Химические свойства углерода и его соединений.

УГЛЕРОД

Углерод (лат. Carboneum), С –– химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 6, атомная масса — 12,0107 а.е.м. Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов — ¹²С (98,93 %) и ¹³С (1,07 %) и одного радиоактивного изотопа ¹⁴С (β-излучатель, Т_½= 5730 лет), сосредоточенного в атмосфере и верхней части земной коры. Он постоянно образуется в нижних слоях стратосферы в результате воздействия нейтронов космического излучения на ядра азота, а также, с середины 1950-х годов, как техногенный продукт работы АЭС и в результате испытания водородных бомб.

Углерод имеет массу аллотропных модификаций, таких как: графит, графен, алмаз, лонсдейлит, уголь, антрацит, сажа

Химические свойства углерода и его соединений.

Одно из главных химических свойств углерода – это сильные восстановительные свойства. Только при сравнительно низких температурах, углерод химически инертен.

Рассмотрим подробнее химические свойства углерода:

- при высоких температурах углерод является окислителем (образовывает карбиды): 4Al+3C=Al₄C₃

CaO+3C=CaC₂+CO

- горение в кислороде С+О₂=СО₂+Q;

- взаимодействие с оксидом углерода С+СО₂=2СО;

- восстановление металлов из оксидов 3С+Fe₂O₃=3CO₂+4Fe.

I. Оксид углерода.

а) Оксид углерода (II)

Оксид углерода – бесцветный газ, без запаха, чрезвычайно ядовитый, в количествах, опасных для жизни, содержится в выхлопных газах, является продуктом сгорания углерода при недостатке кислорода.

В этом соединении углерод проявляет степень окисления +2 и валентность 3

В промышленности получаю путём пропускания углекислого газа над раскалённым углём при высокой температуре

СО₂ +С=2СО

При высоких температурах, оксид углерода (II) – сильный восстановитель. Он восстанавливает многие металлы из оксидов. Например:

CO+CuO=Cu+CO₂

б) Оксид углерода (IV)

Оксид углерода (IV) – бесцветное газообразное вещество. Он в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому его можно переливать из одного сосуда в другой.

При температуре обычного пламени при горении углеродосодержащих веществ (дрова, уголь, природный газ метан, спирт и др.) протекает реакция:

С + О₂ = СО₂

Так же образуется в случаях:

- окисления биохимических процессов, дыхания, гниения,

- сгорания метана:

CH₄+O₂=CO₂+2H₂O

- взаимодействия кислот с карбонатами (лабораторный способ):

CaCO₃+2HCI=CaCI₂+CO₂+H₂O

- термического разложения карбонатов и гидрокарбонатов:

CaCO₃=CaO+CO₂

2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂+H₂O

Свойства:

1.При растворении взаимодействует с водой, образуя угольную кислоту, тем самым проявляя свойства кислотного оксида. Реакция обратимая:

СО₂+Н₂О=Н₂СО₃

2.Реагирует с основными оксидами:

CO₂+CaO=CaCO₃

3. Реагирует с основаниями:

CO₂+Ca(OH) ₂=CaCO₃+H₂O

II. Угольная кислота.

Слабая двухосновная кислота, которая образуется при растворении оксида углерода СО₂ в воде:

Угольная кислота дает два ряда солей:

- водорастворимые гидрокарбонаты (NaHCO₃ – питьевая сода, Na₂ CO₃ – сода, K₂ CO₃ – поташ),

- нерастворимые (MgCO₃, CaCO₃).

Реакции образования гидрокарбонатов и карбонатов:

CO₂+NaOH=NaHCO₃

CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O

Соли угольной кислоты подвергаются гидролизу.

Угольная кислота вытесняется из солей более сильными кислотами:

CaCO₃+2HCI=CaCI₂+CO₂+H₂O

III. Сероуглерод CS₂

В промышленности получают по реакции метана с парами серы в присутсвии силикагеля при температуре 500-700°C в камере из хромоникелевой стали:

При температурах выше 150 °C протекает гидролиз сероуглерода по реакции:

IV. Фосген

Химическое вещество с формулой CCl₂O, при нормальных условиях — бесцветный газ с запахом прелого сена. В Первую Мировую Войну использовался как отравляющее вещество.

В лаборатории может быть легко получен несильным нагреванием смеси CCl₄и SO₃ (или олеума):

Энергично реагирует с аммиаком с образованием карбамида и хлорида аммония:

V. Метан

Метан – простейший углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха, формула CH₄.

Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ). В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, рубце жвачных животных) образуется биогенно. Образуется при взаимодействии углерод с водородом в присутствии никелевого катализатора и при высоких температурах:

C+2H₂=CH₄

В лаборатории получают нагреванием безводного гидроксида натрия с ледяной уксусной кислотой.

Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен (способность вещества поглощать водяной пар из воздуха).

Возможно получение метана сплавлением ацетата натрия с гидроксидом натрия:

Вступает с галогенами в реакции замещения, которые проходят по свободно радикальному механизму:

Выше 1400°C разлагается по реакции:

Окисляется до муравьиной кислоты при 150—200 °C и давлении 30—90 атм. по цепному радикальному механизму:

VI. Синильная кислота HCN

В настоящий момент есть три наиболее распространенных метода получения синильной кислоты в промышленных масштабах:

· Метод Андрусова: прямой синтез из аммиака и метана в присутствии воздуха и платинового катализатора при высокой температуре:

· Прямой синтез из аммиака и метана в присутствии платинового катализатора при высокой температуре:

Пары синильной кислоты горят на воздухе фиолетовым пламенем с образованием Н₂О, СО₂ и N₂. В смеси кислорода с фтором горит с выделением большого количества тепла:

кДж.

С хлором, бромом и иодом прямо образует циангалогениды:

С алкенами и алкинами реагирует, присоединяясь к кратным связям:

- акрилонитрил (применяется при создании синтетических волокон)

---

Дата добавления: 2015-08-17