Реферат: Углерод и его соединенния

Реферат по химии

 

УГЛЕРОД И ЕГОСОЕДИНЕННИЯ

Ученика 10 «б» класса школы №4

Худякова Алексея

/>

 

 

г. Ангарск – 2001 год

 

УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ.

Углерод как простое вещество.

 

 

В атоме углерода на его внешних четырех АО имеетсячетыре электрона. Поэтому все четыре АО принимают участие в образованиихимических связей. Этим объясняется разнообразие и многочисленность соединенийуглерода.

Подавляющее большинство соединений углерода относят ктак называемым органическим веществам. В этом разделе рассмотрим свойстванеорганических веществ, образуемых углеродом, — простых веществ, его оксидов,угольной кислоты и некоторых ее солей.

Углерод образует несколько простых веществ. Среди нихпока важнейшими считаются алмаз и графит. Эти аллотропные модификации имеютатомные кристаллические решетки, которые различаются своими структурами. Отсюдаотличие их физических и химических свойств.

В алмазе каждый атом углерода связан с четырьмядругими атомами. В пространстве эти атомы располагаются в центре и углах тетраэдров,соединенных своими вершинами. Это очень симметричная и прочная решетка. Алмаз –это самое твердое вещество на Земле.

В графите каждый атом соединен с тремя другими,лежащими в той же плоскости. На образование этих связей затрачивается по три АОс тремя электронами. Четвертая орбиталь 2р-АО с одним электрономрасполагается перпендикулярно плоскости. Эти оставшиеся атомные орбиталь всейсетки перекрываются между собой, образуя зону молекулярных орбиталей. Эта зоназанята не полностью, а наполовину, что обеспечивает металлическуюэлектропроводность графита (в отличие от алмаза).

Помимо электропроводности графит обладает еще тремяпрактически важными свойствами.

Во-первых, тугоплавкость. Температура плавленияграфита выше 3500° С – это самое тугоплавкое простое вещество на Земле.

Во-вторых, отсутствие на его поверхности каких-либопродуктов взаимодействия с окружающей средой (на металлах это оксиды),увеличивающих электрическое сопротивление.

В-третьих, способность оказывать смазывающеедействие на трущиеся поверхности. В кристалле графита атомы углерода прочносвязаны между собой в плоских сетках, а связь между сетками слабая, она имеетмежмолекулярную природу, как в веществах с молекулярными решетками. Поэтому уженебольшие механические усилия вызывают смещение сеток относително друг друга,что и обусловливает действие графита как смазки.

Энергия связи между атомами углерода в простых исложных веществах, в том числе и в алмазе, и в графите. Очень велика. Отвердости алмаза уже говорили. Прочна связь между атомами и в графитовой сетке.Так, прочность на разрыв волокна из графита значительно превышает прочностьжелеза и технической стали.

На основе графита изготавливают так называемыекомпозиционные материалы, в частности углепластики, в которых волокна графитанаходятся на матрице из эпоксидной смолы. Композиционные материалы все ширеприменяются в авиационной и космической технике (ведь помимо прочности онилегкие; сравним плотность графита, р=2,3 г/см3, с плотностью «легкого»алюминия, р=2,7г/см3, и тем более железа, р=7,9г/см3), а также всудостроении, где особенно ценна коррозионная стойкость.

Углерод Соединения углерода Оксид углерода (1У) Угольная кислота имеет аллотропные модификации: алмаз, графит, карбин, фуллерен и др. проявляет восстановительные свойства горит в кислороде: С+О2=СО2+Q взаимодействует с оксидом углерода (1У): С+СО2=2СО восстанавливает металлы из их оксидов: 3С+Fe2O3=3CO2+4Fe

получение

неполное сжигание метана: СН4+О2=С+2Н2О

газ без запаха, цвета и вкуса, тяжелее воздуха кислотный оксид при растворении взаимодействует с водой: СО2+Н2О=Н2СО3 реагирует с основаниями:

CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O

5.Реагирует с основными оксидами:

CO2+CaO=CaCO3

6.Образуется в реакциях

а) горения углерода в кислороде:

C+O2=CO2

б) окисления оксида углерода (II):

2CO+O2=2CO2

в) сгорания метана:

CH4+O2=CO2+2H2O

г) взаимодействие кислот с карбонатами:

CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O

д) термического разложения карбонатов, гидрокарбонатов:

CaCO3=CaO+CO2

2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O

е) окисления биохимических процессов дыхания, гниения.

1.Непрочная молекула. Слабая двухосновная кислота. В водном растворе существуют равновесия.

2. Взаимодействует с растворами щелочей как раствор углекислого газа в воде с образованием солей- кислых (гидрокарбонатов) и средних (карбонатов):

CO2+NaOH=NaHCO3

CO2+2NaOH=Na2CO3+

H2O

3.Вытесняется из солей более сильными кислотами

CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O

4.Соли угольной кислоты подвергаются гидролизу

Углерод химически инертен только при сравнительнонизких температурах, а при высоких – это один из сильнейших восстановителей.Главное химическое применение углерода – восстановление металлов, в первуюочередь железа, из руд.

Оксиды углерода.

 

Имея четыре электрона во внешнем энергетическомуровне, углерод в соединениях с кислородом в зависимости от условий проявляетвалентности +2 и +4.

При горении углеродосодержащих веществ (дрова, уголь,природный газ метан, спирт и др.) при температуре обычного пламени идетреакция:

С + О2 = СО2

Но если создать условия для повышения температуры(например, уменьшить теплоотвод, что может происходить внутри толстого слоягорящего угля, в том числе в доменной печи), то протекают реакции:

С +О2  = 2СО

СО2 + С = 2СО

Продуктом полного сгорания углерода и содержащих еговеществ является оксид углерода (1У) СО2 – углекислый газ. Он же образуется при дыхании живых организмов и гниении их остатков.Одновременно углекислый газ (вместе с водой) является главным веществом,потребляемым растениями в процессе их роста.

При повышении давления уже при комнатной температуредиоксид углерода сжижается. Жидким СО2 заполняют некоторые типы огнетушителей.

При понижении давления жидкий оксид углерода закипает.При этом его температура резко снижается, поскольку на порообразование, какизвестно из физики, затрачивается большое количество теплоты. В результате СО2затвердевает. В твердом виде (под названием «сухой лед») он применяется вкачестве хладоагента. При атмосферном давлении «сухой лед» не плавится, аподобно иоду, фосфору, углероду возгоняется, только при значительно болеенизкой температуре (-75° С).