Содержание
-
Углерод
Кубанский государственный аграрный университет Кафедра неорганической и аналитической химии Краснодар 2012 Костенко Е.С., Пестунова С.А., Кайгородова Е.А.
-
-
Углерод (лат. Carboneum) – химический элемент IV группыглавной подгруппы 2 периода периодической системы элементов. Неметалл Символ С Атомная номер 6 Атомная масса 12,011 а.е.м. Валентный уровень 2s22р2 Радиус атома 91 пм Электроотрицательность2,55 Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов 12С (98,93%) , 13С (1,07%) и одного радиоактивного изотопа 14С(β-излучатель, Т½= 5730 лет) Изотопы
-
Физические свойства Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разно-образными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обуслов-лено способностью углерода образовывать химические связи разного типа. Аллотропные модификации углерода
-
Распространенность Содержание углерода в земной коре 0,48% по массе. Свободный углерод находится в природе в виде алмаза и графита. Основная масса углерода встречается в виде природных карбонатов (известняки и доломиты), горючих ископаемых - антрацит (94-97% С), бурые угли (64-80% С), каменные угли (76-95% С), горючие сланцы (56-78% С), нефть (82-87% С), природные горючие газы (до 99% CH4), торф (53-62% С). В атмосфере и гидросфре углерод находится в виде CO2, в воздухе содержится 0,046% CO2 по массе, в водах рек, морей и океанов примерно в 60 раз больше. Углерод входит в состав растений и животных (около 18%) известняк антрацит горючие сланцы торф
-
Получение Элементарная природа углерода установлена Антуаном Лавуазье в конце 1780-х гг. Антуан Лоран Лавуазье Технический углерод получают при нагревании древесины или каменного угля без доступа воздуха. Из древесины получают древесный уголь и активированный уголь, а из каменного угля – кокс. Самый чистый углерод (сажа) образуется при крекинге метана:
-
Химические свойства Углерод – химически малоактивенНа холоду реагирует только со фтором: C + 2F2 = CF4 Углерод проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства
-
Соединения углерода в ст. ок. - 4 Углеводороды ( СH4, С2Н2, С6Н6) – самый обширный класс соединений углерода в степени окисления -4. Взаимодействие углерода с металлами, или оксидами металлов приводит к образованию карбидов. Различают2 группы карбидов: Карбиды металлического характера - карбиды переходных металлов, напримерFe3C. Им присуща электронная проводимость, металлический блеск, химическая инертность, термостойкость. 2 . Ионные карбиды – образованы более электроположительными металлами. Бесцветны, прозрачны, не проводят электрический ток. Ионные карбиды подвергаются полному гидролизу: Al4C3 + 12H2O = 4 Al(OH)3 + 3CH4(Be2C) CaC2+ 2H2O= Ca(OH)2 + C2H2
-
Оксид углерода (II), СО Оксид углерода (II), СО (угарный газ) – бесцветный газ, без запаха, плохо растворим в воде. СО – ядовит, так как соединяется с гемоглобином крови. :С≡О: Наличие тройной связи в молекуле СО обуславливает высокую прочность молекулы (Е = 1080 кДж/моль). Длина связи составляет 112,8 пм. Получение СО2 +С = 2 СО С + Н2О = СО + Н2 Нагревание без доступа воздуха В лаборатории СОполучают действуя конц. H2SO4на HCOOHили Н2С2О4 СО – несолеобразующий оксид.В промышленности используется как восстановитель Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 ↑ 2CO + O2 = 2 CO2 + Q CO + Cl2 = COCl2 - фосген t
-
Оксид углерода (IV), СО2 Оксид углерода (IV), СО2 (углекислый газ) – бесцветный негорючий газ, значительно тяжелее воздуха, со слабым кисловатым запахом и вкусом О=С=О Атом С связан полярными ковалентными связями с двумя атомами углерода. Молекула имеет симметричное линейное строение, поэтому в целом неполярна Получение 1. Разложение карбонатов и гидрокарбонатов: СаСО3 = СаО + СО2 2. Сжигание угля и других видов топлива: СxHy + O2 = СО2 + Н2O 3. Действие сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты: MgСО3+2 HCl= MgCl2 + H2O + СО2↑ 4. Спиртовое брожение глюкозы: t
