Fyzikální vlastnosti: uhlík tvoří mnoho alotropních modifikací: diamant- jedna z nejtvrdších látek grafit, uhlí, saze.
Atom uhlíku má 6 elektronů: 1s 2 2 s 2 2p 2 . Poslední dva elektrony jsou umístěny v samostatných p-orbitalech a jsou nepárové. V principu by tato dvojice mohla obsadit stejný orbital, ale v tomto případě se mezielektronová odpuzování značně zvyšuje. Z tohoto důvodu jeden z nich trvá 2p x a druhý buď 2p y , nebo orbitaly 2pz.
Rozdíl v energii s- a p-podhladiny vnější vrstvy je malý, takže atom docela snadno přejde do excitovaného stavu, ve kterém jeden ze dvou elektronů z orbitalu 2s přejde do volného 2 rub. Objeví se valenční stav s konfigurací 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Právě tento stav atomu uhlíku je charakteristický pro diamantovou mřížku – čtyřstěnné prostorové uspořádání hybridních orbitalů, identická délka vazby a energie.
Tento jev je známý jako tzv sp 3 -hybridizace, a vznikající funkce jsou sp 3 -hybridní . Tvorba čtyř sp3 vazeb poskytuje atomu uhlíku stabilnější stav než tři r-r- a jedno s-s-spojení. Kromě hybridizace sp 3 je na atomu uhlíku také pozorována hybridizace sp 2 a sp . V prvním případě dochází k vzájemnému překrývání s- a dva p-orbitaly. Vzniknou tři ekvivalentní hybridní orbitaly sp 2 umístěné ve stejné rovině pod úhlem 120° vůči sobě. Třetí orbitál p je nezměněn a směřuje kolmo k rovině sp2.
Během hybridizace sp se orbitaly s a p překrývají. Mezi dvěma ekvivalentními hybridními orbitaly, které se tvoří, vzniká úhel 180°, zatímco dva p-orbitaly každého atomu zůstávají nezměněny.
Alotropie uhlíku. Diamant a grafit
V krystalu grafitu jsou atomy uhlíku umístěny v rovnoběžných rovinách, zabírajících vrcholy pravidelných šestiúhelníků. Každý atom uhlíku je připojen ke třem sousedním sp2 hybridním vazbám. Spojení mezi rovnoběžnými rovinami je provedeno van der Waalsovými silami. Volné p-orbitaly každého atomu směřují kolmo k rovinám kovalentních vazeb. Jejich překrývání vysvětluje další vazbu π mezi atomy uhlíku. Tedy od Valenční stav, ve kterém se atomy uhlíku v látce nacházejí, určuje vlastnosti této látky.
Chemické vlastnosti uhlíku
Nejcharakterističtější oxidační stavy jsou: +4, +2.
Při nízkých teplotách je uhlík inertní, ale při zahřívání se jeho aktivita zvyšuje.
Uhlík jako redukční činidlo:
- s kyslíkem
C 0 + O 2 – t° = CO 2 oxid uhličitý
s nedostatkem kyslíku - nedokonalé spalování:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O oxid uhelnatý
- s fluorem
C + 2F2 = CF4
- s vodní párou
C 0 + H 2 O – 1200° = C + 2 O + H 2 vodní plyn
- s oxidy kovů. Tak se taví kov z rudy.
Co + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2
- s kyselinami - oxidačními činidly:
Co + 2H2S04 (konc.) = C +402 + 2SO2 + 2H20
Co + 4HN03 (konc.) = C +402 + 4N02 + 2H20
- tvoří se sírou sirouhlík:
C + 2S2 = CS2.
Uhlík jako oxidační činidlo:
- s některými kovy tvoří karbidy
4Al + 3C0 = Al4C3
Ca + 2C0 = CaC2-4
- s vodíkem - metanem (a také velké množství organické sloučeniny)
CO + 2H2 = CH4
— s křemíkem tvoří karborundum (při 2000 °C v elektrické peci):
Hledání uhlíku v přírodě
Volný uhlík se vyskytuje ve formě diamantu a grafitu. Ve formě sloučenin se uhlík nachází v minerálech: křída, mramor, vápenec - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 *CaCO 3; hydrokarbonáty - Mg(HCO 3) 2 a Ca(HCO 3) 2, CO 2 je součástí vzduchu; Uhlík je hlavní složkou přírodních organických sloučenin - plynu, ropy, uhlí, rašeliny a je součástí organických látek, bílkovin, tuků, sacharidů, aminokyselin, které tvoří živé organismy.
Anorganické sloučeniny uhlíku
Ionty C4+ ani C4- nevznikají během žádných konvenčních chemických procesů: sloučeniny uhlíku obsahují kovalentní vazby různé polarity.
Kysličník uhelnatý CO
Kysličník uhelnatý; bezbarvý, bez zápachu, mírně rozpustný ve vodě, rozpustný v organických rozpouštědlech, toxický, bod varu = -192°C; t pl. = -205 °C.
Účtenka
1) V průmyslu (v plynových generátorech):
C + 02 = C02
2) Laboratorně - tepelný rozklad kyseliny mravenčí nebo šťavelové za přítomnosti H 2 SO 4 (konc.):
HCOOH = H2O + CO
H2C204 = CO + CO2 + H20
Chemické vlastnosti
Na normální podmínky CO je inertní; při zahřívání - redukční činidlo; oxid netvořící sůl.
