• Megnevezés - C (szén);
• Időszak - II;
• csoport - 14 (IVa);
• Atomtömeg - 12,011;
• Atomszám - 6;
• Egy atom sugara = 77 pm;
• Kovalens sugár = 77 pm;
• Az elektronok eloszlása ​​- 1s 2 2s 2 2p 2;
• olvadáspont = 3550 °C;
• forráspont = 4827 °C;
• Elektronegativitás (Pauling szerint / Alpred és Rochov szerint) = 2,55 / 2,50;
• Oxidációs állapot: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Sűrűség (n.a.) \u003d 2,25 g / cm 3 (grafit);
• Moláris térfogat = 5,3 cm 3 / mol.

Szénvegyületek:

A szén formájában lévő szén ősidők óta ismert az ember számára, ezért nincs értelme a felfedezés dátumáról beszélni. Valójában a szén 1787-ben kapta a nevét, amikor megjelent a "Kémiai nómenklatúra módszere" című könyv, amelyben a "szén" (carbone) kifejezés szerepel a francia "pure coal" (charbone pur) elnevezés helyett.

A szén egyedülálló képességgel rendelkezik, hogy korlátlan hosszúságú polimer láncokat hozzon létre, így a vegyületek hatalmas osztálya keletkezik, amelyeket a kémia egy külön ága, a szerves kémia vizsgál. A szén szerves vegyületei állnak a földi élet hátterében, ezért a szén fontosságáról, mint kémiai elem, nincs értelme kimondani – ő a földi élet alapja.

Most nézzük a szenet a szervetlen kémia szemszögéből.

Rizs. A szénatom szerkezete.

A szén elektronkonfigurációja 1s 2 2s 2 2p 2 (lásd: Az atomok elektronszerkezete). A külső energiaszinten a szénnek 4 elektronja van: 2 párosítva az s-alszinten + 2 páratlan a p-pályákon. Amikor egy szénatom gerjesztett állapotba kerül (energiaköltséget igényel), az s-alszintről egy elektron "elhagyja" a párját, és a p-alszintre kerül, ahol egy szabad pálya van. Így gerjesztett állapotban a szénatom elektronkonfigurációja a következő alakot ölti: 1s 2 2s 1 2p 3 .

Rizs. A szénatom átmenete gerjesztett állapotba.

Ez az "öntvény" jelentősen kibővíti a szénatomok vegyértéklehetőségeit, amelyek az oxidációs állapotot +4-ről (aktív nemfémeket tartalmazó vegyületeknél) -4-re (fémekkel rendelkező vegyületekben) vehetik át.

Gerjesztetlen állapotban a vegyületekben a szénatom vegyértéke 2, például CO (II), gerjesztett állapotban pedig 4:CO 2 (IV).

A szénatom "egyedisége" abban rejlik, hogy a külső energiaszintjén 4 elektron található, ezért a szint teljesítéséhez (amire tulajdonképpen bármely kémiai elem atomjai törekednek) egyszerre tud elektronokat adni és hozzáadni ugyanolyan "sikerrel" kovalens kötések kialakításával (lásd Kovalens kötés).

A szén mint egyszerű anyag

Egyszerű anyagként a szén számos allotróp módosulat formájában lehet:

• gyémánt
• Grafit
• fullerén
• Karabély

gyémánt

Rizs. A gyémánt kristályrácsa.

Gyémánt tulajdonságai:

• színtelen kristályos anyag;
• a természet legkeményebb anyaga;
• erős fénytörő hatással rendelkezik;
• rossz hő- és elektromos vezető.

Rizs. Gyémánt tetraéder.

A gyémánt kivételes keménységét a kristályrács szerkezete magyarázza, amely tetraéder alakú - a tetraéder közepén egy szénatom található, amelyet ugyanolyan erős kötések kötnek össze négy szomszédos atommal, amelyek a tetraéder csúcsait alkotják (lásd a fenti ábrát). Egy ilyen „konstrukció” viszont a szomszédos tetraéderekhez kapcsolódik.

Grafit

Rizs. Grafit kristályrács.

A grafit tulajdonságai:

• réteges szerkezetű szürke színű lágy kristályos anyag;
• fémes fényű;
• jól vezeti az elektromosságot.

