Углерод (С) – типичный неметалл; в периодической системе находится в 2-м периоде IV группе, главной подгруппе. Порядковый номер 6, Ar = 12,011 а.е.м., заряд ядра +6.

Физические свойства: углерод образует множество аллотропных модификаций: алмаз – одно из самых твердых веществ, графит, уголь, сажа .

Атом углерода имеет 6 электронов: 1s 2 2s 2 2p 2 . Последние два электрона располагаются на отдельных р-орбиталях и являются неспаренными. В принципе, эта пара могла бы занимать одну орбиталь, но в таком случае сильно возрастает межэлектронное отталкивание. По этой причине один из них занимает 2р х, а другой, либо 2р у , либо 2р z -орбитали.

Различие энергии s- и р-подуровней внешнего слоя невелико, поэтому атом довольно легко переходит в возбужденное состояние, при котором один из двух электронов с 2s-орбитали переходит на свободную 2р. Возникает валентное состояние, имеющее конфигурацию 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Именно такое состояние атома углерода характерно для решетки алмаза — тетраэдрическое пространственное расположение гибридных орбиталей, одинаковая длина и энергия связей.

Это явление, как известно, называют sp 3 -гибридизацией, а возникающие функции – sp 3 -гибридными. Образование четырех sp 3 -cвязeй обеспечивает атому углерода более устойчивое состояние, чем три р-р- и одна s-s-связи. Помимо sp 3 -гибридизации у атома углерода наблюдается также sp 2 — и sp-гибридизация. В первом случае возникает взаимное наложение s- и двух р-орбиталей. Образуются три равнозначные sp 2 — гибридных орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Третья орбиталь р неизменна и направлена перпендикулярно плоскости sp 2 .

При sp-гибридизации происходит наложение орбиталей s и р. Между двумя образующимися равноценными гибридными орбиталями возникает угол 180°, при этом две р-орбитали у каждого из атомов остаются неизменными.

Аллотрорпия углерода. Алмаз и графит

В кристалле графита атомы углерода расположены в параллельных плоскостях, занимая в них вершины правильных шестиугольников. Каждый из атомов углерода связан с тремя соседними sp 2 -гибридными связями. Между параллельными плоскостями связь осуществляется за счет ван-дер-ваальсовых сил. Свободные р-орбитали каждого из атомов направлены перпендикулярно плоскостям ковалентных связей. Их перекрыванием объясняется дополнительная π-связь между атомами углерода. Таким образом, от валентного состояния, в котором находятся атомы углерода в веществе, зависят свойства этого вещества .

Химические свойства углерода

Наиболее характерные степени окисления: +4, +2.

При низких температурах углерод инертен, но при нагревании его активность возрастает.

Углерод как восстановитель:

— с кислородом
C 0 + O 2 – t° = CO 2 углекислый газ
при недостатке кислорода — неполное сгорание:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O угарный газ

— со фтором
С + 2F 2 = CF 4

— с водяным паром
C 0 + H 2 O – 1200° = С +2 O + H 2 водяной газ

— с оксидами металлов. Таким образом выплавляют металл из руды.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

— с кислотами – окислителями:
C 0 + 2H 2 SO 4 (конц.) = С +4 O 2 ­ + 2SO 2 ­ + 2H 2 O
С 0 + 4HNO 3 (конц.) = С +4 O 2 ­ + 4NO 2 ­ + 2H 2 O

— с серой образует сероуглерод:
С + 2S 2 = СS 2 .

Углерод как окислитель:

— с некоторыми металлами образует карбиды

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

— с водородом — метан (а также огромное количество органических соединений)

C 0 + 2H 2 = CH 4

— с кремнием, образует карборунд (при 2000 °C в электропечи):

Нахождение углерода в природе

Ссвободный углерод встречается в виде алмаза и графита. В виде соединений углерод находится в составе минералов: мела, мрамора, известняка – СаСО 3 , доломита – MgCO 3 *CaCO 3 ; гидрокарбонатов – Mg(НCO 3) 2 и Са(НCO 3) 2 , СО 2 входит в состав воздуха; углерод является главной составной частью природных органических соединений – газа, нефти, каменного угля, торфа, входит в состав органических веществ, белков, жиров, углеводов, аминокислот, входящих в состав живых организмов.

Неорганические соединения углерода

Ни ионы С 4+ , ни С 4- ‑ ни при каких обычных химических процессах не образуются: в соединениях углерода имеются ковалентные связи различной полярности.

