Теория:

Химический элемент
Углерод — химический элемент №6. Он расположен в IVА группе Периодической системы.
 
C6+6)2e)4e
 
На внешнем слое атома углерода содержится четыре валентных электрона, и до его завершения не хватает четырёх электронов. Поэтому в соединениях с металлами углероду характерна степень окисления \(-4\), а при взаимодействии с более электроотрицательными неметаллами он проявляет положительные степени окисления \( +2\) или \(+4\). 
 
В природе углерод встречается как в виде простых веществ, так и в виде соединений. В воздухе содержится углекислый газ. В земной коре распространены карбонаты (например, CaCO3 образует мел, мрамор, известняк). Горючие ископаемые (уголь, торф, нефть, природный газ) состоят из органических соединений, главным элементом которых является углерод. 
 
Углерод относится к жизненно важным элементам, так как входит в состав молекул всех органических веществ.
Простые вещества
Углерод образует несколько аллотропных видоизменений, из которых наиболее известны алмаз и графит.  
 
Алмаз имеет атомную кристаллическую решётку. Каждый атом углерода в алмазе связан четырьмя прочными ковалентными связями с соседними атомами, расположенными в вершинах тетраэдра. 
 
14-07-2017 10-59-18.jpg
 
Благодаря такому строению алмаз — самое твёрдое из известных природных веществ. Все четыре валентных электрона каждого атома углерода участвуют в образовании связей, поэтому алмаз не проводит электрический ток. Это бесцветное прозрачное кристаллическое вещество, хорошо преломляющее свет. 
 
CZ_brilliant.jpg
 
Графит тоже имеет атомную кристаллическую решётку, но устроена она иначе. Решётка графита слоистая. Каждый атом углерода соединён прочными ковалентными связями с тремя соседними атомами. Образуются плоские слои из шестиугольников, которые между собой связаны слабо. Один валентный электрон у атома углерода остаётся свободным.
 
14-07-2017 11-00-12.jpg
 
Графит представляет собой тёмно-серое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь. В отличие от алмаза графит непрозрачный, проводит электрический ток и оставляет серый след на бумаге. У графита очень высокая температура плавления (\(3700\)°С).
 
158_grafit.jpg
 
Алмаз и графит взаимопревращаемы. При сильном нагревании без доступа воздуха алмаз чернеет и превращается в графит. Графит можно превратить в алмаз при высокой температуре и большом давлении.
 
Из мельчайших частиц графита состоят сажа, древесный уголь и кокс. Сажа образуется при неполном сгорании топлива. Древесный уголь получают при нагревании древесины без доступа воздуха, а кокс — переработкой каменного угля.
 
Древесный уголь имеет пористое строение и обладает способностью поглощать газы и растворённые вещества. Такое свойство называется адсорбцией.
 
Уголь.jpg
Химические свойства
Аллотропные модификации углерода в химических реакциях могут проявлять и окислительные и восстановительные свойства. Окислительные свойства углерода выражены слабее, чем у других неметаллов второго периода (азота, кислорода и фтора).
  • Взаимодействие с металлами
Углерод реагирует с металлами при высокой температуре с образованием карбидов:
 
4Al0+3C0=tAl+34C43
 
В этой реакции углерод окислитель.
  • Взаимодействие с водородом
Реакция происходит при сильном нагревании. Образуется метан. Углерод — окислитель.
 
C0+2H02=tC4H+14
  • Взаимодействие с кислородом
Углерод горит в кислороде с образованием углекислого газа и проявляет в этой реакции восстановительные свойства.
 
C0+O02=tC+4O22
  • Взаимодействие с оксидами металлов
Углерод способен восстанавливать металлы из их оксидов:
 
2Cu+2O+C0=t2Cu0+C+4O2 
Применение простых веществ
 Алмаз  применяется
  • для обработки твёрдых поверхностей;
  • для резки стекла;
  • для изготовления буров и свёрл;
  • для изготовления ювелирных украшений.
Графит используется
  • при изготовлении карандашей;
  • как твёрдая смазка в подшипниках;
  • для изготовления электродов;
  • в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах;
  • для получения искусственных алмазов.
Сажа
  • входит в состав типографской краски, крема для обуви;
  • используется как наполнитель для производства резины.
Уголь используется
  • в противогазах, промышленных и бытовых фильтрах;
  • для очистки сахарного сиропа, спирта и т.д.;
  • в медицине.
Кокс применяется в металлургической промышленности.