Углерод

(С, атомный вес 12) — принадлежит к числу элементов, в значительной степени распространенных в природе. Входя в состав растительных и животных тканей (вместе с водородом, кислородом и азотом), У. играет важную роль во всех жизненных процессах организмов. В воздухе углерод находится в малом количестве, в виде окиси углерода, углекислоты, углеводородов и пр.; в воде рек морей и пр. — в виде углекислоты и углекислых соединений кальция, магния, железа и пр.; в земной коре — в виде каменного и бурого угля, антрацита, нефти, асфальта, озокерита, углекислых солей и пр. Присутствие У. в небесных телах показывает спектроскоп; кроме того, его находят в метеоритах.

Свойства. У. в кристаллическом виде известен в нескольких видоизменениях и в аморфном виде. По предложению Люци, различают следующие разновидности У.: 1) алмаз, 2) графит, 3) графитит и 4) аморфный У. Алмаз, по кристаллографической форме, принадлежит к правильной системе, бывает или бесцветен, или окрашен в различные цвета: желтый, зеленый, синий, красный и черный; наибольшее значение в технике имеют черные алмазы, назыв. карбонатами, они попадаются величиною от горошины до кусков в 1 кг; при кристаллическом строении они иногда очень пористы. Уд. вес их 3,012 — 3,416. Отличаясь большой твердостью (больше, чем у обыкновенных алмазов), они идут для приготовления алмазных инструментов, напр., для распиливания или бурения твердых горных пород; в порошке они применяются для шлифовки драгоценных камней. Стоимость алмазов сильно зависит от степени прозрачности их и цвета. Бесцветный алмаз имеет уд. в. около 3,51; по твердости он превосходит все тела, за исключением алмазного бора. Самыми твердыми считаются ост-индские алмазы и наименее твердыми — капские; в то же время алмаз хрупок и может истираться в порошок. Коэффициент расширения алмаза по Физо 0,00000118; с темп. он увеличивается. Теплоемкость алмаза значительно ниже той, которая требуется законом Дюлонга и Пти. С повышением темпер. она увеличивается и приближается к нормальной. Алмаз обладает очень высоким коэффициентом лучепреломления: для линии H он равен 2,51425; коэффициент светорассеяния у него значительно выше, чем у многих прозрачных тел. Благодаря большой твердости алмаза и связанной с ней способности воспринимать высокую степень полировки, благодаря сильному светорассеянию, малому углу для полного внутреннего отражения, алмаз имеет весьма сильный блеск и игру. Алмаз не проводит электричества; под влиянием электрических разрядов в пустоте он начинает сильно фосфоресцировать синим, зеленым и красным цветами. Действие высокой температуры на алмаз было предметом многочисленных исследований. Опыт показывает, что алмаз выдерживает сильное накаливание почти без изменения. В XVII ст. впервые Anselme Boëce высказал мнение, что алмаз может гореть; к тому же мнению пришел и Ньютон, основываясь на значительной величине коэффициента преломления алмаза. В 1694 г. флорентийские ученые Аверани и Фарджио показали, что алмаз сгорает при накаливании солнечными лучами в фокусе вогнутого зеркала. Лавуазье нашел, что при горении алмаза в кислороде образуется углекислота, как и при горении обыкновенного угля, и таким образом была установлена химическая природа алмаза. При горении алмаз оставляет золы 0,05 — 0,2%, которая состоит главн. образом из кремнезема, окиси железа, извести и магнезия. Черные алмазы дают больше золы и горят быстрее. Горение алмаза в кислороде начинается около 800°; при этом он не плавится и не чернеет; горящий алмаз в воздухе гаснет. По Бертело, на 12 г алмаза при горении выделяется 94,31 больших калорий. При накаливании без доступа воздуха алмаз изменяется только при очень высокой температуре, напр., в вольтовой дуге; алмаз при этом чернеет, уд. в. его уменьшается, и получается вещество, похожее на графит. Смесь азотной кислоты и бертолетовой соли, расплавленная селитра (Муассан), фтор при 1200° не действуют на алмаз. Расплавленный поташ или сода, хромовая смесь при 180° — 230° окисляют алмаз. С железом он соединяется около 1100°, с серой — около 1000°. Благодаря высокой стоимости алмазов, издавна ведутся попытки получать их искусственным путем из других видов У. — Депрэ указал, что при получении вольтовой дуги между пучком платиновых проволок и углем, уголь обращается в пар и садится в виде мелких кристаллов, которые иногда бывают прозрачны и по своему блеску и способности полировать рубин напоминают алмаз. Результаты его опытов оспаривались многими; по Муассану, это могли быть углеродистые кремний или бор. Обширные опыты получения алмазов искусственным путем были произведены Муассаном в 90-х годах прошлого столетия. Муассан растворял У. в расплавленном серебре, алюминии, железе, хроме, никеле и др. металлах, но при застывании металла в обыкновенных условиях У. всегда выделялся в виде графита. Накаливая уголь в вольтовой дуге, Муассан не нашел и следов плавления, хотя У. видимо испарялся, и пришел к заключению, что У. при обыкновенном давлении обращается в парообразное состояние, не плавясь (подобно мышьяку); исследование налета, образовавшегося от охлаждения паров У., показало, что он состоит из графита; в него же перешел и взятый уголь. Если сопоставить эти результаты с тем фактом, что сам алмаз при накаливании в вольтовой дуге переходит в графит, то можно придти к заключению, что графит есть наиболее стойкая разновидность У. при высоких температурах под обыкновенным давлением. После таких неудачных попыток получить алмаз Муассан пришел к убеждению, что необходимым условием для выделения У. в форме алмаза, кроме высокой температуры, должно являться давление. При сильном давлении и высокой температуре У. будет плавиться и, переходя из жидкого состояния в твердое, будет кристаллизоваться в форме алмаза. Все эти требования известным образом выполняются при быстром охлаждении расплавленного чугуна. Если охладить чугун очень быстро, вливая в воду или в расплавленный свинец, он затвердевает с поверхности, оставаясь еще жидким внутри. Жидкая масса при дальнейшем охлаждении в свою очередь затвердевает, выделяя растворенный У., но так как чугун при переходе из жидкого состояния в твердое увеличивается в объеме, а здесь такому увеличению объема мешает образовавшаяся вначале твердая кора, то выделившийся У. должен испытывать большие давления. Растворяя полученный таким образом чугун, Муассан нашел в нем алмазы до 0,5 мм величиной. Россель показал, что такие же алмазы находятся в стали, застывающей под большим давлением. По указанию Руссо, черные алмазы получаются при разложении ацетилена в вольтовой дуге. Для распознавания алмаза, кроме состава, служит его твердость, удельный вес, а также отношение к рентгеновским лучам, которых он не пропускает. О месторождениях, добыче алмазов и пр. — см. Алмаз, Бриллиант и Драгоценные камни. Другая кристаллическая разновидность У. — графит — находится на земной поверхности, в большем количестве, чем алмаз, и искусственным путем она получается легче последнего (см. Графит, Графитовые тигли). Теплота горения графита на 1 г 7901,2 б. к. (Бертело и Пти). Графит применяется для приготовления карандашей, тиглей; в гальванопластике им покрываются предметы, не проводящие электрического тока, чтобы сделать их проводниками; им пользуются как смазочным материалом, для полировки, окраски и пр. Продажный природный графит содержит большее или меньшее количество примесей (по анализам Мена — до 74,2%). Достоинство графита определяется процентным содержанием в нем У. Для определения У. графит или сжигается в струе кислорода, или окисляется хромовой кисл. При анализе графита необходимо иметь в виду следующие обстоятельства. Графит обыкновенно содержит воду, которая не выделяется даже при 150°; для удаления ее требуется слегка накалить пробу без доступа воздуха. С другой стороны, в графите часто находится колчедан и известняк; образовавшийся при горении серы сернистый газ и выделившаяся при разложении известняка углекислота могут значительно изменить результаты анализа. Для устранения этого графит промывается слабой соляной кислотой, и в трубку для сожжения кладется слой хромовокислого свинца. Трудность анализа графита зависит еще от того, что иногда частицы его при горении облекаются расплавленными шлаками, которые защищают его от доступа кислорода. Графит, как и другие разновидности У., отделяется от алмаза окислением азотной кислотой с бертолетовой солью. На существование особой разновидности графита — графитита — указано Люци, по исследованиям которого графитит бывает кристаллический в аморфный. Графитит отличается от графита по действию на них азотной кисл.: графит, смоченный крепкой азотной кисл., при нагревании вспучивается, и крупинки его принимают червеобразный вид; графитит не показывает этого явления. При окислении графита и графитита смесью азотной кислоты и бертолетовой соли получаются продукты (окиси графита и графитита), отличающиеся между собой по своему составу. Аморфный графитит отличается от аморфного У. своим высоким уд. весом, около 2,21 — 2,26, и способностью давать при окислении нелетучую окись, не растворимую в воде. Аморфный У. получается действием магния на углекислоту или ее соли, фосфора на расплавленный поташ, соду или цианистый калий, при разложении органических веществ, напр., при неполном горении их (сажа), при сухой перегонке или накаливании их без доступа воздуха и пр. Полученный тем или другим способом У. содержит большее или меньшее количество примесей и обыкновенно называется углем. Свойства угля (см. Уголь древесный и др.), вообще говоря, бывают различны, в зависимости как от материала, из которого он получен, так и от способа получения. Отличие углей от алмаза и графита составляет уд. вес, обыкновенно меньше 2, и большая склонность к химическим превращениям. О технически важных видах углей см. Антрацит, Уголь каменный, животный, древесный и Сажа. Из наиболее чистых сортов аморфного У., встречающихся в природе, можно указать на минерал шунгит, найденный в Олонецкой губ., в Повенецком у. По Иностранцеву, он в отборных образцах содержит У. 98,11%, водорода 0,43%, азота 0,43% и золы 1,09%. В Саксонии найден минерал графитоид, содержащий, по анализу Люци, 98,82 — 99,02% У. Для получения аморфного У. в чистом виде иногда берут порошок древесного угля или угля из молочного сахара и обрабатывают его соляной кислотой, едким кали и водой; затем нагревают его в струе хлора; полученный продукт содержит, однако, некоторое количество золы. Лучшие результаты получаются с сажей. Обширные опыты для получения аморфного У. были произведены Муассаном. Он прибегал к неполному горению керосина, ацетилена, разложению четырехйодистого У. различными способами, восстановлению углекислоты бором и пр. При этом избегали действия высокой температуры. Наилучшие результаты получились при детонации ацетилена. Аморфный У. в этом случае получается в виде рыхлого порошка уд. в. 1,76, легко окисляющегося и полимеризующегося; при накаливании в вольтовой дуге аморфный У. уплотняется, уд. вес его становится около 2,12 и он показывает все свойства графита. Теплота горения на 1 г 8137,4 (Бертело).

