| 8695912 9216 5224 943 1ется со мн. элементами, проявляя сильные восстановит. 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 0С и 850-1000 °С с образованием двуокиси углерода СО2 и окиси углерода СО.
СО2 растворяется в воде с образованием угольной кислоты. В 1906 О. Дильс получил недоокись У. СзО2. Все формы У. устойчивы к щелочам и кислотам и медленно окисляются только очень сильными окислителями (хромовая смесь, смесь концентриров. HNO3 и КСlOз и др.). "Аморфный" У. реагирует с фтором при комнатной темп-ре, графит и алмаз - при нагревании. Непосредств. 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 СОХ2 (где X - галоген) наиболее известна хлорокись СОСl (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 СН4, при 1500- 2000 °С - ацетилен С2Н2; в продуктах могут присутствовать также др. углеводороды, напр. этан С2Н6, бензол С6Н6. 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 С3З2, сероокись COS и тиофосген CSC12), получают косвенным путём. При взаимодействии CS2 с сульфидами металлов образуются тиокарбонаты - соли слабой тиоугольной к-ты. Взаимодействие У. с азотом с получением циана (CN)2 происходит при пропускании электрич. разряда между угольными электродами в атмосфере азота. Среди азотсодержащих соединений У. важное практич. значение имеют цианистый водород HCN (см. Синильная кислота) и его многочисл. производные: цианиды, гало-генцианы, нитрилы и др. При темп-рах выше 1000 °С У. взаимодействует со мн. металлами, давая карбиды. Все формы У. при нагревании восстанавливают окислы металлов с образованием свободных металлов (Zn, Cd, Си, РЬ и др.) или карбидов (СаС2, Мо2С, WC, ТаС и др.). У. реагирует при темп-pax выше 600- 800 °С с водяным паром и углекислым газом (см. Газификация топлив). Отличит. особенностью графита является способность при умеренном нагревании до 300-400 °С взаимодействовать со щелочными металлами и галогенидами с образованием соединений включения типа С8Ме, С24Ме, С8Х (где X - галоген, Me - металл). Известны соединения включения графита с HNO3, H2SO4, FeCh и др. (например, бисульфат графита C24SO4H2). Все формы У. нерастворимы в обычных неорганич. и органич. растворителях, но растворяются в нек-рых расплавленных металлах (напр., Fe, Ni,Co).
Народнохозяйственное значение У. определяется тем, что св. 90% всех первичных источников потребляемой в мире энергии приходится на органич. топливо, главенствующая роль к-рого сохранится и на ближайшие десятилетия, несмотря на интенсивное развитие ядерной энергетики. Только ок. 10% добываемого топлива используется в качестве сырья для основного органического синтеза и нефтехимического синтеза, для получения пластических масс и др.
О получении и применении У. и его соединений см. также Ллмаз, 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 органич. соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (биополимеры, а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества - витамины, гормоны, медиаторы и др.). Значит. часть необходимой организмам энергии образуется в клетках за счёт окисления У. Возникновение жизни на Земле рассматривается в совр. науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений (см. Происхождение жизни).
Уникал-ьная роль У. в живой природе обусловлена его свойствами, к-рыми в совокупности не обладает ни один др. элемент периодич. системы. Между атомами У., а также между У. и др. элементами образуются прочные хим. связи, к-рые, однако, могут быть разорваны в сравнительно мягких физиологич. 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 разл. типов - линейных, разветвлённых, 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 хим. связей позволяет намного сократить кол-во ферментов, необходимых для расщепления и синтеза органич. веществ. Особенности строения атома У. лежат в основе разл. видов изомерии органич. соединений (способность к оптич. изомерии оказалась решающей в биохимич. эволюции аминокислот, углеводов и нек-рых алкалоидов).
Согласно общепринятой гипотезе А. И. Опарина, первые органич. соединения на Земле имели абиогенное происхождение. Источниками У. служили метан (СН4) и цианистый водород (HCN), содержавшиеся в первичной атмосфере Земли. С возникновением жизни единственным источником неорганич. У., за счёт к-рого образуется всё органич. вещество биосферы, является углерода двуокись (СО2), находящаяся в атмосфере, а также растворённая в природных водах в виде НСОз. Наиболее мощный механизм усвоения (ассимиляции) У. (в форме СО2) - фотосинтез - осуществляется повсеместно зелёными, растениями (ежегодно ассимилируется ок. 100 млрд. т СО2). На Земле существует и эволюционно более древний способ усвоения СО2 путём хемосинтеза; в этом случае микроорга-низмы-хемосинтетики используют не лучистую энергию Солнца, а энергию окисления неорганич. соединений. Большинство животных потребляют У. с пищей в виде уже готовых органич. соединений. В зависимости от способа усвоения органич. соединений принято различать автотроф-ные организмы и гетеротрофные организмы. Применение для биосинтеза белка и др. питат. веществ микроорганизмов, использующих в качестве единств. источника У. углеводороды нефти,- одна из важных совр. научно-технич. 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 осн. за счёт тканевого дыхания, происходит окислит. распад органич. соединений с выделением во внеш. среду СО2. У. выделяется также в составе более сложных конечных продуктов обмена веществ. После гибели животных и растений часть У. вновь превращается в СО2 в результате осуществляемых микроорганизмами процессов гниения. Т. о. происходит круговорот У. в природе (см. Круговорот веществ). Значит. часть У. минера-лизуется и образует залежи ископаемого У.: каменные угли, нефть, известняки и др. Помимо осн. функции - источника У.- СО2, растворённая в природных водах и в биол. жидкостях, участвует в поддержании оптимальной для жизненных процессов кислотности среды. В составе СаСОз У. образует наружный скелет мн. беспозвоночных (напр., раковины моллюсков), а также содержится в кораллах, яичной скорлупе птиц и др. Такие соединения У., как HCN, СО, ССl4, преобладавшие в первичной атмосфере Земли в добиологический период, в дальнейшем, в процессе биол. эволюции, превратились в сильные антиметаболиты обмена веществ.
Помимо стабильных изотопов У., в природе распространён радиоактивный 14С (в организме человека его содержится ок. 0,1 мккюри). С использованием изотопов У. в биол. и мед. исследованиях связаны мн. крупные достижения в изучении обмена веществ и круговорота У. в природе (см. Изотопные индикаторы). Так, с помощью радиоуглеродной метки была доказана возможность фиксации Н14СО-3 растениями и тканями животных, установлена последовательность реакций фотосинтеза, изучен обмен аминокислот, прослежены пути биосинтеза мн. биологически активных соединений и т. д. Применение 14С способствовало успехам мол. биологии в изучении механизмов биосинтеза белка и передачи наследственной информации. Определение удельной активности 14С 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; У б б е л о д е А. Р., Льюис Ф. А., Графит и его кристаллические соединения, пер. с англ., М., 1965; Р е м и 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. 3., Ш н о л ь 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; Л ё в и А., С и к е в и ц Ф., Структура и
Функции клетки, пер |
