• Označení - C (Carbon);
• Období - II;
• skupina - 14 (IVa);
• Atomová hmotnost - 12,011;
• Atomové číslo - 6;
• Poloměr atomu = 77 pm;
• Kovalentní poloměr = 77 pm;
• Rozdělení elektronů - 1s 2 2s 2 2p 2;
• teplota tání = 3550 °C;
• bod varu = 4827 °C;
• Elektronegativita (podle Paulinga / podle Alpreda a Rochova) = 2,55 / 2,50;
• Oxidační stav: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Hustota (n.a.) \u003d 2,25 g/cm3 (grafit);
• Molární objem = 5,3 cm3/mol.

Sloučeniny uhlíku:

Uhlík ve formě dřevěného uhlí je člověku znám od nepaměti, proto nemá smysl hovořit o datu jeho objevení. Vlastně uhlík dostal své jméno v roce 1787, kdy vyšla kniha „Method of Chemical Nomenclature“, ve které se místo francouzského názvu „pure coal“ (charbone pur) objevil termín „carbon“ (carbone).

Uhlík má jedinečnou schopnost tvořit polymerní řetězce neomezené délky, čímž vzniká obrovská třída sloučenin, které studuje samostatný obor chemie – organická chemie. Organické sloučeniny uhlíku jsou základem pozemského života, proto o významu uhlíku, as chemický prvek, nemá smysl říkat – on je základem života na Zemi.

Nyní zvažte uhlík z hlediska anorganické chemie.

Rýže. Struktura atomu uhlíku.

Elektronová konfigurace uhlíku je 1s 2 2s 2 2p 2 (viz Elektronová struktura atomů). Na vnější energetické úrovni má uhlík 4 elektrony: 2 párové na s-podúrovni + 2 nepárové na p-orbitalech. Když atom uhlíku přejde do excitovaného stavu (vyžaduje energetické náklady), jeden elektron z podúrovně s „opustí“ svůj pár a přejde do podúrovně p, kde je jeden volný orbital. V excitovaném stavu má tedy elektronová konfigurace atomu uhlíku následující tvar: 1s 2 2s 1 2p 3 .

Rýže. Přechod atomu uhlíku do excitovaného stavu.

Tento "castling" výrazně rozšiřuje valenční možnosti atomů uhlíku, které mohou nabývat oxidačního stavu od +4 (ve sloučeninách s aktivními nekovy) až po -4 (ve sloučeninách s kovy).

V neexcitovaném stavu má atom uhlíku ve sloučeninách valenci 2, například CO (II), a v excitovaném stavu má 4: CO 2 (IV).

„Unikátnost“ atomu uhlíku spočívá v tom, že na jeho vnější energetické úrovni jsou 4 elektrony, takže k dokončení úrovně (o kterou ve skutečnosti atomy jakéhokoli chemického prvku usilují) může jak dávat, tak připojit se stejným "úspěchem" elektrony k vytvoření kovalentních vazeb (viz Kovalentní vazba).

Uhlík jako jednoduchá látka

Jako jednoduchá látka může být uhlík ve formě několika alotropních modifikací:

• diamant
• Grafit
• fulleren
• Karabina

diamant

Rýže. Krystalová mřížka diamantu.

Vlastnosti diamantu:

• bezbarvá krystalická látka;
• nejtvrdší látka v přírodě;
• má silný refrakční účinek;
• špatný vodič tepla a elektřiny.

Rýže. Diamantový čtyřstěn.

Výjimečná tvrdost diamantu se vysvětluje strukturou jeho krystalové mřížky, která má tvar čtyřstěnu - ve středu čtyřstěnu se nachází atom uhlíku, který je stejně silnými vazbami spojen se čtyřmi sousedními atomy, které tvoří vrcholy. čtyřstěnu (viz obrázek výše). Taková "stavba" je zase spojena se sousedními čtyřstěny.

Grafit

Rýže. Grafitová krystalová mřížka.

Vlastnosti grafitu:

• měkká krystalická látka šedé barvy vrstvené struktury;
• má kovový lesk;
• dobře vede elektřinu.

V grafitu tvoří atomy uhlíku pravidelné šestiúhelníky ležící ve stejné rovině, organizované do nekonečných vrstev.

v grafitu chemické vazby mezi sousedními atomy uhlíku jsou vytvořeny díky třem valenčním elektronům každého atomu (zobrazeno modře na obrázku níže), zatímco čtvrtý elektron (zobrazený červeně) každého atomu uhlíku, umístěný na p-orbitalu ležícím kolmo k rovině grafitová vrstva se nepodílí na tvorbě kovalentních vazeb v rovině vrstvy. Jeho "účel" je jiný - interakcí se svým "bratrem" ležícím v sousední vrstvě zajišťuje spojení mezi vrstvami grafitu a vysoká pohyblivost p-elektronů určuje dobrou elektrickou vodivost grafitu.

