• Nimetus - C (süsinik);
• Periood - II;
• Rühm - 14 (IVa);
• Aatommass - 12,011;
• Aatomarv - 6;
• Aatomi raadius = 77 pm;
• kovalentne raadius = 77 pm;
• Elektronide jaotus - 1s 2 2s 2 2p 2;
• sulamistemperatuur = 3550 °C;
• keemistemperatuur = 4827 °C;
• Elektronegatiivsus (Paulingi järgi / Alpredi ja Rochovi järgi) = 2,55 / 2,50;
• Oksüdatsiooniaste: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Tihedus (n.a.) \u003d 2,25 g / cm 3 (grafiit);
• Molaarmaht = 5,3 cm 3 / mol.

Süsinikuühendid:

Süsinik söe kujul on inimestele teada olnud iidsetest aegadest, seetõttu pole mõtet selle avastamise kuupäevast rääkida. Tegelikult sai süsinik oma nime 1787. aastal, kui ilmus raamat "Keemilise nomenklatuuri meetod", milles prantsuskeelse nimetuse "pure coal" (charbone pur) asemel esines termin "süsinik" (carbone).

Süsinikul on ainulaadne võime moodustada piiramatu pikkusega polümeeriahelaid, tekitades nii tohutu hulga ühendeid, mida uurib eraldi keemiaharu – orgaaniline keemia. Maapealse elu aluseks on süsiniku orgaanilised ühendid, seega süsiniku tähtsusest, nagu keemiline element, pole mõtet öelda – ta on elu alus Maal.

Vaatleme nüüd süsinikku anorgaanilise keemia seisukohast.

Riis. Süsinikuaatomi struktuur.

Süsiniku elektrooniline konfiguratsioon on 1s 2 2s 2 2p 2 (vt Aatomite elektrooniline struktuur). Välisel energiatasemel on süsinikul 4 elektroni: 2 paaris s-alamtasandil + 2 paaritumata p-orbitaalidel. Kui süsinikuaatom läheb ergastatud olekusse (nõuab energiakulusid), siis üks elektron s-alatasandilt "lahkub" oma paarist ja läheb p-alatasandile, kus on üks vaba orbitaal. Seega on ergastatud olekus süsinikuaatomi elektrooniline konfiguratsioon järgmine: 1s 2 2s 1 2p 3 .

Riis. Süsinikuaatomi üleminek ergastatud olekusse.

See "valamine" laiendab oluliselt süsinikuaatomite valentsivõimalusi, mis võivad viia oksüdatsiooniastme +4 (aktiivsete mittemetallidega ühendites) kuni -4 (metallidega ühendites).

Ergastamata olekus on süsinikuaatomi valents ühendites 2, näiteks CO (II), ja ergastatud olekus on see 4: CO 2 (IV).

Süsinikuaatomi "ainulaadsus" seisneb selles, et selle välisel energiatasemel on 4 elektroni, seetõttu võib see taseme saavutamiseks (mille poole tegelikult püüavad iga keemilise elemendi aatomid) nii anda kui ka anda. liituda sama "edu" elektronidega, moodustades kovalentseid sidemeid (vt kovalentne side).

Süsinik kui lihtne aine

Lihtsa ainena võib süsinik olla mitme allotroopse modifikatsiooni kujul:

• Teemant
• Grafiit
• fullereen
• Karabiin

Teemant

Riis. Teemandi kristallvõre.

Teemantide omadused:

• värvitu kristalne aine;
• kõige kõvem aine looduses;
• on tugev murdumisefekt;
• halb soojus- ja elektrijuht.

Riis. Teemanttetraeeder.

Teemandi erakordne kõvadus on seletatav selle kristallvõre struktuuriga, millel on tetraeedri kuju - tetraeedri keskmes on süsinikuaatom, mis on ühendatud võrdselt tugevate sidemetega nelja naaberaatomiga, mis moodustavad tipud. tetraeedrist (vt ülaltoodud joonist). Selline "konstruktsioon" on omakorda seotud naabertetraeedritega.

Grafiit

Riis. Grafiidi kristallvõre.

Grafiidi omadused:

• kihilise struktuuriga halli värvi pehme kristalne aine;
• on metallilise läikega;
• juhib hästi elektrit.

