الكربون - خصائص العنصر والخصائص الكيميائية. دورة الكربون العالمية إجمالي الكربون العضوي في الماء

سكوت ستيجينبورج، جامعة ولاية كانساس، الولايات المتحدة الأمريكية

الكربون هو العنصر الهيكلي الأساسي لجميع الكائنات الحية. يوجد الكربون في الغلاف الجوي، والأنسجة النباتية والحيوانية، والمواد العضوية غير الحية، والوقود الأحفوري، والصخور، ويذوب في مياه المحيطات. وفي نمو النباتات، وفي حياتنا بشكل عام، يحتل وجودها مكاناً مهماً. الأمر كله يبدأ من الجذر، وإذا نما في تربة تعاني من نقص الكربون، فيجب أخذ الوضع تحت مراقبة خاصة، وإلا... فكل شيء يؤثر على كمية الكربون في التربة، حتى الحراثة.

الكربون العضوي في التربة

يُعرف انتقال جزيئات الكربون من شكل إلى آخر بدورة الكربون (الشكل 1). تحصل النباتات على الكربون من الغلاف الجوي، الذي يشارك في عملية التمثيل الضوئي. باستخدام الطاقة المستمدة من الشمس وثاني أكسيد الكربون (CO2) من الغلاف الجوي، تقوم النباتات بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كربون عضوي، مما يعزز نمو السيقان والأوراق والجذور. نتيجة دورة حياة النباتات وموتها هو تراكم وتحلل الأنسجة النباتية سواء على سطح التربة أو تحتها (جذور النباتات) وإنتاج كميات كبيرة من الكربون العضوي في التربة.

تختلف التربة في كمية الكربون العضوي التي تحتويها في التربة، حيث تتراوح من أقل من 1% في التربة الرملية إلى أكثر من 20% في تربة الأراضي الرطبة. تتراوح المستويات الطبيعية للكربون العضوي في التربة في تربة كانساس من 1-4%. اليوم، تحتوي معظم الأراضي الزراعية في كانساس على مستويات كربون عضوي تتراوح بين 0.5% و2%.

الشكل 1. دورة الكربون الحديثة. يتم التعبير عن جميع الأرقام بالجيجا طن والجيجا طن سنويًا.

في كانساس، ساهمت أعشاب البراري في تكوين طبقة سميكة وخصبة من التربة. جذور هذه الأنواع وغيرها من الحبوب ليفية. ويمكنها اختراق أعماق كبيرة، وإنتاج جزء كبير من كتلتها الحيوية تحت الأرض. ونتيجة لذلك، فإن مستويات عالية من الكربون العضوي في التربة تحت الأراضي العشبية الطبيعية تحدث على أعماق تصل إلى عدة سنتيمترات. أما اللون الأسود، الذي يرتبط بخصوبة التربة، فهو مؤشر على محتوى الكربون العضوي. ومع انخفاض محتوى الكربون العضوي، يصبح لون التربة أفتح ويعكس تركيبها المعدني. وبالتالي، فإن اللون الأحمر للتربة في جنوب شرق كانساس وشمال شرق أوكلاهوما هو مؤشر على ارتفاع تركيزات الحديد وانخفاض محتوى الكربون في التربة. في التربة التي تتشكل تحت الغابات، عادة ما توجد مستويات عالية من الكربون العضوي في التربة في الطبقة العليا، مع مستويات أقل في الطبقات العميقة. ويرجع هذا الاختلاف في المقام الأول إلى تراكم الأوراق المتساقطة وكذلك فروع الشجيرات والأشجار على سطح التربة.

الكربون الجوي

وباستخدام بيانات من قلب جليدي ومراقبة طويلة المدى لمستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وجد العلماء تقلبات كبيرة في مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على مدى 200 ألف عام. وفي السنوات الألف الماضية، زاد محتوى الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون بشكل ملحوظ (الشكل 2). تبلغ مستويات ثاني أكسيد الكربون اليوم (2000) حوالي 369 ملغم/لتر، وهي أعلى من أي وقت مضى في الألفية الماضية. والأهم من ذلك، أن معدلات النمو غير المسبوقة هذه كبيرة جدًا لدرجة أن النظام البيئي قد لا يتمكن من التكيف معها. ويرجع هذا الارتفاع في ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة استخدام الوقود الأحفوري، وتطهير الأراضي والتغيرات في استخدام الأراضي التي تحدث في جميع أنحاء العالم. العامل الأكثر أهمية الذي يسبب زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي هو استخدام الوقود الأحفوري. وبالوتيرة الحالية لهذه العملية والبالغة 1 تريليون. كجم، سيتم استنفاد احتياطيات الوقود الأحفوري خلال 300-400 سنة القادمة. مع زيادة استخدام الوقود الأحفوري، يتم إطلاق الكربون الذي كان خارج الدورة لملايين السنين مباشرة في الغلاف الجوي. وبمرور الوقت، سيتم تحويل الكربون الموجود في الغلاف الجوي مرة أخرى إلى كربون عضوي أو إطلاقه في المحيط وسيتم الوصول إلى توازن جديد، لكن هذه العملية يمكن أن تستغرق آلاف السنين. وفي المستقبل القريب، سيبقى الكربون "الجديد" في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون. واستناداً إلى نماذج الغلاف الجوي الحالية، يمكن استنتاج أن الاستخدام الكامل لاحتياطيات الوقود الأحفوري سيزيد من تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى ذروة تبلغ حوالي 1200 ملغم/لتر. ويعتقد بعض العلماء أن هذه التركيزات ستكون أعلى من ذلك. وقد دفع هذا الارتفاع في مستويات ثاني أكسيد الكربون العديد من العلماء إلى التكهن بأن متوسط ​​درجات الحرارة العالمية سوف يبدأ في الارتفاع. وتسمى هذه العملية في الصحافة الشعبية بالاحتباس الحراري. إن ما يسمى بالغازات الدفيئة - ثاني أكسيد الكربون والميثان (CH4) وأكسيد النيتروجين (N2O) الموجودة في الغلاف الجوي تساعد في الاحتفاظ بالحرارة التي تنعكس عادة من سطح الأرض. عند التركيزات العالية لهذه الغازات، قد لا يتم إطلاق الحرارة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة العالمية. في الوقت الحالي، التغيرات في درجات الحرارة العالمية ليست كبيرة ولا توجد اتجاهات محددة نحو ذلك، ولكن التغيرات في مستويات ثاني أكسيد الكربون موثقة بالكامل ومقبولة من قبل معظم العلماء.

