węgiel (C)- typowy niemetal; v układ okresowy jest w II okresie IV grupy, głównej podgrupy. Liczba atomowa 6, Ar = 12,011 amu, ładunek jądrowy +6.

Właściwości fizyczne: węgiel tworzy wiele modyfikacji alotropowych: diament- jedna z najtwardszych substancji grafit, węgiel, sadza.

Atom węgla ma 6 elektronów: 1s 2 2s 2 2p 2 . Ostatnie dwa elektrony znajdują się na oddzielnych orbitalach p i są niesparowane. W zasadzie para ta mogłaby zajmować jeden orbital, ale w tym przypadku odpychanie elektron-elektron silnie wzrasta. Z tego powodu jeden z nich bierze 2p x, a drugi, czyli 2p y , lub 2p z-orbitale.

Różnica między energiami podpoziomów s i p warstwy zewnętrznej jest niewielka, dlatego atom dość łatwo przechodzi w stan wzbudzony, w którym jeden z dwóch elektronów z orbity 2s przechodzi do wolnego. 2p. Stan walencyjny o konfiguracji 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . To właśnie ten stan atomu węgla jest charakterystyczny dla sieci diamentowej - czworościenny układ przestrzenny orbitali hybrydowych, ta sama długość wiązania i energia.

Zjawisko to jest znane jako sp 3 – hybrydyzacja, a powstałe funkcje to sp 3 -hybryd . Utworzenie czterech wiązań sp 3 zapewnia atomowi węgla bardziej stabilny stan niż trzy p-p- i jeden s-link. Oprócz hybrydyzacji sp 3 na atomie węgla obserwuje się również hybrydyzację sp 2 i sp . W pierwszym przypadku zachodzi wzajemne nakładanie się s- i dwa orbitale p. Powstają trzy równoważne orbitale sp 2 - hybrydowe, umieszczone w jednej płaszczyźnie pod kątem 120° względem siebie. Trzecia orbita p jest niezmieniona i skierowana prostopadle do płaszczyzny sp 2.

Podczas hybrydyzacji sp orbitale s i p nakładają się na siebie. Pomiędzy dwoma utworzonymi równoważnymi orbitalami hybrydowymi powstaje kąt 180 °, podczas gdy dwa orbitale p każdego z atomów pozostają niezmienione.

Alotropia węgla. Diament i grafit

W krysztale grafitu atomy węgla znajdują się w równoległych płaszczyznach, zajmując w nich wierzchołki regularne sześciokąty... Każdy z atomów węgla jest związany z trzema sąsiednimi wiązaniami hybrydowymi sp 2 . Połączenie między równoległymi płaszczyznami jest realizowane przez siły van der Waalsa. Swobodne orbitale p każdego z atomów skierowane są prostopadle do płaszczyzn wiązań kowalencyjnych. Ich nakładanie się wyjaśnia dodatkowe wiązanie π między atomami węgla. Więc od stan walencyjny, w którym w substancji znajdują się atomy węgla, właściwości tej substancji zależą.

Właściwości chemiczne węgla

Najbardziej typowe stany utlenienia to +4, +2.

W niskich temperaturach węgiel jest obojętny, ale po podgrzaniu jego aktywność wzrasta.

Węgiel jako reduktor:

- z tlenem
C 0 + O 2 - t ° = dwutlenek węgla CO 2
z brakiem tlenu - niepełne spalanie:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O tlenek węgla

- z fluorem
C + 2F 2 = CF 4

- z parą wodną
C 0 + H 2 O - 1200 ° = C +2 O + H 2 gaz wodny

- z tlenkami metali. W ten sposób metal jest wytapiany z rudy.
C0 + 2CuO - t ° = 2Cu + C +4O2

- z kwasami - utleniaczami:
C0 + 2H2SO4 (stęż.) = C +4O2 + 2SO2 + 2H2O
C 0 + 4HNO 3 (stęż.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- tworzy dwusiarczek węgla z siarką:
C + 2S 2 = CS 2.

