Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (УГ)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 9 страниц)
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 основном за счёт тканевого дыхания , происходит окислительный распад органических соединений с выделением во внешнюю среду CO2 . У. выделяется также в составе более сложных конечных продуктов обмена веществ. После гибели животных и растений часть У. вновь превращается в CO2 в результате осуществляемых микроорганизмами процессов гниения. Таким образом происходит круговорот У. в природе (см. Круговорот веществ ). Значительная часть У. минерализуется и образует залежи ископаемого У.: каменные угли, нефть, известняки и др. Помимо основные функции – источника У.– CO2 , растворённая в природных водах и в биологических жидкостях, участвует в поддержании оптимальной для жизненных процессов кислотности среды. В составе CaCO3 У. образует наружный скелет многих беспозвоночных (например, раковины моллюсков), а также содержится в кораллах, яичной скорлупе птиц и др. Такие соединения У., как HCN, CO, CCl4 , преобладавшие в первичной атмосфере Земли в добиологический период, в дальнейшем, в процессе биологической эволюции, превратились в сильные антиметаболиты обмена веществ.
Помимо стабильных изотопов У., в природе распространён радиоактивный 14 C (в организме человека его содержится около 0,1 мккюри ). С использованием изотопов У. в биологических и медицинских исследованиях связаны многие крупные достижения в изучении обмена веществ и круговорота У. в природе (см. Изотопные индикаторы ). Так, с помощью радиоуглеродной метки была доказана возможность фиксации H14 CO-3 растениями и тканями животных, установлена последовательность реакций фотосинтеза, изучен обмен аминокислот, прослежены пути биосинтеза многих биологически активных соединений и т.д. Применение 14 C способствовало успехам молекулярной биологии в изучении механизмов биосинтеза белка и передачи наследственной информации. Определение удельной активности 14 C 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; Уббелоде А. Р., Льюис Ф. А., Графит и его кристаллические соединения, пер. с англ., М., 1965; Реми 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. З., Шноль 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; Лёви А., Сикевиц Ф., Структура и функции клетки, пер. с англ., 1971, гл. 7; Биосфера, пер. с англ., М., 1972.
Углерода галогениды
Углеро'да галогени'ды, соединения углерода с галогенами. У. г. обычно рассматривают как производные углеводородов, в которых водород полностью замещен на галоген.
Простейшими У. г. являются тетрагалогениды общей формулы CX4 , молекулы которых имеют тетраэдрическое строение с расстояниями С—F, С—Сl, С—Вr и С—I, соответственно: (Å) 1,36; 1,76; 1,94; 2,12, и энергиями связи (кдж/моль ): 487; 340: 285; 214 или в ккал/моль 116; 81; 68; 51. При обычных условиях CF4 – газ (tkип —128 °С), CCl4 – жидкость (tпл —22,9 °С, tkип 76,8 °C), CBr4 и Cl4 – твёрдые тела (tпл 93,7 и 171 °С). Все тетрагалогениды практически нерастворимы в воде и растворимы в органических растворителях. В соответствии с уменьшением энергии связи устойчивость CX4 падает, а химическая активность возрастает при переходе от фтора к иоду. CF4 и CCl4 устойчивы к нагреванию и действию воздуха, света, кислот. Cl4 легко разлагается при нагревании. Только CF4 может быть получен непосредственно взаимодействием элементов. Один из способов синтеза CCl4 и CBr4 – реакция CS2 с галогенами. Cl4 получают при взаимодействии CCl4 с иодидами алюминия, висмута и др. металлов. Из тетрагалогенидов углерода наибольшее значение имеет четырёххлористый углерод . Известны также смешанные У. г., например CClF3 , CCBr2 Cl2 , С2 Вг2 F4 . Многие У. г. широко применяют в различных отраслях техники, например дифтордихлорметан CCl2 F2 и трихлорфторметан CCl3 F как хладоагенты в холодильных установках (фреоны ), тетрафторэтилен C2 F4 и трифторхлорэтилен C2 ClF3 – мономеры в производстве фторопластов , гексахлорэтан C2 Cl6 – заменитель камфоры, некоторые фторхлор-содержащие У. г.– компоненты синтетических масел .
Лит.: Ахметов Н. С., Неорганическая химия, 2 изд., М., 1975.
Б. А. Поповкин.