ما الذي يمكن فعله لإبطاء الزيادة في مستويات ثاني أكسيد الكربون؟ إذا فكرنا في مصدر ثاني أكسيد الكربون وأين يذهب، فإن الحل الأكثر وضوحا هو الحد منه عن طريق الحد من استخدامنا للوقود الأحفوري. وهذا سوف يقلل من دخول ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي. وستكون هناك حاجة إلى مصادر طاقة أكثر كفاءة ونظافة مع مرور الوقت، ولكن الاقتصاديات الحالية لاستخدام الوقود الأحفوري تحد من اعتماد وتطوير مصادر بديلة. وفي المستقبل، وبينما نعمل على تطوير تقنيات الطاقة البديلة، فإن الاستخدام المكثف لمصارف الكربون قد يساعد في تثبيت مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ويبين وصف احتياطيات الكربون في العالم (الشكل 1) أن تراكمات الكربون في أعماق المحيطات هي الاحتياطي الرئيسي، ولكن التغيرات يمكن أن تستغرق ملايين السنين. بالإضافة إلى ذلك، فإن قدرتنا على إدارة هذا الاحتياطي محدودة. ثاني أكبر احتياطي هو الكربون العضوي في التربة. تبلغ كمية الكربون العضوي في التربة ضعف كمية الكربون الموجودة في الكتلة الحيوية النباتية (النباتات والأشجار والمحاصيل والأعشاب وما إلى ذلك). تتمثل إحدى طرق تثبيت الكربون في الغلاف الجوي في تنفيذ تقنيات في جميع أنحاء العالم تساعد على زيادة الكربون في التربة. ما هي كمية الكربون التي يمكن أن تحتويها تربة كانساس؟ السؤال بسيط، ولكن ليس هناك إجابة بسيطة. وتعتمد إمكانية تراكم هذا النوع من التربة على مستوى الكربون في التربة في الوقت الحالي، وتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي والممارسات الزراعية المستخدمة. في العديد من تربة كانساس، أدى فقدان التربة السطحية بشكل كبير بسبب التآكل والحراثة الواسعة إلى خفض مستويات الكربون إلى أكثر من نصف مستوياتها الأصلية. ومع الإدارة السليمة، يمكن زيادة محتوى الكربون العضوي في العديد من أنواع التربة. تم تعويض خسائر الكربون في التربة التي حدثت في النصف الأول من القرن العشرين جزئيًا في النصف الثاني من خلال تحسين تقنيات الحفظ وتكثيف أنظمة الزراعة (الشكل 3). كما لعب التسميد السليم وزراعة الأصناف والهجن المحسنة دورًا في تراكم الكربون العضوي في التربة. ويؤدي ارتفاع الغلات وكثافة المحاصيل إلى زيادة كمية الكتلة الحيوية التي تخترق التربة، مما يوفر المزيد من المواد التي يمكن تحويلها إلى كربون التربة. في الشكل. ويبين الشكل 3 توقعات مستويات الكربون في التربة اعتماداً على مستوى تكنولوجيا عدم الحراثة لعام 1990. في التربة التي تتم إدارتها بدون حراثة والتي تستخدم أنظمة زراعة مكثفة، يمكن أن يزيد محتوى الكربون في التربة بنسبة 1٪ سنويًا. وفي الوقت الحالي، لا يتم حرث 10% من الأراضي الزراعية في كانساس (المساحة الإجمالية 8.2 مليون هكتار)، ويجب أن تعمل هذه المنطقة على احتجاز 19 ألف طن إضافية من الكربون سنويا. ومع زيادة استخدام تكنولوجيا عدم الحراثة واستخدام نظم المحاصيل المكثفة، سيتم عزل الكربون بكميات كبيرة. لا يوجد خيار عالمي محتمل لاستخدام التربة كمخزن للكربون، ويظل هذا حلاً قصير المدى. وبعد فترة من الوقت، ربما 30 إلى 50 سنة، سيتم الوصول إلى مستوى جديد من توازن ثاني أكسيد الكربون في التربة، حيث سيكون من الصعب تحقيق المزيد من تراكم الكربون. قد يكون الحل الأطول أجلاً لتثبيت مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي هو تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري للحصول على الطاقة.

عزل الكربون: 9 الأسئلة الأكثر طرحا

1. ما المقصود بعزل الكربون؟

عزل الكربون هو بشكل عام عملية تحويل الكربون الموجود في الهواء (ثاني أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون) إلى كربون التربة. تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي، كما تمتصه النباتات الحية أيضًا. عندما يموت النبات، يدخل الكربون الموجود في الأوراق والسيقان والجذور إلى التربة ويصبح مادة عضوية في التربة.

2. كيف يمكن لعزل الكربون أن يساعد في القضاء على ظاهرة الاحتباس الحراري؟

يحبس ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي وغيره من الغازات الدفيئة الحرارة التي تتسرب من سطح الأرض. يمكن أن يؤدي تراكم الحرارة هذا إلى ظاهرة الاحتباس الحراري. ومن خلال عزل الكربون، تنخفض مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وتزداد مستويات المواد العضوية في التربة. إذا ترك الكربون العضوي في التربة دون إزعاج، فإنه يمكن أن يبقى في التربة لسنوات عديدة كمادة عضوية مستقرة. يتم عزل هذا الكربون لاحقًا أو نقله إلى المخزن ليصبح متاحًا لإعادة التدوير في الغلاف الجوي. وتؤدي هذه العملية إلى تقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون، فضلاً عن احتمالية حدوث ظاهرة الاحتباس الحراري.

3. ما هو التأثير الذي قد يحدثه عزل الكربون على الغازات الدفيئة؟

لقد وجد أنه من الممكن تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 20% أو أكثر من خلال عزل الكربون في التربة الزراعية.

4. ما الذي يمكن للمزارعين فعله لتحسين عزل الكربون؟

هناك عدة طرق لتحقيق ذلك:

— عدم الحراثة أو الحد الأدنى من الحراثة؛

— زيادة مكثفة في دورة المحاصيل واستبعاد البور الصيفي؛

- المناطق العازلة؛

— تدابير الحفاظ على الطبيعة التي من شأنها أن تساعد في الحد من التآكل؛

- استخدام المحاصيل التي تنتج الكثير من المخلفات (الذرة، والذرة الرفيعة، والقمح)؛

— استخدام محاصيل التغطية؛

- اختيار الأنواع والهجن التي تخزن المزيد من الكربون.

5. ما الذي يمكن للمزارعين فعله لتحسين احتجاز الكربون؟

يمكن للمزارعين زيادة عزل الكربون عن طريق:

— تحسين نوعية العلف.

— الحفاظ على كمية كافية من مخلفات المحاصيل؛

- الحد من الرعي الجائر.

6. هل سيتم مكافأة العمال الزراعيين على عزل الكربون؟

وربما يتم إنشاء نظام تجاري لتقديم القروض للمزارعين الذين يزيدون من عزل الكربون. ومن الممكن أيضًا أن تقدم الحكومة بعض الحوافز للمصنعين لتشجيع عزل الكربون. ولكن حتى لو لم تكن هناك مدفوعات، فإن المزارعين سيشهدون تأثيرًا إيجابيًا من تنفيذ أساليب زيادة المواد العضوية في التربة:

— تحسين بنية ونوعية التربة.

— زيادة خصوبة التربة عن طريق زيادة المواد العضوية.

— الحد من التآكل بسبب تحسين بنية التربة؛

- تحسين نوعية المياه بسبب انخفاض التآكل.

7. ما هي المادة العضوية في التربة، ومن أين تأتي وأين تذهب؟

تتكون المادة العضوية في التربة من مخلفات نباتية وحيوانية متعفنة. أنها تسمح لجزيئات التربة المعدنية بالتجمع في كتل تسمى مجاميع التربة. تؤدي زيادة مستويات المادة العضوية في التربة إلى تكوين مجاميع تربة أكثر استقرارًا وأكثر مقاومة للتآكل بفعل الرياح، وتسللًا وتهوية أفضل، وتقليل احتمالية الضغط، وزيادة الخصوبة. تساعد المادة العضوية على الاحتفاظ بمغذيات التربة معًا حتى لا تغسل أو تتسرب. إذا تركت دون إزعاج، يمكن أن تتحول المواد العضوية في التربة إلى دبال، وهو شكل مستقر جدًا من المواد العضوية. ومع ذلك، إذا حرثت التربة، فإن المواد العضوية في التربة سوف تتأكسد وسوف يذوب الكربون في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون. إذا تآكلت التربة، سيتم غسل المواد العضوية في التربة بواسطة الماء.

