Оксиды углерода — что это такое, формулы
Вещество с формулой СО является оксидом углерода (II) (монооксидом, окисью углерода), называется также угарным газом. Оно не имеет запаха и вкуса, плохо растворяется в воде, гораздо легче воздуха и горюче.
В природе его образование связано с неполным сгоранием топлива.
Токсичность вещества обусловлена способностью связываться с гемоглобином крови и образовывать с ним стойкое соединение. Такие молекулы становятся неспособными переносить кислород, поэтому в тканях организма образуется его дефицит. Результатом такого действия является гипоксия тканей, а, если она будет продолжаться длительно, — атрофия.
Присутствует угарный газ и в атмосфере, но в небольших количествах. Если его удельный вес начинает превышать 0,1%, живые организмы не могут дышать таким воздухом. Смертельной дозой его содержания в воздухе является 0,3%.
В промышленности CO применяется для синтеза генераторного (воздушного) газа. В реакции с водородом из него получают водяной газ, а в металлургии используют в роли восстановителя металлов из руд.
Молекула монооксида имеет линейное строение. Атомы соединены тройной связью. Имеющиеся неспаренные электроны атомов углерода и кислорода образуют две ковалентные полярные связи. Третья связь образуется по донорно-акцепторному механизму. Объяснением этому явлению служат две неподеленные пары электронов, оставшиеся у кислорода.
Поскольку у атома углерода после образования двух связей с кислородом по обменному механизму остается свободная орбиталь, он ее предоставляет неподеленной электронной паре атома кислорода. Следовательно, между атомами углерода и кислорода в молекуле Ковалентные карбидыИонные карбидыМетанидыАцетиленидыПропинидыЭто соединения углерода с неметалламиНапример:SiC, B4CЭто соединения с металлами, в которых с.о. углерода равна -4Например:Al4C3, Be2CЭто соединения с металлами, в которых с.о. углерода равна -1Например:Na2C2, CaC2Это соединения с металлами, при гидролизе которых образуется пропинНапример: Mg2C3Частицы связаны ковалентными связями и образуют атомные кристаллы. Поэтому ковалентные карбиды химически стойкие. Окисляются только сильными окислителямиМетаниды разлагаются водой или кислотами с образованием метана и гидроксида или соли:Например:Al4C3 12H2O → 4Al(OH)3 3CH4Ацетилениды разлагаются водой или кислотами с образованием ацетилена и гидроксида или соли:Например:СаС2 2Н2O → Са(OH)2 С2Н2Пропиниды разлагаются водой или кислотами с образованием пропина и гидроксида или солиНапример:Mg2C3 4HCl → 2MgCl2 С3Н4Все карбиды проявляют свойства восстановителей и могут быть окислены сильными окислителями. Например, карбид кремния окисляется концентрированной азотной кислотой при нагревании до углекислого газа, оксида кремния (IV) и оксида азота (II): SiC 8HNO3→ 3SiO2 3CO2 8NO 4H2O
Качественная реакция на карбонат — анионы
1. Распознавание карбонатов в виде твердых веществ производится с помощью HCl или H2SО4 (разбавленных растворов) Выделяющийся при их взаимодействии СО2 определяют по помутнению известковой воды: СО32- 2Н = СО2↑ Н2O СО2 Са(ОН)2 = СаСО3↓ Н2O При избытке СО2 помутнение исчезает и раствор вновь становится прозрачным: СаСО3 Н2O СО2 = Са(НСО3)2 2. Распознавание карбонат-анионов в растворе можно осуществить введением катионов Са2 , что приводит к выпадению в осадок нерастворимого СаСО3.
