Главная страница

углерод. Общая характеристика элемента по положению в периодической системе (ПС)


Скачать 298.87 Kb.
НазваниеОбщая характеристика элемента по положению в периодической системе (ПС)
Анкоруглерод.docx
Дата08.05.2018
Размер298.87 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлауглерод.docx
ТипДокументы
#32725
Каталогid155910929

С этим файлом связано 13 файл(ов). Среди них: RUSSKIJ_YaZYK_-_SOChINENIYa_NA_MAKSIMAL_NYJ_BALL_primer_4.pdf, RUSSKIJ_YaZYK_-_SOChINENIYa_NA_MAKSIMAL_NYJ_BALL_primer_3.pdf, углерод.docx, Строение кремния.docx, неметаллы.docx, шпаргалка по био.docx, Kontsentratsia_rastvorov.doc, Galvanichesky_element.doc, Чтобы дойти до цели, надо прежде всего идти Оноре де Бальзак.doc, Russkiy_gotovoe_esse.pdf и ещё 3 файл(а).
Показать все связанные файлы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТА ПО ПОЛОЖЕНИЮ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ (ПС)

Элемент углерод расположен во втором периоде и главной подгруппе четвертой группы периодической системы. В атоме углерода находятся шесть электронов – два на внутреннем энергетическом уровне и четыре на внешнем. В химических реакциях атом углерода может отдавать четыре внешних электрона, приобретая высшую степень окисления +4:

C0−4e¯=C+4

Это имеет место в соединениях с галогенами и кислородом (СО2).

В то же время, принимая четыре дополнительных электрона от других атомов, углерод способен приобретать низшую степень окисления –4:

C0+4e¯=C−4

в соединениях с металлами – карбидах, например, Al4C3.

АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В форме простого вещества углерод существует в виде нескольких аллотропных модификаций – алмаза, графита, карбина, фуллеренов.

https://foxford.ru/uploads/tinymce_image/image/27670/c.png

Алмаз – один из самых твердых материалов. Он плохо проводит тепло, является диэлектриком. Кристаллическая решетка алмаза представляет собой каркас из атомов углерода,. Известен также гексагональный алмаз – лонсдейлит, он похож на обычный алмаз.

Применение алмаза в технике связано в первую очередь с его твердостью. Технические алмазы используют для резки стекла. С помощью алмазных наконечников бурят горные породы, сверлят и режут металлы и камни.

Графит, в противоположность алмазу мягкий, жирный на ощупь, он имеет металлический блеск, проводит тепло и электричество. Все эти свойства обусловлены слоистой структурой графита. Атомы углерода  в нем образуют плоские слои, построенные наподобие пчелиных сот. р-Электроны атомов углерода, не принимающие участие в образовании связей внутри слоя, слабо перекрываются друг с другом, обуславливая слабое взаимодействие между отдельными слоями. С наличием этих электронов связаны металлический блеск и электропроводность, а слабое взаимодействие между отдельными слоями является причиной мягкости графита. 

Химические свойства углерода

При повышенных температурах углерод (особенно в форме графита) обладает высокой химической активностью.

Сгорая на воздухе, он превращается в оксид углерода(IV) – углекислый газ СО2:

(изб.)(углекислый газ)C+O2(изб.)=CO2(углекислый газ)

а в недостатке кислорода – в оксид углерода(II), угарный газ СО:

(недост.)(угарный газ)2C+O2(недост.)=2CO(угарный газ)

При взаимодействии с водородом образуется метан СН4:

C+2H2→t,NiCH4

с серой – сероуглерод CS2:

C+2S=CS2

Взаимодействует с другими неметаллами: не взаимодействует с фосфором.

C+Si→tSiC

эл. разряд2C+N2→эл. разрядC2N2

Из галогенов непосредственно реагирует только с фтором.

C+2F2=CF4

С металлами углерод дает карбиды:

Ca+2C→tCaC2

3C+4Al→tAl4C3

Углерод – прекрасный восстановитель, что используется для получения многих металлов из оксидов:

Fe2O3+3C=2Fe+3CO

 

Углерод взаимодействует с горячими кислотами-окислителями (концентрированной серной, азотной), окисляясь до углекислого газа:

(конц.)C+4HNO3(конц.)=CO2+4NO2+2H2O

(конц., гор.)C+2H2SO4(конц., гор.)=CO2↑+2SO2↑+2H2O

и с перегретым водяным паром, образуя водяной газ – смесь угарного газа с водородом:

C+H2O=CO+H2

ОКСИДЫ УГЛЕРОДА

Известны два важнейших оксида углерода – угарный газ или оксид углерода(II) CO и углекислый газ или оксид углерода(IV) CO2.