Grafiidis moodustavad süsinikuaatomid korrapäraseid kuusnurki, mis asuvad samas tasapinnas ja on organiseeritud lõpmatuteks kihtideks.

grafiidis keemilised sidemed külgnevate süsinikuaatomite vahel moodustuvad iga aatomi kolme valentselektroni tõttu (alloleval joonisel näidatud sinisega), samas kui iga süsinikuaatomi neljas elektron (näidatud punasega), mis asub p-orbitaalil, mis asub risti aatomi tasapinnaga. grafiidikiht, ei osale kovalentsete sidemete moodustumisel kihi tasandil. Selle "otstarve" on erinev – suheldes oma naaberkihis lebava "vennaga", loob see ühenduse grafiidikihtide vahel ning p-elektronide suur liikuvus määrab grafiidi hea elektrijuhtivuse.

Riis. Süsinikuaatomi orbitaalide jaotus grafiidis.

fullereen

Riis. Fullereeni kristallvõre.

Fullereeni omadused:

• fullereeni molekul on süsinikuaatomite kogum, mis on suletud õõnsatesse sfääridesse nagu jalgpallipall;
• see on kollakasoranži värvi peenkristalliline aine;
• sulamistemperatuur = 500-600 °C;
• pooljuht;
• on osa mineraalsest šungiidist.

Karabiin

Karabiini omadused:

• inertne must aine;
• koosneb polümeersetest lineaarsetest molekulidest, milles aatomid on ühendatud vahelduvate üksik- ja kolmiksidemetega;
• pooljuht.

Süsiniku keemilised omadused

Kell normaalsetes tingimustes Süsinik on inertne aine, kuid kuumutamisel võib see reageerida mitmesuguste lihtsate ja keerukate ainetega.

Eespool on juba öeldud, et süsiniku välisenergia tasemel on 4 elektroni (ei seal ega siin), seetõttu võib süsinik nii elektrone loovutada kui ka vastu võtta, avaldudes mõnes ühendis taastavad omadused, ja teistes - oksüdeeriv.

Süsinik on redutseerija reaktsioonides hapniku ja teiste kõrgema elektronegatiivsusega elementidega (vt elementide elektronegatiivsuse tabelit):

• õhus kuumutamisel põleb see (hapniku liiaga koos süsinikdioksiidi moodustumisega; selle puudumisega - süsinikmonooksiid (II)):
  C + O 2 \u003d CO 2;
  2C + O 2 \u003d 2CO.
• reageerib kõrgel temperatuuril väävliauruga, interakteerub kergesti kloori, fluoriga:
  C+2S=CS2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F2+C=CF4
• kuumutamisel taastab oksiididest paljud metallid ja mittemetallid:
  C 0 + Cu + 2 O \u003d Cu 0 + C + 2 O;
  C 0 + C +4 O 2 \u003d 2C +2 O
• reageerib veega temperatuuril 1000°C (gaasistumisprotsess), moodustades vesigaasi:
  C + H2O \u003d CO + H2;

Süsinikul on reaktsioonides metallide ja vesinikuga oksüdeerivad omadused:

• reageerib metallidega, moodustades karbiide:
  Ca + 2C = CaC 2
• vesinikuga suhtlemisel moodustab süsinik metaani:
  C + 2H2 = CH4

Süsinik saadakse selle ühendite termilisel lagunemisel või metaani pürolüüsil (kõrgel temperatuuril):
CH4 = C + 2H 2.

Süsiniku kasutamine

Süsinikuühendeid kasutatakse laialdaselt rahvamajandus Neid kõiki pole võimalik loetleda, toome välja vaid mõned:

• grafiiti kasutatakse pliiatsijuhtmete, elektroodide, sulatustiiglite valmistamiseks, neutronite moderaatorina tuumareaktorid määrdeainena;
• teemante kasutatakse ehetes, lõikeriistana, puurimisseadmetes, abrasiivse materjalina;
• redutseerijana kasutatakse süsinikku teatud metallide ja mittemetallide (raud, räni) saamiseks;
• süsinik moodustab põhiosa aktiivsöest, mis on leidnud laialdast kasutust nii igapäevaelus (näiteks adsorbendina õhu ja lahuste puhastamisel) kui ka meditsiinis (aktiivsöe tabletid) ja tööstuses (katalüütiliste lisandite kandjana). , polümerisatsiooni katalüsaator jne).

(IV) (CO 2, süsinikdioksiid, süsinikdioksiid) See on värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, mis on õhust raskem ja vees lahustuv.

IN normaalsetes tingimustes tahke süsinikdioksiid läheb vedelast olekust mööda otse gaasilisse olekusse.