Węgiel jako utleniacz:

- tworzy węgliki z niektórymi metalami

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- z wodorem - metanem (a także ogromną ilością związków organicznych)

C0 + 2H2 = CH4

- z krzemem tworzy karborund (w temperaturze 2000°C w piecu elektrycznym):

Odnajdywanie węgla w przyrodzie

Wolny węgiel występuje w postaci diamentu i grafitu. W postaci związków węgiel występuje w składzie minerałów: kreda, marmur, wapień – CaCO 3, dolomit – MgCO 3 * CaCO 3; węglowodory - Mg (HCO 3) 2 i Ca (HCO 3) 2, CO 2 jest częścią powietrza; węgiel jest głównym składnikiem naturalnych związków organicznych – gazu, ropy naftowej, węgla, torfu, wchodzi w skład materia organiczna, białka, tłuszcze, węglowodany, aminokwasy, które tworzą żywe organizmy.

Nieorganiczne związki węgla

W zwykłych procesach chemicznych nie powstają jony C 4+ ani C 4-: ​​w związkach węgla występują wiązania kowalencyjne o różnej polarności.

Tlenek węgla (II) WSPÓŁ

Tlenek węgla; bezbarwny, bezwonny, słabo rozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych, trujący, temperatura beli = -192 °C; t pl. = -205°C.

Otrzymujący
1) W przemyśle (w generatorach gazu):
C + O2 = CO2

2) W laboratorium - przez rozkład termiczny kwasu mrówkowego lub szczawiowego w obecności H 2 SO 4 (stęż.):
HCOOH = H2O + CO

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

Właściwości chemiczne

CO jest obojętny w normalnych warunkach; po podgrzaniu - środek redukujący; tlenek nie tworzący soli.

1) z tlenem

2C +2O + O2 = 2C +4O2

2) z tlenkami metali

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

3) z chlorem (w świetle)

CO + Cl 2 - hn = COCl 2 (fosgen)

4) reaguje z roztopionymi alkaliami (pod ciśnieniem)

CO + NaOH = HCOONa (mrówczan sodu)

5) tworzy karbonyle z metalami przejściowymi

Ni + 4CO - t ° = Ni (CO) 4

Fe + 5CO - t ° = Fe (CO) 5

Tlenek węgla (IV) CO2

Dwutlenek węgla, bezbarwny, bezwonny, rozpuszczalność w wodzie - 0,9V CO 2 rozpuszcza się w 1V H 2 O (w normalnych warunkach); cięższe niż powietrze; t ° pl. = -78,5 ° C (stały CO 2 nazywany jest „suchym lodem”); nie wspiera spalania.

Otrzymujący

1. Rozkład termiczny soli kwasu węglowego (węglanów). Prażenie wapienia:

CaCO 3 - t ° = CaO + CO 2

1. Działanie silnych kwasów na węglany i wodorowęglany:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

ChemicznynieruchomościWSPÓŁ2
Tlenek kwasowy: Reaguje z zasadowymi tlenkami i zasadami, tworząc sole kwasu węglowego

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Może wykazywać właściwości utleniające w podwyższonych temperaturach

С +4 O 2 + 2Mg - t ° = 2Mg +2 O + C 0

Reakcja jakościowa

Zmętnienie wody wapiennej:

Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (biały osad) + H 2 O

Znika wraz z przedłużonym przechodzeniem CO 2 przez wodę wapienną, ponieważ nierozpuszczalny węglan wapnia przekształca się w rozpuszczalny wodorowęglan:

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

Kwas węglowy i jegoSól

H 2CO 3 - Kwas jest słaby, występuje tylko w roztworze wodnym:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Dwie podstawy:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Sole kwasowe - wodorowęglany, węglowodory
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Średnie sole - węglany

Wszystkie właściwości kwasów są charakterystyczne.

Węglany i węglowodory można przekształcić w siebie:

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

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

Węglany metali (z wyjątkiem metale alkaliczne) po podgrzaniu dekarboksylują, tworząc tlenek:

CuCO 3 - t ° = CuO + CO 2

Reakcja jakościowa- "gotowanie" pod działaniem mocnego kwasu:

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

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

Węgliki

Węglik wapnia:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

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

Acetylen jest uwalniany, gdy węgliki cynku, kadmu, lantanu i ceru reagują z wodą:

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

Be 2 C i Al 4 C 3 rozkładają się wodą, tworząc metan:

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

W technologii wykorzystuje się węgliki tytanu TiC, wolfram W 2 C (stopy twarde), krzem SiC (karborund jako ścierniwo i materiał na grzałki).

Cyjanek

otrzymany przez ogrzewanie sody w atmosferze amoniaku i tlenku węgla:

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

Kwas cyjanowodorowy HCN jest ważnym produktem przemysłu chemicznego i ma szerokie zastosowanie w syntezie organicznej. Jego światowa produkcja sięga 200 tysięcy ton rocznie. Struktura elektronowa anionu cyjankowego jest podobna do tlenku węgla (II), takie cząstki nazywane są izoelektronicznymi:

C = O: [: C = N:] -

Cyjanki (0,1-0,2% roztwór wodny) są wykorzystywane w wydobyciu złota:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

Podczas gotowania roztworów cyjanku z siarką lub stapiania ciał stałych, tiocyjaniany:
KCN + S = KSCN.

Po podgrzaniu cyjanków metali o niskiej aktywności otrzymuje się cyjanek: Hg (CN) 2 = Hg + (CN) 2. Roztwory cyjanku są utleniane do cyjaniany:

2 KCN + O2 = 2 KOCN.

Kwas cyjanowy występuje w dwóch postaciach:

H-N = C = O; H-O-C = N:

W 1828 roku Friedrich Wöhler (1800-1882) otrzymał mocznik z cyjanianu amonu: NH4OCN = CO(NH2)2 przez odparowanie roztworu wodnego.

To wydarzenie jest zwykle postrzegane jako zwycięstwo chemii syntetycznej nad „teorią witalistyczną”.

Istnieje izomer kwasu cyjanowego - lotny kwas

H-O-N = C.
Jego sole (wybuchowa rtęć Hg (ONC) 2) są stosowane w zapłonnikach udarowych.

Synteza mocznik(mocznik):

CO 2 + 2 NH 3 = CO (NH 2) 2 + H 2 O. Przy 130 0 С i 100 atm.

Mocznik to amid kwasu węglowego, istnieje również jego „analog azotowy” – guanidyna.

Węglany

Najważniejsze związki nieorganiczne węgiel - sole kwasu węglowego (węglany). H 2 CO 3 jest słabym kwasem (K 1 = 1,3 · 10 -4; K 2 = 5 · 10 -11). Podpory buforowe węglanowe równowaga dwutlenku węgla w atmosferze. Oceany mają ogromną pojemność buforową, ponieważ są otwarty system... Główną reakcją buforową jest równowaga w dysocjacji kwasu węglowego:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

Wraz ze spadkiem kwasowości następuje dodatkowa absorpcja dwutlenku węgla z atmosfery wraz z tworzeniem się kwasu:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Wraz ze wzrostem kwasowości następuje rozpuszczanie skał węglanowych (muszle, osady kredy i wapienia w oceanie); kompensuje to utratę jonów wodorowęglanowych:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (ciało stałe) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Węglany stałe są przekształcane w rozpuszczalne węglowodory. To właśnie ten proces chemicznego rozpuszczania nadmiaru dwutlenku węgla przeciwdziała „efektowi cieplarnianemu” – globalnemu ociepleniu na skutek pochłaniania dwutlenku węgla promieniowanie cieplne Ziemia. Około jedna trzecia światowej produkcji sody (węglan sodu Na 2 CO 3) jest wykorzystywana do produkcji szkła.

Węgiel

W stanie wolnym węgiel tworzy 3 odmiany alotropowe: diament, grafit i sztucznie wytworzony karbyn.

W krysztale diamentu każdy atom węgla jest ściśle kowalencyjnie związany z czterema innymi, znajdującymi się wokół niego w równych odległościach.

Wszystkie atomy węgla są w stanie hybrydyzacji sp 3 . Atomowa sieć krystaliczna diamentu ma strukturę czworościenną.

Diament to bezbarwna, przezroczysta substancja silnie załamująca światło. Posiada najwyższą twardość spośród wszystkich znanych substancji. Diament jest delikatny, ogniotrwały, słabo przewodzi ciepło i prąd elektryczny. Małe odległości między sąsiednimi atomami węgla (0,154 nm) dają dość dużą gęstość diamentu (3,5 g/cm 3).

W sieci krystalicznej grafitu każdy atom węgla znajduje się w stanie hybrydyzacji sp 2 i tworzy trzy silne wiązania kowalencyjne z atomami węgla znajdującymi się w tej samej warstwie. W tworzeniu tych wiązań biorą udział trzy elektrony z każdego atomu, węgiel, a czwarte elektrony walencyjne tworzą wiązania n i są względnie swobodne (ruchliwe). Określają przewodność elektryczną i cieplną grafitu.

