Контрольные работы, курсовые, дипломные, рефераты, а также подготовка докладов, чертежей, лабораторных работ, презентаций и еще много всего. Недорого и быстро.

Главная страница	Шпаргалки
Решение задач	Эксклюзивные фото по химии
Сочинения (более 4000)	Юмор из жизни учащихся
Вернуться в раздел "Учебные материалы"

Химия

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

7. Углерод

Свойства ₆С.

Атомная масса	12,011	кларк, ат.% (распространненость в природе)	0,14
Электронная конфигурация*		Агрегатное состояние (н. у.).	твердое вещество
	0,0904	Цвет	алмаз –бесцв. графит - серый
	¾		3800
Энергия ионизации	11,264		5000 (алмаз)
Относительная электро- отрицательность	2,5	Плотность	алмаз – 3,51 графит – 2,2
Возможные степени окисления	-4, +2, +4	Стандартный электродный потенциал	¾

*Приведена конфигурация внешних электронных уровней атома элемента. Конфигурация остальных электронных уровней совпадает с таковой для благородного газа, завершающего предыдущий период и указанного в скобках.

Изотопы углерода. Углерод имеет два устойчивых изотопа: ¹²С (98,892%) и ¹³С (1,108%). Очень важен радиоактивный изотоп углерода ¹⁴С, испускающий b -лучи с периодом полураспада Т_1/2 = 5570 лет. С помощью радиоуглеродного анализа путем определения концентрации изотопа ¹⁴С ученые смогли довольно точно датировать возраст углеродсодержащих пород, археологических находок, геологических событий.

Нахождение в природе. В природе углерод встречается в виде алмаза карбина и графита, в соединениях – в виде каменного и бурого углей и нефти. Входит в состав природных карбонатов: известняка, мрамора, мела CaCO₃, доломита CaCO_3Ч MgCO₃. Является важной составной частью органических веществ.

Физические свойства. Атом углерода имеет 6 электронов, 2 из которых образуют внутренний слой (1s²), a 4 — внешний (2s²2p²). Связи углерода с другими элементами преимущественно ковалентны. Обычная валентность углерода — IV. Замечательная особенность атомов углерода — способность соединяться между собой с образованием прочных длинных цепей, в том числе замкнутых. Число таких соединений огромно, все они составляют предмет органической химии.

Различие аллотропных модификаций углерода — яркий пример влияния кристаллического строения твердых веществ на их физические свойства. В графите атомы углерода находятся в состоянии sp²-гибридизации и расположены в параллельных слоях, образуя гексагональную сетку. Внутри слоя атомы связаны гораздо сильнее, чем между слоями, поэтому свойства графита сильно различаются по разным направлениям. Так, способность графита к расслаиванию связана с разрывом более слабых межслойных связей по плоскостям скольжения.

При очень высоких давлениях и нагревании без доступа воздуха из графита может быть получен искусственный алмаз. В кристалле алмаза атомы углерода находятся в состоянии sp³-гибридизации, и поэтому все связи эквивалентны и очень прочны. Атомы образуют непрерывный трехмерный каркас. Алмаз — самое твердое вещество, найденное в природе.

Менее известны два других аллотропа углерода — карбин и фуллерен.

Химические свойства. Углерод в свободном состоянии является типичным восстановителем. При окислении кислородом в избытке воздуха он превращается в оксид углерода (IV):

при недостатке - в оксид углерода (II):

Обе реакции сильно экзотермичны.

При нагревании углерода в атмосфере оксида углерода (IV) образуется угарный газ:

Углерод восстанавливает многие металлы из их оксидов:

Так протекают реакции с оксидами кадмия, меди, свинца. При взаимодействии углерода с оксидами щелочноземельных металлов, алюминия и некоторых других металлов образуются карбиды:

Объясняется это тем, что активные металлы — более сильные восстановители, чем углерод, поэтому при нагревании образующиеся металлы окисляются избытком углерода, давая карбиды:

Оксид углерода (II). При неполном окислении углерода образуется оксид углерода (II) СО — угарный газ. В воде он плохо растворим. Формальная степень окисления углерода 2+ не отражает строение молекулы СО. В молекуле СО, помимо двойной связи, образованной обобществлением электронов углерода и кислорода, имеется дополнительная, третья связь (изображена стрелкой), образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода:

В связи с этим молекула СО крайне прочна. Оксид углерода (II) является несолеобразующим и не взаимодействует в обычных условиях с водой, кислотами и щелочами. При повышенных температурах он склонен к реакциям присоединения и окисления-восстановления. На воздухе СО горит синим пламенем:

Он восстанавливает металлы из их оксидов:

Под действием облучения на прямом солнечном свету или в присутствии катализаторов СО соединяется с Cl₂, образуя фосген — крайне ядовитый газ:

В природе оксид углерода (II) практически не встречается. Он может образовываться при обезвоживании муравьиной кислоты (лабораторный способ получения):

Исходя из последнего превращения чисто формально можно считать СО ангидридом, муравьиной кислоты. Это подтверждается следующей реакцией, которая происходит при пропускании СО в расплав щелочи при высоком давлении:

Карбонилы переходных металлов. Со многими металлами СО образует летучие карбонилы:

Ковалентная связь Ni—С в молекуле карбонила никеля образуется по донорно-акцепторному механизму, причем электронная плотность смещается от атома углерода к атому никеля. Увеличение отрицательного заряда на атоме металла компенсируется участием его d-электронов в связи, поэтому степень окисления металла равна 0. При нагревании карбонилы металлов разлагаются на металл и оксид углерода (II), что используется для получения металлов особой чистоты.

Оксид углерода (IV). Оксид углерода (IV) является ангидридом угольной кислоты Н₂СО₃ и обладает всеми свойствами кислотных оксидов.

При растворении CO₂ в воде частично образуется угольная кислота, при этом в растворе существует следующее равновесие:

Существование равновесия объясняется тем, что угольная кислота является очень слабой кислотой (К₁ = 4Ч 10^-7, К₂= 5Ч 10^-11 при 25 °С). В свободном виде угольная кислота неизвестна, так как она неустойчива и легко разлагается.

Угольная кислота. В молекуле угольной кислоты атомы водорода связаны с атомами кислорода:

Как двухосновная она диссоциирует ступенчато. Угольная кислота относится к слабым электролитам.

Угольная кислота как двухосновная образует средние соли — карбонаты и кислые соли — гидрокарбонаты. Качественной реакцией на эти соли является действие на них сильных кислот. При этой реакции угольная кислота вытесняется из своих солей и разлагается с выделением углекислого газа:

Соли угольной кислоты. Из солей угольной кислоты наибольшее практическое значение имеет сода Na₂СО₃. Эта соль образует несколько кристаллогидратов, из которых самым устойчивым является Na₂СО_3Ч10H₂O (кристаллическая сода). При прокаливании кристаллической соды получают безводную, или кальцинированную, соду Na₂СО₃. Широко используется также питьевая сода NaHСО₃. Из солей других металлов важное значение имеют: K₂СО₃ (поташ) – белый порошок, хорошо растворимый в воде, содержится в золе растений, применяется в производстве жидкого мыла, оптического тугоплавкого стекла, пигментов; CaСО₃ (известняк) – встречается в природе в виде мрамора, мела и известняка, которые применяют в строительном деле. из него получают известь и оксид углерода (IV).

Вы находитесь на сайте Xenoid v2.0:
если вам нужно быстро, подробно и недорого
решить контрольную - обращайтесь. Возможны консультации
онлайн. См. раздел "Решение задач".

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Химия: решение задач