Uglerod (C)- tipik metall bo'lmagan; v davriy tizim IV guruhning 2-davrida, asosiy kichik guruhda. Atom raqami 6, Ar = 12,011 amu, yadro zaryadi +6.

Jismoniy xususiyatlar: uglerod ko'plab allotropik modifikatsiyalarni hosil qiladi: olmos- eng qattiq moddalardan biri grafit, ko'mir, kuyik.

Uglerod atomida 6 ta elektron bor: 1s 2 2s 2 2p 2 . Oxirgi ikkita elektron alohida p-orbitallarda joylashgan va juftlashtirilmagan. Asosan, bu juftlik bitta orbitalni egallashi mumkin edi, ammo bu holda elektron-elektron itarilishi kuchli kuchayadi. Shu sababli ulardan biri 2p x, ikkinchisi esa 2p y ni oladi , yoki 2p z-orbitallar.

Tashqi qatlamning s- va p-kichik darajalari energiyalari orasidagi farq unchalik katta emas, shuning uchun atom juda oson qo'zg'aluvchan holatga o'tadi, bunda 2s-orbitaldan ikkita elektrondan biri erkin holatga o'tadi. 2p. 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 konfiguratsiyaga ega valentlik holati . Aynan shu uglerod atomining holati olmos panjarasiga xosdir - gibrid orbitallarning tetraedral fazoviy joylashuvi, bir xil bog'lanish uzunligi va energiyasi.

Ma'lumki, bu hodisa deyiladi sp 3 - gibridlanish, va paydo bo'ladigan funktsiyalar sp 3 -gibriddir . To'rtta sp 3 bog'lanishining shakllanishi uglerod atomini uchtadan ko'ra barqarorroq holat bilan ta'minlaydi p-p- va bitta s-s-link. Uglerod atomida sp 3 gibridlanishidan tashqari, sp 2 va sp gibridlanishi ham kuzatiladi. . Birinchi holda, o'zaro bog'liqlik mavjud s- va ikkita p-orbital. Bir tekislikda bir-biriga 120 ° burchak ostida joylashgan uchta ekvivalent sp 2 - gibrid orbitallar hosil bo'ladi. Uchinchi orbital p o'zgarmagan va tekislikka perpendikulyar yo'naltirilgan sp 2.

Sp gibridlanish jarayonida s va p orbitallari ustma-ust tushadi. Ikki hosil bo'lgan ekvivalent gibrid orbitallar o'rtasida 180 ° burchak paydo bo'ladi, atomlarning har birining ikkita p-orbitali esa o'zgarishsiz qoladi.

Uglerodning allotropiyasi. Olmos va grafit

Grafit kristalida uglerod atomlari parallel tekisliklarda joylashgan bo'lib, ulardagi cho'qqilarni egallaydi. muntazam olti burchakli... Uglerod atomlarining har biri uchta qo'shni sp 2 - gibrid bog'larga bog'langan. Parallel tekisliklar orasidagi bog'lanish van der Vaals kuchlari tomonidan amalga oshiriladi. Har bir atomning erkin p-orbitallari kovalent bog'lanish tekisliklariga perpendikulyar yo'naltirilgan. Ularning bir-birining ustiga chiqishi uglerod atomlari orasidagi qo'shimcha p-bog'lanishni tushuntiradi. Shunday qilib, dan uglerod atomlari moddada bo'lgan valentlik holati, bu moddaning xususiyatlari bog'liq.

Uglerodning kimyoviy xossalari

Eng tipik oksidlanish darajalari +4, +2.

Past haroratlarda uglerod inert, lekin qizdirilganda uning faolligi ortadi.

Uglerod kamaytiruvchi vosita sifatida:

- kislorod bilan
C 0 + O 2 - t ° = CO 2 karbonat angidrid
kislorod etishmasligi bilan - to'liq bo'lmagan yonish:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O uglerod oksidi

- ftor bilan
C + 2F 2 = CF 4

- suv bug'lari bilan
C 0 + H 2 O - 1200 ° = C +2 O + H 2 suv gazi

- metall oksidlari bilan. Shunday qilib, rudadan metall eritiladi.
C 0 + 2CuO - t ° = 2Cu + C +4 O 2

- kislotalar bilan - oksidlovchi moddalar:
C 0 + 2H 2 SO 4 (konk.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (konk.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- oltingugurt bilan uglerod disulfidi hosil qiladi:
C + 2S 2 = CS 2.

Oksidlovchi sifatida uglerod:

- ba'zi metallar bilan karbidlar hosil qiladi

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- vodorod - metan bilan (shuningdek, ko'p miqdordagi organik birikmalar)

C 0 + 2H 2 = CH 4

- kremniy bilan karborund hosil qiladi (elektr pechda 2000 ° C da):

Tabiatda uglerodni topish

Erkin uglerod olmos va grafit shaklida uchraydi. Aralashmalar shaklida uglerod minerallar tarkibida: bo'r, marmar, ohaktosh - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 * CaCO 3; gidrokarbonatlar - Mg (HCO 3) 2 va Ca (HCO 3) 2, CO 2 havoning bir qismidir; uglerod tabiiy organik birikmalarning asosiy komponenti - gaz, neft, ko'mir, torf, bir qismidir organik moddalar, tirik organizmlarni tashkil etuvchi oqsillar, yog'lar, uglevodlar, aminokislotalar.

Noorganik uglerod birikmalari

Hech qanday oddiy kimyoviy jarayonlarda C 4+ ham, C 4- ionlari ham hosil bo'lmaydi: uglerod birikmalarida turli xil qutbli kovalent bog'lanishlar mavjud.

Uglerod oksidi (II) CO

Uglerod oksidi; rangsiz, hidsiz, suvda ozgina eriydi, organik erituvchilarda eriydi, zaharli, balya harorati = -192 ° S; t pl. = -205 ° S.

Qabul qilish
1) Sanoatda (gaz generatorlarida):
C + O 2 = CO 2

2) Laboratoriyada - H 2 SO 4 (kons.) ishtirokida chumoli yoki oksalat kislotani termik parchalash yo'li bilan:
HCOOH = H 2 O + CO

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

Kimyoviy xossalari

CO normal sharoitda inertdir; qizdirilganda - kamaytiruvchi vosita; tuz hosil qilmaydigan oksid.

1) kislorod bilan

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

2) metall oksidlari bilan

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

3) xlor bilan (yorug'likda)

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

4) gidroksidi eritmalar bilan reaksiyaga kirishadi (bosim ostida)

CO + NaOH = HCOONa (natriy formati)

5) o'tish metallari bilan karbonillar hosil qiladi

Ni + 4CO - t ° = Ni (CO) 4

Fe + 5CO - t ° = Fe (CO) 5

Uglerod oksidi (IV) CO2

Karbonat angidrid, rangsiz, hidsiz, suvda eruvchanligi - 0,9V CO 2 1V H 2 O (normal sharoitda) eriydi; havodan og'irroq; t ° pl = -78,5 ° S (qattiq CO 2 "quruq muz" deb ataladi); yonishni qo'llab-quvvatlamaydi.

Qabul qilish

1. Karbonat kislota tuzlarining (karbonatlarning) termik parchalanishi. Ohaktoshni qovurish:

CaCO 3 - t ° = CaO + CO 2

1. Kuchli kislotalarning karbonatlar va bikarbonatlarga ta'siri:

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

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

KimyoviyxususiyatlariCO2
Kislota oksidi: asosiy oksidlar va asoslar bilan reaksiyaga kirishib, karbonat kislota tuzlarini hosil qiladi

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Yuqori haroratlarda oksidlovchi xususiyatlarni namoyon qilishi mumkin

S +4 O 2 + 2Mg - t ° = 2Mg +2 O + C 0

Sifatli reaktsiya

Ohak suvining loyqaligi:

Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (oq cho'kma) + H 2 O

Ohak suvi orqali CO 2 ning uzoq vaqt o'tishi bilan yo'qoladi, chunki erimaydigan kaltsiy karbonat eriydigan bikarbonatga aylanadi:

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

Karbon kislotasi va uningtuz

H 2CO 3 - Kislota kuchsiz, faqat suvli eritmada mavjud:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Ikki asosli:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Kislota tuzlari - bikarbonatlar, uglevodorodlar
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- O'rta tuzlar - karbonatlar

Kislotalarning barcha xossalari xarakterlidir.

Karbonatlar va uglevodorodlar bir-biriga aylanishi mumkin:

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

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

Metall karbonatlar (tashqari ishqoriy metallar) qizdirilganda ular dekarboksillanib oksid hosil qiladi:

CuCO 3 - t ° = CuO + CO 2

Sifatli reaktsiya- kuchli kislota ta'sirida "qaynatish":

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

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

Karbidlar

Kaltsiy karbid:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

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

Rux, kadmiy, lantan va seriy karbidlari suv bilan reaksiyaga kirishganda asetilen ajralib chiqadi:

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

2 C va Al 4 C 3 suv bilan parchalanib metan hosil qiladi:

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

Texnologiyada titan karbidlari TiC, volfram W 2 C (qattiq qotishmalar), silikon SiC (karborund - abraziv va isitgichlar uchun material sifatida) ishlatiladi.