Długość wiązania kowalencyjnego między sąsiednimi atomami węgla w tej samej płaszczyźnie wynosi 0,152 nm, a odległość między atomami C w różnych warstwach jest 2,5 razy większa, więc wiązania między nimi są słabe.

Grafit jest nieprzezroczystą, miękką, tłustą w dotyku substancją o szaro-czarnym kolorze z metalicznym połyskiem; dobrze przewodzi ciepło i prąd elektryczny. Grafit ma niższą gęstość w porównaniu z diamentem i łatwo rozbija się na cienkie płatki.

U podstaw tej struktury leży nieuporządkowana struktura drobnokrystalicznego grafitu inne formy węgiel amorficzny, z których najważniejsze to koks, węgiel brunatny i bitumiczny, sadza, węgiel aktywny (aktywny).

Ta alotropowa modyfikacja węgla jest uzyskiwana przez katalityczne utlenianie (dehydropolikondensację) acetylenu. Carbyne to polimer łańcuchowy, który ma dwie formy:

C = C-C = C -... i ... = C = C = C =

Carbyne ma właściwości półprzewodnikowe.

W zwykłych temperaturach obie modyfikacje węgla (diament i grafit) są chemicznie obojętne. Drobnokrystaliczne formy grafitu – koks, sadza, węgiel aktywny – są bardziej reaktywne, ale z reguły po podgrzaniu do wysokiej temperatury.

1. Interakcja z tlenem

C + O 2 = CO 2 + 393,5 kJ (powyżej O 2)

2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (przy braku O 2)

Spalanie węgla to jedno z najważniejszych źródeł energii.

2. Oddziaływanie z fluorem i siarką.

C + 2F 2 = CF 4 tetrafluorek węgla

C + 2S = CS 2 dwusiarczek węgla

3. Koks jest jednym z najważniejszych reduktorów stosowanych w przemyśle. W metalurgii z jej pomocą pozyskiwane są metale z tlenków, na przykład:

ЗС + Fe 2 O 3 = 2Fe + ЗСО

C + ZnO = Zn + CO

4. Gdy węgiel oddziałuje z tlenkami metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, zredukowany metal łączy się z węglem, tworząc węglik. Na przykład: ZC + CaO = CaC 2 + CO węglik wapnia

5. Koks służy również do pozyskiwania krzemu:

2С + SiO2 = Si + 2СО

6. Przy nadmiarze koksu powstaje węglik krzemu (karborund) SiC.

Uzyskanie „gazu wodnego” (zgazowanie paliwa stałego)

Przepuszczanie pary wodnej przez rozżarzony węgiel wytwarza palną mieszaninę CO i H 2, zwaną gazem wodnym:

C + H 2 O = CO + H 2

7. Reakcje z kwasami utleniającymi.

Aktywowany lub węgiel drzewny po podgrzaniu redukuje aniony NO 3 - i SO 4 2- z stężone kwasy:

C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O

C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O

8. Reakcje ze stopionymi azotanami metali alkalicznych

W topie KNO 3 i NaNO 3 pokruszony węgiel pali się intensywnie tworząc oślepiający płomień:

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

1. Powstawanie węglików solnopodobnych z metalami aktywnymi.

Znaczne osłabienie niemetalicznych właściwości węgla wyraża się w tym, że jego funkcje jako utleniacza przejawiają się w znacznie mniejszym stopniu niż funkcje redukujące.

2. Dopiero w reakcjach z aktywnymi metalami atomy węgla przechodzą w ujemnie naładowane jony C -4 i (C = C) 2-, tworząc węgliki solnopodobne:

ЗС + 4Al = Аl 4 С 3 węglik glinu

2C + Ca = CaC 2 węglik wapnia

3. Węgliki typu jonowego są związkami bardzo nietrwałymi, łatwo rozkładają się pod wpływem kwasów i wody, co wskazuje na niestabilność ujemnie naładowanych anionów węgla:

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

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2

4. Tworzenie związków kowalencyjnych z metalami

W stopionych mieszaninach węgla z metalami przejściowymi węgliki powstają głównie z wiązaniem kowalencyjnym. Ich cząsteczki mają zmienny skład, a substancje ogólnie są zbliżone do stopów. Takie węgliki są bardzo odporne, są chemicznie obojętne w stosunku do wody, kwasów, zasad i wielu innych odczynników.