-
Химические свойства CO2 СО2 – кислотный оксид, химически довольно инертен Взаимодействие с водой: при растворении в воде около 1 % молекул СО2 взаимодействует с водой, образуя очень слабую угольную кислоту: СО2 + Н2O = Н2СО3 Взаимодействие со щелочами и основными оксидами: СО2 + 2 NaOН = Na2СО3СО2 + NaOН = NaHCО3СО2 + CaO = CaCО3 Взаимодействие с водными растворами солей, образованных кислотами более слабыми, чем Н2СО3: Na2SiO3+ СО2 + H2O = H2SiO3 ↓ + Na2СО3 При высокой температуре СО2 реагирует с очень активными металлами, а также другими сильными восстановителями: СО2 + 2 Mg = 2 MgO + C CO2 + C = 2CO CO2 + 3 H2 = CH3OH + H2O Синтезы с участием СО2: а) синтез мочевины (карбамида): СО2 + 2 NH3 = CO(NH2)2 + H2Oб) получение питьевой соды по методу Сольвэ: NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl
-
Угольная кислота и карбонаты H2СО3 – слабая 2-х основная кислота. Диссоциирует ступенчато с образованием гидрокарбонат- и карбонат-анионов: Н2СО3 = H+ + HCO3 НСО3 = H+ + CO3 _ _ 2 _ Растворимые в воде карбонаты щелочных металлов и аммония подвер-гаются гидролизу (рН>7): Na2СО3 + Н2O = NaOH + NaНСО3 Химические свойствакарбонатов Карбонаты при нагревании разлагаются: СaСО3= СаО + СО2 ↑ Кислоты разлагают карбонаты, вытесняя из них угольную кислоту в виде Н2О и СО2: Na2СО3 + HNO3= 2NaNО3 +H2O + СО2 ↑ При пропускании СО2 в растворы карбонатов происходит образование кислых солей: Na2СО3 + СО2 + Н2О= 2NaНСО3В природе происходит медленное растворение известняков под действием атмосферных осадков и СО2: СaСО3 + СО2 + Н2О= Сa(НСО3)2 t
-
Гидрокарбонаты Катионы NH4+, щелочных и щелочноземельных металлов, а такженекоторые 2-х-зарядные катионы образуют соли с анионом HCO3¯ Все они хорошо растворимы в воде (кроме NaHCO3) При кипячении растворов гидрокарбонатов происходит их превращение в карбонаты или гидроксиды металлов с отщеплением СО2: Сa(НСО3)2 = СаСО3↓ + Н2О + СО2 ↑ Mg(НСО3)2 = Mg(ОH)2↓+ Н2О + 2 СО2↑ t t Качественная реакция на карбонат анионы Распознавание карбонатов в виде твердых веществ производят с помощбю разбавленных растворов HClи H2SO4. Выделяющийся при этом СО2 определяют по помутнению известковой воды:СО32- + 2 Н+ = Н2О + СО2 ↑ СО2 + Са(OH)2= CaCO3↓ + Н2О Распознавание карбонат-анионов в растворе можно осуществить введением катионов Са2+, что приводит к выпадению в осадок нерастворимого СаСО3
-
Применение Графит: - используется в карандашной промышленности - используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах Алмаз: - благодаря своей твердости используется как абразивный материал - ограненные алмазы – бриллианты используются в качестве драгоценных камней м ювелирных украшениях В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода – производные угольной кислоты и карбоновых кислот: карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит(в виде мазей) используют для лечения кожных заболеваний Углерод является составляющей частью стали (до 2,14 % масс.) и чугуна (более 2,14 % масс.) Углерод в виде ископаемого топлива: угля, нефти, природного газа - важнейший источник энергии
-
Биологическая роль Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод — основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО2 из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти. Фотосинтез СО2 –биохимически активное вещество: в листьях растений на свету из СО2 и Н2О образуются углеводы и кислород:
-
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.