Соединения У. — У. дает соединения с водородом, кислородом, серою, азотом, галоидами и пр., причем в частицы этих соединений может входить самое разнообразное число его атомов. В соединениях своих У. является 4-атомным, так что предельный тип для частицы с одним атомом У. выражается формулой СХ₄, где Χ одноатомный элемент или группа. Благодаря способности атомов У. соединяться между собою, образуя сложную частицу в виде открытой или закрытой цепи (см. Химическое строение), получается чрезвычайно большое число разнообразных углеводородистых соединений, которые составляют предмет так наз. органической химии (см.). Так как были получены углеводородистые соединения, которые при одном и том же составе и одной и той же частичной формуле обладали различными физическими и химическими свойствами, то был выдвинут вопрос о строении частиц, о взаимном соотношении различных атомов, входящих в частицу, и пр., разработка которого чрезвычайно расширила область современной химии. У. прямо соединяется со многими телами (обыкновенно берется аморфный У.). При получении вольтовой дуги в струе водорода образуется углеводород ацетилен (см.):

2C + H₂= C₂H₂;

соединяясь в тех же самых условиях с азотом У. дает циан:

C₂+ N₂= C₂N₂.

При горении в кислороде получается окись У. СО и углекислота СО₂. Из галоидов У. прямо соединяется только с одним фтором, затем он непосредственно соединяется с серой, кремнием, бором и многими металлами: железом, хромом, марганцем, магнием, кальцием, алюминием, барием, платиной и пр. Из соединений У. здесь будут рассмотрены только окислы и углеродистые металлы, о прочих же см. Хлористый, Бромистый, Йодистый и Фтористый У., Циан, Сероуглерод, Фосген, Родановая и синильная кисл., Мочевина, Карбаминовая и Циановая кисл., Углеводороды, Спирты и пр. органические вещества.

Окись У. СО была получена впервые в 1776 г. Ласонном при накаливании угля с окисью цинка; в 1796 г. ее приготовил Пристли, накаливая смесь угля с железной окалиной; он принимал ее за углеводород. Истинная натура СО была установлена Клеманом и Дезормом. Окись У. образуется вместе с углекислотой СО₂при горении угля и органических веществ. Благоприятными условиями для ее образования является высокая температура и недостаток кислорода (для полного окисления У. в СО₂). Углекислота при 1300° или при пропускании электрических искр распадается на окись У. и кислород:

СО₂= СО + О.

Углекислота также и мн. др. способами восстанавливается до окиси У., напр., при накаливании с углем, с цинком, железом и пр., напр.:

СО₂+ С = 2CO;

также относятся и углекислые соли. СО получается при пропускании водяного пара через раскаленный уголь, причем рядом образуется водород:

C + H₂O = CO + H₂

(см. Водяной газ. Генераторный газ). Для получения окиси У. в чистом виде пользуются обыкновенно разложением щавелевой кисл. крепкой серной кислотой при легком нагревании:

C₂H₂O₄= CO + CO₂+ H₂O;

для освобождения от углекислоты газ пропускается через щелочь и затем высушивается. Для той же цели, по предложение Бутлерова, может служить разложение желтой соли серной кисл. по ур.:

К₄Fe(CN)₆+ 6Н₂SO₄+ 6Н₂O = 2К₂SO₄+ FeSO₄+ 3(NH₄)₂SO₄+ 6CO.

Берут 1 ч. желтой соли на 9 ч. крепкой серной кислоты; так как масса пенится, то реакцию ведут в объемистой колбе при легком нагревании. Полученный газ пропускается через щелочь для удаления следов углекислоты и сернистой кислоты. Окись У. представляет бесцветный газ; плотность его по отношению к воздуху 0,967 (Leduc). При охлаждении СО сгущается в бесцветную жидкость, кипящую при — 193° при обыкн. давлении. Критическая темпер. — 139,5° и критич. давление 35,5 атм. (Ольшевский). Жидкая окись У. при — 211° и уменьшенном давлении (ок. 100 мм) затвердевает в снегообразную или прозрачную массу. Теплоемкость окиси У. при постоянном давлении в промежутке 23° — 99° равна 0,2425 (Видеман). Отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме при 0° = 1,4032. Окись У. мало растворима в воде. По Бунзену, 1 объем воды при температуре t растворяет v объемов СО, где

v = 0,032874 — 0,00081632t + 0,000016421t².

Спирт при темп. 0° — 25° растворяет 0,20443 объема окиси У. Молекулярная теплота горения окиси У., по Бертело = 68,25 б. кал. Молекулярная теплота образования из аморфного У., по Бертело и Пти = 29,74 б. кал. При высокой темпер. СО отчасти разлагается, выделяя уголь и образуя углекислоту:

2СО = С + СО₂.

При действии электрических искр или тихого разряда получается твердое бурое вещество состава С₄O₃. Окись У. способна прямо соединяться с кислородом, образуя углекислоту. Смесь СО с кислородом, содержащая некоторое количество влажности, взрывается при накаливании или при пропускании электрических искр. Температура воспламенения смеси, в зависимости от процентного состава газов, лежит между 630° — 725°. При взрыве двух объемов СО и одного объема кислорода давление возрастает в 10,1 раз и температура в момент горения достигает 3334° (Бертело и Вьель). Скорость распространения взрыва в такой смеси равна 1089 м, по опытам Бертело и Вьеля. Диксон показал, что способность СО соединяться с кислородом зависит от присутствия паров воды; газы, тщательно высушенные фосфорным ангидридом, не взрывают от электрической искры; при пропускании ряда искр соединение происходит, но не идет до конца. По опытам Л. Мейера, здесь имеет значение характер искры; при сильной искре смесь рассматриваемых сухих газов взрывает, хотя не сполна, причем давление газов облегчает их соединение. Различные окислители, напр. хамелеон, хромовая кислота, дымящая азотная кислота, переводят окись У. в углекислоту. Озон и перекись водорода при обыкновенной температуре не действуют на нее, но перекись водорода в присутствии палладия и воды окисляет ее. Многие окиси при нагревании, напр. окись меди, окись железа, окись свинца и пр., восстанавливаются окисью У. до металла, напр.:

CuO + CO = Cu + CO₂.

При накаливании смеси СО с водяным паром происходит отчасти разложение воды и окисление СО в углекислоту:

СО + Н₂O = СО₂+ Н₂;

причем устанавливается известная равновесная система между H₂O, Н₂, СО и СО₂. Многие металлы при накаливании поглощают СО, напр. железо 4,15 объема, серебро 0,15 и пр.; этим можно объяснить способность окиси У. проникать через накаленное железо. Металлический калий при 80° соединяется с СО, образуя K₆C₆O₆. Никель дает Ni(CO)₄, железо Fe(CO)₅и Fe₂(CO)₇. Щелочи поглощают окись У., превращаясь в муравьинокислые соли, напр.:

КНО + СО = КНСО₂.

Окись У. на свету соединяется с хлором и дает летучую жидкость, фосген (кипит при 8°):

СО + Cl₂= COCl₂.