Suure koguse süsinikmonooksiidi korral hakkavad inimesed lämbuma. Üle 3% kontsentratsioon põhjustab kiiret hingamist ja üle 10% teadvusekaotust ja surma.

Süsinikmonooksiidi keemilised omadused.

vingugaas - see on süsinikanhüdriid H2CO3.

Kui süsinikmonooksiid juhitakse läbi kaltsiumhüdroksiidi (lubjavee), tekib valge sade:

Ca(Oh) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O

Kui süsihappegaasi võetakse liiga palju, siis moodustuvad süsivesinikud, mis lahustuvad vees:

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

mis seejärel kuumutamisel lagunevad.

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

Süsinikmonooksiidi kasutamine.

Süsinikdioksiidi kasutamine sisse erinevaid valdkondi tööstusele. IN keemiline tootmine- jahutusvedelikuna.

Toiduainetööstuses kasutatakse seda säilitusainena E290. Kuigi talle määrati "tingimisi ohutu", tegelikult see nii ei ole. Arstid on tõestanud, et E290 sagedane söömine põhjustab mürgise mürgise ühendi kogunemist. Seetõttu peate hoolikalt lugema toodete etikette.

Süsinikoksiid (IV) (süsinikdioksiid, süsihappegaas) on tavatingimustes värvitu gaas, õhust raskem, termiliselt stabiilne, kokkusurumisel ja jahutamisel muutub see kergesti vedelaks ja tahkeks.

Tihedus - 1,997 g / l. Tahke CO2, mida nimetatakse kuivaks jääks, sublimeerub toatemperatuuril. Vees halvasti lahustuv, reageerib sellega osaliselt. Näitab happelisi omadusi. Seda taastavad aktiivsed metallid, vesinik ja süsinik.

Süsinikmonooksiidi keemiline valem 4
Süsinikmonooksiidi (IV) CO2 keemiline valem. See näitab, et see molekul sisaldab ühte süsinikuaatomit (Ar = 12 a.m.u.) ja kahte hapnikuaatomit (Ar = 16 a.m.u.). Keemilise valemi järgi saate arvutada süsinikmonooksiidi (IV) molekulmassi:

Mr(CO2) = Ar(C) + 2 × Ar(O);

Mr(CO2) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44.

Näited probleemide lahendamisest
NÄIDE 1
Ülesanne 26,7 g aminohappe (CxHyOzNk) põletamisel üle hapniku tekib 39,6 g vingugaasi (IV), 18,9 g vett ja 4,2 g lämmastikku. Määrake aminohappe valem.
Lahendus Koostagem aminohappe põlemisreaktsiooni skeem, mis tähistab süsiniku, vesiniku, hapniku ja lämmastiku aatomite arvu vastavalt "x", "y", "z" ja "k":
CxHyOzNk+ Oz→CO2 + H2O + N2.

Määrame selle aine moodustavate elementide massid. Suhtelised aatommassi väärtused on võetud Perioodilisustabel DI. Mendelejev, ümardatud täisarvudeni: Ar(C) = 12 a.m.u., Ar(H) = 1 a.m.u., Ar(O) = 16 a.m.u., Ar(N) = 14 a.m.u.

M(C) = n(C) x M(C) = n(CO2) x M(C) = x M(C);

M(H) = n(H) x M(H) = 2 x n(H2O) x M(H) = x M(H);

Arvutage süsihappegaasi ja vee molaarmassid. Nagu teada, molaarmass molekul on võrdne molekuli moodustavate aatomite suhteliste aatommasside summaga (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 \u003d 9,6 g.

Defineerime keemiline valem aminohapped:

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.

Tähendab kõige lihtsam valem aminohapped C6H14O3N2.

Vastus C6H14O3N2
NÄIDE 2
Ülesanne Koostage lihtsaim valem ühendist, milles elementide massiosad on ligikaudu võrdsed: süsinik - 25,4%, vesinik - 3,17%, hapnik - 33,86%, kloor - 37,57%.
Lahendus Elemendi X massiosa HX koostisega molekulis arvutatakse järgmise valemiga:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Tähistagem süsinikuaatomite arvu molekulis tähega "x", vesiniku lämmastiku aatomite arvu "y", hapnikuaatomite arvu "z" ja klooriaatomite arvu "k"-ga.

Leidke vastav sugulane aatomi massid süsiniku, vesiniku, hapniku ja kloori elemendid (D.I. Mendelejevi perioodilisest tabelist võetud suhteliste aatommasside väärtused ümardatakse täisarvudeni).

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

Jagame elementide protsendi vastava suhtelise aatommassiga. Seega leiame seose ühendi molekulis olevate aatomite arvu vahel:

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

See tähendab, et süsiniku, vesiniku, hapniku ja kloori kombinatsiooni kõige lihtsam valem on C2H3O2Cl.

Süsinik (C) on tüüpiline mittemetall; perioodilises süsteemis on IV rühma 2. perioodil põhialarühm. Järjearv 6, Ar = 12,011 amu, tuumalaeng +6.

Füüsikalised omadused: süsinik moodustab palju allotroopseid modifikatsioone: teemant- üks kõige enam tahked ained, grafiit, kivisüsi, tahm.

Süsinikuaatomil on 6 elektroni: 1s 2 2s 2 2p 2 . Viimased kaks elektroni asuvad eraldi p-orbitaalidel ja on paarita. Põhimõtteliselt võiks see paar hõivata ühe orbitaali, kuid sel juhul suureneb elektronidevaheline tõukejõud tugevalt. Sel põhjusel võtab üks neist 2p x ja teine ​​kas 2p x , või 2p z-orbitaalid.

Väliskihi s- ja p-alatasandite energiate erinevus on väike, seetõttu läheb aatom üsna kergesti ergastatud olekusse, kus üks kahest 2s-orbitaali elektronist läheb vabaks. 2r. Valentsseisund tekib konfiguratsiooniga 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Just selline süsinikuaatomi olek on omane teemantvõrele – hübriidorbitaalide tetraeedriline ruumiline paigutus, sama sideme pikkus ja energia.

Seda nähtust nimetatakse teatavasti sp 3 -hübridisatsioon, ja saadud funktsioonid on sp 3 -hübriid . Nelja sp 3 sideme moodustumine annab süsinikuaatomile stabiilsema oleku kui kolm rr- ja üks s-s-side. Lisaks sp 3 hübridisatsioonile täheldatakse sp 2 ja sp hübridisatsiooni ka süsinikuaatomi juures . Esimesel juhul toimub vastastikune kattumine s- ja kaks p-orbitaali. Moodustub kolm ekvivalentset sp 2 - hübriidorbitaali, mis asuvad samal tasapinnal üksteise suhtes 120 ° nurga all. Kolmas orbitaal p on muutumatu ja suunatud tasapinnaga risti sp2.

Sp-hübridisatsiooni korral s- ja p-orbitaalid kattuvad. Moodustunud kahe ekvivalentse hübriidorbitaali vahele tekib 180° nurk, samas kui kummagi aatomi kaks p-orbitaali jäävad muutumatuks.

Süsiniku allotroopia. teemant ja grafiit

Grafiidikristallides paiknevad süsinikuaatomid paralleelsetes tasandites, hõivates neis korrapäraste kuusnurkade tipud. Iga süsinikuaatom on seotud kolme külgneva sp2 hübriidsidemega. Paralleelsete tasandite vahel toimub ühendus van der Waalsi jõudude mõjul. Iga aatomi vabad p-orbitaalid on suunatud kovalentsete sidemete tasanditega risti. Nende kattumine selgitab täiendavat π-sidet süsinikuaatomite vahel. Nii et alates valentsseisund, milles süsinikuaatomid on aines, sõltuvad selle aine omadused.

Süsiniku keemilised omadused

Kõige iseloomulikumad oksüdatsiooniastmed: +4, +2.

Madalatel temperatuuridel on süsinik inertne, kuid kuumutamisel selle aktiivsus suureneb.

Süsinik kui redutseerija:

- hapnikuga
C 0 + O 2 - t ° \u003d CO 2 süsinikdioksiid
hapnikupuudusega - mittetäielik põlemine:
2C 0 + O 2 - t° = 2C +2 O süsinikmonooksiid

- fluoriga
C + 2F 2 = CF 4

- auruga
C 0 + H 2 O - 1200 ° \u003d C + 2 O + H 2 vesigaas

— metallioksiididega. Sel viisil sulatatakse maagist metall.
C 0 + 2CuO - t ° \u003d 2Cu + C +4 O 2

- hapetega - oksüdeerivad ained:
C 0 + 2H 2 SO 4 (konts.) \u003d C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
С 0 + 4HNO 3 (konts.) = С +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- moodustab väävliga süsinikdisulfiidi:
C + 2S 2 \u003d CS 2.

