать, что без красных гигантов, существовавших семь миллиардов лет назад, на Земле не было бы углерода, а, следовательно, и жизни. Итак, с точки зрения астрономии нашими далекими предками являются именно красные гиганты.
Выводы
Углерод
Описание
(вернуться к оглавлению)
Соединения углерода являются основой растительных и животных организмов. Также он входит в состав веществ, имеющих неживотное происхождение — угля, нефти, природных газов, а также многих минералов, например, мела, мрамора, известняка.
Углерод образует четыре простых вещества – алмаз, графит, карбины и фуллерены, которые резко отличаются между собой по своим свойствам.
Алмаз является бесцветным кристаллом и самым твердым из минералов. Он имеет высокий коэффициент преломления и обладает свойствами диэлектрика. Благодаря этим свойствам алмаз широко применяется в промышленности.
Графит встречается в природе гораздо чаще, чем алмаз. Графит – это такая форма углерода, в которой каждый атом углерода связан с тремя соседями, образуя плоскую сетку. В результате он имеет слоистую структуру, причем связь между слоями осуществляется в основном за счет относительно слабых межмолекулярных сил.
Все это определяет свойства графита – он мягок, легко расслаивается, хорошо проводит тепло, имеет серый цвет и металлический блеск, заметно электропроводен.
Сажа, древесный уголь и другие угли, получаемые из органического и неорганического сырья, представляют собой мелкокристаллический графит, так что обычно термином «углерод» обозначают именно графит той или иной степени дисперсности. При стандартных условиях графит весьма инертен, но значительно более активен, чем алмаз.
Он не реагирует с кислородом, водородом, галогенами. На него не действуют растворы кислот и щелочей. При нагревании графит сгорает в кислороде или на воздухе с образованием СО2. С другими неметаллами, кроме фтора и серы, он непосредственно не реагирует.
Взаимодействие с металлами возможно только при высоких (1000-2000°С) температурах, а с водородом – еще и при высоких давлениях. Низкая реакционная способность графита позволяет использовать его как материал для тиглей, электродов, как замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.
Резкое различие в свойствах алмаза и графита обусловлено различным строением их кристаллов.
Третья форма существования углерода – карбин – черный мелкокристаллический порошок, имеющий полупроводниковые свойства. Карбины более активны, чем графит.
Четвертая форма – фуллерены. В них атомы углерода связаны многоцентровыми связями. При этом образуются правильные многогранники, в вершинах которых располагаются атомы. Наиболее характерны системы, содержащие 60 или 70 атомов, представляющие собой практически сферические частицы.
Наиболее известны два оксида углерода.
Оксид углерода СО – монооксид, угарный газ. При нормальных условиях не имеет цвета и запаха. Достаточно инертен при нормальных условиях. Он практически не растворяется в воде и с ней не реагирует.
Молекула СО имеет самую высокую энергию связи среди двухатомных молекул, состоящих из разных атомов. Несмотря на высокую прочность СО легко сгорает, образуя СО2.
Реакция протекает самопроизвольно с выделением большого количества тепла.
Оксид углерода СО2 – диоксид углерода, углекислый газ – получается при сгорании любых углеродсодержащих веществ в присутствии воздуха. Является продуктом дыхания живых существ. Диоксид углерода проявляет отчетливые кислотные свойства. Он легко реагирует со щелочами и основными оксидами, образуя соли угольной кислоты – карбонаты. Диоксид углерода плохо растворим в воде.
В природе углерод сосредоточен в карбонатных породах – известняках (СаСО3), образующих громадные залежи, и некоторых других карбонатах (MgСО3).
Количество соединений углерода столь велико, что для их описания потребовалось выделить самостоятельное направление в химии – органическую химию.
Число известных органических соединений углерода превышает 10 миллионов, тогда как число соединений всех остальных элементов составляет примерно 120 тысяч.
Содержание в человеческом организме
(вернуться к оглавлению)
Так как углерод является основой всех соединений органической химии, то в человеческом организме он присутствует повсеместно. Он входит в состав аминокислот, составных частей белков, представляющих основу жизнедеятельности. Помимо этого, углерод является компонентом жиров и углеводов, веществ, обеспечивающих процесс жизнедеятельности живых организмов.
Содержание в человеческом организме в процентном отношении к массе тела составляет 21 % от массы тела. Из них костная ткань – 36 %, мышечная ткань – 67 %.
Биологическая роль
(вернуться к оглавлению)
Как уже было сказано выше, углерод является основной составляющей всех органических форм жизни. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, гормонов, ферментов, витаминов, то есть можно сказать, что углерод в той или иной степени важен для всех органов и систем живого организма, и всех, протекающих в них процессов, поддерживающих его жизнедеятельности.
Углекислота (СО2), содержащаяся в крови, возбуждает дыхательный центр, расширяет мозговые сосуды, повышает возбудимость сердечной мышцы. Гидрокарбонаты калия (KHСО3) и натрия (NaHCO3) входят в состав буферных систем крови и тканей, поддерживающих рН организма. Уксусная кислота (СH3COОН) принимает участие в синтезе холестерина.
Источники
(вернуться к оглавлению)
Основным источником углерода является пища, состоящая все из тех же углеродсодержащих веществ – белков, жиров, углеводов и других. При попадании в организм эти вещества под действие пищеварительной системы распадаются до мономеров, которые в дальнейшем используются нашим организмом для собственных нужд. В основе этого процесса лежат соединения, в состав которых входит углерод.
