Углерод (С) в таблице Менделеева

Теория:

Углерод (C) — типичный неметалл и основа органической химии. Его химическое поведение определяется положением в Периодической таблице.

Идентификация углерода: атомный номер Z = 6, электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p².

Местоположение: 2‑й период, 14‑я группа (IV A).

Это объясняет:

Наличие четырёх валентных электронов;
Способность образовывать четыре ковалентные связи;
Диапазон степеней окисления углерода от –4 до +4.

Важные следствия

Валентность: почти всегда четырёхвалентен (IV) благодаря переходу в возбуждённое состояние (2s¹ 2p³).
Основа жизни: отсутствие d‑орбиталей и принадлежность к 14‑й группе обеспечивают прочность и стабильность ковалентных связей, а также способность к образованию длинных цепей.

Содержание страницы

Как определить положение углерода в Таблице Менделеева

Положение углерода в таблице задаётся несколькими фундаментальными характеристиками — своего рода «химическим паспортом»:

Порядковый номер и атомный номер.
Название элемента.
Группа (вертикальный столбец).
Период (горизонтальный ряд).
Электронный блок, (p‑элемент).

Порядковый номер / Атомный номер (Z = 6)

В ядре атома содержится 6 протонов.
В нейтральном атоме — 6 электронов.
Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p².
Основные изотопы: ¹²C, ¹³C (стабильные) и ¹⁴C (радиоактивный, используется для датирования).

Название элемента («Углерод»)

Лингвистический идентификатор для элемента с Z = 6.
Символ: C (от лат. Carboneum).
Название отражает историческую роль как компонента угля.
Химические особенности: способность образовывать аллотропы (графит, алмаз, фуллерены, графен).

Группа (14‑я / IV A)

Углерод имеет 4 валентных электрона (2s² 2p²).
Диапазон степеней окисления:
- Максимальная: +4 (например, CO₂, CCl₄).
- Минимальная: –4 (например, CH₄, SiC).
- Возможные промежуточные: +2 (CO), 0 (в простых веществах).
Центральная позиция в системе: может быть как восстановителем (+4), так и окислителем (–4).

Чтобы определить углерод можно воспользоваться его электронной формулой 1s² 2s² 2p⁴ и сложить показатели степени их сумма будет равна 8.

Период (2‑й / горизонтальный ряд)

Углерод имеет две энергетические оболочки (K, L).
Отсутствие d‑орбиталей ограничивает валентность углерода IV и обеспечивает прочность связей.
Малый размер атома позволяет образовывать прочные цепи и кольца.
Радиус атома ≈ 77 пм, что способствует образованию двойных и тройных связей (C = C, C ≡ C).

Относительная атомная масса Углерода (Ar(C) ≈ 12,011 а.е.м.)

Роль в идентификации Атомная масса (Ar) — это средневзвешенное значение массы природных изотопов элемента, выраженное в атомных единицах массы.

Для Углерода она равна примерно 12,011 а.е.м., что традиционно округляется до 12.

Влияние на положение в таблице

Историческая роль: до открытия протона и атомного номера (Z) элементы располагались в таблице Менделеева по возрастанию атомных масс.
Современная роль: сегодня атомная масса используется для:
- расчётов в химии (например, при определении молярной массы);
- подтверждения положения элемента: для Углерода (Z = 6) она приблизительно равна сумме числа протонов и нейтронов в наиболее распространённом изотопе (¹²C), что составляет 6 + 6 = 12.

Все значения для всех элементов можно узнать в таблице атомных масс.

Важно: почему Ar не является главным идентификатором

Существуют изотопы: атомная масса является дробным числом (12,011), которое зависит от распространённости изотопов. Основным является ¹²C, но изотоп ¹³C немного увеличивает среднее значение.

Нарушения порядка: в Периодической таблице, построенной строго по атомным массам, возникали бы нарушения химического сходства. Атомный номер (Z) устраняет эти нарушения и является фундаментальным идентификатором.

p‑Элемент (электронное семейство)

Последний электрон находится на p‑подуровне (2p²).
Средняя электроотрицательность (≈ 2,55 по Полингу) позволяет образовывать связи как с металлами, так и с неметаллами.
Основное свойство: способность к гибридизации (sp³, sp², sp) и образованию связей разной кратности.
Уникальная способность к образованию аллотропов.

Он находится в одной группе с другими элементами, однако валентность углерода — это ключевое свойство, отличающее его химическую природу.

Проверка знаний: Как определить углерод по таблице Менделеева

Отметьте три правильных утверждения, которые однозначно определяют Углерод (C) в Периодической системе.

По каким признакам можно безошибочно установить, что речь идёт именно об Углероде?

1) В атомном ядре содержится ровно 6 протонов.

2) Находится во втором горизонтальном ряду (периоде) и четырнадцатом вертикальном столбце (группе IV A) таблицы Менделеева.

3) Полный набор электронов описывается формулой: 1s² 2s² 2p².

4) Может проявлять исключительно степень окисления +4.

5) Обладает тремя электронными оболочками.

6) Является первым элементом в своей группе, который образует p-элементный блок.

Показать верные ответы и пояснения

Правильные ответы: 1, 2, 3

1) В атомном ядре содержится ровно 6 протонов.
Это главный отличительный признак: число протонов (Z=6) однозначно задаёт химический элемент.
2) Находится во втором периоде и 14-й группе (IV A).
Это уникальное сочетание положения в таблице, которое определяет: две электронные оболочки и четыре валентных электрона.
3) Полный набор электронов: $\mathbf{1s² 2s² 2p².
Общее число электронов (6) совпадает с Z, а конфигурация внешней оболочки (2s² 2p²) определяет его химию и способность к тетравалентности.
4) Может проявлять исключительно степень окисления +4.
Неверно: Углерод проявляет широкий диапазон СО, включая -4 (в метане CH₄) и +2 (в угарном газе CO).
5) Обладает тремя электронными оболочками.
Неверно: Углерод находится во 2-м периоде и имеет только две оболочки.
6) Является первым элементом в своей группе, который образует p-элементный блок.
Неверно: p-элементы начинаются с 13-й группы (B).

Для полноценного понимания атомного строения, физических свойств и применения, переходите к нашей главной статье: углерод химический элемент.

Часто задаваемые вопросы:

Какой атомный номер у углерода?

Z = 6. Это 6 протонов в ядре.

Где расположен углерод?

Во 2-м периоде и 14-й группе (IV A).

Каково его ключевое свойство в химии?

Тетравалентность (IV) и способность к катенации (образованию стабильных атомных цепей).