کربن (C)- غیر فلزی معمولی؛ v سیستم دوره ایدر دوره دوم گروه چهارم، زیرگروه اصلی قرار دارد. عدد اتمی 6، Ar = 12.011 amu، بار هسته ای +6.

مشخصات فیزیکی:کربن بسیاری از تغییرات آلوتروپیک را تشکیل می دهد: الماس- یکی از سخت ترین مواد گرافیت، زغال سنگ، دوده.

یک اتم کربن دارای 6 الکترون است: 1s 2 2s 2 2p 2 . دو الکترون آخر روی اوربیتال های p مجزا قرار دارند و جفت نشده اند. در اصل، این جفت می تواند یک اوربیتال را اشغال کند، اما در این حالت دافعه الکترون-الکترون به شدت افزایش می یابد. به همین دلیل یکی از آنها 2p x و دیگری یا 2p y می گیرد , یا اوربیتال های 2p z.

تفاوت بین انرژی‌های زیرسطح‌های s و p لایه بیرونی کم است؛ بنابراین، اتم به راحتی به حالت برانگیخته می‌رود، که در آن یکی از دو الکترون از مدار 2s به حالت آزاد منتقل می‌شود. 2p.یک حالت ظرفیت با پیکربندی 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . این حالت اتم کربن است که مشخصه شبکه الماس است - آرایش فضایی چهار وجهی اوربیتال های هیبریدی، طول پیوند و انرژی یکسان.

این پدیده به نام شناخته شده است sp 3 -هیبریداسیون،و توابع بوجود آمده sp 3 -hybrid هستند . تشکیل چهار پیوند sp 3 وضعیت پایدارتری نسبت به سه اتم کربن را فراهم می کند p-p-و یک s-s-link. علاوه بر هیبریداسیون sp 3 در اتم کربن، هیبریداسیون sp 2 و sp نیز مشاهده می شود. . در حالت اول، همپوشانی متقابل وجود دارد s-و دو اوربیتال p سه اوربیتال معادل sp 2 - هیبریدی تشکیل می شود که در یک صفحه با زاویه 120 درجه نسبت به یکدیگر قرار دارند. مدار سوم p بدون تغییر است و عمود بر صفحه است sp 2.

در طول هیبریداسیون sp، اوربیتال های s و p با هم همپوشانی دارند. زاویه 180 درجه بین دو اوربیتال ترکیبی معادل ایجاد می شود، در حالی که دو اوربیتال p هر یک از اتم ها بدون تغییر باقی می مانند.

آلوتروپی کربن الماس و گرافیت

در یک کریستال گرافیت، اتم های کربن در صفحات موازی قرار دارند و رئوس آنها را اشغال می کنند. شش ضلعی های منظم... هر یک از اتم های کربن به سه پیوند مجاور sp 2 -hybrid متصل است. اتصال بین صفحات موازی توسط نیروهای واندروالس انجام می شود. اوربیتال های آزاد p هر یک از اتم ها عمود بر صفحات پیوندهای کووالانسی هدایت می شوند. همپوشانی آنها پیوند π اضافی بین اتم های کربن را توضیح می دهد. بنابراین از حالت ظرفیت که در آن اتم های کربن در یک ماده قرار دارند، خواص این ماده بستگی دارد.

خواص شیمیایی کربن

معمولی ترین حالت های اکسیداسیون +4، +2 هستند.

در دماهای پایین، کربن بی اثر است، اما هنگامی که گرم می شود، فعالیت آن افزایش می یابد.

کربن به عنوان یک عامل کاهنده:

- با اکسیژن
C 0 + O 2 - t ° = دی اکسید کربن CO 2
با کمبود اکسیژن - احتراق ناقص:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O مونوکسید کربن

- با فلوئور
C + 2F 2 = CF 4

- با بخار آب
C 0 + H 2 O - 1200 ° = C + 2 O + H 2 گاز آب

- با اکسیدهای فلزی بنابراین، فلز از سنگ معدن ذوب می شود.
C 0 + 2CuO - t ° = 2Cu + C +4 O 2

- با اسیدها - عوامل اکسید کننده:
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) = C + 4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (conc.) = C + 4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- دی سولفید کربن را با گوگرد تشکیل می دهد:
C + 2S 2 = CS 2.

کربن به عنوان یک عامل اکسید کننده:

- با برخی فلزات کاربید تشکیل می دهد

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- با هیدروژن - متان (و همچنین مقدار زیادی از ترکیبات آلی)

C 0 + 2H 2 = CH 4

- با سیلیکون، کربوراندوم را تشکیل می دهد (در دمای 2000 درجه سانتیگراد در یک کوره الکتریکی):

یافتن کربن در طبیعت

کربن آزاد به شکل الماس و گرافیت وجود دارد. کربن به شکل ترکیبات در ترکیب مواد معدنی است: گچ، مرمر، سنگ آهک - CaCO 3، دولومیت - MgCO 3 * CaCO 3. هیدروکربنات ها - منیزیم (HCO 3) 2 و Ca (HCO 3) 2، CO 2 بخشی از هوا است. کربن جزء اصلی ترکیبات آلی طبیعی است - گاز، نفت، زغال سنگ، ذغال سنگ نارس، بخشی از آن است مواد آلیپروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها، اسیدهای آمینه که موجودات زنده را تشکیل می دهند.

