ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА ВЪГЛЕРОДА

Въглеродът е неактивен и реагира само с флуор на студено; химическата активност възниква при високи температури.

Напомняне! "Химични свойства"

Адсорбция

Обратният процес е освобождаването на тези абсорбирани вещества – десорбция.

Приложение на адсорбцията

Пречистване от примеси (при захарно производство и др.), за защита на дихателните пътища (противогази), в медицината (Карболен таблетки) и др.

Приложение на карбон

Диамантите се използват широко за рязане на скали и особено за шлайфане твърди материали. При шлифоването на диамантите се правят бижута. Графитът се използва за направата на инертни електроди и моливи. Смесва се с технически масла като смазка. Тиглите за топене са направени от смес от графит и глина. Графитът се използва в ядрената индустрия като абсорбатор на неутрони.

Коксът се използва в металургията като редуциращ агент. Дървени въглища - в ковачниците, за производство на барут (75% KNO 3 + 13% C + 12% S), за абсорбиране на газове (адсорбция), а също и в бита. Саждите се използват като гумен пълнител, за производството на черни бои - печатарско мастило и мастило, както и в сухи галванични клетки. Стъкленият въглерод се използва за производството на оборудване за силно агресивни среди, както и в авиацията и космонавтиката.

Активният въглен абсорбира вредните вещества от газове и течности: използва се за пълнене на противогази, пречиствателни системи, използва се в медицината при отравяния.

ДЪРВЕНИ ВЪГЛИЩА

дървени въглища- микропорест високовъглероден продукт, образуван при разлагането на дървесина без достъп на въздух. Използва се в производството на кристален силиций, въглероден дисулфид, черни и цветни метали, активен въглен и др., както и битово гориво (специфична топлина на изгаряне 31,5-34 MJ/kg).

ЗАДАЧИ

номер 1. Попълнете уравненията на реакцията, създайте електронен баланс и посочете окислителя и редуктора за всяка реакция:

C+O 2 (g) =

C+O 2 (недостатъчно) =

С + Н 2 =

C + Ca =

C + Al =

Характеристики на елемента

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

Изотопи: 12 C (98,892%); 13°С (1,108%); 14 C (радиоактивен)

Кларк в земната кора е 0,48% от масата. Форми на местоположение:

в свободна форма (въглища, диаманти);

в състава на карбонатите (CaCO 3, MgCO 3 и др.);

като част от изкопаемите горива (въглища, нефт, газ);

под формата на CO 2 - в атмосферата (0,03% обемни);

в Световния океан - под формата на HCO 3 - аниони;

в състава на живата материя (-18% въглерод).

Химията на въглеродните съединения е предимно органична химия. В курса на неорганичната химия се изучават следните C-съдържащи вещества: свободен въглерод, оксиди (CO и CO 2), въглена киселина, карбонати и бикарбонати.

Свободен въглерод. Алотропия.

В свободно състояние въглеродът образува 3 алотропни модификации: диамант, графит и изкуствено получен карбин. Тези модификации на въглерода се различават по кристално химична структура и физични характеристики.

Диамант

В диамантен кристал всеки въглероден атом е свързан чрез силни ковалентни връзки с четири други, разположени около него на еднакви разстояния.

Всички въглеродни атоми са в състояние на sp3 хибридизация. Атомната кристална решетка на диаманта има тетраедрична структура.

Диамантът е безцветно, прозрачно, силно пречупващо вещество. Има най-голяма твърдост сред всички известни вещества. Диамантът е крехък, огнеупорен и не провежда добре топлина или електричество. Малките разстояния между съседните въглеродни атоми (0,154 nm) определят доста високата плътност на диаманта (3,5 g/cm3).

Графит

В кристалната решетка на графита всеки въглероден атом е в състояние на sp 2 хибридизация и образува три силни ковалентни връзки с въглеродни атоми, разположени в същия слой. Три електрона от всеки въглероден атом участват в образуването на тези връзки, а четвъртите валентни електрони образуват n-връзки и са относително свободни (подвижни). Те определят електрическата и топлопроводимостта на графита.

Дължината на ковалентната връзка между съседни въглеродни атоми в една и съща равнина е 0,152 nm, а разстоянието между С атомите в различните слоеве е 2,5 пъти по-голямо, така че връзките между тях са слаби.

Графитът е непрозрачно, меко, мазно на допир вещество със сиво-черен цвят с метален блясък; провежда добре топлина и електричество. Графитът има по-ниска плътност в сравнение с диаманта и лесно се разпада на тънки люспи.

Неподредената структура на финокристалния графит е в основата на структурата на различни форми на аморфен въглерод, най-важните от които са кокс, кафяви и черни въглища, сажди и активен въглен.

Карбин

Тази алотропна модификация на въглерода се получава чрез каталитично окисление (дехидрополикондензация) на ацетилен. Carbyne е верижен полимер, който се предлага в две форми:

С=С-С=С-... и...=С=С=С=

Карбинът има полупроводникови свойства.

Химични свойства на въглерода

При обикновени температури и двете модификации на въглерода (диамант и графит) са химически инертни. Финокристалните форми на графит - кокс, сажди, активен въглен - са по-реактивни, но като правило след предварително нагряване до висока температура.

C - активен редуциращ агент:

1. Взаимодействие с кислород

C + O 2 = CO 2 + 393,5 kJ (в излишък на O 2)

2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (с липса на O 2)

Изгарянето на въглища е един от най-важните източници на енергия.

2. Взаимодействие с флуор и сяра.

C + 2F 2 = CF 4 въглероден тетрафлуорид

C + 2S = CS 2 въглероден дисулфид

3. Коксът е един от най-важните редуциращи агенти, използвани в индустрията. В металургията се използва за получаване на метали от оксиди, например:

ZS + Fe 2 O 3 = 2Fe + ZSO

C + ZnO = Zn + CO

4. Когато въглеродът взаимодейства с алкални и алкалоземни металиредуцираният метал се комбинира с въглерод, за да образува карбид. Например: 3S + CaO = CaC 2 + CO калциев карбид

5. Коксът също се използва за производство на силиций:

2C + SiO 2 = Si + 2СО

6. Ако има излишък от кокс, се образува силициев карбид (карборунд) SiC.