Süsinik oksüdeeriva ainena:

- moodustab mõnede metallidega karbiide

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

Ca + 2C 0 \u003d CaC 2 -4

- vesinikuga - metaaniga (nagu ka tohutul hulgal orgaanilised ühendid)

C 0 + 2H 2 \u003d CH 4

- räniga moodustab karborundi (2000 ° C juures elektriahjus):

Süsiniku leidmine looduses

Vaba süsinik esineb teemantide ja grafiitidena. Ühendite kujul leidub süsinikku mineraalides: kriit, marmor, lubjakivi - CaCO 3, dolomiit - MgCO 3 * CaCO 3; bikarbonaadid - Mg (HCO 3) 2 ja Ca (HCO 3) 2, CO 2 on osa õhust; süsinik on looduslike orgaaniliste ühendite põhikomponent - gaas, nafta, kivisüsi, turvas, on osa orgaaniline aine, valgud, rasvad, süsivesikud, aminohapped, mis on osa elusorganismidest.

Anorgaanilised süsinikuühendid

Ei C 4+ ioonid ega C 4- ei ole ühegi normi all keemilised protsessid ei teki: süsinikuühendites on erineva polaarsusega kovalentseid sidemeid.

Süsinikoksiid (II) NII

Vingugaas; värvitu, lõhnatu, vees halvasti lahustuv, orgaanilistes lahustites lahustuv, mürgine, bp = -192°C; t sq. = -205 °C.

Kviitung
1) Tööstuses (gaasigeneraatorites):
C + O 2 = CO 2

2) Laboris - sipelg- või oksaalhappe termiline lagundamine H 2 SO 4 (konts.) juuresolekul:
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 \u003d CO + CO 2 + H 2 O

Keemilised omadused

Tavatingimustes on CO inertne; kuumutamisel - redutseerija; mittesoola moodustav oksiid.

1) hapnikuga

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

2) metalloksiididega

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

3) klooriga (valguses)

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

4) reageerib leelissulamitega (rõhu all)

CO + NaOH = HCOONa (naatriumformiaat)

5) moodustab siirdemetallidega karbonüüle

Ni + 4CO - t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO - t° = Fe(CO) 5

Süsinikmonooksiid (IV) CO2

Süsinikdioksiid, värvitu, lõhnatu, lahustuv vees - 0,9V CO 2 lahustub 1V H 2 O-s (normaalsetes tingimustes); õhust raskem; t°pl.= -78,5°C (tahket CO 2 nimetatakse "kuivaks jääks"); ei toeta põlemist.

Kviitung

1. Süsihappe soolade (karbonaatide) termiline lagunemine. Paekivi põletamine:

CaCO 3 - t ° \u003d CaO + CO 2

1. tegevust tugevad happed karbonaatide ja vesinikkarbonaatide jaoks:

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

NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2

KeemilineomadusedCO2
Happeoksiid: reageerib aluseliste oksiidide ja alustega, moodustades süsihappe soolasid

Na 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 \u003d NaHCO 3

Võib avaldada oksüdeerivaid omadusi kõrgemal temperatuuril

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

Kvalitatiivne reaktsioon

Lubjavee hägusus:

Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 3 ¯ (valge sade) + H 2 O

See kaob, kui CO 2 lastakse pikema aja jooksul läbi lubjavee, sest. lahustumatu kaltsiumkarbonaat muundatakse lahustuvaks vesinikkarbonaadiks:

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

süsihape ja sellesoola

H2CO3 - Nõrk hape, esineb ainult vesilahuses:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Kahekordne alus:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Happesoolad - vesinikkarbonaadid, vesinikkarbonaadid
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Keskmise soolad - karbonaadid

Iseloomulikud on kõik hapete omadused.