Sianid

sodani ammiak va uglerod oksidi atmosferasida isitish orqali olinadi:

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

Hidrosiyan kislotasi HCN kimyo sanoatining muhim mahsuloti bo'lib, organik sintezda keng qo'llaniladi. Uning jahon ishlab chiqarishi yiliga 200 ming tonnaga etadi. Sianid anionining elektron tuzilishi uglerod oksidi (II) ga o'xshaydi, bunday zarralar izoelektronik deb ataladi:

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

Sianidlar (0,1-0,2%) suv eritmasi) oltin qazib olishda ishlatiladi:

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

Sianid eritmalarini oltingugurt bilan qaynatishda yoki qattiq moddalarning sintezida, tiosiyanatlar:
KCN + S = KSCN.

Aktivligi past metallarning siyanidlari qizdirilganda sianogen olinadi: Hg (CN) 2 = Hg + (CN) 2. Sianid eritmalari oksidlanadi siyanatlar:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

Siyan kislotasi ikki shaklda bo'ladi:

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

1828 yilda Fridrix Wöhler (1800-1882) ammoniy siyanatdan karbamid oldi: NH 4 OCN = CO (NH 2) 2 suvli eritmani bug'lash orqali.

Ushbu hodisa odatda sintetik kimyoning "vitalistik nazariya" ustidan qozongan g'alabasi sifatida ko'riladi.

Sian kislotasining izomeri mavjud - uchuvchi kislota

H-O-N = C.
Uning tuzlari (portlovchi simob Hg (ONC) 2) zarbali ateşleyicilerde ishlatiladi.

Sintez karbamid(karbamid):

CO 2 + 2 NH 3 = CO (NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 S va 100 atm.

Karbamid karbonat kislotasining amidi bo'lib, uning "azot analogi" - guanidin ham mavjud.

Karbonatlar

Eng muhimi noorganik birikmalar uglerod - karbonat kislotaning tuzlari (karbonatlar). H 2 CO 3 kuchsiz kislota (K 1 = 1,3 · 10 -4; K 2 = 5 · 10 -11). Karbonat tamponini qo'llab-quvvatlaydi karbonat angidrid muvozanati atmosferada. Okeanlar katta bufer sig'imga ega, chunki ular ochiq tizim... Asosiy bufer reaktsiyasi uglerod kislotasining dissotsiatsiyasidagi muvozanatdir:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

Kislotalikning pasayishi bilan atmosferadan karbonat angidridning qo'shimcha so'rilishi kislota hosil bo'lishi bilan sodir bo'ladi:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Kislotalikning oshishi bilan karbonat jinslarining erishi (okeandagi qobiqlar, bo'r va ohaktosh konlari) sodir bo'ladi; bu gidrokarbonat ionlarining yo'qolishini qoplaydi:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (qattiq) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Qattiq karbonatlar eruvchan gidrokarbonatlarga aylanadi. Aynan shu ortiqcha karbonat angidridni kimyoviy eritish jarayoni "issiqxona effekti" ga - karbonat angidridning so'rilishi tufayli global isishga qarshi turadi. termal nurlanish Yer. Dunyodagi sodaning uchdan bir qismi (natriy karbonat Na 2 CO 3) shisha ishlab chiqarishda ishlatiladi.

Uglerod

Erkin holatda uglerod 3 ta allotropik modifikatsiyani hosil qiladi: olmos, grafit va sun'iy ravishda ishlab chiqarilgan karbin.

Olmos kristalida har bir uglerod atomi atrofida teng masofada joylashgan to'rtta boshqa atom bilan qattiq kovalent bog'langan.

Barcha uglerod atomlari sp 3-gibridlanish holatida. Olmosning atom kristalli panjarasi tetraedral tuzilishga ega.

Olmos - rangsiz, shaffof modda, yorug'likni kuchli sindiradi. U barcha ma'lum moddalar orasida eng yuqori qattiqlikka ega. Olmos mo'rt, o'tga chidamli, issiqlik va elektr tokini yomon o'tkazadi. Qo'shni uglerod atomlari orasidagi kichik masofalar (0,154 nm) olmosning juda yuqori zichligiga olib keladi (3,5 g / sm 3).

Grafitning kristall panjarasida har bir uglerod atomi sp 2 -gibridlanish holatida bo'lib, bir qatlamda joylashgan uglerod atomlari bilan uchta kuchli kovalent bog' hosil qiladi. Har bir atomning uchta elektroni - uglerod bu bog'lanishlarni hosil qilishda ishtirok etadi va to'rtinchi valent elektronlar n-bog'larni hosil qiladi va nisbatan erkin (harakatchan). Ular grafitning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligini aniqlaydi.