Оксид углерода (II) СО

Угарный газ; бесцветный, без запаха, малорастворим в воде, растворим в органических растворителях, ядовит, t°кип = -192°C; t пл. = -205°C.

Получение
1) В промышленности (в газогенераторах):
C + O 2 = CO 2

2) В лаборатории — термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H 2 SO 4 (конц.):
HCOOH = H 2 O + CO­

H 2 C 2 O 4 = CO­ + CO 2 ­ + H 2 O

Химические свойства

При обычных условиях CO инертен; при нагревании – восстановитель; несолеобразующий оксид.

1) с кислородом

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

2) с оксидами металлов

C +2 O + CuO = Сu + C +4 O 2

3) с хлором (на свету)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (фосген)

4) реагирует с расплавами щелочей (под давлением)

CO + NaOH = HCOONa (формиат натрия)

5) с переходными металлами образует карбонилы

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Оксид углерода (IV) СO 2

Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде — в 1V H 2 O растворяется 0,9V CO 2 (при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO 2 называется «сухой лёд»); не поддерживает горение.

Получение

1. Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ­

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 ­

Химические свойства СO 2
Кислотный оксид: реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства

С +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Качественная реакция

Помутнение известковой воды:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯(белый осадок) + H 2 O

Оно исчезает при длительном пропускании CO 2 через известковую воду, т.к. нерастворимый карбонат кальция переходит в растворимый гидрокарбонат:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Сa(HCO 3) 2

Угольная кислота и её соли

H 2 CO 3 — Кислота слабая, существует только в водном растворе:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Двухосновная:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 — Кислые соли — бикарбонаты, гидрокарбонаты
HCO 3 — ↔ H + + CO 3 2- Cредние соли — карбонаты

Характерны все свойства кислот.

Карбонаты и гидрокарбонаты могут превращаться друг в друга:

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

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

Карбонаты металлов (кроме щелочных металлов) при нагревании декарбоксилируются с образованием оксида:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2 ­

Качественная реакция — «вскипание» при действии сильной кислоты:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2 ­

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2 ­

Карбиды

Карбид кальция:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

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

Ацетилен выделяется при реакции с водой карбидов цинка, кадмия, лантана и церия:

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

Be 2 C и Al 4 C 3 разлагаются водой с образованием метана:

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

В технике применяют карбиды титана TiC, вольфрама W 2 C (твердые сплавы), кремния SiC (карборунд – в качестве абразива и материала для нагревателей).

Цианиды

получают при нагревании соды в атмосфере аммиака и угарного газа:

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

Синильная кислота HCN – важный продукт химической промышленности, широко применяется в органическом синтезе. Ее мировое производство достигает 200 тыс. т в год. Электронное строение цианид-аниона аналогично оксиду углерода (II), такие частицы называют изоэлектронными:

C= O: [:C= N:] –

Цианиды (0,1-0,2%-ный водный раствор) применяют при добыче золота:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

При кипячении растворов цианидов с серой или сплавлении твердых веществ образуются роданиды :
KCN + S = KSCN.

При нагревании цианидов малоактивных металлов получается дициан: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2 . Растворы цианидов окисляются до цианатов :

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

Циановая кислота существует в двух формах:

H-N=C=O; H-O-C= N:

В 1828 г. Фридрих Вёлер (1800-1882) получил из цианата аммония мочевину: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 при упаривании водного раствора.

Это событие обычно рассматривается как победа синтетической химии над «виталистической теорией».

Существует изомер циановой кислоты – гремучая кислота

H-O-N=C.
Ее соли (гремучая ртуть Hg(ONC) 2) используются в ударных воспламенителях.

Синтез мочевины (карбамида):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. При 130 0 С и 100 атм.

Мочевина является амидом угольной кислоты, существует и ее «азотный аналог» – гуанидин.

Карбонаты

Важнейшие неорганические соединения углерода – соли угольной кислоты (карбонаты). H 2 CO 3 – слабая кислота (К 1 =1,3·10 -4 ; К 2 =5·10 -11). Карбонатный буфер поддерживает углекислотное равновесие в атмосфере. Мировой океан обладает огромной буферной емкостью, потому что он является открытой системой. Основная буферная реакция – равновесие при диссоциации угольной кислоты:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 — .