ترکیبات کربن غیر آلی

نه یون های C 4 + و نه C 4- تحت هیچ فرآیند شیمیایی معمولی تشکیل نمی شوند: پیوندهای کووالانسی با قطبیت های مختلف در ترکیبات کربن وجود دارد.

مونوکسید کربن (II) CO

مونوکسید کربن؛ بی رنگ، بی بو، کمی محلول در آب، محلول در حلال های آلی، سمی، دمای عدل = -192 درجه سانتیگراد؛ t pl. = -205 درجه سانتیگراد.

در حال دریافت
1) در صنعت (در مولدهای گاز):
C + O 2 = CO 2

2) در آزمایشگاه - با تجزیه حرارتی اسید فرمیک یا اگزالیک در حضور H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH = H 2 O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

خواص شیمیایی

CO در شرایط عادی بی اثر است. هنگام گرم شدن - یک عامل کاهنده؛ اکسید غیر نمک ساز

1) با اکسیژن

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) با اکسیدهای فلزی

C + 2 O + CuO = Cu + C + 4 O 2

3) با کلر (در نور)

CO + Cl 2 - hn = COCl 2 (فسژن)

4) با مذاب های قلیایی (تحت فشار) واکنش می دهد.

CO + NaOH = HCOONa (فرمت سدیم)

5) با فلزات واسطه کربونیل تشکیل می دهد

Ni + 4CO - t ° = Ni (CO) 4

Fe + 5CO - t ° = Fe (CO) 5

مونوکسید کربن (IV) CO2

دی اکسید کربن، بی رنگ، بی بو، حلالیت در آب - 0.9 ولت CO 2 در 1 ولت H 2 O (در شرایط عادی) حل می شود. سنگین تر از هوا؛ t ° pl = -78.5 ° C (CO 2 جامد "یخ خشک" نامیده می شود). از احتراق پشتیبانی نمی کند.

در حال دریافت

1. تجزیه حرارتی نمک های اسید کربنیک (کربنات ها). برشته کردن سنگ آهک:

CaCO 3 - t ° = CaO + CO 2

1. اثر اسیدهای قوی بر کربنات ها و بی کربنات ها:

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

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

شیمیاییخواصCO2
اکسید اسیدی: با اکسیدهای بازی و باز واکنش می دهد و نمک های اسید کربنیک را تشکیل می دهد

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

ممکن است در دماهای بالا خاصیت اکسید کننده از خود نشان دهد

С +4 O 2 + 2 میلی گرم - t ° = 2 میلی گرم + 2 O + C 0

واکنش کیفی

کدورت آب آهک:

Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (رسوب سفید) + H 2 O

با عبور طولانی مدت CO 2 از آب آهک ناپدید می شود، زیرا کربنات کلسیم نامحلول به بی کربنات محلول تبدیل می شود:

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

اسید کربنیک و آننمک

H 2CO 3 -اسید ضعیف است، فقط در محلول آبی وجود دارد:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

دو پایه:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - نمک های اسیدی - بی کربنات ها، هیدروکربن ها
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- نمکهای متوسط ​​- کربناتها

تمام خواص اسیدها مشخص است.

کربنات ها و هیدروکربن ها را می توان به یکدیگر تبدیل کرد:

2NaHCO 3 - t ° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2 NaHCO 3

کربنات های فلزی (به جز فلزات قلیاییهنگامی که حرارت داده می شود، دکربوکسیله می شوند و اکسید می شوند:

CuCO 3 - t ° = CuO + CO 2

واکنش کیفی- "جوش" تحت عمل یک اسید قوی:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

کاربیدها

کاربید کلسیم:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

هنگامی که کاربیدهای روی، کادمیوم، لانتانیم و سریم با آب واکنش می دهند، استیلن آزاد می شود:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

2 C باشد و Al 4 C 3 با آب تجزیه می شود و متان تشکیل می شود:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al (OH) 3 = 3 CH 4.

در فناوری از کاربیدهای تیتانیوم TiC، تنگستن W 2 C (آلیاژهای سخت)، سیلیکون SiC (کربوراندوم به عنوان ساینده و ماده ای برای بخاری) استفاده می شود.

سیانور

از گرم کردن سودا در جوی حاوی آمونیاک و مونوکسید کربن به دست می آید:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

هیدروسیانیک اسید HCN یک محصول مهم در صنایع شیمیایی است و به طور گسترده در سنتز آلی استفاده می شود. تولید جهانی آن به 200 هزار تن در سال می رسد. ساختار الکترونیکی آنیون سیانید شبیه مونوکسید کربن (II) است، چنین ذرات ایزوالکترونیک نامیده می شوند:

سی = O: [: C = N:] -

سیانیدها (0.1-0.2٪ محلول آب) در استخراج طلا استفاده می شود:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0.5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

هنگام جوشاندن محلول های سیانید با گوگرد یا همجوشی مواد جامد، تیوسیانات ها:
KCN + S = KSCN.