Углерода двуокись
Углеро'да двуо'кись, ангидрид угольной кислоты, углекислый газ, CO2 , оксид С (IV), высший окисел углерода. В 1756 Дж. Блэк показал, что при разложении карбоната магния выделяется газ – «связанный воздух» (его состав установил в 1789 А. Лавуазье ). У. д. бесцветный газ, имеющий слегка кисловатые запах и вкус; плотность 0,0019 г/см3 (0 °С. 0,1 Мн/м2 ), tпл —56,6 °С. tkип —78,5 °С, критическая температура 31 °С, критич. давление 7,62 Мн/м2 (75,2 кгс/см2 ). При атмосферном давлении и —78,5 °С, минуя жидкое состояние, затвердевает в белую снегообразную массу («сухой лёд»). Жидкая У. д. существует при комнатной температуре лишь при давлении больше 5,85 Мн/м2 (58,5 кгс/см2 ). Плотность жидкой CO2 0,771 г/см2 (20 °С), твёрдой 1,512 г/см3 . Молекула газообразной У. д. имеет симметричную форму О=С=О с расстоянием С—О 1,162 Å. Твёрдая CO2 кристаллизуется в кубической гранецентрированной решётке, а=5,62 Å. У. д. термически устойчива, диссоциирует на окись углерода и кислород только при температурах выше 2000 °С. Заметно растворима в воде (по массе %): 0,335 (0 °С); 0,169 (20 °С) и частично взаимодействует с ней с образованием угольной кислоты H2 CO3 . Растворяется в органических растворителях: ацетоне, бензоле, хлороформе, спиртах. Энергично соединяется с основаниями, давая карбонаты . CO2 не горит и не поддерживает горения. Только очень активные металлы восстанавливают её при высоких температурах (например, магний – при 600 °С, кальций – при 700 °С). CO2 взаимодействует с раскалённым углём: CO2 + С =2СО (реакция имеет большое значение в металлургии); с аммиаком при 160– 200 °С и давлении 10—40 Мн/м2 (100—400 кгс/см2 ): CO2 + 2NH3 = CO (NH2 )2 + + H2 O; в присутствии окиси меди с водородом, образуя метан.
У. д. входит в состав воздуха: 0,03 объёмных %, общее содержание 2,3×1012т, в гидросфере, находящейся в равновесии с атмосферой, 1,4×1014т. CO2 образуется и поступает в атмосферу при горении топлив, гниении органических остатков, брожении, дыхании животных и человека. В результате индустриальных загрязнений содержание У. д, в атмосфере промышленных городов намного превышает предельно допустимые нормы. Поэтому в ряде технически развитых стран (в том числе и в СССР) осуществляются мероприятия по снижению содержания У. д. в атмосферном воздухе (см. Охрана природы ). У. д. необходима для развития растений, поглощающих её из атмосферы в процессе фотосинтеза . Атмосферы планет Марса и Венеры содержат У. д. в качестве основного компонента.
Получают У. д. в промышленности главным образом при обжиге известняка (900—1300 °С) с одновременным получением извести; очистку 002 осуществляют поглощением её растворами соды, поташа или этаноламина. Хранят и перевозят У. д. в сжиженном состоянии под давлением 6 Мн/м2 (60 кгс/см2 ) в стальных баллонах. В лаборатории CO2 обычно получают взаимодействием соляной кислоты с мрамором.
Применяется У. д. в производстве газированных вод, пива и сахара. CO2 идёт на изготовление «сухого льда», который служит для хранения и перевозки скоропортящихся пищевых продуктов. В химической промышленности CO2 расходуется на получение соды, мочевины, оксикарбоновых кислот, применяется также как теплоноситель в графитовых реакторах. У. д. используется для тушения пожаров и при перевозке огнеопасных веществ.
Б. А. Поповкин.
В сельском хозяйстве У. д. используют как удобрение. Недостаток её в воздухе, что часто наблюдается в условиях защищенного грунта, особенно при гидропонной культуре (см. Гидропоника ), снижает интенсивность фотосинтеза и урожай. Для улучшения углеродного питания растений в теплицах и парниках проводят газацию, то есть в дневное время подают в них газообразную У. д. (из баллонов) или очищенные продукты каталитического горения природного горючего газа и твёрдого топлива (содержат до 15% CO2 ). Источником газообразной У. д. может быть твёрдая У. д. («сухой лед»), куски которой раскладывают в помещении, а также органические и минеральные удобрения, выделяющие её при разложении. Эффективность удобрения У. д. зависит от условий минерального питания растений, освещённости, температуры почвы и воздуха.