Rýže. Rozložení orbitalů atomu uhlíku v grafitu.

fulleren

Rýže. Fullerenová krystalová mřížka.

Vlastnosti fulerenů:

• molekula fullerenu je soubor atomů uhlíku uzavřených v dutých koulích jako fotbalový míč;
• je to jemně krystalická látka žlutooranžové barvy;
• teplota tání = 500-600 °C;
• polovodič;
• je součástí minerálu šungit.

Karabina

Vlastnosti karabiny:

• inertní černá látka;
• sestává z polymerních lineárních molekul, ve kterých jsou atomy spojeny střídavými jednoduchými a trojnými vazbami;
• polovodič.

Chemické vlastnosti uhlíku

Na normální podmínky Uhlík je inertní látka, ale při zahřátí může reagovat s řadou jednoduchých i složitých látek.

Již bylo řečeno výše, že na vnější energetické hladině uhlíku (ani tam, ani zde) jsou 4 elektrony, uhlík tedy může elektrony jak darovat, tak přijímat, což se projevuje v některých sloučeninách obnovující vlastnosti a v jiných - oxidační.

Uhlík je redukční činidlo při reakcích s kyslíkem a jinými prvky, které mají vyšší elektronegativitu (viz tabulka elektronegativnosti prvků):

• při zahřívání na vzduchu hoří (s přebytkem kyslíku za vzniku oxidu uhličitého; s jeho nedostatkem - oxid uhelnatý (II)):
  C + O 2 \u003d C02;
  2C + O2 \u003d 2CO.
• reaguje při vysokých teplotách se sirnými parami, snadno interaguje s chlorem, fluorem:
  C+2S=CS2
  C + 2CI2 = CCI4
  2F2+C=CF4
• při zahřátí obnovuje z oxidů mnoho kovů a nekovů:
  Co + Cu +20 \u003d Cuo + C +20;
  Co + C + 4 O 2 \u003d 2 C + 2 O
• reaguje s vodou při teplotě 1000 °C (proces zplyňování) za vzniku vodního plynu:
  C + H20 \u003d CO + H2;

Uhlík vykazuje oxidační vlastnosti při reakcích s kovy a vodíkem:

• reaguje s kovy za vzniku karbidů:
  Ca + 2C = CaC2
• při interakci s vodíkem uhlík tvoří metan:
  C + 2H2 = CH4

Uhlík se získává tepelným rozkladem jeho sloučenin nebo pyrolýzou metanu (při vysoké teplotě):
CH4 \u003d C + 2H 2.

Aplikace uhlíku

Sloučeniny uhlíku jsou široce používány v národní ekonomika Není možné vyjmenovat všechny, uvedeme jen některé:

• grafit se používá k výrobě tužek, elektrod, tavných kelímků, jako moderátor neutronů v jaderné reaktory jako lubrikant;
• diamanty se používají ve špercích, jako řezný nástroj, ve vrtacích zařízeních, jako brusný materiál;
• jako redukční činidlo se uhlík používá k získání určitých kovů a nekovů (železo, křemík);
• uhlík tvoří hlavní část aktivního uhlí, které našlo široké uplatnění jak v každodenním životě (například jako adsorbent pro čištění vzduchu a roztoků), tak v lékařství (tablety s aktivním uhlím) a v průmyslu (jako nosič katalytických přísad polymerační katalyzátor atd.).

(IV) (CO 2, oxid uhličitý, oxid uhličitý) Je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je těžší než vzduch a je rozpustný ve vodě.

V normální podmínky pevný oxid uhličitý přechází přímo do plynného skupenství a obchází kapalné skupenství.

Při velkém množství oxidu uhelnatého se lidé začnou dusit. Koncentrace nad 3 % vedou k rychlému dýchání a u více než 10 % dochází ke ztrátě vědomí a smrti.

Chemické vlastnosti oxidu uhelnatého.

kysličník uhelnatý - je to anhydrid kyseliny uhličitý H2CO3.

