Element químic

Carboni, C, 6

Sèrie química

No metall

Grup, període, bloc

14 (IVA), 2 , p

2260 kg/m³, 0,5 (grafit)
3515 kg/m³, 10,0 (diamant)

Aparença

negre (grafit)
incolor (diamant)
Imatge:C_aparença.jpg

Propietats atòmiques

Pes atòmic

12,0107 uma

Radi mig ^†

70 pm

67 pm

Radi covalent

77 pm

Radi de Van der Waals

170 pm

Configuració electrònica

He]2s²2p²

Estats d'oxidació (òxid)

4, 2 (lleument àcid)

Estructura cristal·lina

Cúbica o hexagonal (diamant); hexagonal o romboèdrica (grafit)

Propietats físiques

Estat de la matèria

Sòlid (no magnètic)

Punt de fusió

3823 K (diamant), 3800 K (grafit) K

Punt d'ebullició

5100 K (grafit)

Entalpia de vaporització

711 kJ/mol (grafit; sublima)

Entalpia de fusió

105 kJ/mol (grafit) (sublima)

Pressió de vapor

_ Pa

Velocitat del so

18350 m/s (diamant)

Informació diversa

Electronegativitat

2,55 (Pauling)

Calor específica

710,6 J/(kg·K) (grafit); 518,3 J/(kg·K) (diamant)

Conductivitat elèctrica

3 x 10⁶ Ω^-1·m^-1 (grafit, direcció paral·lela als plans); 5 x 10² Ω^-1·m^-1 (direcció perpendicular)

Conductivitat tèrmica

19,6 W/(cm·K) (grafit, direcció paral·lela als plans); 0,06 W/(cm·K) (direcció perpendicular); 23,2 W/(cm·K) (diamant)

1er Potencial d'ionització

1086,5 kJ/mol

2on potencial d'ionització

2352,6 kJ/mol

3er potencial d'ionització

4620,5 kJ/mol

4t potencial d'ionització

6222,7 kJ/mol

5è potencial d'ionització

37831 kJ/mol

6è potencial d'ionització

47277,0 kJ/mol

Isòtops més estables

iso.	AN	Període de semidesintegració	CD	ED M eV	PD
¹²C	98,9%	C és estable amb 6 neutrons
¹³C	1,1%	C és estable amb 7 neutrons
¹⁴C	traça	5730 a	β^-	0,156	¹⁴N

El carboni és un element químic de nombre atòmic 6. És un element generalment tetravalent, no metàl·lic i sòlid a temperatura ambient. És l'element químic base en la vida orgànica tal i com es coneix, i és la base de la química orgànica. Totes les formes de vida que es coneixen estan formades de molècules compostes principalment per carboni, hidrogen, nitrogen i oxigen (a més de multitud d'altres elements en menys proporció). Aquest element no metàl·lic té la interessant propietat de ser capaç d'enllaçar-se amb ell mateix i amb una àmplia varietat d'altres elements. Es coneixen prop de 10 milions de compostos orgànics formats per estructures de carboni.

Característiques notables

El carboni és un element notable per diverses raons. Les seves diferents formes inclouen una de les substàncies més toves conegudes (el grafit) i una de les més dures (el diamant). A més, té una gran afinitat per enllaçar-se químicament amb altres àtoms petits, i la seva petita mida li permet la formació d’enllaços múltiples. Aquestes propietats permeten al carboni formar prop de 10 milions de compostos orgànics diferents. Aquests compostos de carboni són la base de tota la vida a la Terra. Amb l'oxigen, forma el diòxid de carboni, vital per al creixement de les plantes (vegi's cicle del carboni). Amb l'hidrogen forma nombrosos compostos, anomenats genèricament hidrocarburs, essencials per la indústria i el transports actuals, en forma de combustibles fòssils. Amb hidrogen i oxigen, forma una gran varietat de compostos, com per exemple els àcids grassos, essencials per la vida, i els èsters que donen el seu gust característic a les fruites. A l'interior de les estrelles, el cicle del carboni i nitrogen proporciona part de l'energia produïda pel Sol i altres estrelles. El carboni no va ser creat durant el Big Bang, atès que requereix per a la seva generació una col·lisió triple de partícules alfa (nuclis d’heli). L’univers inicialment es va expandir i refredar massa ràpid per a fer això possible. Però a l’interior de les estrelles es troba una concentració suficient d’heli per a transformar alguns nuclis d’aquest element en carboni a través de l'anomenat procés triple alfa