С бромом не происходит подобного соединения. Окись У. поглощается раствором полухлористой меди в аммиаке или в соляной кислоте (этим пользуются при анализе газов, содержащих СО; см. Газовый анализ), причем образуется соединение СО с полухлористой медыо. Из солянокислого раствора получают кристаллическое вещество состава 4Cu₂Cl₃CO.8H₂O или, может быть, Cu₂Cl₂CO2H₂O. При пропускании газа, содержащего СО, в аммиачный раствор азотнокислого серебра происходит образование серебряного зеркала или, при небольшом содержании СО, побурение раствора. Эта реакция может служить для качественного определения СО при отсутствии в смеси других газов, восстанавливающих азотнокислое серебро. Окись У. очень ядовита (см. ниже). Для качественного определения окиси У., кроме указанной реакции восстановления аммиачного раствора азотнокислого серебра, служит способность СО поглощаться гемоглобином крови, при этом кровь показывает характерный спектр поглощения. Как известно, обыкновенно кровь дает в спектре поглощения две черные линии между фрауэнгоферовыми линиями E и D. При прибавлении к крови сернистого аммония они исчезают; кровь же, поглотившая окись У., дает в спектре поглощения эти линии в присутствии сернистого аммония. Для опыта берут кровь, сильно разбавляют ее водой, прибавляют сернистого аммония и энергично взбалтывают с газом, содержащим окись У., затем кровь наливают в стеклянный сосуд с параллельными стенками и исследуют в спектроскопе. Для количественного определения окиси У., при сравнительно большом содержании ее и отсутствии других углеродистых соединений, можно сжигать ее в углекислоту и определять количество последней по обычным приемам органического анализа (см.); можно также определять ее, поглощая аммиачным или соляно-кислым раствором полухлористой меди или взрывая ее в эвдиометре (см. Газовый анализ). Самый лучший метод для определения CO в очень разбавленных газовых смесях основан на способности окиси У. окисляться йодноватой кислотой, именно:

5CO + 2HJO = 5СО₂+ J₂+ H₂О;

в результате определяется углекислота или йод. По предложению Niclaux, анализ ведется следующим образом. Исследуемый газ медленно (не более 10 куб. см в минуту) пропускается через 3 U-образные трубки; из них первая содержит кусочки едкого кали для поглощения СО₂, Н₂S и т. п. газов, вторая трубка — пемзу, смоченную серной кислотой, для высушивания газов, и третья 30 — 40 г безводной йодноватой кислоты. Эта последняя трубка нагревается в масляной бане до 150°. За йодноватой кислотой следует трубка Билля, в которую наливают 5 куб. см раствора едкого натра уд. в. 1,2 и 5 куб. см воды. Она служит для поглощения паров йода, образовавшегося из йодноватой кислоты и уносимого газом. Для опыта достаточно пропустить 1 литр газа при содержании СО не менее 1/20000; пропустив исследуемый газ, для удаления последних его следов просасывают через прибор немного атмосферного воздуха. Жидкость из трубки Билля и промывные воды выливают в узкую пробирку емкостью в 100 куб. см с пришлифованной пробкой; получают объем всей жидкости в 40 — 50 куб. см, прибавляют сюда серной кислоты до заметно кислой реакции, 5 куб. см хлороформа и несколько сантиграммов азотистокислого натрия. Поглощенный йод выделяется и окрашивает хлороформ в розовый цвет, более или менее интенсивный. Этот оттенок сравнивают с окраской хлороформа, содержащего определенное количество йода. Для этой цели в другую пробирку наливают 40 куб. см воды, 5 куб. см едкого натра, серной кислоты, 5 куб. см хлороформа, азотистого натрия и известный объем раствора йодистого калия определенной крепости, напр. 0,0001 г в 1 куб. см. Равенство оттенков раствора, полученного при анализе и синтетически составленного, указывает на одинаковое содержание в них йода. Предложенный способ годен для смеси, содержащей окиси У. до 1/50000 по объему. Водород и болотный газ не дают указанной реакции; но вообще нужно избегать присутствия органических веществ, так как они тоже могут выделять йод из йодноватой кислоты.

Углекислота СО₂. Впервые на выделение углекислоты из минеральных вод было указано Либавиусом в 1597 г. Ван-Гельмонт показал, что при действии кислот на известняки и щелочи (углекислые), при горении угля, из минеральных вод, при брожении, из Собачьей пещеры близ Неаполя выделяется газ, "gas silvestre", в котором животные дохнут и который не поддерживает горения. Гофманн нашел, что он окрашивает лакмусовую бумагу, подобно слабой кислой. Блэк указал, что этот газ отличается от воздуха способностью поглощаться щелочами и назвал его l'air fixe. Истинная природа СО₂была раскрыта Лавуазье. Углекислота очень распространена в природе; она служит нормальной составною частью воздуха (см.) и является необходимым элементом для жизни растений. Углекислота находится в речной и морской воде в свободном состоянии или в виде углекислых солей. Значительное количество ее выделяется из земли в вулканических местностях из расщелин, минеральных источников и пр. В пустотах многих минералов находят жидкую углекислоту, напр. в кварцах, топазах, сапфирах и пр.; она входит в состав многих горных пород, образующих земную кору, напр. известняка, мрамора, мела, доломита. Углекислота образуется при дыхании и горении, гниении и брожении органических веществ. Относительно физических свойств углекислоты и способов получения ее в технике см. Углекислота. В лабораториях обыкновенно готовят углекислоту, действуя соляной кисл. на мрамор, по уравн.:

CaCO₃+ 2HCl = CaCl₂+ CO₂+ H₂O.

Для этой цели применяется несколько типов приборов, которые, будучи раз снаряжены, позволяют иметь углекислоту во всякое время (см. в статье Лабораторные приборы для получения газов). Полученный газ промывают водой или раствором соды для удержания следов соляной кислоты, уносимой током газа, и затем газ высушивается. Необходимо обратить внимание на то, что многие сорта мрамора при разложении соляной кислотой дают некоторое количество сероводорода. Лучший способ получения чистой углекислоты состоит в разложении насыщенного раствора соды крепкой серной кислотой, которая предварительно насыщается углекислотой для удаления растворенного воздуха. Углекислота при накаливании разлагается отчасти на окись У. и кислород:

СО₂= СО + О.

Давление уменьшает диссоциацию. Углекислота вообще не поддерживает горения, но зажженный магний, калий, натрий горят в ней, выделяя уголь. Жидкая углекислота не растворяет серу, фосфор, стеарин, парафин; натрий и амальгама натрия на нее не действуют. Жидкая углекислота не окрашивает сухой лакмусовой бумаги. Углекислота с водой ниже 0° и при давлении 16 атм. дает кристаллический гидрат СО₂8Н₂O. Будучи кислотным ангидридом, она соединяется с основаниями, образуя соли, которые отвечают обыкновенно гидрату состава Н₂CO₃. Щелочные соли растворимы в воде, причем средние соли более растворимы, чем кислые; они имеют щелочную реакцию на лакмус. Кислые при нагревании выделяют углекислоту и воду, напр.:

2NaHCO₃= Na₂CO₃+ H₂O + CO₂.

Средние соли при накаливании не разлагаются. Углекислые соли (см.) щелочноземельных металлов в воде не растворимы; в присутствии углекислоты они несколько переходят в раствор и вновь выделяются, когда углекислота удаляется. При накаливании они более или менее легко теряют углекислоту и дают окиси; это разложение зависит от температуры и давления углекислоты, см. Диссоциация. Углекислые соли других металлов все не растворимы в воде. Они лучше всего получаются двойным разложением с углекислыми щелочами, хотя здесь иногда вследствие того, что получаемая соль непрочна, происходит разложение ее и выделяется гидрат окиси, напр.:

Al₂(SO₄)₃+ 3Na₂CO₃+ 3H₂O = 3Na₂SO₄+ 2Al(НО)₃+ 3CO₂.

При накаливании они выделяют углекислоту. Углекислые соли легко разлагаются даже слабыми кислотами с выделением углекислоты. Об определении углекислоты см. Органический и Газовый анализ.

При действии тихого разряда на чистую углекислоту или на смесь ее с кислородом происходит образование, по Бертело, ангидрида надугольной кислоты СО₃. Надугольной кислоте H₂CO₄приписывают важную роль в процессе ассимиляции У. из углекислоты хлорофиллоносными частями растений под влиянием солнечного света. По мнению А. Баха, гидрат углекислоты Н₂СО₃может распадаться в этих условиях по уравнению:

3H₂CO_З= 2H₂CO₄+ H₂O + C

а затем надугольная кислота Н₂CO₄может разлагаться на углекислоту и перекись водорода:

2H₂CO₄= 2CO₂+ 2H₂O₂= 2СО₂+ 2Н₂O + О₂.

Пропуская ток углекислоты через 1,5% раствор уксусно-кислого урана, А. Бах действительно констатировал образование перекиси под влиянием солнечного света.

Муассаном были изучены многочисленные соединения У. с металлами и металлоидами, так наз. карбиды. Для приготовления их брались чаще всего окислы, смешивались с углем и накаливались в вольтовой дуге в так назыв. электрической печке Муассана. Углеродистый кальций, стронций и барий имеют состав СаС₂, SrC₂, ВаС₂. Все это — кристаллические вещества, уд. вес которых, если идти от кальция к барию, повышается, именно: 2,22, 3,19, 3,75, а температура плавления понижается. Водой на холоду они разлагаются, образуя чистый ацетилен, напр.:

СаС₂+ Н₂O = СаОС₂H₂.