A grafitban a szénatomok szabályos hatszögeket alkotnak, amelyek ugyanabban a síkban helyezkednek el, és végtelen rétegekbe rendeződnek.

grafitban kémiai kötések A szomszédos szénatomok között minden atom három vegyértékelektronja képződik (az alábbi ábrán kékkel), míg a szénatomok negyedik elektronja (pirossal), amely a grafitréteg síkjára merőlegesen fekvő p-pályán helyezkedik el, nem vesz részt a kovalens kötések kialakításában a réteg síkjában. "Célja" más - a szomszédos rétegben fekvő "testvérével" kölcsönhatásba lépve kapcsolatot biztosít a grafitrétegek között, a p-elektronok nagy mobilitása pedig meghatározza a grafit jó elektromos vezetőképességét.

Rizs. A szénatom pályáinak megoszlása ​​a grafitban.

fullerén

Rizs. Fullerén kristályrács.

Fullerén tulajdonságai:

• a fullerén molekula üreges gömbökbe zárt szénatomok összessége, mint egy futballlabda;
• ez egy finom kristályos anyag, sárga-narancs színű;
• olvadáspont = 500-600 °C;
• félvezető;
• a shungit ásvány része.

Karabély

A karabély tulajdonságai:

• inert fekete anyag;
• polimer lineáris molekulákból áll, amelyekben az atomok váltakozó egyszeres és hármas kötéssel kapcsolódnak egymáshoz;
• félvezető.

A szén kémiai tulajdonságai

Nál nél normál körülmények között A szén inert anyag, de hevítve reakcióba léphet különféle egyszerű és összetett anyagokkal.

Fentebb már volt szó, hogy a szén külső energiaszintjén 4 elektron található (sem ott, sem itt), ezért a szén egyszerre tud elektronokat adni és elfogadni, megnyilvánulva egyes vegyületekben helyreállító tulajdonságok, és másokban - oxidáló.

A szén az redukálószer oxigénnel és más nagyobb elektronegativitású elemekkel való reakciókban (lásd az elemek elektronegativitási táblázatát):

• levegőn hevítve ég (oxigén-felesleggel szén-dioxid képződésével; hiányában szén-monoxid (II)):
  C + O 2 \u003d CO 2;
  2C + O 2 \u003d 2CO.
• magas hőmérsékleten reagál kéngőzzel, könnyen kölcsönhatásba lép klórral, fluorral:
  C+2S=CS2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F2+C=CF4
• hevítéskor számos fémet és nemfémet visszaállít az oxidokból:
  C 0 + Cu + 2 O \u003d Cu 0 + C + 2 O;
  C 0 + C +4 O 2 \u003d 2C +2 O
• 1000°C hőmérsékletű vízzel reagál (elgázosítási folyamat), vízgázt képezve:
  C + H 2O \u003d CO + H2;

A szén oxidáló tulajdonságokat mutat a fémekkel és hidrogénnel való reakciókban:

• reagál fémekkel karbidokat képezve:
  Ca + 2C = CaC 2
• hidrogénnel kölcsönhatásba lépve a szén metánt képez:
  C+2H2=CH4

A szenet vegyületeinek hőbontásával vagy metán pirolízisével nyerik (magas hőmérsékleten):
CH 4 = C + 2H 2.

A szén alkalmazása

A szénvegyületeket széles körben használják nemzetgazdaság Nem lehet mindegyiket felsorolni, csak néhányat említünk meg:

• A grafitot ceruzavezetékek, elektródák, olvasztótégelyek gyártására használják, neutronmoderátorként atomreaktorok kenőanyagként;
• a gyémántokat ékszerekben, vágószerszámként, fúróberendezésekben, csiszolóanyagként használják;
• redukálószerként a szenet bizonyos fémek és nemfémek (vas, szilícium) előállítására használják;
• A szén alkotja az aktív szén nagy részét, amely mind a mindennapi életben (például levegő és oldatok tisztítására szolgáló adszorbensként), mind a gyógyászatban (aktívszén tabletták) és az iparban (katalitikus adalékok hordozójaként, polimerizációs katalizátorként stb.) a legszélesebb körben alkalmazható.