Bir tekislikdagi qo'shni uglerod atomlari orasidagi kovalent bog'lanish uzunligi 0,152 nm, turli qatlamlardagi C atomlari orasidagi masofa esa 2,5 marta katta, shuning uchun ular orasidagi bog'lanishlar kuchsizdir.

Grafit - shaffof bo'lmagan, yumshoq, teginish uchun yog'li, kulrang-qora rangdagi metall nashrida; issiqlik va elektr tokini yaxshi o'tkazadi. Grafit olmosga nisbatan pastroq zichlikka ega va osonlik bilan ingichka bo'laklarga bo'linadi.

Tuzilish asosida nozik kristalli grafitning tartibsiz tuzilishi yotadi turli shakllar amorf uglerod, eng muhimlari koks, jigarrang va bitumli ko'mirlar, kuyikish, faol (faol) uglerod.

Uglerodning bu allotropik modifikatsiyasi asetilenning katalitik oksidlanishi (degidropolikondensatsiyasi) orqali olinadi. Karbin ikki shaklga ega bo'lgan zanjirli polimerdir:

C = C-C = C -... va ... = C = C = C =

Karbin yarim o'tkazuvchanlik xususiyatiga ega.

Oddiy haroratlarda ikkala uglerod modifikatsiyasi (olmos va grafit) kimyoviy jihatdan inertdir. Grafitning nozik kristalli shakllari - koks, kuyikish, faol uglerod - ko'proq reaktivdir, lekin, qoida tariqasida, ular yuqori haroratgacha qizdirilgandan keyin.

1. Kislorod bilan o'zaro ta'siri

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

2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (O 2 etishmasligi bilan)

Ko'mirni yoqish eng muhim energiya manbalaridan biridir.

2. Ftor va oltingugurt bilan o'zaro ta'siri.

C + 2F 2 = CF 4 uglerod tetraflorid

C + 2S = CS 2 uglerod disulfidi

3. Koks sanoatda ishlatiladigan eng muhim qaytaruvchi moddalardan biridir. Metallurgiyada uning yordami bilan metallar oksidlardan olinadi, masalan:

ZS + Fe 2 O 3 = 2Fe + ZSO

C + ZnO = Zn + CO

4. Uglerod ishqoriy va ishqoriy tuproq metallar oksidlari bilan oʻzaro taʼsirlashganda qaytarilgan metall uglerod bilan birikib karbid hosil qiladi. Masalan: ZC + CaO = CaC 2 + CO kaltsiy karbid

5. Koks kremniy olish uchun ham ishlatiladi:

2S + SiO2 = Si + 2SO

6. Koksning ortiqcha miqdori bilan kremniy karbid (karborund) SiC hosil bo'ladi.

"Suv gazini" olish (qattiq yoqilg'ini gazlashtirish)

Issiq ko'mir orqali suv bug'ini o'tkazish suv gazi deb ataladigan CO va H 2 ning yonuvchan aralashmasini hosil qiladi:

C + H 2 O = CO + H 2

7. Oksidlovchi kislotalar bilan reaksiyalar.

Faollashtirilgan yoki ko'mir qizdirilganda NO 3 - va SO 4 2- anionlarini kamaytiradi. konsentrlangan kislotalar:

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

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

8. Erigan ishqoriy metall nitratlar bilan reaksiyalar

KNO 3 va NaNO 3 eritmalarida ezilgan ko'mir ko'r-ko'rona olov paydo bo'lishi bilan qizg'in yonadi:

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

1. Faol metallar bilan tuzga o'xshash karbidlarning hosil bo'lishi.

Uglerodning metall bo'lmagan xususiyatlarining sezilarli darajada zaiflashishi uning oksidlovchi vosita sifatidagi funktsiyalari qaytaruvchi funktsiyalarga qaraganda ancha kam darajada namoyon bo'lishida ifodalanadi.

2. Faqat faol metallar bilan reaksiyalarda uglerod atomlari manfiy zaryadlangan C -4 va (C = C) 2- ionlariga o`tib, tuzga o`xshash karbidlarni hosil qiladi:

ZS + 4Al = Al 4 S 3 alyuminiy karbid

2C + Ca = CaC 2 kaltsiy karbid

3. Ion tipidagi karbidlar juda beqaror birikmalar bo’lib, ular kislota va suv ta’sirida oson parchalanadi, bu manfiy zaryadlangan uglerod anionlarining beqarorligini ko’rsatadi:

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. Metallar bilan kovalent birikmalarning hosil bo'lishi

O'tish metallari bilan uglerod aralashmalari eritmalarida karbidlar asosan kovalent turdagi bog'lanish bilan hosil bo'ladi. Ularning molekulalari o'zgaruvchan tarkibga ega va umuman olganda moddalar qotishmalarga yaqin. Bunday karbidlar juda chidamli, ular suvga, kislotalarga, ishqorlarga va boshqa ko'plab reagentlarga nisbatan kimyoviy jihatdan inertdir.