Když oxid uhelnatý prochází hydroxidem vápenatým (vápennou vodou), pozoruje se bílá sraženina:

Ca(Ach) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 Ó

Pokud se oxid uhličitý bere v přebytku, pozoruje se tvorba uhlovodíků, které se rozpouštějí ve vodě:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2,

které se pak při zahřátí rozkládají.

2KNCO 3 \u003d K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Použití oxidu uhelnatého.

Použití oxidu uhličitého v různé oblasti průmysl. V chemická výroba- jako chladicí kapalina.

V potravinářském průmyslu se používá jako konzervant E290. Přestože mu byl přidělen „podmíněně bezpečný“, ve skutečnosti tomu tak není. Lékaři prokázali, že časté pojídání E290 vede k hromadění toxické jedovaté sloučeniny. Proto je třeba pečlivě číst etikety na výrobcích.

Oxid uhelnatý (IV) (oxid uhličitý, oxid uhličitý) je za normálních podmínek bezbarvý plyn, těžší než vzduch, tepelně stabilní a po stlačení a ochlazení snadno přechází do kapalného a pevného skupenství.

Hustota - 1,997 g / l. Pevný CO2, nazývaný suchý led, sublimuje při pokojové teplotě. Špatně rozpustný ve vodě, částečně s ní reaguje. Vykazuje kyselé vlastnosti. Obnovuje se aktivními kovy, vodíkem a uhlíkem.

Chemický vzorec oxidu uhelnatého 4
Chemický vzorec oxidu uhelnatého (IV) CO2. Ukazuje, že tato molekula obsahuje jeden atom uhlíku (Ar = 12 a.m.u.) a dva atomy kyslíku (Ar = 16 a.m.u.). Podle chemického vzorce můžete vypočítat molekulovou hmotnost oxidu uhelnatého (IV):

Mr(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O);

Mr(CO2) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44.

Příklady řešení problémů
PŘÍKLAD 1
Úkol Při spalování 26,7 g aminokyseliny (CxHyOzNk) v přebytku kyslíku vznikne 39,6 g oxidu uhelnatého (IV), 18,9 g vody a 4,2 g dusíku. Určete vzorec aminokyselin.
Řešení Sestavme schéma spalovací reakce aminokyseliny, přičemž počet atomů uhlíku, vodíku, kyslíku a dusíku označíme jako „x“, „y“, „z“ a „k“, v tomto pořadí:
CxHyOzNk+ Oz→CO2 + H2O + N2.

Stanovme hmotnosti prvků, které tvoří tuto látku. Hodnoty relativní atomové hmotnosti převzaty z Periodická tabulka DI. Mendělejev, zaokrouhleno na celá čísla: Ar(C) = 12 am.u., Ar(H) = 1 a.m.u., Ar(O) = 16 a.m.u., Ar(N) = 14 am.u.

M(C) = n(C)xM(C) = n(C02)xM(C) = xM(C);

M(H) = n(H)xM(H) = 2xn(H20)xM(H) = xM(H);

Vypočítejte molární hmotnosti oxidu uhličitého a vody. jak je známo, molární hmotnost molekula se rovná součtu relativních atomových hmotností atomů, které tvoří molekulu (M = Mr):

M(C02) = Ar(C) + 2xAr(O) = 12+ 2x16 = 12 + 32 = 44 g/mol;

M(H20) = 2 x Ar(H) + Ar(O) = 2 x 1+ 16 = 2 + 16 = 18 g/mol.

M(C) = x 12 = 10,8 g;

M(H) = 2 x 18,9 / 18 x 1 = 2,1 g.

M(O) \u003d m (CxHyOzNk) - m (C) - m (H) - m (N) \u003d 26,7 - 10,8 - 2,1 - 4,2 \u003d 9,6 g.

Pojďme definovat chemický vzorec aminokyseliny:

X:y:z:k = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H): m(0)/Ar(0): 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.

Prostředek nejjednodušší vzorec aminokyseliny C6H14O3N2.

Odpověď C6H14O3N2
PŘÍKLAD 2
Úkol Sestavte co nejjednodušší vzorec sloučeniny, ve které jsou hmotnostní zlomky prvků přibližně stejné: uhlík - 25,4 %, vodík - 3,17 %, kyslík - 33,86 %, chlor - 37,57 %.
Řešení Hmotnostní zlomek prvku X v molekule složení HX se vypočítá podle následujícího vzorce:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100 %.

Označme počet atomů uhlíku v molekule jako „x“, počet atomů vodíku a dusíku jako „y“, počet atomů kyslíku jako „z“ a počet atomů chloru jako „k“.