(IV) (CO 2, szén-dioxid, szén-dioxid) Színtelen, íztelen, szagtalan gáz, amely a levegőnél nehezebb és vízben oldódik.

BAN BEN normál körülmények között a szilárd szén-dioxid közvetlenül gáz halmazállapotba kerül, megkerülve a folyékony halmazállapotot.

Nagy mennyiségű szén-monoxid hatására az emberek fulladásba kezdenek. A 3%-ot meghaladó koncentráció gyors légzéshez, több mint 10%-ban eszméletvesztéshez és halálhoz vezet.

A szén-monoxid kémiai tulajdonságai.

szén-monoxid - ez szénsavanhidrid H 2 CO 3.

Amikor a szén-monoxidot kalcium-hidroxidon (mészvízen) vezetjük át, fehér csapadék keletkezik:

kb(Ó) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 Ó

Ha a szén-dioxidot feleslegben veszik fel, akkor hidrokarbonátok képződése figyelhető meg, amelyek vízben oldódnak:

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

amelyek hevítéskor lebomlanak.

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

A szén-monoxid használata.

A szén-dioxid felhasználása a különböző területeken ipar. BAN BEN vegyi termelés- hűtőfolyadékként.

Az élelmiszeriparban tartósítószerként használják E290. Bár „feltételesen biztonságos” volt, valójában nem az. Az orvosok bebizonyították, hogy az E290 gyakori fogyasztása mérgező mérgező vegyület felhalmozódásához vezet. Ezért figyelmesen olvassa el a termékek címkéit.

A szén-monoxid (IV) (szén-dioxid, szén-dioxid) normál körülmények között színtelen, a levegőnél nehezebb gáz, termikusan stabil, összenyomva és lehűtve könnyen folyékony és szilárd halmazállapotúvá alakul.

Sűrűség - 1,997 g / l. A szárazjégnek nevezett szilárd CO2 szobahőmérsékleten szublimál. Vízben rosszul oldódik, részlegesen reagál vele. Savas tulajdonságokat mutat. Az aktív fémek, a hidrogén és a szén helyreállítják.

A szén-monoxid kémiai képlete 4
A szén-monoxid (IV) CO2 kémiai képlete. Azt mutatja, hogy ez a molekula egy szénatomot (Ar = 12 a.m.u.) és két oxigénatomot (Ar = 16 a.m.u.) tartalmaz. A kémiai képlet szerint kiszámíthatja a szén-monoxid (IV) molekulatömegét:

Mr(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O);

Mr(CO2) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44.

Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
Feladat 26,7 g aminosav (CxHyOzNk) oxigénfeleslegben történő elégetésekor 39,6 g szén-monoxid (IV), 18,9 g víz és 4,2 g nitrogén keletkezik. Határozza meg az aminosav képletet!
Megoldás Készítsünk egy sémát egy aminosav égési reakciójára, ahol a szén-, hidrogén-, oxigén- és nitrogénatomok számát "x", "y", "z" és "k"-vel jelöljük:
CxHyOzNk+ Oz→CO2 + H2O + N2.

Határozzuk meg az anyagot alkotó elemek tömegét. A relatív atomtömeg értékeket innen vettük Periódusos táblázat DI. Mengyelejev, kerek egész számokra: Ar(C) = 12 amu, Ar(H) = 1 amu, Ar(O) = 16 amu, Ar(N) = 14 amu.

M(C)=n(C)×M(C)=n(CO2)×M(C)=×M(C);

M(H)=n(H)×M(H)=2×n(H20)×M(H)=×M(H);

Számítsa ki a szén-dioxid és a víz moláris tömegét! Mint ismeretes, moláris tömeg molekula egyenlő a molekulát alkotó atomok relatív atomtömegének összegével (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)=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.

Határozzuk meg kémiai formula aminosavak:

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.

Eszközök a legegyszerűbb képlet aminosavak C6H14O3N2.