1) s kyslíkem
2C +20 + 02 = 2C +402
2) s oxidy kovů
C +20 + CuO = Cu + C +402
3) s chlórem (na světle)
CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (fosgen)
4) reaguje s alkalickými taveninami (pod tlakem)
CO + NaOH = HCOONa (mravčan sodný)
5) tvoří karbonyly s přechodnými kovy
Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4
Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5
Oxid uhelnatý (IV) CO2
Oxid uhličitý, bezbarvý, bez zápachu, rozpustnost ve vodě - 0,9V CO 2 se rozpouští v 1V H 2 O (při normální podmínky); těžší než vzduch; t°pl = -78,5 °C (pevný CO 2 se nazývá „suchý led“); nepodporuje spalování.
Účtenka
- Tepelný rozklad solí kyseliny uhličité (uhličitanů). Pálení vápence:
CaCO 3 – t° = CaO + CO 2
- Působení silných kyselin na uhličitany a hydrogenuhličitany:
CaC03 + 2HCl = CaCl2 + H20 + C02
NaHC03 + HCl = NaCl + H20 + C02
ChemikálievlastnostiCO2
Oxid kyseliny: Reaguje se zásaditými oxidy a zásadami za vzniku solí kyseliny uhličité
Na20 + C02 = Na2C03
2NaOH + C02 = Na2C03 + H20
NaOH + C02 = NaHC03
Na zvýšená teplota se může projevit oxidační vlastnosti
C + 4 O 2 + 2 Mg – t° = 2 Mg + 2 O + C 0
Kvalitativní reakce
Zákal vápenné vody:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (bílá sraženina) + H 2 O
Při dlouhodobém průchodu CO 2 vápennou vodou mizí, protože nerozpustný uhličitan vápenatý se mění na rozpustný hydrogenuhličitan:
CaC03 + H20 + C02 = Ca(HC03)2
Kyselina uhličitá a jejísůl
H 2CO 3 - Slabá kyselina, existuje pouze ve vodném roztoku:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
Dibasic:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Soli kyselin - hydrogenuhličitany, hydrogenuhličitany
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Střední soli - uhličitany
Všechny vlastnosti kyselin jsou charakteristické.
Uhličitany a hydrogenuhličitany se mohou vzájemně přeměňovat:
2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
Na2C03 + H20 + C02 = 2NaHC03
Uhličitany kovů (kromě alkalických kovů) dekarboxylát při zahřívání za vzniku oxidu:
CuCO 3 – t° = CuO + CO 2
Kvalitativní reakce- „vaření“ pod vlivem silné kyseliny:
Na2C03 + 2HCl = 2NaCl + H20 + C02
C032- + 2H+ = H20 + C02
Karbidy
Karbid vápníku:
CaO + 3 C = CaC2 + CO
CaC2 + 2 H20 = Ca(OH)2 + C2H2.
Acetylen se uvolňuje, když karbidy zinku, kadmia, lanthanu a ceru reagují s vodou:
2 LaC2 + 6 H20 = 2La(OH)3 + 2 C2H2 + H2.
Be 2 C a Al 4 C 3 se rozkládají vodou za vzniku metanu:
AI4C3 + 12 H20 = 4 Al(OH)3 = 3 CH4.
V technologii se používají karbidy titanu TiC, wolfram W 2 C (tvrdé slitiny), křemík SiC (karborundum - jako brusivo a materiál pro topidla).
Kyanid
získané zahřátím sody v atmosféře amoniaku a oxidu uhelnatého:
Na2C03 + 2 NH3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H20 + H2 + 2 CO2
Kyselina kyanovodíková HCN je důležitým produktem chemického průmyslu a je široce používána v organické syntéze. Jeho celosvětová produkce dosahuje 200 tisíc tun ročně. Elektronová struktura kyanidového aniontu je podobná oxidu uhelnatému (II); takové částice se nazývají isoelektronické:
C = O: [:C = N:] –
Kyanidy (0,1-0,2% vodný roztok) se používají při těžbě zlata:
2 Au + 4 KCN + H20 + 0,5 O2 = 2 K + 2 KOH.
Při vaření roztoků kyanidu se sírou nebo tavením pevných látek se tvoří thiokyanáty:
KCN + S = KSCN.
Při zahřívání kyanidů málo aktivních kovů se získá kyanid: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Roztoky kyanidu se oxidují na kyanáty:
2 KCN + O2 = 2 KOCN.
Kyselina kyanová existuje ve dvou formách:
H-N=C=O; H-O-C = N:
V roce 1828 získal Friedrich Wöhler (1800-1882) močovinu z kyanátu amonného: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 odpařením vodného roztoku.
Tato událost je obvykle považována za vítězství syntetické chemie nad „vitalistickou teorií“.
Existuje izomer kyseliny kyanové - výbušná kyselina
H-O-N=C.
Jeho soli (fulminát rtuťnatý Hg(ONC) 2) se používají v nárazových zapalovačích.
Syntéza močovina(močovina):
CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H20. Při 130 °C a 100 atm.
Močovina je amid kyseliny uhličité, existuje také její „analog dusíku“ – guanidin.
Uhličitany
Nejvýznamnějšími anorganickými uhlíkatými sloučeninami jsou soli kyseliny uhličité (uhličitany). H 2 CO 3 – slabá kyselina(Ki=1,3.10-4; K2=5.10-11). Podpěry karbonátového pufru bilance oxidu uhličitého v atmosféře. Světové oceány mají obrovskou vyrovnávací kapacitu, protože jsou otevřeným systémem. Hlavní pufrovací reakcí je rovnováha během disociace kyseliny uhličité:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.
