Tlenki węgla (II) i (IV)

Zintegrowana lekcja chemii i biologii

Zadania: studiować i systematyzować wiedzę na temat tlenków węgla (II) i (IV); ukazać związek pomiędzy przyrodą żywą i nieożywioną; utrwalić wiedzę na temat wpływu tlenków węgla na organizm człowieka; udoskonalisz swoje umiejętności pracy ze sprzętem laboratoryjnym.

Sprzęt: Roztwór HCl, lakmus, Ca(OH) 2, CaCO 3, pręt szklany, stoły domowej roboty, tablica przenośna, model kulowo-kijowy.

PODCZAS ZAJĘĆ

Nauczyciel biologii przekazuje temat i cele lekcji.

Nauczyciel chemii. Opierając się na doktrynie wiązań kowalencyjnych, skomponuj układ elektroniczny i formuła strukturalna tlenki węgla (II) i (IV).

Wzór chemiczny tlenku węgla (II) to CO, atom węgla jest w normalnym stanie.

W wyniku parowania niesparowanych elektronów powstają dwa polarne wiązania kowalencyjne, a trzecie wiązanie kowalencyjne tworzy mechanizm donor-akceptor. Donorem jest atom tlenu, ponieważ zapewnia wolną parę elektronów; akceptorem jest atom węgla, ponieważ zapewnia pusty orbital.

W przemyśle tlenek węgla (II) wytwarza się w wyniku przepuszczania CO 2 nad gorącym węglem w wysokiej temperaturze. Powstaje także podczas spalania węgla przy braku tlenu. ( Uczeń zapisuje na tablicy równanie reakcji)

W laboratorium CO powstaje w wyniku działania stężonego H 2 SO 4 na kwas mrówkowy. ( Równanie reakcji zapisuje nauczyciel.)

Nauczyciel biologii. Zapoznałeś się więc z produkcją tlenku węgla (II). Jakie właściwości fizyczne ma tlenek węgla (II)?

Student. Jest to gaz bezbarwny, trujący, bezwonny, lżejszy od powietrza, słabo rozpuszczalny w wodzie, o temperaturze wrzenia –191,5°C, krzepnie w temperaturze –205°C.

Nauczyciel chemii. Tlenek węgla w ilościach niebezpiecznych dla życie człowieka, występujący w spalinach samochodowych. Dlatego garaże powinny być dobrze wentylowane, zwłaszcza podczas uruchamiania silnika.

Nauczyciel biologii. Jaki wpływ ma tlenek węgla na organizm ludzki?

Student. Tlenek węgla jest wyjątkowo toksyczny dla człowieka - tłumaczy się to tym, że tworzy karboksyhemoglobinę. Karboksyhemoglobina jest bardzo silnym związkiem. W wyniku jego powstania hemoglobina we krwi nie wchodzi w interakcję z tlenem, a w przypadku ciężkiego zatrucia osoba może umrzeć z głodu tlenu.

Nauczyciel biologii. Jaką pierwszą pomoc powinna otrzymać osoba zatruta tlenkiem węgla?

Studenci. Należy wezwać pogotowie, wyprowadzić poszkodowanego na zewnątrz, wykonać sztuczne oddychanie i dobrze wietrzyć pomieszczenie.

Nauczyciel chemii. Zapisz wzór chemiczny tlenku węgla (IV) i korzystając z modelu kuli i kija skonstruuj jego strukturę.

Atom węgla jest w stanie wzbudzonym. Wszystkie cztery są kowalencyjne wiązania polarne powstają w wyniku parowania niesparowanych elektronów. Jednak ze względu na swoją liniową strukturę jego cząsteczka jako całość jest niepolarna.
W przemyśle CO 2 otrzymuje się z rozkładu węglanu wapnia podczas produkcji wapna.
(Student zapisuje równanie reakcji.)

W laboratorium CO 2 otrzymuje się w reakcji kwasów z kredą lub marmurem.
(Uczniowie wykonują doświadczenie laboratoryjne.)

Nauczyciel biologii. Jakie procesy powodują powstawanie dwutlenku węgla w organizmie?

Student. Dwutlenek węgla powstaje w organizmie w wyniku reakcji utleniania materia organiczna zawarte w komórce.

(Uczniowie wykonują doświadczenie laboratoryjne.)

Zaprawa wapienna zmętniała z powodu powstaje węglan wapnia. Oprócz procesu oddychania CO2 jest uwalniany w wyniku fermentacji i rozkładu.

Nauczyciel biologii. Czy aktywność fizyczna wpływa na proces oddychania?

