Structura monoxidului de carbon 4. Carbonul - caracteristica elementului și proprietăți chimice
Proprietăți fizice: carbonul formează multe modificări alotrope: diamant- una dintre cele mai dure substanțe grafit, cărbune, funingine.
Un atom de carbon are 6 electroni: 1s 2 2s 2 2p 2 . Ultimii doi electroni sunt localizați pe orbitali p separati și sunt nepereche. În principiu, această pereche ar putea ocupa un orbital, dar în acest caz repulsia electron-electron crește puternic. Din acest motiv, unul dintre ei ia 2p x, iar celălalt, sau 2p y , sau orbitali z 2p.
Diferența dintre energiile subnivelurilor s și p ale stratului exterior este mică; prin urmare, atomul trece destul de ușor într-o stare excitată, în care unul dintre cei doi electroni din orbitalul 2s trece în cel liber. 2p. O stare de valență cu configurația 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Această stare a atomului de carbon este caracteristică rețelei de diamant - aranjamentul spațial tetraedric al orbitalilor hibrizi, aceeași lungime de legătură și aceeași energie.
Se știe că acest fenomen este numit sp 3 -hibridare, iar funcţiile care apar sunt sp 3 -hibrid . Formarea a patru legături sp 3 oferă atomului de carbon o stare mai stabilă decât trei p-p-și un s-s-link. Pe lângă hibridizarea sp3 la atomul de carbon, se observă și hibridizarea sp2 și sp . În primul caz, există o suprapunere reciprocă s-și doi p-orbitali. Se formează trei orbitali hibrizi sp 2 echivalenti, localizați într-un plan la un unghi de 120 ° unul față de celălalt. Al treilea orbital p este neschimbat și îndreptat perpendicular pe plan sp 2.
În timpul hibridizării sp, orbitalii s și p se suprapun. Între cei doi orbitali hibrizi echivalenti formați apare un unghi de 180 °, în timp ce cei doi orbitali p ai fiecăruia dintre atomi rămân neschimbați.
Alotropia carbonului. Diamant și grafit
Într-un cristal de grafit, atomii de carbon sunt situați în planuri paralele, ocupând vârfuri în ele hexagoane regulate... Fiecare dintre atomii de carbon este legat de trei legături hibride sp 2 adiacente. Legătura dintre planele paralele este realizată de forțele van der Waals. Orbitalii p liberi ai fiecăruia dintre atomi sunt direcționați perpendicular pe planurile legăturilor covalente. Suprapunerea lor explică legătura π suplimentară dintre atomii de carbon. Deci de la starea de valență în care atomii de carbon se află într-o substanță, proprietățile acestei substanțe depind.
Proprietățile chimice ale carbonului
Cele mai tipice stări de oxidare sunt +4, +2.
La temperaturi scăzute, carbonul este inert, dar atunci când este încălzit, activitatea lui crește.
Carbonul ca agent reducător:
- cu oxigen
C 0 + O 2 - t° = CO 2 dioxid de carbon
cu lipsă de oxigen - ardere incompletă:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O monoxid de carbon
- cu fluor
C + 2F 2 = CF 4
- cu vapori de apa
C 0 + H 2 O - 1200 ° = C + 2 O + H 2 apă gazoasă
- cu oxizi metalici. Astfel, metalul este topit din minereu.
C 0 + 2CuO - t° = 2Cu + C +4 O 2
- cu acizi - agenti oxidanti:
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
- formează disulfură de carbon cu sulf:
C + 2S 2 = CS 2.
Carbonul ca agent oxidant:
- formează carburi cu unele metale
4Al + 3C0 = Al4C3
Ca + 2C0 = CaC2-4
- cu hidrogen - metan (precum și o cantitate imensă de compuși organici)
C0 + 2H2 = CH4
- cu siliciu, formează carborundum (la 2000 ° C într-un cuptor electric):
Găsirea carbonului în natură
Carbonul liber apare sub formă de diamant și grafit. Sub formă de compuși, carbonul se află în compoziția mineralelor: cretă, marmură, calcar - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 * CaCO 3; hidrocarbonați - Mg (HCO 3) 2 și Ca (HCO 3) 2, CO 2 face parte din aer; carbonul este componenta principală a compușilor organici naturali - gaz, petrol, cărbune, turbă, este o parte din materie organică, proteine, grăsimi, carbohidrați, aminoacizi care alcătuiesc organismele vii.