При понижении кислотности происходит дополнительное поглощение углекислого газа из атмосферы с образованием кислоты:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

При повышении кислотности происходит растворение карбонатных пород (раковины, меловые и известняковые отложения в океане); этим компенсируется убыль гидрокарбонатных ионов:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (тв.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Твердые карбонаты переходят в растворимые гидрокарбонаты. Именно этот процесс химического растворения избыточного углекислого газа противодействует «парниковому эффекту» – глобальному потеплению из-за поглощения углекислым газом теплового излучения Земли. Примерно треть мирового производства соды (карбонат натрия Na 2 CO 3) используется в производстве стекла.

(a. organic carbon; н. organischer Kohlenstoff; ф. carbone organique; и. carbono organico) - углерод, входящий в состав органич. вещества атмосферы, гидросферы и горн. пород. Имеет биогенную природу. Macca Cорг в земной коре достигает 7В·* 1015 т, в т.ч. в осадочных породах - 5В·* 1015 т. Кол-во Cорг определяется хим., газометрич. и кулонометрич. (автоматич. анализаторами) методами. B процессе катагенеза содержание Cорг в породах снижается (на 30-40% к концу апокатагенеза), a доля его в органич. веществе возрастает (от 70% на стадии протокатагенеза до 80% в мезокатагенезе и 90% - в апокатагенезе). B графите и графитизированном органич. веществе она достигает 99%. B пределах одной стадии катагенеза содержание C в составе органич. вещества и величина параметра H/Cат служат показателями типа органич. вещества, в однотипном органич. веществе - уровня его зрелости. Количество Cорг - важный показатель неф-тегазоматеринского потенциала пород. B составе концентрированного органич. в-ва O. y, содержится в кол-ве 85-87% (в нефтях), 58-90% (в углях). Кол-во O. y. в углях является одним из показателей степени их метаморфизма.

E. C. Ларская.

Смотреть значение Органический углерод в других словарях

Углерод — и пр. см. уголь.
Толковый словарь Даля

Углерод — углерода, м. (хим.). Химический элемент, являющийся важнейшей составной частью всех органических веществ в природе.
Толковый словарь Ушакова

Органический Прил. — 1. Соотносящийся по знач. с сущ.: организм (1), связанный с ним. // Обладающий живым началом. 2. Принадлежащий растительному или животному миру. 3. Соотносящийся по знач. с........
Толковый словарь Ефремовой

Углерод М. — 1. Химический элемент, важнейшая составная часть всех органических веществ в природе.
Толковый словарь Ефремовой

Органический — органическая, органическое (от греч. organikos) (книжн.). 1. Прил. к организм в 1 знач.; обладающий живым началом (науч.). Органическая жизнь на земле. 2. Принадлежащий к растительному........
Толковый словарь Ушакова

Углерод — -а; м. Химический элемент (C), важнейшая составная часть всех органических веществ в природе. Атомы углерода. Процент содержания углерода. Без углерода невозможна жизнь.........
Толковый словарь Кузнецова

Углерод — Название этого химического элемента связано с тем, что он в больших количествах присутствует в высококачественных углях, этот признак и положен в основу его именования........
Этимологический словарь Крылова

Органический Закон (органическое Законодательство) — - 1) в ряде стран романской системы права (Франция, Испания, Португалия) закон, имеющий особый статус, который занимает пограничное положение между конституционными и........
Юридический словарь

Гиперкинез Органический — (h. organica) Г. с изменением мышечного тонуса, наблюдающийся при органических поражениях головного мозга, преимущественно стриопаллидарной системы.
Большой медицинский словарь

Углерод — (символ С), широко распространенный неметаллический элемент четвертой группы периодической таблицы. образует огромное количество соединений, которые вместе с углеводородами........
Научно-технический энциклопедический словарь

Паралич Органический — (р. organica) П., обусловленный морфологическими изменениями в нервной системе.
Большой медицинский словарь

Психоз Органический — (р. organica) П., обусловленный поражением тканей головного мозга; проявляется преимущественно экзогенными типами реакций, переходными синдромами, снижением уровня личности или деменцией.
Большой медицинский словарь

Психосиндром Органический — (psychosyndromum organicum; син.: психосиндром мозговой диффузный, синдром психоорганический) совокупность психических расстройств (снижение памяти, нарушения ориентировки, мышления........
Большой медицинский словарь

Синдром Амнестико-органический — (syndromum amnesticum organicum) сочетание грубого нарушения памяти, преимущественно на текущие события, с дезориентировкой во времени и окружающей обстановке, а так же с конфабуляциями;........
Большой медицинский словарь

Углерод — (Carboneum; О химический элемент IV группы периодической системы Д. И. Менделеева; ат. номер 6, ат. вес (масса) 12,011; является структурной основой органических соединений, участвующих........
Большой медицинский словарь

Углерод Радиоактивный — общее название группы радиоактивных изотопов углерода с массовыми числами от 9 до 15 и периодом полураспада от 0,46 сек. до 5730 лет; отдельные изотопы используются в медико-биологических........
Большой медицинский словарь

Органический Мир — совокупность организмов, населяющих биосферу Земли.