Суточная потребность
(вернуться к оглавлению)
Суточная потребность углерода не нормируется, но существуют нормы потребления вышеперечисленных органических веществ с пищей, в состав которых входит углерод.
Недостаток и избыток
(вернуться к оглавлению)
Вряд ли, представляется возможным оценить, как на организм влияет недостаток углерода, поскольку он входит в состав почти всех необходимых человеку веществ. Поэтому можно оценивать влияние нехватки лишь конкретных его соединений. То же относится и к избытку углерода. Например, при избытке углекислого газа СО2 в окружающей атмосфере наступает кислородное голодание.
Токсичность
(вернуться к оглавлению)
Свободный углерод в виде сажи токсичен для человека. Длительный контакт с сажей или угольной пылью вызывает рак. Мельчайшая пыль угля вызывает изменение структуры легких, и как следствие нарушение их функций.
Крайне токсичным является угарный газ СО. Его предельно допустимая концентрация составляет 3 мг/м3. Отравляющее действие этого вещества вызвано тем, что СО связывается с гемоглобином крови почти в 1000 раз легче, чем кислород. В результате чего препятствует связыванию гемоглобина и кислорода, что приводит к быстро развивающемуся кислородному голоданию, удушью и, как следствию, смерти.
Важность углерода в живых организмах: 8 причин
Важность углерода в живых организмах: 8 причин — Наука
Содержание:
В важность углерода в живых существах заключается в том, что это химический элемент, на котором основано существование жизни. Его способность образовывать полимеры делает его идеальным элементом для соединения в молекулы, порождающие жизнь.
Углерод — ключевой химический элемент для жизни и природных процессов, происходящих на Земле. Это шестой по численности элемент во Вселенной, участвующий в астрономических образованиях и реакциях.
На Земле много углерода, и его свойства позволяют ему связываться с другими элементами, такими как кислород и водород, образуя очень важные молекулярные соединения.
Углерод — легкий элемент, и его присутствие в живых существах очень важно, поскольку он используется и управляется ферментами в органических системах.
Человеческое тело на 18% состоит из углерода, и было подсчитано, что вся органическая жизнь на Земле основана на наличии углерода. Некоторые теории предполагают, что если бы жизнь существовала в другой части Вселенной, в ее составе также было бы большое количество углерода.
Углерод является фундаментальным элементом для образования таких компонентов, как белки и углеводы, а также для физиологического функционирования живого организма.
Несмотря на то, что углерод является естественным элементом, он также присутствует в химических реакциях и вмешательствах, проводимых человеком, обеспечивая новые преимущества.
Почему углерод важен для живых существ?
химический состав живого существа
Поскольку живые существа являются результатом ряда химических реакций в определенное время, и, как уже упоминалось, углерод играет фундаментальную роль в этих реакциях, было бы невозможно представить жизнь без присутствия этого элемента.
Универсальность углерода позволила ему присутствовать в клеточных и микроорганических процессах, которые приводят к возникновению основных компонентов организма: жиров, белков, липидов, которые помогают формированию неврологических систем, и нуклеиновых кислот, которые хранят ДНК через ДНК. генетический код каждой особи.
Точно так же он присутствует во всех тех элементах, которые потребляют живые существа для получения энергии и обеспечения своей жизни.
Атмосферное значение
Углерод в форме диоксида углерода — это газ, который в природе присутствует на уровне атмосферы.
Углекислый газ предотвращает утечку внутренней температуры земли, а его постоянное присутствие позволяет поглощать его другими существами для выполнения своих циклов питания.
Это ключевой компонент в поддержании разнообразных уровней жизни на планете. Однако при неестественных уровнях, вызванных чрезмерным выбросом человека, он может в конечном итоге содержать слишком высокую температуру, вызывая парниковый эффект. Тем не менее, это будет иметь решающее значение для сохранения жизни в этих новых условиях.
Клеточное дыхание
Углерод, наряду с водородом и кислородом, способствует процессу высвобождения энергии через глюкозу в организме, производя аденозинтрифосфат, который считается источником энергии на клеточном уровне.
Углерод способствует процессу окисления глюкозы и высвобождения энергии, превращаясь в углекислый газ и выводясь из организма.
Фотосинтез
Еще одно клеточное явление, имеющее универсальное значение, — это то, на что способны только растения: фотосинтез; интеграция энергии, поглощенной непосредственно от Солнца, с углеродом, который они поглощают из атмосферной среды.
Результатом этого процесса является питание растений и продление их жизненного цикла. Фотосинтез не только гарантирует жизнь растений, но также помогает держать под определенным контролем температурный и атмосферный уровни, а также обеспечивает пищу для других живых существ.
Углерод играет ключевую роль в фотосинтезе, а также в естественном круговороте живых существ.
Дыхание животных
Хотя животные не могут получать прямую энергию от Солнца для своей пищи, почти все продукты, которые они могут потреблять, содержат большое количество углерода в своем составе.
Такое потребление пищи на основе углерода вызывает у животных процесс, в результате которого вырабатывается энергия для жизни. Снабжение животных углеродом через пищу позволяет им непрерывно производить клетки.
В конце процесса животные могут выделять углерод в виде отходов в виде диоксида углерода, который затем поглощается растениями для выполнения своих собственных процессов.
Загрузка...
