Углерод

Углерод - химический элемент с атомным номером 6 и атомной массой 12,011.

Существует 3 основных конфигурации атома углерода:

• тетраэдрическая, образуется при смешении одного s- и 3^х p-электронов (sp3-гибридизация). Атом углерода находится в центре тетраэдра, связан 4^мя эквивалентными σ-связями с атомами углерода или иными расположенными в вершинах тетраэдра. Такой геометрии атома углерода соответствуют аллотропные модификации углерода алмаз и лонсдейлит. Такой гибридизацией обладает углерод, например, в метане и других углеводородах;
• тригональная, образуется при смешении 1^й s- и 2^х p-электронных орбиталей (sp2-гибридизация). Атом углерода имеет 3 равноценные σ-связи, расположенные в 1^й плоскости под углом 120° друг к другу. Не участвующая в гибридизации p-орбиталь, расположенная перпендикулярно плоскости σ-связей, используется для образования π-связи с другими атомами. Такая геометрия углерода характерна для графита, фенола и др.;
• дигональная, образуется при смешении 1^го s- и 1^го p-электронов (sp-гибридизация). При этом 2 электронных облака вытянуты вдоль одного направления и имеют вид несимметричных гантелей. 2 других р-электрона дают π-связи. Углерод с такой геометрией атома образует особую аллотропную модификацию - карбин.

Содержание углерода в земной коре составляет 0,48% по массе.
В природе он встречается:

• в виде простых (алмаз, графит, фуллерены) и сложных веществ – карбонатов природных, горючих ископаемых (уголь, нефть, газ и др.),
• входит в состав растений и животных (около 17,5%).
• в виде соединений с азотом и водородом углерод обнаружен в атмосфере Солнца, планет, найден в каменных и железных метеоритах.

Углерод является важнейшим биогенным элементом.
Кругооборот углерода в природе включает:

• выделение CO₂ в атмосферу при окислении органических веществ;
• возвращение его в результате фотосинтеза растениями.

С растениями углерод попадает в организм животных и человека, а затем при гниении животных и растительных материалов - в почву и в виде CO₂ - в атмосферу.

По своим физическим свойствам углерод - типичный неметалл.
При этом он образует множество аллотропных модификаций, наиболее популярными из которых являются алмаз, графит, уголь, сажа.

С точки зрения химических свойств углерод в обычных условиях, как правило, инертен.
Однако при высоких температурах он может вступать в химические взаимодействия со многими другими элементами, обычно проявляя сильные восстановительные свойства.

Баланс углерода

Углерод - каркасный элемент органического вещества и потому преобладает в расчете на сухую массу.
В фитомассе содержится 45 - 53 % углерода.
Везде, где имеются мощные запасы органического вещества, формируются резервуары углерода.
Если размеры углеродных резервуаров растут, то создается сток CO₂ из атмосферы, если уменьшаются, то - образуются источники парниковых газов.
Баланс углерода в последнее время стал важен в связи с климатическими целями декарбонизации и стратегий снижения углеродного следа.
Баланс углерода - чистый баланс парниковых газов, выраженных в эквиваленте CO₂, которые были выброшены или поглощены.