Najděte příslušného příbuzného atomové hmotnosti prvky uhlíku, vodíku, kyslíku a chloru (hodnoty relativních atomových hmotností převzaté z periodické tabulky D.I. Mendělejeva budou zaokrouhleny nahoru na celá čísla).

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

Procento prvků vydělíme odpovídajícími relativními atomovými hmotnostmi. Najdeme tedy vztah mezi počtem atomů v molekule sloučeniny:

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

To znamená, že nejjednodušší vzorec pro kombinaci uhlíku, vodíku, kyslíku a chloru bude C2H3O2Cl.

uhlík (C) je typický nekov; v periodické soustavě je ve 2. období IV skupina, hlavní podskupina. Pořadové číslo 6, Ar = 12,011 amu, jaderný náboj +6.

Fyzikální vlastnosti: uhlík tvoří mnoho alotropních modifikací: diamant- jeden z nejvíce pevné látky, grafit, uhlí, saze.

Atom uhlíku má 6 elektronů: 1s 2 2 s 2 2p 2 . Poslední dva elektrony jsou umístěny v samostatných p-orbitalech a jsou nepárové. V zásadě by tato dvojice mohla obsadit jeden orbital, ale v tomto případě se mezielektronové odpuzování silně zvyšuje. Z tohoto důvodu jeden z nich trvá 2p x a druhý buď 2p y , nebo 2p z-orbitaly.

Rozdíl mezi energiemi s- a p-podúrovně vnější vrstvy je malý, proto atom poměrně snadno přechází do excitovaného stavu, ve kterém jeden ze dvou elektronů z 2s-orbitalu přechází do volného. 2r. Vzniká valenční stav s konfigurací 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Právě tento stav atomu uhlíku je charakteristický pro diamantovou mřížku – tetraedrické prostorové uspořádání hybridních orbitalů, stejná délka vazby a energie.

Tento jev je známý jako tzv sp 3 -hybridizace, a výsledné funkce jsou sp 3 -hybridní . Vytvoření čtyř vazeb sp3 poskytuje atomu uhlíku stabilnější stav než tři rr- a jeden s-s-bond. Kromě hybridizace sp 3 jsou na atomu uhlíku také pozorovány hybridizace sp 2 a sp . V prvním případě dochází k vzájemnému překrývání s- a dva p-orbitaly. Jsou vytvořeny tři ekvivalentní sp 2 - hybridní orbitaly umístěné ve stejné rovině pod úhlem 120° vůči sobě. Třetí orbitál p je nezměněn a směřuje kolmo k rovině sp2.

Při hybridizaci sp se orbitaly s a p překrývají. Mezi vytvořenými dvěma ekvivalentními hybridními orbitaly vzniká úhel 180°, zatímco dva p-orbitaly každého z atomů zůstávají nezměněny.

Alotropie uhlíku. diamant a grafit

V krystalu grafitu jsou atomy uhlíku umístěny v rovnoběžných rovinách a zaujímají v nich vrcholy pravidelných šestiúhelníků. Každý z atomů uhlíku je spojen se třemi sousedními hybridními vazbami sp2. Mezi rovnoběžnými rovinami je spojení provedeno van der Waalsovými silami. Volné p-orbitaly každého z atomů směřují kolmo k rovinám kovalentních vazeb. Jejich překrývání vysvětluje další π-vazbu mezi atomy uhlíku. Takže od valenční stav, ve kterém jsou atomy uhlíku v látce, závisí vlastnosti této látky.

Chemické vlastnosti uhlíku

Nejcharakterističtější oxidační stavy: +4, +2.

Při nízkých teplotách je uhlík inertní, ale při zahřívání se jeho aktivita zvyšuje.

Uhlík jako redukční činidlo:

- s kyslíkem
C 0 + O 2 - t ° \u003d CO 2 oxid uhličitý
s nedostatkem kyslíku - nedokonalé spalování:
2C 0 + O 2 - t° = 2C +2 O oxid uhelnatý

- s fluorem
C + 2F2 = CF4

- s párou
C 0 + H 2 O - 1200 ° \u003d C + 2 O + H 2 vodní plyn

— s oxidy kovů. Tímto způsobem se kov taví z rudy.
C 0 + 2CuO - t ° \u003d 2Cu + C +4 O 2

- s kyselinami - oxidačními činidly:
Co + 2H2S04 (konc.) \u003d C +402 + 2SO2 + 2H20
С 0 + 4HN03 (konc.) = С +402 + 4NO2 + 2H20

- tvoří se sírou sirouhlík:
C + 2S 2 \u003d CS 2.

