Презентация на тему Углерод

подгруппы 2 периода периодической системы элементов. Неметалл
Символ

С

Атомная номер 6

Атомная масса 12,011 а.е.м.

Валентный уровень 2s22р2

Радиус атома 91 пм

Электроотрицательность 2,55

Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов 12С (98,93%) , 13С (1,07%) и одного радиоактивного изотопа 14С (β-излучатель, Т½= 5730 лет)

Изотопы

очень разно-образными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обуслов-лено способностью углерода

образовывать химические связи разного типа.

Аллотропные модификации углерода

по массе. Свободный углерод находится в природе в виде

алмаза и графита. Основная масса углерода встречается в виде природных карбонатов (известняки и доломиты), горючих ископаемых - антрацит (94-97% С), бурые угли (64-80% С), каменные угли (76-95% С), горючие сланцы (56-78% С), нефть (82-87% С), природные горючие газы (до 99% CH4), торф (53-62% С). В атмосфере и гидросфре углерод находится в виде CO2, в воздухе содержится 0,046% CO2 по массе, в водах рек, морей и океанов примерно в 60 раз больше. Углерод входит в состав растений и животных (около 18%)

известняк

антрацит

горючие
сланцы

торф

1780-х гг.
Антуан Лоран Лавуазье
Технический углерод получают

при нагревании древесины или каменного угля без доступа воздуха. Из древесины получают древесный уголь и активированный уголь, а из каменного угля – кокс.

Самый чистый углерод (сажа) образуется при крекинге метана:

реагирует только со фтором: C + 2 F2

= CF4

Углерод проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства

Углеводороды ( СH4, С2Н2, С6Н6) –

самый обширный класс соединений углерода в степени окисления -4.

Взаимодействие углерода с металлами, или оксидами металлов приводит к образованию карбидов.

Различают 2 группы карбидов:
Карбиды металлического характера - карбиды переходных металлов,
например Fe3C. Им присуща электронная проводимость, металлический блеск, химическая инертность, термостойкость.

2 . Ионные карбиды – образованы более электроположительными металлами. Бесцветны, прозрачны, не проводят электрический ток. Ионные карбиды подвергаются полному гидролизу:
Al4C3 + 12H2O = 4 Al(OH)3 + 3CH4(Be2C)
CaC2+ 2H2O= Ca(OH)2 + C2H2

СО (угарный газ) – бесцветный газ, без запаха, плохо

растворим в воде. СО – ядовит, так как соединяется с гемоглобином крови.

:С≡О:

Наличие тройной связи в молекуле СО обуславливает высокую прочность молекулы (Е = 1080 кДж/моль). Длина связи составляет 112,8 пм.

Получение
СО2 +С = 2 СО
С + Н2О = СО + Н2

Нагревание без
доступа воздуха

В лаборатории СО получают действуя конц. H2SO4 на HCOOH или Н2С2О4

СО – несолеобразующий оксид. В промышленности используется как восстановитель

Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 ↑ 2CO + O2 = 2 CO2 + Q
CO + Cl2 = COCl2 - фосген

t

СО2 (углекислый газ) – бесцветный негорючий газ, значительно тяжелее

воздуха, со слабым кисловатым запахом и вкусом

О=С=О

Атом С связан полярными ковалентными связями с двумя атомами углерода. Молекула имеет симметричное линейное строение, поэтому в целом неполярна

Получение
1. Разложение карбонатов и гидрокарбонатов: СаСО3 = СаО + СО2
2. Сжигание угля и других видов топлива: СxHy + O2 = СО2 + Н2O
3. Действие сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты:
MgСО3 + 2 HCl = MgCl2 + H2O + СО2↑
4. Спиртовое брожение глюкозы:

t

химически довольно инертен
Взаимодействие с водой: при растворении в воде

около 1 % молекул СО2 взаимодействует с водой, образуя очень слабую угольную кислоту: СО2 + Н2O = Н2СО3
Взаимодействие со щелочами и основными оксидами: СО2 + 2 NaOН = Na2СО3 СО2 + NaOН = NaHCО3 СО2 + CaO = CaCО3
Взаимодействие с водными растворами солей, образованных кислотами более слабыми, чем Н2СО3: Na2SiO3 + СО2 + H2O = H2SiO3 ↓ + Na2СО3
При высокой температуре СО2 реагирует с очень активными металлами, а также другими сильными восстановителями:
СО2 + 2 Mg = 2 MgO + C CO2 + C = 2CO CO2 + 3 H2 = CH3OH + H2O
Синтезы с участием СО2:
а) синтез мочевины (карбамида): СО2 + 2 NH3 = CO(NH2)2 + H2O б) получение питьевой соды по методу Сольвэ:
NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 + NH4Cl

H2СО3 – слабая 2-х основная кислота. Диссоциирует ступенчато с

образованием гидрокарбонат- и карбонат-анионов:

Н2СО3 = H+ + HCO3 НСО3 = H+ + CO3

_

_

2

_

Растворимые в воде карбонаты щелочных металлов и аммония подвер-гаются гидролизу (рН >7): Na2СО3 + Н2O = NaOH + NaНСО3

Химические свойства карбонатов

Карбонаты при нагревании разлагаются: СaСО3 = СаО + СО2 ↑

Кислоты разлагают карбонаты, вытесняя из них угольную кислоту в виде Н2О и СО2: Na2СО3 + HNO3 = 2NaNО3 +H2O + СО2 ↑

При пропускании СО2 в растворы карбонатов происходит образование кислых солей: Na2СО3 + СО2 + Н2О = 2 NaНСО3 В природе происходит медленное растворение известняков под действием атмосферных осадков и СО2: СaСО3 + СО2 + Н2О = Сa(НСО3)2

t

а также некоторые 2-х-зарядные катионы образуют соли с анионом HCO3¯

Все они хорошо растворимы в воде (кроме NaHCO3)
При кипячении растворов гидрокарбонатов происходит их превращение в
карбонаты или гидроксиды металлов с отщеплением СО2:

Сa(НСО3)2 = СаСО3 ↓ + Н2О + СО2 ↑ Mg(НСО3)2 = Mg(ОH)2 ↓+ Н2О + 2 СО2↑

t

t

Качественная реакция на карбонат анионы

Распознавание карбонатов в виде твердых веществ производят с помощбю разбавленных растворов HCl и H2SO4. Выделяющийся при этом СО2 определяют по помутнению известковой воды: СО32- + 2 Н+ = Н2О + СО2 ↑ СО2 + Са(OH)2 = CaCO3 ↓ + Н2О

Распознавание карбонат-анионов в растворе можно осуществить введением катионов Са 2+, что приводит к выпадению в осадок нерастворимого СаСО3

смазки при особо высоких или низких температурах
Алмаз:
- благодаря своей

твердости используется как абразивный материал
- ограненные алмазы – бриллианты используются в качестве драгоценных камней м ювелирных украшениях
В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода – производные угольной кислоты и карбоновых кислот: карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит(в виде мазей) используют для лечения кожных заболеваний
Углерод является составляющей частью стали (до 2,14 % масс.) и чугуна (более 2,14 % масс.)
Углерод в виде ископаемого топлива: угля, нефти, природного газа - важнейший источник энергии

живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод —

основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО2 из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.

Фотосинтез

СО2 – биохимически активное вещество:
в листьях растений на свету из СО2 и Н2О
образуются углеводы и кислород: