Вуглець як проста речовина - вуглець і його сполуки - хімія - універсальний довідник

ВУГЛЕЦЬ І ЙОГО СПОЛУКИ

ВУГЛЕЦЬ ЯК ПРОСТОЇ РЕЧОВИНА

В атомі вуглецю на його зовнішніх чотирьох АТ є чотири електрона, тому всі чотири АТ беруть участь в утворенні хімічних зв'язків. Цим пояснюється різноманітність і численність сполук Карбону. Переважна більшість з'єднань вуглецю відноситься до так званих органічних речовин. У цьому розділі розглядаються властивості неорганічних речовин, утворених Карбоном, - простих речовин, його оксидів, карбонатної кислоти і деяких її солей.

Карбон утворює кілька простих речовин. Серед них найважливішими є алмаз і графіт. Ці аллотропние модифікації мають атомні кристалічні решітки, які відрізняються своїми структурами. Звідси і відмінність їх фізичних і хімічних властивостей.

У алмазі кожен атом вуглецю сполучений з чотирма іншими атомами. У просторі ці атоми розташовуються в центрі і кутах тетраедрів, з'єднаних вершинами. Це - дуже симетрична і міцна решітка. Алмаз - найтвердіша речовина на Землі.

У графіті кожен атом з'єднаний з трьома іншими, які лежать в тій же площині. На освіту цих зв'язків витрачається по три АТ з трьома електронами. Четверта орбиталь 2р-АО з одним електроном розташовується перпендикулярно до площини. Ті атомні орбіталі, які залишилися з усієї сітки, перекриваються між собою, створюючи зону молекулярних орбіталей. Ця зона зайнята в повному обсязі, а наполовину, що забезпечує металеву електропровідність графіту (на відміну від алмаза).

Крім електропровідності графіт володіє ще трьома важливими властивостями.

По-перше, тугоплавкость. Температура плавлення графіту вище 3500 ° С - це найтугоплавкіша проста речовина на Землі.

Вуглець і його сполуки

оксид вуглецю (IV)

1. Має аллотропние модифікації: алмаз, графіт, карбін, фулерен і ін.

2. Виявляє відновні властивості:

а) горить в кисні:

б) взаємодіє з оксидом вуглецю (IV):

в) відновлює метали з їх оксидів:

Неповне згоряння метану:

1. Газ без запаху, кольору і смаку, важчий за повітря

2. Кислотний оксид

3. При розчиненні взаємодіє з водою:

4. Реагує з основами:

5. Реагує з основними оксидами:

6. Утворюється в реакціях

а) горіння вуглецю в кисні:

б) окислення оксиду вуглецю (II):

в) згоряння метану:

г) взаємодія кислот з карбонатами:

ґ) термічного розкладання карбонатів і гідрокарбонатів:

д) окислювальних біохімічних процесів дихання, гниття

1. Нестійка молекула. Слабка двохосновна кислота. У водному розчині існує рівновага:

2. Взаємодіє з розчинами лугів як розчин вуглекислого газу у воді 3 освітою солей - кислих (гідрокарбонатів) і середніх (карбонатів):

3. Витісняється з солей сильнішими | кислотами:

4. Солі карбонатної кислоти піддаються гідролізу:

По-друге, відсутність на його поверхні будь-яких продуктів взаємодії з навколишнім середовищем (на металах це оксиди), які збільшують електричний опір.

По-третє, має властивість змащувати поверхні, які труться. У кристалі графіту атоми вуглецю міцно з'єднані між собою в плоских сітках, а зв'язок між сітками слабкий: він має міжмолекулярну природу, як і в речовинах з молекулярними ґраткамі, тому навіть незначні механічні зусилля викликають зміщення сіток відносно один одного, що й обумовлює дію графіту в як мастило.

Енергія зв'язку між атомами вуглецю в простих і складних речовинах, в тому числі в алмазі і в графіті, дуже велика. Про твердість алмаза вже згадувалося. Міцна зв'язок між атомами і в графітової сітці. Так, міцність на розрив волокна з графіту значно перевищує міцність заліза і технічної стали.

На основі графіту виготовляють так звані композиційні матеріали, зокрема карбопластікі, в яких волокна графіту знаходяться в матриці з епоксидної смоли. Композиційні матеріали все ширше застосовуються в авіаційній і космічній техніці (адже, крім міцності вони легкі; порівняйте щільність графіту, ρ = 2,3 г / см 3. з щільністю «легкого» алюмінію ρ = 2,7 г / см 3. і, тим більше, заліза, ρ = 7,9 г / см 3), а також в кораблебудуванні, де особливо цінні протикорозійні властивості.

Карбон хімічно інертний тільки при порівняно низьких температурах, а при високих - це один з найсильніших відновників. У хімії, в основному, вуглець застосовують для відновлення металів, перш за все заліза, з руд; в попередньому розділі згадувалося його використання для отримання фосфору.