Kohlenstoff bildet zwei extrem stabile Oxide (CO und CO 2), drei deutlich weniger stabile Oxide (C 3 O 2, C 5 O 2 und C 12 O 9), eine Reihe instabiler oder schlecht untersuchter Oxide (C 2 O, C 2 O 3 und andere) und nichtstöchiometrisches Graphitoxid. Unter den aufgeführten Oxiden spielen CO und CO 2 eine besondere Rolle.

DEFINITION

Kohlenmonoxid unter normalen Bedingungen ein brennbares Gas, farb- und geruchlos.

Es ist aufgrund seiner Fähigkeit, mit Hämoglobin einen Komplex zu bilden, der etwa 300-mal stabiler ist als ein Sauerstoff-Hämoglobin-Komplex, ziemlich toxisch.

DEFINITION

Kohlendioxid Unter normalen Bedingungen ist es ein farbloses Gas, etwa 1,5-mal schwerer als Luft, so dass es wie eine Flüssigkeit von einem Gefäß in ein anderes gegossen werden kann.

Die Masse von 1 Liter CO 2 beträgt unter normalen Bedingungen 1,98 g. Die Löslichkeit von Kohlendioxid in Wasser ist gering: 1 Volumen Wasser bei 20 o C löst 0,88 Volumen CO 2 und bei 0 o C - 1,7 Volumen.

Die direkte Oxidation von Kohlenstoff unter Sauerstoff- oder Luftmangel führt zur Bildung von CO, bei ausreichender Menge davon wird CO 2 gebildet. Einige Eigenschaften dieser Oxide sind in der Tabelle aufgeführt. 1.

Tabelle 1. Physikalische Eigenschaften von Kohlenoxiden.

Kohlenmonoxid gewinnen

Reines CO kann im Labor durch Entwässerung von Ameisensäure (HCOOH) mit konzentrierter Schwefelsäure bei ~ 140 °C gewonnen werden:

HCOOH = CO + H 2 O.

In geringen Mengen kann Kohlendioxid leicht durch Einwirkung von Säuren auf Carbonate gewonnen werden:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.

Im industriellen Maßstab fällt CO 2 hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Ammoniaksynthese an:

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2;

CO + H 2 O = CO 2 + H 2.

Beim Kalzinieren von Kalkstein werden große Mengen Kohlendioxid gewonnen:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Chemische Eigenschaften von Kohlenmonoxid

Kohlenmonoxid ist bei hohen Temperaturen reaktiv. Er manifestiert sich als mächtiger Restaurator. Reagiert mit Sauerstoff, Chlor, Schwefel, Ammoniak, Alkalien, Metallen.

CO + NaOH = Na (HCOO) (t = 120 - 130 °C, p);

CO + H 2 = CH 4 + H 2 O (t = 150–200 °C, kat. Ni);

CO + 2H 2 = CH 3 OH (t = 250 – 300 °C, kat. CuO/Cr 2 O 3);

2CO + O 2 = 2CO 2 (kat. MnO 2 / CuO);

CO + Cl 2 = CCl 2 O (t = 125 - 150°C, kat. C);

4CO + Ni = (t = 50 - 100ºC);

5CO + Fe = (t = 100 - 200 °C, p).

Kohlendioxid weist saure Eigenschaften auf: Es reagiert mit Alkalien, Ammoniakhydrat. Reduziert mit Aktivmetallen, Wasserstoff, Kohlenstoff.

CO 2 + NaOH verdünnt = NaHCO 3;

CO 2 + 2NaOH-Konz. = Na 2 CO 3 + H 2 O;

CO 2 + Ba (OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O;

CO 2 + BaCO 3 + H 2 O = Ba (HCO 3) 2;

CO 2 + NH 3 × H 2 O = NH 4 HCO 3;

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 °C, kat. Cu 2 O);

CO 2 + C = 2CO (t > 1000 °C);

CO 2 + 2 Mg = C + 2 MgO;

2CO 2 + 5Ca = CaC 2 + 4CaO (t = 500 °C);

2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.

Anwendung von Kohlenmonoxid

Kohlenmonoxid wird häufig als Brennstoff in Form von Produktionsgas oder Wassergas verwendet und entsteht auch bei der Abtrennung vieler Metalle von ihren Oxiden durch Reduktion mit Kohle. Generatorgas wird gewonnen, indem Luft durch heiße Kohle geleitet wird. Es enthält etwa 25 % CO, 4 % CO2 und 70 % N 2 mit Spuren von H 2 und CH 4 62.

Die Verwendung von Kohlendioxid ist am häufigsten auf seine physikalischen Eigenschaften zurückzuführen. Es wird als Kühlmittel, zum Karbonisieren von Getränken, bei der Herstellung von leichten (geschäumten) Kunststoffen und als Gas zur Erzeugung einer inerten Atmosphäre verwendet.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

BEISPIEL 2

Übung	Bestimmen Sie, wie viel schwerer als Luft Kohlenmonoxid (IV) CO 2 ist.
Lösung	Das Verhältnis der Masse eines bestimmten Gases zur Masse eines anderen Gases im gleichen Volumen, bei gleicher Temperatur und gleichem Druck wird als relative Dichte des ersten Gases gegenüber dem zweiten bezeichnet. Dieser Wert zeigt an, wie oft das erste Gas schwerer oder leichter ist als das zweite Gas. Das relative Molekulargewicht der Luft wird mit 29 angenommen (unter Berücksichtigung des Gehalts an Stickstoff, Sauerstoff und anderen Gasen in der Luft). Es sollte beachtet werden, dass das Konzept des "relativen Molekulargewichts von Luft" herkömmlich verwendet wird, da Luft ein Gasgemisch ist. D Luft (CO 2) = Mr (CO 2) / Mr (Luft); D Luft (CO 2) = 44/29 = 1,517. M r (CO 2) = A r (C) + 2 × A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44.
Antworten	Kohlenmonoxid (IV) CO 2 ist 1,517 mal schwerer als Luft.

Kohlendioxid, auch bekannt als 4, reagiert mit einer Reihe von Stoffen zu Verbindungen unterschiedlichster Zusammensetzung und chemischer Eigenschaften. Es besteht aus unpolaren Molekülen, weist sehr schwache intermolekulare Bindungen auf und kann nur gefunden werden, wenn die Temperatur höher als 31 Grad Celsius ist. Kohlendioxid ist eine chemische Verbindung, die aus einem Kohlenstoff- und zwei Sauerstoffatomen besteht.

Kohlenmonoxid 4: Formel und grundlegende Informationen

Kohlendioxid ist in geringer Konzentration in der Erdatmosphäre vorhanden und wirkt als Treibhausgas. Seine chemische Formel ist CO2. Bei hohen Temperaturen kann es ausschließlich in gasförmigem Zustand vorliegen. Im festen Zustand wird es als Trockeneis bezeichnet.

Kohlendioxid ist ein wesentlicher Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs. Es kommt von der Menge natürliche Quellen einschließlich vulkanischer Entgasung, Verbrennung organischer Stoffe und Atmungsprozesse von lebenden aeroben Organismen. Anthropogene Kohlendioxidquellen werden hauptsächlich mit der Verbrennung verschiedener fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung und zum Transport in Verbindung gebracht.

Es wird auch von verschiedenen Mikroorganismen durch Fermentation und Zellatmung produziert. Pflanzen wandeln Kohlendioxid während eines Prozesses namens Photosynthese in Sauerstoff um, indem sie sowohl Kohlenstoff als auch Sauerstoff verwenden, um Kohlenhydrate zu bilden. Darüber hinaus geben Pflanzen auch Sauerstoff an die Atmosphäre ab, der dann von heterotrophen Organismen zur Atmung verwendet wird.

Kohlendioxid (CO2) im Körper

Kohlenmonoxid 4 reagiert mit verschiedene Stoffe und ist ein gasförmiges Abfallprodukt des Stoffwechsels. Mehr als 90 % davon sind im Blut in Form von Bikarbonat (HCO 3) vorhanden. Der Rest ist entweder gelöstes CO 2 oder Kohlensäure (H2CO 3). Organe wie Leber und Nieren sind dafür verantwortlich, diese Verbindungen im Blut auszugleichen. Bicarbonat ist Chemische Substanz die als Puffer fungiert. Es hält den pH-Wert des Blutes auf dem erforderlichen Niveau und vermeidet einen Anstieg des Säuregehalts.

Struktur und Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid (CO 2) ist eine chemische Verbindung, die bei Raumtemperatur und darüber gasförmig ist. Es besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. Menschen und Tiere geben beim Ausatmen Kohlendioxid ab. Außerdem entsteht es immer, wenn etwas Organisches verbrannt wird. Pflanzen verwenden Kohlendioxid, um Nahrung zu produzieren. Dieser Vorgang wird Photosynthese genannt.

Die Eigenschaften von Kohlendioxid wurden in den 1750er Jahren vom schottischen Wissenschaftler Joseph Black untersucht. in der Lage, Wärmeenergie zu gewinnen und das Klima und das Wetter auf unserem Planeten zu beeinflussen. Er ist der Grund für die globale Erwärmung und den Anstieg der Temperatur der Erdoberfläche.

Biologische Rolle

Kohlenmonoxid 4 reagiert mit verschiedenen Stoffen und ist das Endprodukt in Organismen, die Energie aus dem Abbau von Zuckern, Fetten und Aminosäuren gewinnen. Dieser Vorgang ist bekanntlich für alle Pflanzen, Tiere, viele Pilze und einige Bakterien charakteristisch. Bei höheren Tieren wandert Kohlendioxid im Blut vom Körpergewebe in die Lunge, wo es ausgeatmet wird. Pflanzen gewinnen es aus der Atmosphäre für die Photosynthese.

Trockeneis

Trockeneis oder festes Kohlendioxid ist der feste Zustand von CO 2 -Gas mit einer Temperatur von -78,5°C. In seiner natürlichen Form kommt dieser Stoff nicht in der Natur vor, sondern wird vom Menschen hergestellt. Es ist farblos und kann zur Zubereitung von kohlensäurehaltigen Getränken, als Kühlelement in Eisbechern und in der Kosmetik beispielsweise zum Einfrieren von Warzen verwendet werden. Trockeneisdämpfe führen zum Ersticken und können tödlich sein. Bei der Verwendung von Trockeneis lohnt sich Sorgfalt und Professionalität.

Unter Normaldruck schmilzt es nicht in eine Flüssigkeit, sondern geht direkt von einem Feststoff in ein Gas über. Dies nennt man Sublimation. Es ändert sich direkt von fest bei jeder Temperatur zu vergasen, die extrem niedrige Temperaturen überschreitet. Trockeneis sublimiert bei normalen Lufttemperaturen. Dabei entsteht Kohlendioxid, das geruchlos und farblos ist. Kohlendioxid kann bei Drücken über 5,1 atm verflüssigt werden. Das Gas, das aus Trockeneis kommt, ist so kalt, dass es, wenn es mit Luft vermischt wird, den Wasserdampf in der Luft zu einem Nebel abkühlt, der wie dicker weißer Rauch aussieht.

Zubereitung, chemische Eigenschaften und Reaktionen

In der Industrie wird Kohlenmonoxid 4 auf zwei Wegen gewonnen:

1. Durch Verbrennen von Brennstoff (C + O 2 = CO 2).
2. Durch thermische Zersetzung von Kalkstein (CaCO 3 = CaO + CO 2).

Die dabei entstehende Kohlenmonoxidmenge 4 wird gereinigt, verflüssigt und in spezielle Zylinder gepumpt.

Als sauer reagiert Kohlenmonoxid 4 mit Substanzen wie:

• Wasser. Beim Auflösen entsteht Kohlensäure (H 2 CO 3).
• Alkalische Lösungen. Kohlenmonoxid 4 (Formel CO 2) reagiert mit Alkalien. Dabei entstehen mittlere und saure Salze (NaHCO 3 ).
• Diese Reaktionen bilden Carbonatsalze (CaCO 3 und Na 2 CO 3).
• Kohlenstoff. Bei der Reaktion von Kohlenmonoxid 4 mit heißer Kohle entsteht Kohlenmonoxid 2 (Kohlenmonoxid), das zu Vergiftungen führen kann. (CO 2 + C = 2 CO).
• Magnesium. Kohlendioxid unterstützt in der Regel keine Verbrennung, sondern kann erst bei sehr hohen Temperaturen mit einigen Metallen reagieren. Beispielsweise verbrennt entzündetes Magnesium während einer Redoxreaktion weiter in CO 2 (2Mg + CO 2 = 2MgO + C).

Die qualitative Reaktion von Kohlenmonoxid 4 zeigt sich, wenn es durch Kalksteinwasser (Ca (OH) 2 oder durch Schwerspatwasser (Ba (OH) 2) geleitet wird. Trübung und Ausfällung sind zu beobachten. , da unlösliche Karbonate in lösliche Bikarbonate umgewandelt werden (saure Salze der Kohlensäure).

Kohlendioxid entsteht auch bei der Verbrennung aller kohlenstoffhaltigen Brennstoffe wie Methan (Erdgas), Erdöldestillate (Benzin, Diesel, Kerosin, Propan), Kohle oder Holz. In den meisten Fällen wird auch Wasser freigesetzt.

Kohlendioxid (Kohlendioxid) besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen, die durch kovalente Bindungen (oder Elektronenspaltung) zusammengehalten werden. Reiner Kohlenstoff ist sehr selten. Es kommt in der Natur nur in Form von Mineralien, Graphit und Diamant vor. Trotzdem ist es der Baustein des Lebens, der zusammen mit Wasserstoff und Sauerstoff die Grundverbindungen bildet, aus denen alles auf dem Planeten besteht.

Kohlenwasserstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas sind Verbindungen aus Wasserstoff und Kohlenstoff. Dieses Element findet sich in Calcit (CaCo 3), Mineralien in sedimentären und metamorphen Gesteinen, Kalkstein und Marmor. Es ist das Element, das alle organischen Stoffe enthält, von fossilen Brennstoffen bis hin zur DNA.

Kohlenoxide (II) und (IV)

Integrierter Unterricht in Chemie und Biologie

Aufgaben: das Wissen über Kohlenoxide (II) und (IV) studieren und systematisieren; die Beziehung zwischen lebender und unbelebter Natur aufzudecken; das Wissen über die Wirkung von Kohlenoxiden auf den menschlichen Körper zu festigen; die Fähigkeiten zum Umgang mit Laborgeräten zu festigen.

Ausrüstung: HCl-Lösung, Lackmus, Ca (OH) 2, CaCO 3, Glasstab, selbstgebaute Tische, tragbares Brett, Kugel-Stab-Modell.

WÄHREND DER KURSE

Biologie Lehrer vermittelt das Thema und die Ziele des Unterrichts.

Chemielehrer. Schreiben Sie basierend auf der Theorie der kovalenten Bindungen die elektronischen und strukturellen Formeln der Kohlenoxide (II) und (IV).

Die chemische Formel von Kohlenmonoxid (II) ist CO, das Kohlenstoffatom befindet sich im Normalzustand.

Aufgrund der Paarung ungepaarter Elektronen werden zwei kovalente polare Bindungen gebildet, und die dritte kovalente Bindung wird durch den Donor-Akzeptor-Mechanismus gebildet. Der Donor ist ein Sauerstoffatom, denn es stellt ein freies Elektronenpaar zur Verfügung; der Akzeptor ist ein Kohlenstoffatom, da bietet eine freie Umlaufbahn.

In der Industrie wird Kohlenmonoxid (II) durch Überleiten von CO 2 über heiße Kohle bei hoher Temperatur gewonnen. Es entsteht auch bei der Verbrennung von Kohle unter Sauerstoffmangel. ( Schüler schreiben die Reaktionsgleichung an die Tafel)

Im Labor wird CO durch Einwirkung von konzentrierter H 2 SO 4 auf Ameisensäure gewonnen. ( Der Lehrer schreibt die Reaktionsgleichung auf.)

Biologie Lehrer. Sie haben also die Produktion von Kohlenmonoxid (II) kennengelernt. Und was sind die physikalischen Eigenschaften von Kohlenmonoxid (II)?

Student. Es ist ein farbloses Gas, giftig, geruchlos, leichter als Luft, schwer wasserlöslich, Siedepunkt –191,5 °C, erstarrt bei –205 °C.

Chemielehrer. Kohlenmonoxid in gefährlichen Mengen Menschenleben in den Abgasen von Autos enthalten. Daher sollten Garagen vor allem beim Anlassen des Motors gut belüftet werden.

Biologie Lehrer. Welche Wirkung hat Kohlenmonoxid auf den menschlichen Körper?

Student. Kohlenmonoxid ist für den Menschen äußerst giftig - dies liegt daran, dass es Carboxyhämoglobin bildet. Carboxyhämoglobin ist eine sehr starke Verbindung. Aufgrund seiner Bildung interagiert Bluthämoglobin nicht mit Sauerstoff, und im Falle einer schweren Vergiftung kann eine Person an Sauerstoffmangel sterben.

Biologie Lehrer. Welche Erste Hilfe sollte bei einer Kohlenmonoxidvergiftung geleistet werden?

Studenten. Es ist notwendig, einen Krankenwagen zu rufen, das Opfer sollte auf die Straße gebracht, künstlich beatmet werden, der Raum sollte gut belüftet sein.

Chemielehrer. Schreiben Sie die chemische Formel von Kohlenmonoxid (IV) und bauen Sie mit einem Kugel-Stab-Modell seine Struktur auf.

Das Kohlenstoffatom befindet sich in einem angeregten Zustand. Alle vier kovalenten polaren Bindungen werden durch Paarung ungepaarter Elektronen gebildet. Aufgrund seiner linearen Struktur ist sein Molekül jedoch im Allgemeinen unpolar.
In der Industrie wird CO 2 aus der Zersetzung von Calciumcarbonat bei der Kalkherstellung gewonnen.
(Der Schüler schreibt die Reaktionsgleichung auf.)

Im Labor wird CO 2 durch die Wechselwirkung von Säuren mit Kreide oder Marmor gewonnen.
(Die Schüler führen ein Laborexperiment durch.)

Biologie Lehrer. Durch welche Prozesse entsteht im Körper Kohlendioxid?

Student. Kohlendioxid entsteht im Körper durch Oxidationsreaktionen organisches Material die die Zelle ausmachen.

(Die Schüler führen ein Laborexperiment durch.)

Die Kalkaufschlämmung wurde trüb, weil Es entsteht Calciumcarbonat. Neben dem Atmungsprozess wird durch Gärung und Zerfall CO2 freigesetzt.

Biologie Lehrer. Beeinflusst körperliche Aktivität den Atmungsprozess?

Student. Bei übermäßiger körperlicher (Muskel-)Belastung verbrauchen die Muskeln Sauerstoff schneller, als das Blut ihn liefern kann, und synthetisieren dann durch Fermentation das für ihre Arbeit notwendige ATP. In den Muskeln wird Milchsäure C 3 H 6 O 3 gebildet, die in den Blutkreislauf gelangt. Die Ansammlung großer Mengen Milchsäure ist schädlich für den Körper. Nach schwerer körperlicher Anstrengung atmen wir einige Zeit schwer durch - wir bezahlen die "Sauerstoffschuld".

Chemielehrer. Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird eine große Menge Kohlenmonoxid (IV) in die Atmosphäre freigesetzt. Zuhause verwenden wir Erdgas als Brennstoff, und es besteht zu fast 90 % aus Methan (CH 4). Ich schlage vor, einer von Ihnen geht zur Tafel, schreibt die Reaktionsgleichung und analysiert sie in Bezug auf die Oxidations-Reduktion.

Biologie Lehrer. Warum kann man einen Raum nicht mit Gasöfen heizen?

Student. Methan ist ein wesentlicher Bestandteil Erdgas... Beim Verbrennen nimmt der Kohlendioxidgehalt der Luft zu und der Sauerstoffgehalt ab. ( Arbeiten mit der Tabelle "Inhalt CO2 in der Luft".)
Wenn die Luft 0,3% CO 2 enthält, erfährt eine Person eine schnelle Atmung; bei 10% - Bewusstlosigkeit, bei 20% - sofortige Lähmung und schneller Tod. Ein Kind braucht vor allem saubere Luft, da der Sauerstoffverbrauch des Gewebes eines wachsenden Organismus höher ist als der eines Erwachsenen. Daher ist es notwendig, den Raum regelmäßig zu lüften. Bei einem CO 2 -Überschuss im Blut steigt die Erregbarkeit des Atemzentrums und die Atmung wird häufiger und tiefer.

Biologie Lehrer. Betrachten Sie die Rolle von Kohlenmonoxid (IV) im Pflanzenleben.

Student. In Pflanzen erfolgt die Bildung von organischer Substanz aus CO 2 und H 2 O im Licht, neben organischer Substanz wird Sauerstoff gebildet.

Die Photosynthese reguliert den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre, wodurch verhindert wird, dass die Erde erwärmt wird. Pflanzen nehmen jährlich 300 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf. Bei der Photosynthese werden jährlich 200 Milliarden Tonnen Sauerstoff in die Atmosphäre freigesetzt. Ozon wird bei einem Gewitter aus Sauerstoff gebildet.

Chemielehrer. Erwägen Chemische Eigenschaften Kohlenmonoxid (IV).

Biologie Lehrer. Welche Bedeutung hat Kohlensäure im menschlichen Körper während der Atmung? ( Filmstreifenfragment.)
Die Enzyme im Blut wandeln Kohlendioxid in Kohlensäure um, die in Wasserstoff- und Bicarbonat-Ionen zerfällt. Enthält das Blut einen Überschuss an H + -Ionen, d.h. wird der Säuregehalt des Blutes erhöht, verbinden sich einige der H + -Ionen mit Bicarbonat-Ionen, bilden Kohlensäure und befreien dadurch das Blut von überschüssigen H + -Ionen. Befinden sich zu wenige H + -Ionen im Blut, dann dissoziiert Kohlensäure und die Konzentration der H + -Ionen im Blut steigt. Bei 37 °C beträgt der Blut-pH 7,36.
Im Körper wird Kohlendioxid in der Form vom Blut transportiert Chemische Komponenten- Natrium- und Kaliumbicarbonat.

Sicherung des Materials

Prüfen

Von den vorgeschlagenen Gasaustauschprozessen in Lunge und Gewebe müssen diejenigen, die die erste Option durchführen, links die Chiffren der richtigen Antworten und die zweite rechts auswählen.

(1) Übertragung von O 2 aus der Lunge in das Blut. (13)
(2) Übertragung von O 2 aus Blut in Gewebe. (vierzehn)
(3) Übertragung von CO 2 aus Geweben in Blut. (fünfzehn)
(4) Übertragung von CO 2 aus dem Blut in die Lunge. (16)
(5) Aufnahme von O 2 durch Erythrozyten. (17)
(6) Freisetzung von O 2 aus Erythrozyten. (achtzehn)
(7) Umwandlung von arteriellem Blut in venöses Blut. (19)
(8) Umwandlung von venösem Blut in arterielles Blut. (zwanzig)
(9) Aufbrechen der chemischen Bindung von O 2 mit Hämoglobin. (21)
(10) Chemische Bindung von O 2 an Hämoglobin. (22)
(11) Kapillaren in Geweben. (23)
(12) Lungenkapillaren. (24)

Fragen zur ersten Option

1. Prozesse des Gasaustausches in Geweben.
2. Physikalische Prozesse beim Gasaustausch.

Fragen zur zweiten Option

1. Gasaustauschvorgänge in der Lunge.
2. Chemische Prozesse beim Gasaustausch

Aufgabe

Bestimmen Sie die Menge an Kohlenmonoxid (IV), die bei der Zersetzung von 50 g Calciumcarbonat freigesetzt wird.

Kohlenmonoxid (IV), Kohlensäure und ihre Salze

Komplexer Zweck des Moduls: kennen die Wege zur Herstellung von Kohlenstoff(IV)-oxid und -hydroxid; beschreibe sie physikalische Eigenschaften; kennen die Eigenschaften der Säure-Base-Eigenschaften; die Redoxeigenschaften zu charakterisieren.

Alle Elemente der Kohlenstoff-Untergruppe bilden Oxide mit allgemeine Formel EO 2. CO 2 und SiO 2 zeigen saure Eigenschaften, GeO 2, SnO 2, PbO 2 zeigen amphotere Eigenschaften mit überwiegend sauren Eigenschaften und in der Untergruppe von oben nach unten schwächen sich die sauren Eigenschaften ab.

Die Oxidationsstufe (+4) für Kohlenstoff und Silizium ist daher sehr stabil oxidierende Eigenschaften Verbindungen werden nur sehr schwer dargestellt. In der Germanium-Untergruppe werden die oxidierenden Eigenschaften von Verbindungen (+4) durch Destabilisierung verstärkt der höchste Grad Oxidation.

Kohlenmonoxid (IV), Kohlensäure und ihre Salze

Kohlendioxid CO 2 (Kohlendioxid) - unter normalen Bedingungen ein farb- und geruchloses Gas, leicht säuerlicher Geschmack, ca. 1,5-mal schwerer als Luft, wasserlöslich, verflüssigt sich recht leicht - bei Raumtemperatur unter Druck flüssig von etwa 60 10 5 Pa. Beim Abkühlen auf 56,2 °C verfestigt sich flüssiges Kohlendioxid und wird zu einer schneeähnlichen Masse.

Insgesamt Aggregatzustände besteht aus unpolaren linearen Molekülen. Chemische Struktur CO 2 wird durch sp-Hybridisierung des zentralen Kohlenstoffatoms und die Bildung von zusätzlichem p . bestimmt p-p-Verbindungen: O = C = O

Ein Teil des im Testament gelösten CO 2 interagiert damit zu Kohlensäure

CO 2 + H 2 O – CO 2 H 2 O – H 2 CO 3.

Kohlendioxid wird von Alkalilösungen sehr leicht aufgenommen, um Karbonate und Bikarbonate zu bilden:

CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O;

CO 2 + NaOH = NaHCO 3.

CO2-Moleküle sind thermisch sehr stabil, die Zersetzung beginnt erst bei einer Temperatur von 2000єС. Daher verbrennt Kohlendioxid nicht und unterstützt die Verbrennung herkömmlicher Kraftstoffe nicht. Aber in seiner Atmosphäre gibt es einige einfache Stoffe, deren Atome eine große Affinität zu Sauerstoff zeigen, zum Beispiel Magnesium, entzündet sich beim Erhitzen in einer Atmosphäre aus CO2.

Kohlensäure und ihre Salze

Kohlensäure H 2 CO 3 ist eine zerbrechliche Verbindung, sie existiert nur in wässrigen Lösungen. Das meiste in Wasser gelöste Kohlendioxid liegt in Form von hydratisierten CO 2 -Molekülen vor, ein kleinerer Teil bildet Kohlensäure.

Wässrige Lösungen im Gleichgewicht mit der CO 2 -Atmosphäre sind sauer: = 0,04 M und pH? 4.

Kohlensäure ist zweibasig, gehört zu schwachen Elektrolyten, dissoziiert stufenweise (K 1 = 4, 4 10? 7; K 2 = 4, 8 10? 11). Beim Auflösen von CO 2 in Wasser stellt sich folgendes dynamisches Gleichgewicht ein:

H 2 O + CO 2 – CO 2 H 2 O – H 2 CO 3 – H + + HCO 3?

Beim Erhitzen wässrige Lösung Bei Kohlendioxid nimmt die Löslichkeit des Gases ab, CO 2 wird aus der Lösung freigesetzt und das Gleichgewicht verschiebt sich nach links.

Kohlensäuresalze

Da sie zweibasig ist, bildet Kohlensäure zwei Reihen von Salzen: mittlere Salze (Karbonate) und sauer (Hydrogenkarbonate). Die meisten Kohlensäuresalze sind farblos. Von Carbonaten sind nur Salze in Wasser löslich. Alkali Metalle und Ammonium.

In Wasser hydrolysieren Carbonate und daher reagieren ihre Lösungen alkalisch:

Na 2 CO 3 + H 2 O – NaHCO 3 + NaOH.

Eine weitere Hydrolyse unter Bildung von Kohlensäure findet unter Normalbedingungen praktisch nicht statt.

Die Auflösung von Hydrogencarbonaten in Wasser wird ebenfalls von einer Hydrolyse begleitet, jedoch in deutlich geringerem Ausmaß, und das Medium ist schwach alkalisch (pH ≈ 8).

Ammoniumcarbonat (NH 4) 2 CO 3 ist bei erhöhten und sogar normalen Temperaturen, insbesondere in Gegenwart von Wasserdampf, leicht flüchtig, was zu einer starken Hydrolyse führt

Starke Säuren und sogar schwache Essigsäure verdrängen Kohlensäure aus Carbonaten:

K 2 CO 3 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + H 2 O + CO 2 ^.

Im Gegensatz zu den meisten Carbonaten sind alle Bicarbonate wasserlöslich. Sie sind weniger stabil als Carbonate der gleichen Metalle und zersetzen sich beim Erhitzen leicht in die entsprechenden Carbonate:

2KHCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 ^;

Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ^.

Starke Säuren zersetzen Bicarbonate wie Carbonate:

KHCO 3 + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O + CO 2

Aus Salzen der Kohlensäure größter Wert enthalten: Natriumcarbonat (Soda), Kaliumcarbonat (Kali), Calciumcarbonat (Kreide, Marmor, Kalkstein), Natriumbicarbonat (Backpulver) und basisches Kupfercarbonat (CuOH) 2 CO 3 (Malachit).

Basische Salze der Kohlensäure in Wasser sind praktisch unlöslich und zersetzen sich beim Erhitzen leicht:

(CuOH) 2 CO 3 = 2 CuO + CO 2 + H 2 O.

Im Allgemeinen hängt die thermische Stabilität von Carbonaten von den Polarisationseigenschaften der Ionen ab, aus denen das Carbonat besteht. Je stärker das Kation auf das Carbonation polarisierend wirkt, desto niedriger ist die Zersetzungstemperatur des Salzes. Wenn das Kation leicht verformt werden kann, dann wirkt auch das Carbonation selbst auf das Kation polarisierend, was zu einer starken Abnahme der Zersetzungstemperatur des Salzes führt.

Natrium- und Kaliumcarbonate schmelzen ohne Zersetzung, während die meisten der verbleibenden Carbonate beim Erhitzen in Metalloxid und Kohlendioxid zerfallen.

• Bezeichnung - C (Kohlenstoff);
• Zeitraum - II;
• Gruppe - 14 (IVa);
• Atommasse - 12.011;
• Ordnungszahl - 6;
• Atomradius = 77 pm;
• Kovalenter Radius = 77 pm;
• Elektronenverteilung - 1s 2 2s 2 2p 2;
• Schmelzpunkt = 3550 ° C;
• Siedepunkt = 4827 ° C;
• Elektronegativität (Pauling / Alpred und Rohov) = 2,55 / 2,50;
• Oxidationszustand: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Dichte (n. At.) = 2,25 g/cm 3 (Graphit);
• Molvolumen = 5,3 cm 3 / mol.

Kohlenstoffverbindungen:

Kohlenstoff in Form von Holzkohle ist dem Menschen seit jeher bekannt, daher macht es keinen Sinn, über das Datum seiner Entdeckung zu sprechen. Seinen Namen "Kohlenstoff" erhielt er eigentlich im Jahr 1787, als das Buch "Methode der chemischen Nomenklatur" veröffentlicht wurde, in dem anstelle des französischen Namens "reine Kohle" (charbone pur) der Begriff "Kohlenstoff" (Kohlenstoff) auftauchte.

Kohlenstoff hat die einzigartige Fähigkeit, Polymerketten von unbegrenzter Länge zu bilden, wodurch eine riesige Klasse von Verbindungen entsteht, die in einem separaten Zweig der Chemie untersucht werden - organische Chemie... Organische Kohlenstoffverbindungen sind das Herzstück des Lebens auf der Erde, daher die Bedeutung von Kohlenstoff, da Chemisches Element, es macht keinen Sinn zu sprechen - er ist die Grundlage des Lebens auf der Erde.

Betrachten wir nun Kohlenstoff aus der Sicht der anorganischen Chemie.

Reis. Die Struktur des Kohlenstoffatoms.

Die elektronische Konfiguration von Kohlenstoff ist 1s 2 2s 2 2p 2 (vgl. Elektronische Struktur von Atomen). Auf der externen Energieebene hat Kohlenstoff 4 Elektronen: 2 gepaart auf der s-Unterebene + 2 ungepaart auf den p-Orbitalen. Wenn ein Kohlenstoffatom in einen angeregten Zustand übergeht (erfordert Energieverbrauch), "verlässt" ein Elektron aus der s-Unterebene sein Paar und geht in die p-Unterebene, wo es ein freies Orbital gibt. Also in einem angeregten Zustand elektronische Konfiguration Kohlenstoffatom hat die folgende Form: 1s 2 2s 1 2p 3.

Reis. Der Übergang eines Kohlenstoffatoms in einen angeregten Zustand.

Ein solches "Rodeln" erweitert die Valenzfähigkeiten von Kohlenstoffatomen erheblich, die die Oxidationsstufe von +4 (in Verbindungen mit aktiven Nichtmetallen) bis -4 (in Verbindungen mit Metallen) annehmen können.

Im nicht angeregten Zustand hat das Kohlenstoffatom in den Verbindungen eine Wertigkeit von 2, zB CO (II), und im angeregten Zustand 4: CO 2 (IV).

Die "Einzigartigkeit" des Kohlenstoffatoms liegt in der Tatsache, dass sich auf seinem äußeren Energieniveau 4 Elektronen befinden. Um das Niveau zu vervollständigen (das tatsächlich die Atome jedes chemischen Elements anstreben), kann es mit gleichen "Erfolg", geben und binden Elektronen unter Bildung kovalenter Bindungen (vgl. Kovalente Bindung).

Kohlenstoff als einfacher Stoff

Als einfacher Stoff kann Kohlenstoff in Form mehrerer allotroper Modifikationen vorliegen:

• Diamant
• Graphit
• Fulleren
• Karabiner

Diamant

Reis. Das Kristallgitter eines Diamanten.

Diamanteigenschaften:

• farblose kristalline Substanz;
• die härteste Substanz der Natur;
• hat eine starke refraktive Wirkung;
• leitet Wärme und Strom schlecht.

Reis. Diamant-Tetraeder.

Die außergewöhnliche Härte des Diamanten erklärt sich aus der Struktur seines Kristallgitters, das die Form eines Tetraeders hat – im Zentrum des Tetraeders befindet sich ein Kohlenstoffatom, das durch gleich starke Bindungen mit vier benachbarten Atomen verbunden ist, die die Eckpunkte bilden des Tetraeders (siehe Abbildung oben). Diese "Konstruktion" wiederum ist mit benachbarten Tetraedern verbunden.

Graphit

Reis. Kristallgitter aus Graphit.

Graphiteigenschaften:

• eine weiche kristalline graue Substanz einer Schichtstruktur;
• hat einen metallischen Glanz;
• leitet Strom gut.

In Graphit bilden sich Kohlenstoffatome regelmäßige Sechsecke in einer Ebene liegend, in endlosen Schichten organisiert.

In Graphit werden chemische Bindungen zwischen benachbarten Kohlenstoffatomen durch drei Valenzelektronen jedes Atoms gebildet (in der Abbildung unten blau dargestellt), während sich das vierte Elektron (in rot dargestellt) jedes Kohlenstoffatoms auf einem senkrecht liegenden p-Orbital befindet zur Ebene der Graphitschicht nimmt nicht an der Bildung kovalenter Bindungen in der Ebene der Schicht teil. Sein "Zweck" ist ein anderer - im Zusammenspiel mit seinem in der angrenzenden Schicht liegenden "Bruder" stellt es eine Verbindung zwischen den Graphitschichten her, und die hohe Beweglichkeit der p-Elektronen bestimmt die gute elektrische Leitfähigkeit von Graphit.

Reis. Die Verteilung der Orbitale des Kohlenstoffatoms in Graphit.

Fulleren

Reis. Fullerenkristallgitter.

Fulleren-Eigenschaften:

• ein Fulleren-Molekül ist eine Ansammlung von Kohlenstoffatomen, die in hohlen Kugeln wie einem Fußball eingeschlossen sind;
• es ist eine gelb-orangefarbene feinkristalline Substanz;
• Schmelzpunkt = 500-600 ° C;
• Halbleiter;
• gehört zum Mineral Schungit.

Karabiner

Karabinereigenschaften:

• inerte schwarze Substanz;
• besteht aus polymeren linearen Molekülen, in denen Atome durch abwechselnde Einfach- und Dreifachbindungen verbunden sind;
• Halbleiter.

Chemische Eigenschaften von Kohlenstoff

Kohlenstoff ist unter normalen Bedingungen ein inerter Stoff, kann aber beim Erhitzen mit einer Vielzahl einfacher und komplexer Stoffe reagieren.

Es wurde bereits oben gesagt, dass es auf dem externen Energieniveau von Kohlenstoff 4 Elektronen gibt (weder dort noch hier), daher kann Kohlenstoff sowohl Elektronen abgeben als auch aufnehmen, wobei er in einigen Verbindungen reduzierende Eigenschaften aufweist und in anderen oxidiert.

Kohlenstoff ist Reduktionsmittel bei Reaktionen mit Sauerstoff und anderen Elementen mit höherer Elektronegativität (siehe Tabelle der Elektronegativität der Elemente):

• wenn es an der Luft erhitzt wird, verbrennt es (mit einem Sauerstoffüberschuss unter Bildung von Kohlendioxid; mit seinem Mangel - Kohlenmonoxid (II)):
  C + O 2 = CO 2;
  2C + O 2 = 2CO.
• reagiert bei hohen Temperaturen mit Schwefeldämpfen, wechselwirkt leicht mit Chlor, Fluor:
  C + 2S = CS 2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F 2 + C = CF 4
• beim Erhitzen reduziert es viele Metalle und Nichtmetalle aus Oxiden:
  C0 + Cu+2O = Cu0 + C+2O;
  C 0 + C +4 O 2 = 2C +2 O
• bei einer Temperatur von 1000 ° C reagiert es mit Wasser (Vergasungsprozess), unter Bildung von Wassergas:
  C + H 2 O = CO + H 2;

Kohlenstoff weist bei Reaktionen mit Metallen und Wasserstoff oxidierende Eigenschaften auf:

• reagiert mit Metallen zu Karbiden:
  Ca + 2C = CaC 2
• Kohlenstoff bildet in Wechselwirkung mit Wasserstoff Methan:
  C + 2H 2 = CH 4

Kohlenstoff wird durch thermische Zersetzung seiner Verbindungen oder durch Pyrolyse von Methan (bei hohen Temperaturen) gewonnen:
CH4 = C + 2H2.

Anwendung von Kohlenstoff

Kohlenstoffverbindungen werden häufig verwendet in nationale Wirtschaft, es ist nicht möglich, alle aufzulisten, wir geben nur einige an:

• Graphit wird zur Herstellung von Bleistiftminen, Elektroden, Schmelztiegeln, als Neutronenmoderator in Kernreaktoren als Schmiermittel;
• Diamanten werden in Schmuck, als Schneidwerkzeug, in Bohrgeräten, als Schleifmittel verwendet;
• als Reduktionsmittel wird Kohlenstoff verwendet, um bestimmte Metalle und Nichtmetalle (Eisen, Silizium) zu gewinnen;
• Aktivkohle macht den größten Teil der Aktivkohle aus, die sowohl im Alltag (z , Polymerisationskatalysator usw.).