Оксид углерода 2 кислород
Схеме реакции оксид углерода 2 кислород соответствует уравнение В радикальной полимеризации функции активных промежуточных продуктов (активных центров) выполняют свободные радикалы. В радикальную полимеризацию вступают мономеры с кратной С-С-связью и мономеры с поляризованной кратной связью С-гетероатом. Циклические мономеры радикальной полимеризации не подвергаются.К числу распространенных мономеров, вступающих в радикальную полимеризацию, относятся этилен, винилхлорид, винилацетат, винилиденхлорид, тетрафторэтилен, акрилонитрил, метакрилонитрил, метилакрилат, метилметакрилат, стирол, бутадиен, хлоропрен и др. Перечисленные мономеры образуют высокомолекулярные продукты, в то время как виниловые эфиры и аллиловые мономеры образуют олигомеры. Виниленовые мономеры (CHX=CHX, за исключением X=F) в радикальную полимеризацию не вступают за счет стерических затруднений.Наиболее распространенными методами инициирования являются термический гомолитический распад инициаторов, инициирование окислительно-восстановительными системами, фотохимическое инициирование, радиационное инициирование.
Оксиды углерода в природе
Оба вида рассматриваемых здесь оксидов углерода так или иначе присутствуют в природном мире. Так, угарный газ может быть продуктом сгорания лесов или результатом жизнедеятельности человека (выхлопные газы и вредные отходы промышленных предприятий). Уже известный нам диоксид углерода также является частью сложного состава воздуха. Его содержание в нем составляет около 0,03 % от всего объема. При увеличении этого показателя возникает так называемый «парниковый эффект», которого так опасаются современные ученые.Углекислый газ выделяют животные и человек путем выдыхания. Он является основным источником такого полезного для растений элемента, как углерод, поэтому многие ученые и бьют на сполох, указывая на недопустимость масштабных вырубок леса. Если растения перестанут поглощать углекислый газ, то процент его содержания в воздухе может повыситься до критических для человеческой жизнедеятельности показателей.Видимо, многие власть держащие забыли пройденный в детстве материал учебника «Общая химия. 8 класс», иначе вопросу вырубки лесов во многих частях света уделялось бы более серьезное внимание. Это, кстати, касается и проблемы наличия угарного газа в окружающей среде.Количество отходов человеческой жизнедеятельности и процент выбросов этого необычайно токсичного материала в окружающую среду растет изо дня в день. И не факт, что не повторится судьба мира, описанная в прекрасном мультфильме «Волли», когда человечеству пришлось покинуть загаженную до основания Землю и отправиться в другие миры на поиски лучшей жизни.
Питьевая сода NaHCО3
Сода — один из главных продуктов неорганического синтеза. В промышленности ее получают ам миачно-хлоридным способом, основанном на малой растворимости NaHCО3 в воде (метод Сольвэ): NH3 CО2 Н2O = NH4HCО3 NH4HCО3 NaCl = NaHCО3 NH4Cl NH3 CО2 Н2O NaCI = NaHCО3 NH4Cl При прокаливании NaHCО3 разлагается с образованием Na2CО3, СО2 и воды.
Получение оксидов углерода
В промышленных условиях углекислый газ можно получить в реакции конвертации метана в водород. Он получается в качестве побочного продукта. Вторым методом получения СО2 является реакция разложения известняка СаСО3 на известь CO сводится к действию концентрированной серной кислоты на муравьиную либо щавелевую кислоты. При этом протекают реакции разложения органических кислот с выделением CO:HCOOH → CO H2O H2C2O4 → CO CO2 H2OВ промышленности СО получают в газогенераторах. В них углерод вначале соединяется с кислородом с образованием углекислого газа, который в дальнейшем реагирует с углеродом: C О2 → CO2 СО2 С → 2СО Получение CO происходит и в реакциях паровой конверсии метана: CH4 H2O → CO 3H2, а также неполного окисления метана: 2CH4 3O2 → 2CO 4H2О