Když kyselost klesá, dochází k další absorpci oxidu uhličitého z atmosféry s tvorbou kyseliny:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .
Jak se zvyšuje kyselost, uhličitanové horniny (skořápky, křída a vápencové sedimenty v oceánu) se rozpouštějí; to kompenzuje ztrátu hydrokarbonátových iontů:
H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —
CaCO 3 (pevná látka) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-
Pevné uhličitany se mění na rozpustné hydrogenuhličitany. Právě tento proces chemického rozpouštění přebytečného oxidu uhličitého působí proti „ skleníkový efekt» – globální oteplování v důsledku absorpce tepelného záření ze Země oxidem uhličitým. Asi třetina světové produkce sody (uhličitan sodný Na 2 CO 3) se spotřebuje na výrobu skla.
Oxid uhličitý, také známý jako 4, reaguje s řadou látek a vytváří sloučeniny, které se liší složením a chemickými vlastnostmi. Skládá se z nepolárních molekul, má velmi slabé mezimolekulární vazby a může být přítomen pouze při teplotě vyšší než 31 stupňů Celsia. Oxid uhličitý je chemická sloučenina skládající se z jednoho atomu uhlíku a dvou atomů kyslíku.
Oxid uhelnatý 4: Vzorec a základní informace
Oxid uhličitý je v zemské atmosféře přítomen v nízkých koncentracích a působí jako skleníkový plyn. Jeho chemický vzorec je CO2. Na vysoká teplota může existovat výhradně v plynném stavu. V pevném stavu se nazývá suchý led.
Oxid uhličitý je důležitou složkou uhlíkový cyklus. Pochází z mnoha přírodní zdroje, včetně sopečného odplyňování, spalování organických látek a dýchacích procesů živých aerobních organismů. Antropogenní zdroje oxidu uhličitého pocházejí především ze spalování různých fosilních paliv pro výrobu elektřiny a dopravu.
Je také produkován různými mikroorganismy z fermentace a buněčného dýchání. Rostliny přeměňují oxid uhličitý na kyslík během procesu zvaného fotosyntéza, přičemž k tvorbě sacharidů využívají uhlík i kyslík. Rostliny navíc uvolňují do atmosféry i kyslík, který pak využívají k dýchání heterotrofní organismy.
Oxid uhličitý (CO2) v těle
Oxid uhelnatý 4 reaguje s různými látkami a je plynným odpadním produktem metabolismu. V krvi je ho více než 90 % ve formě hydrogenuhličitanu (HCO 3). Zbytek je buď rozpuštěný CO 2 nebo kyselina uhličitá (H2CO 3). Orgány, jako jsou játra a ledviny, jsou zodpovědné za vyvážení těchto sloučenin v krvi. Bikarbonát je Chemická látka, který funguje jako nárazník. Udržuje hladinu pH krve na požadované úrovni a zabraňuje zvýšení kyselosti.
Struktura a vlastnosti oxidu uhličitého
Oxid uhličitý (CO2) je chemická sloučenina, která je plynem při pokojové teplotě a vyšší. Skládá se z jednoho atomu uhlíku a dvou atomů kyslíku. Lidé a zvířata při výdechu uvolňují oxid uhličitý. Navíc vzniká vždy, když se něco organického spálí. Rostliny využívají oxid uhličitý k výrobě potravin. Tento proces se nazývá fotosyntéza.
Vlastnosti oxidu uhličitého zkoumal skotský vědec Joseph Black již v 50. letech 18. století. schopný chytit Termální energie a ovlivňují klima a počasí naší planety. On je ten důvod globální oteplování a rostoucí teploty zemského povrchu.
Biologická role
Oxid uhelnatý 4 reaguje s různými látkami a je konečným produktem v organismech, které získávají energii štěpením cukrů, tuků a aminokyselin. Je známo, že tento proces je charakteristický pro všechny rostliny, zvířata, mnoho hub a některé bakterie. U vyšších živočichů se oxid uhličitý pohybuje v krvi z tělesných tkání do plic, kde je vydechován. Rostliny jej získávají z atmosféry pro použití při fotosyntéze.
Suchý led
Suchý led nebo pevný oxid uhličitý je pevné skupenství plynného CO 2 o teplotě -78,5 °C. V přírodní forma tato látka se v přírodě nevyskytuje, ale je produkována lidmi. Je bezbarvý a lze jej použít při přípravě sycených nápojů, jako chladící prvek v nádobách na zmrzlinu a v kosmetologii, například na zmrazování bradavic. Pára suchého ledu je dusivá a může způsobit smrt. Při používání suchého ledu dbejte opatrnosti a profesionality.
Za normálního tlaku se neroztaví z kapaliny, ale přechází přímo z pevné látky na plyn. Tomu se říká sublimace. Změní se přímo z pevný na plyn při jakékoli teplotě přesahující extrémní nízké teploty. Suchý led sublimuje, když normální teplota vzduch. Tím se uvolňuje oxid uhličitý, který je bez barvy a zápachu. Oxid uhličitý může být zkapalněn při tlacích nad 5,1 atm. Plyn, který pochází ze suchého ledu, je tak studený, že když se smísí se vzduchem, ochladí vodní páru ve vzduchu na mlhu, která vypadá jako hustý bílý kouř.