Основной Органический Синтез — (тяжелый органический синтез) - промышленноемноготоннажное производство органических веществ. Основные источникисырья: нефть, природные горючие газы, нефтяные попутные........
Большой энциклопедический словарь

Шум Сердца Органический — (m. cardiacum organicum) Ш. с., обусловленный наличием морфологических изменений створок его клапанов, сухожильных хорд, сосочковых мышц, наличием в полостях сердца тромбов, аневризматическим........
Большой медицинский словарь

Технический Углерод — (сажа) - дисперсный продукт черного цвета,образующийся в результате неполного сгорания или термического разложенияуглеводородов. Состоит из сферических частиц (размер........
Большой энциклопедический словарь

Тонкий Органический Синтез — промышленное многостадийное малотоннажноепроизводство органических веществ. Продукты тонкого органического синтеза:лекарственные препараты, пестициды и другие........
Большой энциклопедический словарь

Тяжелый Органический Синтез — то же, что основной органический синтез.
Большой энциклопедический словарь

Углерод — (лат. Carboneum) - С, химический. элемент IV группы периодическойсистемы Менделеева, атомный номер 6, атомная масса 12,011. Основныекристаллические модификации - алмаз и графит.........
Большой энциклопедический словарь

Четыреххлористый Углерод — (тетрахлорметан - перхлорметан), CCl4, бесцветнаяжидкость, tкип 76,8 .С. Растворитель жиров, восков, лаков, полимеров,сырье для получения хладонов.
Большой энциклопедический словарь

Органический Регламент 1831-32 — конституц. акты, почти идентичные, введенные в Дунайских кн-вах (в 1831 - в кн-ве Валахия, а в 1832 - в Молдавском кн-ве) после русско-тур. войны 1828-29. О. р. определил обществ.-политич.........

— свод законов, определявших политич. положение Восточной Румелии. Разработан (в сент. 1878 - апр. 1879) представителями великих европ. держав и Турции на основании ст. 18 Берлинского........
Советская историческая энциклопедия

— конституц. статут для Королевства Польского, введенный в связи с подавлением Польского восстания 1830-31 вместо конституции 1815. Изд. 14(26) февр. 1832 в Петербурге Николаем........

Вашему вниманию предлагаются две статьи, посвященные анализу вод с использованием двух аналитических методов:

• Элементный анализ (определение общего органического углерода)

Анализ воды методом ионной хроматографии. Возможности метода и технические решения компании корпорации Dionex, США.

Ионная хроматография - позволяет определять неорганические и органические анионы, катионы щелочных и щелочноземельных металлов, катионы переходных металлов, амины и другие органические соединения в ионной форме. Хотя для анализа воды используется множество различных методов - ионная хроматография (ИХ) во всем мире является приоритетным методом и обеспечивает многокомпонентное определение в любых водах. Воды каждого типа имеют свои особенности и компоненты могут существенно различаться по уровню концентраций - от долей мкг/л до единиц г/л. Особенно важным является определение загрязняющих воду компонентов, присутствие которых в воде нежелательно или недопустимо. До появления ИХ не было эффективного метода определения ионов с такой чувствительностью, селективностью, воспроизводимостью и скоростью анализа. При этом анализ методом ИХ в большинстве случаев не требует пробоподготовки: при необходимости проба фильтруется и разбавляется. Анализ таких неорганических анионов, как фторид, хлорид, нитрит, нитрат, сульфат и фосфат методом ИХ многие годы является самым распространенным и рутинным анализом во всем мире. Разработаны и успешно применяются высокоэффективные колонки для определения хлорита, хлората, прехлората и др. Высокоэффективные колонки Dionex позволяют проводить одновременное определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов и алифатических и ароматических аминов на одной колонке ИХ - прекрасно разработанный, высокоэффективный и быстрый метод анализа для очень широкого ряда наиболее часто определяемых аналитов в водах любого типа. Отсутствие сложной пробоподготовки, высокая чувствительность определения, быстрота анализа и большое разнообразие определяемых компонентов в воде делают эту метод идеальным для аналитических лабораторий, проводящих рутинный анализ воды любого состава - от высокочистой и питьевой до стоков и выбросов предприятий и коммунальных хозяйств.

