Общие сведения
Углерод — элемент IV группы периодической системы с атомным номером 6. Международное название происходит от латинского carbo — уголь, связанного с древним корнем kar — огонь. Этот же корень в латинском cremare — гореть, а возможно, и в русском «гарь», «жар», «угореть» (в древнерусском «угорати» — обжигать, опалять). Отсюда — и «уголь».
Углерод при обычных условиях химически инертен. Содержание углерода в земной коре 0,1% по массе. В природе в чистом виде встречается в виде графита, угля, алмаза. Значительное количество углерода содержится в горючих ископаемых (природный газ, нефть, уголь, горючие сланцы), в углеродсодержащих минералах (кальцит, арагонит, доломит и др.). В круговороте углерода в природе участвуют растения, животные, человек, горючие ископаемые, негорючие минералы, углекислый газ атмосферы.
Углерод широко распространен в космосе; на Солнце он занимает 4-е место после водорода (H), гелия (He) и кислорода (O).
Биологическая роль углерода
Углерод — биогенный элемент. Его соединения играют особую роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов (среднее содержание углерода 18%).
Атомы углерода обладают способностью образовывать цепи типа «углерод-углерод» любой длины и различной степени разветвленности; эти цепи могут замыкаться в кольца (циклические разновидности углеводородов). Углерод способен к образованию неограниченного количества структурных и пространственных соединений с электронположительными и электронотрицательными элементами. В настоящее время известно несколько миллионов органических соединений; на углеродной основе построена вся жизнь на земле.
Соединения углерода (углеводы, белки, жиры, ДНК и РНК, гормоны, аминои карбоновые кислоты) участвуют в построении всех тканей организма, обеспечении жизнедеятельности животных и растений.
Главной функцией углерода является формирование разнообразия органических соединений, тем самым обеспечивая биологическое разнообразие, участие во всех функциях и проявлениях живого. В биомолекулах углерод образует полимерные цепи и прочно соединяется с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Столь существенная физиологическая роль углерода определяетсятем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие практически во всех биохимических процессах в организме.
Окисление соединений углерода под действием кислорода приводит к образованию воды и углекислого газа; этот процесс служит для организма источником энергии.
Двуокись углерода CO2 (углекислый газ) образуется в процессе обмена веществ, является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения.