Uhlík jako oxidační činidlo:

- s některými kovy tvoří karbidy

4Al + 3C 0 \u003d Al 4 C 3

Ca + 2C 0 \u003d CaC 2-4

- s vodíkem - metanem (stejně jako obrovské množství organické sloučeniny)

Co + 2H2 \u003d CH4

- s křemíkem tvoří karborundum (při 2000 °C v elektrické peci):

Hledání uhlíku v přírodě

Volný uhlík se vyskytuje jako diamant a grafit. Ve formě sloučenin se uhlík nachází v minerálech: křída, mramor, vápenec - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 * CaCO 3; hydrogenuhličitany - Mg (HCO 3) 2 a Ca (HCO 3) 2, CO 2 je součástí vzduchu; uhlík je hlavní složkou přírodních organických sloučenin – plynu, ropy, uhlí, rašeliny, je součástí organická hmota, bílkoviny, tuky, sacharidy, aminokyseliny, které jsou součástí živých organismů.

Anorganické sloučeniny uhlíku

Ani C 4+ ionty, ani C 4- - v žádném normálu chemické procesy nevznikají: ve sloučeninách uhlíku jsou kovalentní vazby různé polarity.

oxid uhelnatý (II) TAK

Kysličník uhelnatý; bezbarvý, bez zápachu, těžce rozpustný ve vodě, rozpustný v organických rozpouštědlech, jedovatý, bp = -192°C; t čtverečních = -205 °C.

Účtenka
1) V průmyslu (v plynových generátorech):
C + 02 = C02

2) Laboratorně - tepelný rozklad kyseliny mravenčí nebo šťavelové za přítomnosti H 2 SO 4 (konc.):
HCOOH = H2O + CO

H2C204 \u003d CO + CO2 + H20

Chemické vlastnosti

Za běžných podmínek je CO inertní; při zahřátí - redukční činidlo; oxid netvořící sůl.

1) s kyslíkem

2C +2 O + O2 \u003d 2C +4 O2

2) s oxidy kovů

C +2 O + CuO \u003d Cu + C +4 O 2

3) s chlórem (na světle)

CO + Cl 2 - hn \u003d COCl 2 (fosgen)

4) reaguje s alkalickými taveninami (pod tlakem)

CO + NaOH = HCOONa (mravčan sodný)

5) tvoří karbonyly s přechodnými kovy

Ni + 4CO - t° = Ni(CO)4

Fe + 5CO - t° = Fe(CO)5

Oxid uhelnatý (IV) CO2

Oxid uhličitý, bezbarvý, bez zápachu, rozpustnost ve vodě - 0,9V CO 2 se rozpouští v 1V H 2 O (za normálních podmínek); těžší než vzduch; t°pl.= -78,5°C (pevný C02 se nazývá "suchý led"); nepodporuje spalování.

Účtenka

1. Tepelný rozklad solí kyseliny uhličité (uhličitany). Pálení vápence:

CaC03 - t ° \u003d CaO + CO2

1. akce silné kyseliny pro uhličitany a hydrogenuhličitany:

CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHC03 + HCl \u003d NaCl + H20 + CO2

ChemikálievlastnostiCO2
Oxid kyseliny: reaguje se zásaditými oxidy a zásadami za vzniku solí kyseliny uhličité

Na20 + CO2 \u003d Na2C03

2NaOH + CO2 \u003d Na2C03 + H20

NaOH + CO2 \u003d NaHC03

Může vykazovat oxidační vlastnosti při zvýšených teplotách

C +4 O 2 + 2 Mg - t ° \u003d 2 Mg +2 O + C 0

Kvalitativní reakce

Zákal vápenné vody:

Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 3 ¯ (bílá sraženina) + H 2 O

Při dlouhodobém průchodu CO 2 vápennou vodou mizí, protože. nerozpustný uhličitan vápenatý se přemění na rozpustný hydrogenuhličitan:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2

kyselina uhličitá a jejísůl

H2CO3 — Slabá kyselina, existuje pouze ve vodném roztoku:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Dvojitá základna:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Soli kyselin - hydrogenuhličitany, hydrogenuhličitany
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Střední soli - uhličitany

Všechny vlastnosti kyselin jsou charakteristické.