5. Oddziaływanie z wodorem

Przy wysokich T i P, w obecności katalizatora niklowego, węgiel łączy się z wodorem:

C + 2H2 → CH4

Reakcja jest bardzo odwracalna i niepraktyczna.

Tlenek węgla (II)- CO

(tlenek węgla, tlenek węgla, tlenek węgla)

Właściwości fizyczne: bezbarwny trujący gaz, bez smaku i zapachu, pali się niebieskawym płomieniem, jest lżejszy od powietrza, słabo rozpuszczalny w wodzie. Stężenie tlenku węgla w powietrzu jest wybuchowe w 12,5-74%.

Otrzymujący:

1) W przemyśle

C + O 2 = CO 2 + 402 kJ

CO 2 + C = 2 CO - 175 kJ

W generatorach gazu para wodna jest czasami przedmuchiwana przez rozżarzony węgiel:

C + H 2 O = CO + H 2 - Q,

mieszanina CO + H 2 - zwana gazem syntezowym.

2) W laboratorium- rozkład termiczny kwasu mrówkowego lub szczawiowego w obecności H 2 SO 4 (stęż.):

HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O + CO

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

Właściwości chemiczne:

CO jest obojętny w normalnych warunkach; po podgrzaniu - środek redukujący;

CO - tlenek nie tworzący soli.

1) z tlenem

2C +2 O + O 2 t ˚ C → 2 C +4 O 2

2) z tlenkami metali CO + Me x O y = CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2

3) z chlorem (w świetle)

Światło CO + Cl 2 → COCl 2 (fosgen jest trującym gazem)

4) * reaguje z roztopionymi alkaliami (pod ciśnieniem)

CO + NaOH P → HCOONa (mrówczan sodu)

Wpływ tlenku węgla na organizmy żywe:

Tlenek węgla jest niebezpieczny, ponieważ uniemożliwia krwi transport tlenu do ważnych narządów, takich jak serce i mózg. Tlenek węgla łączy się z hemoglobiną, która przenosi tlen do komórek organizmu, przez co nie nadaje się do transportu tlenu. W zależności od wdychanej ilości tlenek węgla upośledza koordynację, zaostrza choroby układu krążenia i powoduje zmęczenie, bóle głowy, osłabienie.Wpływ tlenku węgla na zdrowie człowieka zależy od jego stężenia i czasu narażenia na organizm. Stężenie tlenku węgla w powietrzu powyżej 0,1% prowadzi do śmierci w ciągu godziny, a stężenie powyżej 1,2% w ciągu trzech minut.

Zastosowanie tlenku węgla:

Tlenek węgla jest używany głównie jako gaz palny zmieszany z azotem, tzw. gaz generatorowy lub gaz powietrzny lub gaz wodny zmieszany z wodorem. W metalurgii do odzyskiwania metali z ich rud. Do otrzymywania metali o wysokiej czystości przez rozkład karbonylków.

Tlenek węgla (IV) CO2 - dwutlenek węgla

Właściwości fizyczne: Dwutlenek węgla, bezbarwny, bezwonny, rozpuszczalność w wodzie - 0,9V CO 2 rozpuszcza się w 1V H 2 O (w normalnych warunkach); cięższe niż powietrze; t ° pl. = -78,5 ° C (stały CO 2 nazywany jest „suchym lodem”); nie wspiera spalania.

Struktura cząsteczki:

Dwutlenek węgla ma następujące wzory elektroniczne i strukturalne:

3. Spalanie substancji zawierających węgiel:

CO 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2

4. Z powolnym utlenianiem w procesach biochemicznych (oddychanie, rozkład, fermentacja)

Właściwości chemiczne:

Tlenki węgla (II) i (IV)

Zintegrowana lekcja chemii i biologii

Zadania: studiować i systematyzować wiedzę o tlenkach węgla (II) i (IV); ukazać związek między przyrodą ożywioną i nieożywioną; utrwalenie wiedzy o wpływie tlenków węgla na organizm człowieka; utrwalenie umiejętności pracy ze sprzętem laboratoryjnym.

Ekwipunek: Roztwór HCl, lakmus, Ca (OH) 2, CaCO 3, szklany pręt, domowe stoły, przenośna tablica, model kulowo-kijowy.