8. ما الذي يؤثر على مستويات المادة العضوية في التربة؟

يتم تحديد المستويات الطبيعية للمادة العضوية في التربة لأي موقع معين في معظم الحالات حسب خطوط العرض بالإضافة إلى مستويات هطول الأمطار السنوية. ستزداد المستويات الطبيعية للمواد العضوية في التربة كلما تحركت من الشمال إلى الجنوب من خط الاستواء. وفي السهول الكبرى، تزداد مستويات المادة العضوية من الغرب إلى الشرق بناءً على هطول الأمطار. يمكن للإدارة تغيير مستويات المادة العضوية في التربة. وبشكل عام، مع زيادة كثافة المحاصيل، تزيد مستويات المادة العضوية في التربة. مع زيادة وتيرة الحراثة الميكانيكية، تنخفض مستويات المواد العضوية في التربة. بالنسبة للمنتجين في كانساس، قدمت تكنولوجيا عدم الحراثة وعدم البخار الإمكانية الأكبر لتحقيق هذا الهدف.

9. ما الذي تفعله كانساس لزيادة عزل الكربون؟

يعمل علماء ولاية كانساس على تطوير ممارسات إدارية أفضل من شأنها تحسين عزل الكربون. وتجري الأبحاث لاختبار آثار الحراثة الميكانيكية، وتناوب المحاصيل المختلفة، وممارسات الحفاظ على التربة، وممارسات إدارة الكربون في التربة.

دليل الكيميائي 21

إجمالي الكربون العضوي

سوسو إجمالي الكربون العضوي (800 درجة مئوية) 200 35  

طورت شركة DuPont (كندا) عملية جديدة لتنقية مياه الصرف الصحي المركزة الغنية بالمركبات المحتوية على النيتروجين لإنتاج المنتجات الوسيطة لإنتاج النايلون - حمض الأديبيك وهكساميثيلين ديامين. عن طريق النترجة البيولوجية - نزع النتروجين. توفر العملية المطورة مزيجًا من الأكسدة الهوائية واللاهوائية. تحدث النترجة في الظروف الهوائية في وجود ثاني أكسيد الكربون. علاوة على ذلك، يتم أكسدة النيتروجين الأميني والأمونيا إلى نيتريت ونترات. تحدث عملية نزع النتروجين في ظل الظروف اللاهوائية في بيئة منتج قابل للتحلل الحيوي (عادةً الميثانول). في هذه العملية، يتم اختزال النترات إلى النتريت وفي النهاية إلى غاز النيتروجين. تتميز مياه الصرف الصحي الداخلة في المعالجة بالخصائص التالية: إجمالي محتوى الكربون العضوي - 3000 ملغم/لتر NO2. N0 3، NH4+ من حيث النيتروجين، على التوالي 800 و 90 و 230 ملغم / لتر من النيتروجين العضوي من حيث النيتروجين -240 ملغم / لتر، BOD -6000 ملغم / لتر. تقوم هذه العملية بإزالة 98% من المواد العضوية و80-90% من إجمالي النيتروجين من مياه الصرف الصحي. 

دعونا ننتبه إلى معاني الرموز في المعادلة (4.2): C هو التركيز (بوحدات COD، BOD، النيتروجين، إجمالي الكربون العضوي، وما إلى ذلك)، Gu,z أو Gx,z هو معدل التفاعل. يتم تحديد وحدات قياس هذه الكمية بوحدات التركيز والحجم Va. إذا استخدمنا المعلمة Gx,i، فإن X2 هو تركيز الحمأة المنشطة. 

توفر العملية المطورة مزيجًا من الأكسدة الهوائية واللاهوائية. تحدث النترجة في الظروف الهوائية في وجود ثاني أكسيد الكربون، ويتم أكسدة الأمينات ونيتروجين الأمونيا بيولوجيًا إلى النتريت والنترات. تحدث عملية نزع النتروجين في ظل الظروف اللاهوائية في منتج قابل للتحلل الحيوي (عادةً الميثانول). يؤدي هذا إلى اختزال النترات إلى النتريت وفي النهاية إلى غاز النيتروجين. تتميز مياه الصرف الصحي الداخلة في المعالجة بالخصائص التالية: إجمالي الكربون العضوي - 3000 ملجم/لتر BOD - 6000 ملجم/لتر N0. N03، NH من حيث النيتروجين هي 800، 90 و 230 ملغم / لتر، على التوالي؛ النيتروجين العضوي من حيث النيتروجين هو 240 ملغم / لتر. يمكن لهذه العملية إزالة 98% من BOD و80-90% من إجمالي النيتروجين من مياه الصرف الصحي. 

ولذلك فهي كميات ضرورية عند تحديد المؤشر الصحي العام للضرر. والتي يتم توحيد ما يقرب من 15٪ من إجمالي كمية المواد الخاضعة للتنظيم، وهي مؤشرات عامة لجودة المياه مثل استهلاك الأكسجين الكيميائي الحيوي والكيميائي ومحتوى إجمالي الكربون العضوي. 

إجمالي الكربون العضوي (TOC) 

المركبات العضوية المتطايرة. مثل البنزين والتولوين والهكسان الحلقي والكلوروفورم يمكن أن تتبخر عند امتصاص ثاني أكسيد الكربون. ويجب تحديد إجمالي الكربون العضوي في هذه الحالة بشكل منفصل، وإذا لم يكن ذلك ممكنا، فيجب استخدام طريقة أخرى. 

إجمالي الكربون العضوي، ملغم/لتر 1 لتر 2.5 

إجمالي الكربون العضوي بوحدة ملجم/ط 

ISE - أقطاب كهربائية انتقائية AAS - قياس طيف الامتزاز الذري TOC - إجمالي الكربون العضوي IC - تحليل كروماتوجرافي أيوني. 

إجمالي الكربون العضوي، جم S/m Соу 250 180 110 70 

على سبيل المثال، تتكون محطة المعالجة في بحيرة تاهو من خلاط كيميائي، وخزان للترسيب والترسيب، وبرج منفاخ للأمونيا، وحوض لإعادة الكربنة وخزان للترسيب، ومرشحات للأحمال المختلطة. تركيب الامتزاز. مليئة بالفحم ومحطة الكلورة. بيانات جودة المياه. تم دراستها على مدى 18 شهرًا ويرد في الجدول. 8.4. تبلغ نسبة محتويات النيتروجين العضوي وإجمالي الكربون العضوي 0.22-0.25 عند درجة الحموضة = 8 وتركيز التوازن من 1 إلى 6 مجم / لتر. عند مقارنة هذه البيانات مع الرسوم البيانية لاعتماد قيمة الامتزاز على نسبة النيتروجين العضوي إلى TOC (انظر الشكل 8.4)، يصبح من الواضح أن الامتزاز بالكربون النشط فعال للغاية في تنقية المياه من المواد العضوية. للمقارنة في الجدول. يعرض الشكل 8.4 المعلمات التحليلية للمياه التي توفرها محطة معالجة ويندهوك في جنوب غرب أفريقيا. وهو مخصص لإعادة استخدام مياه الصرف الصناعي مع معالجتها الفيزيائية والكيميائية اللاحقة. مياه الصرف الصحي. دخول وحدة الامتزاز. كانت من الناحية النوعية هي نفسها كما في محطة جنوب تاهو، وفي كلتا الحالتين، أزال الكربون المنشط النيتروجين العضوي من مياه الصرف الصحي بالكامل تقريبًا؛ البيانات الأخرى الواردة في الجدول. 8.4 قد تكون مرتبطة بنتائج الإزالة العضوية بسبب نقص المعلومات الضرورية عن COD وTOC. لهذا السبب 

تم الحصول على الكواشف الكيميائية الجاهزة عالية النقاء من الشركات التجارية الموردة واستخدامها دون مزيد من التنقية. تم تحضير المحاليل الأولية للمواد الممتزة باستخدام الماء المقطر، والذي تم تمريره مسبقًا من خلال مزيل الأيونات ومرشح بالكربون النشط. تم تحليل حلول المخزون بشكل دوري باستخدام محلل الكربون العضوي الكلي Beckman-915. بدأت تجارب الامتزاز بعد 4 ساعات من تحضير المحاليل الأولية. في معظم التجارب، تمت إضافة محلول منظم فوسفات 0.05 م إلى المحاليل الأولية لتقليل تقلبات الأس الهيدروجيني. 

