• Обозначение - C (Carbon);
• Период - II;
• Група - 14 (IVa);
• Атомна маса - 12.011;
• Атомен номер - 6;
• Атомен радиус = 77 pm;
• Ковалентен радиус = 77 pm;
• Електронно разпределение - 1s 2 2s 2 2p 2 ;
• температура на топене = 3550°C;
• точка на кипене = 4827°C;
• Електроотрицателност (според Pauling/според Alpred и Rochow) = 2,55/2,50;
• Степен на окисление: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Плътност (бр.) = 2,25 g/cm 3 (графит);
• Моларен обем = 5,3 cm3/mol.

Въглеродни съединения:

Въглеродът под формата на въглен е известен на човека от незапомнени времена, следователно няма смисъл да се говори за датата на откриването му. Всъщност "въглеродът" получава името си през 1787 г., когато е публикувана книгата "Метод на химическата номенклатура", в която се появява терминът "въглерод" (carbone) вместо френското наименование "чисти въглища" (charbone pur).

Въглеродът има уникалната способност да образува полимерни вериги с неограничена дължина, като по този начин създава огромен клас съединения, чието изследване е предмет на отделен клон на химията - органичната химия. Органичните въглеродни съединения формират основата на земния живот, следователно няма смисъл да се говори за значението на въглерода като химичен елемент - той е в основата на живота на Земята.

Сега нека разгледаме въглерода от гледна точка на неорганичната химия.

Ориз. Структура на въглеродния атом.

Електронната конфигурация на въглерода е 1s 2 2s 2 2p 2 (виж Електронна структура на атомите). На външно енергийно ниво въглеродът има 4 електрона: 2 сдвоени в s-подниво + 2 несдвоени в p-орбитали. Когато въглеродният атом премине във възбудено състояние (изисква разход на енергия), един електрон от s-поднивото „напуска” своята двойка и се премества в p-подниво, където има една свободна орбитала. Така във възбудено състояние електронната конфигурация на въглеродния атом приема следната форма: 1s 2 2s 1 2p 3.

Ориз. Преминаването на въглероден атом във възбудено състояние.

Тази „рокада“ значително разширява валентните възможности на въглеродните атоми, които могат да приемат степен на окисление от +4 (в съединения с активни неметали) до -4 (в съединения с метали).

В невъзбудено състояние въглеродният атом в съединенията има валентност 2, например CO (II), а във възбудено състояние има валентност 4: CO 2 (IV).

„Уникалността“ на въглеродния атом се състои във факта, че на неговото външно енергийно ниво има 4 електрона, следователно, за да завърши нивото (към което всъщност се стремят атомите на всеки химичен елемент), той може с равни „успех“, както дават, така и добавят електрони, за да образуват ковалентни връзки (вижте Ковалентна връзка).

Въглеродът като просто вещество

Като просто вещество въглеродът може да се намери под формата на няколко алотропни модификации:

• Диамант
• Графит
• Фулерен
• Карбин

Диамант

Ориз. Диамантена кристална решетка.

Свойства на диаманта:

• безцветно кристално вещество;
• най-твърдото вещество в природата;
• има силен пречупващ ефект;
• лошо провежда топлина и електричество.

Ориз. Диамантен тетраедър.

Изключителната твърдост на диаманта се обяснява със структурата на неговата кристална решетка, която има формата на тетраедър - в центъра на тетраедъра има въглероден атом, който е свързан чрез еднакво силни връзки с четири съседни атома, които образуват върховете на тетраедъра (виж фигурата по-горе). Тази „конструкция“ от своя страна е свързана със съседни тетраедри.

Графит

Ориз. Графитна кристална решетка.

Свойства на графита:

• меко кристално вещество със сив цвят със слоеста структура;
• има метален блясък;
• провежда добре електричеството.

В графита въглеродните атоми образуват правилни шестоъгълници, разположени в една и съща равнина, организирани в безкрайни слоеве.