Подробности см. Углеродистый кальций; с ним схожи углеродистые стронций и барий; литий дает соединение Li₂C₂, которое с водой тоже выделяет чистый ацетилен. Церий образует СеС₂; при разложении его водой или слабой кислотой получается смесь ацетилена (до 80%) с метаном (до 21%), с некоторыми количествами этилена, также жидких и твердых углеводородов. Процентный состав продуктов разложения меняется в зависимости от условий опыта. Лантан с У. образует карбид LaC₂, с водой, как и карбид церия, он дает ацетилен, метан, следы этилена и жидких и твердых углеводородов; метана получается больше, чем при разложении СеС₂. Алюминий дает карбид Al₄С₃уд. в. 2,36; с водой он образует чистый метан. Марганец образует Μn₃C, уд. в. 6,89; при 17°, разлагаясь водой, он дает газ, состоящий из метана и водорода почти в равной пропорции. Уран с У. образует соединение Ur₂C₃, уд. в. 11,28 при 18°. При разложении водой он выделяет только 1/3 своего У. в виде газообразных продуктов, состоящих главным образом из метана (около 80%), этилена, ацетилена и водорода; остальная часть У. образует жидкие и твердые углеводороды. С бором У. образует соединение Br₆С уд. в. 2,51, вещество очень стойкое; кислоты не разлагают его. Хлор и кислород действуют на него при 1000°. Оно обладает большой твердостью и может полировать алмаз. Углеродистый титан имеет состав TiC уд. в. 4,25. Соляная кислота на него не действует, а царская водка медленно окисляет его. Кремний с У. дает карбид SiC, который называется карборундом, уд. в. 3,12. Кислоты серная, соляная, азотная на него не действуют. Благодаря своей твердости (чертит рубин) карборунд применяется в технике для полирования и шлифования (см.). О соединении железа с У. см. Закалка, Сталь, Чугун, Железо. Золото, висмут и олово не растворяют У. при высокой температуре; мед растворяет его немного. Серебро растворяет его, но выделяет при охлаждении. Карбиды играли, по-видимому, важную роль в истории земли. При образовании земли У. существовал, вероятно, в виде карбидов, которые при разложении водой дали образование углеводородам. Этим объясняют, между прочим, происхождение нефти (см.). Разница между средней плотностью земли и плотностью земной коры на поверхности указывает на существование в недрах земли тяжелых пород, вероятно, карбидов.

Атомный вес У. был установлен, главным образом, Дюма и Стасом. Берцелиус определял его косвенным путем, по анализу углекислого и щавелевокислого свинца. Дюма и Стас вывели его из исследования процентного состава углекислоты. Они брали определенную навеску У., сжигали ее в кислороде и определяли вес полученной углекислоты, поглощая ее щелочью. Для опытов брался природный графит, искусственный графит и алмаз, которые предварительно подвергались очистке; при этом принималась в расчет зола, остающаяся после сожжения. Кроме того, Стас определил образование углекислоты из окиси У. и кислорода. Для этой цели он пропускал окись У. через накаленную окись меди, предварительно взвешенную, определял вес образовавшейся углекислоты и вес израсходованного кислорода по потере в весе окиси меди. В результате оказалось, что атомный вес У., данный Берцелиусом, отличался от полученного Дюма и Стасом почти на 2%. Эти исследования и послужили поводом для Стаса произвести свои знаменитые работы над атомными весами.

С. П. Вуколов.

Окись углерода и углекислота (медико-санитарный очерк). I. Окись углерода, или угарный газ. Угар, или "угарный чад", образующийся при неполном сгорании каменного угля, дерева, торфа и т. п., представляет наиболее частую причину появления окиси У. (СО) в воздухе жилых помещений и служит причиною общеизвестных интоксикаций от "угара", столь часто наблюдаемых не только в тех странах южной Европы (Франции, Турция), где жилые помещения отапливаются раскаленными углями, но и у нас, в России, при дурной тяге печей или преждевременном закрывании дымоотводных труб вьюшками. Состав угарного газа, развивающегося при горении углей в замкнутом пространстве? по анализам Бифеля и Полека, таков:

При том выдающемся значении, которое, несомненно, имеет отравление окисью У. ("угаром") в практическом отношении, не безынтересно знать наиболее важные источники проникновения окиси У. в жилые помещения. Окись У. возникает при выплавке металлов, когда над раскаленными углями проходит ток воздуха, при всякого рода медно- и цинколитейных работах, при изготовлении древесного угля и кокса, при фабрикации светильного газа (см.), при высушивании новых построек помощью особых печей, при взрывах пороха, динамита и т. п. составов. Во всех названных случаях отравление угаром вполне возможно, причем в некоторых случаях, как, напр., при взрывах динамита и пироксилина, опасность сравнительно велика, так как газы, развивающиеся в последнем случае, содержат нередко от 30 — 40% окиси У. (Medicus). Достойно внимания, далее, что в табачном дыме содержится от 5 — 14% CO (Jopper, Krause). 1 г табака дает, при сгорании, до 80 куб. см СО, и средний курильщик продуцирует, таким образом, до 1 литра окиси У. в час. При курении трубок получается больше окиси У., нежели от курения сигар. Плохо горящие лампы также развивают СО, которая, кроме того, развивается всегда при комнатных пожарах.

Отравление окисью У. (угаром) почти всегда бывают случайными; только во Франции убийцы и самоубийцы довольно часто прибегают к этому способу лишения жизни (в тесных спальнях развивают помощью углей угар). Пагубное действие "угарного" газа на животный организм зависит, прежде всего, от содержания окиси У. в нем, лишь отчасти оно обуславливается значительным накоплением углекислоты и уменьшенным содержанием кислорода в нем. Необыкновенно ядовитое действие окиси У. на животный организм объясняется тем, что окись У. химически соединяется с красящим веществом крови — гемоглобином, обнаруживая к последнему большее сродство, нежели кислород, вследствие чего последний вытесняется и кровь лишена возможности служить (в виде оксигемоглобина) переносителем необходимейшего питательного материала (кислорода) для тканей, каковые при таких условиях неминуемо должны погибнуть. [Окись У. действует необыкновенно пагубно на центральную нервную систему и на сосудодвигательный аппарат.] Смотря по количеству вдыхаемого "угарного газа" и большей или меньшей продолжительности пребывания во вредной среде, говорят об остром или о хроническом отравлении. Причиною острого отравления чаще всего бывает "угар" вследствие преждевременного закрывания печей.

Симптомы, наблюдаемые при этом, далеко не одинаковы во всех случаях, и следует заметить, что начальные стадии отравления СО не характеризуются никакими специфическими признаками. Вследствие этого даже врачи нередко не подозревают о той опасности, которой они подвержены, находясь в помещениях, содержащих большее или меньшее количество окиси У. После вдыхания известного количества воздуха, содержащего СО, прежде всего, ощущается сильная тяжесть в голове, быстро переходящая в головокружение, при большой общей слабости. Если в этой стадии отравления покидают опасное помещение, то полное выздоровление наступает очень быстро (через 1 — 2 часа), причем, однако, головная боль и особое ощущение (невозможности дышать) остаются в течение нескольких дней. Но если же интоксикация продолжается, то наблюдаем усиление описанных симптомов, сильное головокружение, необыкновенную бледность лица, потерю сознания, обморок, которому нередко предшествует рвота. Дыхание становится неправильным, зрачки расширены и не реагируют, пульс учащен, но очень слаб. При благоприятных условиях и в этой стадии может наступить выздоровление, хотя сильные головные боли, необыкновенная слабость и затрудненное дыхание тогда остаются на несколько дней и даже недель. В иных случаях отравление начинается психическим расстройством (сильное возбуждение), и тогда потеря сознания и обморочное состояние наступают чрезвычайно быстро. Замечательно, что лица, отравившиеся во время сна угаром, после пробуждения обыкновенно ничего не помнят; лишь в исключительных случаях они рассказывают, что испытывали чувство большой тяжести, невозможности дышать или страшную боязнь от задушения. Иногда они просыпаются от позыва к рвоте и инстинктивно покидают вредное помещение. Находившиеся долго в атмосфере угарного газа впадают в бессознательное состояние, но совсем спокойны: дыхание и сердцебиение замедлены; лицо то совсем бледно, то покрыто светло-красными пятнами. В таких случаях смерть иногда наступает только по прошествии нескольких дней, хотя, с другой стороны, в литературе известны случаи выздоровления после того, как отравленные пролежали в бессознательном состоянии целую неделю (Kunkel). Необходимо знать, что в начале отравления, а равно и при пробуждении отравленных, нередко замечаются сильные клонические судороги; в таких случаях температура тела — вопреки обычному понижению — остается нормальной. В смертельных случаях почти всегда наблюдается непроизвольное отхождение кала, мочи и семени (последнее обстоятельство, как известно, имеет место также у повешенных). Если рвота наступает во время обморочного состояния, то несчастные нередко погибают от аспирационной пневмонии (вследствие попадания инородных тел — пыли, частей пищи — или слюны в легкие). Выздоравливающие от угара нередко в течение многих дней и даже недель страдают расстройством речи. Кроме воспаления легких, нередко наблюдаемого у таких выздоравливающих, иногда у этих несчастных появляются в разных местах тела омертвения (гангрена), нередко ведущие к смерти; а всякого рода нервные заболевания должно считать обычными спутниками отравления окисью У.

Предсказание. В общем, острое отравление угаром дает довольно неблагоприятный исход. Так, в Берлине, из 155 случаев отравления угаром, имевших место в 1876—78 гг., 118, или 76,1%, имели смертельный исход. Диагноз иногда может представлять известные затруднения, и смешение с отравлениями алкоголем или морфием возможно. Спектроскопическое исследование крови дает убедительные данные.