هنگامی که سیانیدهای فلزات کم فعالیت گرم می شوند، سیانوژن به دست می آید: جیوه (CN) 2 = جیوه + (CN) 2. محلول های سیانید اکسید می شوند سیانات ها:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

اسید سیانیک به دو صورت وجود دارد:

H-N = C = O; H-O-C = ن:

در سال 1828، فردریش ویلر (1800-1882) اوره را از سیانات آمونیوم به دست آورد: NH 4 OCN = CO (NH 2) 2 با تبخیر یک محلول آبی.

این رویداد معمولاً به عنوان پیروزی شیمی مصنوعی بر "نظریه حیات گرایی" تلقی می شود.

یک ایزومر اسید سیانیک وجود دارد - اسید فرار

H-O-N = C.
نمک های آن (جیوه انفجاری جیوه (ONC) 2) در جرقه زن ضربه ای استفاده می شود.

سنتز اوره(اوره):

CO 2 + 2 NH 3 = CO (NH 2) 2 + H 2 O. در 130 0 C و 100 atm.

اوره آمید اسید کربنیک است، همچنین "آنالوگ نیتروژن" آن - گوانیدین وجود دارد.

کربنات ها

مهم ترین ترکیبات معدنیکربن - نمک های اسید کربنیک (کربنات ها). H 2 CO 3 یک اسید ضعیف است (K 1 = 1.3 · 10 -4؛ K 2 = 5 · 10 -11). پشتیبانی بافر کربنات تعادل دی اکسید کربندر جو اقیانوس ها ظرفیت بافری عظیمی دارند، زیرا چنین هستند سیستم باز... واکنش بافر اصلی تعادل در تفکیک اسید کربنیک است:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

با کاهش اسیدیته، جذب اضافی دی اکسید کربن از جو با تشکیل اسید اتفاق می افتد:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

با افزایش اسیدیته، انحلال سنگ های کربناته (پوسته، رسوبات گچ و سنگ آهک در اقیانوس) رخ می دهد. این اتلاف یون های هیدروکربنات را جبران می کند:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (جامد) ↔ Ca 2 + + CO 3 2-

کربنات های جامد به هیدروکربنات های محلول تبدیل می شوند. این فرآیند انحلال شیمیایی دی اکسید کربن اضافی است که با "اثر گلخانه ای" - گرم شدن کره زمین به دلیل جذب دی اکسید کربن مقابله می کند. تابش حرارتیزمین. حدود یک سوم از سودای جهان (کربنات سدیم Na 2 CO 3) در تولید شیشه استفاده می شود.

کربن

در حالت آزاد، کربن 3 تغییر آلوتروپیک را تشکیل می دهد: الماس، گرافیت و کاربین تولید شده مصنوعی.

در یک کریستال الماس، هر اتم کربن به طور محکم به چهار اتم دیگر که در فواصل مساوی در اطراف آن قرار دارند، پیوند کووالانسی محکمی دارد.

همه اتم های کربن در حالت هیبریداسیون sp 3 هستند. شبکه کریستالی اتمی الماس ساختاری چهار وجهی دارد.

الماس ماده ای بی رنگ و شفاف است که نور را به شدت می شکند. بالاترین سختی را در بین تمام مواد شناخته شده دارد. الماس شکننده، نسوز است، گرما و جریان الکتریکی را ضعیف هدایت می کند. فاصله های کوچک بین اتم های کربن مجاور (0.154 نانومتر) منجر به چگالی نسبتاً بالایی از الماس (3.5 گرم بر سانتی متر مکعب) می شود.

در شبکه کریستالی گرافیت، هر اتم کربن در حالت هیبریداسیون sp 2 قرار دارد و سه پیوند کووالانسی قوی با اتم‌های کربن واقع در همان لایه تشکیل می‌دهد. سه الکترون از هر اتم، کربن، در تشکیل این پیوندها شرکت می کنند و الکترون های ظرفیت چهارم، پیوندهای n تشکیل می دهند و نسبتاً آزاد (متحرک) هستند. آنها هدایت الکتریکی و گرمایی گرافیت را تعیین می کنند.

طول پیوند کووالانسی بین اتم های کربن مجاور در همان صفحه 0.152 نانومتر است و فاصله بین اتم های C در لایه های مختلف 2.5 برابر بیشتر است، بنابراین پیوند بین آنها ضعیف است.

گرافیت ماده ای مات، نرم، چرب و به رنگ خاکستری-مشکی با درخشندگی فلزی است. گرما و جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می کند. گرافیت در مقایسه با الماس چگالی کمتری دارد و به راحتی به تکه های نازک تقسیم می شود.