В организме человека и животных У. д. вместе с бикарбонатами образует важную буферную систему крови. Повышение уровня парциального давления У. д. в крови увеличивает прочность связи кислорода с гемоглобином. Бездействуя (в том числе непосредственно) на центры продолговатого мозга, У. д. участвует в регуляции дыхания и кровообращения. Смесь кислорода (95%) и У. д. (5%) – так называемый карбоген – используют для лечения отравлений наркотиками, окисью углерода и др. В больших концентрациях У. д. токсична, вызывает гипоксию . Длительное (до нескольких сут ) вдыхание У. д. даже при концентрации 1,5—3% вызывает головную боль, головокружение, тошноту. При концентрации выше 6% (так называемый критический уровень) теряется работоспособность, появляются сонливость, ослабление дыхания и сердечной деятельности, возникает опасность для жизни. Накопление У. д. в воздухе с одновременным снижением содержания кислорода может наблюдаться в замкнутых, плохо вентилируемых пространствах (например, в шахтах, сточных колодцах), в помещениях, где осуществляются процессы брожения (например, на пивоваренных заводах). Первая помощь: вынести пострадавшего на свежий воздух, провести искусственное дыхание. В воздухе жилых и общественных зданий накопление У. д. не достигает критических величин; её концентрация – один из санитарно-гигиенических показателей степени чистоты воздушной среды.
В. Ф. Кириллов.
Лит.: Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1972; Некрасов Б. В., Основы общей химии, 3 изд., т. 1– 2, М., 1973: Ахметов Н. С., Неорганическая химия, 2 изд., М., 1975.
Углерода окись
Углеро'да о'кись, угарный газ CO, оксид С (II), соединение углерода с кислородом; газ без цвета и запаха. У. о. впервые выделил французский врач Ж. де Лассон в 1776 при нагревании древесного угля с окисью цинка. Плотность У. о. 0,00125 г/см3 при 0 °С и давлении 0,1 Мн/м2 (1 кгс/см2 ), tпл —205 °С, tkип —191,5 °С, критическая температура – 140°C, критическое давление 3,46 Мн/м2 (34,6 кгс/см2 ). Формально углерод в У. о. имеет степень окисления +2, однако повышенная прочность молекулы CO [энергия диссоциации 1036 кдж/моль (247 ккал/моль )] и малое межъядерное расстояние (1,128Å) заставляют предположить, что атомы кислорода и углерода связаны дополнительно донорно-акцепторной связью 
.
У. о. – несолеобразующий окисел, не взаимодействующий при обычных условиях с водой, кислотами и щелочами. У. о. характеризуется восстановительными свойствами и склонностью к реакциям присоединения. Так, при облучении светом и в присутствии катализаторов CO соединяется с хлором (см. Фосген ); а при нагревании – с кислородом, давая двуокись CO2 ; с серой образует сероокись COS, с некоторыми металлами – карбонилы металлов , например Ni (CO)4 , Fe (CO)5 . У. о. при повышенных температурах восстанавливает окислы металлов до свободных металлов (Fe; Pb; Ni; Cu и др.) и взаимодействует с водородом, давая, в зависимости от условий реакции, метан, смесь высших спиртов, альдегиды, кетоны.
В атмосфере У. о. содержится в незначительных количествах. Встречается в виде небольших включений в пластах каменного угля. Всегда образуется в результате сгорания углерода или его соединений при недостатке воздуха и в значительных количествах присутствует в топочных газах, выхлопных газах автомобилей (2—10 объёмных % ), табачном дыме (0,5—1 объёмных %), являясь таким образом источником загрязнения атмосферы. Поэтому во многих странах принимаются меры по снижению концентрации У. г. в атмосферном воздухе промышленных городов (см. Охрана природы ).
Получают У. о. в промышленности при взаимодействии раскалённого угля с углекислым газом: С + CO2 = 2CO или водяным паром: С + H2 O = CO + H2 . Таким образом производят генераторный и водяной газы, использующиеся как газообразное горючее (см. Газификация топлив ). В лаборатории CO получают нагреванием при 100 °С муравьиной кислоты с серной кислотой; при этом происходит реакция: HCOOH = H2 O + CO.