Неорганические анионы

Анализ таких неорганических анионов, как фторид, хлорид, нитрит, нитрат, сульфат и фосфат методом ионной хроматографии многие годы является самым распространенным и рутинным анализом во всем мире.

Кроме ионохроматографических колонок для определения основных неорганических анионов разработаны и успешно применяются высокоэффективные колонки для определения наряду со стандартными анионами и оксианионов таких, как оксихалиды: хлорит, хлорат, прехлорат и др.

Органические кислоты

Наряду с неорганическими анионами в водах различного типа могут присутствовать и анионы органических кислот, например: ацетат, формиат, пропионат, оксалат, цитрат и др. Для таких задач используются высокоэффективные аналитические колонки большой емкости.

Неорганические катионы

Высокочувствительное и высокоэффективное ионохроматографическое определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов также является рутинным методом анализа в мировой аналитической практике. На рисунке приведена хроматограмма быстрого изократического разделения катионов I и II групп.

Рис. Быстрое изократическое разделение катионов I и II групп на колонке IonPac СS12А 3х150 мм, Dionex, США.

Амины

Создание высокоэффективных сорбентов для катионного анализа позволяет проводить одновременное определение катионов щелочных и щелочноземельных металлов и алифатических и ароматических аминов на одной колонке.

Переходные металлы

Если перед аналитиком стоит задача определение только подвижной формы переходных металлов или металлов в определенной степени окисления - только ионная хроматография способна решить эту задачу. Компания Dionex поставляет колонки для одноколоночной катионной хроматографии для одновременного определения щелочных, щелочноземельных металлов, а также ряда переходных металлов. Альтернативный вариант определения переходных металлов - в виде окрашенных комплексов с ПАР. В отличие от предыдущих примеров, где детектирование аналитов происходит на кондуктометрическом детекторе, высокочувствительное детектирование определяемых компонентов происходит после пост-колоночной дериватизации на адсорбционном детекторе.

Заключение

Ионная хроматография - прекрасно разработанный, высокоэффективный и быстрый метод анализа для очень широкого ряда наиболее часто определяемых аналитов в водах любого типа. Отсутствие сложной пробоподготовки, высокая чувствительность определения, быстрота анализа и большое разнообразие определяемых компонентов в воде делают эту метод идеальным для аналитических лабораторий, проводящих рутинный анализ воды любого состава -от высокочистой до стоков и выбросов предприятий и коммунальных хозяйств.

Общий органический углерод - показатель содержания органических веществ в воде.

По мнению зарубежных специалистов, органический углерод является наиболее надежным показателем суммарного содержания органических веществ в воде. Этот показатель входит в группу интегральных показателей качества воды, таких как перманганатная и бихроматная окисляемость и БПК. При этом часто содержание органического углерода составляет примерно 1/3 величины ХПК, хотя это справедливо в основном для бытовых сточных вод и аналогичных им производственных стоков. Для природной воды поверхностных водоисточников Московского региона содержание органического углерода примерно равно значению перманганатной окисляемости (100-120%), а величина БПК 5 в 4-6 раз меньше содержания органического углерода.

По литературным данным в незагрязненных природных водах наименьшая концентрация растворенного органического углерода составляет примерно 1 мг/л, наибольшая - порядка 20 мг/л. В воде, богатой гумусовыми веществами, в частности, в болотной воде, содержание органического углерода достигает сотен мг/л.

Особенно важно контролировать содержание органического углерода в дистиллированной воде, используемой в электронике или в фармацевтическом производстве.

До настоящего времени содержание органического углерода нормируется только в воде, расфасованной в емкости СанПиН 2.1.4.1116-02. Для бутилированной воды 1 категории - 10 мг/л, для воды высшей категории - 5 мг/л. В процессе водоподготовки для дезинфекции питьевой воды обычно используют хлор или другие хлорирующие агенты (дезинфектанты), которые взаимодействуют с природными органическими веществами, присутствующими в воде, с образованием токсичных продуктов реакции. Количество побочных продуктов зависит в первую очередь от содержания в воде органических веществ. Вероятно, по этой причине в один из вариантов Проекта «Технического регламента о питьевой воде и питьевом водоснабжении» включен показатель «Общий органический углерод», норматив для которого составляет 5 мг/л.

Различают:

• Общий органический углерод (ТОС) - массовая концентрация углерода, присутствующего в воде в виде органических соединений в растворенном и нерастворенном состоянии.
• Растворенный органический углерод (DOC) - массовая концентрация углерода, присутствующего в воде в виде органических соединений, проходящих при фильтрации через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм, включая цианаты и тиоцианаты.