Угарный газ

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ

https://foxford.ru/uploads/tinymce_image/image/27661/co.png

Молекула угарного газа CO интересна своим строением: вопреки ожиданиям и степени окисления +2, атом углерода образует три связи с атомом кислорода, и валентность углерода таким образом не совпадает со степенью окисления и равна трем.

https://foxford.ru/uploads/tinymce_image/image/27796/co.png

Более подробно образование связей в молекуле угарного газа рассмотрено в теме "Валентные возможности углерода". Кратко молекулу оксида углерода (II) можно охарактеризовать следующим образом:

https://foxford.ru/uploads/tinymce_image/image/2883/8.png

  • имеет линейное строение;

  • кратность связи равна трем;

  • две связи получены путем перекрывания неспаренных 2р-электронов углерода и кислорода, а треть – по донорно-акцепторному механизму за счет свободной атомной орбитали 2р углерода и электронной пары 2р кислорода;

  • молекула СО является донором электронной пары (2s-электроны атома углерода и 2p-электроны кислорода)

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГАРНОГО ГАЗА            

Угарный газ СО – это бесцветный ядовитый газ,легче воздуха, очень мало растворим в воде, растворим в спирте и бензоле. Ядовит. Необратимо взаимодействует с гемоглобином крови.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА CO

Угарный газ – хороший восстановитель.

При поджигании он сгорает синим пламенем, превращаясь в углекислый газ:

2CO+O2=2CO2

Угарный газ используют для получения металлов из их оксидов. Он является важнейшим восстановителем при получении чугуна. Кокс в доменной печи окисляется до угарного газа, который и восстанавливает железо из оксидов:

FeO+CO→Fe+CO2

C+2O+CuO→Cu+C+4O2

.

Взаимодействует с неметаллами

 - окислительCO+H2→C+H2O,C - окислитель

Важной реакций промышленного значения является получение метанола из синтез-газа (смеси угарного газа и водород):

CO+2H2→CH3OH

кат.(фосген), С - восстановительCO+Cl2→hν,кат.COCl2(фосген), С - восстановитель

Угарный газ мало растворим в воде, не взаимодействует с ней, а также с растворами кислот и щелочей. Он несолеобразующий оксид.

ПОЛУЧЕНИЕ УГАРНОГО ГАЗА

В промышленности: Образуется при неполном сгорании топлива или при пропускании углекислого газа над раскаленным углем:

C+CO2→2CO

C+O2→CO2

В лаборатории: получают термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:

(конц.)HCOOH→H2SO4(конц.)H2O+CO

(конц.)H2C2O4→H2SO4(конц.)CO+CO2+H2O

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ

https://foxford.ru/uploads/tinymce_image/image/27662/co2.png

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ

Углекислый газ CO2 – это высший оксид углерода.

Валентность углерода и степень окисления углерода в данном оксиде совпадаю и равны 4. Все четыре связи ковалентные. Атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации: sp-гибридные орбитали атома углерода и 2р-орбитали атома кислорода образуют две σ-связи. Не участвующие в гибридизации р-орбитали углерода образуют с аналогичными орбиталями кислорода π-связи.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Он представляет собой    бесцветный газ, слегка кисловатый на вкус. Углекислый газ примерно в полтора раза тяжелее воздуха, поэтому его можно переливать из одного сосуда в другой, как будто он является невидимой жидкостью.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА CO2

Несмотря на то, что в CO2 углерод находится в высшей степени окисления, углекислый газ практически не проявляет окислительных свойств. Он может быть восстановлен лишь при повышенной температуре под действием сильных восстановителей. Так, магний, зажженный на воздухе, продолжает гореть и в атмосфере углекислого газа:

2Mg+CO2→2MgO+C

 Взаимодействуя с раскаленным углем, он превращается в угарный газ СО:

CO2+C→2CO

Углекислый газ - типичный кислотный оксид. Реагирует с основными оксидами:

Na2O+CO2→Na2CO3

С основаниями, образуя соли угольной кислоты:

карбонаты (с избытком щелочи)2NaOH+CO2→Na2CO3+H2Oкарбонаты (с избытком щелочи)

гидрокарбонаты (с недостатком щелочи)NaOH+CO2→NaHCO3гидрокарбонаты (с недостатком щелочи)

При растворении углекислого газа в воде образуется угольная кислота H2CO3, слабая двухосновная кислота, известная лишь в водных растворах.

В водном растворе реагирует с карбонатами активных металлов, образуя кислые соли:

Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3

КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ

О его присутствии можно судить по помутнению известковой воды вследствие образования нерастворимого в воде карбоната кальция:

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Получают углекислый газ термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов), например, обжиг известняка:

CaCO3→CaO+CO2

или действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты:

CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2

NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2

КАРБИДЫ

Карбиды - бинарные соединения, содержащие углерод в степени окисления -4.