Aplicacions

El carboni és un component vital de tots els éssers vius, i sense el qual la vida, tal com la coneixem, no podria existir. L'activitat econòmica més gran relativa al carboni (en l'actualitat) és en forma d'hidrocarburs, els anomenats combustibles fòssils, gas metà i cru. El cru és usat per la indústria petroquímica per a produir principalment petroli, gasolina, gas-oil i querosè a través d'un procés de destil·lació en les anomenades refineries. El cru és la matèria primera per a moltes substàncies sintètiques, entre elles els omnipresents plàstics. Altres usos:
- L'isòtop ¹⁴C, descobert el 27 de febrer de 1940 és usat en la datació radioactiva.
- El grafit és combinat amb argiles per a formar les mines usades en els llapis.
- El diamant és usat com a pedra preciosa amb finalitats decoratives atesa la seva brillantor, i també s'usa per a fabricar moles de perforació, gràcies a la seva duresa.
- El carboni s'afegeix al ferro per a fabricar acer.
- El carboni és usat per a fabricar barres de control en reactors nuclears
- Pols de grafit cuita és usada com a carbó per a coure peçes d'art i per a altres usos.
- El carbó en píndoles o en pols és usat per a absorbir toxines o verins en l'aparell digestiu Les propietats químiques i estructurals dels fullerens, en la forma de nanotubs de carboni, tenen un futur prometedor en el naixent camp de la nanotecnologia.

Història

El carboni (l'origen llatí del mot prové del carbó), fou descobert a la prehistòria, i es creava a partir de la crema de material orgànic (llenya) en manca d'oxigen. L'objectiu de l'ofici de carboner era l'obtenció de carbó. Els diamants, també coneguts des de fa molt temps, són considerats la pedra preciosa per excel·lència, atesa la seva gran duresa i lluentor. Els fullerens, descoberts a la dècada dels 80, tenen un futur prometedor en el camp de la nanotecnologia.

Abundància i obtenció

El carboni no es va crear durant el Big Bang perquè hagués necessitat la triple col·lisió de partícules alfa (nuclis atòmics d'heli) i l'univers es va expandir i refredar massa ràpid perquè la probabilitat que això esdevingués fora significativa. On si ocorre aquest procés és en l'interior de les estrelles (en la fase «RH (Branca horitzontal)») on aquest element és abundant, trobant-se a més en altres cossos celestes com els estels i en les atmosferes dels planetes. Alguns meteorits contenen diamants microscòpics que es van formar quan el sistema solar era encara un disc protoplanetari. En combinació amb altres elements, el carboni es troba en l'atmosfera terrestre i dissolt en l'aigua, i acompanyat de menors quantitats de calci, magnesi i ferro forma enormes masses rocoses (calcària, dolomia, marbre, etc.). El grafit es troba en grans quantitats en Estats Units, Rússia, Mèxic, Groenlàndia i Índia. Els diamants naturals es troben associats a roques volcàniques (kimberlita i lamproita). Els majors dipòsits de diamants es troben al continent africà (Sud-àfrica, Namíbia, Botswana, República del Congo i Sierra Leone. Existeixen a més dipòsits importants a Canadà, Rússia, Brasil i Austràlia.

Al·lòtrops

Depenent de les condicions de formació pot trobar-se en diverses al·lotropies, actualment es coneixen quatre al·lòtrops del carboni:
- Amorf
- Grafit
- Diamant
- fullerè
- El 22 de març del 2004 es va anunciar el descobriment del cinquè al·lòtrop a la revista Nature ([http://www.nature.com/nsu/040322/040322-5.html vegeu l'article]) En la seva forma amorfa, el carbó és essencialment grafit, però sense formar cap macroestructura cristal·lina. Està formant un polsim, que és el component principal de substàncies com és el carbó i el sutge.

sutge
Disposició geomètrica dels orbitals sp² en el grafit.