Помимо простого измерения значения абсорбции при 254 нм, которое является показателем содержания органических веществ в воде, методы определения органического углерода предполагают предварительную деструкцию органических веществ, присутствующих в воде.

Процедура определения общего органического углерода обычно разделяется на три стадии:

1. Подкисление пробы и продувка для удаления неорганического углерода
2. Окисление оставшегося органического углерода до СО 2 . При этом окисление может проводиться двумя основными способами:
   - термическое окисление - сжигание в токе кислородсодержащего газа;
   - УФ окисление или каталитическое химическое окисление персульфатом калия.
3. Детектирование образующегося СО 2 .

Следует обратить внимание, что на практике приведенные производителями ТОС анализаторов пределы определения получить весьма сложно. Реально при использовании дополнительно очищенного воздуха в качестве газа-окислителя предел определения составляет примерно 0,5 мг/л. При работе с кислородом пределы определения ниже.

В связи с этим особое внимание при определении органического углерода рекомендуется обращать на процедуры предупредительного контроля.

• контроль чистоты посуды: посуду высушивают при 120 °С. Допускается мытье кислотой и высушивание при более низкой температуре;
• подготовка фильтров при определении растворенного органического углерода: мембранные фильтры предварительно промывают 0,1 м соляной кислотой;
• качество дистиллированной воды: дистиллированную воду готовят без использования резиновых пробок, шлангов, используют УФ-облучение, двойную дистилляцию со смесью перманганата и бихромата калия;
• чистота газа-окислителя

При отборе проб следует руководствоваться следующими правилами:

• Объем пробы - 50-100 мл. Пробы наливают доверху, используют стеклянную посуду.
• Анализ выполняют в течение суток или консервируют пробы о-фосфорной кислотой (0,1 мл на 100 мл пробы), соляной или серной кислотой до рН<2;
• Пробы хранят в холодильнике не более месяца.

Известно большое число международных стандартов по определению органического углерода в воде (ASTM D 4839, 4779, 2579,4129; ISO 8245; EPA 415.1, 415.2, 415.3; Standard Method 5310A, 5310B, 5310C, 5310D). В настоящее время подготовлен проект ГОСТа на метод определения общего и растворенного органического углерода, в котором достаточно подробно описаны все необходимые процедуры и который в ближайшее время будет утвержден ТК 343 «Качество воды».

Его называют основой жизни. Он есть во всех органических соединениях. Только он способен формировать молекулы из миллионов атомов, такие, как ДНК.

Узнали героя ? Это углерод . Число его соединений, известных науке, приближается к 10 000 000.

Столько не наберется у всех остальных, вместе взятых элементов. Не удивительно, что один из двух разделов химии изучает исключительно соединения углерода и проходится в старших классах.

Предлагаем вспомнить школьную программу, а так же, дополнить ее новыми фактами.

Что такое углерод

Во-первых, элемент углерод – составная . В ее новом стандарте, вещество располагается в 14-ой группе.

В устаревшем варианте системы, углерод стоит в главной подгруппе 4-ой группы.

Обозначение элемента – буква С. Порядковый номер вещества – 6, относится к группе неметаллов.

Органический углерод соседствует в природе с минеральным. Так, , и камень фуллерен – 6-ой элемент в чистом виде.

Различия во внешности обусловлены несколькими типами строения кристаллической решетки. От нее зависят и полярные характеристики минерального углерода.

Графит, к примеру, мягок, не зря же добавляется в пишущие карандаши, а всех остальных на Земле. Поэтому, логично рассмотреть свойства самого углерода, а не его модификаций.

Свойства углерода

Начнем со свойств, общих для всех неметаллов. Они электроотрицательны, то есть, оттягивают на себя общие электронные пары, образованные с другими элементами.

Получается, углерод может восстановить оксиды неметаллов до состояния металлов.

Однако, делает это 6-ой элемент лишь при нагреве. В обычных условиях вещество химически инертно.

На внешних электронных уровнях неметаллов больше электронов, чем у металлов.

Именно поэтому, атомы 6-го элемента стремятся достроить толику собственных орбиталей, чем отдавать свои частицы кому-то.

Металлам же, с минимумом электронов на внешних оболочках проще отдать отдаленные частицы, чем перетягивать на себя чужие.

Главная форма 6-го вещества – атом. По идее, речь должна идти о молекуле углерода . Из молекул составлено большинство неметаллов.