Производство на “воден газ” (газификация на твърдо гориво)

Чрез преминаване на водна пара през горещи въглища се получава запалима смес от CO и H2, наречена воден газ:

C + H 2 O = CO + H 2

7. Реакции с окислителни киселини.

При нагряване активният въглен или въгленът редуцира анионите NO 3 - и SO 4 2- от концентрирани киселини:

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

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

8. Реакции с разтопени нитрати на алкални метали

В стопилките KNO 3 и NaNO 3 натрошените въглища горят интензивно с образуването на ослепителен пламък:

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

C - ниско активен окислител:

1. Образуване на солеподобни карбиди с активни метали.

Значителното отслабване на неметалните свойства на въглерода се изразява в това, че неговите функции като окислител се проявяват в много по-малка степен от неговите редуциращи функции.

2. Само при реакции с активни метали въглеродните атоми се трансформират в отрицателно заредени йони C -4 и (C=C) 2-, образувайки солеподобни карбиди:

ZS + 4Al = Al 4 C 3 алуминиев карбид

2C + Ca = CaC 2 калциев карбид

3. Йонните карбиди са много нестабилни съединения, те лесно се разлагат под действието на киселини и вода, което показва нестабилността на отрицателно заредените въглеродни аниони:

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

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

4. Образуване на ковалентни съединения с метали

В стопилки на смеси от въглерод с преходни металиКарбидите се образуват предимно с ковалентен тип връзка. Техните молекули имат променлив състав, а веществата като цяло са близки до сплави. Такива карбиди са много стабилни, те са химически инертни по отношение на вода, киселини, основи и много други реагенти.

5. Взаимодействие с водород

При високи T и P, в присъствието на никелов катализатор, въглеродът се свързва с водород:

С + 2НН 2 → СНН 4

Реакцията е силно обратима и няма практическо значение.

Физични свойства:въглеродът образува много алотропни модификации: диамант- едно от най-твърдите вещества графит, въглища, сажди.

Въглеродният атом има 6 електрона: 1s 2 2s 2 2p 2 . Последните два електрона са разположени в отделни р-орбитали и са несдвоени. По принцип тази двойка може да заема една и съща орбитала, но в този случай междуелектронното отблъскване значително се увеличава. Поради тази причина единият от тях взема 2p x, а другият или 2p y , или 2p z орбитали.

Разликата в енергията на s- и p-поднивата на външния слой е малка, така че атомът доста лесно преминава във възбудено състояние, при което един от двата електрона от 2s орбитала преминава в свободен 2 търкайте.Валентно състояние се появява с конфигурацията 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Именно това състояние на въглеродния атом е характерно за диамантената решетка - тетраедрично пространствено разположение на хибридни орбитали, еднаква дължина и енергия на връзките.

Известно е, че това явление се нарича sp 3 -хибридизация,и възникващите функции са sp 3 -хибридни . Образуването на четири sp 3 връзки осигурява на въглеродния атом по-стабилно състояние от три р-р-и една s-s-връзка. В допълнение към sp 3 хибридизация, sp 2 и sp хибридизация също се наблюдава при въглеродния атом . В първия случай се получава взаимно припокриване с-и две р-орбитали. Образуват се три еквивалентни sp 2 хибридни орбитали, разположени в една и съща равнина под ъгъл 120° една спрямо друга. Третата орбитала p е непроменена и насочена перпендикулярно на равнината sp2.

По време на sp хибридизация s и p орбиталите се припокриват. Между двете еквивалентни хибридни орбитали, които се образуват, възниква ъгъл от 180°, докато двете p-орбитали на всеки атом остават непроменени.

Алотропия на въглерода. Диамант и графит

В графитен кристал въглеродните атоми са разположени в успоредни равнини, заемайки върховете на правилни шестоъгълници. Всеки въглероден атом е свързан с три съседни sp 2 хибридни връзки. Връзката между паралелни равнини се осъществява благодарение на силите на Ван дер Ваалс. Свободните p-орбитали на всеки атом са насочени перпендикулярно на равнините на ковалентните връзки. Тяхното припокриване обяснява допълнителната π връзка между въглеродните атоми. По този начин, от валентното състояние, в което се намират въглеродните атоми в дадено вещество, определя свойствата на това вещество.

Химични свойства на въглерода

Най-характерните степени на окисление са: +4, +2.

При ниски температуривъглеродът е инертен, но при нагряване активността му се увеличава.

Въглерод като редуциращ агент:

- с кислород
C 0 + O 2 – t° = CO 2 въглероден диоксид
с липса на кислород - непълно изгаряне:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O въглероден окис

- с флуор
C + 2F 2 = CF 4

- с водна пара
C 0 + H 2 O – 1200° = C + 2 O + H 2 воден газ

- с метални оксиди. Ето как се топи метал от руда.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- с киселини - окислители:
C 0 + 2H 2 SO 4 (конц.) = C + 4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (конц.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- образува въглероден дисулфид със сяра:
C + 2S 2 = CS 2.

Въглеродът като окислител:

- образува карбиди с някои метали

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- с водород - метан (както и огромен брой органични съединения)

C0 + 2H2 = CH4

— със силиций, образува карборунд (при 2000 °C в електрическа пещ):

Намиране на въглерод в природата

Свободният въглерод се среща под формата на диамант и графит. Под формата на съединения въглеродът се намира в минерали: креда, мрамор, варовик - CaCO 3, доломит - MgCO 3 * CaCO 3; хидрокарбонати - Mg(HCO 3) 2 и Ca (HCO 3) 2, CO 2 е част от въздуха; Въглеродът е основният компонент на естествените органични съединения - газ, нефт, въглища, торф и е част от органичните вещества, протеини, мазнини, въглехидрати, аминокиселини, които изграждат живите организми.

Неорганични въглеродни съединения

Нито C 4+ йони, нито C 4- ‑ при нормални условия химически процесине се образуват: въглеродните съединения съдържат ковалентни връзки с различна полярност.

Въглероден окис CO

Въглероден окис; безцветен, без мирис, слабо разтворим във вода, разтворим в органични разтворители, токсичен, точка на кипене = -192°C; t pl. = -205°C.