Uhličitany a hydrogenuhličitany lze vzájemně přeměnit:

2NaHCO 3 - t ° \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na2CO3 + H2O + CO2 \u003d 2NaHC03

Uhličitany kovů (kromě alkalických kovů) při zahřátí dekarboxylovat za vzniku oxidu:

CuCO3 - t ° \u003d CuO + CO2

Kvalitativní reakce- "vaření" působením silné kyseliny:

Na2CO3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H20 + CO2

C032- + 2H+ = H20 + C02

Karbidy

karbid vápníku:

CaO + 3 C = CaC2 + CO

CaC2 + 2 H20 \u003d Ca (OH) 2 + C2H2.

Acetylen se uvolňuje, když karbidy zinku, kadmia, lanthanu a ceru reagují s vodou:

2 LaC2 + 6 H20 \u003d 2La (OH) 3 + 2 C2H2 + H2.

Be 2 C a Al 4 C 3 se rozkládají vodou za vzniku metanu:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O \u003d 4 Al (OH) 3 \u003d 3 CH 4.

V technologii se používají karbidy titanu TiC, wolfram W 2 C (tvrdé slitiny), křemík SiC (karborundum - jako brusivo a materiál pro topidla).

kyanidy

získané zahřátím sody v atmosféře amoniaku a oxidu uhelnatého:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO \u003d 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Kyselina kyanovodíková HCN je důležitým produktem chemického průmyslu široce používaným v organické syntéze. Jeho světová produkce dosahuje 200 tisíc tun ročně. Elektronická struktura kyanidový anion, podobně jako oxid uhelnatý (II), se takové částice nazývají isoelektronické:

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

Kyanidy (0,1-0,2 % vodní roztok) se používají při těžbě zlata:

2 Au + 4 KCN + H20 + 0,5 O2 \u003d 2 K + 2 KOH.

Když se kyanidové roztoky vaří se sírou nebo když dochází k roztavení pevných látek, thiokyanáty:
KCN + S = KSCN.

Když se kyanidy nízkoaktivních kovů zahřejí, získá se kyanid: Hg (CN) 2 \u003d Hg + (CN) 2. roztoky kyanidu se oxidují na kyanáty:

2KCN + O2 = 2KOCN.

Kyselina kyanová existuje ve dvou formách:

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

V roce 1828 získal Friedrich Wöhler (1800-1882) močovinu z kyanátu amonného: NH 4 OCN \u003d CO (NH 2) 2 odpařením vodného roztoku.

Tato událost je obvykle vnímána jako vítězství syntetické chemie nad „vitalistickou teorií“.

Existuje izomer kyseliny kyanové - kyselina fulminová

H-O-N=C.
Jeho soli (fulminát rtuťnatý Hg(ONC) 2) se používají v nárazových zapalovačích.

Syntéza močovina(karbamid):

CO 2 + 2 NH 3 \u003d CO (NH 2) 2 + H20. Při 130 °C a 100 atm.

Močovina je amid kyseliny uhličité, existuje i její „dusíkový analog“ – guanidin.

Uhličitany

Nejdůležitější anorganické sloučeniny uhlíku jsou soli kyseliny uhličité (uhličitany). H2CO3 je slabá kyselina (K1 \u003d 1,3 10-4; K2 \u003d 5 10-11). Podpěry karbonátového pufru bilance oxidu uhličitého v atmosféře. Oceány mají obrovskou vyrovnávací kapacitu, protože jsou otevřeným systémem. Hlavní pufrovací reakcí je rovnováha během disociace kyseliny uhličité:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

S poklesem kyselosti dochází k další absorpci oxidu uhličitého z atmosféry s tvorbou kyseliny:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Se zvýšením kyselosti se uhličitanové horniny (skořápky, křída a vápencové usazeniny v oceánu) rozpouštějí; to kompenzuje ztrátu hydrokarbonátových iontů:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (tv.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Pevné uhličitany se přeměňují na rozpustné uhlovodíky. Právě tento proces chemického rozpouštění přebytečného oxidu uhličitého působí proti „skleníkového efektu“ – globální oteplování v důsledku absorpce tepelného záření Země oxidem uhličitým. Přibližně jedna třetina světové produkce sody (uhličitan sodný Na 2 CO 3) se spotřebuje na výrobu skla.

Uhlík

Uhlík ve volném stavu tvoří 3 alotropní modifikace: diamant, grafit a uměle získaná karabina.

V diamantovém krystalu je každý atom uhlíku vázán silnými kovalentními vazbami ke čtyřem dalším umístěným ve stejných vzdálenostech kolem něj.

Všechny atomy uhlíku jsou ve stavu sp3 hybridizace. Atomová krystalová mřížka diamantu má čtyřstěnnou strukturu.

