Чи є вуглець металом?

У величезній системі періодичної таблиці елементів вуглець і метали сяють унікальним світлом. Але чи є вуглець металом? Відповідь - ні, вуглець - неметал. У системі хімічних елементів вуглець і метали займають важливе місце, але між ними є суттєві відмінності. Починаючи з мікроскопічної атомної структури, макроскопічних фізичних і хімічних властивостей і закінчуючи практичним застосуванням, різниця між ними простежується наскрізь.

Основні характеристики вуглецю

Атомна будова вуглецю

Карбон - елемент 6-го порядку, з шістьма протонами в ядрі та двома шарами електронів, з чотирма електронами в зовнішньому шарі. Завдяки такій особливій електронній структурі вуглецю нелегко втрачати електрони, утворюючи катіони, як у металічних елементів, і нелегко отримувати електрони, утворюючи йони, як у деяких неметалічних елементів. Також йому нелегко отримати електрони для утворення аніонів, як деяким неметалічним елементам. У хімічних реакціях він має тенденцію утворювати ковалентні зв'язки з іншими атомами, ділячись електронними парами, таким чином досягаючи стабільної електронної структури. Це ключ до утворення багатьох органічних сполук та унікальних алотропів вуглецю.

Фізичні властивості

Вуглець має дуже різні алотропні властивості. Алмаз - найтвердіша речовина в природі, твердість за шкалою Мооса до 10. Атоми ковалентного зв'язку утворюють стабільний тетраедр, компактну структуру, безбарвний, прозорий, заломлюючий, має хорошу теплопровідність, але майже не проводить електрику. Графіт м'який і слизький, його шарувата структура дозволяє легко ковзати між шарами. Його можна використовувати як мастило, і він може проводити електрику завдяки вільним електронам у шарі. Фулеренивуглецеві нанотрубки, графента ін. мають власну унікальну структуру та властивості, а також широкі перспективи застосування.

Визначення та характеристики металів

Визначення металів

Метал - це блискучий, пластичний, легко провідний електрику, тепло та інші властивості матеріал. У періодичній таблиці елементів металічні елементи займають більшу частину. Вони мають деякі спільні характеристики в атомній будові, фізичних і хімічних властивостях.

Типові особливості

Металевий блиск:

Вільні електрони можуть поглинати і відбивати видиме світло, надаючи металу унікального блиску. Подібно до сліпучого золота та срібла, більшість щоденного металевого посуду має такий яскравий вигляд.

Хороша електропровідність:

Усередині них міститься велика кількість вільних електронів, які можуть вільно рухатися, утворюючи струм під дією електричного поля. У житті мідь і алюміній є поширеними провідними металами. Їх можна широко використовувати при виготовленні дроту та кабелю для забезпечення передачі електроенергії.

Сильна теплопровідність:

При нагріванні тепловий рух вільних електронів посилюється, і тепло швидко передається різним частинам. Візьмемо для прикладу залізну каструлю, при нагріванні якої тепло на дні каструлі швидко і рівномірно розподіляється для приготування їжі. Металевий радіатор комп'ютерного процесора також використовує теплопровідність металу для охолодження чіпа.

Відмінна пластичність:

Атоми щільно упаковані, а металеві зв'язки дозволяють атомам ковзати один відносно одного при напруженні. Ви можете кувати метали в листи, наприклад, золоту фольгу. Ви також можете витягувати їх у тонкий дріт, наприклад, залізний чи мідний дріт. Його легко обробляти в різноманітні форми для задоволення різних промислових і побутових потреб.

Порівняльний аналіз характеристик вуглецю та металів

Характеристики зовнішнього вигляду

Метал зазвичай має металевий блиск і яскраву поверхню. Зовнішній вигляд вуглецю значно відрізняється через різні алотропи, алмаз прозорий і яскравий. Графіт темно-сірий і слизький, а зовнішній вигляд металу дуже відрізняється, що додатково вказує на те, що вуглець є неметалом.

