Carbonul formează doi oxizi extrem de stabili (CO și CO 2), trei oxizi semnificativ mai puțin stabili (C 3 O 2, C 5 O 2 și C 12 O 9), un număr de oxizi instabili sau slab studiati (C 2 O, C 2 O 3 și altele) și oxid de grafit nestoichiometric. Dintre oxizii enumerați, CO și CO 2 joacă un rol deosebit.

DEFINIȚIE

Monoxid de carbon in conditii normale, un gaz inflamabil, incolor si inodor.

Este destul de toxic datorită capacității sale de a forma un complex cu hemoglobina, care este de aproximativ 300 de ori mai stabil decât un complex oxigen-hemoglobină.

DEFINIȚIE

Dioxid de carbon in conditii normale, este un gaz incolor, de aproximativ 1,5 ori mai greu decat aerul, astfel incat poate fi turnat ca un lichid dintr-un vas in altul.

Masa a 1 litru de CO 2 în condiții normale este de 1,98 g. Solubilitatea dioxidului de carbon în apă este scăzută: 1 volum de apă la 20 o C dizolvă 0,88 volum de CO 2, iar la 0 o C - 1,7 volum.

Oxidarea directă a carbonului cu lipsa de oxigen sau aer duce la formarea de CO, cu o cantitate suficientă din acestea, se formează CO 2. Unele proprietăți ale acestor oxizi sunt prezentate în tabel. 1.

Tabelul 1. Proprietățile fizice ale oxizilor de carbon.

Obținerea monoxidului de carbon

CO pur poate fi obținut în laborator prin deshidratarea acidului formic (HCOOH) cu acid sulfuric concentrat la ~ 140 ° C:

HCOOH = CO + H2O.

În cantități mici, dioxidul de carbon poate fi obținut ușor prin acțiunea acizilor asupra carbonaților:

CaC03 + 2HCI = CaCI2 + H2O + CO2.

La scară industrială, CO 2 este produs în principal ca produs secundar în procesul de sinteză a amoniacului:

CH4 + 2H20 = CO2 + 4H2;

CO + H2O = CO2 + H2.

Cantități mari de dioxid de carbon se obțin prin calcinarea calcarului:

CaCO3 = CaO + CO2.

Proprietățile chimice ale monoxidului de carbon

Monoxidul de carbon este reactiv la temperaturi ridicate. El se manifestă ca un puternic restaurator. Reacționează cu oxigenul, clorul, sulful, amoniacul, alcalinele, metalele.

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

CO + H2 = CH4 + H20 (t = 150 - 200 oC, kat. Ni);

CO + 2H2 = CH3OH (t = 250 - 300 oC, kat. CuO/Cr203);

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

CO + CI2 = CCl20 (t = 125 - 150°C, kat. C);

4CO + Ni = (t = 50 - 100 o C);

5CO + Fe = (t = 100 - 200 o C, p).

Dioxidul de carbon prezintă proprietăți acide: reacționează cu alcalii, hidratul de amoniac. Redus cu metale active, hidrogen, carbon.

CO2 + NaOH diluat = NaHC03;

CO2 + 2NaOH conc = Na2C03 + H20;

C02 + Ba (OH)2 = BaC03 + H20;

CO2 + BaC03 + H20 = Ba (HC03)2;

CO2 + NH3 × H20 = NH4HCO3;

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H20 (t = 200°C, kat. Cu20);

CO 2 + C = 2CO (t> 1000 o C);

C02 + 2Mg = C + 2MgO;

2CO2 + 5Ca = CaC2 + 4CaO (t = 500 o C);

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

Aplicarea monoxidului de carbon

Monoxidul de carbon este utilizat pe scară largă ca combustibil sub formă de gaz de producție sau gaz de apă și se formează și la separarea multor metale de oxizii lor prin reducerea cu cărbune. Gazul generatorului se obține prin trecerea aerului prin cărbune încins. Conține aproximativ 25% CO, 4% CO2 și 70% N2 cu urme de H2 și CH462.