ساختار بی نظم گرافیت ریز کریستالی زیربنای ساختار است اشکال مختلفکربن آمورف که مهمترین آنها کک، زغال سنگ قهوه ای و قیر، دوده، کربن فعال (فعال) است.

این اصلاح آلوتروپیک کربن با اکسیداسیون کاتالیزوری (dehydropolycondensation) استیلن به دست می آید. کاربین یک پلیمر زنجیره ای است که دو شکل دارد:

C = C-C = C -... و ... = C = C = C =

کاربین دارای خواص نیمه هادی است.

در دماهای معمولی، هر دو اصلاح کربن (الماس و گرافیت) از نظر شیمیایی بی اثر هستند. اشکال کریستالی ریز گرافیت - کک، دوده، کربن فعال - واکنش پذیرتر هستند، اما، به عنوان یک قاعده، پس از اینکه از قبل در دمای بالا گرم شدند.

1. تعامل با اکسیژن

C + O 2 = CO 2 + 393.5 کیلوژول (بیش از O 2)

2C + O 2 = 2CO + 221 کیلوژول (با کمبود O 2)

سوزاندن زغال سنگ یکی از مهمترین منابع انرژی است.

2. برهمکنش با فلوئور و گوگرد.

C + 2F 2 = CF 4 تترا فلوراید کربن

دی سولفید کربن C + 2S = CS 2

3. کک یکی از مهم ترین عوامل کاهنده مورد استفاده در صنعت است. در متالورژی، با کمک آن، فلزات از اکسیدها به دست می آیند، به عنوان مثال:

ЗС + Fe 2 O 3 = 2Fe + ЗСО

C + ZnO = روی + CO

4. هنگامی که کربن با اکسیدهای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی برهمکنش می کند، فلز احیا شده با کربن ترکیب می شود و یک کاربید تشکیل می دهد. به عنوان مثال: ZC + CaO = CaC 2 + کاربید کلسیم CO

5. کک نیز برای به دست آوردن سیلیکون استفاده می شود:

2С + SiO2 = Si + 2СО

6. با کک اضافی، کاربید سیلیکون (کاربوراندوم) SiC تشکیل می شود.

به دست آوردن «گاز آب» (گاز شدن سوخت جامد)

عبور بخار آب از زغال سنگ داغ، مخلوط قابل احتراق CO و H 2 تولید می کند که به آن گاز آب می گویند:

C + H 2 O = CO + H 2

7. واکنش با اسیدهای اکسید کننده.

فعال یا زغال چوب، زمانی که حرارت داده می شود، آنیون های NO 3 - و SO 4 2- را کاهش می دهد. اسیدهای غلیظ:

C + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

8. واکنش با نیترات فلزات قلیایی مذاب

در ذوب های KNO 3 و NaNO 3، زغال سنگ خرد شده با تشکیل شعله کور کننده به شدت می سوزد:

5C + 4KNO 3 = 2K 2 CO 3 + 3CO 2 + 2N 2

1. تشکیل کاربیدهای نمک مانند با فلزات فعال.

تضعیف قابل توجه خواص غیرفلزی کربن در این واقعیت بیان می شود که عملکردهای آن به عنوان یک عامل اکسید کننده به میزان بسیار کمتری نسبت به عملکردهای کاهنده آشکار می شود.

2. فقط در واکنش با فلزات فعال، اتم‌های کربن به یون‌های با بار منفی C-4 و (C = C) 2- وارد می‌شوند و کاربیدهای نمک‌مانند را تشکیل می‌دهند:

ЗС + 4Al = Аl 4 С 3 کاربید آلومینیوم

2C + Ca = CaC 2 کاربید کلسیم

3. کاربیدهای نوع یونی ترکیبات بسیار ناپایداری هستند، به راحتی در اثر اسیدها و آب تجزیه می شوند که نشان دهنده ناپایداری آنیون های کربن با بار منفی است:

Al 4 C 3 + 12H 2 O = 3CH 4 + 4Al (OH) 3

CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca (OH) 2

4. تشکیل ترکیبات کووالانسی با فلزات

در مذاب مخلوط کربن با فلزات واسطه، کاربیدها عمدتاً با یک نوع پیوند کووالانسی تشکیل می‌شوند. مولکول های آنها ترکیب متغیری دارند و مواد به طور کلی به آلیاژها نزدیک هستند. چنین کاربیدهایی بسیار مقاوم هستند، آنها از نظر شیمیایی نسبت به آب، اسیدها، قلیاها و بسیاری از معرف های دیگر بی اثر هستند.

5. برهمکنش با هیدروژن

در T و P بالا، در حضور کاتالیزور نیکل، کربن با هیدروژن ترکیب می شود:

C + 2H 2 → CH 4

واکنش بسیار برگشت پذیر است و عملی نیست.

