АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Соединения углерода

Читайте также:
  1. Важнейшие соединения: оксиды, гидроксиды, соли, - их представители и их значение в природе и жизни человека.
  2. Валентности и степени окисления атомов в некоторых соединениях
  3. Взаимосогласованные договоры и договоры присоединения.
  4. Виды соединения проводников.
  5. Влияние углерода.
  6. Глава 9. Комплексные соединения
  7. Дать характеристику одного из элементов - неметаллов (хлора, серы, фосфора, азота, углерода, кремния) (все по выбору).
  8. Диаграмма состояния для сплавов, образующих химические соединения
  9. Завершение присоединения Казахстана к Российской империи
  10. Зависимость концентрации диоксида углерода от температуры
  11. Зависимость твердости от содержания углерода
  12. Загрязнение антибиотиками, гормонами, другими веществами и соединениями, применяемыми в животноводстве.

Соединения с отрицательной степенью окисления. С менее электроотрицательными элементами углерод образует карбиды. Поскольку для углерода характерно образование гомоцепи, состав большинства карбидов не отвечает степени окисления –4. По типу химической связи можно выделить ковалентные, ионно-ковалентные и металлические карбиды.

Ковалентные карбиды кремния SiC и бора B4C – полимерные вещества. Характеризуются высокой твердостью, тугоплавкостью и химической инертностью. В качестве простейшего ковалентного карбида можно рассматривать метан CH4. Углеводородные соединения в настоящем курсе не рассматриваются, они подробно изучаются в курсе органической химии.

Ионно-ковалентные карбиды – это бесцветные прозрачные кристаллические солеподобные вещества. При действии воды или разбавленных растворов кислот они гидролизуются с образованием углеводорода. Поэтому ионно-ковалентные карбиды рассматривают как производные соответствующих углеводородов. Большинство из них относятся к ряду метанидов (производных метана), например Ве2C, Al4C3, или ацетиленидов (производных ацетилена), например СаC2, Ag2C2, ZnC2.

 

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4; CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2

Ацетилениды образуются в результате обменных реакций в растворах или непосредственным взаимодействием металлов с ацетиленом:

 

2AgNO3 + C2H2 = Ag2C2 + 2HNO3; Zn + C2H2 = ZnC2 + H2

Наибольшее практическое значение имеет ацетиленид кальция, обычно называемый карбидом. Его получают нагреванием оксида кальция с углем в электропечах:

 

CaO + 3C = CaC2 + CO

Ацетилениды d-элементов I и II групп - Ag2C2, Cu2C2, Au2C2, HgC2 – взрываются в сухом состоянии.

Металлическими являются карбиды d-элементов IV - VIII групп, например, TiC, ZrC, Mo2C, Fe3C. Многие из них проявляют металлические свойства, имеют характерный металлический блеск, высокую тепло- и электропроводность. Большинство из них имеют высокую твердость, жаропрочность, тугоплавкость и коррозионную устойчивость. Карбиды входят в состав чугуна и сталей, придавая им твердость и износоустойчивость.

Соединения со степенью окисления +2. Оксид углерода(II) - СО - бесцветный газ без вкуса и запаха, малорастворим в воде, чрезвычайно токсичен (угарный газ). Механизм токсичного действия угарного газа основан на необратимом связывании гемоглобина крови. Строение молекулы передается следующей схемой:



В промышленности оксид углерода(II) получают восстановлением оксида углерода(IV) раскаленным коксом:

t

CO2 + C = 2CO

Лабораторный метод получения СО основан на разложении муравьиной или щавелевой кислот в присутствии концентрированной серной кислоты:

t

HCOOH ¾® CO + H2O

H2SO4

СО - несолеобразующий оксид, в обычных условиях не взаимодействует с водой, кислотами или щелочами. Однако в жестких условиях реагирует с щелочами, образуя соли муравьиной кислоты - формиаты:

t, p

NaOH + CO ¾® HCOONa

Оксид углерода(II) - сильный восстановитель, легко окисляется кислородом и галогенами:

t hn

2CO + O2 = 2CO2; CO + Cl2 = COCl2;

t

CO + FeO = Fe + CO2

Реже оксид углерода(II) проявляет окислительные свойства:

t t, p

CO + Mg = MgO + C; CO + 2H2 ¾® CН2O

ZnO

Непосредственно реагирует с никелем и железом, образуя карбонилы - координационные сое­динения, в которых молекула СО выступает в роли лиганда. Например,

60 °С t

Ni + 4CO = Ni(CO)4 ; Fe + 5CO = Fe(CO)5

тетракарбонил пентакарбонил

никеля железа

Оксид углерода(II) находит применение в металлургии как восстановитель, для очистки некоторых металлов посредством разложения их карбонилов, как горючий газ.

Цианистый водород – HCN - легкокипящая жидкость (т.кип. 25,7 °С) с характерным запахом горького миндаля. Сильнейший яд, смертельная доза около 50 мг. В промышленности получают взаимодействием оксида углерода(II) с аммиаком в автоклаве под давлением:

t, р

CO + NH3 ¾® HCN + H2O

Cуществует в двух таутомерных формах с явной преобладанием первой из них:

Цианистый водород неограниченно растворим в воде, в растворе ведет себя как слабая кислота (циановодородная или синильная кислота, К = 8×10-10). Соли - цианиды известны практически для всех металлов. Получают цианиды щелочных металлов восстановлением карбонатов при нагревании:

‡агрузка...

t

Na2CO3 + C + 2NH3 = 2NaCN + 3H2O

Цианиды щелочных и щелочноземельных металлов хорошо растворимы и сильно гидролизованы, на воздухе медленно превращаются в карбонаты:

 

2KCN + CO2 + H2O = K2CO3 + 2HCN­

Цианиды d-металлов в воде нерастворимы, но растворяются в растворах цианидов щелочных металлов с образованием координационных соединений. Например:

 

Mn(CN)2¯ + 4KCN = K4[Mn(CN)6]

Цианиды очень сильные комплексообразующие реагенты, в присутствии окислителей растворяют серебро, золото и платину. Например:

 

4Au + 8KCN + O2 + 2H2O = 4K[Au(CN)2] + 4KOH

Это свойство позволяет использовать цианид калия для золочения металлов, при извлечении драгоценных металлов из пород.