В графита химичните връзки между съседни въглеродни атоми се образуват от трите валентни електрона на всеки атом (показани в синьо на фигурата по-долу), като четвъртият електрон (показан в червено) на всеки въглероден атом е разположен в р-орбиталата, разположен перпендикулярно към равнината на графитния слой, не участва в образуването на ковалентни връзки в равнината на слоя. Неговото „предназначение“ е друго – взаимодействайки със своя „брат“, лежащ в съседния слой, той осигурява връзка между слоевете графит, а високата подвижност на р-електроните определя добрата електропроводимост на графита.

Ориз. Разпределение на орбиталите на въглеродния атом в графита.

Фулерен

Ориз. Кристална решетка на фулерена.

Свойства на фулерена:

• фулеренова молекула е колекция от въглеродни атоми, затворени в кухи сфери като футболна топка;
• това е финокристално вещество с жълто-оранжев цвят;
• точка на топене = 500-600°C;
• полупроводник;
• е част от минерала шунгит.

Карбин

Свойства на карбина:

• черно инертно вещество;
• се състои от полимерни линейни молекули, в които атомите са свързани чрез редуващи се единични и тройни връзки;
• полупроводник.

Химични свойства на въглерода

При нормални условия въглеродът е инертно вещество, но при нагряване може да реагира с различни прости и сложни вещества.

Вече беше казано по-горе, че на външното енергийно ниво на въглерода има 4 електрона (нито тук, нито там), следователно въглеродът може както да отдава електрони, така и да ги приема, проявявайки редуциращи свойства в някои съединения и окислителни свойства в други.

Въглеродът е редуциращ агентпри реакции с кислород и други елементи с по-висока електроотрицателност (виж таблицата на електроотрицателността на елементите):

• при нагряване във въздуха изгаря (с излишък на кислород с образуването на въглероден диоксид; с неговия дефицит - въглероден оксид (II)):
  C + O 2 = CO 2;
  2C + O 2 = 2CO.
• реагира при високи температури със серни пари, лесно взаимодейства с хлор, флуор:
  C + 2S = CS 2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F 2 + C = CF 4
• При нагряване той редуцира много метали и неметали от оксиди:
  C0 + Cu +2 O = Cu 0 + C +2 O;
  C 0 +C +4 O 2 = 2C +2 O
• при температура 1000°C реагира с вода (процес на газификация), образувайки воден газ:
  C + H2O = CO + H2;

Въглеродът проявява окислителни свойства при реакции с метали и водород:

• реагира с метали за образуване на карбиди:
  Ca + 2C = CaC 2
• взаимодействайки с водорода, въглеродът образува метан:
  C + 2H 2 = CH 4

Въглеродът се получава чрез термично разлагане на неговите съединения или пиролиза на метан (при висока температура):
CH4 = C + 2H2.

Приложение на карбон

Въглеродните съединения са намерили най-широко приложение в националната икономика; не е възможно да изброим всички, ще посочим само няколко:

• графитът се използва за направата на моливи, електроди, тигли за топене, като модератор на неутрони в ядрени реактори и като смазка;
• Диамантите се използват в бижутерията, като режещ инструмент, в оборудване за пробиване и като абразивен материал;
• Въглеродът се използва като редуциращ агент за производството на някои метали и неметали (желязо, силиций);
• въглеродът съставлява по-голямата част от активния въглен, който е намерил широко приложение както в ежедневието (например като адсорбент за пречистване на въздуха и разтвори), така и в медицината (таблетки с активен въглен) и в промишлеността (като носител за каталитични добавки, катализатор на полимеризация и др.).

Въглеродният диоксид, известен също като 4, реагира с редица вещества, образувайки съединения, които се различават по състав и химични свойства. Състои се от неполярни молекули, има много слаби междумолекулни връзки и може да присъства само ако температурата е по-висока от 31 градуса по Целзий. Въглеродният диоксид е химично съединение, състоящо се от един въглероден атом и два кислородни атома.

Въглероден окис 4: Формула и основна информация

Въглеродният диоксид присъства в ниски концентрации в земната атмосфера и действа като парников газ. Химичната му формула е CO2. При високи температури може да съществува изключително в газообразно състояние. В твърдо състояние се нарича сух лед.