مونوکسید کربن (II)- CO

(مونوکسید کربن, مونوکسید کربن, مونوکسید کربن)

مشخصات فیزیکی:گاز سمی بی رنگ، بی مزه و بی بو، با شعله مایل به آبی می سوزد، سبک تر از هوا است، در آب کم محلول است. غلظت مونوکسید کربن در هوا 12.5-74٪ مواد منفجره است.

دریافت:

1) در صنعت

C + O 2 = CO 2 + 402 کیلوژول

CO 2 + C = 2CO - 175 کیلوژول

در ژنراتورهای گاز، بخار آب گاهی از طریق زغال سنگ داغ دمیده می شود:

C + H 2 O = CO + H 2 - Q،

مخلوط CO + H 2 - گاز سنتز نامیده می شود.

2) در آزمایشگاه- تجزیه حرارتی اسید فرمیک یا اگزالیک در حضور H 2 SO 4 (conc.):

HCOOH t˚C، H2SO4 → H 2 O + CO

H 2 C 2 O 4 t˚C، H2SO4 → CO + CO 2 + H 2 O

خواص شیمیایی:

CO در شرایط عادی بی اثر است.هنگام گرم شدن - یک عامل کاهنده؛

CO - اکسید غیر نمک ساز.

1) با اکسیژن

2C +2 O + O 2 t˚ C → 2C +4 O 2

2) با اکسیدهای فلزی CO + Me x O y = CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2

3) با کلر (در نور)

نور CO + Cl 2 → COCl 2 (فسژن یک گاز سمی است)

4) * با مذاب های قلیایی (تحت فشار) واکنش نشان می دهد.

CO + NaOH P → HCOONa (فرمات سدیم)

تاثیر مونوکسید کربن بر موجودات زنده:

مونوکسید کربن خطرناک است زیرا خون را قادر به حمل اکسیژن به اندام های حیاتی مانند قلب و مغز نمی کند. مونوکسید کربن با هموگلوبین ترکیب می شود که اکسیژن را به سلول های بدن می رساند و آن را برای انتقال اکسیژن نامناسب می کند. منواکسید کربن بسته به مقدار استنشاقی، هماهنگی را مختل می کند، بیماری های قلبی عروقی را تشدید می کند و باعث خستگی، سردرد، ضعف می شود.تاثیر مونوکسید کربن بر سلامت انسان به غلظت آن و زمان قرار گرفتن در بدن بستگی دارد. غلظت مونوکسید کربن در هوا بیش از 0.1٪ منجر به مرگ در عرض یک ساعت و غلظت بیش از 1.2٪ در عرض سه دقیقه می شود.

کاربرد مونوکسید کربن:

مونوکسید کربن عمدتاً به عنوان گاز قابل احتراق مخلوط با نیتروژن، به اصطلاح گاز ژنراتور یا گاز هوا، یا گاز آب مخلوط با هیدروژن استفاده می شود. در متالورژی برای بازیابی فلزات از سنگ معدن آنها. برای به دست آوردن فلزات با خلوص بالا با تجزیه کربونیل ها.

مونوکسید کربن (IV) СO2 - دی اکسید کربن

مشخصات فیزیکی:دی اکسید کربن، بی رنگ، بی بو، حلالیت در آب - 0.9 ولت CO 2 در 1 ولت H 2 O (در شرایط عادی) حل می شود. سنگین تر از هوا؛ t ° pl = -78.5 ° C (CO 2 جامد "یخ خشک" نامیده می شود). از احتراق پشتیبانی نمی کند.

ساختار مولکولی:

دی اکسید کربن دارای فرمول های الکترونیکی و ساختاری زیر است:

3. احتراق مواد کربن دار:

CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2

4. با اکسیداسیون آهسته در فرآیندهای بیوشیمیایی (تنفس، پوسیدگی، تخمیر)

خواص شیمیایی:

اکسیدهای کربن (II) و (IV)

درس تلفیقی شیمی و زیست شناسی

وظایف:مطالعه و سیستماتیک کردن دانش در مورد اکسیدهای کربن (II) و (IV)؛ آشکار ساختن رابطه بین طبیعت زنده و بی جان؛ ادغام دانش در مورد تأثیر اکسیدهای کربن بر بدن انسان؛ برای تثبیت مهارت های توانایی کار با تجهیزات آزمایشگاهی.

تجهیزات:محلول HCl، تورنسل، Ca (OH) 2، CaCO 3، میله شیشه ای، میزهای خانگی، تخته قابل حمل، مدل توپ و چوب.

در طول کلاس ها

معلم زیست شناسیموضوع و اهداف درس را بیان می کند.

معلم شیمی.بر اساس تئوری پیوندهای کووالانسی، فرمول های الکترونیکی و ساختاری اکسیدهای کربن (II) و (IV) را بنویسید.

فرمول شیمیایی مونوکسید کربن (II) CO است، اتم کربن در حالت عادی خود است.