Utilizarea dioxidului de carbon se datorează cel mai adesea proprietăților sale fizice. Este folosit ca agent de răcire, pentru carbonatarea băuturilor, în fabricarea materialelor plastice ușoare (spumate) și ca gaz pentru a crea o atmosferă inertă.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Exercițiu	Determinați cât de mult mai greu decât aerul este monoxidul de carbon (IV) CO2.
Soluţie	Raportul dintre masa unui gaz dat și masa altui gaz luată în același volum, la aceeași temperatură și aceeași presiune, se numește densitatea relativă a primului gaz față de al doilea. Această valoare arată de câte ori primul gaz este mai greu sau mai ușor decât al doilea gaz. Greutatea moleculară relativă a aerului este considerată 29 (ținând cont de conținutul de azot, oxigen și alte gaze din aer). Trebuie remarcat faptul că conceptul de „greutate moleculară relativă a aerului” este utilizat în mod convențional, deoarece aerul este un amestec de gaze. D aer (CO 2 ) = M r (CO 2) / M r (aer); D aer (CO 2) = 44/29 = 1,517. M r (CO 2) = A r (C) + 2 × A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44.
Răspuns	Monoxidul de carbon (IV) CO 2 este de 1,517 ori mai greu decât aerul.

Dioxidul de carbon, cunoscut și sub numele de 4, reacționează cu o serie de substanțe pentru a forma compuși cu cea mai variată compoziție și proprietăți chimice. Compus din molecule nepolare, are legături intermoleculare foarte slabe și poate fi găsit doar dacă temperatura este mai mare de 31 de grade Celsius. Dioxidul de carbon este un compus chimic format dintr-un atom de carbon și doi atomi de oxigen.

Monoxid de carbon 4: formula și informații de bază

Dioxidul de carbon este prezent în atmosfera Pământului în concentrații scăzute și acționează ca un gaz cu efect de seră. Formula sa chimică este CO2. La temperaturi ridicate, poate exista exclusiv în stare gazoasă. În stare solidă, se numește gheață uscată.

Dioxidul de carbon este o componentă esențială a ciclului carbonului. Vine din mulțime sursele naturale inclusiv degazarea vulcanică, arderea materiei organice și procesele respiratorii ale organismelor aerobe vii. Sursele antropogenice de dioxid de carbon sunt asociate în principal cu arderea diferiților combustibili fosili pentru a genera energie electrică și transport.

De asemenea, este produs de diferite microorganisme din fermentație și respirație celulară. Plantele transformă dioxidul de carbon în oxigen în timpul unui proces numit fotosinteză, folosind atât carbon cât și oxigen pentru a forma carbohidrați. În plus, plantele eliberează și oxigen în atmosferă, care este apoi folosit pentru respirație de către organismele heterotrofe.

Dioxid de carbon (CO2) în organism

Monoxidul de carbon 4 reacționează cu diferite substanțeși este un produs rezidual gazos din metabolism. Mai mult de 90% din el există în sânge sub formă de bicarbonat (HCO3). Restul este fie CO 2 dizolvat, fie acid carbonic (H2CO 3). Organe precum ficatul și rinichii sunt responsabile pentru echilibrarea acestor compuși în sânge. Bicarbonatul este Substanta chimica care acționează ca un tampon. Mentine pH-ul sangelui la nivelul necesar, evitand cresterea aciditatii.

Structura și proprietățile dioxidului de carbon

Dioxidul de carbon (CO 2 ) este un compus chimic care este un gaz la temperatura camerei și mai sus. Este format dintr-un atom de carbon și doi atomi de oxigen. Oamenii și animalele degajă dioxid de carbon atunci când expiră. În plus, se formează întotdeauna când se arde ceva organic. Plantele folosesc dioxid de carbon pentru a produce alimente. Acest proces se numește fotosinteză.

Proprietățile dioxidului de carbon au fost studiate de omul de știință scoțian Joseph Black încă din anii 1750. capabile să capteze energia termică și să afecteze clima și vremea de pe planeta noastră. El este cauza încălzirii globale și a creșterii temperaturii suprafeței Pământului.

Rolul biologic

Monoxidul de carbon 4 reacționează cu diverse substanțe și este produsul final în organismele care obțin energie din descompunerea zaharurilor, grăsimilor și aminoacizilor. Se știe că acest proces este caracteristic pentru toate plantele, animalele, multe ciuperci și unele bacterii. La animalele superioare, dioxidul de carbon călătorește în sânge de la țesuturile corpului la plămâni, unde este expirat. Plantele îl obțin din atmosferă pentru a fi folosit în fotosinteză.

Gheata uscata

Gheața carbonică sau dioxidul de carbon solid este starea solidă a gazului CO 2 cu o temperatură de -78,5 ° C. În forma sa naturală, această substanță nu apare în natură, ci este produsă de om. Este incolor și poate fi folosit pentru prepararea băuturilor carbogazoase, ca element de răcire în recipientele de înghețată și în cosmetologie, de exemplu, pentru înghețarea negilor. Vaporii de gheață carbonică provoacă sufocare și pot fi fatale. Se recomandă prudență și profesionalism atunci când utilizați gheață carbonică.

Sub presiune normală, nu se va topi dintr-un lichid, ci trece direct de la un solid la un gaz. Aceasta se numește sublimare. Se va schimba direct de la solid la gaz la orice temperatură care depășește temperaturi extrem de scăzute. Gheața carbonică sublimează la temperaturi normale ale aerului. Aceasta produce dioxid de carbon, care este inodor și incolor. Dioxidul de carbon poate fi lichefiat la presiuni de peste 5,1 atm. Gazul care iese din gheața carbonică este atât de rece încât, atunci când este amestecat cu aer, răcește vaporii de apă din aer până la o ceață care arată ca un fum alb și gros.

Preparare, proprietăți chimice și reacții

În industrie, monoxidul de carbon 4 se obține în două moduri:

1. Prin arderea combustibilului (C + O 2 = CO 2).
2. Prin descompunerea termică a calcarului (CaCO 3 = CaO + CO 2).

Volumul rezultat de monoxid de carbon 4 este purificat, lichefiat și pompat în cilindri speciali.

Fiind acid, monoxidul de carbon 4 reacționează cu substanțe precum:

• Apă. Dizolvarea produce acid carbonic (H2CO3).
• Soluții alcaline. Monoxidul de carbon 4 (formula CO 2) reacţionează cu alcalii. În acest caz, se formează săruri medii și acide (NaHCO3).
• Aceste reacții formează săruri carbonatice (CaCO3 și Na2CO3).
• Carbon. Când monoxidul de carbon 4 reacționează cu cărbunele fierbinte, se formează monoxid de carbon 2 (monoxid de carbon), care poate provoca otrăvire. (CO2 + C = 2CO).
• Magneziu. De regulă, dioxidul de carbon nu suportă arderea, doar la temperaturi foarte ridicate poate reacționa cu unele metale. De exemplu, magneziul aprins va continua să ardă în CO 2 în timpul unei reacții redox (2Mg + CO 2 = 2MgO + C).

Reacția calitativă a monoxidului de carbon 4 se manifestă atunci când este trecut prin apă calcaroasă (Ca (OH) 2 sau prin apă barită (Ba (OH) 2). Se pot observa tulburări și precipitații, deoarece carbonații insolubili sunt transformați în bicarbonați solubili. (săruri acide ale acidului carbonic).

Dioxidul de carbon este, de asemenea, produs atunci când sunt arse toți combustibilii carbonați, cum ar fi metanul (gazul natural), distilatele de petrol (benzină, motorină, kerosen, propan), cărbune sau lemn. În cele mai multe cazuri, se eliberează și apă.

Dioxidul de carbon (dioxidul de carbon) este format dintr-un atom de carbon și doi atomi de oxigen care sunt ținute împreună prin legături covalente (sau fisiunea electronică). Carbonul pur este foarte rar. Se găsește în natură doar sub formă de minerale, grafit și diamant. În ciuda acestui fapt, este elementul de construcție al vieții, care, atunci când este combinat cu hidrogen și oxigen, formează compușii de bază care alcătuiesc totul pe planetă.

Hidrocarburile precum cărbunele, petrolul și gazele naturale sunt compuși formați din hidrogen și carbon. Acest element se găsește în calcit (CaCo 3), minerale din rocile sedimentare și metamorfice, calcar și marmură. Este elementul care conține toată materia organică, de la combustibilii fosili la ADN.

Oxizi de carbon (II) și (IV)

Lecție integrată de chimie și biologie

Sarcini: studierea și sistematizarea cunoștințelor despre oxizii de carbon (II) și (IV); să dezvăluie relația dintre natura vie și cea neînsuflețită; să consolideze cunoștințele despre efectul oxizilor de carbon asupra organismului uman; pentru a consolida abilitățile de a lucra cu echipamente de laborator.

Echipament: Soluție de HCl, turnesol, Ca (OH) 2, CaCO 3, tijă de sticlă, mese de casă, tablă portabilă, model ball-and-stick.

ÎN CURILE CLASURILOR

Profesor de biologie comunică tema și obiectivele lecției.

Profesor de chimie. Pe baza teoriei legăturii covalente, alcătuiți formulele electronice și structurale ale oxizilor de carbon (II) și (IV).

