Углерод и его соединения

Углерод образует ряд аллотропных модификаций из которых наиболее известны алмаз и графит.

Алмаз – самое твердое вещество, поэтому в технике его применяют для обработки твердых материалов. Причина прочности алмаза заключается в атомной кристаллической решетке. В кристалле алмаза каждый атом углерода связан с четырьмя соседними атомами углерода посредством прочных химических связей. Будучи весьма твердым, алмаз является хрупким веществом. Не проводит электрический ток. При прокаливании в кислороде сгорает с образованием углекислого газа (СО₂). При сильном нагреве без доступа воздуха превращается в графит. Алмаз получают искусственным путем из графита при давлении примерно 10⁵ атмосфер и температуре около 3000 ⁰С.

Графит – материал темно-серого цвета с металлическим блеском. Имеет слоистую структуру. Связи между отдельными слоями сравнительно слабые и легко отделяются друг от друга, что нашло применение в качестве смазочного материала (графитовая смазка). Проводит электрический ток. Химически довольно инертен, но при нагревании в кислороде сгорает до СО₂.

«Аморфный» углерод (голь), благодаря большой активной поверхности, обладает высокой адсорбционной способностью.

Углерод проявляет высо­кую активность лишь при высоких темпера­турах и служит хорошим восстановителем, что позволяет использовать его в ме­таллургии для восстановления металлов из руд

Fе₂О₃ + 3 С = 2 Fе + 3 СO.

Оксид углерода (II) - несолеобразующий оксид; это бесцветный ядовитый газ, образуется при сгорании угля при недостатке кислорода вследствие протека­ния реакций:

С + О₂ = СО₂, СО₂ + С = 2 СО.

При ультрафиолетовом облучении или в присутствии катализатора (активи­рованный уголь) оксид углерода (II) соединяется с хлором, образуя чрезвычайно ядовитый газ фосген: СО + С1₂ = СОС1₂.

Оксид углерода (II) может соединяться со многими металлами с образова­нием карбонилов металлов:

Fe + 5 СО = Fe(CO)5 - пентакарбонил железа;

N1 + 4 СО = Ni(CO)₄ - тетракарбонил никеля. Карбонилы металлов ядовиты. При высокой температуре они разлагаются с вы­делением металла и СО, что используется для получения высокочистых металлов.

Оксид углерода (IV) - легко сжижающийся под давлением бесцветный газ. Твёрдая углекислота при атмосферном давлении и температуре -78,5 °С без плавления переходит в газообразное состояние (сублимация). СО₂ - ангидрид угольной кислоты.

Н₂СО₃ – слабая, неустойчивая кислота:

Н₂СО₃ ↔ Н₂О + СО₂↑.

Диссоциирует по типу слабого электролита:

Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^-, К₁ = 4,5·10^-7,

НСО^-₃ ↔ Н⁺ + СО₃^2-, К₂ = 4,7·10^-11.

Угольная кислота образует:

1) средние соли (карбонаты),

2) кислые (гидрокарбонаты).

Карбонаты и гидрокарбонаты термически нестойки:

СаСОз = СаО + СО₂↑,

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃↓ +СО₂↑ + Н₂О.

Карбонат натрия (кальцинированная сода) – является одним из главных продуктов химической промышленности. В водном растворе он гидролизуется по реакции

Nа₂СО₃ → 2Nа⁺ + СО₃^-2,

СО₃^-2 + Н⁺-ОН^- ↔ НСО₃^- + ОН^-.

Гидрокарбонат натрия (питьевая сода) – широко используется в пищевой промышленности. Вследствие гидролиза раствор также имеет щелочную среду

NаНСО₃ → Nа⁺ + НСО₃^-,

НСО₃^- + Н-ОН ↔ Н₂СО₃ + ОН^-.

Кальцинированная и питьевая сода взаимодействуют с кислотами

Nа₂СО₃ + 2НСl ↔ 2NаСl + СО₂↑ + Н₂О,

2Nа⁺ + СО₃^-2 + 2Н⁺ + 2Сl^- ↔ 2Nа⁺ + 2Сl^- + СО₂↑ + Н₂О,

СО₃^-2 + 2Н⁺ ↔ СО₂↑ + Н₂О;

NаНСО₃ + СН₃СООН ↔ СН₃СООNа + СО₂↑ + Н₂О,

Nа⁺ + НСО₃^- + СН₃СООН ↔ СН₃СОО^- + Nа⁺ + СО₂↑ + Н₂О,

НСО₃^- + СН₃СООН ↔ СН₃СОО^- + СО₂↑ + Н₂О.

Соединения углерода с металлами и другими менее электроотрицательными элементами называются карбидами.

Карбид кальция при взаимодействии с водой разлагается с образованием ацетилена

СаС₂ + 2НОН = Са(ОН)₂ + С₂Н₂.

Синильная кислота (НСN) и её соли (КСN – цианид калия) чрезвычайно ядовиты.

Карбамид (СО(NН₂)₂) – используется в сель­ском хозяйстве как азотное удобрение и добавка к корму животных.

Дата добавления: 2013-12-12