Karbonaate ja vesinikkarbonaate saab muuta üksteiseks:

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

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d 2NaHCO 3

Metallkarbonaadid (v.a leelismetallid) kuumutamisel dekarboksüleeritakse oksiidiks:

CuCO 3 - t ° \u003d CuO + CO 2

Kvalitatiivne reaktsioon- "keetmine" tugeva happe toimel:

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

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

Karbiidid

kaltsiumkarbiid:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

Atsetüleen vabaneb tsingi, kaadmiumi, lantaani ja tseeriumkarbiidide reageerimisel veega:

2 LaC2 + 6 H2O \u003d 2La (OH) 3 + 2 C 2 H2 + H2.

Be 2 C ja Al 4 C 3 lagunevad vee toimel, moodustades metaani:

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

Tehnoloogias kasutatakse titaankarbiide TiC, volfram W 2 C (kõvad sulamid), räni SiC (karborund - abrasiivina ja küttekehade materjalina).

tsüaniidid

saadakse sooda kuumutamisel ammoniaagi ja süsinikmonooksiidi atmosfääris:

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

Vesiniktsüaniidhape HCN on oluline keemiatööstuse toode, mida kasutatakse laialdaselt orgaanilises sünteesis. Selle maailmatoodang ulatub 200 tuhande tonnini aastas. Elektrooniline struktuur tsüaniidi aniooniks, sarnaselt süsinikmonooksiidiga (II), nimetatakse selliseid osakesi isoelektroonilisteks:

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

Tsüaniidid (0,1-0,2% vesilahus) kasutatakse kullakaevanduses:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 \u003d 2 K + 2 KOH.

Kui tsüaniidilahuseid keedetakse väävliga või kui tahked ained sulatatakse, tiotsüanaadid:
KCN + S = KSCN.

Kui madala aktiivsusega metallide tsüaniide kuumutatakse, saadakse tsüaniid: Hg (CN) 2 \u003d Hg + (CN) 2. tsüaniidi lahused oksüdeeritakse tsüanaadid:

2KCN + O2 = 2KOCN.

Tsüaanhape esineb kahes vormis:

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

1828. aastal sai Friedrich Wöhler (1800-1882) ammooniumtsüanaadist karbamiidi: NH 4 OCN \u003d CO (NH 2) 2 vesilahuse aurustamisega.

Seda sündmust peetakse tavaliselt sünteetilise keemia võiduks "vitalistliku teooria" üle.

Seal on tsüaanhappe isomeer - fulmiinhape

H-O-N=C.
Selle sooli (elavhõbeda fulminaat Hg(ONC) 2) kasutatakse löögisüütajates.

Süntees uurea(karbamiid):

CO 2 + 2 NH 3 \u003d CO (NH 2) 2 + H 2 O. Temperatuuril 130 0 C ja 100 atm.

Karbamiid on süsihappe amiid, seal on ka selle "lämmastiku analoog" - guanidiin.

Karbonaadid

Kõige olulisemad süsiniku anorgaanilised ühendid on süsihappe soolad (karbonaadid). H 2 CO 3 on nõrk hape (K 1 \u003d 1,3 10 -4; K 2 \u003d 5 10 -11). Karbonaatpuhvri toed süsinikdioksiidi tasakaal atmosfääris. Ookeanidel on tohutu puhvermaht, kuna need on avatud süsteem. Peamine puhverreaktsioon on tasakaal süsihappe dissotsiatsiooni ajal:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

Happesuse vähenemisega toimub süsinikdioksiidi täiendav neeldumine atmosfäärist koos happe moodustumisega:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Happesuse suurenemisega lahustuvad karbonaatkivimid (ookeani kestad, kriit ja lubjakiviladestused); see kompenseerib süsivesinike ioonide kadu:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (tv.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Tahked karbonaadid muudetakse lahustuvateks süsivesinikeks. See on süsinikdioksiidi liigse keemilise lahustamise protsess, mis neutraliseerib "kasvuhooneefekti" - Globaalne soojenemine Maa soojuskiirguse neeldumise tõttu süsihappegaasi poolt. Klaasi valmistamisel kasutatakse ligikaudu kolmandik maailma sooda (naatriumkarbonaat Na 2 CO 3) toodangust.

Süsinik

Vabas olekus moodustab süsinik 3 allotroopset modifikatsiooni: teemant, grafiit ja kunstlikult saadud karabiin.

Teemantkristallides on iga süsinikuaatom seotud tugevate kovalentsete sidemetega nelja teisega, mis asuvad selle ümber võrdsel kaugusel.

Kõik süsinikuaatomid on sp 3 hübridisatsiooni olekus. Teemandi aatomkristallvõre on tetraeedrilise struktuuriga.

Teemant on värvitu, läbipaistev, suure murdumisvõimega aine. Sellel on kõigist teadaolevatest ainetest kõrgeim kõvadus. Teemant on rabe, tulekindel, juhib halvasti soojust ja elektrit. Väikesed kaugused külgnevate süsinikuaatomite vahel (0,154 nm) määravad teemandi üsna suure tiheduse (3,5 g/cm 3 ).

Grafiidi kristallvõres on iga süsinikuaatom sp 2 hübridisatsiooni olekus ja moodustab kolm tugevat kovalentset sidet samas kihis paiknevate süsinikuaatomitega. Igast aatomist kolm elektroni, süsinik, osalevad nende sidemete moodustumisel ja neljandad valentselektronid moodustavad n-sidemeid ja on suhteliselt vabad (liikuvad). Need määravad grafiidi elektri- ja soojusjuhtivuse.

Pikkus kovalentne side Samal tasapinnal külgnevate süsinikuaatomite vaheline kaugus on 0,152 nm ja C-aatomite vaheline kaugus erinevates kihtides on 2,5 korda suurem, seega on nendevahelised sidemed nõrgad.

Grafiit on läbipaistmatu, pehme, katsudes rasvane, hallikasmusta värvi metallilise läikega aine; juhib hästi soojust ja elektrit. Grafiidi tihedus on väiksem kui teemandil ja see jaguneb kergesti õhukesteks helvesteks.

Peeneteralise grafiidi korratu struktuur on struktuuri aluseks erinevaid vorme amorfne süsinik, millest olulisemad on koks, pruun ja bituumensöed, tahm, aktiivsüsi.

See süsiniku allotroopne modifikatsioon saadakse atsetüleeni katalüütilise oksüdeerimise (dehüdropolükondensatsiooni) teel. Carbyne on ahelpolümeer, millel on kaks vormi:

C=C-C=C-... ja...=C=C=C=

Karbiinil on pooljuhtomadused.

Tavatemperatuuril on mõlemad süsiniku modifikatsioonid (teemant ja grafiit) keemiliselt inertsed. Grafiidi peenkristallilised vormid - koks, tahm, aktiivsüsi - on reaktiivsemad, kuid reeglina pärast nende eelkuumutamist kõrgele temperatuurile.

1. Koostoime hapnikuga

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

2C + O 2 \u003d 2CO + 221 kJ (O 2 puudumisega)

Söe põletamine on üks kõige olulisemad allikad energiat.

2. Koostoime fluori ja väävliga.

C + 2F 2 = CF 4 süsiniktetrafluoriid

C + 2S \u003d CS 2 süsinikdisulfiid

3. Koks on üks olulisemaid tööstuses kasutatavaid redutseerijaid. Metallurgias kasutatakse seda metallide tootmiseks oksiididest, näiteks:

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

C + ZnO = Zn + CO

4. Kui süsinik interakteerub leelise oksiididega ja leelismuldmetallid Redutseeritud metall ühineb süsinikuga, moodustades karbiidi. Näiteks: 3C + CaO \u003d CaC 2 + CO kaltsiumkarbiid

5. Koksi kasutatakse ka räni saamiseks:

2C + SiO 2 \u003d Si + 2CO

6. Koksi ülejäägiga tekib ränikarbiid (karborund) SiC.

"Vegaasi" saamine (tahke kütusega gaasistamine)

Veeauru juhtimisel läbi kuuma kivisöe saadakse CO ja H2 põlev segu, mida nimetatakse vesigaasiks:

C + H2O \u003d CO + H2

7. Reaktsioonid oksüdeerivate hapetega.

Aktiivsüsi või aktiivsüsi vähendab kuumutamisel anioonide NO 3 - ja SO 4 2 - kontsentreeritud happed:

C + 4HNO 3 \u003d CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

C + 2H 2SO 4 \u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

8. Reaktsioonid sulatatud leelismetallide nitraatidega

KNO 3 ja NaNO 3 sulades põleb purustatud kivisüsi intensiivselt, moodustades pimestava leegi:

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

1. Aktiivsete metallidega soolataoliste karbiidide moodustumine.

Süsiniku mittemetalliliste omaduste märkimisväärne nõrgenemine väljendub selles, et selle funktsioonid oksüdeeriva ainena avalduvad palju vähemal määral kui redutseerivad funktsioonid.