Student. Przy nadmiernym obciążeniu fizycznym (mięśniowym) mięśnie zużywają tlen szybciej, niż krew jest w stanie go dostarczyć, a następnie poprzez fermentację syntetyzują niezbędny do swojej pracy ATP. W mięśniach powstaje kwas mlekowy C 3 H 6 O 3, który przedostaje się do krwi. Kumulacja dużych ilości kwasu mlekowego jest szkodliwa dla organizmu. Po ciężkim wysiłku fizycznym jeszcze przez jakiś czas ciężko oddychamy – spłacamy „dług tlenowy”.

Nauczyciel chemii. Duża liczba Tlenek węgla (IV) jest uwalniany do atmosfery podczas spalania paliw kopalnych. W domu jako paliwo wykorzystujemy gaz ziemny, który składa się w prawie 90% z metanu (CH 4). Zapraszam kogoś z Was do podejścia do tablicy, napisania równania reakcji i przeanalizowania go pod kątem utleniania-redukcji.

Nauczyciel biologii. Dlaczego nie można używać kuchenek gazowych do ogrzewania pokoju?

Student. Metan jest składnikiem gazu ziemnego. Kiedy się pali, zawartość dwutlenku węgla w powietrzu wzrasta, a zawartość tlenu maleje. ( Praca ze spisem treści CO2 w powietrzu".)
Kiedy powietrze zawiera 0,3% CO2, człowiek odczuwa przyspieszony oddech; przy 10% - utrata przytomności, przy 20% - natychmiastowy paraliż i szybka śmierć. Dziecko szczególnie potrzebuje czystego powietrza, ponieważ zużycie tlenu przez tkanki rosnącego organizmu jest większe niż u osoby dorosłej. Dlatego konieczne jest regularne wietrzenie pomieszczenia. Jeśli we krwi występuje nadmiar CO2, zwiększa się pobudliwość ośrodka oddechowego, a oddech staje się częstszy i głębszy.

Nauczyciel biologii. Rozważmy rolę tlenku węgla (IV) w życiu roślin.

Student. W roślinach tworzenie substancji organicznych następuje z CO 2 i H 2 O w świetle, oprócz substancji organicznych powstaje tlen.

Fotosynteza reguluje ilość dwutlenku węgla w atmosferze, co zapobiega wzrostowi temperatury planety. Co roku rośliny pochłaniają z atmosfery 300 miliardów ton dwutlenku węgla. W procesie fotosyntezy do atmosfery uwalniane jest rocznie 200 miliardów ton tlenu. Ozon powstaje z tlenu podczas burzy.

Nauczyciel chemii. Rozważmy Właściwości chemiczne tlenek węgla (IV).

Nauczyciel biologii. Jakie znaczenie w organizmie człowieka podczas oddychania pełni kwas węglowy? ( Fragment taśmy filmowej.)
Enzymy we krwi przekształcają dwutlenek węgla w kwas węglowy, który dysocjuje na jony wodorowe i wodorowęglanowe. Jeżeli krew zawiera nadmiar jonów H+, tj. jeśli kwasowość krwi wzrasta, wówczas część jonów H + łączy się z jonami wodorowęglanowymi, tworząc kwas węglowy, uwalniając w ten sposób krew od nadmiaru jonów H +. Jeśli we krwi jest za mało jonów H+, wówczas kwas węglowy ulega dysocjacji i wzrasta stężenie jonów H+ we krwi. W temperaturze 37°C pH krwi wynosi 7,36.
W organizmie dwutlenek węgla transportowany jest przez krew w postaci związków chemicznych – wodorowęglanów sodu i potasu.

Mocowanie materiału

Test

Spośród proponowanych procesów wymiany gazowej w płucach i tkankach osoby wypełniające pierwszą opcję muszą wybrać kody poprawnych odpowiedzi po lewej stronie, a drugie po prawej.

(1) Przejście O 2 z płuc do krwi. (13)
(2) Transfer O 2 z krwi do tkanek. (14)
(3) Przejście CO 2 z tkanek do krwi. (15)
(4) Przejście CO 2 z krwi do płuc. (16)
(5) Absorpcja O2 przez czerwone krwinki. (17)
(6) Uwalnianie O 2 z czerwonych krwinek. (18)
(7) Przekształcenie krwi tętniczej w krew żylną. (19)
(8) Przekształcenie krwi żylnej w krew tętniczą. (20)
(9) Zerwanie wiązania chemicznego O 2 z hemoglobiną. (21)
(10) Chemiczne wiązanie O 2 z hemoglobiną. (22)
(11) Kapilary w tkankach. (23)
(12) Kapilary płucne. (24)

Pytania pierwszej opcji

1. Procesy wymiany gazowej w tkankach.
2. Procesy fizyczne podczas wymiany gazowej.

Pytania drugiej opcji

1. Procesy wymiany gazowej w płucach.
2. Procesy chemiczne podczas wymiany gazowej

Zadanie

Określ objętość tlenku węgla (IV), który wydziela się podczas rozkładu 50 g węglanu wapnia.