5. Vodorod bilan o'zaro ta'siri

Yuqori T va Pda nikel katalizatori ishtirokida uglerod vodorod bilan birlashadi:

C + 2H 2 → CH 4

Reaktsiya juda teskari va amaliy emas.

Uglerod oksidi (II)- CO

(uglerod oksidi, uglerod oksidi, uglerod oksidi)

Jismoniy xususiyatlar: rangsiz zaharli gaz, mazasiz va hidsiz, zangori olov bilan yonadi, havodan engilroq, suvda yomon eriydi. Havodagi uglerod oksidi kontsentratsiyasi 12,5-74% portlovchi hisoblanadi.

Qabul qilinmoqda:

1) Sanoatda

C + O 2 = CO 2 + 402 kJ

CO 2 + C = 2CO - 175 kJ

Gaz generatorlarida suv bug'i ba'zan issiq ko'mir orqali puflanadi:

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

CO + H 2 aralashmasi - sintez gazi deb ataladi.

2) Laboratoriyada- H 2 SO 4 (kons.) ishtirokida chumoli yoki oksalat kislotasining termal parchalanishi:

HCOOH t˚C, H2SO4 → H 2 O + CO

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

Kimyoviy xossalari:

CO normal sharoitda inertdir; qizdirilganda - kamaytiruvchi vosita;

CO - tuz hosil qilmaydigan oksid.

1) kislorod bilan

2C +2 O + O 2 t ˚ C → 2C +4 O 2

2) metall oksidlari bilan CO + Me x O y = CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C → Su + C +4 O 2

3) xlor bilan (yorug'likda)

CO + Cl 2 yorug'lik → COCl 2 (fosgen zaharli gazdir)

4) * ishqor eritmalari bilan reaksiyaga kirishadi (bosim ostida)

CO + NaOH P → HCOONa (natriy formati)

Uglerod oksidining tirik organizmlarga ta'siri:

Uglerod oksidi xavflidir, chunki u qonni kislorodni yurak va miya kabi muhim organlarga olib borishni imkonsiz qiladi. Uglerod oksidi gemoglobin bilan birlashadi, u kislorodni tana hujayralariga olib boradi, bu esa kislorodni tashish uchun yaroqsiz holga keltiradi. Nafas olish miqdoriga qarab, uglerod oksidi koordinatsiyani buzadi, yurak-qon tomir kasalliklarini kuchaytiradi va charchoq, bosh og'rig'i, holsizlikni keltirib chiqaradi.Uglerod oksidining inson salomatligiga ta'siri uning konsentratsiyasi va organizmga ta'sir qilish vaqtiga bog'liq. Havodagi uglerod oksidi kontsentratsiyasi 0,1% dan ortiq bo'lsa, bir soat ichida o'limga olib keladi va uch daqiqada 1,2% dan ortiq konsentratsiya.

Uglerod oksidini qo'llash:

Uglerod oksidi asosan azot bilan aralashtirilgan yonuvchi gaz, generator yoki havo gazi yoki vodorod bilan aralashtirilgan suv gazi sifatida ishlatiladi. Metallurgiyada ularning rudalaridan metallarni olish uchun. Karbonillarni parchalash orqali yuqori tozalikdagi metallarni olish uchun.

Uglerod oksidi (IV) SO2 - karbonat angidrid

Jismoniy xususiyatlar: Karbonat angidrid, rangsiz, hidsiz, suvda eruvchanligi - 0,9V CO 2 1V H 2 O (normal sharoitda) eriydi; havodan og'irroq; t ° pl = -78,5 ° S (qattiq CO 2 "quruq muz" deb ataladi); yonishni qo'llab-quvvatlamaydi.

Molekula tuzilishi:

Karbonat angidrid quyidagi elektron va tizimli formulalarga ega:

3. Uglerodli moddalarning yonishi:

CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2

4. Biokimyoviy jarayonlarda sekin oksidlanish bilan (nafas olish, parchalanish, fermentatsiya)

Kimyoviy xossalari:

Uglerod oksidi (II) va (IV)

Kimyo va biologiyadan integratsiyalashgan dars

Vazifalar: uglerod oksidi (II) va (IV) haqidagi bilimlarni o'rganish va tizimlashtirish; jonli va jonsiz tabiat o'rtasidagi munosabatni ochib berish; uglerod oksidlarining inson organizmiga ta'siri haqidagi bilimlarni mustahkamlash; laboratoriya jihozlari bilan ishlash qobiliyatini mustahkamlash.