Лечение заключается в том, что отравленному, прежде всего, обеспечивают возможность дышать свежим воздухом (можно также чистым кислородом). Для этой цели его или переносят в комнату с чистым воздухом, или же открывают форточки, окна и двери того помещения, в котором он находится. При низкой температуре тела нагревают комнату или — что еще лучше — переносят отравленного в теплую постель, покрывают его одеялами, теплыми бутылками и т. п. В легких случаях, когда больной еще дышит, этого бывает достаточно; но в более трудных случаях прибегают к приемам искусственного дыхания и обливания головы холодной водой, фарадизации nervi phrenici, осторожному нюханью нашатырного спирта. Тогда уместны далее: горчичники, трение и растирание щеткой подошв, обрызгивание лица и груди холодною водою. В таких случаях также целесообразно вытягивание языка по методу Лаберда: захватывают кончик языка чистым платком и вытягивают его раз 12 в минуту. Когда появилась способность глотать, немедленно дают черный кофе. Некоторые врачи очень хвалят кровопускание (не менее 300 куб. см) с последующим подкожным впрыскиванием одного литра физиологического раствора. Если после всего этого не наступает улучшения, то больного переносят в теплую ванну и обливают его холодной водой. У анемичных кровопускание, разумеется, противопоказано. Иногда при отравлении угаром замечается отек дыхательного горла, и в таких случаях трахеотомия является неизбежной. — Болезни, сопровождающие отравления угаром, надо пользовать по общим правилам лечащей медицины.

Хроническое отравление окисью У., в сущности, значительно чаще, чем обыкновенно думают. Оно возникает при продолжительном поступлении в организм сравнительно малых количеств этого донельзя вредного газа. Очень часто освещение плохо очищенным светильным газом ведет к хроническому отравлению окисью У.; то же самое имеет место в тех случаях, когда плохо вентилируемые комнаты отапливаются нецелесообразно устроенными или поврежденными печами. Далее, необходимо иметь в виду, что пыль на железных печах, при сильном нагревании последних, является источником образования окиси У., каковая может возникать и при водяном отоплении, если циркулирующая в трубах вода нагревается сильно и трубы покрыты пылью. От названных причин нередко целые семейства страдают упорными головными болями. Столяры и переплетчики очень часто страдают хроническим отравлением окисью У., ибо они, как известно, вынуждены поддерживать клей в жидком состоянии в течение всего рабочего дня над жаровнями, каковые и являются источником отравления. Почти все гладильщицы — так же, ибо очень часто пользуются нецелесообразно устроенными утюгами, развивающими окись У. Повара, истопники и лица, вынужденные оставаться долгое время в переполненных помещениях с плохим устройством топок, также подвергаются этой интоксикации. Чаще всего и сильнее всего страдают рабочие на медно- и цинколитейных, а равно и газовых заводах и тех фабриках, где при производстве образуется окись У. Мюссо, Гирт и Корен наблюдали у лиц, подвергавшихся такой интоксикации, всякие расстройства пищеварения, чувство душевной подавленности, иногда доходившее до тупости, необыкновенную бледность кожи при чрезмерной общей слабости, каковая нередко переходила в столь губительную анемию или даже в прогрессивный паралич. Сравнительно часто наблюдается желтуха.

Предсказание при хроническом отравлении окисью У., по Жакшу, почти всегда неблагоприятное, ибо половина всех серьезных случаев оканчивается смертью. Диагноз не всегда легок. Особенное внимание следует обращать на легкие головные боли, постоянно появляющиеся после просыпания, ибо они нередко являются первыми симптомами интоксикации.

Лечение хронического отравления окисью У. должно заключаться в поднятии общего состояния здоровья путем целесообразного питания и улучшения гигиенических условий. Но единственная верная мера заключается в профилактических мероприятиях, направленных к возможно полному устранению окиси У. из жилищ и таких помещений, в которых приходится работать людям. Нужно стремиться к тому, чтобы образовавшаяся при том или ином производстве окись У. выходила бы наружу в закрытых трубах. Устройство различных систем отопления должно совершаться надлежащим образом. Рабочие на фабриках, в которых возникает окись У., должны быть осведомлены относительно опасности от этого газа: примеси его в 0,05% уже достаточно для того, чтобы обуславливать ясно выраженное действие на животный организм, а содержание 0,1% вызывает отравление. Смерть у взрослого человека наступает после вдыхания такого количества воздуха, в котором содержалось 0,8 г (около 750 куб. см). Для определения присутствия и количества окиси углерода в воздухе, пользуясь свойством крови связывать окись У., испытуемый воздух (помощью мехов) набирают в большую бутыль, куда налито немного свежей крови, каковую, после многократного взбалтывания, исследуют спектроскопически до и после прибавления сернистого аммония.

Количественное определение достигается сжиганием определенного объема исследуемого воздуха с окисью меди или в струе кислорода, причем определяют количество образовавшейся углекислоты. При отсутствии сероводорода, аммиака, водорода и углеводородов в исследуемом воздухе, для количественного определения окиси У. можно пользоваться хлористым палладием.

Ср. "Die Vergiftungen" v. Jacksch; Kunkel, "Handbuch der Toxicologie"; Robert, "Intoxicationen"; Lewin, "Toxicologie"; Eulenburg, "Die Lehre von den schädlichen und giftigen Gasen"; Friedberg, "Die Vergiftunng durch Kohlendunst"; Fodor, "Vierteljahrsschrift für öffentl. Gesundheitspflege" (1880); Lesser, "Virchov's Archiv" (1883); У. Koberta — подробная литература. Клепцов, "К вопросу о методах количественного и качественного определения окиси углерода в воздухе жилых помещений" (диссерт. под руководст. проф. Ф. Ф. Эрисмана, Москва, 1886).

II. а) Фармакология углекислоты. Для терапевтических целей углекислота применяется в виде газа, насыщенных ею вод и молока. Снаружи, в виде газа, углекислота применяется для местных газовых ванн или душей как местное анестезирующее, дезинфицирующее и раздражающее средство. Болеутоляющее действие углекислоты держится от 1/2 до 1 часа и, судя по указаниям Диоскорида и Плиния, было известно уже в глубокой древности. Для этой цели древние врачи наносили "мемфисский камень" (по всей вероятности, порошок мрамора) на участки кожи, которые хотели обезболить, и обливали таковые уксусом. Но такое применение углекислоты возможно только в специальных лечебницах и клиниках и противопоказано при чрезмерной раздражительности дыхательного центра, а равно и в первой половине беременности (возможность выкидыша). Вдыхания (ингаляции) разведенного углекислого газа были предложены при туберкулезе, но не получили широкого применения. Болезни желудка нервного происхождения иногда лечат углекислотой, как и пользуются противорвотными свойствами при рвоте беременных и пьяниц. Но в этих случаях исключительно назначают углекислые источники; точно так же при лечении болезней сердца не пользуются ваннами углекислого газа, а прибегают к минеральным источникам, богатым углекислотой (Nauheim, Нарзан и др.). С диагностической целью (для определения границ желудка) применяют шипучий порошок (Pulvis aeropherus) — смесь 36 ч. виннокаменной кислоты и 40 ч. двууглекислого натрия, каковой иногда применяется и для клистиров при непроходимости кишок.

б) Токсикология углекислоты. Отравления углекислотой бывают двоякого рода: эндогенные и экзогенные. Первые имеют место во всех тех случаях, когда выделение углекислоты, постоянно продуцируемой организмом, более или менее затруднено. Такие условия даны при заболеваниях легких, сердца и во всех тех патологических состояниях организма, когда нормальный газообмен нарушен. При таких условиях кровь пресыщена углекислотой, принимает темно-синеватый цвет (цианоз) и не может служить надлежащим питательным субстратом. Дыхание становится все более и более затрудненным, и смерть наконец наступает от паралича сердца. Эндогенные отравления углекислотой очень часты. В таких случаях в органах находят паренхиматозную и жировую дегенерацию. Экзогенные отравления углекислотой значительно реже возникают тогда, когда человеку приходится пребывать более или менее продолжительное время в атмосфере, пресыщенной углекислотой. Такие условия в изобилии даны в тех местностях, где углекислота, в силу геологических условий, постоянно вытекает в больших количествах из земли. Классическими местами, кроме вулканических местностей (мофетты), служат "Собачья пещера" Püzzol близ Неаполя, "ядовитая долина" на Яве и др. Но, имея повсеместное распространение, приходится сказать, что условия для интоксикации этим газом, в сущности, даны почти везде. В особенности опасными являются погреба, в которых бродят спиртные напитки, далее выгребные ямы, каналы, шахты и т. д. В этих местах нередко накопляются такие количества углекислоты, что смерть человека, входящего туда, наступает моментально. От злоупотребления спиртными напитками, насыщенными углекислотой (искусственные минеральные воды, шампанское), лишь в исключительных случаях может наступить опасность задушения вследствие быстрого перехода больших количеств углекислоты в кровь и переполнения легких. Всасывание углекислоты совершается со слизистых оболочек, через легкие и даже через кожу; при этом углекислые соли крови временно переходят в двууглекислые соединения. Выделяется У. через легкие, почки, кишечник и кожу. Действие углекислоты бывает местным (на места соприкосновения) и отдаленным (на головной и спинной мозг). В первом случае на коже ощущают зуд, легкое чувство жжения и тепла до полной анестезии; на слизистых оболочках рта и глотки, кроме того, ощущается кисловатый вкус, в желудке — приятное чувство тепла; всасывание жидкостей усиливается. В головном и спинном мозге за возбуждением следует паралич. При отравлении углекислотой дыхание становится все медленнее и глубже, кровяное давление сначала повышается, пульс замедляется. Вслед за непродолжительным периодом возбуждения сознание совсем утрачивается. В этой стадии нередко бывают тетанические конвульсии. Все эти симптомы наблюдаются, однако, только тогда, когда содержание углекислоты в воздухе превышает 5%; а примесь, напр., 1% углекислоты к воздуху при нормальном содержании кислорода еще не вредна [Но, с санитарной точки зрения, безусловно необходимо требовать, чтобы содержание углекислоты в помещениях, который предназначены для продолжительного пребывания людей, не было выше 0,9 — 1,0 pro mille.]. Вообще очень часто смешивают смерть от недостатка кислорода (асфиксию) с отравлением углекислотой. Опытами проф. Эммериха над людьми доказано, что даже при содержании 8,5% углекислоты в воздухе некоторые лица могли находиться в таком помещении до 25 мин., и после оставления опасного места быстро исчезали все неприятные симптомы. Здесь уместно будет заметить, что стеариновая свеча гаснет в атмосфере, содержащей 8,5% углекислоты. Вдыхание чистой углекислоты вызывает немедленное закрытие голосовой щели и моментальную смерть. Итак, углекислота несомненно действует как сильный яд на животный организм, но чистых отравлений этим газом, в сущности, сравнительно мало, и то, что в обыденной жизни принято называть отравлением углекислотой, очень часто представляет асфиксию, т. е. смерть от недостатка кислорода. Лечение отравленных углекислотой заключается в немедленном удалении из вредной среды и применении мер, указанных при отравлении окисью У. Сюда относятся: вдыхания кислорода, искусственное дыхание и, в случае надобности, трахеотомия. При угрожающем коллапсе — раздражение кожи, кофе, спиртные напитки, камфора, эфир.