Цианид-анион - сильный восстановитель:

t t

2KCN + O2 = 2KNCO; KCN + S = KNСS

цианат калия тиоцианат калия

2Cu+2Cl2 + 4KCN = 2Cu+1CN + (CN)2­ + 4KCl

дициан

Дициан ядовитый газ с характерным запахом (т.пл. –34,4 °С, т.кип. –21,2 °С). Структура молекулы линейная, атом углерода в sp-гибридизации, длины связей dCC = 0,137 нм, dCN = 0,113 нм:

 

Образуется при нагревании цианидов малоактивных металлов (AgCN, Hg(CN)2) до 350–450 °С:

Hg(CN)2 = Hg + (CN)2­

Дициан реакционоспособен, легко окисляется кислородом, давая очень горячее пламя ~ 4780 °С. Его можно назвать псевдогалогенидом, так как в некоторых реакциях он ведет себя подобно галогенам. Так при взаимодействии с водородом образуется газ – циановодород, который в водном растворе ведет себя как кислота:

 

H2 + (CN)2 = 2HCN

Подобно галогенам дициан диспропорционирует в растворах щелочей:

(CN)2 + 2NaOH = NaCN + NaNСО + H2O

цианид и цианат натрия

Соединения со степенью окисления +4. Оксид углерода(IV) - CO2 - бесцветный газ, без вкуса и запаха. При давлении 6 атм переходит в жидкость, при быстром испарении которой образует кристаллическое вещество - сухой лед (сублимируется при –78,5 °С, т.пл. –56,5 °С). Молекула оксида углерода(IV) имеет линейную форму, атом углерода в sp-гибридизации, длина связи d = 0,116 нм:

Не поддерживает дыхание и горение, но вещества с большим сродством к кислороду (Mg, P) горят в атмосфере диоксида углерода, например:

t

2Mg + CO2 = 2MgO + C

При повышенном давлении реагирует с водным раствором аммиака, образуя карбамид (мочевину):

t, р

CO2 + 2NH3 ¾® OC(NH2)2 + H2O

Оксид углерода(IV) малорастворим в воде (при 15 °С 1 л газа в 1 л воды), в которой ведет себя как слабая двухосновная кислота (К1 = 1,3 10-4; К2 = 4,84 10-11):

 

CO2 + H2O CO2×H2O H+ + HCO3-

Угольная кислота в чистом виде не выделена и существует только в растворах, образуя два ряда солей.

CO2 + 2NaOH = Na2CO3; CO2 + NaOH = NaHCO3

карбонат натрия гидрокарбонат натрия

Карбонат-анион имеет форму плоского треугольника, атом углерода в sp2-гибридизации:

Карбонаты аммония и щелочных металлов (кроме лития) хорошо растворимы в воде и сильно гидролизованы:

CO32- + H2O HCO3- + H+

Карбонаты остальных металлов малорастворимы и термически нестойки:

t

CaCO3¯ = CaO + CO2­

Карбонат кальция растворяется в воде в присутствии избытка СО2 с образованием гидрокарбоната:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

Гидрокарбонаты в воде растворимы лучше, термически менее устойчивы, разрушаются уже при кипячении водного раствора:

t

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O

Карбонаты взаимодействуют с растворами сильных кислот с выделением углекислого газа (качественная реакция на карбонаты):

 

CaCO3¯ + 2HCl = CaCl2 + CO2­ + H2O

Карбонат натрия – Na2CO3 - (кальцинированная сода) применяется в промышленности для производства стекла, мыла, бумаги, для очистки нефтепродуктов, как дешевое моющее и чистящее средство. Карбонат калия (поташ) - К2CO3 - используют в качестве удобрения, в производстве жидкого мыла, тугоплавкого стекла.

Сульфид углерода CS2 (сероуглерод) в обычных условиях – летучая бесцветная жидкость (т.кип. 46,3 ºС, т.пл. –111,6 ºС), нерастворимая в воде. Ядовит. Получают взаимодействием паров серы с раскаленным углем. Молекула имеет следующее строение:

Сероуглерод легко окисляется, при небольшом нагревании воспламеняется. При нагревании с парами воды при 150 ºС полностью гидролизуется.

t t

CS2 + 3O2 = CO2 + 2SO2; CS2 + 2H2O = CO2 + 2H2S

Соединение имеет кислотный характер, реагируя с основными сульфидами, образует соли тиокарбонаты:

CS2 + K2S = K2CS3; K2CS3 + 2HCl = H2CS3 + 2KCl

Тиосерная кислота H2CS3 – маслянистая жидкость, в водных растворах – слабая кислота, медленно разлагается водой:

Н2CS3 + 2H2О = CО2 + 3H2S

Cероуглерод применяется в качестве растворителя жиров и серы, как ядохимикат, а также для получения четыреххлористого углерода:

 

CS2 + 3Cl2 = CCl4 + S2Cl2

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.021 сек.)