Превращение в гидрокарбонаты
При пропускании СО2 в растворы карбонатов или при постепенном добавлении к ним кислот происходит образование кислых солей — гидрокарбонатов: Na2C3 СО2 Н2O = 2NaHC3 Na2C3 HCI = NaHCO3 NaCl В природе происходит медленное растворение известняков под действием атмосферных осадков и СО2: СаСО3 Н2O СО2 = Са(НСO3)2
Применение оксидов углерода в промышленности и их влияние на различные аспекты жизни
Оксиды углерода имеют очень широкое применение в разных сферах деятельности человека, причем спектр их чрезвычайно богат. Так, окись углерода вовсю применяется в металлургии в процессе выплавки чугуна. Широкую популярность CO получил в качестве материала для хранения продуктов питания в охлажденном виде.Данный оксид применяют для обработки мяса и рыбы, чтобы придать им свежий вид и не изменить вкус. Важно не забывать про токсичность данного газа и помнить, что допустимая доза не должна превышать 200 мг на 1 кг продукта. CO в последнее время все чаще применяют в автомобильной промышленности в качестве топлива для автомобилей на газу.Диоксид углерода нетоксичен, поэтому сфера его применения широко внедрена в пищевую промышленность, где его применяют в качестве консерванта или разрыхлителя. Также CO2 применяется при изготовлении минеральных и газированных вод. В твердом состоянии («сухой лед») он часто используется в морозильных установках для поддержания стабильно низкой температуры в помещении или приборе.Большую популярность приобрели углекислотные огнетушители, пена из которых полностью изолирует огонь от кислорода и не дает пожару разгореться. Соответственно, еще одна сфера применения – пожарная безопасность. Баллоны в пневматических пистолетах также заряжены углекислотой.Как видим, из-за своей минимальной токсичности углекислый газ больше и чаще встречается в повседневной жизни человека, тогда как угарный газ нашел применение в тяжелой промышленности. Существуют и другие углеродные соединения с кислородом, благо формула углерода и кислорода позволяет применять различные варианты соединений с разным количеством атомов углерода и кислорода. Ряд оксидов может разниться от C2O2 до C32O8. И чтобы описать каждый из них, потребуется не одна страница.
Растворимость в воде. Гидролиз.
Растворимыми в воде солями являются карбонаты щелочных металлов и аммония. Вследствие высокой степени гидролиза их водные растворы имеют сильнощелочную реакцию и в целом ряде случаев ведут себя как основания средней силы. Na2СО3 Н2O = NaOH NaHСО3 СО32- Н2O = ОН- НСО3-
СО — несолеобразующий оксид
При обычных условиях не реагирует с водой, кислотами, щелочами, поэтому относится к типу несо леобразующих оксидов. Однако формально его можно рассматривать как ангидрид муравьиной кислоты. Основанием для этого является его образование при дегидратации НСООН (см. выше), а также получение формиата натрия при пропускании СО через концентрированный раствор NaOH под высоким давлением:СО NaOH → HCOONa формиат натрия
СО — сильный восстановитель
1. Взаимодействие с кислородом и галогенами: 2СО О2 = 2СО2 СО Cl2 = COCl2 фосген 2. Восстановление металлов из их оксидов (реакции осуществляются при Т — 300—1500°С): 2СО SnО2 → Sn 2СО2 4СО Fe3O4 → 3Fe 4CО2 3. Восстановление водорода из воды: СО Н2О = Н2 CО2 Эта реакция в присутствии катализаторов, содержащих Pt или Pd, происходит при обычной температуре, что используется для удаления СО из выхлопных газов автомобилей. 4. Восстановление некоторых благородных металлов из солей (при комнатной Т): СО PdCl2 Н2О = Pd↓ СО2↑ 2HCl
СО2 — кислотный оксид, ангидрид угольной кислоты
Химически диоксид углерода — довольно инертное вещество. Основной тип взаимодействия СО2 связан с проявлением свойств кислотного оксида. 1. Взаимодействие с водой. При растворении углекислого газа в воде небольшая часть его молекул (менее 1 %) соединяется с молекулами Н20, образуя очень слабую угольную кислоту: СО2 Н2O = Н2СО3 2. Взаимодействие со щелочами и основными оксидами. СО2 2NaOH = Na2CО3 карбонат натрия СО2 NaOH = NaHCО3 гидрокарбонат натрия СО2 Са(ОН)2 = СаСО3↓ Н2O Эта реакция используется как качественная для обнаружения
СО2↑. 3. Взаимодействие с водными растворами солей, образованных очень слабыми кислотами (слабее угольной): Na2SiО3 СО2 Н2O = H2SiО3↓ Na2CО3 С6Н5ОК СО2 Н2O = С6Н5ОН КНСО3
СО2 — окислитель в реакциях с сильными восстановителями
При высокой температуре диоксид углерода реагирует с очень активными металлами, а также с другими сильными восстановителями (С, Н2, NH3). Примеры реакций: СО2 2Мg = 2МgО С СО2 С = 2СО СО2 ЗН2 → СН3ОН Н2O а) Синтез мочевины (карбамида): СО2 2NH3 → CO(NH2)2 Н2O б) Получение питьевой соды по методу Сольвэ: NaCl NH3 СО2 Н2O = NaHCO3 NH4Cl
Соединения углерода
Основные степени окисления углерода — 4, 2, 0, -1 и -4. Наиболее типичные соединения углерода: Степень окисленияТипичные соединения 4оксид углерода (IV) CO2угольная кислота H2CO3карбонаты MeCO3гидрокарбонаты MeHCO3 2оксид углерода (II) СОмуравьиная кислота HCOOH-4метан CH4карбиды металлов (карбид алюминия Al4C3)бинарные соединения с неметаллами (карбид кремния SiC)
Строение молекулы и физические свойства
Оксид углерода (IV) (углекислый газ) — газ без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Замороженный углекислый газ называют также «сухой лед». Сухой лед легко подвергается сублимации — переходит из твердого состояния в газообразное.Смешивая сухой лед и различные вещества, можно получить интересные эффекты. Например, сухой лед в пиве: Углекислый газ не горит, поэтому его применяют при пожаротушении. Молекула углекислого газа линейная, атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации, образует две двойных связи с атомами кислорода: Обратите внимание! Молекула углекислого газа не полярна. Каждая химическая связь С=О по отдельности полярна, а вся молекула не будет полярна. Объяснить это очень легко. Обозначим направление смещения электронной плотности в полярных связях стрелочками (векторами):Теперь давайте сложим эти векторы. Сделать это очень легко. Представьте, что атом углерода — это покупатель в магазине. А атомы кислорода — это консультанты, которые тянут его в разные стороны. В данном опыте консультанты одинаковые, и тянут покупателя в разные стороны с одинаковыми силами.
Угарный газ, свойства, физиологическое действие на организм. Углекислый газ, угольная кислота и ее соли
Урок посвящен изучению свойств и способов получения некоторых неорганических соединений углерода. В нем рассмотрены такие вещества, как оксид углерода (II) (или угарный газ), оксид углерода (IV) (или углекислый газ), угольная кислота, а также карбонаты и гидрокарбонаты.I. Оксид углерода(II) – СО (угарный газ, окись углерода, монооксид углерода)Физические свойства: Бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, горит голубоватым пламенем, легче воздуха, плохо растворим в воде. Концентрация угарного газа в воздухе 12,5—74 % взрывоопасна. Строение молекулы:Формальная степень окисления углерода 2 не отражает строение молекулы СО, в которой помимо двойной связи, образованной обобществлением электронов С и О, имеется дополнительная, образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода (изображена стрелкой):В связи с этим молекула СО очень прочна и способна вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких температурах. При обычных условиях СО не взаимодействует с водой, щелочами или кислотами.