Въглеродният диоксид е важен компонент на въглеродния цикъл. Той идва от различни природни източници, включително вулканична дегазация, изгаряне на органична материя и дихателните процеси на живи аеробни организми. Антропогенните източници на въглероден диоксид идват главно от изгарянето на различни изкопаеми горива за производство на електроенергия и транспорт.

Произвежда се и от различни микроорганизми от ферментация и клетъчно дишане. Растенията превръщат въглеродния диоксид в кислород по време на процес, наречен фотосинтеза, като използват както въглерод, така и кислород за образуване на въглехидрати. Освен това растенията също отделят кислород в атмосферата, който след това се използва за дишане от хетеротрофни организми.

Въглероден диоксид (CO2) в тялото

Въглеродният окис 4 реагира с различни вещества и е газообразен отпадъчен продукт от метаболизма. Има повече от 90% от него в кръвта под формата на бикарбонат (HCO 3). Останалото е или разтворен CO 2 или въглена киселина (H2CO 3). Органи като черния дроб и бъбреците са отговорни за балансирането на тези съединения в кръвта. Бикарбонатът е химикал, който действа като буфер. Поддържа нивото на pH на кръвта на необходимото ниво, като избягва повишаването на киселинността.

Структура и свойства на въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид (CO2) е химично съединение, което е газ при стайна температура и по-висока. Състои се от един въглероден атом и два кислородни атома. Хората и животните отделят въглероден диоксид, когато издишват. Освен това се образува при всяко изгаряне на нещо органично. Растенията използват въглероден диоксид за производство на храна. Този процес се нарича фотосинтеза.

Свойствата на въглеродния диоксид са изследвани от шотландския учен Джоузеф Блек през 1750 г. способен да улавя топлинна енергия и да влияе на климата и времето на нашата планета. Той е причина за глобалното затопляне и повишаването на температурата на земната повърхност.

Биологична роля

Въглеродният окис 4 реагира с различни вещества и е крайният продукт в организмите, които получават енергия от разграждането на захари, мазнини и аминокиселини. Известно е, че този процес е характерен за всички растения, животни, много гъби и някои бактерии. При висшите животни въглеродният диоксид се движи в кръвта от телесните тъкани до белите дробове, където се издишва. Растенията го получават от атмосферата за използване във фотосинтезата.

Сух лед

Сухият лед или твърдият въглероден диоксид е твърдо състояние на газ CO 2 с температура -78,5 °C. Това вещество не се среща естествено в природата, а се произвежда от хората. Той е безцветен и може да се използва при приготвянето на газирани напитки, като охлаждащ елемент в контейнери за сладолед и в козметологията, например за замразяване на брадавици. Парата от сух лед е задушаваща и може да причини смърт. Бъдете внимателни и професионални, когато използвате сух лед.

При нормално налягане той няма да се стопи от течност, а вместо това преминава директно от твърдо вещество в газ. Това се нарича сублимация. Той ще се промени директно от твърдо в газообразно състояние при всяка температура над изключително ниски температури. Сухият лед сублимира при нормални температури на въздуха. Това освобождава въглероден диоксид, който е без мирис и цвят. Въглеродният диоксид може да бъде втечнен при налягане над 5,1 atm. Газът, който идва от сухия лед, е толкова студен, че когато се смеси с въздух, той охлажда водните пари във въздуха в мъгла, която прилича на гъст бял дим.

Получаване, химични свойства и реакции

В промишлеността въглеродният окис 4 се произвежда по два начина:

1. Чрез изгаряне на гориво (C + O 2 = CO 2).
2. Чрез термично разлагане на варовик (CaCO 3 = CaO + CO 2).

Полученият обем въглероден окис 4 се пречиства, втечнява и изпомпва в специални цилиндри.

Тъй като е кисел, въглеродният окис 4 реагира с вещества като:

• вода. При разтваряне се образува въглена киселина (H 2 CO 3).
• Алкални разтвори. Въглеродният окис 4 (формула CO 2) реагира с основи. В този случай се образуват средни и киселинни соли (NaHCO 3).
• Тези реакции произвеждат карбонатни соли (CaCO 3 и Na 2 CO 3).
• въглерод. Когато въглероден оксид 4 реагира с горещи въглища, се образува въглероден оксид 2 (въглероден оксид), който може да причини отравяне. (CO 2 + C = 2CO).
• Магнезий. По правило въглеродният диоксид не поддържа горене, само при много високи температури той може да реагира с определени метали. Например, възпламенен магнезий ще продължи да гори в CO 2 по време на редокс реакция (2Mg + CO 2 = 2MgO + C).