Węgiel

W stanie wolnym węgiel tworzy 3 modyfikacje alotropowe: diament, grafit i sztucznie wytwarzany karbin.

W krysztale diamentu każdy atom węgla jest połączony silnymi wiązaniami kowalencyjnymi z czterema innymi, umieszczonymi wokół niego w równych odległościach.

Wszystkie atomy węgla są w stanie hybrydyzacji sp 3. Atomowa sieć krystaliczna diamentu ma strukturę czworościenną.

Diament jest bezbarwną, przezroczystą substancją silnie załamującą światło. Ma największą twardość spośród wszystkich znanych substancji. Diament jest kruchy, ogniotrwały, słabo przewodzi ciepło i Elektryczność. Niewielkie odległości pomiędzy sąsiednimi atomami węgla (0,154 nm) decydują o dość dużej gęstości diamentu (3,5 g/cm3).

W sieci krystalicznej grafitu każdy atom węgla jest w stanie hybrydyzacji sp 2 i tworzy trzy silne wiązania kowalencyjne z atomami węgla znajdującymi się w tej samej warstwie. W tworzeniu tych wiązań uczestniczą trzy elektrony każdego atomu węgla, natomiast czwarte elektrony walencyjne tworzą wiązania n i są stosunkowo swobodne (ruchliwe). Określają przewodność elektryczną i cieplną grafitu.

Długość wiązania kowalencyjnego między sąsiadującymi atomami węgla w tej samej płaszczyźnie wynosi 0,152 nm, a odległość między atomami C w różnych warstwach jest 2,5 razy większa, więc wiązania między nimi są słabe.

Grafit to nieprzezroczysta, miękka, tłusta w dotyku substancja o szaro-czarnym kolorze z metalicznym połyskiem; dobrze przewodzi ciepło i prąd. Grafit ma mniejszą gęstość w porównaniu do diamentu i łatwo dzieli się na cienkie płatki.

U podstaw tej struktury leży nieuporządkowana struktura drobnokrystalicznego grafitu różne formy węgiel amorficzny, z których najważniejsze to koks, węgiel brunatny i czarny, sadza, węgiel aktywny (aktywny).

Tę alotropową modyfikację węgla uzyskuje się przez katalityczne utlenianie (dehydropolikondensację) acetylenu. Carbyne to polimer łańcuchowy występujący w dwóch postaciach:

С=С-С=С-... i...=С=С=С=

Carbyne ma właściwości półprzewodnikowe.

W zwykłych temperaturach obie modyfikacje węgla (diament i grafit) są chemicznie obojętne. Drobnokrystaliczne formy grafitu - koks, sadza, węgiel aktywny - są bardziej reaktywne, ale z reguły po podgrzaniu do wysokiej temperatury.

1. Interakcja z tlenem

C + O 2 = CO 2 + 393,5 kJ (nadmiar O 2)

2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (przy braku O 2)

Spalanie węgla jest jednym z najważniejszych źródeł energii.

2. Oddziaływanie z fluorem i siarką.

C + 2F 2 = tetrafluorek węgla CF 4

C + 2S = dwusiarczek węgla CS2

3. Koks jest jednym z najważniejszych środków redukujących stosowanych w przemyśle. W hutnictwie wykorzystuje się go do otrzymywania metali z tlenków np.:

ZS + Fe2O3 = 2Fe + ZSO

C + ZnO = Zn + CO

4. Kiedy węgiel oddziałuje z tlenkami metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, zredukowany metal łączy się z węglem, tworząc węglik. Na przykład: 3S + CaO = CaC 2 + CO węglik wapnia

5. Do produkcji krzemu wykorzystuje się także koks:

2C + SiO 2 = Si + 2СО

6. W przypadku nadmiaru koksu tworzy się węglik krzemu (karborund) SiC.

Produkcja „gazu wodnego” (gazyfikacja paliwa stałego)

Przepuszczając parę wodną przez rozżarzony węgiel, otrzymuje się palną mieszaninę CO i H2, zwaną gazem wodnym:

C + H 2 O = CO + H 2

7. Reakcje z kwasami utleniającymi.

Aktywowany lub węgiel drzewny po podgrzaniu redukuje aniony NO 3 - i SO 4 2- z stężone kwasy:

C + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

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

8. Reakcje ze stopionymi azotanami metale alkaliczne

W stopionym KNO 3 i NaNO 3 kruszony węgiel spala się intensywnie, tworząc olśniewający płomień:

5C + 4KNO 3 = 2K 2 CO 3 + ZCO 2 + 2N 2

1. Tworzenie się węglików solnych metale aktywne.

Znaczące osłabienie niemetalicznych właściwości węgla wyraża się w tym, że jego funkcje utleniające ujawniają się w znacznie mniejszym stopniu niż redukujące.