Příprava, chemické vlastnosti a reakce
V průmyslu se oxid uhelnatý 4 vyrábí dvěma způsoby:
- Spalováním paliva (C + O 2 = CO 2).
- Tepelným rozkladem vápence (CaCO 3 = CaO + CO 2).
Výsledný objem oxidu uhelnatého 4 se čistí, zkapalňuje a čerpá do speciálních válců.
Oxid uhelnatý 4 je kyselý a reaguje s látkami, jako jsou:
- Voda. Při rozpuštění vzniká kyselina uhličitá (H 2 CO 3).
- Alkalické roztoky. Oxid uhelnatý 4 (vzorec CO 2) reaguje s alkáliemi. V tomto případě se tvoří střední a kyselé soli (NaHCO 3).
- Tyto reakce produkují uhličitanové soli (CaCO 3 a Na 2 CO 3).
- Uhlík. Při reakci oxidu uhelnatého 4 se žhavým uhlím vzniká oxid uhelnatý 2 (oxid uhelnatý), který může způsobit otravu. (C02 + C = 2CO).
- Hořčík. Oxid uhličitý zpravidla nepodporuje spalování pouze při velmi vysokých teplotách může reagovat s některými kovy. Například zapálený hořčík bude během redoxní reakce dále hořet v CO 2 (2 Mg + CO 2 = 2 MgO + C).
Kvalitativní reakce oxidu uhelnatého 4 se projeví při jeho průchodu vápencovou vodou (Ca(OH) 2 nebo barytovou vodou (Ba(OH) 2). Lze pozorovat zákal a srážení. voda se opět vyjasní, protože nerozpustné uhličitany se přemění na rozpustné hydrogenuhličitany (kyselé soli kyseliny uhličité).
Oxid uhličitý vzniká také spalováním všech paliv obsahujících uhlík, jako je metan (zemní plyn), ropné destiláty (benzín, nafta, petrolej, propan), uhlí nebo dřevo. Ve většině případů se také uvolňuje voda.
Oxid uhličitý (oxid uhličitý) je tvořen jedním atomem uhlíku a dvěma atomy kyslíku, které jsou drženy pohromadě kovalentními vazbami (neboli sdílením elektronů). Čistý uhlík je velmi vzácný. V přírodě se vyskytuje pouze ve formě minerálů, grafitu a diamantu. Navzdory tomu jde o stavební kámen života, který ve spojení s vodíkem a kyslíkem tvoří základní sloučeniny tvořící vše na planetě.
Uhlovodíky jako uhlí, ropa a zemní plyn jsou sloučeniny tvořené vodíkem a uhlíkem. Tento prvek se nachází v kalcitu (CaCo 3), minerálech v sedimentárních a metamorfovaných horninách, vápenci a mramoru. Je to prvek, který obsahuje veškerou organickou hmotu – od fosilních paliv až po DNA.
Oxid uhelnatý (IV), kyselina uhličitá a jejich soli
Komplexní účel modulu: znát způsoby výroby oxidu a hydroxidu uhlíku (IV); popsat jejich fyzikální vlastnosti; znát charakteristiky acidobazických vlastností; charakterizovat redoxní vlastnosti.
Všechny prvky uhlíkové podskupiny tvoří oxidy s obecný vzorec EO 2. CO 2 a SiO 2 vykazují kyselé vlastnosti, GeO 2, SnO 2, PbO 2 amfoterní vlastnosti s převahou kyselých vlastností a v podskupině odshora dolů kyselé vlastnosti slábnou.
Oxidační stav (+4) pro uhlík a křemík je velmi stabilní, proto oxidační vlastnosti sloučeniny vykazují s velkými obtížemi. V podskupině germania jsou oxidační vlastnosti sloučenin (+4) zesíleny díky destabilizaci nejvyššího oxidačního stavu.
Oxid uhelnatý (IV), kyselina uhličitá a jejich soli
Oxid uhličitý CO 2 (oxid uhličitý) - za normálních podmínek je to bezbarvý plyn bez zápachu, mírně nakyslé chuti, asi 1,5x těžší než vzduch, rozpustný ve vodě, celkem snadno zkapalněný - při pokojové teplotě se dá přeměnit na kapalinu pod tlakem asi 60 10 5 Pa. Po ochlazení na 56,2 °C kapalný oxid uhličitý ztuhne a změní se na hmotu podobnou sněhu.
Ve všech stavech agregace se skládá z nepolárních lineárních molekul. Chemická struktura CO 2 je určena sp-hybridizací centrálního atomu uhlíku a tvorbou dalšího p r-r-spojení: O = C = O
Část rozpuštěného CO 2 s ním interaguje za vzniku kyseliny uhličité
CO 2 + H 2 O - CO 2 H 2 O - H 2 CO 3.
Oxid uhličitý je velmi snadno absorbován alkalickými roztoky za vzniku uhličitanů a hydrogenuhličitanů:
C02 + 2NaOH = Na2C03 + H20;
C02 + NaOH = NaHC03.
Molekuly CO 2 jsou tepelně velmi stabilní, rozklad začíná až při teplotě 2000°C. Oxid uhličitý tedy nehoří a nepodporuje spalování klasického paliva. Ale v jeho atmosféře některé hoří jednoduché látky, jehož atomy vykazují vysokou afinitu ke kyslíku, například hořčík se při zahřátí vznítí v atmosféře CO 2 .
Kyselina uhličitá a její soli
Kyselina uhličitá H 2 CO 3 je slabá sloučenina a existuje pouze ve vodných roztocích. Většina oxidu uhličitého rozpuštěného ve vodě je ve formě hydratovaných molekul CO 2, menší část tvoří kyselina uhličitá.
Vodné roztoky v rovnováze s atmosférickým CO2 jsou kyselé: = 0,04 M a pH? 4.
Kyselina uhličitá je dvojsytná, patří mezi slabé elektrolyty, disociuje stupňovitě (K1 = 4,4 10?7; K2 = 4,8 10?11). Když se CO2 rozpustí ve vodě, ustaví se následující dynamická rovnováha:
H20 + CO 2 - CO 2 H 2 O - H 2 CO 3 - H + + HCO 3?
Při zahřívání vodného roztoku oxidu uhličitého klesá rozpustnost plynu, z roztoku se uvolňuje CO 2 a rovnováha se posouvá doleva.
Soli kyseliny uhličité
Jelikož je kyselina uhličitá dvojsytná, tvoří dvě řady solí: střední soli (uhličitany) a kyselé soli (bikarbonáty). Většina solí kyseliny uhličité je bezbarvá. Z uhličitanů jsou ve vodě rozpustné pouze soli alkalických kovů a amonné soli.
Ve vodě podléhají uhličitany hydrolýze, a proto jejich roztoky mají alkalickou reakci:
Na2C03 + H20 - NaHC03 + NaOH.
K další hydrolýze za vzniku kyseliny uhličité za normálních podmínek prakticky nedochází.
Rozpouštění uhlovodíků ve vodě je také doprovázeno hydrolýzou, ale v mnohem menší míře, a prostředí se vytváří mírně zásadité (pH 8).
Uhličitan amonný (NH 4) 2 CO 3 se vyznačuje vysokou těkavostí se zvýšenou a rovnoměrnou normální teplota, zejména v přítomnosti vodní páry, která způsobuje silnou hydrolýzu
Silné kyseliny a dokonce i slabá kyselina octová vytěsňují kyselinu uhličitou z uhličitanů:
K2C03 + H2S04 = K2S04 + H20 + C02^.
Na rozdíl od většiny uhličitanů jsou všechny hydrogenuhličitany rozpustné ve vodě. Jsou méně stabilní než uhličitany stejných kovů a při zahřívání se snadno rozkládají a mění se na odpovídající uhličitany:
2KHC03 = K2C03 + H20 + C02^;
Ca(HC03)2 = CaC03 + H20 + C02^.
Silné kyseliny uhlovodíky se rozkládají jako uhličitany:
KHC03 + H2S04 = KHS04 + H20 + CO2
Ze solí kyseliny uhličité nejvyšší hodnotu mají: uhličitan sodný (soda), uhličitan draselný (potaš), uhličitan vápenatý (křída, mramor, vápenec), hydrogenuhličitan sodný (jedlá soda) a zásaditý uhličitan měďnatý (CuOH) 2 CO 3 (malachit).
Zásadité soli kyseliny uhličité jsou ve vodě prakticky nerozpustné a při zahřívání se snadno rozkládají:
(CuOH)2C03 = 2CuO + CO2 + H20.
Obecně platí, že tepelná stabilita uhličitanů závisí na polarizačních vlastnostech iontů, které tvoří uhličitan. Čím více polarizuje kationt na uhličitanovém iontu, tím nižší je teplota rozkladu soli. Pokud lze kationt snadno deformovat, pak samotný uhličitanový iont bude mít také polarizační účinek na kation, což povede k prudkému poklesu teploty rozkladu soli.
Uhličitany sodné a draselné tají bez rozkladu a většina ostatních uhličitanů se při zahřívání rozkládá na oxid kovu a oxid uhličitý.
Uhlík
Uhlík ve volném stavu tvoří 3 alotropní modifikace: diamant, grafit a uměle vyrobený karbyn.
V diamantovém krystalu je každý atom uhlíku spojen silnými kovalentními vazbami se čtyřmi dalšími umístěnými kolem něj ve stejných vzdálenostech.
Všechny atomy uhlíku jsou ve stavu sp3 hybridizace. Atomová krystalová mřížka diamantu má čtyřstěnnou strukturu.
Diamant je bezbarvá, průhledná, vysoce lámavá látka. Má největší tvrdost ze všech známých látek. Diamant je křehký, žáruvzdorný, špatně vede teplo a elektřina. Malé vzdálenosti mezi sousedními atomy uhlíku (0,154 nm) určují poměrně vysokou hustotu diamantu (3,5 g/cm3).
V krystalová mřížka V grafitu je každý atom uhlíku ve stavu sp 2 hybridizace a tvoří tři silné kovalentní vazby s atomy uhlíku umístěnými ve stejné vrstvě. Na tvorbě těchto vazeb se podílejí tři elektrony každého atomu uhlíku a čtvrté valenční elektrony tvoří n-vazby a jsou relativně volné (pohyblivé). Určují elektrickou a tepelnou vodivost grafitu.
Délka kovalentní vazby mezi sousedními atomy uhlíku ve stejné rovině je 0,152 nm a vzdálenost mezi atomy C v různých vrstvách je 2,5krát větší, takže vazby mezi nimi jsou slabé.