Касова бележка
1) В промишлеността (в газови генератори):
C + O 2 = CO 2

2) В лаборатория - термично разлагане на мравчена или оксалова киселина в присъствието на H 2 SO 4 (конц.):
HCOOH = H2O + CO

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

Химични свойства

При нормални условия CO е инертен; при нагряване - редуциращ агент; несолеобразуващ оксид.

1) с кислород

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

2) с метални оксиди

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

3) с хлор (на светлина)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (фосген)

4) реагира с алкални стопи (под налягане)

CO + NaOH = HCOONa (натриев формиат)

5) образува карбонили с преходни метали

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Въглероден окис (IV) CO2

Въглероден диоксид, без цвят, без мирис, разтворимост във вода - 0,9V CO 2 се разтваря в 1V H 2 O (при нормални условия); по-тежък от въздуха; t°pl = -78,5°C (твърдият CO 2 се нарича „сух лед“); не поддържа горене.

Касова бележка

1. Термично разлагане на соли на въглена киселина (карбонати). Изпичане на варовик:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. Действието на силни киселини върху карбонати и бикарбонати:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

химическиИмотиCO2
Киселинен оксид: реагира с основни оксидии основи, образуващи соли на въглена киселина

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

При повишени температури може да прояви окислителни свойства

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Качествена реакция

Мътност на варовита вода:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (бяла утайка) + H 2 O

Изчезва при продължително преминаване на CO 2 през варовита вода, т.к неразтворимият калциев карбонат се превръща в разтворим бикарбонат:

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

Въглеродна киселина и нейнитесол

H 2CO 3 -Слаба киселина, съществува само във воден разтвор:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Двуосновен:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Киселинни соли - бикарбонати, бикарбонати
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Средни соли - карбонати

Всички свойства на киселините са характерни.

Карбонатите и бикарбонатите могат да се трансформират един в друг:

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

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

Металните карбонати (с изключение на алкалните метали) декарбоксилират при нагряване до образуване на оксид:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Качествена реакция- "кипене" под въздействието на силна киселина:

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

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

Карбиди

Калциев карбид:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

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

Ацетиленът се отделя, когато цинковият, кадмиевият, лантановият и цериевият карбид реагират с вода:

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

Be 2 C и Al 4 C 3 се разлагат с вода до образуване на метан:

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

В технологията се използват титанови карбиди TiC, волфрам W 2 C (твърди сплави), силиций SiC (карборунд - като абразив и материал за нагреватели).

Цианид

получен чрез нагряване на сода в атмосфера на амоняк и въглероден окис:

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

Циановодородната киселина HCN е важен продукт на химическата промишленост и се използва широко в органичния синтез. Световното му производство достига 200 хиляди тона годишно. Електронна структурацианидният анион е подобен на въглеродния оксид (II), такива частици се наричат ​​изоелектронни:

° С = O: [:C = Н:] -

Цианидите (0,1-0,2% воден разтвор) се използват при добива на злато:

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

При кипене на разтвори на цианид със сяра или топене на твърди вещества те се образуват тиоцианати:
KCN + S = KSCN.

При нагряване на цианиди на нискоактивни метали се получава цианид: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Цианидните разтвори се окисляват до цианати:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

Циановата киселина съществува в две форми:

H-N=C=O; H-O-C = Н:

През 1828 г. Фридрих Вьолер (1800-1882) получава урея от амониев цианат: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 чрез изпаряване на воден разтвор.

Това събитие обикновено се смята за победа на синтетичната химия над "виталистичната теория".

Има изомер на цианова киселина - експлозивна киселина

H-O-N=C.
Неговите соли (живачен фулминат Hg(ONC) 2) се използват в ударни възпламенители.

Синтез урея(урея):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. При 130 0 C и 100 atm.

Уреята е амид на въглеродна киселина, има и нейния „азотен аналог“ – гуанидин.

Карбонати

Най-важните неорганични въглеродни съединения са солите на въглеродната киселина (карбонати). H 2 CO 3 е слаба киселина (K 1 = 1,3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Поддържа карбонатен буфер равновесие на въглероден диоксидв атмосферата. Световните океани имат огромен буферен капацитет, защото са отворена система. Основната буферна реакция е равновесието по време на дисоциацията на въглеродната киселина:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

С намаляването на киселинността се получава допълнително усвояване въглероден двуокисот атмосферата с образуване на киселина:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

С увеличаването на киселинността карбонатните скали (черупки, креда и варовикови утайки в океана) се разтварят; това компенсира загубата на хидрокарбонатни йони:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (твърд) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Твърдите карбонати се превръщат в разтворими бикарбонати. Именно този процес на химическо разтваряне на излишния въглероден диоксид противодейства на „парниковия ефект“ - глобалното затопляне, дължащо се на поглъщането на топлинна радиация от Земята от въглероден диоксид. Около една трета от световното производство на сода (натриев карбонат Na 2 CO 3) се използва в производството на стъкло.

Pb. Всички те принадлежат към Р-елементи, тъй като се довършват Р-електронна обвивка на външния слой (Таблица 15).

С увеличаването на ядрения заряд радиусът на атома се увеличава и електроотрицателността намалява значително. В това отношение металните свойства значително се увеличават от въглерод към олово. По този начин той има добре дефинирани метални свойства, докато се счита за неметал.
Външният слой с четири електрона и малките атомни радиуси на въглерода и силиция насърчават образуването на ковалентни връзки, които са типични за тези елементи. Характеристика на въглерода и силиция е способността да образуват дълги вериги от атоми със същото име, което води до голямо разнообразие от органични и органосилициеви вещества. Въглерод и може да образува две или четири валентни връзки. Максималното състояние на окисление на елементите от главната подгрупа на IV група е +4. Това предполага, че условно е възможно техните атоми да отдадат 4 електрона.Те също така са способни да приемат не повече от електрони към външния слой. В окислително-възстановителните реакции те се държат като редуциращи агенти.

По-високите от тези елементи се проявяват киселинни свойства. Те съответстват на киселини, които са много слаби електролити. Това предполага, че сред основните подгрупи на групи IV-VII въглеродната подгрупа комбинира елементи с най-слабо изразени неметални свойства. Силата на летливите хидриди значително намалява от въглерод CH4 до олово PbH4. Невъзможно е да не се отбележи естеството на свойствата на оксидите, в които елементите проявяват степен на окисление +2. Ако въглеродът образува несолеобразуващия оксид CO, оловният оксид PbO има изразени амфотерни свойства.