2. Dopiero w reakcjach z metalami aktywnymi atomy węgla przekształcają się w ujemnie naładowane jony C -4 i (C=C) 2-, tworząc węgliki o charakterze soli:

ZS + 4Al = węglik glinu Al 4 C 3

2C + Ca = CaC2 węglik wapnia

3. Węgliki typ jonowy- związki bardzo niestabilne, łatwo rozkładają się pod wpływem kwasów i wody, co świadczy o niestabilności ujemnie naładowanych anionów węgla:

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

CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2

4. Tworzenie związków kowalencyjnych z metalami

W stopach mieszanin węgla z metale przejściowe węgliki powstają głównie z typ kowalencyjny komunikacja. Ich cząsteczki mają zmienny skład, a substancje jako całość są zbliżone do stopów. Takie węgliki są bardzo stabilne, są chemicznie obojętne w stosunku do wody, kwasów, zasad i wielu innych odczynników.

5. Oddziaływanie z wodorem

Przy wysokich T i P, w obecności katalizatora niklowego, węgiel łączy się z wodorem:

C + 2H 2 → CH 4

Reakcja jest wysoce odwracalna i nie ma praktycznego znaczenia.

Tlenek węgla(II).– KO

(tlenek węgla, tlenek węgla, tlenek węgla)

Właściwości fizyczne: bezbarwny, trujący gaz, bez smaku i zapachu, pali się niebieskawym płomieniem, lżejszy od powietrza, słabo rozpuszczalny w wodzie. Stężenie tlenku węgla w powietrzu wynosi 12,5-74% wybuchowe.

Paragon:

1) W przemyśle

C + O 2 = CO 2 + 402 kJ

CO 2 + C = 2CO – 175 kJ

W generatorach gazu para wodna jest czasami wdmuchiwana przez rozżarzony węgiel:

C + H 2 O = CO + H 2 – Q,

mieszanina CO + H2 nazywana jest gazem syntezowym.

2) W laboratorium- rozkład termiczny kwasu mrówkowego lub szczawiowego w obecności H 2 SO 4 (stęż.):

HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O+CO

H2C2O4 t˚C,H2SO4 → CO + CO 2 + H 2 O

Właściwości chemiczne:

W normalnych warunkach CO jest obojętny; po podgrzaniu - środek redukujący;

CO - tlenek nie tworzący soli.

1) z tlenem

2C +2 O + O 2 t ˚ C → 2C +4 O 2

2) z tlenkami metali CO + Me x O y = CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2

3) chlorem (w świetle)

CO + Cl 2 lekki → COCl 2 (fosgen - trujący gaz)

4)* reaguje ze stopionymi alkaliami (pod ciśnieniem)

CO + NaOH P → HCOONa (mrówczan sodu)

Wpływ tlenku węgla na organizmy żywe:

Tlenek węgla jest niebezpieczny, ponieważ uniemożliwia krwi przenoszenie tlenu do ważnych narządów, takich jak serce i mózg. Tlenek węgla łączy się z hemoglobiną, która przenosi tlen do komórek organizmu, przez co organizm nie nadaje się do transportu tlenu. W zależności od ilości wdychanej ilości tlenek węgla upośledza koordynację, zaostrza choroby układu krążenia oraz powoduje zmęczenie, bóle głowy i osłabienie.Wpływ tlenku węgla na zdrowie człowieka zależy od jego stężenia i czasu narażenia na działanie organizmu. Stężenie tlenku węgla w powietrzu większe niż 0,1% prowadzi do śmierci w ciągu godziny, a stężenie powyżej 1,2% w ciągu trzech minut.

Zastosowania tlenku węgla:

Tlenek węgla stosowany jest głównie jako gaz palny zmieszany z azotem, tzw. gaz generatorowy lub powietrzny, lub gaz wodny zmieszany z wodorem. W metalurgii do odzyskiwania metali z rud. Aby otrzymać metale o wysokiej czystości w wyniku rozkładu karbonylków.

Tlenek węgla (IV) CO2 – dwutlenek węgla

Właściwości fizyczne: Dwutlenek węgla, bezbarwny, bezwonny, rozpuszczalność w wodzie - 0,9 V CO 2 rozpuszcza się w 1 V H 2 O (przy normalne warunki); cięższe niż powietrze; t°pl. = -78,5°C (stały CO 2 nazywany jest „suchym lodem”); nie wspomaga spalania.

