Углерод (C)

Углерод — химический элемент IV группы периодической системы, порядковый номер 6, массовое число 12,011. Распространённость углерода в земной коре сравнительно невелика (0,14% по весу), однако углерод — один из жизненно важных элементов, так как его соединения являются основой всех живых организмов.

• Содержание: углерод содержится также в воздухе (в виде углекислого газа), в газах, нефти, каменном угле, многих минералах различного генезиса и т. д.
• Изотопный состав: природный углерод состоит из двух стабильных изотопов: C¹² (98,892%) и C¹³ (1,108%). В верхних слоях атмосферы под действием нейтронов космического излучения постоянно образуется радиоактивный изотоп C¹⁴ (период полураспада — 5720 лет) из стабильного изотопа азота N¹⁴. Содержание C¹⁴ в атмосфере постоянно и равно приблизительно 2·10⁻¹⁰% по весу.
• Модификации: свободный углерод встречается в природе в виде двух модификаций — алмаза и графита, резко различающихся по физическим свойствам; в обычных условиях элементарный углерод инертен. При высоких температурах становится химически активен и соединяется со многими металлами и неметаллами; в соединениях обычно четырёхвалентен.
• Соединения: углерод входит в состав большого числа разнообразных органических соединений (синтетические красители, лекарства, смолы, каучук, искусственное волокно, пластмассы и т. д.).
• Применение: используется как топливо в металлургии и химической промышленности (каменный уголь), в металлообрабатывающей и горнодобывающей промышленности (алмаз) и т. д.
• Искусственные изотопы: искусственно получены следующие радиоактивные изотопы: C¹⁰ (период полураспада = 19,1 сек), C¹¹ (период полураспада = 20,4 мин), C¹⁴ (период полураспада = 5720 лет), C¹⁵ (период полураспада = 2,25 сек). Эти изотопы используются в качестве меченых атомов при изучении фотосинтеза, обмена веществ и т. д.
• Радиоуглеродный метод: природный радиоуглерод (изотоп C¹⁴) используется для определения возраста молодых органических остатков (см. Радиоуглеродный метод).

Современный контекст

Современные данные уточняют период полураспада C¹⁴ — 5730 ± 40 лет (по шкале Libby, 1955 г., и последующие уточнения, используемые в калибровке радиоуглеродного метода). Также установлено, что содержание C¹⁴ в атмосфере не является абсолютно постоянным, что потребовало создания калибровочных кривых (IntCal) для точного определения возраста органических образцов. Данные по распространённости углерода в земной коре остаются актуальными, а сам элемент продолжает играть ключевую роль в геохимии, биологии и климатологии.