Grafit je neprůhledná, měkká, na dotek mastná hmota šedočerné barvy s kovovým leskem; dobře vede teplo a elektřinu. Grafit má ve srovnání s diamantem nižší hustotu a snadno se štěpí na tenké vločky.
Neuspořádaná struktura jemně krystalického grafitu je základem struktury různých forem amorfního uhlíku, z nichž nejvýznamnější jsou koks, hnědý a uhlí, saze, aktivní (aktivní) uhlí.
Tato alotropní modifikace uhlíku se získává katalytickou oxidací (dehydropolykondenzací) acetylenu. Carbyne je řetězový polymer, který má dvě formy:
С=С-С=С-... a...=С=С=С=
Carbyne má polovodičové vlastnosti.
Za běžných teplot jsou obě modifikace uhlíku (diamant i grafit) chemicky inertní. Jemně krystalické formy grafitu - koks, saze, aktivní uhlí - jsou reaktivnější, ale zpravidla po předehřátí na vysokou teplotu.
1. Interakce s kyslíkem
C + O 2 = CO 2 + 393,5 kJ (přebytek O 2)
2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (s nedostatkem O 2)
Spalování uhlí je jedním z nejdůležitějších zdrojů energie.
2. Interakce s fluorem a sírou.
C + 2F2 = CF4 fluorid uhličitý
C + 2S = CS2 sirouhlík
3. Koks je jedním z nejdůležitějších redukčních činidel používaných v průmyslu. V metalurgii se používá k získávání kovů z oxidů, například:
ZS + Fe 2 O 3 = 2Fe + ZSO
C + ZnO = Zn + CO
4. Při interakci uhlíku s oxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin se redukovaný kov spojí s uhlíkem za vzniku karbidu. Například: 3S + CaO = CaC 2 + CO karbid vápníku
5. Koks se také používá k výrobě křemíku:
2C + Si02 = Si + 2СО
6. Při přebytku koksu vzniká karbid křemíku (karborundum) SiC.
Výroba „vodního plynu“ (zplyňování tuhého paliva)
Průchodem vodní páry žhavým uhlím se získá hořlavá směs CO a H 2, nazývaná vodní plyn:
C + H20 = CO + H2
7. Reakce s oxidujícími kyselinami.
Aktivní uhlí nebo dřevěné uhlí při zahřívání redukuje anionty NO 3 - a SO 4 2- z koncentrované kyseliny:
C + 4HN03 = C02 + 4N02 + 2H20
C + 2H2S04 = C02 + 2S02 + 2H20
8. Reakce s roztavenými dusičnany alkalických kovů
Při tavení KNO 3 a NaNO 3 drcené uhlí intenzivně hoří za vzniku oslnivého plamene:
5C + 4KNO 3 = 2K 2 CO 3 + ZCO 2 + 2N 2
1. Vznik solí podobných karbidů s aktivními kovy.
Výrazné oslabení nekovových vlastností uhlíku se projevuje v tom, že se jeho funkce jako oxidačního činidla projevují v mnohem menší míře než funkce redukční.
2. Pouze při reakcích s aktivními kovy se atomy uhlíku přeměňují na záporně nabité ionty C -4 a (C=C) 2- za vzniku solí podobných karbidů:
ZS + 4Al = Al 4 C 3 karbid hliníku
2C + Ca = CaC 2 karbid vápníku
3. Iontové karbidy jsou velmi nestabilní sloučeniny, snadno se rozkládají působením kyselin a vody, což svědčí o nestabilitě záporně nabitých aniontů uhlíku:
Al4C3 + 12H20 = ZSN4 + 4Al(OH)3
CaC2 + 2H20 = C2H2 + Ca(OH)2
4. Vznik kovalentních sloučenin s kovy
V taveninách směsí uhlíku s přechodnými kovy vznikají karbidy převážně s kovalentním typem vazby. Jejich molekuly mají proměnlivé složení a látky jako celek se blíží slitinám. Takové karbidy jsou vysoce stabilní, jsou chemicky inertní vůči vodě, kyselinám, zásadám a mnoha dalším činidlům.
5. Interakce s vodíkem
Při vysokých T a P, v přítomnosti niklového katalyzátoru, se uhlík spojuje s vodíkem:
C + 2H2 -> CH4
Reakce je vysoce reverzibilní a nemá praktický význam.
Oxid uhelnatý– CO
(kysličník uhelnatý, kysličník uhelnatý, kysličník uhelnatý)
Fyzikální vlastnosti: bezbarvý, jedovatý plyn, bez chuti a zápachu, hoří namodralým plamenem, lehčí než vzduch, ve vodě špatně rozpustný. Koncentrace oxidu uhelnatého ve vzduchu je 12,5-74 % výbušnosti.
Účtenka:
1) V průmyslu
C + O 2 = CO 2 + 402 kJ
CO 2 + C = 2CO – 175 kJ
V plynových generátorech je vodní pára někdy vháněna přes žhavé uhlí:
C + H20 = CO + H2 – Q,
směs CO + H 2 se nazývá syntézní plyn.
2) V laboratoři- tepelný rozklad kyseliny mravenčí nebo šťavelové v přítomnosti H 2 SO 4 (konc.):
HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O+CO
H2C2O4 t˚C,H2SO4 → CO + CO2 + H20
Chemické vlastnosti:
Za normálních podmínek je CO inertní; při zahřívání - redukční činidlo;
CO - nesolnotvorný oxid.