Качествената реакция на въглероден оксид 4 се проявява при преминаването му през варовикова вода (Ca(OH) 2 или през баритна вода (Ba(OH) 2).Може да се наблюдава мътност и утаяване.Ако продължите да пропускате въглероден диоксид след това, водата ще стане отново бистра, тъй като неразтворимите карбонати се превръщат в разтворими бикарбонати (киселинни соли на въглеродната киселина).

Въглеродният диоксид също се получава при изгарянето на всички въглеродсъдържащи горива, като метан (природен газ), петролни дестилати (бензин, дизел, керосин, пропан), въглища или дърва. В повечето случаи се отделя и вода.

Въглеродният диоксид (въглероден диоксид) се състои от един въглероден атом и два кислородни атома, които се държат заедно чрез ковалентни връзки (или споделяне на електрони). Чистият въглерод е много рядък. В природата се среща само под формата на минерали, графит и диамант. Въпреки това, той е градивен елемент на живота, който, когато се комбинира с водород и кислород, образува основните съединения, които изграждат всичко на планетата.

Въглеводороди като въглища, нефт и природен газ са съединения, направени от водород и въглерод. Този елемент се намира в калцит (CaCo 3), минерали в седиментни и метаморфни скали, варовик и мрамор. Това е елементът, който съдържа цялата органична материя – от изкопаемите горива до ДНК.

(IV) (CO 2, въглероден диоксид, въглероден диоксид)е газ без цвят, вкус и мирис, който е по-тежък от въздуха и разтворим във вода.

При нормални условия твърдият въглероден диоксид преминава директно в газообразно състояние, заобикаляйки течното състояние.

Когато има голямо количество въглероден оксид, хората започват да се задушават. Концентрации над 3% водят до учестено дишане, а над 10% настъпва загуба на съзнание и смърт.

Химични свойства на въглеродния окис.

Въглероден окис - това е въглероден анхидрид Н2СО3.

Ако въглеродният окис премине през калциев хидроксид (варовита вода), се образува бяла утайка:

ок(ОХ) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + з 2 О,

Ако въглеродният диоксид се приеме в излишък, се наблюдава образуването на бикарбонати, които се разтварят във вода:

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

Които след това се разпадат при нагряване:

2KNCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Приложение на въглероден окис.

Въглеродният диоксид се използва в различни индустрии. В химическото производство - като хладилен агент.

В хранително-вкусовата промишленост се използва като консервант E290. Въпреки че е класифициран като „условно безопасен“, в действителност това не е така. Лекарите са доказали, че честата консумация на E290 води до натрупване на токсично токсично съединение. Затова трябва да четете по-внимателно етикетите на продуктите.

Въглерод (C)– типични неметални; в периодичната таблица е във 2-ри период на група IV, основната подгрупа. Пореден номер 6, Ar = 12,011 amu, ядрен заряд +6.

Физични свойства:въглеродът образува много алотропни модификации: диамант- едно от най-твърдите вещества графит, въглища, сажди.

Въглеродният атом има 6 електрона: 1s 2 2s 2 2p 2 . Последните два електрона са разположени в отделни р-орбитали и са несдвоени. По принцип тази двойка може да заема една и съща орбитала, но в този случай междуелектронното отблъскване значително се увеличава. Поради тази причина единият от тях взема 2p x, а другият или 2p y , или 2p z орбитали.

Разликата в енергията на s- и p-поднивата на външния слой е малка, така че атомът доста лесно преминава във възбудено състояние, при което един от двата електрона от 2s орбитала преминава в свободен 2 търкайте.Валентно състояние се появява с конфигурацията 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Именно това състояние на въглеродния атом е характерно за диамантената решетка - тетраедрично пространствено разположение на хибридни орбитали, еднаква дължина и енергия на връзките.