وفي مياه الصرف الصحي غير المعالجة (المواد العضوية 300-400 ملغم/لتر من حيث إجمالي الكربون العضوي)، تم إجراء الاختبارات عند درجة الحموضة - 4-6 ودرجة الحرارة 70-90 درجة مئوية. أظهرت الاختبارات أن الفولاذ الكربوني St-Z ليس مقاومًا، فهو عرضة للتآكل بمعدل 1.95 جم/م في الساعة. 

لقد ثبت أن الدليم (ثنائي إيثيل ثنائي إيثيل جلايكول) الموجود في مياه الصرف الصحي لإنتاج SK يمكن تحييده بواسطة الأوزون إلى مستوى CDK. على الرغم من حقيقة أنه بعد الأوزون، ينخفض ​​COD للمياه قليلاً، إلا أن الماء يخضع بسهولة للمعالجة البيولوجية (الجدول 10). تحتوي مياه المصدر على مؤشرات COD التالية - 225 مجم/لتر BIKts ds COD - 26 درجة حموضة - 5 إجمالي الكربون العضوي (TOC) - 67 مجم/لتر. 

إجمالي الكربون العضوي (TOC) هو كمية الكربون. التبلور في الماء في ذلك الجزء من المادة العضوية المذابة أو العالقة في الماء. 

كما تمت دراسة تأثير درجات الحرارة المرتفعة على انتقال المواد العضوية من الصخور إلى المحاليل المائية بواسطة آي جي كيسين. E. A. البارات وآخرون. تم إجراء التجارب لمدة 7 ساعات عند درجات حرارة 20، 100، 150، 200 و 250 درجة مئوية مع الطين والحجر الطيني من الآبار العميقة في منطقة القوقاز الوسطى. عولجت الصخور بالماء المقطر ومحلول كلوريد الصوديوم بتركيز ملح 97 جم/لتر. وقد أظهرت التجارب أنه عند درجة حرارة 20 درجة مئوية، يمر 11 ملغ من كورج إلى الماء من الطين. لكل 100 جرام من الصخور و 24 ملجم من كورج في المحلول الملحي. لكل 100 غرام من الصخور. وفي الوقت نفسه، يتم تمرير كمية قليلة جدًا من الكربون من جزء البيتومين إلى كل من ثنائي التقطير والمحلول (أقل من 1 مجم لكل 100 جرام من الصخور). مع زيادة درجة الحرارة من 20 إلى 150 درجة مئوية، تغير محتوى الكربون العضوي لكل 100 جرام من الصخور إلى حد صغير وزاد بشكل ملحوظ فقط عند درجة حرارة 200 درجة مئوية - في الماء إلى 20.8 مجم وفي محلول إلى 33.8 مجم . يزداد محتوى الكربون في جزء البيتومين باستمرار في الماء المقطر إلى 7 مجم لكل 100 جم من الصخور (عند 250 درجة مئوية)، وفي المحلول إلى 4 مجم لكل 100 جم من الصخور (عند 150 درجة مئوية). أظهرت التجارب على الأرجيليت أن الزيادة في درجة الحرارة لا تؤثر على إنتاج إجمالي الكربون العضوي، ولم يتم ملاحظة زيادة في كمية الكربون في جزء البيتومين إلا بعد 150 درجة مئوية. 

(أ. الكربون العضوي؛ n.organischer Kohlenstoff؛ f. Carbone Organico؛ i. Carbono Organico) - الكربون الذي يعد جزءًا من المادة العضوية. مواد الغلاف الجوي والغلاف المائي والجبل. السلالات لها طبيعة حيوية. تصل قوة Macca Corg في القشرة الأرضية إلى 7B·* 1015 طنًا، بما في ذلك. في الصخور الرسوبية - 5 ب * 1015 طن يتم تحديد كمية كورج كيميائيا وقياسيا. و الكولومتري طرق (المحللات الآلية). أثناء عملية التولد، يتناقص محتوى الكورج في الصخور (بنسبة 30-40% بحلول نهاية التولد)، كما تنخفض حصته في المادة العضوية. تزيد المادة (من 70% في مرحلة التكوُّن الأولي إلى 80% في مرحلة التكوُّن المتوسط ​​و90% في مرحلة موت المنشأ). في الجرافيت والعضوية graphitized. المادة تصل إلى 99٪. خلال مرحلة واحدة من التطور، محتوى C في المادة العضوية. المواد وقيمة المعلمة H/Cat بمثابة مؤشرات لنوع المادة العضوية. المواد في نفس النوع من المواد العضوية. المادة - مستوى نضجها. تعد كمية Corg مؤشرًا مهمًا على إمكانات الصخور كمصدر للنفط والغاز. مكون من مواد عضوية مركزة. O. y، موجود بكميات 85-87% (في الزيوت)، 58-90% (في الفحم). عدد O.y. في الفحم هو أحد مؤشرات درجة تحولها.

إي إس لارسكايا.

عرض القيمة الكربون العضويفي قواميس أخرى

الكربون- الخ انظر الفحم.
قاموس دال التوضيحي

الكربون- الكربون م (كيميائي). عنصر كيميائي وهو أهم عنصر في جميع المواد العضوية في الطبيعة.
قاموس أوشاكوف التوضيحي

العضوية- 1. مترابط في المعنى. بالاسم: كائن (1) مرتبط به. // امتلاك مبدأ حي. 2. الانتماء إلى عالم النبات أو الحيوان. 3. مترابط في المعنى. مع........
القاموس التوضيحي لإفريموفا

الكربون م.— 1. العنصر الكيميائي، وهو أهم عنصر في جميع المواد العضوية في الطبيعة.
القاموس التوضيحي لإفريموفا

عضوي- عضوي، عضوي (من الكلمة اليونانية أورغانيكوس) (كتاب). 1. الصفة. للكائن الحي بقيمة واحدة ؛ امتلاك مبدأ حي (علمي). الحياة العضوية على الأرض. 2. تابعة للنبات ...........
قاموس أوشاكوف التوضيحي

الكربون- -أ؛ م.العنصر الكيميائي (C) وهو أهم عنصر في جميع المواد العضوية في الطبيعة. ذرات الكربون. نسبة محتوى الكربون. الحياة مستحيلة بدون الكربون ..........
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

الكربون— يعود اسم هذا العنصر الكيميائي إلى وجوده بكميات كبيرة في الفحم عالي الجودة، وهذه الخاصية هي أساس تسميته......
قاموس كريلوف الاشتقاقي

القانون العضوي (التشريع العضوي)— - 1) في عدد من دول النظام القانوني الروماني (فرنسا، إسبانيا، البرتغال) قانون له مكانة خاصة، حيث يحتل موقعا حدوديا بين الدستوري و........
القاموس القانوني

فرط الحركة العضوية— (ح. أورجانيكا) G. مع تغير في قوة العضلات، لوحظ في الآفات العضوية في الدماغ، وخاصة في نظام ستريوباليدال.
قاموس طبي كبير

الكربون- (الرمز C) وهو عنصر غير معدني واسع الانتشار من المجموعة الرابعة من الجدول الدوري. تشكل عدداً هائلاً من المركبات التي مع الهيدروكربونات ...........
القاموس الموسوعي العلمي والتقني

الشلل العضوي— (ص. أورجانيكا) P.، والناجمة عن التغيرات المورفولوجية في الجهاز العصبي.
قاموس طبي كبير

الذهان العضوي— (ص. عضوي) P. الناجم عن تلف أنسجة المخ؛ يتجلى في الغالب من خلال أنواع ردود الفعل الخارجية أو المتلازمات الانتقالية أو انخفاض مستوى الشخصية أو الخرف.
قاموس طبي كبير

المتلازمة النفسية العضوية— (متلازمة نفسية عضوية؛ مرادف: متلازمة نفسية دماغية منتشرة، متلازمة نفسية عضوية) مجموعة من الاضطرابات النفسية (فقد الذاكرة، اضطرابات في التوجه، التفكير........)
قاموس طبي كبير

متلازمة فقدان الذاكرة العضوية- (syndromum amnesticum Organicum) مزيج من ضعف شديد في الذاكرة، بشكل رئيسي بسبب الأحداث الجارية، مع الارتباك في الوقت والبيئة، وكذلك مع التسريبات؛......
قاموس طبي كبير

الكربون- (الكربونيوم؛ العنصر الكيميائي للمجموعة الرابعة من النظام الدوري لـ D.I. Mendeleev؛ رقم 6، وزن (كتلة) 12.011؛ هو الأساس البنيوي للمركبات العضوية الداخلة.......
قاموس طبي كبير

الكربون المشع- الاسم العام لمجموعة من نظائر الكربون المشعة ذات الأعداد الكتلية من 9 إلى 15 وعمر النصف 0.46 ثانية. ما يصل إلى 5730 سنة؛ تستخدم النظائر الفردية في الطب الحيوي ........
قاموس طبي كبير

العالم العضوي- مجموعة من الكائنات الحية التي تعيش في المحيط الحيوي للأرض.

التوليف العضوي الأساسي- (التخليق العضوي الثقيل) - الإنتاج الصناعي على نطاق واسع للمواد العضوية. المصادر الرئيسية للمواد الخام: النفط والغازات الطبيعية القابلة للاشتعال والبترول المصاحب........
قاموس موسوعي كبير

نفخة القلب العضوية- (m. heartum Organicum) Sh.s.، ناتج عن وجود تغيرات شكلية في صمامات صماماته، الحبال الوترية، العضلات الحليمية، وجود جلطات دموية في تجاويف القلب، تمدد الأوعية الدموية..... .
قاموس طبي كبير

أسود الكربون- (السخام) - منتج مشتت أسود يتكون نتيجة الاحتراق غير الكامل أو التحلل الحراري للهيدروكربونات. يتكون من جسيمات كروية (حجم........
قاموس موسوعي كبير

التوليف العضوي الدقيق— الإنتاج الصناعي متعدد المراحل منخفض الحمولة للمواد العضوية. منتجات التخليق العضوي الدقيق: الأدوية والمبيدات وغيرها........
قاموس موسوعي كبير

التوليف العضوي الثقيل- نفس التركيب العضوي الأساسي.
قاموس موسوعي كبير

الكربون- (lat. Carboneum) - C، كيميائي. عنصر المجموعة الرابعة من النظام الدوري لمندليف، العدد الذري 6، الكتلة الذرية 12.011. التعديلات البلورية الرئيسية هي الماس والجرافيت ..........
قاموس موسوعي كبير

رابع كلوريد الكربون— (رابع كلوريد الكربون – بيركلوروميثان)، CCl4، سائل عديم اللون، درجة الغليان 76.8.C. مذيب للدهون والشموع والورنيش والبوليمرات والمواد الخام لإنتاج المبردات.
قاموس موسوعي كبير

اللائحة العضوية 1831-32- دستورية الأفعال، متطابقة تقريبًا، تم تقديمها في أمراء الدانوب (في عام 1831 - في أمراء والاشيا، وفي عام 1832 - في الأمراء المولدافيين) بعد الجولة الروسية. حروب 1828-29. أو. تعريف اجتماعي سياسي ..........

- مجموعة القوانين التي تحدد السياسة. موقف روميليا الشرقية. تم تطويره (سبتمبر 1878 - أبريل 1879) من قبل ممثلي الدول الأوروبية الكبرى. القوى وتركيا على أساس الفن. 18 برلينسكي ........
الموسوعة التاريخية السوفيتية

- دستورية النظام الأساسي لمملكة بولندا، الذي تم تقديمه فيما يتعلق بقمع الانتفاضة البولندية في 1830-1831 بدلاً من دستور 1815. إد. 14(26) فبراير 1832 في سانت بطرسبرغ على يد نيكولاي ........

نلفت انتباهكم إلى مقالتين مخصصتين لتحليل المياه باستخدام طريقتين تحليليتين:

• تحليل العناصر (تحديد إجمالي الكربون العضوي)

تحليل المياه باستخدام اللوني الأيوني. إمكانيات الطريقة والحلول التقنية من شركة Dionex بالولايات المتحدة الأمريكية.

اللوني الأيوني - يسمح لك بتحديد الأنيونات غير العضوية والعضوية والكاتيونات المعدنية الأرضية القلوية والكاتيونات المعدنية الانتقالية والأمينات والمركبات العضوية الأخرى في شكل أيوني. على الرغم من استخدام العديد من الطرق المختلفة لتحليل المياه، إلا أن التحليل اللوني الأيوني (IC) هو الطريقة المفضلة في جميع أنحاء العالم ويوفر تحديدًا متعدد المكونات في أي ماء. كل نوع من المياه له خصائصه الخاصة ويمكن أن تختلف مكوناته بشكل كبير في مستويات التركيز - من أجزاء ميكروجرام/لتر إلى وحدات جرام/لتر. من المهم بشكل خاص تحديد المكونات الملوثة للمياه، والتي يكون وجودها في الماء غير مرغوب فيه أو غير مقبول. قبل ظهور IC، لم تكن هناك طريقة فعالة لتحديد الأيونات بهذه الحساسية والانتقائية والتكاثر وسرعة التحليل. في هذه الحالة، لا يتطلب التحليل بطريقة IC في معظم الحالات تحضير العينة: إذا لزم الأمر، يتم ترشيح العينة وتخفيفها. يعد تحليل الأنيونات غير العضوية مثل الفلورايد والكلوريد والنتريت والنترات والكبريتات والفوسفات بطريقة الأشعة تحت الحمراء هو التحليل الأكثر شيوعًا وروتينيًا في جميع أنحاء العالم لسنوات عديدة. تم تطوير أعمدة عالية الأداء ويتم استخدامها بنجاح لتقدير الكلوريت والكلورات والبريكلورات وما إلى ذلك. وتسمح أعمدة ديونكس عالية الأداء بالتقدير المتزامن لكاتيونات الفلزات القلوية والفلزات الأرضية القلوية والأمينات الأليفاتية والعطرية على IR واحد. العمود - طريقة متطورة وعالية الكفاءة وسريعة لتحليل مجموعة واسعة جدًا من التحاليل الأكثر تحديدًا في المياه من أي نوع. إن عدم وجود تحضير معقد للعينات، والحساسية العالية للتحديد، وسرعة التحليل، ومجموعة واسعة من المكونات المحددة في الماء، يجعل هذه الطريقة مثالية للمختبرات التحليلية التي تجري التحليل الروتيني للمياه من أي تركيبة - من مياه الشرب عالية النقاء إلى مياه الصرف الصحي والانبعاثات. من المؤسسات والمرافق.

الأنيونات غير العضوية

كان تحليل الأنيونات غير العضوية مثل الفلورايد والكلوريد والنتريت والنترات والكبريتات والفوسفات بواسطة اللوني الأيوني هو التحليل الأكثر شيوعًا وروتينيًا في جميع أنحاء العالم لسنوات عديدة.

بالإضافة إلى الأعمدة الكروماتوغرافية الأيونية لتحديد الأنيونات غير العضوية الرئيسية، تم تطوير أعمدة عالية الكفاءة وتستخدم بنجاح لتحديد، إلى جانب الأنيونات القياسية، لأيونات الأوكسيانيات مثل أوكسيهاليدس: كلوريت، كلورات، بريكلورات، إلخ.

الأحماض العضوية

إلى جانب الأنيونات غير العضوية، قد تكون أنيونات الأحماض العضوية موجودة أيضًا في المياه بأنواعها المختلفة، على سبيل المثال: الأسيتات، والفورمات، والبروبيونات، والأكسالات، والسيترات، وما إلى ذلك. ولمثل هذه المهام، يتم استخدام أعمدة تحليلية عالية الكفاءة ذات سعة كبيرة.

الكاتيونات غير العضوية

يعد التحديد الكروماتوجرافي الأيوني عالي الحساسية والفعالية لكاتيونات الفلزات الأرضية القلوية والقلوية أيضًا طريقة روتينية للتحليل في الممارسة التحليلية العالمية. يوضح الشكل مخططًا كروماتوجرافيًا للفصل الإيسقراطي السريع لكاتيونات المجموعتين الأولى والثانية.

أرز. الفصل الإيسقراطي السريع لكاتيونات المجموعتين الأولى والثانية على عمود IonPac CS12A مقاس 3 × 150 مم، ديونيكس، الولايات المتحدة الأمريكية.

الأمينات

يسمح إنشاء مواد ماصة عالية الكفاءة لتحليل الكاتيونات بالتحديد المتزامن للكاتيونات من المعادن الأرضية القلوية والقلوية والأمينات الأليفاتية والعطرية في عمود واحد.

المعادن الانتقالية

إذا واجه المحلل مهمة تحديد الشكل المتحرك فقط للمعادن الانتقالية أو المعادن في حالة أكسدة معينة، فإن اللوني الأيوني هو الوحيد القادر على حل هذه المشكلة. توفر Dionex أعمدة كروماتوغرافيا كاتيونية ذات عمود واحد للتقدير المتزامن للمعادن القلوية والمعادن الأرضية القلوية ومجموعة من المعادن الانتقالية. خيار بديل لتحديد المعادن الانتقالية هو في شكل مجمعات ملونة مع PAR. على عكس الأمثلة السابقة، حيث يحدث اكتشاف التحاليل على كاشف قياس التوصيل، يحدث اكتشاف حساس للغاية للمكونات المحددة بعد اشتقاق ما بعد العمود على كاشف الامتزاز.

خاتمة

يعد التحليل اللوني الأيوني طريقة متطورة وعالية الكفاءة وسريعة لتحليل مجموعة واسعة جدًا من التحاليل الأكثر شيوعًا في المياه من أي نوع. إن عدم وجود تحضير معقد للعينات، والحساسية العالية للتحديد، وسرعة التحليل، ومجموعة واسعة من المكونات المحددة في الماء، يجعل هذه الطريقة مثالية للمختبرات التحليلية التي تجري التحليل الروتيني للمياه من أي تركيبة - من المياه عالية النقاء إلى مياه الصرف الصحي والانبعاثات من الشركات والمرافق.

إجمالي الكربون العضوي هو مؤشر على محتوى المادة العضوية في الماء.

وفقا للخبراء الأجانب، فإن الكربون العضوي هو المؤشر الأكثر موثوقية للمحتوى الإجمالي للمواد العضوية في الماء. ويندرج هذا المؤشر ضمن مجموعة المؤشرات المتكاملة لجودة المياه، مثل أكسدة البرمنجنات وثنائي كرومات وBOD. في هذه الحالة، غالبًا ما يكون محتوى الكربون العضوي حوالي ثلث قيمة COD، على الرغم من أن هذا ينطبق بشكل أساسي على مياه الصرف الصحي المنزلية ومياه الصرف الصناعي المماثلة. بالنسبة للمياه الطبيعية من مصادر المياه السطحية في منطقة موسكو، فإن محتوى الكربون العضوي يساوي تقريبًا قيمة أكسدة البرمنجنات (100-120٪)، وقيمة BOD 5 أقل بـ 4-6 مرات من محتوى المواد العضوية. الكربون.

وفقا لبيانات الأدبيات، في المياه الطبيعية غير الملوثة، يبلغ أدنى تركيز للكربون العضوي المذاب حوالي 1 ملغم / لتر، والأعلى حوالي 20 ملغم / لتر. وفي المياه الغنية بالمواد الدبالية، وخاصة مياه المستنقعات، يصل محتوى الكربون العضوي إلى مئات الملغم/لتر.

ومن المهم بشكل خاص التحكم في محتوى الكربون العضوي في الماء المقطر المستخدم في الإلكترونيات أو إنتاج الأدوية.

حتى الآن، يتم توحيد محتوى الكربون العضوي فقط في المياه المعبأة في حاويات SanPiN 2.1.4.1116-02. للمياه المعبأة في زجاجات من الفئة 1 - 10 ملغم/لتر، للمياه من الفئة الأعلى - 5 ملغم/لتر. في عملية معالجة المياه، عادة ما يتم استخدام الكلور أو عوامل الكلورة الأخرى (المطهرات) لتطهير مياه الشرب، والتي تتفاعل مع المواد العضوية الطبيعية الموجودة في الماء لتكوين منتجات تفاعل سامة. تعتمد كمية المنتجات الثانوية في المقام الأول على محتوى المواد العضوية في الماء. وربما لهذا السبب، تتضمن إحدى إصدارات مشروع "اللائحة الفنية لمياه الشرب وإمدادات مياه الشرب" مؤشر "إجمالي الكربون العضوي"، والمعيار له هو 5 ملغم/لتر.

هناك:

• إجمالي الكربون العضوي (TOC) هو التركيز الكتلي للكربون الموجود في الماء على شكل مركبات عضوية في حالات مذابة وغير مذابة.
• الكربون العضوي المذاب (DOC) هو التركيز الكتلي للكربون الموجود في الماء على شكل مركبات عضوية تمر عبر مرشح غشائي بقطر 0.45 ميكرومتر، بما في ذلك السيانات والثيوسيانات.

بالإضافة إلى قياس قيمة الامتصاص عند 254 نانومتر، وهو مؤشر على المحتوى العضوي للماء، فإن طرق تحديد الكربون العضوي تتضمن التدمير الأولي للمواد العضوية الموجودة في الماء.

عادة ما يتم تقسيم إجراءات تحديد إجمالي الكربون العضوي إلى ثلاث مراحل:

1. تحمض العينة وتطهيرها لإزالة الكربون غير العضوي
2. أكسدة الكربون العضوي المتبقي إلى ثاني أكسيد الكربون. في هذه الحالة، يمكن إجراء الأكسدة بطريقتين رئيسيتين:
   - الأكسدة الحرارية - احتراق الغاز المحتوي على الأكسجين في التيار؛
   - الأكسدة بالأشعة فوق البنفسجية أو الأكسدة الكيميائية الحفزية باستخدام كبريتات البوتاسيوم.
3. الكشف عن ثاني أكسيد الكربون المتكون .

تجدر الإشارة إلى أنه من الناحية العملية، من الصعب جدًا الحصول على حدود التحديد التي تقدمها الشركات المصنعة لمحللات TOC. في الواقع، عند استخدام الهواء النقي بشكل إضافي كغاز مؤكسد، فإن حد التحديد يبلغ حوالي 0.5 ملجم / لتر. عند العمل مع الأكسجين، تكون حدود الكشف أقل.

وفي هذا الصدد، يوصى بإيلاء اهتمام خاص لإجراءات المكافحة الوقائية عند تحديد الكربون العضوي.

• التحكم في نظافة الأطباق: يتم تجفيف الأطباق عند درجة حرارة 120 درجة مئوية. الغسيل الحمضي والتجفيف في درجات حرارة منخفضة أمر مقبول؛
• تحضير المرشحات عند تحديد الكربون العضوي المذاب: يتم غسل المرشحات الغشائية مسبقًا بحمض الهيدروكلوريك 0.1 متر؛
• جودة الماء المقطر: يتم تحضير الماء المقطر دون استخدام السدادات المطاطية، والخراطيم، واستخدام الأشعة فوق البنفسجية، والتقطير المزدوج بخليط من برمنجنات البوتاسيوم وثنائي كرومات؛
• نقاء الغاز المؤكسد

عند جمع العينات يجب اتباع القواعد التالية:

• حجم العينة - 50-100 مل. تُسكب العينات إلى الأعلى باستخدام عبوات زجاجية.
• يتم إجراء التحليل خلال 24 ساعة أو يتم حفظ العينات باستخدام حمض الفوسفوريك (0.1 مل لكل 100 مل من العينة)، أو حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك إلى درجة الحموضة.<2;
• يتم تخزين العينات في الثلاجة لمدة لا تزيد عن شهر.

هناك عدد كبير من المعايير الدولية لتحديد الكربون العضوي في الماء (ASTM D 4839، 4779، 2579،4129؛ ISO 8245؛ EPA 415.1، 415.2، 415.3؛ الطريقة القياسية 5310A، 5310B، 5310C، 5310D). حاليًا، تم إعداد مسودة معيار GOST لطريقة تحديد الكربون العضوي الكلي والمذاب، والتي تصف بتفاصيل كافية جميع الإجراءات اللازمة والتي سيتم الموافقة عليها قريبًا من قبل TC 343 "جودة المياه".

الكربون (ج)- غير معدنية نموذجية؛ في الجدول الدوري يقع في الفترة الثانية من المجموعة الرابعة، المجموعة الفرعية الرئيسية. الرقم التسلسلي 6، Ar = 12.011 amu، الشحنة النووية +6.

الخصائص الفيزيائية:يشكل الكربون العديد من التعديلات المتآصلة: الماس- من أصعب المواد الجرافيت والفحم والسخام.

تحتوي ذرة الكربون على 6 إلكترونات: 1s 2 2s 2 2p 2 . يقع الإلكترونان الأخيران في مدارات p منفصلة وغير متزاوجة. من حيث المبدأ، يمكن أن يشغل هذا الزوج نفس المدار، ولكن في هذه الحالة يزداد التنافر بين الإلكترونات بشكل كبير. لهذا السبب، أحدهما يأخذ 2p x، والآخر، إما 2p y , أو مدارات 2p z.

يكون الفرق في طاقة المستويين الفرعيين s وp للطبقة الخارجية صغيرًا، لذا تدخل الذرة بسهولة في حالة مثارة، حيث ينتقل أحد الإلكترونين من المدار 2s إلى إلكتروني حر 2 فرك.تظهر حالة التكافؤ بالتكوين 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . إن حالة ذرة الكربون هذه هي التي تميز الشبكة الماسية - الترتيب المكاني رباعي السطوح للمدارات الهجينة، وطول الرابطة والطاقة المتماثلين.

ومن المعروف أن هذه الظاهرة تسمى س 3 - التهجين،والوظائف الناشئة هي sp 3 -hybrid . إن تكوين أربع روابط sp 3 يزود ذرة الكربون بحالة أكثر استقرارًا من ثلاث روابط ص-ر-واتصال واحد. بالإضافة إلى تهجين sp 3، يتم أيضًا ملاحظة تهجين sp 2 و sp عند ذرة الكربون . في الحالة الأولى، يحدث التداخل المتبادل ق-واثنين من المدارات ف. يتم تشكيل ثلاثة مدارات هجينة مكافئة sp2، تقع في نفس المستوى بزاوية 120 درجة مع بعضها البعض. المدار الثالث p لم يتغير وموجه بشكل عمودي على المستوى sp2.

أثناء التهجين sp، تتداخل المدارات s و p. تنشأ زاوية قدرها 180 درجة بين المدارين الهجينين المتكافئين المتكونين، بينما يبقى المداران p لكل ذرة دون تغيير.

تآصل الكربون. الماس والجرافيت

في بلورة الجرافيت، توجد ذرات الكربون في مستويات متوازية، وتحتل رؤوس الأشكال السداسية المنتظمة. ترتبط كل ذرة كربون بثلاث روابط هجينة متجاورة sp 2. يتم الاتصال بين الطائرات المتوازية بواسطة قوى فان دير فالس. يتم توجيه المدارات p الحرة لكل ذرة بشكل عمودي على مستويات الروابط التساهمية. يفسر تداخلها الرابطة الإضافية بين ذرات الكربون. وهكذا من تحدد حالة التكافؤ التي توجد بها ذرات الكربون في المادة خواص هذه المادة.

الخواص الكيميائية للكربون

حالات الأكسدة الأكثر تميزا هي: +4، +2.

في درجات الحرارة المنخفضة يكون الكربون خاملاً، ولكن عند تسخينه يزداد نشاطه.

الكربون كعامل اختزال:

- بالأكسجين
C 0 + O 2 – t° = CO 2 ثاني أكسيد الكربون
مع نقص الأكسجين - الاحتراق غير الكامل:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O أول أكسيد الكربون

- بالفلور
ج + 2ف 2 = سف 4

- مع بخار الماء
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 ماء غاز

- مع أكاسيد المعادن. هذه هي الطريقة التي يتم بها صهر المعدن من الخام.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- مع الأحماض - العوامل المؤكسدة:
C 0 + 2H 2 SO 4 (محدد) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (conc.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- يشكل ثاني كبريتيد الكربون مع الكبريت :
ج + 2س 2 = كس 2.

الكربون كعامل مؤكسد:

- يشكل الكربيدات مع بعض المعادن

4Al + 3C 0 = آل 4 ج 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- مع الهيدروجين - الميثان (بالإضافة إلى عدد كبير من المركبات العضوية)

C0 + 2H2 = CH4

- مع السيليكون، يشكل الكاربورندوم (عند 2000 درجة مئوية في فرن كهربائي):

العثور على الكربون في الطبيعة

ويتواجد الكربون الحر على شكل الماس والجرافيت. في شكل مركبات، يوجد الكربون في المعادن: الطباشير والرخام والحجر الجيري - CaCO 3، الدولوميت - MgCO 3 *CaCO 3؛ الهيدروكربونات - Mg(HCO 3) 2 و Ca(HCO 3) 2، CO 2 جزء من الهواء؛ الكربون هو المكون الرئيسي للمركبات العضوية الطبيعية - الغاز والنفط والفحم والجفت، وهو جزء من المواد العضوية والبروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض الأمينية التي تشكل الكائنات الحية.

مركبات الكربون غير العضوية

لا تتشكل أيونات C 4+ ولا C 4- أثناء أي عمليات كيميائية تقليدية: تحتوي مركبات الكربون على روابط تساهمية ذات أقطاب مختلفة.