в) Санитарное значение углекислоты. Несмотря на громадные количества углекислоты, постоянно поступающие в воздух вследствие дыхания животных и растений благодаря разложениям, совершающимся в почве, вследствие процессов горения при освещении, отоплении и т. д., содержание этого газа в атмосферном воздухе колеблется, в среднем, лишь около 0,03%, потому что благодаря ветрам происходит постоянное механическое смешение выделяющейся углекислоты с необъятным количеством атмосферного воздуха. Такое "нормальное" содержание углекислоты не оказывает никакого вредного влияния на здоровье; мало того, опыт показал, что даже при содержании 1% углекислоты в воздухе можно довольно продолжительное время работать без видимого вреда для здоровья (работы при постройке С.-Готардского тоннеля — Rubner). При избытке кислорода, животные погибают лишь при содержании углекислоты в 35 — 40%, в обыкновенном воздухе смерть наступает уже при содержании 12 — 16% углекислоты. В воздухе, содержащем 15 — 30% углекислоты, человек внезапно теряет сознание, и смерть наступает почти моментально. Взрослый человек, при средней работе и достаточном питании, выделяет от 100 — 1000 г воздуха, содержащего от 4 — 4,5% углекислоты. Суточная продукция углекислоты, таким образом, равняется 35 — 45 граммам этого газа. В замкнутых долинах, шахтах, погребах и т. д. скопляются иногда сравнительно большие количества углекислоты и пребывание в таких местах, несомненно, опасно для человека. То же самое имеет место при фабрикации жидкой углекислоты, искусственного льда (помощью жидкой углекислоты), минеральных вод и т. д. Вследствие этого необходимо требовать, чтобы за всеми названными и другими заведениями, в которых, в силу особенностей производства, воздух содержит бóльшие или мéньшие количества углекислоты, был установлен надлежащий санитарный контроль. Но и в обыкновенных жилых помещениях, не говоря о театрах, собраниях и т. п., при скоплении большого числа людей в них и недостаточной вентиляции, а равно и нерациональном освещении могут образоваться такие количества углекислоты, которые, с санитарной точки зрения, недопустимы (см. Отопление, Освещение, Вентиляция). В средневековых тюрьмах нередко люди погибали сотнями вследствие недостатка кислорода и избытка углекислоты, выдыхаемой самими заключенными. И так как содержание углекислоты в воздухе жилых помещений до известной степени возрастает в одинаковой мере с другими, пока еще неизвестными в точности, "вредными" составными частями выдыхаемого воздуха, то, по почину известного гигиениста Pettenkofer'a, мерилом для определения "испорченности" воздуха считают содержание углекислоты в нем. Выдающийся интерес этот вопрос представляет в том случае, когда речь идет о школах, казармах, тюрьмах, словом, о помещениях, в которых долгое время находятся люди. Определение углекислоты в воздухе производится по общеизвестному способу Петтенкофера (определенный объем исследуемого воздуха взбалтывают с определенным же объемом "баритовой воды", крепость которой определяется до и после опыта при помощи раствора щавелевой кислоты. Существует очень много видоизменений этого способа, а равно и всякие "упрощенные" способы определения углекислоты.).

Литература. Руководства Binz'a и Schmiedeberg'a по фармакологии, Kunkel'я, v. Jaksch'a и Lewin'a по токсикологии. Robert, "Intoxicationen"; Rubner, "Lehrbuch der Hygiene"; Эрисман, "Курс гигиены"; Weyl's, "Handbuch der Hygiene"; Lehmann, "Die Methoden der praktischen Hygiene".

Магнус Блауберг.

(латинское Carboneum)

С, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 6, атомная масса 12,011. Известны два стабильных изотопа: ¹²C (98,892%) и ¹³C (1,108%). Из радиоактивных изотопов наиболее важен ¹⁴C с периодом полураспада (Т = 5,6․10³ лет). Небольшие количества ¹⁴C (около 2․10^-10% по массе) постоянно образуются в верхних слоях атмосферы при действии нейтронов космического излучения на изотоп азота ¹⁴N. По удельной активности изотопа ¹⁴C в остатках биогенного происхождения определяют их возраст. ¹⁴C широко используется в качестве изотопного индикатора (См. Изотопные индикаторы).

Историческая справка. У. известен с глубокой древности. Древесный уголь служил для восстановления металлов из руд, алмаз — как драгоценный камень. Значительно позднее стали применять графит для изготовления тиглей и карандашей.

В 1778 К. Шееле, нагревая графит с селитрой, обнаружил, что при этом, как и при нагревании угля с селитрой, выделяется углекислый газ. Химический состав алмаза был установлен в результате опытов А. Лавуазье (1772) по изучению горения алмаза на воздухе и исследований С. Теннанта (1797), доказавшего, что одинаковые количества алмаза и угля дают при окислении равные количества углекислого газа. У. был признан химическим элементом в 1789 Лавуазье. Латинское название carboneum У. получил от carbo — уголь.

Распространение в природе. Среднее содержание У. в земной коре 2,3․10^-2% по массе (1․10^-2 в ультраосновных, 1․10^-2 — в основных, 2․10^-2 — в средних, 3․10^-2 — в кислых горных породах). У. накапливается в верхней части земной коры (биосфере): в живом веществе 18% У., древесине 50%, каменном угле 80%, нефти 85%, антраците 96%. Значительная часть У. литосферы сосредоточена в известняках и доломитах.

Число собственных минералов У. — 112; исключительно велико число органических соединений У. — углеводородов и их производных.

С накоплением У. в земной коре связано накопление и многих др. элементов, сорбируемых органическим веществом и осаждающихся в виде нерастворимых карбонатов, и т.д. Большую геохимическую роль в земной коре играют CO₂ и угольная кислота. Огромное количество CO₂ выделяется при вулканизме — в истории Земли это был основной источник У. для биосферы.

По сравнению со средним содержанием в земной коре человечество в исключительно больших количествах извлекает У. из недр (уголь, нефть, природный газ), так как эти ископаемые — основной источник энергии.

Огромное геохимическое значение имеет круговорот У. (см. ниже раздел Углерод в организме и ст. Круговорот веществ).

У. широко распространён также в космосе; на Солнце он занимает 4-е место после водорода, гелия и кислорода.

Физико и химические свойства. Известны четыре кристаллические модификации У.: графит, алмаз, карбин и лонсдейлит. Графит — серо-чёрная, непрозрачная, жирная на ощупь, чешуйчатая, очень мягкая масса с металлическим блеском. Построен из кристаллов гексагональной структуры: а=2,462Å, c=6,701Å. При комнатной температуре и нормальном давлении (0,1 Мн/м², или 1 кгс/см²)графит термодинамически стабилен. Алмаз — очень твёрдое, кристаллическое вещество. Кристаллы имеют кубическую гранецентрированную решётку: а = 3,560 Å. При комнатной температуре и нормальном давлении алмаз метастабилен (подробно о структуре и свойствах алмаза и графита см. в соответствующих статьях). Заметное превращение алмаза в графит наблюдается при температурах выше 1400 °С в вакууме или в инертной атмосфере. При атмосферном давлении и температуре около 3700 °С графит возгоняется. Жидкий У. может быть получен при давлениях выше 10,5 Мн/м²(105 кгс/см²) и температурах выше 3700 °С. Для твёрдого У. (Кокс, Сажа, Древесный уголь) характерно также состояние с неупорядоченной структурой — так называемый «аморфный» У., который не представляет собой самостоятельной модификации; в основе его строения лежит структура мелкокристаллического графита. Нагревание некоторых разновидностей «аморфного» У. выше 1500—1600 °С без доступа воздуха вызывает их превращение в графит. Физические свойства «аморфного» У. очень сильно зависят от дисперсности частиц и наличия примесей. Плотность, теплоёмкость, теплопроводность и электропроводность «аморфного» У. всегда выше, чем графита. Карбин получен искусственно. Он представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1,9—2 г/см³). Построен из длинных цепочек атомов С, уложенных параллельно друг другу. Лонсдейлит найден в метеоритах и получен искусственно; его структура и свойства окончательно не установлены.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома У. 2s²2p². Для У. характерно образование четырёх ковалентных связей, обусловленное возбуждением внешней электронной оболочки до состояния 2sp³. Поэтому У. способен в равной степени как притягивать, так и отдавать электроны. Химическая связь может осуществляться за счёт sp³-, sp²-и sp-гибридных орбиталей, которым соответствуют координационные числа 4, 3 и 2. Число валентных электронов У. и число валентных орбиталей одинаково; это одна из причин устойчивости связи между атомами У.