■ 1. Сред елементите на въглеродната група посочете:
а) елементът с най-малък атомен радиус;
б) елемент с най-силно изразени метални свойства;
в) формули на висши оксиди на елементи от въглеродната група;
г) формули на висш кислородни киселини, съответстващи на посочените оксиди;
д) формули на нисши оксиди;
е) промяна в стабилността на летливите водородни съединения (напишете серия от формули и използвайте стрелка, за да посочите посоката на намаляване на стабилността).

въглерод

Атомното тегло на въглерода е 12,011. Външният електронен слой на въглеродния атом има 4 електрона, неговата електронна конфигурация е 2s 2 2p 2, разпределението на електроните между орбиталите.

Сред елементите на подгрупата въглеродът има най-висока стойностелектроотрицателност.
Въглеродът има три алотропни модификации - и аморфен въглерод. и се намират в природата, а аморфният въглерод може да се получи само изкуствено.
- твърд кристално вещество, огнеупорен и химически слабо активен. Чистият диамант представлява безцветни прозрачни кристали. Сред минералите диамантът има най-висока твърдост, равна на 10, а плътността му е 3,514. Такава висока твърдост се обяснява със структурата на неговата кристална решетка от атомен тип, в която въглеродните атоми са разположени на еднакво разстояние един от друг (виж фиг. 11).
Поради своята твърдост диамантът се използва широко за рязане на стъкло, пробиване на твърди скали, в машини за изтегляне на тел, шлифовъчни дискове и др. За тези цели се използват диаманти, замърсени с различни примеси.
Чисто безцветни кристалиизрязани и полирани с диамантен прах и превърнати в диаманти. Колкото повече фасети, толкова по-добре "свири" диамантът. Диамантите най-често са малки, теглото им се измерва в карати (1 карат е равен на 0,2 g). Но има и големи диаманти.
- финокристален минерал, в кристалната решетка на който разстоянието между атомите е еднакво само в две посоки, а в третата е много по-голямо. Това прави графитните кристали крехки, а самият минерал мек. Твърдостта на графита е 1, плътността е 2,22, а точката на топене е около 3000 °. Графитът има добра електропроводимост, така че се използва за производството на електроди и плочи за електролитни вани. Графитният прах, смесен с минерално масло, е добра смазка. Тъй като графитът е по-мек от хартията и може да остави отпечатък върху нея, той се използва за направата на моливи, мастило, печатарско мастило и копирна хартия. Високата топлоустойчивост на графита позволява да се използва за направата на огнеупорни тигли. Графитът може да се получи изкуствено - чрез нагряване на кокс до 2500-3000°.

■ 2. Какъв тип кристална решетка имат диаманта и графита?

3. Обяснете по отношение на електронната конфигурация на електронните слоеве защо въглеродът може да образува две или четири валентни връзки.

Има мнение, че изкуствено произведеният аморфен въглерод (сажди, въглен) не е независима алотропна модификация, тъй като неговата микрокристална структура е същата като тази на графита.
Аморфният въглерод под формата на въглен се получава чрез суха дестилация на дървесина под формата на много лека, крехка, пореста маса. Структурата на аморфния въглерод е много подобна на структурата на графита, но кристалите в него са подредени произволно.
Огромната повърхност на дървения въглен причинява характерния за него адсорбционен феномен. Въглеродните молекули, разположени на повърхността на парче въглища, привличат молекули вещества от околната среда, преодолявайки енергията на топлинното движение на молекулите. Ясно е, че колкото по-голяма е повърхността, толкова по-силна е тя, така че натрошеният адсорбент адсорбира по-добре. Ако смелите старателно дървения въглен и след това го поставите под капак, съдържащ бромни пари, ще забележите как цветът на брома постепенно отслабва и накрая изчезва.

Ако въглищният прах се разклати в епруветка с разтвор на калиев перманганат, фуксин или чаена тинктура, тогава тези разтвори скоро се обезцветяват. Ако кипнете адсорбента заедно с адсорбираното на повърхността му вещество в чиста вода, цветът на разтвора се появява отново, тъй като топлинно движениемолекули се засилва и те излизат от повърхността на адсорбента - настъпва десорбция.
Трябва също да се отбележи, че явлението катализа, което беше обсъдено по-горе, е тясно свързано с явлението адсорбция.

■ 4. Кое явление се нарича адсорбция?
5. Къде другаде се случва явлението адсорбция, освен процесите, свързани с въглен?
6. Дайте обяснение на явлението десорбция и посочете причините, допринасящи за това явление.

Когато се третира с прегрята водна пара, чуждите примеси, които понякога присъстват там, се отстраняват от порите на въглищата и порьозността на въглищата се увеличава. Този вид въглен се нарича активен въглен.

Активният въглен се използва много широко, по-специално в противогаз, предложен за първи път от академик. Н. Д. Зелински за защита на дихателните пътища от токсични газове във въздуха. За първи път такава противогаз е използвана по време на Първата световна война (фиг. 64). Противогазът се състои от гумена маска или шлем, която приляга плътно около лицето и главата, гофрирана гумена тръба, свързваща маската с кутия, съдържаща агенти за пречистване на въздуха.

Клапанната система пропуска вдишания въздух в маската само през кутията, а издишвания директно в околното пространство. Кутията на противогаза съдържа филтър против дим, разположен на слоеве, който улавя твърди и капковидни частици, химически абсорбер, който химически свързва отровните вещества, влизащи в кутията, и активен въглен.
Активният въглен понякога се дава като суспензия във вода перорално в случай на навлизане на токсични вещества в стомаха. Въгленът се използва и за получаване на черен барут.
Аморфният въглерод под формата на кокс се използва в металургията. Коксът се произвежда в коксови пещи от въглища. Това е твърдо, поресто вещество, което е почти чист въглерод. Коксът е отлично гориво и добър редуциращ агент.

Ориз. 64.Устройство за противогаз от Н. Д. Зелински. 1-шлем; 2 - гофрирана тръба; 3 - клапан за издишване; 4 - филтърна кутия; 5 - активен въглен; 6 - химически абсорбер; 7 - филтър против дим.

Саждите се получават при изгаряне на газообразни вещества с високо съдържание на въглерод. Под формата на сажди, аморфният въглерод се използва широко в каучуковата промишленост и в печатарската индустрия за производството на печатарско мастило. Сажди повечето Високо качествополучени чрез изгаряне на газообразни горива като ацетилен.

■ 7. Направете и попълнете следната таблица:

Химични свойства на въглерода

Трябва да се отбележи, че основното свойство на въглерода е неговата редуцираща способност. Въглеродът е един от най-добрите редуциращи агенти. Лесно редуцира техните оксиди при нагряване:

и лесно изгаря в кислород, за да образува въглероден оксид или въглероден диоксид
2C + O2 = 2СО —

C + O2 = CO2
Когато се легира с метали, въглеродът образува карбиди, които имат много уникална молекулна структура. Например калциевият карбид CaC2, който е особено широко използван в технологиите, има следната структура:

Въглеродът се свързва с водород само при температура от около 1200 °, образувайки органичното съединение метан CH4:
С + 2Н2 = СН4

■ 8. Изчислете колко мед може да се редуцира от неговия оксид CuO с помощта на 24 kg въглерод, ако загубата на мед е 5%.

Когато прегрятата водна пара преминава през горещи въглища, последната се редуцира от вода, което води до образуването на воден газ:
C + H2O = CO + Na
воден газ
Въпреки високата редуцираща способност на въглерода, използването му като редуциращ агент не винаги е удобно, тъй като е твърдо вещество. Много по-удобно е да се използват газообразни редуциращи агенти. Тогава контактът между редуктора и редуцираното вещество става по-пълен. В тази връзка е препоръчително въглеродът да се превърне във въглероден окис, който запазва своите редуциращи свойства и в същото време е газообразно вещество.

■ 9. Какъв обем воден газ (нормални условия) може да се получи чрез преминаване на водна пара през 5 грама въглеродни атоми?
10. Медният нитрат се калцинира, докато отделянето на кафяв газ напълно спре, след което се смесва с натрошени въглища и се калцинира отново. Какво се случи в резултат на реакцията? Дайте своя отговор, като го обосновете с уравнения на реакцията.

Въглеродни оксиди

Има два известни въглеродни оксида, в които той проявява различни степени на окисление: CO и CO2.
Въглеродният оксид (II) CO, или както се нарича въглероден оксид, е безцветен газ без мирис. Точка на кипене -191.5º. Той е малко по-лек от въздуха и изключително отровен. Токсичността на въглеродния окис се обяснява с факта, че в комбинация с хемоглобина в кръвта, с който влиза в контакт, когато навлезе в белите дробове, той образува карбоксихемоглобин, който е силно съединение, което няма способността да реагира с кислорода . По този начин хемоглобинът в кръвта се разрушава и в случай на тежко отравяне човек може да умре от кислороден глад. Въглеродният окис може да навлезе в стая, отоплявана с печки, ако коминът се затвори твърде рано и неизгорял въглероден окис навлезе в хола.

Химичните свойства на въглеродния окис са много разнообразни. Това е запалим газ, който лесно гори със син пламък в кислород и въздух, за да образува въглероден диоксид:
2CO + O2 = 2CO2
Въглеродът в тази реакция се окислява, преминавайки от С +2 към С +4, т.е. проявява редуциращи свойства. Следователно въглеродният окис може да се използва като редуциращ агент. Наистина въглеродният окис може да се редуцира от оксиди:
FeO + CO = CO2 + Fe

Трябва също да се отбележи, че въглеродният оксид е несолеобразуващ оксид.

■ 11. Елементът олово Pb, който също принадлежи към основната подгрупа на IV група, може да образува оксид, в който проявява степен на окисление +2; въглеродът може също да образува оксид, където проявява същото състояние на окисление. Сравнете Химични свойстватези два оксида и ги илюстрирайте с реакционни уравнения.

Запалимостта на въглеродния окис, както и неговите редуциращи свойства, го правят много ценно гориво и редуциращ агент в много приложения. производствени процеси, особено в металургията, следователно въглеродният окис се произвежда специално в пещи, които се наричат ​​газови генератори (фиг. 65).

Ориз. 65. Газогенераторна верига

Газогенераторът е пещ, в която отгоре се излива кокс. Коксът се запалва отдолу, а отдолу се подава въздух за поддържане на горенето на кокса. Когато кислородът във въздуха влезе в контакт с горещи въглища, последните изгарят, за да образуват въглероден диоксид:
C + O2 = CO2
Преминавайки през следващите въглищни соли, въглеродният диоксид се редуцира до въглероден оксид: CO2 + C = 2CO
В резултат на това от газовия генератор излиза генераторен газ със следния състав: CO + CO2 + N2 (въздух). Този газ се нарича въздух. Въздушният газ съдържа само едно запалимо вещество, CO, а въглеродният диоксид, CO2, е баласт. За да се гарантира, че няма баласт в газа, през генератора преминава прегрята водна пара, която, реагирайки с въглерод, образува воден газ:
C + H2O ⇄ CO + H2

Водният газ няма баласт, тъй като въглеродният окис гори и е добър редуциращ агент, но когато водните пари преминават през въглища за дълго време, последните се охлаждат и спират да работят. За да се предотврати това, въздухът и водните пари преминават последователно през газовия генератор, което води до смесен газ.
Генераторните газове се използват широко в технологиите.

Ориз. 66. Схема на подземна газификация на въглища.

■ 12. Какъв обем воден газ ще се получи при преминаване на водна пара през 36 kg въглища?
13. Напишете уравненията за реакциите, протичащи по време на редукция на железен (III) оксид с воден газ.
14. Как можете да отделите газовете, които съставляват газа на въздушния генератор?
15. Газът от въздушния генератор беше прекаран през калциев разтвор. Как се е променил съставът на газовата смес? Потвърдете с реакционни уравнения.
16. Как смесеният газ се различава от въздушния газ? Посочете състава на компонентите на газовата смес.

През 1888 г. Д. И. Менделеев предлага метод за подземна газификация на въглища. Състои се в следното. Във въглищния пласт (фиг. 66) се пробиват два кладенеца от повърхността надолу на разстояние 25-30 m един от друг. Използвайки електрически нагреватели, въглищният пласт отдолу се запалва. Когато въздухът се пропуска в издухващия кладенец, между него и изходния кладенец за газ се изгаря канал, през който газовете се вливат в изходния кладенец за газ и се издигат на повърхността по него. В най-долната част на пласта, както в газов генератор, въглищата се изгарят до въглероден диоксид. Малко по-високо, въглеродният диоксид се редуцира до въглероден оксид, а още по-високо, под въздействието на топлината на нагрят въглищен пласт, се извършва суха дестилация, чиито продукти също се отстраняват през изпускателен кладенец за газ. Продуктите от сухата дестилация са много ценни. Впоследствие от тях се отделя изтичащият газ, след което може да се използва по предназначение.

Газът се използва в металургията, в производството на стъкло и керамика, в газови турбини и двигатели с вътрешно горене и в бита.
Въглеродният окис се използва широко в индустрията за органичен синтез - при производството на амоняк, хлороводород, изкуствено гориво, почистващи препарати и др.

■ 17. Изчислете разхода на въглища в газовия генератор, ако резултатът е 112 литра воден газ.

Въглеродният диоксид CO2 е най-високият въглероден оксид, неговите 44 cu. д. (той е повече от един и половина пъти по-тежък от въздуха). Точка на кипене (сублимация) -78,5°.
При силно охлаждане въглеродният диоксид се превръща в твърда снежна маса - „сух лед“, който при нормално налягане не се превръща в течност, а се сублимира, което е голямо удобство при съхранение на нетрайни продукти: първо, няма влага , и второ, атмосферата Въглероден диоксид потиска растежа на бактерии и плесени. Въглеродният диоксид е типичен киселинен оксид, който има всички характерни свойства.

■ 18. Напишете уравнения за химични реакции, които характеризират свойствата на въглеродния диоксид като киселинен оксид.

Въглеродният диоксид е доста разтворим във вода: един обем CO2 се разтваря в един обем вода. В този случай той взаимодейства с водата, за да образува много нестабилна въглена киселина: H2O + CO2 ⇄ H2CO3
С увеличаване на налягането въглеродният диоксид се увеличава рязко. Това е основата за използването на CO2 в производството на газирани напитки.

■ 19. Познавайки моделите на изместване на равновесието, посочете в каква посока може да се измести равновесието в реакция
CO2+ H2O ⇄ H2CO3
а) повишаване на кръвното налягане; б) повишаване на температурата.

Въглеродният диоксид не поддържа горенето или дишането и в неговата атмосфера животните умират не от отравяне, а от липса на кислород. Само, изгаряне при много висока температура, може да изгори във въглероден диоксид, като го разлага и по този начин намалява въглерода:
2Mg + CO2 = 2MgO + C
В същото време въглеродният диоксид е необходим на зелените растения за процеса на фотосинтеза. Обогатяването на атмосферата с въглероден диоксид в оранжериите засилва образуването на органични вещества от растенията.
Земната атмосфера съдържа 0,04% въглероден диоксид. Малко количество въглероден диоксид във въздуха стимулира дейността на дихателния център.
Въглеродният диоксид обикновено се получава чрез взаимодействие на соли на въглеродна киселина с някаква по-силна киселина:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2CO3
Този процес се извършва в лаборатория в апарат на Kipp, като се зарежда с мрамор и солна киселина.

Ориз. 67. Пянен пожарогасител. 1-резервоар с воден разтвор на сода; 2 - ампула със сярна киселина; 3 - барабанист; 4 - желязна мрежа; 5 - изход; b - дръжка

Подобен метод за производство на въглероден диоксид се използва в така наречените пенни пожарогасители (фиг. 67). Този пожарогасител представлява стоманен цилиндър, пълен с разтвор на сода Na2CO3. В този разтвор се поставя стъклена ампула, съдържаща сярна киселина. Над ампулата е монтиран ударник, който, ако е необходимо, може да се използва за счупване на ампулата и след това ще започне да взаимодейства със содата съгласно уравнението:
Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2CO3

Въглеродният диоксид, отделен в големи количества, образува обилна пяна, която се изхвърля под налягане на газа през отвор в страничната стена и, покривайки горящия предмет, спира достъпа на кислород от въздуха до него.

За промишлени цели въглеродният диоксид се получава от разлагането на варовик:
CaCO3 = CaO + CO2
Въглеродният диоксид се произвежда при изгаряне на въглища и също се отделя по време на ферментацията на захари и други процеси.

■ 20. Възможно ли е да се напълни пожарогасител с пяна с разтвор на друг карбонат вместо разтвор на сода и да се замени сярната киселина с друга киселина. Дай примери.
21. Смес от газове, състояща се от въглероден диоксид, сероводород и серен диоксид, преминава през йодна вода. Какъв е съставът на газовата смес на изхода? Какво има в разтвора?
22. Какъв обем въглероден диоксид ще се получи при изгаряне на 112 литра въглероден оксид?
23. Какъв обем въглероден оксид се образува при окисляването на 4 мола въглерод?

24. Колко въглероден диоксид може да се получи от разлагането на 250 g варовик, съдържащ 20% примеси, ако добивът на CO2 е 80% от теоретичния?
25. Колко тежи 1 m 3 газова смес, състояща се от 70% въглероден оксид и 30% въглероден диоксид?

Въглена киселина и нейните соли

Въглеродният диоксид е въглероден анхидрид. Самият H2CO3 е много крехко вещество. Съществува само във водни разтвори. Когато се опитате да го изолирате от тези разтвори, той лесно се разпада на вода и въглероден диоксид:
H2CO3 ⇄ H2O + CO2
H2CO3 ⇄ H + + HCO - 3 ⇄ 2H + + CO 2 3 -
е много слаб електролит; въпреки това, тъй като е двуосновен, той образува две серии соли: средни - и киселинни - бикарбонати. Солите на въглероден диоксид са интересни, защото когато са изложени на киселина, се освобождава въглероден диоксид:
K2CO3 + 2HCl = 2KCl + H2CO3

■ 26. Напишете горното уравнение в йонна форма и дайте още две уравнения на реакцията, илюстриращи ефекта на киселините върху.
27. Напишете уравнението на реакцията за действието на солна киселина върху магнезиев бикарбонат в молекулна и йонна форма.

Когато се третират с въглероден диоксид и вода, те се превръщат в бикарбонати. При нагряване настъпва обратната трансформация:
нормални условия
CaCO3 + CO2 + H2O ⇄ Ca(HCO3)2
отопление
Преходът на неразтворим карбонат в разтворим бикарбонат води до излугване на карбонат от земната кора, което води до образуването на кухини - пещери. Карбонатите са предимно неразтворими във вода, с изключение на алкални метали и амониеви карбонати. Бикарбонатите са по-разтворими.

Сред карбонатите специално внимание заслужава CaCO3, който се среща в три форми: мрамор, варовик и креда. Освен това, в комбинация с магнезиев карбонат, той е част от доломитовата скала MgCO3 · CaCO3. Въпреки същото химичен състав, физическите свойства на тези скали са напълно различни.
Мраморът е твърдо, кристално вещество от магматичен произход. Постепенно кристализира в изстиващата магма. Мраморът често е оцветен с примеси в различни цветове. Мраморът е много добре полиран и затова се използва широко като довършителен материал за облицовка на строителни конструкции и в скулптурата.

Варовикът е седиментна скала с органичен произход. Често във варовика можете да намерите останки от древни животни, главно мекотели във варовикови черупки. Понякога те са доста големи, а понякога се виждат само под микроскоп. В продължение на милиони години варовикът се е уплътнил и е станал толкова твърд, че се използва като строителен материал. Но сега постепенно се измества от по-евтини, по-леки и удобни изкуствени материали. Варовикът се използва главно за производство на вар.

Кредата е мека, бяла утаена скала. Използва се в строителството за варосане. При приготвянето на прах за зъби кредата първо се разтваря в киселина и след това се утаява отново, тъй като естественото вещество съдържа малки твърди частици силициев диоксид, които могат да надраскат зъбния емайл.
Калциевият бикарбонат Ca(HCO3)2 се среща в природата в разтворено състояние. Образува се от действието на вода в комбинация с въглероден диоксид върху варовика. Наличието на тази сол придава на водата временна (карбонатна) твърдост.
Изключителен интерес представлява содата Na2CO3, която понякога се среща естествено в така наречените содови езера. Но в момента добивът на сода от естествени източницисе заменя с по-евтино изкуствено получаванетози продукт. Ако содата съдържа кристализационна вода, тогава тя се нарича кристална сода Na2CО3 · 10Н2О, но ако не я съдържа, тогава се нарича калцинирана сода. Содата се използва много широко в производството на сапун, текстил, хартия и стъкло.

Сода бикарбонат, или натриев бикарбонат, или сода бикарбонат, NaHCO3 се използва при печене на сладкарски изделия като набухвател, както и в медицината при повишена киселинност на стомаха, киселини, диабет и др.
Калиевият карбонат K2CO3 или поташът, подобно на содата, се използва в производството на сапуни и в производството на огнеупорно стъкло.
Трябва да се отбележи, че въглеродът образува така наречените органични съединения, чийто брой и разнообразие далеч надхвърлят съединенията на всички останали елементи, взети заедно. Подробно изследване на въглеродните съединения е подчертано в независим регионнаречена органична химия.

■ 28. Как да различим натриевия карбонат, представен в твърда форма, един от друг?
29. В едно порцеланова чашаПоставят го в друг - калиев нитрат, в трети - и започват да го калцинират, като забравят да отбележат в коя чаша каква сол има. Как можете да разпознаете взетите соли, като наблюдавате процеса на калциниране и изучавате реакционните продукти?
30. Как да извършите серия от трансформации:

31. Как се случва в природата превръщането на калциевия карбонат в бикарбонат?
32. Калциниран е 2 kg калциев карбонат. Теглото на остатъка след калцинирането се оказа 1 kg 800 g. Какъв процент от карбоната се разложи?
33. Как да се отървете от примесите на калциев нитрат?
34. Как, като имате на разположение само солна киселина, можете да разпознаете бариев карбонат, бариев сулфит и бариев сулфат?
35. Железният (III) оксид се редуцира с въглероден оксид, получен от 5 kg въглища. Колко желязо се получи?

Въглеродът е жизненоважен елемент за животните и растенията. Растенията използват въглероден диоксид от въздуха и енергия от слънцето, за да създават органична материя. Тревопасните, които се хранят с растения, използвайки тези готови вещества, на свой ред служат

Ориз. 68. Въглероден цикъл в природата

храна за хищници. Растенията и животните умират, гният, окисляват се и частично се превръщат във въглероден диоксид, който отново се консумира от растенията и частично постепенно се разлагат в почвата, образувайки различни видовегориво. При изгаряне на гориво се отделя въглероден диоксид, който навлиза в атмосферата и се консумира от растенията (фиг. 68).
Този цикъл може да се случи само чрез процеса на фотосинтеза.

Органичният живот на Земята е представен от въглеродни съединения. Елементът е част от основните компоненти на клетъчните структури: протеини, въглехидрати и мазнини, а също така формира основата на веществото на наследствеността - дезоксирибонуклеиновата киселина. В неорганичната природа въглеродът е един от най-разпространените елементи, които се образуват земната кораи атмосферата на планетата. Органичната химия като клон на химическата наука е изцяло посветена на свойствата химичен елементвъглерод и неговите съединения. Нашата статия ще разгледа физичните и химичните характеристики на въглерода и характеристиките на неговите свойства.

Място на елемента в периодичната таблица на Менделеев

Подгрупа на въглерода е основна подгрупаГрупа IV, която освен въглерод включва още силиций, германий, калай и олово. Всички тези елементи имат една и съща структура на външното енергийно ниво, на което са разположени четири електрона. Това определя сходството на техните химични свойства. В нормално състояние елементите от подгрупата са двувалентни и когато техните атоми преминат във възбудено състояние, те проявяват валентност 4. Физичните и химичните свойства на въглерода зависят от състоянието на електронните обвивки на неговия атом. Така при реакция с кислород елемент, чиито частици са в невъзбудено състояние, образува индиферентния оксид CO. Въглеродните атоми във възбудено състояние се окисляват до въглероден диоксид, който проявява киселинни свойства.

Форми на въглерод в природата

Диамант, графит и карбин са три алотропни модификации на въглерода като просто вещество. Прозрачни кристали с висока степенпречупвания на светлинните лъчи, които са най-твърдите съединения в природата – това са диамантите. Те провеждат топлина лошо и са диелектрици. Кристалната решетка е атомна, много здрава. В него всеки атом на даден елемент е заобиколен от четири други частици, образувайки правилен тетраедър.

Напълно различни физикохимични характеристикивъглерод, който образува графит. Това е тъмно сиво кристално вещество, което е мазно на допир. Има послойна структура, разстоянията между слоевете на атомите са доста големи, докато техните сили на привличане са слаби. Следователно, при натискане върху графитена пръчка, веществото се ексфолира на тънки люспи. Те оставят тъмна следа върху хартията. Графитът е топлопроводим и малко по-нисък от металите по електропроводимост.

Способността за провеждане на електрически ток се обяснява със структурата на кристала на веществото. В него въглеродните частици са свързани с три други чрез силни ковалентни връзки. химически връзки. Четвъртият валентен електрон на всеки атом остава свободен и може да се движи из цялото вещество. Насоченото движение на отрицателно заредени частици предизвиква появата електрически ток. Областите на приложение на графита са разнообразни. Така той се използва за производството на електроди в електротехниката и за извършване на процеса на електролиза, чрез който например се получават алкални метали в тяхната чиста форма. Графитът е намерил приложение в ядрените реактори за контролиране на скоростта на преминаващите през тях материали. верижни реакциикато модератор на неутрони. Известно е, че веществото се използва като шисти или смазка в триещи се части на механизми.

Какво е карбин?

Черен кристален прах със стъклен блясък е карабин. Синтезиран е в средата на 20 век в Русия. Веществото е по-добро от графита по твърдост, химически пасивно, има полупроводникови свойства и е най-стабилната модификация на въглерода. Връзката е по-здрава от графита. Съществуват и форми на въглерод, чиито химични свойства се различават една от друга. Това са сажди, дървени въглища и кокс.

Различните характеристики на алотропните модификации на въглерода се обясняват с тяхната структура кристални решетки. Това е огнеупорно вещество, без цвят и мирис. Той е неразтворим в органични разтворители, но е способен да образува твърди разтвори - сплави, например с желязо.

Химични свойства на въглерода

В зависимост от веществото, с което въглеродът реагира, той може да проявява двойни свойства: както на редуциращ агент, така и на окислител. Например чрез сливане на кокс с метали се получават техните съединения - карбиди. Реакцията с водород произвежда въглеводороди. Това са органични съединения, например метан, етилен, ацетилен, в които, както в случая с металите, въглеродът има степен на окисление -4. Възстановяващо химична реакциявъглерод, чиито свойства изучаваме, се проявяват при взаимодействието му с кислород, халогени, вода и основни оксиди.

Въглеродни оксиди

При изгаряне на въглища във въздух с ниско съдържание на кислород се получава въглероден оксид - двувалентен въглероден оксид. Той е безцветен, без мирис и силно токсичен. Комбинирайки се с хемоглобина в кръвта по време на дишане, въглеродният окис се разпространява в човешкото тяло, причинявайки отравяне и след това смърт от задушаване. В класификацията веществото заема мястото на индиферентни оксиди, не реагира с вода и не съответства нито на основа, нито на киселина. Химичните свойства на въглерода, който има валентност 4, се различават от описаните по-рано характеристики.

Въглероден двуокис

Безцветен газообразно веществопри температура 15 и налягане една атмосфера преминава в твърда фаза. Нарича се сух лед. CO 2 молекулите са неполярни, въпреки че ковалентната връзка между кислородните и въглеродните атоми е полярна. Съединението принадлежи към киселинните оксиди. Взаимодействайки с водата, той образува карбонатна киселина. Реакциите между въглероден диоксид и прости вещества са известни: метали и неметали, например с магнезий, калций или кокс. При тях той играе ролята на окислител.

Качествена реакция на въглероден диоксид

За да се уверим, че изследваният газ наистина е въглероден окис CO 2, в неорганичната химия се провежда следният експеримент: веществото преминава през бистър разтвор на варовита вода. Наблюдението на мътността на разтвора поради утаяването на бяла утайка от калциев карбонат потвърждава наличието на молекули въглероден диоксид в сместа от реагенти. Когато газът преминава през разтвор на калциев хидроксид, утайката CaCO 3 се разтваря поради превръщането й в калциев бикарбонат, водоразтворима сол.

Ролята на въглерода в процеса на доменната пещ

Химичните свойства на въглерода се използват в промишлено производствожелязо от неговите руди: магнитна, червена или кафява желязна руда. Основни сред тях ще бъдат редуциращите свойства на въглерода и оксидите - въглероден диоксид и въглероден диоксид. Процесите, протичащи в доменната пещ, могат да бъдат представени като следната последователност от реакции:

• Първо, коксът изгаря в поток от въздух, загрят до 1850 °C с образуването на въглероден диоксид: C + O 2 = CO 2.
• Преминавайки през горещ въглерод, той се редуцира до въглероден окис: CO 2 + C = 2CO.
• Въглеродният оксид реагира с желязна руда, което води до железен оксид: 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2, Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2.
• Реакцията за получаване на желязо ще има следващ изглед: FeO + CO = Fe + CO 2

Разтопеното желязо разтваря смес от въглерод и въглероден окис, което води до вещество - цементит.

Чугунът, разтопен в доменна пещ, в допълнение към желязото съдържа до 4,5% въглерод и други примеси: манган, фосфор, сяра. Стоманата, която се различава от чугуна по много начини, като способността си да се валцува и кове, съдържа само 0,3 до 1,7% въглерод. Стоманените продукти се използват широко в почти всички отрасли: машиностроене, металургия, медицина.

В нашата статия разбрахме какви химични свойства на въглерода и неговите съединения се използват в различни области на човешката дейност.