Известно е, че това явление се нарича sp 3 -хибридизация,и възникващите функции са sp 3 -хибридни . Образуването на четири sp 3 връзки осигурява на въглеродния атом по-стабилно състояние от три р-р-и една s-s-връзка. В допълнение към sp 3 хибридизация, sp 2 и sp хибридизация също се наблюдава при въглеродния атом . В първия случай се получава взаимно припокриване с-и две p-орбитали. Образуват се три еквивалентни sp 2 хибридни орбитали, разположени в една и съща равнина под ъгъл 120° една спрямо друга. Третата орбитала p е непроменена и насочена перпендикулярно на равнината sp2.

По време на sp хибридизация s и p орбиталите се припокриват. Между двете еквивалентни хибридни орбитали, които се образуват, възниква ъгъл от 180°, докато двете p-орбитали на всеки атом остават непроменени.

Алотропия на въглерода. Диамант и графит

В графитен кристал въглеродните атоми са разположени в успоредни равнини, заемайки върховете на правилни шестоъгълници. Всеки въглероден атом е свързан с три съседни sp 2 хибридни връзки. Връзката между паралелни равнини се осъществява благодарение на силите на Ван дер Ваалс. Свободните p-орбитали на всеки атом са насочени перпендикулярно на равнините на ковалентните връзки. Тяхното припокриване обяснява допълнителната π връзка между въглеродните атоми. По този начин, от валентното състояние, в което се намират въглеродните атоми в дадено вещество, определя свойствата на това вещество.

Химични свойства на въглерода

Най-характерните степени на окисление са: +4, +2.

При ниски температури въглеродът е инертен, но при нагряване активността му се увеличава.

Въглерод като редуциращ агент:

- с кислород
C 0 + O 2 – t° = CO 2 въглероден диоксид
с липса на кислород - непълно изгаряне:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O въглероден окис

- с флуор
C + 2F 2 = CF 4

- с водна пара
C 0 + H 2 O – 1200° = C + 2 O + H 2 воден газ

- с метални оксиди. Ето как се топи метал от руда.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- с киселини - окислители:
C 0 + 2H 2 SO 4 (конц.) = C + 4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (конц.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- образува въглероден дисулфид със сяра:
C + 2S 2 = CS 2.

Въглеродът като окислител:

- образува карбиди с някои метали

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- с водород - метан (както и огромен брой органични съединения)

C0 + 2H2 = CH4

— със силиций, образува карборунд (при 2000 °C в електрическа пещ):

Намиране на въглерод в природата

Свободният въглерод се среща под формата на диамант и графит. Под формата на съединения въглеродът се намира в минерали: креда, мрамор, варовик - CaCO 3, доломит - MgCO 3 * CaCO 3; хидрокарбонати - Mg(HCO 3) 2 и Ca (HCO 3) 2, CO 2 е част от въздуха; Въглеродът е основният компонент на естествените органични съединения - газ, нефт, въглища, торф и е част от органичните вещества, протеини, мазнини, въглехидрати, аминокиселини, които изграждат живите организми.

Неорганични въглеродни съединения

Нито C 4+, нито C 4- йони се образуват по време на конвенционални химични процеси: въглеродните съединения съдържат ковалентни връзки с различна полярност.

Въглероден окис CO

Въглероден окис; безцветен, без мирис, слабо разтворим във вода, разтворим в органични разтворители, токсичен, точка на кипене = -192°C; t pl. = -205°C.

Касова бележка
1) В промишлеността (в газови генератори):
C + O 2 = CO 2

2) В лаборатория - термично разлагане на мравчена или оксалова киселина в присъствието на H 2 SO 4 (конц.):
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Химични свойства

При нормални условия CO е инертен; при нагряване - редуциращ агент; несолеобразуващ оксид.

1) с кислород

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) с метални оксиди

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) с хлор (на светлина)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (фосген)

4) реагира с алкални стопи (под налягане)

CO + NaOH = HCOONa (натриев формиат)

5) образува карбонили с преходни метали

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Въглероден окис (IV) CO2

Въглероден диоксид, без цвят, без мирис, разтворимост във вода - 0,9V CO 2 се разтваря в 1V H 2 O (при нормални условия); по-тежък от въздуха; t°pl = -78,5°C (твърдият CO 2 се нарича „сух лед“); не поддържа горене.