A pressions normals, el carbó pren la forma de grafit (sistema hexagonal), un mineral molt tou, en el qual cada àtom està enllaçat a tres més formant un pla de cel·les hexagonals (com en un rusc d'abelles). Conté 3 electrons en orbitals bidimensionals anomenats sp², i un electró en l'orbital s. En el grafit, capes planes d'àtoms de carboni, s'apilen les unes sobre les altres, com en un llibre. Els enllaços que formen els àtoms de carboni també els trobem en els hidrocarburs aromàtics. Les dues formes conegudes del grafit l´alfa (hexagonal) i la beta (romboïdal) tenen les mateixes propietats físiques, però la seva estructura cristal·lina difereix. Els grafits que es formen a la natura contenen fins un 30% de la forma beta, mentre que els grafits formats sintèticament només contenen grafit en la forma alfa. És possible convertir el grafit de la forma alfa a la forma beta, a través de processos mecànics, però tot el grafit en forma beta es transforma una altra vegada en grafit alfa quan és escalfat per sobre dels 1000°C Atesa la deslocalització dels electrons en el núvol pi, en els cristalls de grafit, aquests condueixen l'electricitat. El material és tou i les capes, sovint separades per altres àtoms, es mantenen unides gràcies a la força de Van der Waals, de manera que rellisquen amb certa facilitat les unes sobre les altres.

força de Van der Waals
Disposició geomètrica dels orbitals sp³ en el diamant.

A pressions molt altes, el carboni forma un altre al·lòtrop anomenat diamant, en el qual cada àtom està enllaçat a quatre més. Forma cristalls de Diamant (sistema cúbic), el mineral més dur conegut. El diamant té la mateixa estructura cristal·lina que el silici i el germani, i gràcies a la força de l'enllaç carboni-carboni, és la substància més resistent a les ratllades, juntament amb el nitrur de bor (BN) un compost isoelectrònic del diamant, i que comparteix la mateixa estructura cristal·lina que aquest. Conté 4 electrons en els orbitals tridimensionals anomenats sp³. Amb el temps, el diamant tendeix a convertir-se en grafit, però a temperatura ambient la conversió és tan lenta que és indetectable. En les condicions adequades, el carboni pot cristal·litzar com a Lonsdaleita, una forma similar al diamant però hexagonal.

Lonsdaleita
Fullerè C₆₀

Formant compostos de la família dels fullerens (en el fullerè més simple, 60 àtoms de carboni formen una capa grafítica, organitzada tridimensionalment, de manera similar a una pilota de futbol), i nanotubs de carboni (on s'organitza també tridimensionalment en forma de tub). El fullerens tenen una estructura semblant a la del grafit, però en lloc d'usar únicament l'empaquetament hexagonal, també contenen pentàgons (o possiblement heptàgons) d'àtoms de carboni. Aquests empaquetaments dobleguen les capes planes d'àtoms en esferes, el·lipses o cilindres. Les propietats dels fullerens no han estat encara completament analitzades. El nom dels fullerens prové que aquestes agrupacions d'àtoms de carboni s'assemblen a les cúpules geodèsiques construïdes per Buckminster Fuller. Pel mateix motiu, els fullerens també són anomenats "buckyboles" i "buckytubs". En el carbó vitri és isotròpic, i és més fort que el vidre. A diferència del grafit normal, les capes grafítiques no s'apilen les unes sobre les altres, sinó que estan organitzades en totes direccions. Un altra substància és la fibra de carboni, semblant al 'carbó vitri' i obtinguda estirant fibres orgàniques i carbonitzant-les. D'aquesta manera s'alineen els plans de carboni en la direcció de la fibra. El resultat són fibres amb una resistència específica més gran que l'acer. També es troba formant enllaços covalents en la química orgànica, de la qual n'és el pilar bàsic, i forma part de tots els éssers vius.