Struktura cząsteczki:

Dwutlenek węgla ma następujące wzory elektroniczne i strukturalne -

3. Spalanie substancji zawierających węgiel:

CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2

4. Z powolnym utlenianiem w procesach biochemicznych (oddychanie, gnicie, fermentacja)

Właściwości chemiczne:

Dwutlenek węgla, znany również jako 4, reaguje z wieloma substancjami, tworząc związki różniące się składem i właściwościami chemicznymi. Składający się z cząsteczki niepolarne, ma bardzo słabe wiązania międzycząsteczkowe i może występować tylko wtedy, gdy temperatura jest wyższa niż 31 stopni Celsjusza. Dwutlenek węgla jest związek chemiczny, składający się z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu.

Tlenek węgla 4: formuła i podstawowe informacje

Dwutlenek węgla występuje w atmosferze ziemskiej w niskich stężeniach i działa jak gaz cieplarniany. Jego wzór chemiczny CO2. W wysokich temperaturach może występować wyłącznie w stanie gazowym. W stanie stałym nazywa się go suchym lodem.

Dwutlenek węgla jest ważnym składnikiem obiegu węgla. Pochodzi z różnych źródeł naturalnych, w tym z odgazowania wulkanicznego, spalania materii organicznej i procesów oddechowych żywych organizmów tlenowych. Antropogeniczne źródła dwutlenku węgla pochodzą głównie ze spalania różnych paliw kopalnych w celu wytwarzania energii elektrycznej i transportu.

Jest również wytwarzany przez różne mikroorganizmy w wyniku fermentacji i oddychania komórkowego. Rośliny przekształcają dwutlenek węgla w tlen w procesie zwanym fotosyntezą, wykorzystując zarówno węgiel, jak i tlen do tworzenia węglowodanów. Ponadto rośliny uwalniają do atmosfery także tlen, który następnie wykorzystywany jest do oddychania przez organizmy heterotroficzne.

Dwutlenek węgla (CO2) w organizmie

Tlenek węgla 4 reaguje z różne substancje i jest gazowym produktem przemiany materii. Jego ponad 90% występuje we krwi w postaci wodorowęglanów (HCO 3). Reszta to rozpuszczony CO2 lub kwas węglowy (H2CO3). Narządy takie jak wątroba i nerki są odpowiedzialne za równoważenie tych związków we krwi. Wodorowęglan jest Substancja chemiczna, który pełni rolę bufora. Utrzymuje poziom pH krwi na wymaganym poziomie, zapobiegając wzrostowi kwasowości.

Struktura i właściwości dwutlenku węgla

Dwutlenek węgla (CO2) to związek chemiczny, który w stanie gazowym jest gazem temperatura pokojowa i wyżej. Składa się z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu. Ludzie i zwierzęta podczas wydechu wydzielają dwutlenek węgla. Ponadto powstaje podczas spalania czegoś organicznego. Rośliny wykorzystują dwutlenek węgla do produkcji żywności. Proces ten nazywa się fotosyntezą.

Właściwości dwutlenku węgla badał szkocki naukowiec Joseph Black już w latach pięćdziesiątych XVIII wieku. zdolne do wychwytywania energii cieplnej i wpływania na klimat i pogodę na naszej planecie. Jest przyczyną globalnego ocieplenia i wzrostu temperatury powierzchni Ziemi.

Rola biologiczna

Tlenek węgla 4 reaguje z różnymi substancjami i jest produktem końcowym organizmów, które pozyskują energię z rozkładu cukrów, tłuszczów i aminokwasów. Wiadomo, że proces ten jest charakterystyczny dla wszystkich roślin, zwierząt, wielu grzybów i niektórych bakterii. U wyższych zwierząt dwutlenek węgla przemieszcza się we krwi z tkanek ciała do płuc, gdzie jest wydychany. Rośliny pozyskują go z atmosfery do wykorzystania w procesie fotosyntezy.

Suchy lód

Suchy lód lub stały dwutlenek węgla to gazowy CO2 w stanie stałym o temperaturze -78,5°C. Substancja ta nie występuje naturalnie w przyrodzie, ale jest wytwarzana przez człowieka. Jest bezbarwny i może być stosowany do sporządzania napojów gazowanych, jako element chłodzący w pojemnikach do lodów oraz w kosmetyce, np. do zamrażania brodawek. Opary suchego lodu powodują uduszenie i mogą spowodować śmierć. Podczas używania suchego lodu należy zachować ostrożność i profesjonalizm.

Pod normalnym ciśnieniem nie topi się z cieczy, lecz przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego do gazu. Nazywa się to sublimacją. Zmieni się bezpośrednio z solidny do gazu w dowolnej temperaturze przekraczającej ekstremalnie niskie temperatury. Suchy lód sublimuje w normalnej temperaturze powietrza. Powoduje to uwolnienie dwutlenku węgla, który jest bezwonny i bezbarwny. Dwutlenek węgla można skroplić pod ciśnieniem powyżej 5,1 atm. Gaz pochodzący z suchego lodu jest tak zimny, że zmieszany z powietrzem schładza parę wodną znajdującą się w powietrzu, tworząc mgłę, która wygląda jak gęsty biały dym.