Уникальная способность атомов У. соединяться между собой с образованием прочных и длинных цепей и циклов привела к возникновению громадного числа разнообразных соединений У., изучаемых органической химией (См. Органическая химия).

В соединениях У. проявляет степени окисления —4; +2; +4. Атомный радиус 0,77Å, ковалентные радиусы 0,77Å, 0,67Å, 0,60Å соответственно в одинарной, двойной и тройной связях; ионный радиус C^4- 2,60Å, C⁴⁺ 0,20Å. При обычных условиях У. химически инертен, при высоких температурах он соединяется со многими элементами, проявляя сильные восстановительные свойства. Химическая активность убывает в ряду: «аморфный» У., графит, алмаз; взаимодействие с кислородом воздуха (горение) происходит соответственно при температурах выше 300—500 °С, 600—700 °С и 850—1000 °С с образованием двуокиси углерода CO₂ и окиси углерода CO.

CO₂ растворяется в воде с образованием угольной кислоты (См. Угольная кислота). В 1906 О. Дильсполучил недоокись У. C₃O₂. Все формы У. устойчивы к щелочам и кислотам и медленно окисляются только очень сильными окислителями (хромовая смесь, смесь концентрированных HNO₃ и KClO₃ и др.). «Аморфный» У. реагирует с фтором при комнатной температуре, графит и алмаз — при нагревании. Непосредственное соединение У. с хлором происходит в электрической дуге; с бромом и иодом У. не реагирует, поэтому многочисленные Углерода галогениды синтезируют косвенным путём. Из оксигалогенидов общей формулы COX₂ (где Х — галоген) наиболее известна хлорокись COCl₂ (Фосген). Водород с алмазом не взаимодействует; с графитом и «аморфным» У. реагирует при высоких температурах в присутствии катализаторов (Ni, Pt): при 600—1000 °С образуется в основном метан CH₄, при 1500— 2000 °С — ацетилен C₂H₂, в продуктах могут присутствовать также др. углеводороды, например этан C₂H₆, бензол C₆H₆. Взаимодействие серы с «аморфным» У. и графитом начинается при 700—800 °С, с алмазом при 900—1000 °С; во всех случаях образуется сероуглерод CS₂. Др. соединения У., содержащие серу (тиоокись CS, тионедоокись C₃S₂, сероокись COS и тиофосген CSCl₂), получают косвенным путём. При взаимодействии CS₂ с сульфидами металлов образуются тиокарбонаты — соли слабой тиоугольной кислоты. Взаимодействие У. с азотом с получением циана (CN)₂ происходит при пропускании электрического разряда между угольными электродами в атмосфере азота. Среди азотсодержащих соединений У. важное практическое значение имеют цианистый водород HCN (см. Синильная кислота) и его многочисленные производные: цианиды, гало-генцианы, нитрилы и др. При температурах выше 1000 °С У. взаимодействует со многими металлами, давая Карбиды. Все формы У. при нагревании восстанавливают окислы металлов с образованием свободных металлов (Zn, Cd, Cu, Pb и др.) или карбидов (CaC₂, Mo₂C, WO, TaC и др.). У. реагирует при температурах выше 600— 800 °С с водяным паром и углекислым газом (см. Газификация топлив). Отличительной особенностью графита является способность при умеренном нагревании до 300—400 °С взаимодействовать со щелочными металлами и галогенидами с образованием соединений включения (См. Соединения включения) типа C₈Me, C₂₄Me, C₈X (где Х — галоген, Me — металл). Известны соединения включения графита с HNO₃, H₂SO₄, FeCl₃ и др. (например, бисульфат графита C₂₄SO₄H₂). Все формы У. нерастворимы в обычных неорганических и органических растворителях, но растворяются в некоторых расплавленных металлах (например, Fe, Ni, Co).

Народнохозяйственное значение У. определяется тем, что свыше 90% всех первичных источников потребляемой в мире энергии приходится на органическое Топливо, главенствующая роль которого сохранится и на ближайшие десятилетия, несмотря на интенсивное развитие ядерной энергетики. Только около 10% добываемого топлива используется в качестве сырья для основного органического синтеза (См. Основной органический синтез) и нефтехимического синтеза (См. Нефтехимический синтез), для получения пластических масс (См. Пластические массы) и др.

О получении и применении У. и его соединений см. также Алмаз, Графит, Кокс, Сажа, Углеродистые огнеупоры, Углерода двуокись, Углерода окись, Карбонаты.

Б. А. Поповкин.

У. в организме. У. — важнейший биогенный элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного числа органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (Биополимеры, а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества — витамины, гормоны, медиаторы и др.). Значительная часть необходимой организмам энергии образуется в клетках за счёт окисления У. Возникновение жизни на Земле рассматривается в современной науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений (см. Происхождение жизни).

Уникальная роль У. в живой природе обусловлена его свойствами, которыми в совокупности не обладает ни один др. элемент периодической системы. Между атомами У., а также между У. и др. элементами образуются прочные химические связи, которые, однако, могут быть разорваны в сравнительно мягких физиологических условиях (эти связи могут быть одинарными, двойными и тройными). Способность У. образовывать 4 равнозначные валентные связи с др. атомами У. создаёт возможность для построения углеродных скелетов различных типов — линейных, разветвленных, циклических. Показательно, что всего три элемента — С, О и Н — составляют 98% общей массы живых организмов. Этим достигается определённая экономичность в живой природе: при практически безграничном структурном разнообразии углеродистых соединений небольшое число типов химических связей позволяет намного сократить количество ферментов, необходимых для расщепления и синтеза органических веществ. Особенности строения атома У. лежат в основе различных видов изомерии (См. Изомерия) органических соединений (способность к оптической изомерии оказалась решающей в биохимической эволюции аминокислот, углеводов и некоторых алкалоидов).

Согласно общепринятой гипотезе А. И. Опарина, первые органические соединения на Земле имели абиогенное происхождение. Источниками У. служили метан (CH₄) и цианистый водород (HCN), содержавшиеся в первичной атмосфере Земли. С возникновением жизни единственным источником неорганического У., за счёт которого образуется всё органическое вещество биосферы, является Углерода двуокись(CO₂), находящаяся в атмосфере, а также растворённая в природных водах в виде HCO^-₃. Наиболее мощный механизм усвоения (ассимиляции) У. (в форме CO₂) — Фотосинтез— осуществляется повсеместно зелёными растениями (ежегодно ассимилируется около 100 млрд. т CO₂). На Земле существует и эволюционно более древний способ усвоения CO₂ путём Хемосинтеза; в этом случае микроорганизмы-хемосинтетики используют не лучистую энергию Солнца, а энергию окисления неорганических соединений. Большинство животных потребляют У. с пищей в виде уже готовых органических соединений. В зависимости от способа усвоения органических соединений принято различать Автотрофные организмы и Гетеротрофные организмы. Применение для биосинтеза белка и др. питательных веществ микроорганизмов, использующих в качестве единственного источника У. Углеводороды нефти,— одна из важных современных научно-технических проблем.

Содержание У. в живых организмах в расчёте на сухое вещество составляет: 34,5—40% у водных растений и животных, 45,4—46,5% у наземных растений и животных и 54% у бактерий. В процессе жизнедеятельности организмов, в основном за счёт тканевого дыхания (См. Тканевое дыхание), происходит окислительный распад органических соединений с выделением во внешнюю среду CO₂. У. выделяется также в составе более сложных конечных продуктов обмена веществ. После гибели животных и растений часть У. вновь превращается в CO₂ в результате осуществляемых микроорганизмами процессов гниения. Таким образом происходит круговорот У. в природе (см. Круговорот веществ). Значительная часть У. минерализуется и образует залежи ископаемого У.: каменные угли, нефть, известняки и др. Помимо основные функции — источника У.— CO₂, растворённая в природных водах и в биологических жидкостях, участвует в поддержании оптимальной для жизненных процессов кислотности среды. В составе CaCO₃ У. образует наружный скелет многих беспозвоночных (например, раковины моллюсков), а также содержится в кораллах, яичной скорлупе птиц и др. Такие соединения У., как HCN, CO, CCl₄, преобладавшие в первичной атмосфере Земли в добиологический период, в дальнейшем, в процессе биологической эволюции, превратились в сильные Антиметаболиты обмена веществ.

Помимо стабильных изотопов У., в природе распространён радиоактивный ¹⁴C (в организме человека его содержится около 0,1 мккюри). С использованием изотопов У. в биологических и медицинских исследованиях связаны многие крупные достижения в изучении обмена веществ и круговорота У. в природе (см. Изотопные индикаторы). Так, с помощью радиоуглеродной метки была доказана возможность фиксации H₁₄CO^-₃ растениями и тканями животных, установлена последовательность реакций фотосинтеза, изучен обмен аминокислот, прослежены пути биосинтеза многих биологически активных соединений и т.д. Применение ¹⁴C способствовало успехам молекулярной биологии в изучении механизмов биосинтеза белка и передачи наследственной информации. Определение удельной активности ¹⁴C в углеродсодержащих органических остатках позволяет судить об их возрасте, что используется в палеонтологии и археологии.