Однако, углерод с и – исключения, имеют атомную структуру. Именно за счет нее соединения элементов отличаются высокими температурами плавления.

Еще одно отличительное свойство многих форм углерода – . У того же она максимальна, равна 10-ти баллам по .

Раз разговор зашел о формах 6-го вещества, укажем, что кристаллическая – лишь одна из.

Атомы углерода не всегда выстраиваются в кристаллическую решетку. Встречается аморфная разновидность.

Примеры таковой: — древесный , кокс, стеклоуглерод. Это соединения, но не имеющие упорядоченной структуры.

Если же вещество соединено с другими, могут получиться и газы. Кристаллический углерод переходит в них при температуре в 3700 градусов.

В обычных условиях элемент газообразен, если это, к примеру, оксид углерода .

В народе его именуют угарным газом. Однако, реакция его образования активнее и быстрее, если, все же, поддать жару.

Газообразных соединений углерода с кислородом несколько. Есть еще, к примеру, монооксид.

Этот газ бесцветный и ядовитый, причем, при обычных условиях. Такая окись углерода имеет тройную связь в молекуле.

Но, вернемся к чистому элементу. Будучи довольно инертным в химическом плане, он, все же, может взаимодействовать не только с металлами, но и их оксидами, , и как видно из разговора про газы, с кислородом.

Реакция возможна и с водородом. Углерод вступит во взаимодействие, если «сыграет» один из факторов, или все вместе: температура, аллотропное состояние, дисперсность.

Под последней, подразумевается отношение площади поверхности частиц вещества к занимаемому ими объему.

Аллотропия – возможность нескольких форм одного и того же вещества, то есть, имеется в виду кристаллический, аморфный, или газообразный углерод .

Однако, как не совпадай факторы, с кислотами и щелочами элемент не реагирует вовсе. Игнорирует углерод и почти все галогены.

Чаще всего, 6-ое вещество связывается само с собой, образовывая те самые масштабные молекулы из сотен и миллионов атомов.

Сформированные молекулы, углерода реагируют с еще меньшим числом элементов и соединений.

Применение углерода

Применение элемента и его производных столь же обширно, как их число. Содержание углерода в жизни человека больше, чем может казаться.

Активированный уголь из аптеки – 6-е вещество. в из – он же.

Графит в карандашах – тоже углерод, нужный, так же, в ядерных реакторах и контактах электрических машин.

Метановое топливо тоже в списке. Диоксид углерода нужен для производства и может быть сухим льдом, то есть, хладагентом.

Углекислый газ служит консервантом, заполняя овощные хранилища, а еще, нужен для получения карбонатов.

Последние, используют в строительстве, к примеру, . А карбонат пригождается в мыловарении и стекольном производстве.

Формула углерода соответствует еще и коксу. Он пригождается металлургам.

Кокс служит восстановителем во время переплавки руды, извлечения из нее металлов.

Даже обычная сажа – углерод, используемый в качестве удобрения и наполнителя .

Не задумывались, почему автомобильные шины цвета? Это сажа. Она придает резине прочность.

Сажа, так же, входит в крема для обуви, краски для печати, туши для ресниц. Народное название употребляется не всегда. Промышленники зовут сажу техническим углеродом .

Масса углерода начинает использоваться в сфере нанотехнологий. Сделаны сверхмалые транзисторы, а еще трубки, которые в 6-7 раз прочнее .

Вот вам и неметалл. К наноизысканиям, кстати, подключились ученые из . Из углеродных трубок и графена они создали аэрогель.

Это и прочный материал. Звучит увесисто. Но, на самом деле, аэрогель легче воздуха.

В железо углерод добавляют, чтобы получить так называемую углеродистую сталь. Она тверже обычной.

Однако, массовая доля 6-го элемента в не должна превышать пары, тройки процентов. Иначе, свойства стали идут на спад.

Список можно продолжать бесконечно. Но, где бесконечно брать углерод? Добывают его или синтезируют? На эти вопросы ответим в отдельной главе.

Добыча углерода

Двуокись углерода , метан, отдельно углерод, можно получать химическим путем, то есть, намеренным синтезом. Однако, это не выгодно.

Газ углерод и его твердые модификации проще и дешевле добывать попутно с каменным углем.

Из земных недр этого ископаемого извлекают примерно 2 миллиарда тонн ежегодно. Хватает, чтобы обеспечить мир техническим углеродом.

Что касается , их извлекают из кимбирлитовых трубок. Это вертикальные геологические тела, сцементированные лавой осколки породы.

Именно в таких встречаются . Поэтому, ученые предполагают, что минерал формируется на глубинах в тысячи километров, там же, где и магма.

Месторождения графита, напротив, горизонтальны, располагаются у поверхности.

Поэтому, добыча минерала довольно проста и не затратна. В год из недр извлекают около 500 000 тонн графита.

Чтобы получить активированный уголь, приходится нагреть каменный уголь и обработать струей водяного пара.

Ученые даже разобрались, как воссоздать белки человеческого тела. Их основа – тоже углерод. Азот и водород – аминогруппа, к нему примыкающая.

Нужен, так же, кислород. То есть, белки построены на аминокислоте. Она не у всех на слуху, но для жизни куда важнее остальных.

Популярные серная, азотная, соляная кислоты, к примеру, организму нужны куда меньше.

Так что, углерод – то, за что стоит платить. Узнаем, на сколько велик разброс цен на разные товары из 6-го элемента.

Цена углерода

Для жизни, как несложно понять, углерод бесценен. Что же касается остальных сфер бытия, ценник зависит от наименования продукции и ее качества.

За , к примеру, платят больше, если не содержат сторонних включений.

Образцы аэрогеля, пока, стоят десятки долларов за несколько квадратных сантиметров.

Но, в будущем, производители обещают поставлять материал рулонами и просить недорого.

Технический углерод, то есть, сажа, реализуется по 5-7 рублей за кило. За тонну, соответственно, отдают около 5000-7000 рублей.

Однако, углеродный налог, вводимый в большинстве развитых стран, может обеспечить рост цен.

Углеродную промышленность считают причиной парникового эффекта. Предприятия обязывают платить за выбросы, в частности, CO 2 .

Это главный парниковый газ и, одновременно, индикатор загрязнения атмосферы. Эта информация – ложка дегтя в бочке меда.

Она позволяет понять, что у углерода, как и всего в мире, есть обратная сторона, а не только плюсы.

Благодаря содержанию углеродсодержащих органических соединений в поверхностных природных водных источниках можно с достаточной точностью определить совокупную концентрацию органики в конкретном водоеме. Показатель «общий органический углерод» (ООУ) численно равен пятидесяти процентам от всего объема веществ органического происхождения, находящихся в составе воды. В пробах, взятых из разных источников, значения ООУ колеблются в пределах 1-20 мг/л, а в образцах воды из богатых гумусовыми веществами болотистых водоемов его уровень достигает сотен миллиграмм на литр. Величина ООУ в настоящее время нормируется только в отношении бутилированной воды СанПиН 2.1.4.1116-02: 5 мг/л - категория высшая, первая - 10 миллиграмм на литр воды.

За рубежом для данной величины принято обозначение ТОС - Total Organic Carbon. Иностранные специалисты полагают, что именно численное выражение общего органического углерода служит наиболее достоверным индикатором суммарной насыщенности воды органическими соединениями. Он включен в перечень интегральных водных характеристик наравне с БПК, окисляемостью бихроматной, а также перманганатной. Содержание ООУ зачастую составляет треть от объема ХПК. Однако это характерно только для стоков бытового происхождения, а также для производственных сбросов, по составу аналогичных бытовым сточным водам.

Как показывает практика, во всех природных водных объектах Москвы и региона уровень органического углерода приблизительно соответствует 100-120% значения окисляемости перманганатной. При этом БПК 5 ниже ООУ в 4-6 раз.

Хлорсодержащие дезинфеканты, используемые в процессе обеззараживания питьевой воды, взаимодействуя с органикой природного происхождения, образуют токсичные продукты. Их концентрация зависит от насыщенности воды органическими соединениями. Показатель ООУ был включен и в один из проектов по техническому регламентированию питьевого водоснабжения и воды питьевого назначения с нормативом в 5 мг/л.

Приняты следующие показатели:

Органический углерод общий (ТОС) - содержание углерода в виде органических соединений, присутствующих в воде в растворенном виде и во взвешенном состоянии;

Органический углерод растворенный (DOC) - содержание в воде углерода, находящегося в виде органики (включая тиоцианаты и цианаты), проникающей через мембранный фильтр при фильтрации. Поры мембраны имеют 0,45-миллимикронный диаметр.

Уважаемые господа, если у Вас имеется потребность коррекции показателя «Общий органический углерод» для доведения качества воды до определённых нормативов, сделайте запрос специалистам компании Waterman . Мы разработаем для Вас оптимальную технологическую схему очистки воды.

Питание