Касова бележка

1. Термично разлагане на соли на въглена киселина (карбонати). Изпичане на варовик:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. Действието на силни киселини върху карбонати и бикарбонати:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

химическиИмотиCO2
Киселинен оксид: Реагира с основни оксиди и основи, за да образува соли на въглеродна киселина

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

При повишени температури може да прояви окислителни свойства

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Качествена реакция

Мътност на варовита вода:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (бяла утайка) + H 2 O

Изчезва при продължително преминаване на CO 2 през варовита вода, т.к неразтворимият калциев карбонат се превръща в разтворим бикарбонат:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2

Въглеродна киселина и нейнитесол

H 2CO 3 -Слаба киселина, съществува само във воден разтвор:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Двуосновен:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Киселинни соли - бикарбонати, бикарбонати
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Средни соли - карбонати

Всички свойства на киселините са характерни.

Карбонатите и бикарбонатите могат да се трансформират един в друг:

2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

Металните карбонати (с изключение на алкалните метали) декарбоксилират при нагряване до образуване на оксид:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Качествена реакция- "кипене" под въздействието на силна киселина:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

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

Карбиди

Калциев карбид:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2.

Ацетиленът се отделя, когато цинковият, кадмиевият, лантановият и цериевият карбид реагират с вода:

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

Be 2 C и Al 4 C 3 се разлагат с вода до образуване на метан:

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

В технологията се използват титанови карбиди TiC, волфрам W 2 C (твърди сплави), силиций SiC (карборунд - като абразив и материал за нагреватели).

Цианид

получен чрез нагряване на сода в атмосфера на амоняк и въглероден окис:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Циановодородната киселина HCN е важен продукт на химическата промишленост и се използва широко в органичния синтез. Световното му производство достига 200 хиляди тона годишно. Електронната структура на цианидния анион е подобна на въглеродния оксид (II); такива частици се наричат ​​изоелектронни:

° С = O: [:C = Н:] -

Цианидите (0,1-0,2% воден разтвор) се използват при добива на злато:

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

При кипене на разтвори на цианид със сяра или топене на твърди вещества те се образуват тиоцианати:
KCN + S = KSCN.

При нагряване на цианиди на нискоактивни метали се получава цианид: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Цианидните разтвори се окисляват до цианати:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

Циановата киселина съществува в две форми:

H-N=C=O; H-O-C = Н:

През 1828 г. Фридрих Вьолер (1800-1882) получава урея от амониев цианат: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 чрез изпаряване на воден разтвор.

Това събитие обикновено се смята за победа на синтетичната химия над "виталистичната теория".

Има изомер на цианова киселина - експлозивна киселина

H-O-N=C.
Неговите соли (живачен фулминат Hg(ONC) 2) се използват в ударни възпламенители.

Синтез урея(урея):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. При 130 0 C и 100 atm.

Уреята е амид на въглеродна киселина, има и нейния „азотен аналог“ – гуанидин.

Карбонати

Най-важните неорганични въглеродни съединения са солите на въглеродната киселина (карбонати). H 2 CO 3 е слаба киселина (K 1 = 1,3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Поддържа карбонатен буфер баланс на въглероден диоксидв атмосферата. Световните океани имат огромен буферен капацитет, защото са отворена система. Основната буферна реакция е равновесието по време на дисоциацията на въглеродната киселина:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Когато киселинността намалява, настъпва допълнително усвояване на въглероден диоксид от атмосферата с образуването на киселина:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

С увеличаването на киселинността карбонатните скали (черупки, креда и варовикови утайки в океана) се разтварят; това компенсира загубата на хидрокарбонатни йони:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (твърд) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Твърдите карбонати се превръщат в разтворими бикарбонати. Именно този процес на химическо разтваряне на излишния въглероден диоксид противодейства на "парниковия ефект" - глобалното затопляне, дължащо се на поглъщането на топлинна радиация от Земята от въглероден диоксид. Около една трета от световното производство на сода (натриев карбонат Na 2 CO 3) се използва в производството на стъкло.