Diamant je bezbarvá, průhledná, vysoce refrakční látka. Má nejvyšší tvrdost ze všech známých látek. Diamant je křehký, žáruvzdorný, špatně vede teplo a elektřina. Malé vzdálenosti mezi sousedními atomy uhlíku (0,154 nm) určují poměrně vysokou hustotu diamantu (3,5 g/cm 3 ).

V krystalové mřížce grafitu je každý atom uhlíku ve stavu sp 2 hybridizace a tvoří tři silné kovalentní vazby s atomy uhlíku umístěnými ve stejné vrstvě. Na tvorbě těchto vazeb se podílejí tři elektrony každého atomu uhlík a čtvrté valenční elektrony tvoří n-vazby a jsou relativně volné (pohyblivé). Určují elektrickou a tepelnou vodivost grafitu.

Délka kovalentní vazba mezi sousedními atomy uhlíku ve stejné rovině je 0,152 nm a vzdálenost mezi atomy C v různých vrstvách je 2,5krát větší, takže vazby mezi nimi jsou slabé.

Grafit je neprůhledná, měkká, na dotek mastná hmota šedočerné barvy s kovovým leskem; dobře vede teplo a elektřinu. Grafit má nižší hustotu než diamant a snadno se štěpí na tenké vločky.

Základem struktury je neuspořádaná struktura jemnozrnného grafitu různé formy amorfní uhlík, z nichž nejdůležitější jsou koks, hnědý a živičné uhlí, saze, aktivní (aktivní) uhlí.

Tato alotropní modifikace uhlíku se získává katalytickou oxidací (dehydropolykondenzací) acetylenu. Carbyne je řetězový polymer, který má dvě formy:

C=C-C=C-... a...=C=C=C=

Karbin má polovodičové vlastnosti.

Při běžné teplotě jsou obě modifikace uhlíku (diamant i grafit) chemicky inertní. Jemně krystalické formy grafitu - koks, saze, aktivní uhlí - jsou reaktivnější, ale zpravidla po předehřátí na vysokou teplotu.

1. Interakce s kyslíkem

C + O 2 \u003d CO 2 + 393,5 kJ (přebytek O 2)

2C + O 2 \u003d 2CO + 221 kJ (s nedostatkem O 2)

Spalování uhlí je jedním z nejdůležitější zdroje energie.

2. Interakce s fluorem a sírou.

C + 2F2 = CF4 fluorid uhličitý

C + 2S \u003d CS 2 sirouhlík

3. Koks je jedním z nejdůležitějších redukčních činidel používaných v průmyslu. V metalurgii se používá k výrobě kovů z oxidů, například:

ZS + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + ZSO

C + ZnO = Zn + CO

4. Při interakci uhlíku s oxidy alkálií a kovy alkalických zemin Redukovaný kov se spojí s uhlíkem za vzniku karbidu. Například: 3C + CaO \u003d CaC2 + CO karbid vápníku

5. Koks se také používá k získávání křemíku:

2C + Si02 \u003d Si + 2CO

6. Při přebytku koksu vzniká karbid křemíku (karborundum) SiC.

Získávání "vodního plynu" (zplyňování pevných paliv)

Průchodem vodní páry žhavým uhlím se získá hořlavá směs CO a H 2, nazývaná vodní plyn:

C + H20 \u003d CO + H2

7. Reakce s oxidujícími kyselinami.

Aktivní uhlí nebo dřevěné uhlí při zahřívání redukuje anionty NO 3 - a SO 4 2- z koncentrované kyseliny:

C + 4HNO3 \u003d CO2 + 4NO2 + 2H20

C + 2H2SO4 \u003d CO2 + 2SO2 + 2H20

8. Reakce s roztavenými dusičnany alkalických kovů

Při tavení KNO 3 a NaNO 3 drcené uhlí intenzivně hoří za vzniku oslepujícího plamene:

5C + 4KNO 3 \u003d 2K 2 CO 3 + ZCO 2 + 2N 2

1. Vznik solí podobných karbidů s aktivními kovy.

Výrazné oslabení nekovových vlastností uhlíku se projevuje tím, že jeho funkce oxidačního činidla se projevují v mnohem menší míře než funkce redukční.