Compuși anorganici de carbon
Nici ionii C4+ și nici C4- nu se formează în cadrul niciunui proces chimic obișnuit: există legături covalente de polaritate diferită în compușii de carbon.
Monoxid de carbon (II) CO
Monoxid de carbon; incolor, inodor, ușor solubil în apă, solubil în solvenți organici, otrăvitor, temperatura balotului = -192 ° C; t pl. = -205 ° C.
Primirea
1) În industrie (în generatoare de gaz):
C + O2 = CO2
2) În laborator - prin descompunerea termică a acidului formic sau oxalic în prezența H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH = H2O + CO
H2C2O4 = CO + CO2 + H2O
Proprietăți chimice
CO este inert în condiții normale; când este încălzit - un agent reducător; oxid neformator de sare.
1) cu oxigen
2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2
2) cu oxizi metalici
C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2
3) cu clor (la lumină)
CO + Cl 2 - hn = COCl 2 (fosgen)
4) reacționează cu topituri alcaline (sub presiune)
CO + NaOH = HCOONa (formiat de sodiu)
5) formează carbonili cu metalele de tranziție
Ni + 4CO - t° = Ni (CO) 4
Fe + 5CO - t ° = Fe (CO) 5
Monoxid de carbon (IV) CO2
Dioxid de carbon, incolor, inodor, solubilitate în apă - 0,9 V CO 2 se dizolvă în 1 V H 2 O (în condiții normale); mai greu decât aerul; t ° pl. = -78,5 ° C (CO 2 solid se numește „gheață carbonică”); nu suportă arderea.
Primirea
- Descompunerea termică a sărurilor acidului carbonic (carbonați). Prăjirea cu calcar:
CaCO3 - t° = CaO + CO2
- Acțiunea acizilor puternici asupra carbonaților și bicarbonaților:
CaC03 + 2HCI = CaCI2 + H2O + CO2
NaHC03 + HCI = NaCI + H2O + CO2
ChimicproprietățiCO2
Oxid acid: Reacționează cu oxizii bazici și baze pentru a forma săruri de acid carbonic
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
NaOH + CO2 = NaHCO3
Poate prezenta proprietăți oxidante la temperaturi ridicate
С +4 O 2 + 2Mg - t ° = 2Mg +2 O + C 0
Reacție calitativă
Turbiditatea apei de var:
Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (precipitat alb) + H 2 O
Dispare la trecerea prelungită a CO 2 prin apa de var, deoarece carbonatul de calciu insolubil se transformă în bicarbonat solubil:
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca (HCO3)2
Acidul carbonic și a acestuiasare
H 2CO 3 - Acidul este slab, există numai în soluție apoasă:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
Două baze:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Săruri acide - bicarbonați, hidrocarburi
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Săruri medii - carbonați
Toate proprietățile acizilor sunt caracteristice.
Carbonații și hidrocarburile pot fi transformate unul în celălalt:
2NaHCO3 - t° = Na2CO3 + H2O + CO2
Na2CO3 + H2O + CO2 = 2NaHCO3
Carbonați metalici (cu excepția Metale alcaline) când sunt încălzite, se decarboxilează pentru a forma un oxid:
CuCO 3 - t ° = CuO + CO 2
Reacție calitativă- „fierbe” sub acțiunea unui acid puternic:
Na2CO3 + 2HCI = 2NaCI + H2O + CO2
CO32- + 2H+ = H2O + CO2
Carburi
Carbură de calciu:
CaO + 3 C = CaC 2 + CO
CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2.
Acetilena este eliberată atunci când carburile de zinc, cadmiu, lantan și ceriu reacţionează cu apa:
2 LaC2 + 6 H2O = 2La (OH)3 + 2 C2H2 + H2.
Be 2 C și Al 4 C 3 se descompun cu apă pentru a forma metan:
Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 = 3CH4.
În tehnologie, se folosesc carburi de titan TiC, tungsten W 2 C (aliaje dure), siliciu SiC (carborundum - ca abraziv și material pentru încălzitoare).
Cianură
obtinut prin incalzirea sifonului intr-o atmosfera de amoniac si monoxid de carbon:
Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2
Acidul cianhidric HCN este un produs important al industriei chimice și este utilizat pe scară largă în sinteza organică. Producția sa mondială ajunge la 200 de mii de tone pe an. Structura electronică a anionului cianură este similară cu monoxidul de carbon (II), astfel de particule sunt numite izoelectronice:
C = O: [: C = N:] -
Cianuri (0,1-0,2% soluție de apă) sunt utilizate în exploatarea aurului:
2 Au + 4 KCN + H2O + 0,5 O2 = 2 K + 2 KOH.
La fierbere soluții de cianură cu sulf sau fuziunea solidelor, tiocianați:
KCN + S = KSCN.
Când cianurile metalelor cu activitate scăzută sunt încălzite, se obține cianogen: Hg (CN) 2 = Hg + (CN) 2. Soluțiile de cianuri sunt oxidate la cianați:
2 KCN + O 2 = 2 KOCN.
Acidul cianic se prezintă sub două forme:
H-N = C = O; H-O-C = N:
În 1828, Friedrich Wöhler (1800-1882) a obţinut uree din cianat de amoniu: NH 4 OCN = CO (NH 2) 2 prin evaporarea unei soluţii apoase.
Acest eveniment este de obicei văzut ca victoria chimiei sintetice asupra „teoriei vitaliste”.
Există un izomer al acidului cianic - acid volatil
H-O-N = C.
Sărurile sale (mercur exploziv Hg (ONC) 2) sunt utilizate în aprinderea cu impact.
Sinteză uree(uree):
CO 2 + 2 NH 3 = CO (NH 2) 2 + H 2 O. La 130 0 С și 100 atm.
Ureea este o amidă a acidului carbonic, există și „analogul său de azot” - guanidina.
Carbonați
Cel mai important compuși anorganici carbon - săruri ale acidului carbonic (carbonați). H2CO3 este un acid slab (K1 = 1,3 · 10-4; K2 = 5 · 10-11). Suporturi tampon carbonat echilibrul de dioxid de carbonîn atmosferă. Oceanele au o capacitate tampon uriașă pentru că sunt sistem deschis... Principala reacție tampon este echilibrul în disocierea acidului carbonic:
H2CO3↔ H++ + HCO3-.
Odată cu scăderea acidității, se produce o absorbție suplimentară a dioxidului de carbon din atmosferă odată cu formarea acidului:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.
Odată cu creșterea acidității, are loc dizolvarea rocilor carbonatice (cochilii, cretă și depozite de calcar din ocean); aceasta compensează pierderea ionilor de hidrocarbonat:
H ++ CO 3 2- ↔ HCO 3 -
CaCO 3 (solid) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-
Carbonații solizi sunt transformați în hidrocarbonați solubili. Acest proces de dizolvare chimică a excesului de dioxid de carbon este cel care contracarează „efectul de seră” - încălzirea globală datorită absorbției dioxidului de carbon Radiație termala Pământ. Aproximativ o treime din soda din lume (carbonat de sodiu Na 2 CO 3) este utilizată în producția de sticlă.
Carbon
În stare liberă, carbonul formează 3 modificări alotropice: diamant, grafit și carbina produsă artificial.
Într-un cristal de diamant, fiecare atom de carbon este strâns legat covalent de alți patru, aflați în jurul lui, la distanțe egale.
Toți atomii de carbon sunt în starea de hibridizare sp3. Rețeaua cristalină atomică a diamantului are o structură tetraedrică.
Diamantul este o substanță incoloră, transparentă, care refractă puternic lumina. Are cea mai mare duritate dintre toate substanțele cunoscute. Diamantul este fragil, refractar, conduce prost căldura și curentul electric. Distanțe mici dintre atomii de carbon adiacenți (0,154 nm) au ca rezultat o densitate destul de mare a diamantului (3,5 g/cm3).
În rețeaua cristalină a grafitului, fiecare atom de carbon se află în starea de hibridizare sp 2 și formează trei legături covalente puternice cu atomi de carbon localizați în același strat. Trei electroni ai fiecărui atom, carbonul, participă la formarea acestor legături, iar al patrulea electroni de valență formează legături n și sunt relativ liberi (mobili). Ele determină conductivitatea electrică și termică a grafitului.
Lungimea legăturii covalente dintre atomii de carbon adiacenți din același plan este de 0,152 nm, iar distanța dintre atomii de C din diferite straturi este de 2,5 ori mai mare, deci legăturile dintre ei sunt slabe.
Grafitul este o substanță opaca, moale, grasă la atingere, de culoare gri-negru, cu un luciu metalic; conduce bine căldura și curentul electric. Grafitul are o densitate mai mică în comparație cu diamantul și este ușor de împărțit în fulgi subțiri.
Structura dezordonată a grafitului fin-cristalin stă la baza structurii forme diferite carbonul amorf, dintre care cei mai importanți sunt cocs, cărbunii bruni și bituminoși, funinginea, cărbunele activ (activ).
Această modificare alotropică a carbonului se obține prin oxidarea catalitică (dehidropolicondensarea) acetilenei. Carbyne este un polimer în lanț care are două forme:
C = C-C = C -... și ... = C = C = C =
Carbyne are proprietăți semiconductoare.
La temperaturi obișnuite, ambele modificări ale carbonului (diamantul și grafitul) sunt inerte din punct de vedere chimic. Formele fin-cristaline de grafit - cocs, funingine, cărbune activ - sunt mai reactive, dar, de regulă, după ce au fost preîncălzite la o temperatură ridicată.
1. Interacțiunea cu oxigenul
C + O 2 = CO 2 + 393,5 kJ (peste O 2)
2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (cu o lipsă de O 2)
Arderea cărbunelui este una dintre cele mai importante surse de energie.
2. Interacțiunea cu fluorul și sulful.
C + 2F 2 = CF 4 tetrafluorura de carbon
C + 2S = CS 2 disulfură de carbon
3. Cocs este unul dintre cei mai importanți agenți reducători utilizați în industrie. În metalurgie, cu ajutorul ei, metalele sunt obținute din oxizi, de exemplu:
ЗС + Fe 2 O 3 = 2Fe + ЗСО
C + ZnO = Zn + CO
4. Când carbonul interacționează cu oxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase, metalul redus se combină cu carbonul pentru a forma o carbură. De exemplu: ZC + CaO = CaC 2 + CO carbură de calciu
5. Coca-cola este folosit și pentru a obține siliciu:
2С + SiO2 = Si + 2СО
6. Cu un exces de cocs se formează carbură de siliciu (carborundum) SiC.
Obținerea „apă gazoasă” (gazeificarea combustibilului solid)
Trecerea vaporilor de apă prin cărbunele fierbinte produce un amestec combustibil de CO și H2, numit apă gazoasă:
C + H20 = CO + H2
7. Reacții cu acizi oxidanți.
Cărbunele activat sau cărbunele, atunci când este încălzit, reduce anionii NO 3 - și SO 4 2- din acizi concentrați:
C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O
8. Reacții cu nitrați de metale alcaline topiți
În topurile KNO 3 și NaNO 3, cărbunele zdrobit arde intens cu formarea unei flăcări orbitoare:
5C + 4KNO 3 = 2K 2 CO 3 + 3CO 2 + 2N 2
1. Formarea carburilor asemănătoare sărurilor cu metale active.
O slăbire semnificativă a proprietăților nemetalice ale carbonului se exprimă în faptul că funcțiile sale ca agent oxidant se manifestă într-o măsură mult mai mică decât funcțiile reducătoare.
2. Numai în reacțiile cu metale active, atomii de carbon trec în ioni încărcați negativ C -4 și (C = C) 2-, formând carburi asemănătoare sărurilor:
ЗС + 4Al = Аl 4 С 3 carbură de aluminiu
2C + Ca = CaC 2 carbură de calciu
3. Carburele de tip ionic sunt compuși foarte instabili, se descompun ușor sub acțiunea acizilor și a apei, ceea ce indică instabilitatea anionilor de carbon încărcați negativ:
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 3CH 4 + 4Al (OH) 3
CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca (OH)2
4. Formarea compuşilor covalenti cu metalele
În topiturile amestecurilor de carbon cu metale de tranziție, carburile se formează predominant cu o legătură de tip covalent. Moleculele lor au o compoziție variabilă, iar substanțele în general sunt apropiate de aliaje. Astfel de carburi sunt foarte rezistente; sunt inerte din punct de vedere chimic față de apă, acizi, alcali și mulți alți reactivi.
5. Interacțiunea cu hidrogenul
La T și P mari, în prezența unui catalizator de nichel, carbonul se combină cu hidrogenul:
C + 2H2 → CH4
Reacția este foarte reversibilă și nu este practică.
Monoxid de carbon (II)- CO
(monoxid de carbon, monoxid de carbon, monoxid de carbon)
Proprietăți fizice: gaz otrăvitor incolor, insipid și inodor, arde cu o flacără albăstruie, este mai ușor decât aerul, slab solubil în apă. Concentrația de monoxid de carbon din aer este explozivă de 12,5-74%.
Primirea:
1) În industrie
C + O2 = CO2 + 402 kJ
CO2 + C = 2CO - 175 kJ
În generatoarele de gaz, vaporii de apă sunt uneori suflați prin cărbune fierbinte:
C + H2O = CO + H2 - Q,
amestec CO + H 2 – numit gaz de sinteză.
2) În laborator- descompunerea termică a acidului formic sau oxalic în prezența H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O + CO
H2C2O4 t˚C, H2SO4 → CO + CO2 + H2O
Proprietăți chimice:
CO este inert în condiții normale; când este încălzit - un agent reducător;
CO - oxid care nu formează sare.
1) cu oxigen
2C +2 O + O 2 t ˚ C → 2C +4 O 2
2) cu oxizi metalici CO + Me x O y = CO 2 + Me
C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2
3) cu clor (la lumină)
CO + Cl 2 lumină → COCl 2 (fosgenul este un gaz otrăvitor)
4) * reacționează cu topituri alcaline (sub presiune)
CO + NaOH P → HCOONa (formiat de sodiu)
Efectul monoxidului de carbon asupra organismelor vii:
Monoxidul de carbon este periculos, deoarece face imposibil ca sângele să transporte oxigen către organe vitale, cum ar fi inima și creierul. Monoxidul de carbon se combină cu hemoglobina, care transportă oxigenul către celulele corpului, făcându-l inadecvat pentru transportul oxigenului. În funcție de cantitatea inhalată, monoxidul de carbon afectează coordonarea, exacerbează bolile cardiovasculare și provoacă oboseală, cefalee, slăbiciune.Efectul monoxidului de carbon asupra sănătății umane depinde de concentrația sa și timpul de expunere la organism. O concentrație de monoxid de carbon în aer mai mare de 0,1% duce la moarte în decurs de o oră, iar o concentrație de peste 1,2% în trei minute.
Aplicarea monoxidului de carbon:
Monoxidul de carbon este folosit în principal ca gaz combustibil amestecat cu azot, așa-numitul generator sau gaz de aer, sau gaz de apă amestecat cu hidrogen. În metalurgie pentru recuperarea metalelor din minereurile lor. Pentru obţinerea metalelor de înaltă puritate prin descompunerea carbonililor.
Monoxid de carbon (IV) СO2 - dioxid de carbon
Proprietăți fizice: Dioxid de carbon, incolor, inodor, solubilitate în apă - 0,9 V CO 2 se dizolvă în 1 V H 2 O (în condiții normale); mai greu decât aerul; t ° pl. = -78,5 ° C (CO 2 solid se numește „gheață carbonică”); nu suportă arderea.
Structura moleculei:
Dioxidul de carbon are următoarele formule electronice și structurale -
3. Arderea substanţelor carbonice:
CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2
4. Cu oxidare lentă în procesele biochimice (respirație, descompunere, fermentație)
Proprietăți chimice:
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 abilității 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 legăturilor covalente, scrieți 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 se formează 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). Si ce proprietăți fizice posedă monoxid 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?
Studenți. 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 un model cu bile și băț, construiți-i structura.
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 se formează în organism ca urmare a reacțiilor de oxidare a substanțelor organice 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 ecuația reacției 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 materiei organice are loc din CO 2 si H 2 O la lumina, pe langa materia organica 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 H + se combină cu ionii de bicarbonat, formând acid carbonic și eliberând astfel sângele de excesul de ioni H +. Dacă în sânge sunt prea puțini ioni de H +, atunci acidul carbonic se disociază și crește concentrația de ioni de H + în sânge. La 37 ° C, pH-ul sângelui este de 7,36.
În organism, dioxidul de carbon este transportat de sânge sub formă de 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. (treisprezece)
(2) Transferul de O 2 din sânge în țesut. (14)
(3) Transferul de CO 2 din țesuturi în sânge. (15)
(4) Transferul de CO 2 din sânge în plămâni. (şaisprezece)
(5) Absorbția O2 de către eritrocite. (17)
(6) Eliberarea de O 2 din eritrocite. (optsprezece)
(7) Conversia sângelui arterial în sânge venos. (nouăsprezece)
(8) Conversia sângelui venos în arterial. (douăzeci)
(9) Pauza legătură chimică O 2 cu hemoglobină. (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.
Monoxidul de carbon (IV) (dioxid de carbon, dioxid de carbon) în condiții normale este un gaz incolor, mai greu decât aerul, stabil termic, iar atunci când este comprimat și răcit, se transformă cu ușurință într-o stare lichidă și solidă.
Densitate - 1,997 g/l. CO2 solid, numit gheață carbonică, se sublimează la temperatura camerei. Se dizolvă slab în apă, reacționează parțial cu ea. Prezintă proprietăți acide. Redus cu metale active, hidrogen si carbon.
Formula chimică a monoxidului de carbon 4
Formula chimică a monoxidului de carbon (IV) CO2. Arată că această moleculă conține un atom de carbon (Ar = 12 amu) și doi atomi de oxigen (Ar = 16 amu). Formula chimică poate fi utilizată pentru a calcula greutatea moleculară a monoxidului de carbon (IV):
Mr (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O);
Mr (CO2) = 12+ 2 × 16 = 12 + 32 = 44.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
Sarcină Când 26,7 g de aminoacid (CxHyOzNk) sunt arse într-un exces de oxigen, se formează 39,6 g de monoxid de carbon (IV), 18,9 g de apă și 4,2 g de azot. Determinați formula aminoacizilor.
Soluție Să întocmim o diagramă a reacției de ardere a unui aminoacid, notând numărul de atomi de carbon, hidrogen, oxigen și azot cu „x”, „y”, „z” și, respectiv, „k”:
CxHyOzNk + Oz → CO2 + H2O + N2.
Să determinăm masele elementelor care alcătuiesc această substanță. Valorile maselor atomice relative luate din Tabelul periodic al lui D.I. Mendeleev, rotunjiți la numere întregi: 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);
Să calculăm masele molare de dioxid de carbon și apă. După cum știți, masa molară a unei molecule este egală cu suma maselor atomice relative ale atomilor care alcătuiesc molecula (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.
Noi definim formula chimica aminoacizi:
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.
Prin urmare, cea mai simplă formulă a aminoacidului este C6H14O3N2.
Raspunde C6H14O3N2
EXEMPLUL 2
Sarcină Întocmește cea mai simplă formulă a unui compus în care fracțiunile de masă ale elementelor sunt aproximativ egale: carbon - 25,4%, hidrogen - 3,17%, oxigen - 33,86%, clor - 37,57%.
Soluție Fracția de masă a elementului X dintr-o moleculă cu compoziția HX se calculează prin următoarea formulă:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.
Să notăm numărul de atomi de carbon dintr-o moleculă cu „x”, numărul de atomi de azot ai hidrogenului cu „y”, numărul de atomi de oxigen cu „z” și numărul de atomi de clor cu „k”.
Găsiți ruda corespunzătoare mase atomice elemente de carbon, hidrogen, oxigen și clor (valorile maselor atomice relative luate din Tabelul periodic al lui D.I. Mendeleev, rotunjite la numere întregi).
Ar (C) = 12; Ar (H) = 14; Ar (O) = 16; Ar (CI) = 35,5.
Împărțim procentul de elemente la masele atomice relative corespunzătoare. Astfel, vom găsi raportul dintre numărul de atomi din molecula compusului:
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.
Aceasta înseamnă că cea mai simplă formulă pentru un compus de carbon, hidrogen, oxigen și clor va fi C2H3O2Cl.