Применяют У. о. в химической промышленности для синтеза спиртов, углеводородов, альдегидов и органических кислот, а также для получения синтетического жидкого топлива . См. Основной органический синтез ; Нефтехимический синтез .
Отравления У. о. возможны на производстве и в быту: в доменных, мартеновских, литейных цехах; при испытании двигателей, использовании топливных газов для сушки и подогрева; в химической промышленности; в гаражах; при дровяном отоплении и т.п. Поступая в организм через органы дыхания, У. о. взаимодействует с гемоглобином и образует карбоксигемоглобин , не обладающий способностью переносить кислород к тканям. Наряду с этим уменьшается коэффициент утилизации кислорода тканями. Возникают гипокапния, затруднение диссоциации оксигемоглобина, ферментные нарушения тканевого дыхания и т.д. Защитную роль играет железо плазмы крови: его соединение с У. о. препятствует образованию карбоксигемоглобина и способствует извлечению У. о. из тканей.
При острых отравлениях наблюдается головная боль, головокружение, тошнота, рвота, слабость, одышка, учащённый пульс; возможны быстрая потеря сознания, судороги, кома (с последующим двигательным возбуждением), нарушения кровообращения и дыхания, поражение зрительного нерва и т.д.; на 2—3-й сут может развиться токсическая пневмония. Первая помощь: вынести пострадавшего на свежий воздух, растереть грудь; вдыхание паров нашатырного спирта, горячее питье. При хронических отравлениях появляются головная боль, головокружение, бессонница, возникает эмоциональная неустойчивость, ухудшаются память, внимание. Возможны органические поражения центральной нервной системы, сосудистые спазмы, повышение количества эритроцитов в крови. Профилактика: контроль за герметичностью газопроводов, состоянием местной вентиляции, удалением выхлопных газов, содержанием У. о. в воздухе рабочей зоны; аэрация зданий; соблюдение техники безопасности при взрывных работах; использование противогазов; медицинское наблюдение за рабочими соответствующих производств; в быту – правильное пользование газовыми горелками и печным отоплением.
А. А. Каспаров.
Лит.: Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1972; Ахметов Н. С., Неорганическая химия, 2 изд., М., 1975; Тиунов Л. А., Кустов В. В., Токсикология окиси углерода, Л., 1969.
Углеродистая сталь
Углеро'дистая сталь,сталь , не содержащая легирующих компонентов. В зависимости от содержания углерода У. с. подразделяют на низкоуглеродистую (до 0,25% С), среднеуглеродистую (0,25—0,6% С) и высокоуглеродистую (более 0,6% С). Различают У. с. обыкновенного качества и качественную конструкционную. К 1-й группе относится горячекатаная (сортовая, фасонная, толстолистовая, тонколистовая, широкополосная) и холоднокатаная (тонколистовая) сталь; во 2-ю входят горячекатаные и кованые заготовки диаметром (или толщиной) до 250 мм, калиброванная сталь и серебрянка .
У. с. выплавляют в мартеновских, двухванных, дуговых печах и кислородных конвертерах. Для раскисления У. с. используют ферромарганец, ферросилиций, феррованадий, алюминий, титан и др.; по степени раскисления различают кипящую, полуспокойную и спокойную У. с. Для улучшения физико-химических и технологических свойств применяют микролегирование У. с. титаном, цирконием, бором, редкоземельными элементами. В результате микролегирования сталь приобретает мелкозернистую структуру, уменьшается степень зональной ликвации , снижаются загрязнённость стали неметаллическими включениями и склонность к образованию трещин при горячей пластической деформации, повышается ударная вязкость при отрицательных температурах, что даёт возможность применять У. с. в различных климатических зонах (от – 40 до 60 °С). У. с. разливают на слитки (сверху, сифоном) и заготовки (на машинах непрерывного литья); масса слитков достигает 35 т. Кроме того, У. с. используется для получения стальных отливок. Литая У. с. отличается от деформируемой стали подобного состава несколько меньшими пластичностью и ударной вязкостью.
У. с. – наиболее распространённый вид чёрных металлов ; на её долю приходится (середина 70-х гг.) свыше 75% всей стальной продукции чёрной металлургии СССР.
Лит.: Смоляренко Д. А., Качество углеродистой стали, 2 изд., М., 1969; Качество слитка спокойной стали, М., 1973.
Д. А. Смоляренко.