به دلیل جفت شدن الکترون های جفت نشده، دو پیوند قطبی کووالانسی تشکیل می شود و سومی پیوند کووالانسیتوسط مکانیسم دهنده - پذیرنده تشکیل می شود. دهنده یک اتم اکسیژن است، زیرا یک جفت الکترون آزاد را فراهم می کند. پذیرنده یک اتم کربن است، زیرا یک اوربیتال رایگان فراهم می کند.

در صنعت، مونوکسید کربن (II) با عبور CO 2 روی یک زغال سنگ داغ در دمای بالا به دست می آید. همچنین در طی احتراق زغال سنگ با کمبود اکسیژن تشکیل می شود. ( دانش آموز معادله واکنش را روی تخته سیاه می نویسد)

در آزمایشگاه، CO از اثر H 2 SO 4 غلیظ روی اسید فرمیک به دست می آید. ( معلم معادله واکنش را یادداشت می کند.)

معلم زیست شناسی.بنابراین، با تولید مونوکسید کربن (II) آشنا شدید. و چی مشخصات فیزیکیمونوکسید کربن (II) دارد؟

دانشجو.این گاز بی رنگ، سمی، بی بو، سبک تر از هوا، کم محلول در آب، نقطه جوش 191.5- درجه سانتی گراد، در 205- درجه سانتی گراد جامد می شود.

معلم شیمی.مونوکسید کربن در مقادیر خطرناک برای زندگی انسانموجود در گازهای خروجی اگزوز خودروها بنابراین، گاراژها باید به خوبی تهویه شوند، به خصوص هنگام روشن کردن موتور.

معلم زیست شناسی.تاثیر مونوکسید کربن بر بدن انسان چیست؟

دانشجو.مونوکسید کربن برای انسان بسیار سمی است - این به دلیل این واقعیت است که کربوکسی هموگلوبین را تشکیل می دهد. کربوکسی هموگلوبین یک ترکیب بسیار قوی است. در نتیجه تشکیل آن، هموگلوبین خون با اکسیژن تعامل ندارد و در صورت مسمومیت شدید، فرد می تواند از گرسنگی اکسیژن بمیرد.

معلم زیست شناسی.در صورت مسمومیت با گاز مونوکسید کربن چه کمک های اولیه ای باید به فرد ارائه شود؟

دانش آموزان.لازم است با آمبولانس تماس بگیرید، قربانی باید به خیابان منتقل شود، باید تنفس مصنوعی داده شود، اتاق باید به خوبی تهویه شود.

معلم شیمی.فرمول شیمیایی مونوکسید کربن (IV) را بنویسید و با استفاده از مدل توپ و چوب، ساختار آن را بسازید.

اتم کربن در حالت برانگیخته است. هر چهار پیوند قطبی کووالانسی از جفت شدن الکترون های جفت نشده تشکیل می شوند. با این حال، به دلیل ساختار خطی آن، مولکول آن به طور کلی غیر قطبی است.
در صنعت، CO 2 از تجزیه کربنات کلسیم در تولید آهک به دست می آید.
(دانش آموز معادله واکنش را یادداشت می کند.)

در آزمایشگاه، CO 2 از برهمکنش اسیدها با گچ یا سنگ مرمر به دست می آید.
(دانش آموزان یک آزمایش آزمایشگاهی انجام می دهند.)

معلم زیست شناسی.در نتیجه چه فرآیندهایی دی اکسید کربن در بدن تشکیل می شود؟

دانشجو.دی اکسید کربن در بدن در نتیجه واکنش های اکسیداسیون مواد آلی تشکیل دهنده سلول تشکیل می شود.

(دانش آموزان یک آزمایش آزمایشگاهی انجام می دهند.)

دوغاب آهک کدر شد چون کربنات کلسیم تشکیل می شود. علاوه بر فرآیند تنفس، CO2 در نتیجه تخمیر و پوسیدگی آزاد می شود.

معلم زیست شناسی.آیا فعالیت بدنی بر روند تنفس تأثیر می گذارد؟

دانشجو.با بار فیزیکی (عضلانی) بیش از حد، ماهیچه ها از اکسیژن سریعتر از خون استفاده می کنند و سپس ATP لازم برای کار خود را با تخمیر سنتز می کنند. در ماهیچه ها اسید لاکتیک C 3 H 6 O 3 تشکیل می شود که وارد جریان خون می شود. تجمع مقادیر زیاد اسید لاکتیک برای بدن مضر است. پس از فعالیت بدنی سنگین، مدتی به شدت نفس می کشیم - "بدهی اکسیژن" را پرداخت می کنیم.

معلم شیمی.هنگام سوزاندن سوخت های فسیلی مقدار زیادی مونوکسید کربن (IV) در جو آزاد می شود. در خانه، ما از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کنیم و تقریبا 90 درصد آن متان (CH 4) است. من به یکی از شما پیشنهاد می کنم به تخته سیاه برود، معادله واکنش را بنویسد و آن را از نظر اکسیداسیون-کاهش تجزیه و تحلیل کند.