2. Pouze při reakcích s aktivními kovy přecházejí atomy uhlíku na záporně nabité ionty C -4 a (C \u003d C) 2- a tvoří karbidy podobné soli:

ZS + 4Al \u003d Al 4 C 3 karbid hliníku

2C + Ca \u003d CaC2 karbid vápníku

3. Karbidy iontového typu jsou velmi nestabilní sloučeniny, snadno se rozkládají působením kyselin a vody, což ukazuje na nestabilitu záporně nabitých aniontů uhlíku:

Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d ZSN 4 + 4Al (OH) 3

CaC2 + 2H20 \u003d C2H2 + Ca (OH)2

4. Vznik kovalentních sloučenin s kovy

V taveninách směsí uhlíku s přechodnými kovy vznikají karbidy převážně s kovalentním typem vazby. Jejich molekuly mají proměnlivé složení a látky obecně se blíží slitinám. Takové karbidy jsou vysoce odolné, jsou chemicky inertní vůči vodě, kyselinám, zásadám a mnoha dalším činidlům.

5. Interakce s vodíkem

Při vysokých T a P, v přítomnosti niklového katalyzátoru, se uhlík spojuje s vodíkem:

C + 2H2 -> CH4

Reakce je velmi vratná a nemá praktický význam.

oxid uhelnatý (II)– CO

(kysličník uhelnatý, kysličník uhelnatý, kysličník uhelnatý)

Fyzikální vlastnosti: bezbarvý jedovatý plyn, bez chuti a zápachu, hoří namodralým plamenem, lehčí než vzduch, ve vodě špatně rozpustný. Koncentrace oxidu uhelnatého ve vzduchu 12,5-74% je výbušná.

Účtenka:

1) V průmyslu

C + O 2 \u003d CO 2 + 402 kJ

CO 2 + C \u003d 2CO - 175 kJ

V plynových generátorech je vodní pára někdy vháněna přes žhavé uhlí:

C + H 2 O \u003d CO + H 2 - Q,

směs CO + H 2 – tzv. syntéza – plyn.

2) V laboratoři- tepelný rozklad kyseliny mravenčí nebo šťavelové v přítomnosti H 2 SO 4 (konc.):

HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O + CO

H2C204 t˚C,H2SO4 → CO + CO 2 + H20

Chemické vlastnosti:

Za běžných podmínek je CO inertní; při zahřátí - redukční činidlo;

CO - nesolitvorný oxid.

1) s kyslíkem

2C +2 O + O 2 t˚ C → 2C +4 O 2

2) s oxidy kovů CO + Me x O y \u003d CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2

3) s chlórem (na světle)

CO + Cl 2 světlo → COCl 2 (fosgen je jedovatý plyn)

4)* reaguje s alkalickými taveninami (pod tlakem)

CO + NaOH P → HCOONa (mravčan sodný)

Vliv oxidu uhelnatého na živé organismy:

Oxid uhelnatý je nebezpečný, protože znemožňuje krvi přenášet kyslík do životně důležitých orgánů, jako je srdce a mozek. Oxid uhelnatý se slučuje s hemoglobinem, který přenáší kyslík do buněk těla, v důsledku čehož se stává nevhodným pro transport kyslíku. V závislosti na vdechovaném množství oxid uhelnatý zhoršuje koordinaci, zhoršuje kardiovaskulární onemocnění a způsobuje únavu, bolest hlavy, slabost, Vliv oxidu uhelnatého na lidské zdraví závisí na jeho koncentraci a době expozice organismu. Koncentrace oxidu uhelnatého ve vzduchu nad 0,1 % vede ke smrti do jedné hodiny a koncentrace vyšší než 1,2 % do tří minut.

Aplikace oxidu uhelnatého:

Oxid uhelnatý se používá především jako hořlavý plyn smíchaný s dusíkem, tzv. generátorový nebo vzduchový plyn, nebo vodní plyn smíchaný s vodíkem. V metalurgii pro získávání kovů z jejich rud. Získávat vysoce čisté kovy rozkladem karbonylů.

Oxid uhelnatý (IV) CO2 - oxid uhličitý

Fyzikální vlastnosti: Oxid uhličitý, bezbarvý, bez zápachu, rozpustnost ve vodě - 0,9V CO 2 se rozpouští v 1V H 2 O (za normálních podmínek); těžší než vzduch; t°pl.= -78,5°C (pevný C02 se nazývá "suchý led"); nepodporuje spalování.

Struktura molekuly:

Oxid uhličitý má následující elektron a strukturní vzorec -

3. Spalování uhlíkatých látek:

CH4 + 202 → 2H2O+CO2

4. S pomalou oxidací v biochemických procesech (dýchání, rozklad, fermentace)

Chemické vlastnosti: