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

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

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.

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

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

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
|
|
|