Въглеродни оксиди (II) и (IV)

Интегриран урок по химия и биология

Задачи:изучават и систематизират знанията за въглеродните оксиди (II) и (IV); разкриват връзката между живата и неживата природа; консолидират знанията за ефекта на въглеродните оксиди върху човешкото тяло; затвърдете уменията си за работа с лабораторно оборудване.

Оборудване:Разтвор на HCl, лакмус, Ca(OH) 2, CaCO 3, стъклена пръчка, домашни маси, преносима дъска, модел с топка и пръчка.

ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА

Учител по биологиясъобщава темата и целите на урока.

Учител по химия.Въз основа на учението за ковалентните връзки, съставете електронните и структурните формули на въглеродните оксиди (II) и (IV).

Химическата формула на въглеродния оксид (II) е CO, въглеродният атом е в нормалното си състояние.

Поради сдвояването на несдвоени електрони се образуват две полярни ковалентни връзки, а третата ковалентна връзка се образува по донорно-акцепторния механизъм. Донорът е кислороден атом, т.к осигурява свободна двойка електрони; акцепторът е въглероден атом, т.к осигурява празна орбитала.

В промишлеността въглеродният (II) оксид се получава чрез преминаване на CO 2 върху горещи въглища при висока температура. Образува се и при изгаряне на въглища с недостиг на кислород. ( Ученик пише уравнението на реакцията на дъската)

В лабораторията CO се получава чрез действието на концентрирана H 2 SO 4 върху мравчена киселина. ( Уравнението на реакцията се записва от учителя.)

Учител по биология.И така, вие се запознахте с производството на въглероден оксид (II). Какви физични свойства има въглеродният окис (II)?

Студент.Това е безцветен газ, отровен, без мирис, по-лек от въздуха, слабо разтворим във вода, точка на кипене –191,5 °C, втвърдява се при –205 °C.

Учител по химия.Въглеродният окис се съдържа в изгорелите газове на автомобилите в количества, опасни за човешкия живот. Ето защо гаражите трябва да бъдат добре проветрени, особено при стартиране на двигателя.

Учител по биология.Какъв е ефектът на въглеродния окис върху човешкото тяло?

Студент.Въглеродният окис е изключително токсичен за хората - това се обяснява с факта, че той образува карбоксихемоглобин. Карбоксихемоглобинът е много силно съединение. В резултат на образуването му хемоглобинът в кръвта не взаимодейства с кислорода и в случай на тежко отравяне човек може да умре от кислороден глад.

Учител по биология.Каква първа помощ трябва да се окаже на човек при отравяне с въглероден окис?

Ученици.Необходимо е да се обадите на линейка, жертвата трябва да бъде изведена навън, да се направи изкуствено дишане и помещението да се проветри добре.

Учител по химия.Напишете химичната формула на въглеродния окис (IV) и, като използвате модела на топка и пръчка, изградете нейната структура.

Въглеродният атом е във възбудено състояние. И четирите полярни ковалентни връзки се образуват чрез сдвояване на несдвоени електрони. Въпреки това, поради линейната си структура, неговата молекула като цяло е неполярна.
В промишлеността CO 2 се получава от разлагането на калциев карбонат при производството на вар.
(Ученик записва уравнението на реакцията.)

В лабораторията CO 2 се получава чрез взаимодействие на киселини с креда или мрамор.
(Учениците изпълняват лабораторен опит.)

Учител по биология.Какви процеси водят до образуването на въглероден диоксид в тялото?

Студент.Въглеродният диоксид се образува в тялото в резултат на окислителните реакции на органичните вещества, които изграждат клетката.

(Учениците изпълняват лабораторен опит.)

Варовият разтвор помътня, защото се образува калциев карбонат. В допълнение към процеса на дишане, CO2 се отделя в резултат на ферментация и гниене.

Учител по биология.Влияе ли физическата активност на процеса на дишане?

Студент.При прекомерен физически (мускулен) стрес мускулите използват кислород по-бързо, отколкото кръвта може да го достави, и след това чрез ферментация синтезират необходимия за тяхната работа АТФ. В мускулите се образува млечна киселина C 3 H 6 O 3, която навлиза в кръвта. Натрупването на големи количества млечна киселина е вредно за организма. След тежка физическа активност продължаваме да дишаме тежко известно време - изплащаме „кислородния дълг“.

Учител по химия.Големи количества въглероден окис (IV) се отделят в атмосферата при изгаряне на изкопаеми горива. У дома използваме природен газ като гориво и той се състои от почти 90% метан (CH 4). Каня един от вас да отиде до дъската, да напише уравнение за реакцията и да я анализира от гледна точка на окисление-редукция.

Учител по биология.Защо не можете да използвате газови печки за отопление на стая?

Студент.Метанът е компонент на природния газ. Когато гори, съдържанието на въглероден диоксид във въздуха се увеличава, а съдържанието на кислород намалява. ( Работа със съдържанието CO 2 във въздуха".)
Когато въздухът съдържа 0,3% CO 2, човек изпитва учестено дишане; при 10% - загуба на съзнание, при 20% - моментална парализа и бърза смърт. Детето се нуждае особено от чист въздух, тъй като консумацията на кислород от тъканите на растящото тяло е по-голяма от тази на възрастен. Ето защо е необходимо редовно да се проветрява помещението. При излишък на CO 2 в кръвта се повишава възбудимостта на дихателния център и дишането става по-често и по-дълбоко.

Учител по биология.Нека разгледаме ролята на въглеродния окис (IV) в живота на растенията.

Студент.В растенията образуването на органични вещества става от CO 2 и H 2 O на светлина; в допълнение към органичните вещества се образува кислород.

Фотосинтезата регулира количеството въглероден диоксид в атмосферата, което предотвратява повишаването на температурата на планетата. Всяка година растенията абсорбират 300 милиарда тона въглероден диоксид от атмосферата. Процесът на фотосинтеза освобождава 200 милиарда тона кислород в атмосферата годишно. Озонът се образува от кислород по време на гръмотевична буря.

Учител по химия.Нека разгледаме химичните свойства на въглеродния оксид (IV).

Учител по биология.Какво е значението на въглеродната киселина в човешкото тяло по време на дишането? ( Фрагмент от филмова лента.)
Ензимите в кръвта превръщат въглеродния диоксид във въглена киселина, която се разпада на водородни и бикарбонатни йони. Ако кръвта съдържа излишък от Н + йони, т.е. ако киселинността на кръвта се повиши, тогава някои от Н + йони се комбинират с бикарбонатни йони, образувайки въглена киселина и по този начин освобождавайки кръвта от излишните Н + йони. Ако в кръвта има твърде малко Н + йони, тогава въглеродната киселина се дисоциира и концентрацията на Н + йони в кръвта се увеличава. При температура 37 °C рН на кръвта е 7,36.
В тялото въглеродният диоксид се пренася с кръвта под формата на химични съединения - натриев и калиев бикарбонат.

Фиксиране на материала

Тест

От предложените газообменни процеси в белите дробове и тъканите, попълнилите първия вариант трябва да изберат кодовете на верните отговори отляво, а втория – отдясно.

(1) Преход на O 2 от белите дробове към кръвта. (13)
(2) Пренос на O 2 от кръвта към тъканите. (14)
(3) Преминаване на CO 2 от тъканите към кръвта. (15)
(4) Преминаване на CO 2 от кръвта към белите дробове. (16)
(5) Усвояване на O2 от червените кръвни клетки. (17)
(6) Освобождаване на O 2 от червените кръвни клетки. (18)
(7) Превръщане на артериална кръв във венозна. (19)
(8) Превръщане на венозна кръв в артериална. (20)
(9) Разкъсване на химичната връзка на O 2 с хемоглобина. (21)
(10) Химично свързване на O 2 с хемоглобина. (22)
(11) Капиляри в тъканите. (23)
(12) Белодробни капиляри. (24)

Въпроси от първия вариант

1. Газообменни процеси в тъканите.
2. Физични процеси при газообмен.

Въпроси за втори вариант

1. Газообменни процеси в белите дробове.
2. Химични процеси при газообмен

Задача

Определете обема на въглеродния оксид (IV), който се отделя при разлагането на 50 g калциев карбонат.