Лекція

Тема: Загальна характеристика Карбону

1. Положенні в періодичні системі

2. Алотропія карбону

3. Хімічні властивості

4. Оксиди карбону

1. Положенні в періодичні системі

- С -  Карбон;

-  ІV – група, головна підгрупа, ІІ період, порядковий номер – 6;

- відносна атомна маса – 12,  заряд ядра +6, електронів - 6, протонів - 6, нейтронів – 6, два енергетичні рівні.

2. Алотропія карбону

 У природі зустрічається у трьох алотропних формах карбон: алмаз, графіт, карбін (найбільше алмазів та графітів).

Алмаз – кристалічна речовина, практично не проводить електричний струм, кристали безбарвні або жовті, коричневі, рожево – бузкові, зеленого, голубого, синього і чорних кольорів. Можуть бути прозорі і непрозорі, характерний блиск.

Типи алмазів:

- технічні алмази – найтвердіша з усіх відомих речовин, містять домішки. Їх використовують для свердління твердих порід, виготовлення шліфувальних дисків, різців, свердел, різання скла;

- чисті алмази – безбарвні прозорі кристали. Їх гранують, шліфують і виготовляють з них діаманти (чим більше граней у кристалі, тим краще він «грає»). Маса діамантів вимірюється в каратах (1 карат – 0,2 грама). Прозорі алмази синього та зеленого кольору є рідкісні і оцінюються високо;

 - штучні алмази – добувають штучним шляхом з графіту в умовах високих тисків і температур. Утворюються дрібні кристали, які використовуються для виготовлення різальних інструментів та точних вимірювальних приладів.

Графіт – кристалічна речовина,  жирна на дотик, сірого або чорного кольору з металічним блиском. Структура графіту шарувата: атоми карбону розміщені шарами, що складаються з кілець. Тому графіт легко розшарувати на лусочки, кристали не міцні, мінерал легкий (навіть при слабкому терті графіту по паперу на ньому залишається сірий слід).

Він тугоплавкий – з нього виготовляють вогнетривкі препарати, мастила, синтетичні алмази, електроди, грифелі для олівців.

Карбін – речовина білого кольору, напівпровідник, має ланцюгову будову молекули  ( - С ≡ С – С = С – С – С  = С - ).

Існують ще вуглеводні матеріали:

-  («аморфний вуглець») – технічний вуглець (сажа) – наповнювач для гуми і пластмас, для друкарської фарби та стрічок друкарських машин;

 – кокс – використовують у металургії як паливо і відновник.

- деревне вугілля – здатний до абсорбції (вбирання з поверхні  речовин). Щоб збільшити поверхню вугілля (щоб збільшити адсорбцію) вугілля активують – обробляють водяною парою для видалення з його пор сторонніх домішок і збільшити пористість. Таке вугілля називають активованим (для очищення газів, очищення крові від шкідливих токсинів із шлунково – кишкового тракту).

3. Хімічні властивості

 Хімічні властивості: більшість реакцій проходять при високих температурах, відновник.

- з оксидами металів (відновлює метали та їх оксиди та утворює чадний газ):

CuO +C → CO↑ + Cu

При наявності вільного доступу повітря утворюється вуглекислий газ.

2 CuO +C → 2Cu + CO₂↑

- з киснем легко горить, утворюючи високі температури

С + О₂ → CO₂           - за незначної температури

2С + О₂ → 2CO     -  за високих температур (більше 1000⁰ С)

 - взаємодіє з водою

Якщо на розжарений карбон подавати водяну пару, то утвориться  водяний газ – суміш CO і Н₂

С + Н₂О → CO↑ + Н₂↑

- відношення до дії лугів і кислот, лише концентрована сульфатна кислота та нітратна  кислота за температури 100⁰С окислюють його.

С +2  Н₂SO₄ → CO₂↑ +  2 SO₂ ↑ +  Н₂О

С + HNO_{3 конц.} → CO₂↑ +  2 NO₂ ↑ +  Н₂О

- з металами - при нагріванні  утворюються карбіди

Са + 2С → Са С₂  - карбід кальцію

4 Al + 3С → Al₄С₃ – карбід алюмінію

Карбіди  - тверді і тугоплавні речовини. Карбон виступає як окисник, що для нього не є характерним .

- з воднем - при температурі 500⁰С та з каталізатором

  С + Н₂ ↔ C Н ₄↑  - метан

4. Оксиди карбону

         Елемент Карбону з оксисеном утворює два оксиди:

- CO₂ – оксид карбону (ІV), вуглекислий газ;

- CO  - оксид карбону (ІІ), чадний газ.

Фізичні властивості:

Вуглекислий газ – безбарвний газ, без запаху, важчий за повітря, добре розчинний у воді, зріджений вуглекислий газ зберігається у стальних баках. Якщо його швидко вилити з балона, вуглекислий газ випаровується і частина газу перетворюється на снігоподібну масу. Твердий вуглекислий газ називають сухим льодом.

Чадний газ – газ, без запаху, отруйний, погано розчинний у воді. У великій кількості  призводить до запаморочення, задуху. Чадний газ  з гемоглобіном крові утворює сполуку, яка не дає крові переносити кисень, що призводить до кисневого голодування, головного болю, нудоти, знепритомніння, смерть.

Хімічні властивості:

Вуглекислий  газ  - кислотний оксид взаємодіє:

- з водою:

  CO₂  + Н₂О ↔ Н₂ CO₃

- з основами і основними оксидами. Вуглекислий газ реагує з лугами за стандартних умов і утворює карбонати.

 Са(ОН)₂ + CO₂ → СаCO₃ + Н₂О

СаО + CO₂ → СаCO₃ – карбонат кальцію

Оксид карбону (ІІ) – CO -  зазначених вищих реакціях не дає (солей не утворює), йому характерні такі властивості:

- здатний горіти синім полум’ям:

2 CO + О₂  → 2 CO₂

- відновлює метали з оксидів (при нагріванні):

FeO +  CO →  Fe + CO₂

Застосування: вуглекислий газ використовують при виробництві соди, цукру, для газування води, гасіння пожеж (содові вогнегасники), сухий лід використовують для зберігання продуктів, які швидко псуються.