Електропровідність

Метал є хорошим провідником, а велика кількість вільних електронів дозволяє струму безперешкодно проходити. Провідність вуглецю змінюється від алотропа до алотропа. Графіт алмаз має певну провідність, але механізм його провідності заснований на вільному русі електронів між шарами, що відрізняється від механізму провідності металів. Алмаз майже не проводить електрику, що різко контрастує з хорошою електропровідністю металів.

Пластичність

Метал має чудову пластичність, і його можна обробляти в різні форми. Однак текстура вуглецю зазвичай крихка, будь то алмаз або графіт, його важко обробити в тонкі листи або нитки, як метал, за допомогою зовнішньої сили. І він легко ламається при навантаженні, що знову ж таки показує суттєву різницю між вуглецем і металом за фізичними властивостями.

Хімічна активність

Метал зазвичай більш активний, легко вступає в реакцію з киснем, кислотою та іншими речовинами. Хімічні властивості вуглецю відносно стабільні при кімнатній температурі, а його хімічна реакційна здатність, очевидно, відрізняється. Хоча за певних умов, таких як висока температура, він може проявляти певну хімічну активність, наприклад, горючість і відновлюваність. Умови та шляхи реакції сильно відрізняються від хімічних реакцій металів.

Порівняння хімічних властивостей вуглецю з металами

При кімнатній температурі вуглець має високу стабільність, атомна структура визначає, що йому нелегко отримати або втратити електрони. І він нелегко вступає в реакції з багатьма речовинами. На противагу цьому, багато металів легко реагують з киснем і вологою в повітрі при кімнатній температурі.

Вуглець проявляє горючість при підвищенні температури. Коли кисню достатньо, він повністю згорає, утворюючи вуглекислий газ. Коли кисню недостатньо, в результаті неповного згоряння утворюється чадний газ. Така горючість відрізняється від реакції горіння металів, які зазвичай бурхливо окислюються киснем з утворенням оксидів металів.

За високих температур вуглець має значну відновлюваність, і його можна широко використовувати для добування металів у металургійній промисловості. Наприклад, вуглець реагує з оксидом міді, утворюючи мідь і вуглекислий газ. Метали зазвичай втрачають електрони в хімічних реакціях, але існують відмінності в умовах і процесах між їхніми реакціями відновлення.

Сфери застосування вуглецю та відмінності від застосування металів

Вуглець

Його застосування широке та унікальне. У матеріалознавстві важливу роль відіграє його алотропність. Алмаз завдяки своїй високій твердості використовують у виробництві ріжучих інструментів, бурового обладнання. Графіт використовується у виробництві електродиЗавдяки своїй хорошій провідності та змащувальній здатності графен використовують у двигунах, щітках та мастильних матеріалах. Завдяки своїм чудовим властивостям графен має великий потенціал в електронних пристроях, сенсорах, композитних матеріалах та інших галузях.

З точки зору медико-біологічних наук, вуглець є основним елементом життя. Його містять усі органічні сполуки, від простих вуглеводів до складних білків, нуклеїнових кислот та інших біологічних макромолекул, він має вирішальне значення в життєдіяльності.

Метал

Його застосування в основному зосереджене в промисловому виробництві, будівництві, електроніці та інших галузях. У промисловому виробництві він є основним матеріалом для виготовлення машин та обладнання, автомобілів, кораблів тощо. А його характеристики високої міцності, хорошої електро- і теплопровідності незамінні. У будівництві з нього можна будувати мости та високі будівлі, забезпечуючи структурну підтримку та стабільність. У сфері електроніки з нього можна виготовляти електронні компоненти, друковані плати. Він забезпечує нормальну роботу електронних пристроїв.

Висновок

Завдяки всебічному порівняльному аналізу вуглецю і металів, починаючи з атомної структури, фізичних властивостей, хімічних властивостей і закінчуючи сферами застосування, ми можемо чітко визначити, що вуглець - це не метал, вуглець - це неметал. Хоча вуглець і метали відіграють важливу роль у своїх галузях, вони суттєво відрізняються на всіх рівнях. З постійним розвитком науки і техніки наше розуміння і застосування вуглецю і металів буде продовжувати поглиблюватися. І вони продовжуватимуть робити свій внесок у прогрес людського суспільства в різних галузях.