Formula chimică a monoxidului de carbon (II) este CO, atomul de carbon este în stare normală.

Datorită împerecherii electronilor nepereche, se formează două legături polare covalente, iar a treia legătură covalentă este formată prin mecanismul donor-acceptor. Donatorul este un atom de oxigen, deoarece oferă o pereche liberă de electroni; acceptorul este un atom de carbon, deoarece oferă un orbital liber.

În industrie, monoxidul de carbon (II) se obține prin trecerea CO 2 peste un cărbune încins la temperatură ridicată. De asemenea, se formează în timpul arderii cărbunelui cu lipsă de oxigen. ( Elevul care scrie ecuația reacției pe tablă)

În laborator, CO se obţine prin acţiunea H 2 SO 4 concentrat asupra acidului formic. ( Profesorul notează ecuația reacției.)

Profesor de biologie. Deci, v-ați familiarizat cu producția de monoxid de carbon (II). Și care sunt proprietățile fizice ale monoxidului de carbon (II)?

Student. Este un gaz incolor, otrăvitor, inodor, mai ușor decât aerul, slab solubil în apă, punct de fierbere –191,5 °C, se solidifică la –205 °C.

Profesor de chimie. Monoxid de carbon în cantități periculoase pentru viata umana conținute în gazele de eșapament ale mașinilor. Prin urmare, garajele ar trebui să fie bine ventilate, mai ales la pornirea motorului.

Profesor de biologie. Care este efectul monoxidului de carbon asupra corpului uman?

Student. Monoxidul de carbon este extrem de toxic pentru oameni - acest lucru se datorează faptului că formează carboxihemoglobină. Carboxihemoglobina este un compus foarte puternic. Ca urmare a formării sale, hemoglobina din sânge nu interacționează cu oxigenul, iar în caz de otrăvire severă, o persoană poate muri din cauza inaniției de oxigen.

Profesor de biologie. Ce prim ajutor ar trebui acordat unei persoane în caz de otrăvire cu monoxid de carbon?

Elevi. Este necesar să chemați o ambulanță, victima trebuie scoasă în stradă, respirație artificială trebuie făcută, camera trebuie bine ventilată.

Profesor de chimie. Scrieți formula chimică a monoxidului de carbon (IV) și, folosind modelul bile și băț, construiți structura acestuia.

Atomul de carbon este într-o stare excitată. Toate cele patru legături polare covalente sunt formate prin împerecherea electronilor neperechi. Cu toate acestea, datorită structurii sale liniare, molecula sa este în general nepolară.
În industrie, CO 2 se obține din descompunerea carbonatului de calciu în producția de var.
(Elevul notează ecuația reacției.)

În laborator, CO 2 se obține prin interacțiunea acizilor cu creta sau marmura.
(Elevii efectuează un experiment de laborator.)

Profesor de biologie. Ca urmare a ce procese se formează dioxid de carbon în organism?

Student. Dioxidul de carbon este produs în organism ca urmare a reacțiilor de oxidare materie organică care alcătuiesc celula.

(Elevii efectuează un experiment de laborator.)

Slamul de var a devenit tulbure deoarece se formează carbonat de calciu. Pe lângă procesul de respirație, CO2 este eliberat ca urmare a fermentației și a degradarii.

Profesor de biologie. Activitatea fizică afectează procesul de respirație?

Student. Cu o sarcină fizică (musculară) excesivă, mușchii folosesc oxigenul mai repede decât îl poate furniza sângele și apoi sintetizează ATP-ul necesar pentru activitatea lor prin fermentație. În muşchi se formează acid lactic C 3 H 6 O 3, care intră în sânge. Acumularea unor cantități mari de acid lactic este dăunătoare organismului. După efort fizic intens, respirăm greu de ceva timp - plătim „datoria de oxigen”.

Profesor de chimie. O cantitate mare de monoxid de carbon (IV) este eliberată în atmosferă atunci când sunt arse combustibili fosili. Acasă, folosim gaze naturale drept combustibil și este aproape 90% metan (CH 4). Îți sugerez unuia dintre voi să meargă la tablă, să scrie o ecuație de reacție și să o analizeze în termeni de oxidare-reducere.

Profesor de biologie. De ce cuptoarele pe gaz nu pot fi folosite pentru a încălzi o cameră?

Student. Metanul este o parte integrantă gaz natural... Când arde, conținutul de dioxid de carbon din aer crește, iar oxigenul scade. ( Lucrul cu tabelul „Conținut CO2 in aer".)
Când aerul conține 0,3% CO 2, o persoană experimentează o respirație rapidă; la 10% - pierderea conștienței, la 20% - paralizie instantanee și moarte rapidă. Un copil are nevoie în special de aer curat, deoarece consumul de oxigen de către țesuturile unui organism în creștere este mai mare decât cel al unui adult. Prin urmare, este necesar să ventilați în mod regulat camera. Dacă există un exces de CO 2 în sânge, excitabilitatea centrului respirator crește și respirația devine mai frecventă și mai profundă.

Profesor de biologie. Luați în considerare rolul monoxidului de carbon (IV) în viața plantelor.

Student. La plante, formarea substantelor organice are loc din CO 2 si H 2 O la lumina, pe langa substantele organice se formeaza si oxigen.

Fotosinteza reglează conținutul de dioxid de carbon din atmosferă, ceea ce împiedică creșterea temperaturii planetei. Plantele absorb 300 de miliarde de tone de dioxid de carbon din atmosferă anual. În procesul de fotosinteză, 200 de miliarde de tone de oxigen sunt eliberate în atmosferă anual. Ozonul se formează din oxigen în timpul unei furtuni.

Profesor de chimie. Considera Proprietăți chimice monoxid de carbon (IV).

Profesor de biologie. Care este importanța acidului carbonic în corpul uman în timpul respirației? ( Fragment de bandă de film.)
Enzimele din sânge transformă dioxidul de carbon în acid carbonic, care se disociază în ioni de hidrogen și bicarbonat. Dacă sângele conține un exces de ioni H +, adică. dacă aciditatea sângelui crește, atunci unii dintre ionii de H + se combină cu ionii de bicarbonat, formând acid carbonic și eliberând astfel sângele de excesul de ioni de H +. Dacă există prea puțini ioni H + în sânge, atunci acidul carbonic se disociază și concentrația de ioni H + în sânge crește. La 37 ° C, pH-ul sângelui este de 7,36.
În organism, dioxidul de carbon este transportat de sânge sub formă compuși chimici- bicarbonați de sodiu și potasiu.

Asigurarea materialului

Test

Dintre procesele de schimb de gaze propuse în plămâni și țesuturi, cei care efectuează prima variantă trebuie să aleagă cifrurile răspunsurilor corecte din stânga, iar a doua din dreapta.

(1) Transferul de O 2 din plămâni în sânge. (13)
(2) Transferul de O 2 din sânge în țesut. (paisprezece)
(3) Transferul de CO 2 din țesuturi în sânge. (15)
(4) Transferul de CO 2 din sânge în plămâni. (16)
(5) Absorbția O 2 de către eritrocite. (17)
(6) Eliberarea de O 2 din eritrocite. (optsprezece)
(7) Conversia sângelui arterial în sânge venos. (19)
(8) Conversia sângelui venos în sânge arterial. (douăzeci)
(9) Ruperea legăturii chimice a O 2 cu hemoglobina. (21)
(10) Legarea chimică a O2 de hemoglobină. (22)
(11) Capilare în țesuturi. (23)
(12) Capilare pulmonare. (24)

Întrebări cu prima opțiune

1. Procese de schimb de gaze în țesuturi.
2. Procese fizice în timpul schimbului de gaze.

Întrebări de a doua opțiune

1. Procesele de schimb de gaze în plămâni.
2. Procese chimice în timpul schimbului de gaze

Sarcină

Determinați volumul de monoxid de carbon (IV) care se eliberează în timpul descompunerii a 50 g de carbonat de calciu.

Monoxid de carbon (IV), acid carbonic și sărurile acestora

Scopul complex al modulului: cunoașterea modalităților de producere a oxidului și hidroxidului de carbon (IV); descrie-i proprietăți fizice; cunoașteți caracteristicile proprietăților acido-bazice; pentru a caracteriza proprietățile redox.

Toate elementele subgrupului de carbon formează oxizi cu formula generala EO 2. CO 2 și SiO 2 prezintă proprietăți acide, GeO 2, SnO 2, PbO 2 prezintă proprietăți amfotere cu predominanța proprietăților acide, iar în subgrupul de sus în jos, proprietățile acide slăbesc.

Prin urmare, starea de oxidare (+4) pentru carbon și siliciu este foarte stabilă proprietăți oxidante legăturile sunt arătate cu mare dificultate. În subgrupa germaniului, proprietățile de oxidare ale compușilor (+4) sunt îmbunătățite din cauza destabilizarii cel mai înalt grad oxidare.

Monoxid de carbon (IV), acid carbonic și sărurile acestora

Dioxid de carbon CO 2 (dioxid de carbon) - în condiții normale este un gaz incolor și inodor, cu gust ușor acrișor, de aproximativ 1,5 ori mai greu decât aerul, solubil în apă, se lichefiază destul de ușor - la temperatura camerei poate fi transformat într-un lichid sub presiune de aproximativ 60 10 5 Pa. Când este răcit la 56,2 ° C, dioxidul de carbon lichid se solidifică și se transformă într-o masă asemănătoare zăpezii.

In toate state agregate este format din molecule liniare nepolare. Structura chimică CO2 este determinat prin hibridizarea sp a atomului de carbon central și formarea de p suplimentar conexiuni p-p: O = C = O

O parte din CO 2 dizolvat în testament interacționează cu acesta pentru a forma acid carbonic

CO2 + H2O - CO2H2O - H2CO3.

Dioxidul de carbon este foarte ușor absorbit de soluțiile alcaline pentru a forma carbonați și bicarbonați:

C02 + 2NaOH = Na2C03 + H20;

CO2 + NaOH = NaHCO3.

Moleculele de CO2 sunt foarte stabile termic, descompunerea începe numai la o temperatură de 2000єС. Prin urmare, dioxidul de carbon nu arde și nu suportă arderea combustibililor convenționali. Dar în atmosfera ei sunt câteva substanțe simple, ai căror atomi prezintă o mare afinitate pentru oxigen, de exemplu, magneziul, când este încălzit, se aprinde într-o atmosferă de CO2.

Acidul carbonic și sărurile sale

Acidul carbonic H 2 CO 3 este un compus fragil, el există doar în soluții apoase. Majoritatea dioxidului de carbon dizolvat în apă este sub formă de molecule de CO 2 hidratate, o parte mai mică formează acid carbonic.

Soluţiile apoase aflate în echilibru cu atmosfera de CO 2 sunt acide: = 0,04 M şi pH? 4.

Acidul carbonic este dibazic, aparține electroliților slabi, se disociază treptat (K 1 = 4, 4 10? 7; K 2 = 4, 8 10? 11). Dizolvarea CO 2 în apă stabilește următorul echilibru dinamic:

H2O + CO2-C02H2O-H2CO3-H+ + HCO3?

Când este încălzit soluție apoasă Cu dioxid de carbon, solubilitatea gazului scade, CO 2 este eliberat din soluție și echilibrul se deplasează spre stânga.

Sărurile acidului carbonic

Fiind dibazic, acidul carbonic formează două serii de săruri: săruri medii (carbonați) și acid (hidrocarbonați). Majoritatea sărurilor de acid carbonic sunt incolore. Dintre carbonați, numai sărurile sunt solubile în apă Metale alcalineși amoniu.

În apă, carbonații sunt supuși hidrolizei și, prin urmare, soluțiile lor au o reacție alcalină:

Na2C03 + H20 - NaHC03 + NaOH.

Hidroliza ulterioară cu formarea acidului carbonic în condiții normale practic nu are loc.

Dizolvarea hidrocarbonaților în apă este, de asemenea, însoțită de hidroliză, dar într-o măsură mult mai mică, iar mediul este slab alcalin (pH ≈ 8).

Carbonatul de amoniu (NH 4) 2 CO 3 este foarte volatil la temperaturi ridicate și chiar normale, în special în prezența vaporilor de apă, care provoacă hidroliză puternică

Acizii puternici și chiar acidul acetic slab înlocuiesc acidul carbonic din carbonați:

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

Spre deosebire de majoritatea carbonaților, toate hidrocarburile sunt solubile în apă. Sunt mai puțin stabili decât carbonații acelorași metale și, atunci când sunt încălziți, se descompun ușor, transformându-se în carbonați corespunzători:

2KHCO3 = K2CO3 + H2O + CO2^;

Ca (HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2^.

Acizii puternici descompun bicarbonații, cum ar fi carbonații:

KHCO3 + H2SO4 = KHS04 + H2O + CO2

Din sărurile acidului carbonic cea mai mare valoare au: carbonat de sodiu (soda), carbonat de potasiu (potasiu), carbonat de calciu (cretă, marmură, calcar), bicarbonat de sodiu (bicarbonat de sodiu) și carbonat de cupru bazic (CuOH) 2 CO 3 (malahit).

Sărurile bazice ale acidului carbonic din apă sunt practic insolubile și se descompun ușor atunci când sunt încălzite:

(CuOH)2CO3 = 2CuO + CO2 + H2O.

În general, stabilitatea termică a carbonaților depinde de proprietățile de polarizare ale ionilor care formează carbonatul. Cu cât cationul are un efect polarizant asupra ionului carbonat, cu atât temperatura de descompunere a sării este mai mică. Dacă cationul se poate deforma cu ușurință, atunci ionul de carbonat în sine va avea și un efect de polarizare asupra cationului, ceea ce va duce la o scădere bruscă a temperaturii de descompunere a sării.

Carbonații de sodiu și potasiu se topesc fără descompunere, în timp ce majoritatea carbonaților rămași se descompun în oxid de metal și dioxid de carbon atunci când sunt încălziți.

• Denumirea - C (Carbon);
• Perioada - II;
• Grupa - 14 (IVa);
• Masa atomică - 12.011;
• Numărul atomic - 6;
• Raza atomului = 77 pm;
• Raza covalentă = 77 pm;
• Distribuția electronilor - 1s 2 2s 2 2p 2;
• punct de topire = 3550 ° C;
• punctul de fierbere = 4827 ° C;
• Electronegativitatea (Pauling / Alpred și Rohov) = 2,55 / 2,50;
• Stare de oxidare: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Densitatea (n. At.) = 2,25 g/cm3 (grafit);
• Volumul molar = 5,3 cm 3 / mol.

Compuși de carbon:

Carbonul sub formă de cărbune este cunoscut omului din timpuri imemoriale, prin urmare, nu are sens să vorbim despre data descoperirii sale. De fapt, numele său „carbon” a primit în 1787, când a fost publicată cartea „Metoda de nomenclatură chimică”, în care în locul numelui francez „cărbune pur” (charbone pur) a apărut termenul „carbon” (carbon).

Carbonul are capacitatea unică de a forma lanțuri polimerice de lungime nelimitată, dând astfel naștere unei clase uriașe de compuși, care sunt studiate într-o ramură separată a chimiei - Chimie organica... Compușii organici ai carbonului sunt în centrul vieții pe pământ, prin urmare, importanța carbonului, ca element chimic, nu are sens să vorbesc - el este baza vieții pe Pământ.

Acum să privim carbonul din punctul de vedere al chimiei anorganice.

Orez. Structura atomului de carbon.

Configurația electronică a carbonului este 1s 2 2s 2 2p 2 (vezi. Structura electronică a atomilor). La nivelul energiei externe, carbonul are 4 electroni: 2 perechi la subnivelul s + 2 nepereche la orbitalii p. Când un atom de carbon trece într-o stare excitată (necesită consum de energie), un electron de la subnivelul s „își părăsește” perechea și merge la subnivelul p, unde există un orbital liber. Astfel, într-o stare excitată configuratie electronica atomul de carbon ia următoarea formă: 1s 2 2s 1 2p 3.

Orez. Trecerea unui atom de carbon la o stare excitată.

Această „rodare” extinde semnificativ capacitățile de valență ale atomilor de carbon, care pot lua starea de oxidare de la +4 (în compușii cu nemetale active) la -4 (în compușii cu metale).

În starea neexcitată, atomul de carbon din compuși are o valență de 2, de exemplu, CO (II), iar în stare excitată are o valență de 4: CO 2 (IV).

„Unicitatea” atomului de carbon constă în faptul că la nivelul său de energie externă există 4 electroni, prin urmare, pentru a completa nivelul (pe care, de fapt, se străduiesc atomii oricărui element chimic), poate, cu același „succes”, ambii dau și atașează electroni cu formarea de legături covalente (vezi. Legătura covalentă).

Carbonul ca substanță simplă

Ca substanță simplă, carbonul poate fi sub forma mai multor modificări alotropice:

• Diamant
• Grafit
• Fullerene
• carabină

Diamant

Orez. Rețeaua cristalină a unui diamant.

Proprietățile diamantului:

• substanță cristalină incoloră;
• cea mai dură substanță din natură;
• are un efect refractiv puternic;
• conduce prost căldura și electricitatea.

Orez. Tetraedru de diamant.

Duritatea excepțională a diamantului se explică prin structura rețelei sale cristaline, care are forma unui tetraedru - în centrul tetraedrului se află un atom de carbon, care este legat prin legături la fel de puternice cu patru atomi vecini care formează vârfurile. a tetraedrului (vezi figura de mai sus). Această „construcție”, la rândul ei, este asociată cu tetraedrele vecine.

Grafit

Orez. Rețea cristalină de grafit.

Proprietățile grafitului:

• o substanță moale de culoare gri cristalină cu o structură stratificată;
• are un luciu metalic;
• conduce bine electricitatea.

În grafit se formează atomi de carbon hexagoane regulate culcat într-un singur plan, organizat în straturi nesfârșite.

În grafit, legăturile chimice dintre atomii de carbon adiacenți sunt formate din trei electroni de valență ai fiecărui atom (prezentați cu albastru în figura de mai jos), în timp ce al patrulea electron (indicat cu roșu) al fiecărui atom de carbon este situat pe o perpendiculară a orbitalului p. faţă de planul stratului de grafit.nu participă la formarea legăturilor covalente în planul stratului. „Scopul” său este diferit - interacționând cu „fratele” său situat în stratul adiacent, asigură o legătură între straturile de grafit, iar mobilitatea ridicată a electronilor p determină buna conductivitate electrică a grafitului.

Orez. Distribuția orbitalilor atomului de carbon în grafit.

Fullerene

Orez. Rețea cristalină fullerenă.

Proprietăți fullerene:

• o moleculă de fullerenă este o colecție de atomi de carbon închisă în sfere goale, cum ar fi o minge de fotbal;
• este o substanță cristalină fină galben-portocalie;
• punct de topire = 500-600 ° C;
• semiconductor;
• face parte din mineralul shungit.

carabină

Proprietățile carabinei:

• substanță neagră inertă;
• constă din molecule liniare polimerice în care atomii sunt legați prin legături simple și triple alternative;
• semiconductor.

Proprietățile chimice ale carbonului

În condiții normale, carbonul este o substanță inertă, dar atunci când este încălzit, poate reacționa cu o varietate de substanțe simple și complexe.

S-a spus deja mai sus că la nivelul de energie externă a carbonului există 4 electroni (nici acolo, nici aici), prin urmare carbonul poate dona și primi electroni, prezentând proprietăți reducătoare în unii compuși și oxidanți în alții.

Carbonul este agent de reducereîn reacțiile cu oxigenul și alte elemente cu o electronegativitate mai mare (vezi tabelul cu electronegativitatea elementelor):

• când este încălzit în aer, arde (cu un exces de oxigen cu formarea de dioxid de carbon; cu lipsa acestuia - monoxid de carbon (II)):
  C + O2 = C02;
  2C + O2 = 2CO.
• reacționează la temperaturi ridicate cu vaporii de sulf, interacționează ușor cu clorul, fluorul:
  C + 2S = CS 2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F 2 + C = CF 4
• atunci când este încălzit, reduce multe metale și nemetale din oxizi:
  C0 + Cu +2O = Cuo + C +2O;
  C 0 + C + 4 O 2 = 2C + 2 O
• la o temperatură de 1000 ° C, reacţionează cu apa (proces de gazeificare), cu formarea de apă gazoasă:
  C + H20 = CO + H2;

Carbonul prezintă proprietăți oxidante în reacțiile cu metale și hidrogen:

• reacţionează cu metalele pentru a forma carburi:
  Ca + 2C = CaC 2
• interacționând cu hidrogenul, carbonul formează metan:
  C + 2H2 = CH4

Carbonul se obține prin descompunerea termică a compușilor săi sau prin piroliza metanului (la temperaturi ridicate):
CH4 = C + 2H2.

Aplicarea carbonului

Compușii de carbon sunt utilizați pe scară largă în economie nationala, nu este posibil să le enumeram pe toate, vom indica doar câteva:

• grafitul este utilizat pentru fabricarea de mine de creion, electrozi, creuzete de topire, ca moderator de neutroni în reactoare nucleare ca lubrifiant;
• diamantele sunt folosite în bijuterii, ca unealtă de tăiere, în echipamentele de găurit, ca material abraziv;
• ca agent reducător, carbonul este folosit pentru a obține anumite metale și nemetale (fier, siliciu);
• cărbunele constituie cea mai mare parte a cărbunelui activat, care a găsit o utilizare pe scară largă atât în ​​viața de zi cu zi (de exemplu, ca adsorbant pentru purificarea aerului și a soluțiilor), cât și în medicină (tablete de cărbune activ) și în industrie (ca purtător pentru aditivi catalitici). , catalizator de polimerizare etc.).