Válasz C6H14O3N2
2. PÉLDA
Feladat Készítse el egy olyan vegyület legegyszerűbb képletét, amelyben az elemek tömeghányada megközelítőleg egyenlő: szén - 25,4%, hidrogén - 3,17%, oxigén - 33,86%, klór - 37,57%.
Megoldás Az X elem tömeghányadát egy HX összetételű molekulában a következő képlettel számítjuk ki:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Jelöljük a molekulában lévő szénatomok számát "x-szel", a hidrogén-nitrogénatomok számát "y-vel", az oxigénatomok számát "z-vel", a klóratomok számát "k-val".

Keresse meg a megfelelő rokont atomtömegek szén, hidrogén, oxigén és klór elemek (a D. I. Mengyelejev periódusos rendszeréből vett relatív atomtömegek értékeit egész számokra kerekítik).

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

Az elemek százalékos arányát elosztjuk a megfelelő relatív atomtömegekkel. Így megtaláljuk a kapcsolatot a vegyület molekulájában lévő atomok száma között:

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.

Ez azt jelenti, hogy a szén, hidrogén, oxigén és klór kombinációjának legegyszerűbb képlete a C2H3O2Cl.

szén (C) tipikus nem fém; periódusos rendszerben a IV. csoport 2. periódusában, a fő alcsoportban található. Sorszám 6, Ar = 12,011 amu, magtöltés +6.

Fizikai tulajdonságok: a szén számos allotróp módosulatot képez: gyémánt- az egyik legtöbb szilárd anyagok, grafit, szén, korom.

Egy szénatomnak 6 elektronja van: 1s 2 2s 2 2p 2 . Az utolsó két elektron külön p-pályán helyezkedik el, és nincsenek párosítva. Elvileg ez a pár elfoglalhatna egy pályát, de ebben az esetben az elektronok közötti taszítás erősen megnő. Emiatt az egyik 2p x-et vesz fel, a másik pedig vagy 2p y-t , vagy 2p z-pályák.

A külső réteg s- és p-alszintjének energiái között kicsi a különbség, ezért az atom meglehetősen könnyen gerjesztett állapotba kerül, amelyben a 2s-pályáról a két elektron közül az egyik átmegy egy szabadba. 2r. Valenciaállapot keletkezik 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 konfigurációval. . A szénatomnak ez az állapota jellemző a gyémántrácsra - a hibrid pályák tetraéderes térbeli elrendezése, azonos kötéshossz és energia.

Ezt a jelenséget köztudottan ún sp 3 -hibridizáció,és a kapott függvények sp 3 -hibrid . Négy sp 3 kötés kialakulása háromnál stabilabb állapotot biztosít a szénatomnak rr-és egy s-s-kötés. Az sp 3 hibridizáció mellett sp 2 és sp hibridizáció is megfigyelhető a szénatomon . Az első esetben kölcsönös átfedésről van szó s-és két p-pálya. Három egyenértékű sp 2 - hibrid pálya alakul ki, amelyek ugyanabban a síkban helyezkednek el, egymással 120 ° -os szögben. A harmadik p pálya változatlan, és a síkra merőleges sp2.

Az sp hibridizációban az s és p pályák átfedik egymást. A kialakult két ekvivalens hibridpálya között 180°-os szög alakul ki, miközben az atomok két p-pályája változatlan marad.

A szén allotrópiája. gyémánt és grafit

A grafitkristályban a szénatomok párhuzamos síkokban helyezkednek el, és elfoglalják bennük a szabályos hatszögek csúcsait. Mindegyik szénatom három szomszédos sp 2 hibridkötéshez kapcsolódik. A párhuzamos síkok között a kapcsolat van der Waals erők hatására jön létre. Az egyes atomok szabad p-pályái merőlegesek a kovalens kötések síkjaira. Átfedésük magyarázza a szénatomok közötti további π-kötést. Tehát attól a vegyérték állapot, amelyben a szénatomok vannak egy anyagban, ennek az anyagnak a tulajdonságai attól függnek.

A szén kémiai tulajdonságai

A legjellemzőbb oxidációs állapotok: +4, +2.

Alacsony hőmérsékleten a szén inert, de hevítve aktivitása megnő.