Compostos

Quan s'uneix amb oxigen, forma el diòxid de carboni (CO₂), és el compost que expel·lim els animals en respirar, i és absolutament vital per al creixement de les plantes. També pot formar en condicions de manca d'oxigen el monòxid de carboni (CO), on a diferència del que és normal, el carboni actua amb estat d'oxidació 2. Trobem grans quantitats de carboni en la litosfera, sobretot en el carbonat de calci (CaCO₃), integrant de les roques calcàries. La dissolució d'aquests carbonats o de diòxid de carboni en aigua genera l'ió carbonat (CO₃⁼), i l'ió bicarbonat (HCO₃^-). A la natura, sovint es troba sense combinar en els diferents tipus de carbó (amb graus variables d'impureses). El carbó va ser usat com a combustible fòssil, permetent la revolució industrial. En els països més rics, la utilització del carbó ja ha estat reemplaçada per la utilització dels hidrocarburs. Quan s'uneix amb hidrogen, forma diversos compostos anomenats hidrocarburs, essencials per a la indústria en forma de combustibles fòssils. Els hidrocarburs més simples són;
- Metà; CH₄, l'hidrocarbur més simple, un carboni i quatre hidrògens
- Età; CH₃-CH₃
- Propà; CH₃-CH₂-CH₃, usat com a combustible industrial
- Butà; CH₃-CH₂-CH₂-CH₃, Usat com a combustible domèstic
- Pentà; CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃
- ... El gas natural, el petroli, la gasolina i el quitrà són barreges d'hidrocarburs de diferents longituds, i amb diferents propietats, que poden a més incloure altres substàncies. Quan es combina amb oxigen i hidrogen, forma molts grups de compostos, inclosos els àcids grassos, essencials per a la vida, i els èsters, que donen gust a moltes fruites. Categoria:Elements químics ja:炭素 ko:탄소 ms:Karbon simple:Carbon th:คาร์บอน

Protó

Nucli atòmic

El nucli atòmic és la part central de l'àtom que conté la major part de la matèria que el forma, però que -tanmateix- n'ocupa un volum comparativament molt petit. Està format per barions, concretament per protons i neutrons, en nombre variable, però sempre més neutrons que protons. En són una excepció el nucli de l'hidrogen ordinari (format per un únic protó i els dels àtoms més lleugers, en què el nombre de protons i el de neutrons és igual. El nombre de protons s'anomena nombre atòmic) i és el paràmetre que determina a quin element químic correspon l'àtom. El nombre de neutrons d'àtoms del mateix element pot ser variable: els nuclis amb el mateix nombre atòmic, però diferent nombre de neutrons, s'anomenen isòtops. La força que manté units els barions que formen el nucli atòmic, els quals s'anomenen nucleons, és la força nuclear forta. Alguns àtoms es descomponen espontàniament mitjançant processos radioactius que consisteixen en l'emissió d'electrons (rajos beta) o nuclis d'heli (rajos alfa) altament energètics. Alguns nuclis són extremadament estables, en canvi d'altres es descomponen molt ràpidament. L'estabilitat d'un nucli atòmic depèn del nombre total de nucleons (els elements de nombre atòmic superior al del plom són tots radioactius i el plom i els que tenen un nombre atòmic inferior no ho solen ser) i també de la proporció entre el nombre de protons i neutrons: per això en un mateix element, diferents isòtops poden tenir una vida mitjana diferent. Pàgina que s'hi relaciona:
- escorça atòmica Categoria:Àtom Categoria:Física nuclear ja:原子核 ko:원자핵 th:นิวเคลียสอะตอม

Urani

Protoactini - Urani - Neptuni
Nd U
	imatge:U_taula_periòdica.png Taula completa

General

Urani, U, 92

Sèrie química

Actínids

període, bloc

7 , f

19050 kg/m³, sense dades

Aparença

Metall blanc platejat
Aparença

Propietats atòmiques

Pes atòmic

238,0289 uma

Radi mitjà^†

175 pm

Sense dades

Radi covalent

Sense dades

Radi de Van der Waals

186 pm

Configuració electrònica

Rn]7s²5f²6d¹

Estats d'oxidació (òxid)

5 (base dèbil)

Estructura cristal·lina

Ortoròmbica

Propietats físiques

Estat de la matèria

Sòlid (__)

Punt de fusió

1405 K

Punt d'ebullició

2070 K

Entalpia de vaporització

477 kJ/mol

Entalpia de fusió

15,48 kJ/mol

Pressió de vapor

Sense dades

Velocitat del so

3155 m/s a 293,15 K

Informació diversa

Electronegativitat

1,38 (Pauling)

Calor específica

120 J/(kg·K)

Conductivitat elèctrica

3,8 x 10⁶ m^-1·ohm^-1

Conductivitat tèrmica

27,6 W/(m·K)

1er Potencial d'ionització

597,6 kJ/mol

2on potencial d'ionització

1420 kJ/mol

Isòtops més estables

iso.	AN	Període de semidesintegració	CD	ED M eV	PD
²³²U	Sintètic	68,9 a	α i FE	5.414	²²⁸Th
²³³U	Sintètic	159200 a	FE i α	4,909	²²⁹Th
²³⁴U	0,006%	245500 a	FE i α	4,859	²³⁰Th
²³⁵U	0,72%	7,038 x 10⁸ a	FE i α	4,679	²³¹Th
²³⁶U	Sintètic	2,342 x10⁷ a	FE i α	4,572	²³²Th
²³⁸U	99,275%	4,468 x10⁹ a	FE i α	4,270	²³⁴Th

L' Urani és un element químic que en la taula periòdica té el símbol U i el nombre atòmic 92. És pesant, blanc-argentí, tòxic, metàl·lic, i radioactiu de forma natural. Pertany a la sèrie dels actínids i el seu isòtop urani-235 és usat com a font d'energia en els reactors nuclears i les armes nuclears. L'Urani es troba en petites quantitats a les roques, el sòl, l'aigua, les plantes, i en els animals (inclús en els humans). És l'element químic més pesat d'origen natural que es troba sobre la Terra. Va ser descobert al 1789 per M. H. Klaporfth que el va anomenar així en honor del planeta Urà que acabava de ser descobert al 1781. L'urani natural està format per tres tipus d'isòtops: urani 238 (²³⁸U), urani 235 (²³⁵U) i urani 234 (²³⁴U).De cada gram d'urani natural el 99,28 % de la massa és urani 238, el 0,71% urani 235 i 0,005% urani 234. La relació Urani 238/Urani 235 és constant a tota la Terra i a la resta dels planetes del sistema solar.

Usos

sistema solar El principal ús de l'urani en l'actualitat és l'obtenció de combustible per als reactors nuclears que produïxen el 17% de l'electricitat obtinguda en el món. Categoria:Elements químics ja:ウラン th:ยูเรเนียม

Actini

Actini - Th
La Ac
	La Taula completa

General

Actini, Ac, 89

Sèrie química

Actínids

Grup, període, bloc

3, 7 , f

10070 kg/m³, sense dades

Aparença

Platejat

Propietats atòmiques

Pes atòmic

(227) uma

Radi mitjà^†

195 pm

Sense dades

Radi covalent

Sense dades

Radi de Van der Waals

Sense dades

Configuració electrònica

Rn]6d¹7s²

Estats d'oxidació (òxid)

3 (neutre)

Estructura cristal·lina

Cúbica centrada en les cares

Propietats físiques

1323 K

3473 K

Entalpia de vaporització

Sense dades

Entalpia de fusió

62 kJ/mol

Pressió de vapor

Sense dades

Velocitat del so

Sense dades

Informació diversa

Electronegativitat

1,1 (Pauling)

Calor específica

Sense dades

Conductivitat elèctrica

Sense dades

Conductivitat tèrmica

12 W/(m·K)

1er Potencial d'ionització

499 kJ/mol

2on Potencial d'ionització

1170 kJ/mol

Isòtops més estables

iso.	AN (%)	Període de semidesintegració	CD	ED (M eV)	PD
²²⁵Ac	Sintètic	10 d	α	5,935	²²¹Fr
²²⁶Ac	Sintètic	29,37 h	β^-	1,117	²²⁶Th
²²⁶Ac	Sintètic	29,37 h	ε	0,640	²²⁶Ra
²²⁶Ac	Sintètic	29,37 h	α	5,536	²²²Fr
²²⁷Ac	100	21,773 a	β^-	0,045	²²⁷Th
²²⁷Ac	100	21,773 a	α	5,042	²²³Fr

^†Calculat a partir de distintes longituds
d'enllaç covalent, metàl·lic o iònic.

L'actini és un element químic de símbol Ac i nombre atòmic 89. És una de les terres rares i dóna nom a una de la sèries, la dels actínids.

Característiques principals

És un element metàl·lic, radioactiu de color platejat. A causa de la seva intensa radioactivitat brilla en la foscor amb un llum blavosa. L'isòtop Ac-227 que es troba, només en traces, en els minerals d'urani, és un emissor de partícules α i β amb un període de semidesintegració de 21,773 anys. Una tona de mineral d'urani conté prop de 0,1 g d'actini. El seu comportament químic és molt semblant al de la resta de les terres rarament i particularment al del lantà.

Aplicacions

La seva radioactivitat és de l'orde de 150 vegades la del radi, fent-lo útil com a font de neutrons; al marge d'això, no té aplicacions industrials significatives. L'Ac-225 s'empra en medicina en la producció de Bi-213 per a radioteràpia.

Història

L'actini (del grec aktís, aktînos, raig lluminós), va ser descobert el 1899 pel químic francès André-Louis Debierne que el va obtindre de la pechblenda. El 1902 va ser descobert, de forma independent, per Friedrich Otto Giesel.

Abundància i obtenció

Es troben traces d'actini (Ac-227) en minerals d'urani, però comunament s'obtenen petites quantitats (de l'orde de mil·ligrams) bombardejant Ra-226 amb neutrons en un reactor nuclear. El metall s'obté per mitjà de la reducció del fluorur d'actini amb vapor de liti a 1100-1300 ºC.

Isòtops

L'isòtop radioactiu Ac-227 és l'únic que es troba en la naturalesa i és el més estable de la trentena d'isòtops identificats amb un període de semidesintegració de 21,773 anys, seguit de l'Ac-225 (10 dies) i Ac-226 (29,37 hores). La resta d'isòtops tenen períodes de semidesintegració inferiors a les 10 hores i la majoria d'ells menors d'un minut. L'Ac-228, de la sèrie del Th-232 es coneix com a mesotori 2. L'Ac-227 aconseguix l'equilibri amb els seus productes de desintegració transcorreguts 185 dies, desintegrant-se posteriorment d'acord amb una període de semidesintegració de 21,773 anys.

Precaucions

L'Ac-227 és extremadament radioactiu i tenint en compte els seus potencials efectes sobre la salut, és tan perillós com el plutoni. La ingesta, inclús en petites quantitats, pot causar danys molt greus.

Enllaços externs

- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Ac/index.html webelements.com - actini (en anglès)]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Ac.html environmentalchemistry.com - actini (en anglès)]
- [http://education.jlab.org/itselemental/ele089.html És Elemental - actini (en anglès)] categoria:Elements químics ja:アクチニウム ko:악티늄 th:แอกทิเนียม

Alumini

Magnesi - Alumini - Silici
B Al Ga
	Imatge:Al_taula_periòdica.png Taula completa

General

Alumini, Al, 13

Sèrie química

Metalls del bloc p

Grup, període, bloc

13, 3 , p

2700 kg/m³, 2,75

Aparença

Imatge:Al-aparença.jpg
Platejat

Propietats atòmiques

Pes atòmic

26,981538 uma

Radi mitjà^†

125 pm