Uskunalar: HCl eritmasi, lakmus, Ca (OH) 2, CaCO 3, shisha tayoq, uy qurilishi stollari, ko'chma taxta, shar va tayoq modeli.

Darslar davomida

Biologiya o'qituvchisi dars mavzusi va maqsadlarini bildiradi.

Kimyo o'qituvchisi. Kovalent bog'lanish nazariyasiga asoslanib, (II) va (IV) uglerod oksidlarining elektron va tuzilish formulalarini yozing.

Uglerod oksidi (II) ning kimyoviy formulasi CO, uglerod atomi normal holatda.

Juftlanmagan elektronlarning juftlashishi tufayli ikkita kovalent qutb bog'lari, uchinchisi esa kovalent bog'lanish donor-akseptor mexanizmi orqali hosil bo'ladi. Donor kislorod atomidir, chunki u elektronlarning erkin juftligini ta'minlaydi; qabul qiluvchi uglerod atomidir, chunki erkin orbitalni ta'minlaydi.

Sanoatda uglerod oksidi (II) CO 2 ni issiq ko'mir ustidan yuqori haroratda o'tkazish orqali olinadi. Shuningdek, u kislorod etishmasligi bilan ko'mirni yoqish paytida ham hosil bo'ladi. ( O‘quvchi doskaga reaksiya tenglamasini yozadi)

Laboratoriyada CO konsentrlangan H 2 SO 4 ning chumoli kislotasiga ta’sirida olinadi. ( O'qituvchi reaksiya tenglamasini yozadi.)

Biologiya o'qituvchisi. Shunday qilib, siz uglerod oksidi (II) ishlab chiqarish bilan tanishdingiz. Va nima jismoniy xususiyatlar uglerod oksidi (II) ga ega?

Talaba. Bu rangsiz gaz, zaharli, hidsiz, havodan engilroq, suvda yomon eriydi, qaynash harorati -191,5 ° C, -205 ° C da qotib qoladi.

Kimyo o'qituvchisi. Uglerod oksidi uchun xavfli miqdorda inson hayoti avtomobillarning chiqindi gazlarida mavjud. Shuning uchun garajlar yaxshi havalandırılmalıdır, ayniqsa dvigatelni ishga tushirishda.

Biologiya o'qituvchisi. Uglerod oksidi inson tanasiga qanday ta'sir qiladi?

Talaba. Uglerod oksidi odamlar uchun juda zaharli - bu karboksigemoglobinni hosil qilganligi bilan bog'liq. Karboksigemoglobin juda kuchli birikma. Uning shakllanishi natijasida qon gemoglobini kislorod bilan o'zaro ta'sir qilmaydi va kuchli zaharlanishda odam kislorod ochligidan o'lishi mumkin.

Biologiya o'qituvchisi. Uglerod oksidi bilan zaharlanganda odamga qanday birinchi yordam ko'rsatish kerak?

Talabalar. Tez yordam chaqirish kerak, jabrlanuvchini ko'chaga olib chiqish, sun'iy nafas olish, xonani yaxshi ventilyatsiya qilish kerak.

Kimyo o'qituvchisi. Uglerod oksidi (IV) ning kimyoviy formulasini yozing va shar va tayoq modelidan foydalanib, uning tuzilishini tuzing.

Uglerod atomi hayajonlangan holatda. Barcha to'rtta kovalent qutb bog'lari juftlashtirilmagan elektronlarni juftlashtirish orqali hosil bo'ladi. Biroq, uning chiziqli tuzilishi tufayli uning molekulasi odatda qutbsizdir.
Sanoatda CO 2 ohak ishlab chiqarishda kaltsiy karbonatning parchalanishidan olinadi.
(Talaba reaksiya tenglamasini yozadi.)

Laboratoriyada CO 2 kislotalarning bo'r yoki marmar bilan o'zaro ta'siridan olinadi.
(Talabalar laboratoriya tajribasini bajaradilar.)

Biologiya o'qituvchisi. Organizmda karbonat angidrid qanday jarayonlar natijasida hosil bo'ladi?

Talaba. Karbonat angidrid organizmda hujayrani tashkil etuvchi organik moddalarning oksidlanish reaktsiyalari natijasida hosil bo'ladi.

(Talabalar laboratoriya tajribasini bajaradilar.)

chunki ohak atala bulutli bo'ldi kaltsiy karbonat hosil bo'ladi. Nafas olish jarayoniga qo'shimcha ravishda, fermentatsiya va parchalanish natijasida CO2 chiqariladi.

Biologiya o'qituvchisi. Jismoniy faollik nafas olish jarayoniga ta'sir qiladimi?

Talaba. Haddan tashqari jismoniy (mushaklar) yuki bilan mushaklar kislorodni qon etkazib berishdan ko'ra tezroq ishlatadi va keyin fermentatsiya yo'li bilan o'z ishlari uchun zarur bo'lgan ATPni sintez qiladi. Mushaklarda sut kislotasi C 3 H 6 O 3 hosil bo'lib, qon oqimiga kiradi. Ko'p miqdorda sut kislotasining to'planishi tanaga zararli. Og'ir jismoniy zo'riqishlardan so'ng biz bir muddat og'ir nafas olamiz - biz "kislorod qarzini" to'laymiz.

Kimyo o'qituvchisi. Ko'p miqdorda uglerod oksidi (IV) qazib olinadigan yoqilg'ilar yoqilganda atmosferaga chiqariladi. Uyda biz yoqilg'i sifatida tabiiy gazdan foydalanamiz va u deyarli 90% metan (CH 4). Men sizlardan biringizga doskaga chiqishni, reaksiya tenglamasini yozishni va uni oksidlanish-qaytarilish nuqtai nazaridan tahlil qilishni taklif qilaman.

Biologiya o'qituvchisi. Nima uchun xonani isitish uchun gaz pechlaridan foydalanish mumkin emas?

Talaba. Metan ajralmas qismdir tabiiy gaz... U yonganda havodagi karbonat angidrid miqdori ortadi, kislorod esa kamayadi. ( Jadval bilan ishlash "Tarkibi CO 2 havoda".)
Havoda 0,3% CO 2 bo'lsa, odam tez nafas olishni boshdan kechiradi; 10% da - ongni yo'qotish, 20% - lahzali falaj va tez o'lim. Bolaga ayniqsa toza havo kerak, chunki o'sayotgan organizmning to'qimalari tomonidan kislorod iste'moli kattalarnikiga qaraganda ko'proq. Shuning uchun xonani muntazam ravishda ventilyatsiya qilish kerak. Agar qonda CO 2 ortiqcha bo'lsa, nafas olish markazining qo'zg'aluvchanligi kuchayadi va nafas tez-tez va chuqurroq bo'ladi.

Biologiya o'qituvchisi. Uglerod oksidi (IV) ning o'simlik hayotidagi rolini ko'rib chiqing.

Talaba. O'simliklarda organik moddalarning hosil bo'lishi nurda CO 2 va H 2 O dan sodir bo'ladi, organik moddalardan tashqari kislorod ham hosil bo'ladi.

Fotosintez atmosferadagi karbonat angidrid miqdorini tartibga soladi, bu esa sayyoradagi haroratning ko'tarilishiga yo'l qo'ymaydi. O'simliklar har yili atmosferadan 300 milliard tonna karbonat angidridni o'zlashtiradi. Fotosintez jarayonida har yili atmosferaga 200 milliard tonna kislorod chiqariladi. Ozon momaqaldiroq paytida kisloroddan hosil bo'ladi.

Kimyo o'qituvchisi. O'ylab ko'ring Kimyoviy xossalari uglerod oksidi (IV).

Biologiya o'qituvchisi. Nafas olish jarayonida karbonat kislotaning inson organizmidagi ahamiyati qanday? ( Kino lentasi fragmenti.)
Qondagi fermentlar karbonat angidridni karbonat kislotaga aylantiradi, u vodorod va bikarbonat ionlariga ajraladi. Agar qonda H + ionlarining ko'pligi bo'lsa, ya'ni. agar qonning kislotaliligi oshirilsa, H + ionlarining bir qismi bikarbonat ionlari bilan birikib, karbonat kislota hosil qiladi va shu bilan qonni ortiqcha H + ionlaridan ozod qiladi. Agar qonda H + -ionlari juda kam bo'lsa, u holda karbonat kislota dissotsilanadi va qonda H + -ionlarining konsentratsiyasi ortadi. 37 ° C da qon pH 7,36 ni tashkil qiladi.
Organizmda karbonat angidrid kimyoviy birikmalar - natriy va kaliy bikarbonatlar shaklida qon orqali tashiladi.

Materialni himoya qilish

Sinov

O'pka va to'qimalarda tavsiya etilgan gaz almashinuvi jarayonlaridan birinchi variantni bajaradiganlar chapda, ikkinchisi esa o'ngda to'g'ri javoblarning shifrlarini tanlashlari kerak.

(1) O 2 ning o'pkadan qonga o'tishi. (13)
(2) O 2 ni qondan to'qimalarga o'tkazish. (o'n to'rt)
(3) CO 2 ni to'qimalardan qonga o'tkazish. (15)
(4) CO 2 ning qondan o'pkaga o'tishi. (16)
(5) O 2 ning eritrotsitlar tomonidan qabul qilinishi. (17)
(6) Eritrositlardan O 2 ning chiqarilishi. (o'n sakkiz)
(7) Arterial qonning venoz qonga aylanishi. (19)
(8) venoz qonni arteriyaga aylantirish. (yigirma)
(9) Tanaffus kimyoviy bog'lanish O 2 gemoglobin bilan. (21)
(10) O 2 ning gemoglobin bilan kimyoviy bog'lanishi. (22)
(11) To'qimalarda kapillyarlar. (23)
(12) O'pka kapillyarlari. (24)

Birinchi variant bo'yicha savollar

1. To'qimalarda gaz almashinuvi jarayonlari.
2. Gaz almashinuvidagi fizik jarayonlar.

Ikkinchi variant bo'yicha savollar

1. O'pkada gaz almashinuvi jarayonlari.
2. Gaz almashinuvidagi kimyoviy jarayonlar

Vazifa

50 g kaltsiy karbonat parchalanganda ajralib chiqadigan uglerod oksidi (IV) hajmini aniqlang.

Uglerod oksidi (IV) (karbonat angidrid, karbonat angidrid) normal sharoitda rangsiz, havodan og'irroq, termik barqaror, siqilgan va sovutilganda osonlik bilan suyuq va qattiq holatga aylanadi.

Zichlik - 1,997 g / l. Quruq muz deb ataladigan qattiq CO2 xona haroratida sublimatsiyalanadi. Suvda yomon eriydi, u bilan qisman reaksiyaga kirishadi. Kislotali xususiyatlarni ko'rsatadi. Faol metallar, vodorod va uglerod bilan kamayadi.

Uglerod oksidining kimyoviy formulasi 4
Uglerod oksidi (IV) CO2 ning kimyoviy formulasi. Bu molekulada bitta uglerod atomi (Ar = 12 amu) va ikkita kislorod atomi (Ar = 16 amu) borligini ko'rsatadi. Uglerod oksidi (IV) ning molekulyar og'irligini hisoblash uchun kimyoviy formuladan foydalanish mumkin:

Mr (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O);

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

Muammoni hal qilishga misollar
MISOL 1
Vazifa 26,7 g aminokislota (CxHyOzNk) ortiqcha kislorodda yondirilganda 39,6 g uglerod oksidi (IV), 18,9 g suv va 4,2 g azot hosil bo ladi. Aminokislota formulasini aniqlang.
Yechim Uglerod, vodorod, kislorod va azot atomlari sonini mos ravishda “x”, “y”, “z” va “k” bilan belgilovchi aminokislotalarning yonish reaksiyasining diagrammasini tuzamiz:
CxHyOzNk + Oz → CO2 + H2O + N2.

Ushbu moddani tashkil etuvchi elementlarning massalarini aniqlaymiz. Nisbiy atom massalarining qiymatlari D.I. davriy jadvalidan olingan. Mendeleyev, butun sonlarga yaxlitlang: 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);

Keling, karbonat angidrid va suvning molyar massalarini hisoblaylik. Ma'lumki, molekulaning molyar massasi molekulani tashkil etuvchi atomlarning nisbiy atom massalari yig'indisiga teng (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.

Biz aniqlaymiz kimyoviy formula aminokislotalar:

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.

Demak, aminokislotalarning eng oddiy formulasi C6H14O3N2 dir.

Javob: C6H14O3N2
2-MISA
Topshiriq Elementlarning massa ulushlari taxminan teng bo'lgan birikmaning eng oddiy formulasini tuzing: uglerod - 25,4%, vodorod - 3,17%, kislorod - 33,86%, xlor - 37,57%.
Yechim HX tarkibidagi molekuladagi X elementning massa ulushi quyidagi formula bilan hisoblanadi:
ō (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Molekuladagi uglerod atomlari sonini “x”, vodorodning azot atomlari sonini “y”, kislorod atomlarini “z” va xlor atomlari sonini “k” bilan belgilaymiz.

Tegishli qarindoshni toping atom massalari uglerod, vodorod, kislorod va xlor elementlari (D.I.Mendeleyev davriy sistemasidan olingan nisbiy atom massalarining butun sonlarga yaxlitlangan qiymatlari).

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

Biz elementlarning foizini mos keladigan nisbiy atom massalariga ajratamiz. Shunday qilib, biz birikma molekulasidagi atomlar soni o'rtasidagi nisbatni topamiz:

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

Bu uglerod, vodorod, kislorod va xlor birikmalarining eng oddiy formulasi C2H3O2Cl bo'lishini anglatadi.