أول أكسيد الكربونشركة

أول أكسيد الكربون؛ عديم اللون، عديم الرائحة، قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء، قابل للذوبان في المذيبات العضوية، سام، نقطة الغليان = -192 درجة مئوية؛ ر ر. = -205 درجة مئوية.

إيصال
1) في الصناعة (في مولدات الغاز):
ج + يا 2 = ثاني أكسيد الكربون 2

2) في المختبر - التحلل الحراري لحمض الفورميك أو الأكساليك في وجود H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH = H2O + CO

ح 2 ج 2 يا 4 = CO + CO 2 + H 2 O

الخصائص الكيميائية

في ظل الظروف العادية، يكون ثاني أكسيد الكربون خاملًا؛ عند تسخينه - عامل اختزال؛ أكسيد غير الملح.

1) بالأكسجين

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) مع أكاسيد المعادن

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) بالكلور (في الضوء)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (الفوسجين)

4) يتفاعل مع ذوبان القلويات (تحت الضغط)

CO + NaOH = HCOONa (فورمات الصوديوم)

5) يشكل الكربونيلات مع المعادن الانتقالية

Ni + 4CO - t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

أول أكسيد الكربون (IV) CO2

ثاني أكسيد الكربون، عديم اللون، عديم الرائحة، قابل للذوبان في الماء - 0.9 فولت CO 2 يذوب في 1 فولت H 2 O (في الظروف العادية)؛ أثقل من الهواء. t°pl = -78.5 درجة مئوية (يسمى ثاني أكسيد الكربون الصلب "الثلج الجاف")؛ لا يدعم الاحتراق.

إيصال

1. التحلل الحراري لأملاح حمض الكربونيك (الكربونات). حرق الحجر الجيري:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. تأثير الأحماض القوية على الكربونات والبيكربونات:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H2O + CO2

NaHCO 3 + حمض الهيدروكلوريك = NaCl + H2O + CO2

كيميائيملكياتشركة2
أكسيد الحمض: يتفاعل مع الأكاسيد والقواعد الأساسية لتكوين أملاح حمض الكربونيك

نا 2 O + CO 2 = نا 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

هيدروكسيد الصوديوم + CO2 = NaHCO3

في درجات حرارة مرتفعة قد تظهر خصائص مؤكسدة

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

رد فعل نوعي

غيوم ماء الجير:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (الراسب الأبيض) + H 2 O

ويختفي عند مرور ثاني أكسيد الكربون في ماء الجير لفترة طويلة، وذلك لأنه تتحول كربونات الكالسيوم غير القابلة للذوبان إلى بيكربونات قابلة للذوبان:

كربونات الكالسيوم 3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3) 2

حمض الكربونيك ومكوناتهملح

ح 2ثاني أكسيد الكربون 3 -حمض ضعيف، يوجد فقط في المحاليل المائية:

CO 2 + H2 O ↔ H2 CO 3

ثنائي القاعدة:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - أملاح حمضية - بيكربونات، بيكربونات
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- أملاح متوسطة - كربونات

جميع خصائص الأحماض مميزة.

يمكن أن تتحول الكربونات والبيكربونات إلى بعضها البعض:

2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na2CO3 + H2O + CO2 = 2NaHCO3

الكربونات المعدنية (ما عدا الفلزات القلوية) تنزع الكربوكسيل عند تسخينها لتشكل أكسيد:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

رد فعل نوعي- "الغليان" تحت تأثير حمض قوي:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2

CO 3 2- + 2H + = H2O + CO 2

كربيدات

كربيد الكالسيوم:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.

يتم إطلاق الأسيتيلين عندما يتفاعل الزنك والكادميوم واللانثانم وكربيدات السيريوم مع الماء:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La(OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

يتحلل Be 2 C وAl 4 C 3 مع الماء لتكوين غاز الميثان:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 = 3 CH 4.

في التكنولوجيا، يتم استخدام كربيدات التيتانيوم TiC، التنغستن W 2 C (السبائك الصلبة)، السيليكون SiC (الكاربوروندوم - كمادة كاشطة ومواد للسخانات).

السيانيد

يتم الحصول عليها عن طريق تسخين الصودا في جو من الأمونيا وأول أكسيد الكربون:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

يعد حمض الهيدروسيانيك HCN منتجًا مهمًا للصناعة الكيميائية ويستخدم على نطاق واسع في التخليق العضوي. ويصل إنتاجها العالمي إلى 200 ألف طن سنوياً. يشبه التركيب الإلكتروني لأنيون السيانيد أول أكسيد الكربون (II)؛ وتسمى هذه الجسيمات إيزوإلكترونية:

ج = يا: [:ج = ن:] –

يستخدم السيانيد (0.1-0.2٪ محلول مائي) في تعدين الذهب:

2 Au + 4 KCN + H2O + 0.5O2 = 2K + 2KOH.

عند غلي محاليل السيانيد مع الكبريت أو دمج المواد الصلبة، ثيوسيانات:
KCN + S = KSCN.

عندما يتم تسخين السيانيد من المعادن منخفضة النشاط، يتم الحصول على السيانيد: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. تتأكسد محاليل السيانيد إلى السيانات:

2 كيكن + يا 2 = 2 كوكن.

حمض السيانيك موجود في شكلين:

H-N=C=O; H-O-C = ن:

في عام 1828، حصل فريدريش فولر (1800-1882) على اليوريا من سيانات الأمونيوم: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 عن طريق تبخير محلول مائي.

عادة ما يُنظر إلى هذا الحدث على أنه انتصار للكيمياء الاصطناعية على "النظرية الحيوية".

هناك ايزومر حمض السيانيك - حمض متفجر

H-O-N=C.
وتستخدم أملاحه (فلمينات الزئبق Hg(ONC) 2) في أدوات الإشعال.

توليف اليوريا(اليوريا):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. عند 130 درجة مئوية و100 ضغط جوي.

اليوريا هي أميد حمض الكربونيك، وهناك أيضًا "نظيرها النيتروجيني" - الجوانيدين.

كربونات

وأهم مركبات الكربون غير العضوية هي أملاح حمض الكربونيك (الكربونات). H 2 CO 3 حمض ضعيف (K 1 = 1.3 10 -4؛ K 2 = 5 10 -11). يدعم عازلة كربونات توازن ثاني أكسيد الكربونفي الغلاف الجوي. تتمتع محيطات العالم بقدرة عازلة هائلة لأنها نظام مفتوح. التفاعل المنظم الرئيسي هو التوازن أثناء تفكك حمض الكربونيك:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

عندما تنخفض الحموضة، يحدث امتصاص إضافي لثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي مع تكوين الحمض:
CO 2 + H2 O ↔ H2 CO 3 .

مع زيادة الحموضة، تذوب الصخور الكربونية (الأصداف والطباشير ورواسب الحجر الجيري في المحيط)؛ وهذا يعوض فقدان أيونات الهيدروكربونات:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

كربونات الكالسيوم 3 (الصلبة) ↔ الكالسيوم 2+ + ثاني أكسيد الكربون 3 2-

تتحول الكربونات الصلبة إلى بيكربونات قابلة للذوبان. إن عملية الذوبان الكيميائي لثاني أكسيد الكربون الزائد هي التي تقاوم "تأثير الاحتباس الحراري" - الاحتباس الحراري بسبب امتصاص ثاني أكسيد الكربون للإشعاع الحراري من الأرض. ويستخدم حوالي ثلث إنتاج العالم من الصودا (كربونات الصوديوم Na2CO3) في إنتاج الزجاج.