Jaksollinen järjestelmä›Alkuaineet›Hiili

Alkuaine · viitesivu

Hiili

Hiili on järjestysluvun 6 alkuaine (C). Se sijaitsee jaksossa 2, ryhmässä 14 ja p-lohkossa. Huoneenlämmössä vertailuolomuoto on kiinteä. Elektronikonfiguraatio on [He] 2s2 2p2.

Järjestysluku6

Standardiatomipaino[12.0096, 12.0116]

Ryhmä14

Jakso2

Lohkop

Elektronikonfiguraatio[He] 2s2 2p2

Elektronirakenne

Mikä ohjaa kemiallista käyttäytymistä

Ryhmän 14 alkuaineilla on neljä valenssielektronia. Kovalenttinen sitoutuminen hallitsee kevyimpiä jäseniä, kun taas metalliluonne kasvaa ryhmässä alaspäin.

Tämän atomin elektronikonfiguraatio on [He] 2s2 2p2. Valenssielektronien määrä ja energia määräävät, miten atomi sitoutuu ja millaisia ionisia tai kovalenttisia rakenteita se voi muodostaa.

Kemialliset muodot

Yhdisteet, ionit ja materiaalit

Hiilellä on useita allotrooppeja, kuten grafiitti ja timantti. Yhdisteissä hiili muodostaa C–C-ketjuja ja renkaita, moninkertaisia sidoksia, karbonaatteja, hiilidioksidia, hiilivetyjä ja biologisten molekyylien runkoja.

Fysikaalinen käyttäytyminen

Olomuoto ja faasimuutokset

Huoneenlämmössä vertailuolomuoto on kiinteä. Ilmoitettu tiheys on 1.821 g/cm³. Puuttuva faasimuutosarvo voi johtua siitä, ettei arvoa tunneta luotettavasti tavallisessa paineessa tai että se riippuu voimakkaasti rakenteesta ja mittausolosuhteista. Paine, puhtaus ja kiderakenne voivat vaikuttaa mitattuihin fysikaalisiin ominaisuuksiin.

Esiintyminen ja käyttö

Missä alkuainetta esiintyy ja käytetään

Käytännössä hiili liittyy erityisesti seuraaviin yhteyksiin: elävien organismien molekyylit, grafiitti, timantti ja komposiittimateriaalit.

Käytännössä

Konkreettisia käyttökohteita

Elävien organismien molekyylit

Hiili muodostaa orgaanisten molekyylien rungon. Vahvat C–C- ja C–H-sidokset sekä kyky muodostaa ketjuja, renkaita ja moninkertaisia sidoksia tekevät siitä elämän kemian perustan.

Grafiitti

Grafiitissa hiiliatomit muodostavat kerroksittaisen rakenteen. Kerrosten sisäinen vahva sitoutuminen ja elektronien liikkuvuus selittävät grafiitin sähkönjohtavuutta ja liukuvuutta.

Timantti

Timantissa jokainen hiiliatomi sitoutuu tetraedrisesti neljään naapuriin kolmiulotteiseksi verkoksi. Tämä rakenne tekee timantista erittäin kovan materiaalin.

Komposiittimateriaalit

Hiilikuituja ja muita hiilipohjaisia rakenteita käytetään komposiiteissa, joissa tavoitellaan suurta lujuutta suhteessa massaan.

Paikka jaksollisessa järjestelmässä

Mitä naapurialkuaineet kertovat

Hiili sijaitsee jaksossa 2 ja ryhmässä 14. Todelliset naapurialkuaineet auttavat vertaamaan atomikokoa, ionisaatioenergiaa, elektronirakennetta ja sidostapoja jaksollisen järjestelmän sisällä. Tässä lähialueessa näkyvät esimerkiksi Boori, Typpi, Alumiini, Pii.

Viitearvot

Fysikaaliset ja atomitason ominaisuudet

Luokitusmoniatominen epämetalli

Olomuoto huoneenlämmössäkiinteä

Elektronikuoret2 · 4

Tiheys1.821 g/cm³

Sulamispiste—

Kiehumispiste—

Paulingin elektronegatiivisuus2.55

Ensimmäinen ionisaatioenergia1 086 kJ/mol

Elektroniaffiniteetti121.8 kJ/mol

Arvot kuvaavat alkuainetta tai neutraalia atomia silloin, kun se on tarkoituksenmukaista. Fysikaaliset arvot voivat riippua allotroopista, paineesta ja mittausolosuhteista.

Historia

Löytäminen ja tunnistaminen

Hiili tai sitä sisältävät materiaalit tunnettiin jo antiikin aikana, kauan ennen modernia atomiteoriaa. Alkuaineen kemiallinen tunnistaminen ja myöhempi määrittely järjestysluvulla 6 ovat eri vaiheita historiassa.

Isotoopit ja atomipaino

Miten isotooppikoostumus vaikuttaa lukuihin

Standardiatomipaino ilmoitetaan välinä [12.0096, 12.0116]. Luonnollisten näytteiden isotooppisuhteet voivat vaihdella hieman, joten yksi desimaaliluku peittäisi todellisen vaihtelun.

Tällä alkuaineella on vähintään yksi pysyvä isotooppi. Isotoopeilla on sama protonien määrä mutta eri neutronien määrä, joten ne ovat sama alkuaine mutta niiden atomimassat eroavat.

Turvallisuus

Käsittely ja altistuminen

Turvallisuus riippuu kemiallisesta muodosta, annoksesta ja altistusreitistä. Puhdas alkuaine, ionit ja yhdisteet voivat vaikuttaa elimistöön ja ympäristöön hyvin eri tavoin, joten käytettävän aineen omat turvallisuustiedot on tarkistettava.