Preparatyka, właściwości i reakcje chemiczne

W przemyśle tlenek węgla 4 produkowany jest na dwa sposoby:

Poprzez spalanie paliwa (C + O 2 = CO 2).
Przez rozkład termiczny wapienia (CaCO 3 = CaO + CO 2).

Powstałą objętość tlenku węgla 4 oczyszcza się, skrapla i pompuje do specjalnych cylindrów.

Będąc kwaśnym, tlenek węgla 4 reaguje z substancjami takimi jak:

Woda. Po rozpuszczeniu tworzy się kwas węglowy (H 2 CO 3).
Roztwory alkaliczne. Tlenek węgla 4 (wzór CO 2) reaguje z zasadami. W tym przypadku powstają sole średnie i kwaśne (NaHCO 3).
W wyniku tych reakcji powstają sole węglanowe (CaCO3 i Na2CO3).
Węgiel. Kiedy tlenek węgla 4 reaguje z gorącym węglem, powstaje tlenek węgla 2 (tlenek węgla), który może spowodować zatrucie. (CO2 + C = 2CO).
Magnez. Z reguły dwutlenek węgla nie wspomaga spalania, dopiero w bardzo wysokich temperaturach może reagować z niektórymi metalami. Na przykład spalony magnez będzie nadal spalał się w CO2 podczas reakcji redoks (2Mg + CO2 = 2MgO + C).

Jakościowa reakcja tlenku węgla 4 objawia się podczas przepuszczania go przez wodę wapienną (Ca(OH) 2 lub przez wodę barytową (Ba(OH) 2). Można zaobserwować zmętnienie i wytrącanie się. Jeśli po tym dwutlenek węgla będzie nadal przepuszczany, woda znów stanie się przejrzysta, ponieważ nierozpuszczalne węglany przekształcają się w rozpuszczalne wodorowęglany (kwaśne sole kwasu węglowego).

Dwutlenek węgla powstaje także w wyniku spalania wszystkich paliw zawierających węgiel, takich jak metan (gaz ziemny), destylaty ropy naftowej (benzyna, olej napędowy, nafta, propan), węgiel czy drewno. W większości przypadków uwalniana jest również woda.

Dwutlenek węgla (dwutlenek węgla) składa się z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu, które są połączone wiązaniami kowalencyjnymi (lub wspólnymi elektronami). Czysty węgiel jest bardzo rzadki. Występuje w przyrodzie wyłącznie w postaci minerałów, grafitu i diamentu. Mimo to jest budulcem życia, który w połączeniu z wodorem i tlenem tworzy podstawowe związki, z których składa się wszystko na planecie.

Węglowodory, takie jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, to związki składające się z wodoru i węgla. Pierwiastek ten występuje w kalcycie (CaCo 3), minerałach skał osadowych i metamorficznych, wapieniu i marmurze. Jest to pierwiastek zawierający całą materię organiczną – od paliw kopalnych po DNA.

Węgiel (C)– typowy niemetal; V układ okresowy znajduje się w drugim okresie grupy IV, głównej podgrupy. Numer seryjny 6, Ar = 12,011 amu, ładunek jądrowy +6.

Właściwości fizyczne: węgiel tworzy wiele modyfikacji alotropowych: diament- jeden z najbardziej ciała stałe, grafit, węgiel, sadza.

Atom węgla ma 6 elektronów: 1s 2 2s 2 2p 2 . Ostatnie dwa elektrony znajdują się na oddzielnych orbitali p i są niesparowane. W zasadzie para ta mogłaby zajmować ten sam orbital, ale w tym przypadku odpychanie międzyelektronowe znacznie wzrasta. Z tego powodu jeden z nich przyjmuje 2p x, a drugi albo 2p y , lub orbitale 2p z.

Różnica energii podpoziomów s i p warstwy zewnętrznej jest niewielka, więc atom dość łatwo przechodzi w stan wzbudzony, w którym jeden z dwóch elektronów z orbitalu 2s przechodzi do wolnego 2 pocierać. Stan wartościowości pojawia się w konfiguracji 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . To właśnie ten stan atomu węgla jest charakterystyczny dla sieci diamentu – czworościenny układ przestrzenny orbitali hybrydowych, identyczna długość i energia wiązań.