Н. Н. Чернов.

Лит.: Шафрановский И. И., Алмазы, М. — Л., 1964; Уббелоде А. Р., Льюис Ф. А., Графит и его кристаллические соединения, пер. с англ., М., 1965; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1972; Перельман А. И., Геохимия элементов в зоне гипергенеза, М., 1972; Некрасов Б. В., Основы общей химии, 3 изд., М., 1973; Ахметов Н. С., Неорганическая химия, 2 изд., М., 1975; Вернадский В. И., Очерки геохимии, 6 изд., М., 1954; Рогинский С. З., Шноль С. Э., Изотопы в биохимии, М., 1963; Горизонты биохимии, пер. с англ., М., 1964; Проблемы эволюционной и технической биохимии, М., 1964; Кальвин М., Химическая эволюция, пер. с англ., М., 1971; Лёви А., Сикевиц Ф., Структура и функции клетки, пер. с англ., 1971, гл. 7; Биосфера, пер. с англ., М., 1972.

1. углеро́д;
2. углеро́ды;
3. углеро́да;
4. углеро́дов;
5. углеро́ду;
6. углеро́дам;
7. углеро́д;
8. углеро́ды;
9. углеро́дом;
10. углеро́дами;
11. углеро́де;
12. углеро́дах.

и пр. см. уголь.

УГЛЕРО́Д, -а, муж. Химический элемент, важнейшая составная часть всех органических веществ.

| прил. углеродный, -ая, -ое.

-а, м.

Химический элемент, важнейшая составная часть всех органических веществ в природе.

УГЛЕРО́Д, углерода, муж. (хим.). Химический элемент, являющийся важнейшей составной частью всех органических веществ в природе.

м.

Химический элемент, важнейшая составная часть всех органических веществ в природе.

УГЛЕРОД (лат. Carboneum) - С, химический. элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 6, атомная масса 12,011. Основные кристаллические модификации - алмаз и графит. При обычных условиях углерод химически инертен; при высоких температурах соединяется с многими элементами (сильный восстановитель). Содержание углерода в земной коре 6,5.1016 т. Значительное количество углерода (ок. 1013 т) входит в состав горючих ископаемых (уголь, природный газ, нефть и др.), а также в состав углекислого газа атмосферы (6.1011 т) и гидросферы (1014 т). Главные углеродсодержащие минералы - карбонаты. Углерод обладает уникальной способностью образовывать огромное количество соединений, которые могут состоять практически из неограниченного числа атомов углерода. Многообразие соединений углерода определило возникновение одного из основных разделов химии - органической химии. Углерод - биогенный элемент; его соединения играют особую роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов (среднее содержание углерода - 18%). Углерод широко распространен в космосе; на Солнце он занимает 4-е место после водорода, гелия и кислорода.

УГЛЕРОД (Carboneum), C, химический элемент IV группы периодической системы, атомный номер 6, атомная масса 12,011; неметалл. Содержание в земной коре 2,3?10-2% по массе. Основные кристаллические формы углерода - алмаз и графит. Углерод - главный компонент каменных и бурых углей, антрацита, нефти, торфа, природного газа и других горючих ископаемых, входит в состав углекислого газа атмосферы, природных карбонатов - известняка и доломита и др., основа органических соединений. Играет особую роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов. Углерод известен с глубокой древности, признан элементом А. Лавуазье в 1787.

Химический элемент, важнейшая составляющая часть органических веществ.Источник: Словарь архитектурно-строительных терминов

муж.;
хим. carbonм. хим. carbon.

carbon

m.carbon

углерод м хим. Kohlenstoff m 1

м хим.

Kohlenstoff m

м. хим.

carbone m

м.

carbono m

о́кись углеро́да — monóxido carbónico (de carbono)

м. хим.

carbonio

УГЛЕРОД

(лат. Carboneum), C,- хим. элемент IV группы периодич. системы элементов, ат. номер 6, ат. масса 12,011; относится к неметаллам. В природе представлен стабильными ¹²C (98,90%) и ¹³C (1,10%); в земной атмосфере постоянно присутствует в ничтожных концентрациях (ок. 10^-14 ат%) b-радиоактивный ¹⁴C (T_1/2 = 5717 лет), образующийся в ядерной реакции с участием космич. нейтронов: ¹⁴N(n, р)¹⁴ С. Электронная конфигурация 1s²2s²p². Энергии последоват. ионизации 11,260; 24,382; 47,883; 64,492 и 392,09 эВ. Радиус атома С 77 пм, иона C⁴⁺ 20 пм. Значение электроотрицательности 2,5. Масса нуклида ¹²C принята равной точно 12, a ¹/₁₂ её наз. атомной единицей массы. Эфф. сечение захвата тепловых нейтронов природного У. мало (0,0034 · 10 ^-28 м ²).

У. существует в неск. модификациях, свойства к-рых резко различны: графит, алмаз, карбин (получен искусственно), лонсдейлит (получен искусственно, затем обнаружен в метеоритах) и фуллерит (см. Фуллерены); наиб. важны графит и алмаз. Графит-серо-чёрный, мягкий, жирный на ощупь, слоистый материал. Структура гексагональная с параметрами решётки а= 245,6 пм и с =669,6 пм. t _пл ок. 4000 ^oC (наивысшая среди всех известных веществ), t _кип oк. 4200 ^oC. В тройной точке "твёрдый графит-пар - жидкость" давление ок. 10,5 МПа, темп-ра 4492 ^oC. Значение уд. теплоёмкости с _р =8,736 Дж/(моль · К). Уд. элек-трич. сопротивление при 20 ^oC 13,0 мкОм ^. м, при 2500 ^oC 15,0 мкОм·м, температурный коэф. электрич. сопротивления 0,4^.10^-3K^-1. Магн. восприимчивость графита c= - 1,22 · 10 ^-9. Многие характеристики графита анизотропны. Так, вдоль оси с ивперпендикулярном направлении характеристич. темп-ры Дебая соответственно равны 2280 и 760 К, теплопроводность при 300 ^oC 1,56 и 281 Вт/(м ^. К), коэф. линейного расширения при 0^oC 27,2·10 ^-6 и 12,7·10^-6K^-1. TB. графита по шкале Мооса равна 1; временное сопротивление при растяжении графита лежит в интервале 0,3-17 МПа в зависимости от его качества.

Алмаз- прозрачный, твёрдый, сильно преломляющий свет (показатель преломления n= 2,407-2,465) кристалл, окраска к-рого определяется примесями и др. дефектами структуры. Решётка алмаза - кубическая, её параметр 356,679 пм. Плотн. 3,515 кг/дм. При нагревании до 1800 ^oC в отсутствие кислорода превращается в графит. В тройной точке "алмаз - графит - жидкость" давление 12,4 ГПа и темп-ра 3000 ^oC. TB. алмаза - наибольшая из всех известных веществ, по шкале Мооса она равна 10. Диэлектрик, хорошо проводит тепло. Магн. восприимчивость c=-0,492 · 10^-9. Характеристич. темп-pa Дебая 1860 К. Драгоценный камень, спец. образом огранённые алмазы - бриллианты; существует спец. единица массы алмаза - карат (равна 0,2 г); природные алмазы достигают 1000 карат. Искусств. алмазы получают в аппаратах высокого давления при темп-рах 1300-1600 ^oC и давлениях 4,5-8,0 ГПа.

У. во всех модификациях химически относительно инертен. В соединениях проявляет степени окисления +4, -4 и реже +2 и -2. При взаимодействии с кислородом образует углекислый газ (диоксид У.) CO₂ и сильно ядовитый угарный газ (монооксид У.) СО. При растворении в воде CO₂ образует слабую угольную кислоту H₂CO₃, соли к-рой (карбонаты) широко представлены в природе (мрамор, доломит и др.) и применяются в технике (сода Na₂CO₃, поташ K₂CO₃ и др.). Важная особенность атомов У.- образовывать цепочки атомов -С-С-С-, возможны также многоатомные шарообразные и цилинд-рич. образования У.- фуллерены. Химия У. наз. органической, к соединениям У. относятся углеводы, белки, жиры и др. вещества, составляющие организмы и продукты их жизнедеятельности.

У. образует с др. элементами твёрдые соединения - карбиды (напр., близкий по твёрдости к алмазу карборунд SiC, карбид бора B₄C, также обладающий высокой твёрдостью карбид железа Fe₃C, входящий в состав сталей). У.- осн. элемент углей, он составляет 91-99,5% кокса, к-рый применяется в металлургии. Из графита изготовляют электроды, мембраны микрофонов, грифели карандашей, графитовые смазки. Специально обработанный У.- т. н. активированный У., характеризующийся высокой уд. поверхностью (до 100 м ²/г и выше), используют как сорбент. Высокочистый графит служит замедлителем нейтронов в ядерных реакторах. Алмаз применяют как абразивный материал для обработки металлов и др. материалов. Искусств. радионуклид ¹⁴C в форме разл. соединений используют в хим., биол. и медицинских исследованиях.

С. С. Бердоносов.