2. Ainult reaktsioonides aktiivsete metallidega lähevad süsinikuaatomid negatiivselt laetud ioonideks C -4 ja (C \u003d C) 2-, moodustades soolataolisi karbiide:

ZS + 4Al \u003d Al 4 C 3 alumiiniumkarbiid

2C + Ca \u003d CaC 2 kaltsiumkarbiid

3. Ioontüüpi karbiidid on väga ebastabiilsed ühendid, nad lagunevad kergesti hapete ja vee toimel, mis viitab negatiivselt laetud süsiniku anioonide ebastabiilsusele:

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

CaC 2 + 2H 2 O \u003d C 2 H 2 + Ca (OH) 2

4. Metallidega kovalentsete ühendite moodustumine

Süsiniku ja siirdemetallide segude sulamites moodustuvad karbiidid valdavalt kovalentse sidemega. Nende molekulid on muutuva koostisega ja üldiselt on ained sulamitele lähedased. Sellised karbiidid on väga vastupidavad, on keemiliselt inertsed vee, hapete, leeliste ja paljude muude reaktiivide suhtes.

5. Koostoime vesinikuga

Kõrge T ja P korral nikkelkatalüsaatori juuresolekul ühineb süsinik vesinikuga:

C + 2H2 → CH4

Reaktsioon on väga pöörduv ja sellel pole praktilist tähtsust.

Süsinikoksiid (II)– CO

(vingugaas, vingugaas, vingugaas)

Füüsikalised omadused: värvitu mürgine gaas, maitsetu ja lõhnatu, põleb sinaka leegiga, õhust kergem, vees halvasti lahustuv. Süsinikmonooksiidi kontsentratsioon õhus 12,5-74% on plahvatusohtlik.

Kviitung:

1) Tööstuses

C + O 2 \u003d CO 2 + 402 kJ

CO 2 + C \u003d 2CO - 175 kJ

Gaasigeneraatorites puhutakse veeaur mõnikord läbi kuuma kivisöe:

C + H2O \u003d CO + H2 - Q,

CO + H 2 segu, mida nimetatakse sünteesgaasiks.

2) Laboris- sipelg- või oksaalhappe termiline lagunemine H2SO4 (konts.) juuresolekul:

HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O + CO

H2C2O4 t˚C, H2SO4 → CO + CO 2 + H 2 O

Keemilised omadused:

Tavatingimustes on CO inertne; kuumutamisel - redutseerija;

CO – mittesoola moodustav oksiid.

1) hapnikuga

2C +2 O + O 2 t ˚ C → 2C +4 O 2

2) metalloksiididega CO + Me x O y \u003d CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2

3) klooriga (valguses)

CO + Cl 2 light → COCl 2 (fosgeen on mürgine gaas)

4)* reageerib leelissulamitega (rõhu all)

CO + NaOH P → HCOONa (naatriumformiaat)

Süsinikmonooksiidi mõju elusorganismidele:

Süsinikmonooksiid on ohtlik, kuna see muudab võimatuks vere hapniku kandmise elutähtsatesse organitesse, nagu süda ja aju. Vingugaas ühineb hemoglobiiniga, mis kannab hapnikku keharakkudesse, mille tagajärjel muutub see hapniku transportimiseks kõlbmatuks. Sõltuvalt sissehingatavast kogusest kahjustab vingugaas koordinatsiooni, süvendab südame-veresoonkonna haigusi ja põhjustab väsimust, peavalu, nõrkus, Vingugaasi mõju inimese tervisele sõltub selle kontsentratsioonist ja organismi kokkupuute ajast. Süsinikmonooksiidi kontsentratsioon õhus üle 0,1% põhjustab surma ühe tunni jooksul ja kontsentratsioon üle 1,2% kolme minuti jooksul.

Süsinikmonooksiidi kasutusalad:

Süsinikmonooksiidi kasutatakse peamiselt lämmastikuga segatud põlevgaasina, nn generaatori- ehk õhugaasina või vesinikuga segatud vesigaasina. Metallurgias metallide taastamiseks nende maakidest. Kõrge puhtusastmega metallide saamiseks karbonüülide lagundamisel.

Süsinikoksiid (IV) CO2 - süsinikdioksiid

Füüsikalised omadused: Süsinikdioksiid, värvitu, lõhnatu, lahustuv vees - 0,9V CO 2 lahustub 1V H 2 O-s (normaalsetes tingimustes); õhust raskem; t°pl.= -78,5°C (tahket CO 2 nimetatakse "kuivaks jääks"); ei toeta põlemist.

Molekuli struktuur:

Süsinikdioksiidil on järgmised elektronid ja struktuurvalem -

3. Süsinikainete põletamine:

CH4 + 2O2 → 2H2O+CO2

4. Aeglase oksüdatsiooniga biokeemilistes protsessides (hingamine, lagunemine, käärimine)

Keemilised omadused: