Raport - Carbonul și compușii săi
Rezumat în chimie
CARBONUL ȘI COMPUȚII SĂI
Elevul clasei 10 „b” a școlii nr.4
g. Angarsk - 2001
CARBONUL ȘI COMPUȚII SĂI.
Carbonul ca substanță simplă.
Atomul de carbon are patru electroni pe cele patru AO exterioare. Prin urmare, toate cele patru AO participă la formarea legăturilor chimice. Aceasta explică diversitatea și abundența compușilor de carbon.
Marea majoritate a compușilor de carbon sunt clasificați ca așa-numite substanțe organice. În această secțiune, luăm în considerare proprietățile substanțelor anorganice formate din carbon - substanțe simple, oxizii săi, acidul carbonic și unele dintre sărurile sale.
Carbonul formează mai multe substanțe simple. Dintre acestea, diamantul și grafitul sunt considerate a fi cele mai importante. Aceste modificări alotropice au rețele cristaline atomice care diferă în structurile lor. De aici diferența dintre proprietățile lor fizice și chimice.
În diamant, fiecare atom de carbon este legat de alți patru atomi. În spațiu, acești atomi sunt localizați în centrul și colțurile tetraedrelor conectate prin vârfurile lor. Este o rețea foarte simetrică și puternică. Diamantul este cea mai dură substanță de pe Pământ.
În grafit, fiecare atom este conectat la alți trei în același plan. Trei AO cu trei electroni sunt cheltuiți pentru formarea acestor legături. Al patrulea orbital 2p-АО cu un electron este situat perpendicular pe plan. Acești orbitali atomici rămași ai întregii grile se suprapun unul pe altul, formând o zonă de orbitali moleculari. Această zonă nu este ocupată în totalitate, ci pe jumătate, ceea ce asigură conductivitatea electrică metalică a grafitului (spre deosebire de diamant).
Pe lângă conductivitatea electrică, grafitul are trei proprietăți mai importante practic.
În primul rând,refractaritatea. Punctul de topire al grafitului este peste 3500 ° C - aceasta este cea mai refractară substanță simplă de pe Pământ.
În al doilea rând,absența oricăror produse de interacțiune cu mediul pe suprafața acestuia (pe metale, acestea sunt oxizi), care cresc rezistența electrică.
În al treilea rând,capacitatea de a oferi un efect lubrifiant asupra suprafețelor de frecare. Într-un cristal de grafit, atomii de carbon sunt puternic legați între ei în rețele plate, iar legătura dintre rețele este slabă, are o natură intermoleculară, ca în substanțele cu rețele moleculare. Prin urmare, forțele mecanice deja mici determină deplasarea grilelor una față de alta, ceea ce determină acțiunea grafitului ca lubrifiant.
Energia de legătură dintre atomii de carbon din substanțe simple și complexe, inclusiv diamant și grafit. Foarte larg. Duritatea diamantului a fost deja menționată. Legătura dintre atomi este puternică și în rețeaua de grafit.Astfel, rezistența la tracțiune a unei fibre de grafit depășește semnificativ rezistența fierului și a oțelului tehnic.
Așa-numitele materiale compozite sunt realizate pe bază de grafit, în special materiale plastice armate cu fibră de carbon, în care fibrele de grafit sunt situate pe o matrice de rășină epoxidica. Materialele compozite sunt din ce în ce mai folosite în aviație și tehnologia spațială (la urma urmei, pe lângă rezistență, sunt ușoare; să comparăm densitatea grafitului,p=2,3 g/cm3, cu densitatea „luminii” aluminiu,p=2,7g/cm3, și în special fier,p=7,9g/cm3), precum și în construcțiile navale, unde rezistența la coroziune este deosebit de valoroasă.
Carbon Compuși ai carbonului Monoxid de carbon (1U) Acidul carbonic are modificări alotropice: diamant, grafit, carabină, fuleren etc. prezintă proprietăți reducătoare arde în oxigen: C+O2=CO2+Q interacționează cu monoxidul de carbon (1U): C+CO2 = 2CO refacemetale din oxizii lor: 3С+Fe2O3=3CO2+4Fe
arderea incompletă a metanului: CH4+O2=C+2H2O
Gaz inodor, incolor și fără gust, mai greu decât aerul oxidul acid reacționează cu apa când este dizolvat: CO2 + H2O = H2CO3 reacționează cu baze:
5. Reacţionează cu oxizii bazici:
6. Formată în reacții
a) arderea carbonului în oxigen:
b) oxidarea monoxidului de carbon (II):
c) arderea metanului:
d) interacțiunea acizilor cu carbonați:
e) descompunerea termică a carbonaților, hidrocarbonaților:
f) oxidarea proceselor biochimice de respiraţie, dezintegrare.
1. Moleculă slabă. Acid dibazic slab. Există echilibre într-o soluție apoasă.
2. Interacționează cu soluțiile alcaline ca soluție de dioxid de carbon în apă cu formarea de săruri acide (hidrocarbonați) și săruri medii (carbonați):
3. Deplasat din săruri de acizi mai puternici
4. Sărurile acidului carbonic suferă hidroliză
Carbonul este inert din punct de vedere chimic doar la temperaturi relativ scăzute, iar la temperaturi ridicate este unul dintre cei mai puternici agenți reducători Principala utilizare chimică a carbonului este reducerea metalelor, în primul rând a fierului, din minereuri.
Având patru electroni la nivelul energiei externe, carbonul în compuși cu oxigen, în funcție de condiții, prezintă valențe +2 și +4.
La arderea substanțelor care conțin carbon (lemn, cărbune, gaz natural metan, alcool etc.) la temperatura unei flăcări obișnuite, are loc următoarea reacție:
Dar dacă creați condiții pentru creșterea temperaturii (de exemplu, reduceți eliminarea căldurii, care poate avea loc în interiorul unui strat gros de cărbune care arde, inclusiv într-un furnal), atunci reacțiile au loc:
Produsul arderii complete a carbonului și a substanțelor sale este monoxidul de carbon (IC) CO2 -dioxid de carbon. De asemenea, se formează în timpul respirației organismelor vii și al descompunerii rămășițelor acestora.Totodată, dioxidul de carbon (împreună cu apa) este principala substanță consumată de plante în procesul de creștere.
Prin creșterea presiunii, deja la temperatura camerei, dioxidul de carbon se lichefiază. Unele tipuri de stingătoare de incendiu sunt umplute cu CO2 lichid.
Odată cu scăderea presiunii, monoxidul de carbon lichid fierbe În același timp, temperatura sa scade brusc, deoarece, după cum se știe din fizică, o cantitate mare de căldură este cheltuită pentru formarea porilor. Ca rezultat, CO2 se solidifică. În formă solidă (numită „gheață carbonică”), este folosit ca agent frigorific. La presiunea atmosferică, „gheața carbonică” nu se topește, dar la fel ca iodul, fosforul, carbonul, se sublimează, doar la o temperatură mult mai scăzută (-75 ° C).