PODCZAS ZAJĘĆ

Nauczyciel biologii przekazuje temat i cele lekcji.

Nauczyciel chemii. W oparciu o teorię wiązań kowalencyjnych napisz wzory elektronowe i strukturalne tlenków węgla (II) i (IV).

Wzór chemiczny tlenku węgla (II) to CO, atom węgla jest w stanie normalnym.

Z powodu parowania niesparowanych elektronów powstają dwa kowalencyjne wiązania polarne, a trzecie wiązanie kowalencyjne jest tworzony przez mechanizm dawcy-akceptora. Dawcą jest atom tlenu, ponieważ zapewnia wolną parę elektronów; akceptorem jest atom węgla, ponieważ zapewnia swobodny orbital.

W przemyśle tlenek węgla (II) otrzymuje się przez przepuszczanie CO 2 nad gorącym węglem o wysokiej temperaturze. Powstaje również podczas spalania węgla przy braku tlenu. ( Uczeń zapisujący równanie reakcji na tablicy)

W laboratorium CO otrzymuje się przez działanie stężonego H 2 SO 4 na kwas mrówkowy. ( Nauczyciel zapisuje równanie reakcji.)

Nauczyciel biologii. Więc zapoznałeś się z produkcją tlenku węgla (II). I co właściwości fizyczne posiada tlenek węgla (II)?

Student. Jest gazem bezbarwnym, trującym, bezwonnym, lżejszym od powietrza, słabo rozpuszczalnym w wodzie, o temperaturze wrzenia -191,5 °C, krzepnie przy –205 °C.

Nauczyciel chemii. Tlenek węgla w ilościach niebezpiecznych dla życie człowieka zawarte w spalinach samochodów. Dlatego garaże powinny być dobrze wentylowane, zwłaszcza podczas uruchamiania silnika.

Nauczyciel biologii. Jaki jest wpływ tlenku węgla na organizm człowieka?

Student. Tlenek węgla jest niezwykle toksyczny dla ludzi – wynika to z faktu, że tworzy karboksyhemoglobina. Karboksyhemoglobina jest bardzo silnym związkiem. W wyniku jej powstania hemoglobina we krwi nie wchodzi w interakcje z tlenem, aw przypadku ciężkiego zatrucia osoba może umrzeć z głodu tlenu.

Nauczyciel biologii. Jaką pierwszą pomoc należy udzielić osobie w przypadku zatrucia tlenkiem węgla?

Studenci. Konieczne jest wezwanie karetki pogotowia, ofiarę należy wyprowadzić na ulicę, należy zapewnić sztuczne oddychanie, pomieszczenie powinno być dobrze wentylowane.

Nauczyciel chemii. Napisz wzór chemiczny tlenku węgla (IV) i za pomocą modelu kulowo-kijowego zbuduj jego strukturę.

Atom węgla jest w stanie wzbudzonym. Wszystkie cztery kowalencyjne wiązania polarne powstają w wyniku parowania niesparowanych elektronów. Jednak ze względu na swoją liniową strukturę, jej cząsteczka jest na ogół niepolarna.
W przemyśle CO 2 otrzymuje się z rozkładu węglanu wapnia przy produkcji wapna.
(Uczeń zapisuje równanie reakcji.)

W laboratorium CO 2 uzyskuje się poprzez oddziaływanie kwasów z kredą lub marmurem.
(Uczniowie wykonują eksperyment laboratoryjny.)

Nauczyciel biologii. W wyniku jakich procesów w organizmie powstaje dwutlenek węgla?

Student. Dwutlenek węgla powstaje w organizmie w wyniku reakcji utleniania substancji organicznych tworzących komórkę.

(Uczniowie wykonują eksperyment laboratoryjny.)

Zawiesina wapienna stała się mętna, ponieważ powstaje węglan wapnia. Oprócz procesu oddychania, w wyniku fermentacji i rozkładu uwalniany jest CO2.

Nauczyciel biologii. Czy aktywność fizyczna wpływa na proces oddychania?

Student. Przy nadmiernym obciążeniu fizycznym (mięśniowym) mięśnie zużywają tlen szybciej niż może go dostarczyć krew, a następnie poprzez fermentację syntetyzują niezbędny do ich pracy ATP. W mięśniach powstaje kwas mlekowy C 3 H 6 O 3, który dostaje się do krwiobiegu. Nagromadzenie dużych ilości kwasu mlekowego jest szkodliwe dla organizmu. Po ciężkim wysiłku fizycznym przez jakiś czas ciężko oddychamy – spłacamy „dług tlenowy”.

Nauczyciel chemii. Podczas spalania paliw kopalnych do atmosfery uwalniana jest duża ilość tlenku węgla (IV). W domu jako paliwo wykorzystujemy gaz ziemny, który w prawie 90% stanowi metan (CH 4). Proponuję, aby ktoś z was podszedł do tablicy, napisał równanie reakcji i przeanalizował je pod kątem oksydacyjno-redukcyjnych.

Nauczyciel biologii. Dlaczego piekarników gazowych nie można używać do ogrzewania pomieszczenia?

Student. Metan jest integralną częścią gazu ziemnego... Kiedy się pali, zawartość dwutlenku węgla w powietrzu wzrasta, a tlen maleje. ( Praca z tabelą „Spis treści CO 2 w powietrzu".)
Kiedy powietrze zawiera 0,3% CO 2, osoba doświadcza szybkiego oddychania; przy 10% - utrata przytomności, przy 20% - natychmiastowy paraliż i szybka śmierć. Dziecko szczególnie potrzebuje czystego powietrza, ponieważ zużycie tlenu przez tkanki rozwijającego się organizmu jest większe niż u osoby dorosłej. Dlatego konieczne jest regularne wietrzenie pomieszczenia. W przypadku nadmiaru CO 2 we krwi zwiększa się pobudliwość ośrodka oddechowego i oddychanie staje się częstsze i głębsze.

Nauczyciel biologii. Rozważ rolę tlenku węgla (IV) w życiu roślin.

Student. W roślinach z CO 2 i H 2 O w świetle powstaje materia organiczna, oprócz materii organicznej powstaje tlen.

Fotosynteza reguluje zawartość dwutlenku węgla w atmosferze, co zapobiega wzrostowi temperatury na planecie. Rośliny pochłaniają z atmosfery 300 miliardów ton dwutlenku węgla rocznie. W procesie fotosyntezy do atmosfery uwalnianych jest rocznie 200 miliardów ton tlenu. Ozon powstaje z tlenu podczas burzy.

Nauczyciel chemii. Rozważać Właściwości chemiczne tlenek węgla (IV).

Nauczyciel biologii. Jakie znaczenie ma kwas węglowy w organizmie człowieka podczas oddychania? ( Fragment taśmy filmowej.)
Enzymy we krwi przekształcają dwutlenek węgla w kwas węglowy, który dysocjuje na jony wodorowe i wodorowęglanowe. Jeśli krew zawiera nadmiar jonów H+, tj. jeśli kwasowość krwi jest zwiększona, niektóre jony H + łączą się z jonami wodorowęglanowymi, tworząc kwas węglowy, a tym samym uwalniając krew od nadmiaru jonów H +. Jeśli we krwi jest za mało jonów H +, kwas węglowy dysocjuje i stężenie jonów H + we krwi wzrasta. W 37 ° C pH krwi wynosi 7,36.
W organizmie dwutlenek węgla jest przenoszony przez krew w postaci związków chemicznych – wodorowęglanów sodu i potasu.

Zabezpieczenie materiału

Test

Spośród proponowanych procesów wymiany gazowej w płucach i tkankach, wykonujący pierwszą opcję muszą wybrać szyfry poprawnych odpowiedzi po lewej stronie, a drugą po prawej.

(1) Przeniesienie O 2 z płuc do krwi. (trzynaście)
(2) Przenoszenie O 2 z krwi do tkanki. (14)
(3) Przenoszenie CO 2 z tkanek do krwi. (15)
(4) Przenoszenie CO 2 z krwi do płuc. (szesnaście)
(5) Wychwyt O 2 przez erytrocyty. (17)
(6) Uwalnianie O 2 z erytrocytów. (osiemnaście)
(7) Konwersja krwi tętniczej do żylnej. (dziewiętnaście)
(8) Konwersja krwi żylnej w tętniczą. (dwadzieścia)
(9) Przerwa wiązanie chemiczne O 2 z hemoglobiną. (21)
(10) Wiązanie chemiczne O 2 do hemoglobiny. (22)
(11) Kapilary w tkankach. (23)
(12) Kapilary płucne. (24)

Pytania dotyczące pierwszej opcji

1. Procesy wymiany gazowej w tkankach.
2. Procesy fizyczne podczas wymiany gazowej.

Pytania dotyczące drugiej opcji

1. Procesy wymiany gazowej w płucach.
2. Procesy chemiczne podczas wymiany gazowej

Zadanie

Określ objętość tlenku węgla (IV) uwalnianego podczas rozkładu 50 g węglanu wapnia.

Tlenek węgla (IV) (dwutlenek węgla, dwutlenek węgla) w normalnych warunkach jest gazem bezbarwnym, cięższym od powietrza, stabilnym termicznie, a po sprężeniu i schłodzeniu łatwo przechodzi w stan ciekły i stały.

Gęstość - 1,997 g / l. Stały CO2, zwany suchym lodem, sublimuje w temperaturze pokojowej. Słabo rozpuszcza się w wodzie, częściowo z nią reaguje. Wykazuje właściwości kwasowe. Zredukowany aktywnymi metalami, wodorem i węglem.

Wzór chemiczny tlenku węgla 4
Wzór chemiczny tlenku węgla (IV) CO2. Pokazuje, że ta cząsteczka zawiera jeden atom węgla (Ar = 12 amu) i dwa atomy tlenu (Ar = 16 amu). Wzór chemiczny można wykorzystać do obliczenia masy cząsteczkowej tlenku węgla (IV):

Mr (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O);

Mr (CO2) = 12+ 2 × 16 = 12 + 32 = 44.

Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
Zadanie Przy spalaniu 26,7 g aminokwasu (CxHyOzNk) w nadmiarze tlenu powstaje 39,6 g tlenku węgla (IV), 18,9 g wody i 4,2 g azotu. Określ formułę aminokwasową.
Rozwiązanie Narysujmy schemat reakcji spalania aminokwasu, oznaczając liczbę atomów węgla, wodoru, tlenu i azotu odpowiednio przez „x”, „y”, „z” i „k”:
CxHyOzNk + Oz → CO2 + H2O + N2.

Określmy masy pierwiastków tworzących tę substancję. Wartości względnych mas atomowych zaczerpnięte z układu okresowego D.I. Mendelejew, zaokrąglij w górę do liczb całkowitych: 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);

Obliczmy masy molowe dwutlenku węgla i wody. Jak wiecie, masa molowa cząsteczki jest równa sumie względnych mas atomowych atomów tworzących cząsteczkę (M = Mr):

M (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O) = 12+ 2 × 16 = 12 + 32 = 44 g / mol;

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

M(C) = x 12 = 10,8 g;

M (H) = 2 × 18,9 / 18 × 1 = 2,1 g.

M(O) = m (CxHyOzNk) - m (C) - m (H) - m (N) = 26,7 - 10,8 - 2,1 - 4,2 = 9,6 g.

Definiujemy wzór chemiczny aminokwasy:

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.

Stąd najprostsza formuła aminokwasu to C6H14O3N2.

Odpowiedź C6H14O3N2
PRZYKŁAD 2
Zadanie Sporządź najprostszy wzór związku, w którym udziały masowe pierwiastków są w przybliżeniu równe: węgiel - 25,4%, wodór - 3,17%, tlen - 33,86%, chlor - 37,57%.
Rozwiązanie Udział masowy pierwiastka X w cząsteczce o składzie HX oblicza się według następującego wzoru:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Oznaczmy liczbę atomów węgla w cząsteczce przez „x”, liczbę atomów azotu w wodorze przez „y”, liczbę atomów tlenu przez „z”, a liczbę atomów chloru przez „k”.

Znajdź odpowiedniego krewnego masy atomowe pierwiastki węgla, wodoru, tlenu i chloru (wartości względnych mas atomowych zaczerpnięte z układu okresowego D.I.Mendeleeva, zaokrąglone do liczb całkowitych).

Ar (C) = 12; Ar (H) = 14; Ar(O) = 16; Ar (Cl) = 35,5.

Procent pierwiastków dzielimy przez odpowiednie względne masy atomowe. W ten sposób znajdziemy stosunek liczby atomów w cząsteczce związku:

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

Oznacza to, że najprostszą formułą związku węgla, wodoru, tlenu i chloru będzie C2H3O2Cl.