Zjawisko to znane jest jako tzw sp 3 -hybrydyzacja, a wyłaniające się funkcje są sp 3 -hybrydowe . Utworzenie czterech wiązań sp 3 zapewnia atomowi węgla stan bardziej stabilny niż trzy r-r- i jedno połączenie s-s. Oprócz hybrydyzacji sp 3, hybrydyzację sp 2 i sp obserwuje się także na atomie węgla . W pierwszym przypadku następuje wzajemne nakładanie się S- i dwie orbitale p. Tworzą się trzy równoważne orbitale hybrydowe sp 2, położone w tej samej płaszczyźnie pod kątem 120° względem siebie. Trzeci orbital p pozostaje niezmieniony i skierowany prostopadle do płaszczyzny sp2.

Podczas hybrydyzacji sp orbitale s i p nakładają się. Pomiędzy dwoma równoważnymi orbitalami hybrydowymi, które powstają, powstaje kąt 180°, podczas gdy dwa orbitale p każdego atomu pozostają niezmienione.

Alotropia węgla. Diament i grafit

W krysztale grafitu atomy węgla są rozmieszczone w równoległych płaszczyznach, zajmując wierzchołki regularnych sześciokątów. Każdy atom węgla jest połączony z trzema sąsiednimi wiązaniami hybrydowymi sp 2. Połączenie płaszczyzn równoległych odbywa się pod wpływem sił van der Waalsa. Wolne orbitale p każdego atomu są skierowane prostopadle do płaszczyzn wiązań kowalencyjnych. Ich nakładanie się wyjaśnia dodatkowe wiązanie π pomiędzy atomami węgla. Zatem od stan wartościowości, w którym znajdują się atomy węgla w substancji, określa właściwości tej substancji.

Właściwości chemiczne węgla

Bardzo charakterystyczne stopnie utlenianie: +4, +2.

Na niskie temperatury węgiel jest obojętny, ale po podgrzaniu jego aktywność wzrasta.

Węgiel jako środek redukujący:

- z tlenem
C 0 + O 2 – t° = CO 2 dwutlenek węgla
przy braku tlenu - niepełne spalanie:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O tlenek węgla

- z fluorem
C + 2F 2 = CF 4

- z parą wodną
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 gaz wodny

- z tlenkami metali. W ten sposób wytapia się metal z rudy.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- z kwasami - utleniaczami:
C 0 + 2H 2 SO 4 (stęż.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (stęż.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- tworzy dwusiarczek węgla z siarką:
C + 2S 2 = CS 2.

Węgiel jako środek utleniający:

- tworzy węgliki z niektórymi metalami

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- z wodorem - metanem (a także ogromną ilością związki organiczne)

C0 + 2H2 = CH4

— z krzemem tworzy karborund (w temperaturze 2000 °C w piecu elektrycznym):

Znalezienie węgla w przyrodzie

Wolny węgiel występuje w postaci diamentu i grafitu. W postaci związków węgiel występuje w minerałach: kredzie, marmurze, wapieniu – CaCO 3, dolomicie – MgCO 3 *CaCO 3; węglowodory - Mg(HCO 3) 2 i Ca(HCO 3) 2, CO 2 jest częścią powietrza; węgiel jest głównym część integralna naturalne związki organiczne - gaz, ropa naftowa, węgiel, torf, wchodzą w skład substancji organicznych, białek, tłuszczów, węglowodanów, aminokwasów tworzących organizmy żywe.

Nieorganiczne związki węgla

Ani jony C 4+, ani C 4- nie powstają w żadnych konwencjonalnych procesach chemicznych: związki węgla zawierają wiązania kowalencyjne o różnej polarności.

Tlenek węgla WSPÓŁ

Tlenek węgla; bezbarwny, bezwonny, słabo rozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych, toksyczny, temperatura wrzenia = -192°C; t mł. = -205°C.

Paragon
1) W przemyśle (w generatorach gazu):
C + O2 = CO2

2) W laboratorium - rozkład termiczny kwasu mrówkowego lub szczawiowego w obecności H 2 SO 4 (stęż.):
HCOOH = H2O + CO

H 2 do 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Właściwości chemiczne

W normalnych warunkach CO jest obojętny; po podgrzaniu - środek redukujący; tlenek nie tworzący soli.

1) z tlenem

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

2) z tlenkami metali

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

3) chlorem (w świetle)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (fosgen)

4) reaguje ze stopionymi alkaliami (pod ciśnieniem)

CO + NaOH = HCOONa (mrówczan sodu)

5) tworzy karbonyle z metalami przejściowymi

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Tlenek węgla (IV) CO2

Dwutlenek węgla, bezbarwny, bezwonny, rozpuszczalność w wodzie - 0,9 V CO 2 rozpuszcza się w 1 V H 2 O (w normalnych warunkach); cięższe niż powietrze; t°pl. = -78,5°C (stały CO 2 nazywany jest „suchym lodem”); nie wspomaga spalania.

Paragon

Termiczny rozkład soli kwasu węglowego (węglanów). Wypalanie wapienia:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

Działanie mocne kwasy dla węglanów i wodorowęglanów:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

ChemicznynieruchomościWSPÓŁ2
Tlenek kwasowy: Reaguje z zasadowymi tlenkami i zasadami, tworząc sole kwasu węglowego

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO2 = NaHCO3

W podwyższonych temperaturach może wykazywać właściwości utleniające

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Reakcja jakościowa

Zmętnienie wody wapiennej:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (biały osad) + H 2 O

Znika, gdy CO 2 przepuszcza się przez wodę wapienną przez długi czas, ponieważ nierozpuszczalny węglan wapnia zamienia się w rozpuszczalny wodorowęglan:

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

Kwas węglowy i jegosól

H 2CO3 - Słaby kwas, występuje tylko w roztworze wodnym:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Dwuzasadowy:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 — Sole kwasowe- wodorowęglany, węglowodory
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Sole średnie - węglany

Wszystkie właściwości kwasów są charakterystyczne.

Węglany i wodorowęglany mogą przekształcać się w siebie:

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

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

Węglany metali (z wyjątkiem metali alkalicznych) pod wpływem ogrzewania ulegają dekarboksylacji, tworząc tlenek:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Reakcja jakościowa- „wrzenie” pod wpływem mocnego kwasu:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2

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

Węgliki

Węglik wapnia:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.

Acetylen wydziela się podczas reakcji węglików cynku, kadmu, lantanu i ceru z wodą:

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

Be 2 C i Al 4 C 3 rozkładają się z wodą, tworząc metan:

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

W technologii wykorzystuje się węgliki tytanu TiC, wolfram W 2 C (stopy twarde), krzem SiC (karborund – jako materiał ścierny i materiał na grzejniki).

Cyjanek

otrzymywany przez ogrzewanie sody w atmosferze amoniaku i tlenku węgla:

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

Kwas cyjanowodorowy HCN jest ważnym produktem przemysłu chemicznego i jest szeroko stosowany w syntezie organicznej. Jego światowa produkcja sięga 200 tysięcy ton rocznie. Struktura elektronowa anion cyjankowy jest podobny do tlenku węgla (II), cząstki takie nazywane są izoelektronicznymi:

C = O: [:C = N:] -

Cyjanki (0,1-0,2% roztwór wodny) stosowane w wydobyciu złota:

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

Tworzą się podczas gotowania roztworów cyjanku z siarką lub topiącymi się substancjami stałymi tiocyjaniany:
KCN + S = KSCN.

Po podgrzaniu cyjanków metali o niskiej aktywności otrzymuje się cyjanek: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Roztwory cyjanku utleniają się do cyjaniany:

2KCN + O2 = 2KOCN.

Kwas cyjanowy występuje w dwóch postaciach:

H-N=C=O; H-O-C = N:

W 1828 roku Friedrich Wöhler (1800-1882) otrzymał mocznik z cyjanianu amonu: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 przez odparowanie roztworu wodnego.

Wydarzenie to jest zwykle uważane za zwycięstwo chemii syntetycznej nad „teorią witalistyczną”.

Istnieje izomer kwasu cyjanowego - wybuchowy kwas

H-O-N=C.
Jego sole (piorminat rtęci Hg(ONC) 2) stosuje się w zapalnikach udarowych.

Synteza mocznik(mocznik):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. W temperaturze 130 0 C i 100 atm.

Mocznik jest amidem kwasu węglowego, istnieje też jego „analog azotowy” – guanidyna.

Węglany

Najważniejszymi nieorganicznymi związkami węgla są sole kwasu węglowego (węglany). H 2 CO 3 jest słabym kwasem (K 1 = 1,3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Wspomagacze buforowe węglanowe równowaga dwutlenku węgla w atmosferze. Oceany na świecie mają ogromną pojemność buforową, ponieważ takie są otwarty system. Główną reakcją buforową jest równowaga podczas dysocjacji kwasu węglowego:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Kiedy kwasowość spada, następuje dodatkowa absorpcja dwutlenku węgla z atmosfery wraz z utworzeniem kwasu:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Wraz ze wzrostem kwasowości skały węglanowe (muszle, kreda i osady wapienne w oceanie) rozpuszczają się; kompensuje to utratę jonów węglowodorowych:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (stały) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Węglany stałe zamieniają się w rozpuszczalne wodorowęglany. To właśnie proces chemicznego rozpuszczania nadmiaru dwutlenku węgla przeciwdziała „efektowi cieplarnianemu” – globalne ocieplenie na skutek absorpcji promieniowania cieplnego z Ziemi przez dwutlenek węgla. Około jedna trzecia światowej produkcji sody (węglanu sodu Na 2 CO 3) wykorzystywana jest do produkcji szkła.