Szén, mint redukálószer:

- oxigénnel
C 0 + O 2 - t ° \u003d CO 2 szén-dioxid
oxigénhiány esetén - tökéletlen égés:
2C 0 + O 2 - t° = 2C +2 O szén-monoxid

- fluorral
C + 2F 2 = CF 4

- gőzzel
C 0 + H 2 O - 1200 ° \u003d C + 2 O + H 2 vízgáz

- fém-oxidokkal. Ily módon fémet olvasztanak ki az ércből.
C 0 + 2CuO - t ° \u003d 2Cu + C +4 O 2

- savakkal - oxidálószerekkel:
C 0 + 2H 2 SO 4 (tömény) \u003d C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
С 0 + 4HNO 3 (tömény) = С +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- kénnel szén-diszulfidot képez:
C + 2S 2 \u003d CS 2.

Szén, mint oxidálószer:

- egyes fémekkel karbidokat képez

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

Ca + 2C 0 \u003d CaC 2 -4

- hidrogénnel - metánnal (valamint hatalmas mennyiségben szerves vegyületek)

C 0 + 2H 2 \u003d CH 4

- szilíciummal karborundumot képez (2000 ° C-on elektromos kemencében):

A szén megtalálása a természetben

A szabad szén gyémánt és grafit formájában fordul elő. Vegyületek formájában a szén ásványi anyagokban található: kréta, márvány, mészkő - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 *CaCO 3; bikarbonátok - Mg (HCO 3) 2 és Ca (HCO 3) 2, a CO 2 a levegő része; a szén a természetes szerves vegyületek - gáz, olaj, szén, tőzeg - fő összetevője szerves anyag, fehérjék, zsírok, szénhidrátok, aminosavak, amelyek az élő szervezetek részét képezik.

Szervetlen szénvegyületek

Sem C 4+ ionok, sem C 4- - semmiféle normál alatt kémiai folyamatok nem képződnek: a szénvegyületekben különböző polaritású kovalens kötések vannak.

Szén-monoxid (II)ÍGY

Szén-monoxid; színtelen, szagtalan, vízben mérsékelten oldódik, szerves oldószerekben oldódik, mérgező, fp = -192°C; t négyzetméter = -205 °C.

Nyugta
1) Az iparban (gázgenerátorokban):
C + O 2 = CO 2

2) Laboratóriumban - hangya- vagy oxálsav hőbontása H 2 SO 4 (tömény) jelenlétében:
HCOOH = H2O + CO

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

Kémiai tulajdonságok

Normál körülmények között a CO inert; melegítéskor - redukálószer; nem sóképző oxid.

1) oxigénnel

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

2) fém-oxidokkal

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

3) klórral (fényben)

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

4) reagál alkáli olvadékokkal (nyomás alatt)

CO + NaOH = HCOONa (nátrium-formiát)

5) átmeneti fémekkel karbonilokat képez

Ni + 4CO - t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO - t° = Fe(CO) 5

Szén-monoxid (IV) CO2

Szén-dioxid, színtelen, szagtalan, vízben oldódik - 0,9V CO 2 oldódik 1V H 2 O-ban (normál körülmények között); nehezebb a levegőnél; t°pl.= -78,5°C (a szilárd CO 2-t "szárazjégnek" nevezik); nem támogatja az égést.

Nyugta

1. A szénsav sóinak (karbonátok) hőbomlása. Mészkő égetés:

CaCO 3 - t ° \u003d CaO + CO 2

1. akció erős savak karbonátokhoz és bikarbonátokhoz:

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

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

KémiaitulajdonságaitCO2
Savas oxid: reakcióba lép bázikus oxidokkal és bázisokkal, szénsavsókat képezve

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

Emelt hőmérsékleten oxidáló tulajdonságokat mutathat

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

Minőségi reakció

A mészvíz zavarossága:

Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 3 ¯ (fehér csapadék) + H 2 O

Megszűnik, ha hosszú ideig CO 2 -t vezetnek át meszes vízen, mert. Az oldhatatlan kalcium-karbonát oldható bikarbonáttá alakul:

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

szénsav és annaksó

H2CO3 – Gyenge sav, csak vizes oldatban létezik:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Kettős alap:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Savas sók - bikarbonátok, bikarbonátok
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Közepes sók - karbonátok

A savakra minden tulajdonság jellemző.

A karbonátok és a bikarbonátok egymáská alakíthatók:

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

Fémkarbonátok (kivéve alkálifémek) hevítéskor dekarboxilezve oxidot képez:

CuCO 3 - t ° \u003d CuO + CO 2

Minőségi reakció- "forralás" erős sav hatására:

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

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

Karbidok

kalcium-karbid:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

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

Acetilén szabadul fel, amikor cink, kadmium, lantán és cérium-karbid reagál a vízzel:

2 LaC 2 + 6 H 2 O \u003d 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

A Be 2 C és az Al 4 C 3 víz hatására metán keletkezik:

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

Titán-karbidok TiC, w 2 C (keményötvözetek), szilícium SiC (karborundum - csiszolóanyagként és fűtőanyagként) használatosak a technológiában.

cianidok

szóda hevítésével ammónia és szén-monoxid atmoszférában nyerik:

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

A hidrogén-cianid-HCN fontos vegyipari termék, amelyet széles körben használnak a szerves szintézisben. Világtermelése eléri az évi 200 ezer tonnát. Elektronikus szerkezet A cianid anion a szén-monoxidhoz (II) hasonlóan az ilyen részecskéket izoelektronikusnak nevezi:

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

Cianidok (0,1-0,2% vizes oldat) használják az aranybányászatban:

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

Ha a cianidos oldatokat kénnel forralják, vagy ha szilárd anyagokat olvasztnak össze, tiocianátok:
KCN + S = KSCN.

Ha az alacsony aktivitású fémek cianidjait hevítjük, cianidot kapunk: Hg (CN) 2 \u003d Hg + (CN) 2. cianid oldatok oxidálódnak cianátok:

2KCN + O2 = 2KOCN.

A ciánsav két formában létezik:

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

1828-ban Friedrich Wöhler (1800-1882) ammónium-cianátból karbamidot nyert: NH 4 OCN \u003d CO (NH 2) 2 vizes oldat bepárlásával.

Ezt az eseményt általában a szintetikus kémia győzelmének tekintik a "vitalisztikus elmélet" felett.

Van egy ciánsav izomerje - fulminsav

H-O-N=C.
Sóit (Hg(ONC) 2 higany-fulminát) ütvegyújtókban használják.

Szintézis karbamid(karbamid):

CO 2 + 2 NH 3 \u003d CO (NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 C-on és 100 atm.

A karbamid a szénsav amidja, van még "nitrogénanalógja" - guanidin.

Karbonátok

A szén legfontosabb szervetlen vegyületei a szénsav sói (karbonátok). A H 2CO 3 egy gyenge sav (K 1 = 1,3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Karbonát puffertartók szén-dioxid egyensúly a légkörben. Az óceánok hatalmas pufferkapacitással rendelkeznek, mert nyílt rendszer. A fő pufferreakció a szénsav disszociációja során kialakuló egyensúly:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

A savasság csökkenésével a szén-dioxid további felszívódása a légkörből sav képződésével történik:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

A savasság növekedésével a karbonátos kőzetek (az óceánban lévő kagylók, kréta- és mészkőlerakódások) feloldódnak; ez kompenzálja a hidrokarbonát ionok elvesztését:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (tv.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

A szilárd karbonátok oldható szénhidrogénekké alakulnak. Ez a szén-dioxid-felesleg kémiai feloldásának folyamata az, amely ellensúlyozza az "üvegházhatást" - globális felmelegedés a Föld hősugárzásának szén-dioxid általi elnyelése miatt. A világ szódatermelésének (nátrium-karbonát Na 2 CO 3) körülbelül egyharmadát üveggyártásban használják fel.

Szén

Szabad állapotban a szén 3 allotróp módosulatot képez: gyémánt, grafit és mesterségesen előállított karabély.

A gyémántkristályban minden szénatom erős kovalens kötésekkel van összekötve négy másikkal, amelyek azonos távolságra helyezkednek el körülötte.

Minden szénatom sp 3 hibridizációs állapotban van. A gyémánt atomi kristályrácsa tetraéderes szerkezetű.

A gyémánt színtelen, átlátszó, erősen fénytörő anyag. Az összes ismert anyag közül a legnagyobb keménységgel rendelkezik. A gyémánt törékeny, tűzálló, rosszul vezeti a hőt és elektromosság. A szomszédos szénatomok közötti kis távolságok (0,154 nm) meghatározzák a gyémánt meglehetősen nagy sűrűségét (3,5 g/cm 3 ).

A grafit kristályrácsában minden szénatom sp 2 hibridizációs állapotban van, és három erős kovalens kötést képez az ugyanabban a rétegben elhelyezkedő szénatomokkal. Minden atomból három elektron, a szén, részt vesz ezeknek a kötéseknek a kialakításában, a negyedik vegyértékelektronok pedig n-kötéseket alkotnak, és viszonylag szabadok (mobilok). Meghatározzák a grafit elektromos és hővezető képességét.

Hossz kovalens kötés Ugyanabban a síkban a szomszédos szénatomok között 0,152 nm, a különböző rétegekben lévő C atomok közötti távolság pedig 2,5-szer nagyobb, ezért a köztük lévő kötések gyengék.

A grafit egy átlátszatlan, puha, tapintásra zsíros anyag, szürkésfekete színű, fémes fényű; jól vezeti a hőt és az elektromosságot. A grafit sűrűsége kisebb, mint a gyémánt, és könnyen hasítható vékony pelyhekre.

A szerkezet hátterében a finomszemcsés grafit rendezetlen szerkezete áll különféle formák amorf szén, melyek közül a legfontosabbak a koksz, barna és bitumenes szenek, korom, aktív (aktív) szén.

A szénnek ezt az allotróp módosulatát az acetilén katalitikus oxidációjával (dehidropolikondenzációjával) állítják elő. A Carbyne egy láncpolimer, amelynek két formája van:

C=C-C=C-... és...=C=C=C=

A karbin félvezető tulajdonságokkal rendelkezik.

Normál hőmérsékleten a szén mindkét módosulata (gyémánt és grafit) kémiailag inert. A grafit finomkristályos formái - koksz, korom, aktív szén - reaktívabbak, de általában magas hőmérsékletre történő előmelegítés után.

1. Kölcsönhatás oxigénnel

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

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

A szénégetés az egyik a legfontosabb források energia.

2. Kölcsönhatás fluorral és kénnel.

C + 2F 2 = CF 4 szén-tetrafluorid

C + 2S \u003d CS 2 szén-diszulfid

3. A koksz az egyik legfontosabb ipari redukálószer. A kohászatban oxidokból fémek előállítására használják, például:

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

C + ZnO = Zn + CO

4. Amikor a szén kölcsönhatásba lép lúgok oxidjaival és alkáliföldfémek A redukált fém a szénnel egyesül, és karbidot képez. Például: 3C + CaO \u003d CaC 2 + CO kalcium-karbid

5. A kokszot szilícium előállítására is használják:

2C + SiO 2 \u003d Si + 2CO

6. Kokszfelesleggel szilícium-karbid (karborundum) SiC képződik.

„Vízgáz” kinyerése (szilárd tüzelésű gázosítás)

A vízgőzt forró szénen átvezetve CO és H 2 éghető keveréke keletkezik, amelyet vízgáznak neveznek:

C + H 2 O \u003d CO + H 2

7. Reakciók oxidáló savakkal.

Az aktív szén, hevítve csökkenti a NO 3 - és SO 4 2 - anionokat. tömény savak:

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

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

8. Reakciók olvadt alkálifém-nitrátokkal

A KNO 3 és NaNO 3 olvadékokban a zúzott szén intenzíven ég, vakító láng képződésével:

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

1. Sószerű karbidok képződése aktív fémekkel.

A szén nem fémes tulajdonságainak jelentős gyengülése abban nyilvánul meg, hogy oxidálószerként betöltött funkciója sokkal kisebb mértékben nyilvánul meg, mint a redukáló funkciói.

2. Csak az aktív fémekkel való reakciók során a szénatomok negatív töltésű C -4 és (C \u003d C) 2- ionokká alakulnak, és sószerű karbidokat képeznek:

ZS + 4Al \u003d Al 4 C 3 alumínium-karbid

2C + Ca \u003d CaC 2 kalcium-karbid

3. Az ionos típusú karbidok nagyon instabil vegyületek, savak és víz hatására könnyen lebomlanak, ami a negatív töltésű szénanionok instabilitását jelzi:

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. Kovalens vegyületek képződése fémekkel

A szén és átmeneti fémek keverékeinek olvadékaiban a karbidok túlnyomórészt kovalens típusú kötéssel képződnek. Molekuláik változó összetételűek, és az anyagok általában közel állnak az ötvözetekhez. Az ilyen karbidok rendkívül ellenállóak, kémiailag semlegesek vízzel, savakkal, lúgokkal és sok más reagenssel szemben.

5. Kölcsönhatás hidrogénnel

Magas T és P esetén nikkelkatalizátor jelenlétében a szén hidrogénnel egyesül:

C + 2H 2 → CH 4

A reakció nagyon visszafordítható, és nincs gyakorlati jelentősége.

szén-monoxid (II)– CO

(szén-monoxid, szén-monoxid, szén-monoxid)

Fizikai tulajdonságok: színtelen mérgező gáz, íztelen és szagtalan, kékes lánggal ég, a levegőnél könnyebb, vízben rosszul oldódik. A levegő 12,5-74%-os szén-monoxid-koncentrációja robbanásveszélyes.

Nyugta:

1) Az iparban

C + O 2 \u003d CO 2 + 402 kJ

CO 2 + C \u003d 2CO - 175 kJ

A gázgenerátorokban a vízgőzt néha forró szénen keresztül fújják át:

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

CO + H 2 - úgynevezett szintézis - gáz keveréke.

2) A laboratóriumban- hangya- vagy oxálsav hőbomlása H 2 SO 4 (tömény) jelenlétében:

HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O + CO

H 2 C 2 O 4 t˚C, H2SO4 → CO + CO 2 + H 2 O

Kémiai tulajdonságok:

Normál körülmények között a CO inert; melegítéskor - redukálószer;

CO - nem sóképző oxid.

1) oxigénnel

2C +2 O + O 2 t ˚ C → 2C +4 O 2

2) fém-oxidokkal CO + Me x O y \u003d CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2

3) klórral (fényben)

CO + Cl 2 light → COCl 2 (a foszgén mérgező gáz)

4)* reakcióba lép alkáli olvadékokkal (nyomás alatt)

CO + NaOH P → HCOONa (nátrium-formiát)

A szén-monoxid hatása az élő szervezetekre:

A szén-monoxid veszélyes, mert lehetetlenné teszi, hogy a vér oxigént szállítson olyan létfontosságú szervekhez, mint a szív és az agy. A szén-monoxid egyesül a hemoglobinnal, amely oxigént szállít a szervezet sejtjeibe, ennek következtében alkalmatlanná válik az oxigén szállítására. A belélegzett mennyiségtől függően a szén-monoxid rontja a koordinációt, súlyosbítja a szív- és érrendszeri betegségeket és fáradtságot okoz, fejfájás, gyengeség, A szén-monoxid emberi egészségre gyakorolt ​​hatása a koncentrációjától és a szervezetnek való kitettség idejétől függ. A levegőben lévő 0,1% feletti szén-monoxid-koncentráció egy órán belül halálhoz vezet, az 1,2% feletti koncentráció pedig három percen belül.

A szén-monoxid felhasználási területei:

A szén-monoxidot elsősorban nitrogénnel kevert éghető gázként, úgynevezett generátor- vagy levegőgázként, illetve hidrogénnel kevert vízgázként használják. A kohászatban fémek kinyerésére érceikből. Nagy tisztaságú fémek előállítása karbonilok lebontásával.

Szén-monoxid (IV) CO2 - szén-dioxid

Fizikai tulajdonságok: Szén-dioxid, színtelen, szagtalan, vízben oldódik - 0,9 V CO 2 oldódik 1 V H 2 O-ban (normál körülmények között); nehezebb a levegőnél; t°pl.= -78,5°C (a szilárd CO 2-t "szárazjégnek" nevezik); nem támogatja az égést.

Molekula szerkezete:

A szén-dioxidnak a következő elektronja van és szerkezeti képlet -

3. Széntartalmú anyagok elégetése:

CH 4 + 2O 2 → 2H2O+CO2

4. Lassú oxidációval biokémiai folyamatokban (légzés, bomlás, fermentáció)

Kémiai tulajdonságok: