Углерод и его свойства

Углерод
Подготовила: Жмылькова Юлия
Общая характеристика
элементов ıv группы

Углерод образует
устойчивые гидриды
в виде длинных
линейных и
разветвленных
углеродных цепей,
циклов, называемых
углеводородами:
CH4, C2H6, и т.д.
Углерод

Углерод был известен с глубокой древности. Он
относится к числу довольно распространенных
элементов, занимая 11-е место среди элементов
вообще 17-е среди элементов земной коры. Массовая
доля углерода в земной коре составляет 0,14%.

Углерод имеет несколько аллотропных
взаимодействий: алмаз, графит, карбин,
поликумулен, фуллерены.



Карбин представляет собой линейный
полимер, с чередующимися одинарными и
тройными связями.
Впервые он был получен искусственным
путем.
В настоящее время он найден в кратерах
некоторых вулканов.


Поликумулен – еще одна аллотропная форма
углерода. Это линейный полимер, в котором
атомы углерода связаны только двойными
связями (=C=C=C=C=C=).
Получен искусственным путем.



На внешнем энергетическом уровне атома углерода
находится 4ē.
До завершения ему не хватает 4 ē.
При взаимодействиях с сильными восстановителями
он может принимать 4ē, проявляя степень окисления
-4, либо при взаимодействии с неметаллами легко
переходить в электронно-возбужденное состояние и
образовывать 4 ковалентных связи.


В обычных условиях углерод, находящийся в любой
аллотропной форме достаточно химически инертен.
Лишь при сильном повышении температуры
активность его увеличивается, и в этих условиях он
может взаимодействовать с отдельными металлами ,
неметаллами, некоторыми сложными
неорганическими соединениями.

С металлами углерод реагирует при
нагревании. Металлические производные
называются карбидами. В зависимости от
активности металла они имеют молекулярное
или полимерное строение.

Молекулярные карбиды металлов не
устойчивы по отношению к воде и
разбавленным кислотам, которые необратимо
разлагают их с образованием различных
углеводородов.

При повышенной температуре углерод
взаимодействует с отдельными неметаллами
(O2, H2, F, S, Si, N2). Относительно легко
протекают реакции взаимодействия с O2 и S.

В отдельных случаях углерод реагирует со
сложными неорганическими веществами,
которые проявляют сильные окислительные
свойства.

При нагревании углерод восстанавливает
неактивные металлы из их оксидов. При
нагревании с оксидом кальция, который
используется для получения ацителена.

Получающийся при взаимодействии кокса с
оксидом углерода (ıv) оксид углерода (ıı)
широко применяется в доменном процессе
при выплавке чугуна.

Восстановление водяного пара раскаленным
коксом приводит к получению так
называемого «водяного газа» - смеси СО и
Н2, широко применяемого в доменном
процессе, при производстве аммиака,
метанола, высших спиртов, при получении
водорода.

Самыми распространенными оксидами углерода
являются оксид углерода (ıı) (угарный газ - СО) и
оксид углерода (ıv) (углекислый газ – СО2). Но есть у
этих оксидов третий собрат – малоизвестный оксид
С3О2 – недоокись углерода. Причем этой троицей
число оксидов углерода не исчерпывается.
Встречается оксид следующего состава: С6О6,
носящий название трихинона.



Оксид углерода (ıv) – газ, без цвета, запаха и
вкуса, не ядовит. Малорастворим в Н2О.
При низкой температуре или повышенном
давлении легко переходит в жидкое или
твердое состояние («сухой лед»).t(возг)=-78˚С.
Кислотный оксид.
Не поддерживает горения и дыхания.
Трихинон – продукт полимеризации СО.

Недокись углерода – газ, без цвета, с резким
запахом, ядовит, неустойчив, разлагается,
начиная с 37˚С.

Строение С=О, газ, без цвета, запаха и
вкуса, очень ядовит («угарный газ»).
Малорастворим в Н2О.t(кип)=-192˚C, t(пл.)=205˚C. Хороший восстановитель.

Оксид углерода (ıı) является
несолеобразующим оксидом и не
взаимодействует при обычных условиях ни с
кислотами, ни со щелочами, ни с водой.

Оксид углерода (ıı) способен восстанавливать
оксиды многих металлов. Это используется
для промышленного получения железа и
никеля.

Оксид углерода (ıı) легко окисляется, сгорая
на воздухе голубым пламенем, при
взаимодействии с водородом в зависимости
от условий могут образовываться различные
продукты, реагирует также с хлором, серой.



В растворах СО также проявляется свойства
восстановителя и восстанавливает соли Au,
Pt и некоторых других элементов до
свободных металлов уже при обычных
условиях.
Это используется для качественного
обнаружения оксида углерода (ıı).
В результате восстановления в растворе
хлорида палладия (ıı) возникает характерное
темное окрашивание раствора.

Наличие неподеленной электронной пары у
атома углерода позволяет оксиду углерода
(ıı) выступать в качестве лиганда при
образовании карбонильных комплексов.

Хотя оксид углерода (ıı) является
несолеобразующим оксидом и не
взаимодействует при обычных условиях ни с
кислотами, ни со щелочами, ни с водой, но
при нагревании и повышенном давлении
может реагировать с расплавами щелочей,
образуя соли муравьиной кислоты.

Являясь часто побочным продуктом многих
химических производств, оксид углерода (ıı)
находит широкое практическое применение.
Он представляет большой интерес для
химического синтеза (получение
органических и неорганических веществ), а
также входит в состав искусственного
газообразного топлива.


В лабораторных условиях оксид углерода (ıı)
можно получить действием
концентрированной серной кислоты на
муравьиную или щавелевую кислоты при
нагревании.
В промышленности его получают
газификацией твердого топлива.


Оксид углерода (ıv) (углекислый газ) –
относится к кислотным оксидам и проявляет
все свойства, характерные для данного типа
веществ.
Он взаимодействует с водой, с основными
оксидами и основаниями с образованием
кислых и средних солей, с некоторыми солями.

При растворении СО2 в воде устанавливается
целый ряд равновесий.

При взаимодействии с основными оксидами
образуются соли угольной кислоты –
карбонаты.

При взаимодействии с основаниями в
зависимости от количественных соотношений
реагирующих веществ могут образовываться
средние, кислые соли или их смесь.

Оксид углерода (ıv) может реагировать с
солями более слабых кислот.

Оксид углерода (ıv) при нагревании реагирует
с активными металлами, некоторыми
неметаллами, а также участвует в ряде
специфических реакций с металлами,
неметаллами, пероксидами и
надпероксидами, участвует в фотосинтезе.

Магний способен гореть в атмосфере СО2,
восстанавливая при этом углерод. Кальций с
оксидом углерода (ıv) образует карбид и
оксид кальция.

При нагревании СО2 может реагировать с
некоторыми неметаллами.

оксид углерода (ıv) участвует в фотосинтезе,
где из СО2 и Н2О образуется и О2. Именно
благодаря этой химической реакции в
атмосфере нашей планеты появился
газообразный кислород.

В лабораторных условиях углекислый газ
получают при взаимодействии карбонатов
(СаСО3) с соляной кислотой. В
промышленности – термическим разложением
известняка или мела, реже – магнезита или
доломита.