معلم زیست شناسی.چرا نمی توان از اجاق گاز برای گرم کردن اتاق استفاده کرد؟

دانشجو.متان جزء لاینفک آن است گاز طبیعی... هنگامی که می سوزد، محتوای دی اکسید کربن در هوا افزایش می یابد و اکسیژن کاهش می یابد. ( کار با جدول "محتوا CO 2 در هوا".)
هنگامی که هوا حاوی 0.3٪ CO 2 باشد، فرد تنفس سریع را تجربه می کند. در 10٪ - از دست دادن هوشیاری، در 20٪ - فلج فوری و مرگ سریع. یک کودک به ویژه به هوای پاک نیاز دارد، زیرا مصرف اکسیژن توسط بافت‌های یک ارگانیسم در حال رشد بیشتر از یک بزرگسال است. بنابراین، لازم است به طور منظم اتاق را تهویه کنید. در صورت وجود CO 2 اضافی در خون، تحریک پذیری مرکز تنفسی افزایش می یابد و تنفس بیشتر و عمیق تر می شود.

معلم زیست شناسی.نقش مونوکسید کربن (IV) را در زندگی گیاهان در نظر بگیرید.

دانشجو.در گیاهان، تشکیل مواد آلی از CO 2 و H 2 O در نور اتفاق می افتد، علاوه بر مواد آلی، اکسیژن نیز تشکیل می شود.

فتوسنتز محتوای دی اکسید کربن موجود در جو را تنظیم می کند که از افزایش دما در سیاره جلوگیری می کند. گیاهان سالانه 300 میلیارد تن دی اکسید کربن را از جو جذب می کنند. در فرآیند فتوسنتز، سالانه 200 میلیارد تن اکسیژن در جو آزاد می شود. ازن از اکسیژن در هنگام رعد و برق تشکیل می شود.

معلم شیمی.در نظر گرفتن خواص شیمیاییمونوکسید کربن (IV).

معلم زیست شناسی.اهمیت اسید کربنیک در بدن انسان در هنگام تنفس چیست؟ ( قطعه نوار فیلم.)
آنزیم های موجود در خون دی اکسید کربن را به اسید کربنیک تبدیل می کنند که به یون های هیدروژن و بی کربنات تجزیه می شود. اگر خون حاوی بیش از حد یون H + باشد، به عنوان مثال. اگر اسیدیته خون افزایش یابد، برخی از یون های H + با یون های بی کربنات ترکیب می شوند و اسید کربنیک تشکیل می دهند و در نتیجه خون را از یون های H + آزاد می کنند. اگر یون های H + - در خون خیلی کم باشد، اسید کربنیک تجزیه می شود و غلظت یون های H + - در خون افزایش می یابد. در دمای 37 درجه سانتیگراد، pH خون 7.36 است.
در بدن، دی اکسید کربن توسط خون به شکل ترکیبات شیمیایی - بی کربنات سدیم و پتاسیم حمل می شود.

ایمن سازی مواد

تست

از میان فرآیندهای تبادل گاز پیشنهادی در ریه‌ها و بافت‌ها، کسانی که گزینه اول را انجام می‌دهند باید رمز پاسخ‌های صحیح را در سمت چپ و دومی را در سمت راست انتخاب کنند.

(1) انتقال O 2 از ریه ها به خون. (سیزده)
(2) انتقال O 2 از خون به بافت. (14)
(3) انتقال CO 2 از بافت به خون. (15)
(4) انتقال CO 2 از خون به ریه ها. (شانزده)
(5) جذب O 2 توسط گلبول های قرمز. (17)
(6) آزادسازی O 2 از گلبول های قرمز. (هجده)
(7) تبدیل خون شریانی به خون وریدی. (نوزده)
(8) تبدیل خون وریدی به شریانی. (بیست)
(9) شکستن پیوند شیمیایی O 2 با هموگلوبین. (21)
(10) اتصال شیمیایی O 2 به هموگلوبین. (22)
(11) مویرگ ها در بافت ها. (23)
(12) مویرگ های ریوی. (24)

سوالات گزینه اول

1. فرآیندهای تبادل گاز در بافت ها.
2. فرآیندهای فیزیکی در حین تبادل گاز.

سوالات گزینه دوم

1. فرآیندهای تبادل گاز در ریه ها
2. فرآیندهای شیمیایی در هنگام تبادل گاز

وظیفه

حجم مونوکسید کربن (IV) که در طی تجزیه 50 گرم کربنات کلسیم آزاد می شود را تعیین کنید.

مونوکسید کربن (IV) (دی‌اکسید کربن، دی‌اکسید کربن) در شرایط عادی گازی بی‌رنگ، سنگین‌تر از هوا، از نظر حرارتی پایدار است و وقتی فشرده و سرد شود، به راحتی به حالت مایع و جامد تبدیل می‌شود.