Углеродистые огнеупоры
Углеро'дистые огнеупо'ры, состоят почти целиком из углерода либо содержат 5—70% С вместе с др. огнеупорными компонентами. Углеродистые изделия изготовляют из кокса, термоантрацита и каменноугольной смолы обжигом в восстановительной среде при 1100—1450 °С (неграфитированные) или около 2500 °С (графитированные). Графитовые изделия получают из природного или искусственного графита. Углеродсодержащие (графитсодержащие) огнеупоры формуют различными способами из смесей графита с глиной, шамотом, др. огнеупорными порошками и обжигают при 800—1350 °С или делают безобжиговыми. У. о. имеют кажущуюся плотность 1500—2000 кг/м3 , пористость преимущественно 15—30%, высокую термостойкость . В окислительной среде У. о. сравнительно быстро окисляются, форма изделий – блоки различных размеров и фасонные изделия (пробки, стаканы, трубы, тигли и др.). Углеродистые изделия применяются в кладке горна и лещади доменных печей, подин печей цветной металлургии, печей по производству карбида кальция; графитированные и графитовые – в печах для производства специальных сплавов, в ракетных двигателях; графито-алюмосиликатные – при разливке стали, плавке цветных металлов и т.д. Находят применение также смеси – пасты из углеродистых или графитовых порошков со смоляным связующим.
Лит.: Химическая технология керамики и огнеупоров, М., 1972.
А. К. Карклит.
Углеродная единица
Углеро'дная едини'ца, унифицированная атомная единица массы , составляющая массы атома изотопа углерода 12 C.
У. е. была предложена в 1959 Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC), принята в 1960 Международным союзом теоретической и прикладной физики (IUPAP) и утверждена на конгрессе IUPAC в 1961. У. е. равна (1,66043 ± 0,00031)×10-24г.
Углеродные волокна
Углеро'дные воло'кна, волокна, состоящие в основном из углерода. У. в. обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Температура обработки может составлять менее 900 °С (такие У. в. содержат 85—90% углерода), 900—1500 °С (95—99%) или 1500—3000 °С (более 99%). Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения У. в. могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.
У. в. могут иметь разнообразную текстильную форму, определяемую чаще всего формой исходного сырья (непрерывные или штапельные нити, жгуты, ленты, войлок, ткани и др.). Возможна также переработка У. в. в тканые и нетканые материалы с использованием обычного текстильного оборудования.
У. в. имеют исключительно высокую теплостойкость: при тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 °С в отсутствии кислорода механические показатели волокна не изменяются. Это предопределяет возможность применения У. в. в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике. На основе У. в. изготавливают армированные пластики, которые отличаются высокой абляционной стойкостью (см. Углеродопласты ).
У. в. устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. Их предельная температура эксплуатации в воздушной среде составляет 300—350 °С. Нанесение на У. в. тонкого слоя карбидов, в частности SiC, или нитрида бора позволяет в значительной мере устранить этот недостаток. Благодаря высокой химической стойкости У. в. применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др.
Изменяя условия термообработки, можно получить У. в. с различными электрофизическими свойствами (удельное объёмное электрическое сопротивление от 2×10-3 до 106ом ×см ) и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов, для изготовления термопар и др.
Активацией У. в. получают материалы с большой активной поверхностью (300—1000 м2 /г ), являющиеся прекрасными сорбентами. Нанесение на волокно катализаторов позволяет создавать каталитические системы с развитой поверхностью.
Обычно У. в. имеют прочность порядка 0,5—1 Гн/м2 (50—100 кгс/мм2 ) и модуль 20—70 Гн/м2 (2000—7000 кгс/мм2 ), а подвергнутые ориентационной вытяжке – прочность 2,5—3,5 Гн/м2 (250—350 кгс/мм2 ) и модуль 200—450 Гн/м2 (20×103 —45×103кгс/мм2 ). Благодаря низкой плотности (1,7—1,9 г/м3 ) по удельному значению (отношение прочности и модуля к плотности) механических свойств У. в. превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы. На основе высокопрочных и высокомодульных У. в. с использованием полимерных связующих получают конструкционные углеродопласты. Разработаны композиционные материалы на основе У. в. и керамических связующих, У. в. и углеродной матрицы, а также У. в. и металлов, способные выдерживать более жёсткие температурные воздействия, чем обычные пластики.
Лит.: Конкин А. А., Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы, М., 1974.
А. А. Конкин.