Получение:Основным антропогенным источником угарного газа CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Угарный газ образуется при сгорании топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления угарного газа CO в углекислый газ CO2). В естественных условиях, на поверхности Земли, угарный газ CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров.1) В промышленности (в газогенераторах):Видео — опыт: «Получение угарного газа»C O2 = CO2 402 кДжCO2 C = 2CO – 175 кДжВ газогенераторах иногда через раскалённый уголь продувают водяной пар:С Н2О = СО Н2 – Q,смесь СО Н2 – называется синтез – газом.2) В лаборатории — термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H2SO4(конц.): HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O COH2C2O4 t˚C,H2SO4→ CO CO2 H2OХимические свойства:При обычных условиях CO инертен; при нагревании – восстановитель; CO — несолеобразующий оксид. 1) Взаимодействие с кислородом: 2C 2O O2 t˚C → 2C 4O2↑2) Взаимодействие с оксидами металлов: CO MexOy = CO2 MeC 2O CuO t˚C → Сu C 4O2↑ 3) Взаимодействие с хлором (на свету)CO Cl2 свет → COCl2 (фосген – ядовитый газ)4)* Взаимодействие с расплавами щелочей (под давлением)CO NaOH P → HCOONa (формиат натрия)Влияние угарного газа на живые организмы:Угарный газ опасен, потому что он лишает возможности кровь нести кислород к жизненно важным органам, таким как сердце и мозг. Угарный газ объединяется с гемоглобином, который переносит кислород к клеткам организма, в следствии чего тот становится непригодным для транспортировки кислорода. В зависимости от вдыхаемого количества, угарный газ ухудшает координацию, обостряет сердечно-сосудистые заболевания и вызывает усталость, головную боль, слабость, Влияние угарного газа на здоровье человека зависит от его концентрации и времени воздействия на организм. Концентрация угарного газа в воздухе более 0,1% приводит к смерти в течение одного часа, а концентрация более 1,2% в течении трех минут.Применение оксида углерода:Главным образом угарный газ применяют, как горючий газ в смеси с азотом, так называемый генераторный или воздушный газ, или же в смеси с водородом водяной газ. В металлургии для восстановления металлов из их руд. Для получения металлов высокой чистоты при разложении карбонилов.II. Оксид углерода (IV) СO2 – углекислый газУчебный видео-фильм: “Углекислый газ”Физические свойства: Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде — в 1V H2O растворяется 0,9V CO2 (при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO2 называется «сухой лёд»); не поддерживает горение. При обычной температуре и высоком давлении диоксид углерода сжижается. При его испарении поглощается так много теплоты, что часть оксида углерода (IV)превращается в снегообразную массу – «сухой лед» (Рис. 1).Рис. 1. Сухой ледБлагодаря тому, что оксид углерода (IV) не поддерживает горения, им заполняют огнетушители.Строение молекулы:Углекислый газ имеет следующие электронную и структурную формулы — O=C=OВсе четыре связи ковалентые полярные. Получение: 1. Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка – в промышленности: CaCO3 t=1200˚C→ CaO CO2 2. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты – Опыт: “Получение углекислого газа в лаборатории”CaCO3 (мрамор) 2HCl → CaCl2 H2O CO2NaHCO3 HCl → NaCl H2O CO2Способы собирания: вытеснением воздуха3. Сгорание углеродсодержащих веществ:СН4 2О2 → 2H2O CO24. При медленном окислении в биохимических процессах (дыхание, гниение, брожение)Химические свойства:Видео: «Химические свойства углекислого газа»Кислотный оксид:1) С водой даёт непрочную угольную кислоту:СО2 Н2О ↔ Н2СО32)Рреагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты: Na2O CO2 → Na2CO32NaOH CO2 → Na2CO3 H2ONaOH CO2 (избыток) → NaHCO3 3) При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства – окисляет металлы: -СO2 Me = MexOy CС 4O2 2Mg t˚C→ 2Mg 2O C0Видео: «Горение магния в углекислом газе»Качественная реакция на углекислый газ:Помутнение известковой воды Ca(OH)2 за счёт образования белого осадка – нерастворимой соли CaCO3:Ca(OH)2 CO2 → CaCO3 ↓ H2OПрименение углекислого газа:Видео: «Тушение пламени углекислым газом»III. Угольная кислота и её солиХимическая формула — H2CO3Структурная формула – все связи ковалентные полярные: Кислота слабая, существует только в водном растворе, очень непрочная, разлагается на углекислый газ и воду:CO2 H2O ↔ H2CO3 Опыт: «Разложение угольной кислоты»Опыт: «Получение угольной кислоты»Химические свойства:Для угольной кислоты характерны все свойства кислот.1) Диссоциация – двухосновная кислота, диссоциирует слабо в две ступени, индикатор — лакмус краснеет в водном растворе:H2CO3 ↔ H HCO3-(гидрокарбонат-ион)HCO3- ↔ H CO32- (карбонат-ион)2) с активными металламиH2CO3 Ca = CaCO3 H2↑3) с основными оксидамиH2CO3 CaO = CaCO3 H2O4) с основаниямиH2CO3(изб) NaOH = NaHCO3 H2OH2CO3 2NaOH = Na2CO3 2H2O5) Очень непрочная кислота – разлагаетсяСоли угольной кислоты – карбонаты и гидрокарбонатыУгольная кислота образует два ряда солей: Средние соли — карбонаты Na2СO3, (NH4)2CO3Кислые соли — бикарбонаты, гидрокарбонаты NaHCO3 , Ca(HCO3)2В природе встречаются:CaCO3Мел Мрамор ИзвестнякNaHCO3 – питьевая содаK2CO3(поташ, в золе растений)Na2CO3 – сода, кальцинированная содаNa2CO3 x 10H2O – кристаллическая содаФизические свойства:Все карбонаты – твёрдые кристаллические вещества. Большинство из них в воде не растворяются. Гидрокарбонаты растворяются в воде.Химические свойства солей угольной кислоты:Общие свойства солей:1) Вступают в реакции обмена с другими растворимыми солями Na2CO3 CaCl2 = CaCO3↓ 2NaCl2) Разложение гидрокарбонатов при нагреванииNaHCO3 t˚C → Na2CO3 H2O CO2↑3) Разложение нерастворимых карбонатов при нагреванииCaCO3 t˚C → CaO CO2↑4) Карбонаты и гидрокарбонаты могут превращаться друг в друга:Опыт: «Взаимопревращение карбонатов и гидрокарбонатов»гидрокарбонаты в карбонатыMe(HCO3)n Me(OH)n → MeCO3 H2OMe(HCO3)n t˚C → MeCO3↓ H2O CO2↑карбонаты в гидрокарбонатыMeCO3 H2O CO2= Me(HCO3)nСпецифические свойства:1) Качественная реакция на CO32- карбонат – ион «вскипание» при действии сильной кислоты: Na2CO3 2HCl = 2NaCl H2O CO2↑IV. Задания для закрепленияЗадание №1. Закончите уравнения реакций, составьте электронный баланс для каждой из реакций, укажите процессы окисления и восстановления; окислитель и восстановитель:CO2 C = C H 2 O =С O O2 =CO Al2O3 =Задание №2. Вычислите количество энергии, которое необходимо для получения 448 л угарного газа согласно термохимическому уравнению CO2 C = 2CO – 175 кДжЗадание №3. Закончите уравнения осуществимых химических реакций:CO 2 KOH =CO Al =H2CO3 K2SO4 =CO2( изб ) NaOH =С O2 Na2O =CaCO3 CO2 H2O =CO2 Ca(OH)2 =CO CaO =CO2 H2SO4 =Ca(HCO3)2 Ca(OH)2=H2CO3 NaCl =C ZnO =Задание №4. Осуществите превращения по схеме:1) Al4C3→ CH4→ CO2→ CaCO3→ Ca(HCO3)2→ CaCO32) Ca → CaC2→ Ca(OH)2→ CaCO3→ CO2→ C3) CO2 → H2CO3 → Na2CO3 → CO24) CaCO3 → CO2 → NaHCO3 → Na2CO3Задание №5. Решите задачи1.Какой объём углекислого газа выделится при обжиге карбоната кальция массой 200 г2. Сколько угольной кислоты можно получить при взаимодействии 2 л углекислого газа (н.у.) с водой, если выход кислоты составил 90% по сравнению с теоретическим.Интерактивное задание LearningApps.org по теме:“Соединения углерода”ЦОРыВидео — опыт: «Получение угарного газа»Учебный видео-фильм: “Углекислый газ”Видео-опыт: ”Получение углекислого га в лаборатории”Видео:»Химические свойства углекислого газа»Видео:»Горение магния в углекислом газе»Видео:»Тушение пламени углекислым газом»Опыт: «Разложение угольной кислоты»Опыт:»Получение угольной кислоты»Опыт: «Взаимопревращение карбонатов и гидрокарбонатов»
Угольная кислота и карбонаты
Химические свойства угольной кислоты и карбонатов Угольная
кислота – слабая двухосновная
кислота Угольная кислота существует только в водном растворе, где количество ее
молекул и анионов в сотни раз меньше, чем количество растворенных молекул
углекислого газа CO2 Диссоциирует по 2-м ступеням с образованием гидрокарбонат- и карбонат ионов:H2CO3 ↔ H НCO3— НCO3— ↔ H CO32- H2CO3 как индивидуальное соединение неустойчиво и не имеет практического значения, но ее соли устойчивы и нашли широкое применение. Растворимыми являются карбонаты щелочных металлов. Высокая степень гидролиза является причиной щелочной реакции их водных растворов рН(0,1 М р-ра) ~ 11,7:Na2CO3 H2O = NaOH NaHCO3 CO32- H2O = OH— HCO3— Все
карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония при нагревании (более
900ºС) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV):CaCO3 → CaO CO2 Карбонат аммония при нагревании разлагается иначе: (NH4)2CO3 → 2NH3 2H2O CO2 Качественной реакцией является взаимодействие с кислотами является на ионы СО32─ и НСО3− в результате которой происходит выделение СО2:Na2CO3 2HCl → 2NaCl
CO2 ↑ H2O при взаимодействии с разбавленными растворами соляной или серной кислот происходит выделение углекислого газа, который затем пропускают через раствор известковой воды. При этом наблюдается помутнение раствора:NaHCO3 HCl → NaCl CO2 ↑ H2O CO2 Сa(OH)2 = CaCO3↓ H2O При дальнейшем пропускании раствор вновь становится прозрачным,
помутнение исчезает: CaCO3 CO2 H2O = Сa(НCO3)2 Переход в гидрокарбонаты при пропускании CO2 через растворы карбонатов или постепенном добавлении кислот:Na2CO3 CO2 H2O = 2NaНCO3 Na2CO3 HCl → NaНCO3 NaCl Гидрокарбонаты все, кроме NaНCO3 легко растворяются в воде. Водные растворы также имеют щелочную реакцию вследствие гидролиза:НCO3— H2O = OH— H2CO3 при нагревании гидрокарбонаты переходят в карбонаты или гидроксиды:2NaHCO3 → Na2CO3 CO2 ↑ H2O Mg(HCO3)2 = Mg(OH)2↓ 2CO2↑ H2O
Физические свойства
Углерод в природе существует в виде нескольких аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен. Алмаз— это модификация углерода с атомной кристаллической решеткой. Алмаз — самое твердое минеральное кристаллическое вещество, прозрачное, плохо проводит электрический ток и тепло. Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp3-гибридизации.Графит— это аллотропная модификация, в которой атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации. При этом атомы связаны в плоские слои, состоящие из шестиугольников, как пчелиные соты. Слои удерживаются между собой слабыми связями. Это наиболее устойчивая при нормальных условиях аллотропная модификация углерода.Графит — мягкое вещество серо-стального цвета, с металлическим блеском. Хорошо проводит электрический ток. Жирный на ощупь. Карбин — вещество, в составе которого атомы углерода находятся в sp-гибридизации. Состоит из цепочек и циклов, в которых атомы углерода соединены двойными и тройными связями. Карбин — мелкокристаллический порошок серого цвета.[=C=C=C=C=C=C=]n или [–C≡C–C≡C–C≡C–]n Фуллерен— это искусственно полученная модифицикация углерода. Молекулы фуллерена — выпуклые многогранники С60, С70 и др. Многогранники образованы пяти- и шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода.Фуллерены — черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников. В природе углерод встречается как в виде простых веществ (алмаз, графит), так и в виде сложных соединений (органические вещества — нефть, природные газ, каменный уголь, карбонаты).
Физические свойства CO
Оксид углерода (2) обладает следующими физическими свойствами – это бесцветный газ, не имеющий ярко выраженного запаха. Все посторонние запахи, появляющиеся при утечке угарного газа, являются продуктами распада органических примесей. Он намного легче воздуха, чрезвычайно токсичен, очень плохо растворяется в воде и отличается высокой степенью горючести.Самое главное свойство CO – его отрицательное воздействие на организм человека. Отравление угарным газом может привести к летальному исходу. Более подробно о воздействии оксида углерода на организм человека будет рассказано ниже.
Характеристики и физические свойства, плотность
Угарный газ имеет следующие физические параметры: плотность — 1,164 кг/м3, плохо растворим в воде (при 20оС в 100 г воды растворяется 2,32 мл). Хорошо растворяется в спирте, бензоле. При температуре -192оС угарный газ закипает, а при -205оС — плавится.Углекислый газ СО2 обладает отличными от СО свойствами.Углекислый газ в 1,5 раза тяжелее воздуха, мало растворим в воде, но вступает с ней во взаимодействие с образованием слабой угольной кислоты. При атмосферном давлении при снижении температуры до -78оС превращается в белую снегообразную массу, минуя жидкую фазу. Твердый углекислый газ называют «сухим льдом», он используется для перевозки замороженных продуктов, а также в медицине.Образование СО2 в природе происходит при горении, гниении органических соединений. Большое его количество содержится в водах минеральных источников. При дыхании живые организмы вдыхают кислород, а выдыхают углекислый газ.Таким образом к основным физическим свойствам СО2 можно отнести: Благодаря своим физическим свойствам, нашел широкое применение в промышленности, включая пищевую, а именно: приготовление газированных напитков;замораживание и охлаждение, а также упаковка;нейтрализация химических веществ (щелочей);приготовление метаболических смесей в медицине;вспенивание пластиковых масс;шлифовка и изготовление металлических конструкций и т.п.
Химические свойства оксидов углерода
Химические свойства CO2 следующие: CO2 — кислотный оксид: взаимодействие с водой приводит к образованию угольной кислоты. Продукт реакции химически неустойчив, поэтому частично распадается. Такие реакции называются обратимыми. Записываются они так: CO2 H2O ↔ H2CO3Следующим химическим свойством CO2 является его взаимодействие с основными оксидами, например, оксидом кальция, и основаниями. Уравнения выглядят так: CaO CO2=CaCO3 и CO2 NaOH=NaHCO3CO2 не горит в кислороде, но сам может окислять некоторые активные металлы: CO2 2Mg=C 2MgOВ химии практическое значение имеют процессы взаимодействия углекислого газа с простыми веществами, например, водородом: CO2 4H2=CH4 2H2OCO2 взаимодействуют с пероксидами активных металлов, эти реакции используются на подводных лодках и космических кораблях для регенерации кислорода: 2CO2 2Na2O2=2Na2CO3 O2Качественная реакция на CO2 — взаимодействие с известковым молоком (раствор Ca(OH)2). Образуется белый осадок – карбонат кальция CaCO3: CO2 Ca(OH)2=CaCO3 H2OCO является несолеобразующим оксидом, поэтому не вступает в реакции с растворами кислот и щелочей. В отличие от оксида углерода (IV), CO проявляет свойства восстановителя. •В присутствии кислорода горит синим пламенем: 2CO O2 → 2CO2 •При участии катализатора либо под действием света реагирует с хлором. Образуется фосген: CO Cl2 → COCl2 •Смесь угарного газа СО с водородом называется синтез-газ, при определенных условиях из синтез-газа можно получить различные органические вещества: метанол CO 2H2 → CH3OH •Так же при повышенном давлении СО реагирует с твердыми щелочами: CO NaOH → HCOONa •CO способен восстанавливать металлы из оксидов, что используется в промышленности: 3CO Fe2O3 → 2Fe 3CO2CO CuО→ Cu CO2 •Прочие сильные окислители могут окислять угарный газ до углекислого газа или карбонатов: CO Na2O2 → Na2CO3
Электронное строение углерода
Электронная конфигурация углерода в основном состоянии: 6С 1s22s22p2 1s 2s 2p Электронная конфигурация углерода в возбужденном состоянии: 6С* 1s22s12p3 1s 2s 2p Атом углерода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии. Степени окисления атома углерода — от -4 до 4. Характерные степени окисления -4, 0, 2, 4.