Карбиды по своему строению подразделяются на:

Ковалентные

Ионные

Металлические

с неметаллами

с металлами IA и IIA группы и Al

с d-элементами

SiC, B4C

метаниды,содержат ионы C4−

Al3C4,Be2C

ацетилениды,содержат ионы C22−

CaC2,Na2C2,Ag2C2

NbC,WC,TiC,Cr3C2

ковалентная связь

ионная связь

металлическая связь

gрочная атомная решетка

ионная решетка

металлическая решетка

очень стабильны и химически инертны

при гидролизе образуется метан CH4

при гидролизе образуется ацетилен HC≡CH

химически инертны,

 обладают высокой твердостью, жаропрочностью, высокими температурами плавления.

Угольная кислота

Углекислому газу CO2 соответствует угольная кислота H2CO3. Это слабая двухосновная кислота, известная в водных растворах, образующихся при растворении углекислого газа в воде. Кислота слабая очень непрочная, разлагается на углекислый газ и воду:

CO2+H2O↔H2CO3

СВОЙСТВА УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ

H2CO3  - слабая двухосновная кислота, которая мало диссоциирует в две стадии, 

(гидрокарбонат-ион)H2CO3↔H++HCO3−(гидрокарбонат-ион)

(карбонат-ион)HCO3−↔H++CO32−(карбонат-ион)

Среда кислая и индикаторы принимают соответствующую окраску: - лакмус краснеет в водном растворе; метилоранж - розовеет; фенолфталеин - не используется для определения кислой среды (остается бесцветным)

СОЛИ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ - КАРБОНАТЫ И ГИДРОКАРБОНАТЫ

Угольная кислота, являясь двухосновной образует два типа солей – карбонаты и гидрокарбонаты.  В воде растворимы гидрокарбонаты, также средние карбонаты щелочных металлов и аммония. Карбонаты магния и щелочноземельных металлов, особенно кальция, широко распространены в природе, образуя карбонатные горные породы. Из них состоят кораллы, жемчуг и панцири некоторых простейших.

ТРИВИАЛЬНЫЕ НАЗВАНИЯ СОЛЕЙ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ

  • Na2CO3 кальцинированная (техническая, стиральная) сода 

  • Na2CO3⋅10H2O – кристаллическая сода

  • NaHCO3 питьевая (пищевая) сода

  • K2CO3 поташ

  • CaCO3  мел, мрамор, известняк

  • MgCO3 доломит

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЛЕЙ

Карбонаты относятся к средним солям, гидрокарбонаты - к кислым. Для них характерны общие свойства солей: они вступают в обменные реакции (протекают необратимо, в случае если образуется газ, осадок или малодиссоциирующее вещество). При этом важно помнить:

угольная кислота неустойчива и всегда в уравнениях реакций записывается как CO2+H2O. 

а) с сильными кислотами, качественная реакция на карбонаты и гидрокарбонаты:

Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2↑

NaHCO3+HNO3→H2O+CO2↑+NaNO3

б) с растворимыми солями и основаниям:

Na2CO3+Ba(OH)2→BaCO3↓+2NaOH

Na2CO3+CaCl2→CaCO3↓+2NaCl

в) реакции разложения:

Карбонаты металлов (кроме карбонатов натрия, калия, рубидия и цезия) при нагревании разлагаются:

CuCO3→tCuO+CO2

Гидрокарбонаты разлагаются с образованием карбонатов:

Ca(HCO3)2→t,∘CCaCO3↓+H2O+CO2↑

1) Для карбонатов характерны свойства средних солей: при пропускании углекислого газа из карбонатов образуются гидрокарбонаты (кислые соли):

CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2

2) Для гидрокарбонатов характерны свойства кислых солей: реагируют со щелочами, образуя средние соли:

KHCO3+KOH→K2CO3+H2O

Взаимосвязь между карбонатами и гидрокарбонатами отражается уравнениями:

Me(HCO3)n+Me(OH)n→MeCO3+nH2O

Me(HCO3)n→t,∘CMeCO3↓+nH2O+CO2↑

MeCO3+H2O+CO2→Me(HCO3)n

На разложении растворимых гидрокарбонатов кальция и магния при температуре основан метод уменьшения временной жесткости воды посредством кипячения.

Качественной реакцией на карбонат и гидрокарбонат ионы является их взаимодействие с сильной кислотой, наблюдается образование углекислого газа с характерным вскипанием:

Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2↑

CO32−+2H+→CO2+H2O
перейти в каталог файлов
связь с админом