1) s kyslíkem
2C +2 O + O 2 t˚ C → 2C +4 O 2
2) s oxidy kovů CO + Me x O y = C02 + Me
C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2
3) s chlórem (na světle)
CO + Cl 2 světlo → COCl 2 (fosgen - jedovatý plyn)
4)* reaguje s alkalickými taveninami (pod tlakem)
CO + NaOH P → HCOONa (mravčan sodný)
Vliv oxidu uhelnatého na živé organismy:
Oxid uhelnatý je nebezpečný, protože brání krvi přenášet kyslík do životně důležitých orgánů, jako je srdce a mozek. Oxid uhelnatý se slučuje s hemoglobinem, který přenáší kyslík do tělesných buněk, čímž se tělo stává nevhodným pro transport kyslíku. V závislosti na vdechovaném množství oxid uhelnatý zhoršuje koordinaci, zhoršuje kardiovaskulární onemocnění a způsobuje únavu. bolest hlavy, slabost, Vliv oxidu uhelnatého na lidské zdraví závisí na jeho koncentraci a době expozice organismu. Koncentrace oxidu uhelnatého ve vzduchu vyšší než 0,1 % vede ke smrti do jedné hodiny a koncentrace vyšší než 1,2 % do tří minut.
Aplikace oxidu uhelnatého:
Oxid uhelnatý se používá především jako hořlavý plyn smíchaný s dusíkem, tzv. generátorový nebo vzduchový plyn, nebo vodní plyn smíchaný s vodíkem. V metalurgii pro získávání kovů z jejich rud. Získávat vysoce čisté kovy rozkladem karbonylů.
Oxid uhelnatý (IV) CO2 – oxid uhličitý
Fyzikální vlastnosti: Oxid uhličitý, bezbarvý, bez zápachu, rozpustnost ve vodě - 0,9V CO 2 se rozpouští v 1V H 2 O (za normálních podmínek); těžší než vzduch; t°pl = -78,5 °C (pevný CO 2 se nazývá „suchý led“); nepodporuje spalování.
Struktura molekuly:
Oxid uhličitý má následující elektronické a strukturní vzorec -
3. Spalování látek obsahujících uhlík:
CH4 + 202 → 2H2O + CO2
4. S pomalou oxidací v biochemických procesech (dýchání, hnití, fermentace)
Chemické vlastnosti:
Oxidy uhlíku (II) a (IV)
Integrovaná výuka chemie a biologie
úkoly: studovat a systematizovat znalosti o oxidech uhlíku (II) a (IV); odhalit vztah mezi živým a neživá příroda; upevnit poznatky o vlivu oxidů uhlíku na lidský organismus; posílit své dovednosti v práci s laboratorním vybavením.
Zařízení: Roztok HCl, lakmus, Ca(OH) 2, CaCO 3, skleněná tyčinka, domácí stoly, přenosná deska, model s koulí a tyčí.
BĚHEM lekcí
Učitel biologie sděluje téma a cíle lekce.
Učitel chemie. Na základě doktríny kovalentních vazeb sestavte elektronové a strukturní vzorce oxidů uhlíku (II) a (IV).
Chemický vzorec oxidu uhelnatého (II) je CO, atom uhlíku je v normálním stavu.
Díky párování nepárových elektronů vznikají dvě kovalentní polární vazby a třetí kovalentní vazba je tvořen mechanismem donor-akceptor. Dárcem je atom kyslíku, protože poskytuje volný pár elektronů; akceptorem je atom uhlíku, protože poskytuje prázdný orbitál.
V průmyslu se oxid uhelnatý (II) vyrábí průchodem CO 2 přes žhavé uhlí při vysoké teplotě. Vzniká také při spalování uhlí s nedostatkem kyslíku. ( Žák napíše reakční rovnici na tabuli)
V laboratoři se CO vyrábí působením koncentrované H 2 SO 4 na kyselinu mravenčí. ( Reakční rovnici píše učitel.)
Učitel biologie. Takže jste se seznámili s výrobou oxidu uhelnatého (II). A co fyzikální vlastnosti má oxid uhelnatý?
Student. Je to bezbarvý plyn, jedovatý, bez zápachu, lehčí než vzduch, špatně rozpustný ve vodě, bod varu –191,5 °C, tuhne při –205 °C.
Učitel chemie. Oxid uhelnatý v množství nebezpečném pro lidský život, který se nachází ve výfukových plynech automobilů. Garáže by proto měly být dobře větrané, zejména při startování motoru.
Učitel biologie. Jaký vliv má oxid uhelnatý na lidský organismus?
Student. Oxid uhelnatý je pro člověka extrémně toxický – to se vysvětluje tím, že tvoří karboxyhemoglobin. Karboxyhemoglobin je velmi silná sloučenina. V důsledku jeho tvorby hemoglobin v krvi neinteraguje s kyslíkem a v případě těžké otravy může člověk zemřít hladem kyslíkem.
Učitel biologie. Jakou první pomoc by měl člověk dostat při otravě oxidem uhelnatým?
Studenti. Je nutné zavolat sanitku, oběť musí být vyvezena ven, umělé dýchání, místnost je dobře větraná.
Učitel chemie. Napište chemický vzorec oxidu uhelnatého (IV) a pomocí modelu kuličky a tyče sestrojte jeho strukturu.
Atom uhlíku je v excitovaném stavu. Všechny čtyři jsou kovalentní polární vazby vzniklé párováním nepárových elektronů. Vzhledem k lineární struktuře je však jeho molekula jako celek nepolární.
V průmyslu se CO 2 získává rozkladem uhličitanu vápenatého při výrobě vápna.
(Žák zapíše reakční rovnici.)
V laboratoři se CO 2 získává reakcí kyselin s křídou nebo mramorem.
(Studenti provádějí laboratorní experiment.)
Učitel biologie. Jaké procesy mají za následek tvorbu oxidu uhličitého v těle?
Student. Oxid uhličitý vzniká v těle jako výsledek oxidačních reakcí organických látek tvořících buňku.
(Studenti provádějí laboratorní experiment.)
Vápenná malta se zakalila, protože vzniká uhličitan vápenatý. Kromě procesu dýchání se CO2 uvolňuje v důsledku fermentace a rozkladu.
Učitel biologie. Ovlivňuje fyzická aktivita dýchací proces?
Student. Při nadměrné fyzické (svalové) zátěži svaly spotřebují kyslík rychleji, než ho krev dokáže dodat, a následně fermentací syntetizují ATP nezbytný pro svou práci. Ve svalech se tvoří kyselina mléčná C 3 H 6 O 3, která se dostává do krve. Hromadění velkého množství kyseliny mléčné je pro tělo škodlivé. Po těžkém fyzická aktivita Ještě nějakou dobu těžce dýcháme – splácíme „kyslíkový dluh“.
Učitel chemie. Velký počet Oxid uhelnatý (IV) se uvolňuje do atmosféry při spalování fosilních paliv. Doma používáme jako palivo zemní plyn, který se skládá téměř z 90 % z metanu (CH 4). Vyzývám jednoho z vás, aby šel na tabuli, napsal rovnici pro reakci a analyzoval ji z hlediska oxidace-redukce.
Učitel biologie. Proč nemůžete k vytápění místnosti použít plynová kamna?
Student. Metan je součást zemní plyn. Při jeho hoření se zvyšuje obsah oxidu uhličitého ve vzduchu a snižuje se obsah kyslíku. ( Práce s obsahem CO 2 ve vzduchu".)
Když vzduch obsahuje 0,3 % CO 2, člověk zažívá zrychlené dýchání; na 10% - ztráta vědomí, na 20% - okamžitá paralýza a rychlá smrt. Zejména potřeby čistý vzduch dítě, protože spotřeba kyslíku tkání rostoucího organismu je větší než u dospělého. Proto je nutné místnost pravidelně větrat. Pokud je v krvi přebytek CO 2, zvyšuje se dráždivost dýchacího centra a dýchání se stává častějším a hlubším.
Učitel biologie. Podívejme se na roli oxidu uhelnatého (IV) v životě rostlin.
Student. U rostlin dochází k tvorbě organických látek z CO 2 a H 2 O na světle kromě organických látek vzniká kyslík.
Fotosyntéza reguluje množství oxidu uhličitého v atmosféře, což zabraňuje růstu teploty planety. Každý rok rostliny absorbují 300 miliard tun oxidu uhličitého z atmosféry. Proces fotosyntézy uvolňuje do atmosféry ročně 200 miliard tun kyslíku. Ozón se tvoří z kyslíku během bouřky.
Učitel chemie. Uvažujme Chemické vlastnosti oxid uhelnatý (IV).
Učitel biologie. Jaký význam má kyselina uhličitá v lidském těle při dýchání? ( Fragment filmového pásu.)
Enzymy v krvi přeměňují oxid uhličitý na kyselinu uhličitou, která se disociuje na vodíkové a hydrogenuhličitanové ionty. Pokud krev obsahuje nadbytek H + iontů, tzn. je-li kyselost krve zvýšena, pak se některé ionty H + spojí s hydrogenuhličitanovými ionty, vytvářejí kyselinu uhličitou a tím zbavují krev přebytečných iontů H +. Pokud je v krvi příliš málo H + iontů, pak kyselina uhličitá disociuje a koncentrace H + iontů v krvi se zvyšuje. Při teplotě 37 °C je pH krve 7,36.
V těle je oxid uhličitý transportován krví ve formě chemické sloučeniny– hydrogenuhličitany sodné a draselné.
Fixace materiálu
Test
Z navrhovaných procesů výměny plynů v plicích a tkáních musí ti, kteří dokončí první možnost, vybrat kódy správných odpovědí vlevo a druhý vpravo.
(1) Přechod O 2 z plic do krve. (13)
(2) Přenos O 2 z krve do tkání. (14)
(3) Přechod CO 2 z tkání do krve. (15)
(4) Přechod CO 2 z krve do plic. (16)
(5) Absorpce O2 červenými krvinkami. (17)
(6) Uvolňování O 2 z červených krvinek. (18)
(7) Přeměna arteriální krve na venózní krev. (19)
(8) Přeměna venózní krve na arteriální krev. (20)
(9) Přestávka chemická vazba O 2 s hemoglobinem. (21)
(10) Chemická vazba O 2 na hemoglobin. (22)
(11) Kapiláry v tkáních. (23)
(12) Plicní kapiláry. (24)
Otázky první možnosti
1. Procesy výměny plynů v tkáních.
2. Fyzikální děje při výměně plynů.
Otázky druhé možnosti
1.
Procesy výměny plynů v plicích.
2. Chemické procesy při výměně plynů
Úkol
Určete objem oxidu uhelnatého (IV), který se uvolní při rozkladu 50 g uhličitanu vápenatého.