چگالی - 1.997 گرم در لیتر. CO2 جامد که یخ خشک نامیده می شود، در دمای اتاق تصعید می شود. در آب ضعیف حل می شود، تا حدی با آن واکنش نشان می دهد. خاصیت اسیدی را نشان می دهد. با فلزات فعال، هیدروژن و کربن کاهش می یابد.

فرمول شیمیایی مونوکسید کربن 4
فرمول شیمیایی مونوکسید کربن (IV) CO2. نشان می دهد که این مولکول حاوی یک اتم کربن (Ar = 12 amu) و دو اتم اکسیژن (Ar = 16 amu) است. از فرمول شیمیایی می توان برای محاسبه وزن مولکولی مونوکسید کربن (IV) استفاده کرد:

Mr (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O);

Mr (CO2) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44.

نمونه هایی از حل مسئله
مثال 1
وظیفه هنگامی که 26.7 گرم اسید آمینه (CxHyOzNk) در اکسیژن اضافی سوزانده شود، 39.6 گرم مونوکسید کربن (IV)، 18.9 گرم آب و 4.2 گرم نیتروژن تشکیل می شود. فرمول اسید آمینه را تعیین کنید.
راه حل اجازه دهید نموداری از واکنش احتراق یک اسید آمینه ترسیم کنیم و تعداد اتم های کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن را به ترتیب با "x"، "y"، "z" و "k" نشان دهیم:
CxHyOzNk + Oz → CO2 + H2O + N2.

اجازه دهید جرم عناصر تشکیل دهنده این ماده را تعیین کنیم. مقادیر جرم اتمی نسبی برگرفته از جدول تناوبی D.I. مندلیف، به اعداد کامل گرد کنید: Ar (C) = 12 amu، Ar (H) = 1 amu، Ar (O) = 16 amu، Ar (N) = 14 amu

M (C) = n (C) × M (C) = n (CO2) × M (C) = × M (C);

M (H) = n (H) × M (H) = 2 × n (H2O) × M (H) = × M (H);

بیایید جرم مولی دی اکسید کربن و آب را محاسبه کنیم. همانطور که می دانید، جرم مولی یک مولکول برابر است با مجموع جرم اتمی نسبی اتم های تشکیل دهنده مولکول (M = Mr):

M (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44 گرم / مول.

M (H2O) = 2 × Ar (H) + Ar (O) = 2 × 1 + 16 = 2 + 16 = 18 گرم / مول.

M (C) = x 12 = 10.8 گرم؛

M (H) = 2 × 18.9 / 18 × 1 = 2.1 گرم.

M (O) = m (CxHyOzNk) - m (C) - m (H) - m (N) = 26.7 - 10.8 - 2.1 - 4.2 = 9.6 گرم.

تعریف می کنیم فرمول شیمیاییآمینو اسید:

X: y: z: k = m (C) / Ar (C): m (H) / Ar (H): m (O) / Ar (O): m (N) / Ar (N);

X: y: z: k = 10.8 / 12: 2.1 / 1: 9.6 / 16: 4.2 / 14;

X: y: z: k = 0.9: 2.1: 0.41: 0.3 = 3: 7: 1.5: 1 = 6: 14: 3: 2.

از این رو ساده ترین فرمول اسید آمینه C6H14O3N2 است.

به C6H14O3N2 پاسخ دهید
مثال 2
تکلیف ساده‌ترین فرمول ترکیبی را ترسیم کنید که در آن کسر جرمی عناصر تقریباً برابر است: کربن - 25.4٪، هیدروژن - 3.17٪، اکسیژن - 33.86٪، کلر - 37.57٪.
راه حل کسر جرمی عنصر X در یک مولکول ترکیبی HX با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

بیایید تعداد اتم های کربن در یک مولکول را با "x"، تعداد اتم های نیتروژن هیدروژن را با "y"، تعداد اتم های اکسیژن را با "z" و تعداد اتم های کلر را با "k" نشان دهیم.

خویشاوند مربوطه را پیدا کنید توده های اتمیعناصر کربن، هیدروژن، اکسیژن و کلر (مقادیر جرم اتمی نسبی گرفته شده از جدول تناوبی D.I.Mendeleev، گرد شده به اعداد کامل).

Ar (C) = 12; Ar (H) = 14; Ar (O) = 16; Ar (Cl) = 35.5.

درصد عناصر را بر جرم اتمی نسبی مربوطه تقسیم می کنیم. بنابراین، نسبت بین تعداد اتم‌های موجود در مولکول ترکیب را خواهیم یافت:

X: y: z: k = ω (C) / Ar (C): ω (H) / Ar (H): ω (O) / Ar (O): ω (Cl) / Ar (Cl);

X: y: z: k = 25.4 / 12: 3.17 / 1: 33.86 / 16: 37.57 / 35.5;

X: y: z: k = 2.1: 3.17: 2.1: 1.1 = 2: 3: 2: 1.

این بدان معناست که ساده ترین فرمول برای ترکیبی از کربن، هیدروژن، اکسیژن و کلر C2H3O2Cl خواهد بود.