33. Кислородные соединения углерода: строение молекул, физические и химические свойства. Медико- биологическое значение углерода и его соединений.
Кислородные соединения углерода Углерод образует два оксида — СО и С02.
Оксид углерода(II) СО — бесцветный, не имеющий запаха газ, малорастворимый в воде. Его называют угарным газом, так как он очень ядовит. Попадая при дыхании в кровь, быстро соединяется с гемоглобином, образуя прочное соединение карбоксигемоглобин (объясните происхождение этого термина), лишая тем самым возможности гемоглобин переносить кислород. При вдыхании воздуха, содержащего 0,1% СО, человек может внезапно потерять сознание и умереть. Угарный газ образуется при неполном сгорании топлива (напишите уравнение соответствующей химической реакции), вот почему так опасно преждевременное закрывание дымоходов.
Оксид СО относят, как вы уже знаете, к несолеобразующим оксидам, так как, будучи оксидом неметалла, он должен реагировать со щелочами и основными оксидами, однако этого не наблюдается.
СО — хороший восстановитель. Он сгорает в кислороде, образуя углекислый газ: 2СО + 02 = 2С02
Оксид углерода(II) способен отнимать кислород у оксидов металлов, т. е. восстанавливать металлы из их оксидов:
Fе203 + ЗСО = 2Fе + ЗС02
Именно это свойство оксида углерода(II) используется в металлургии при выплавке чугуна.
Оксид углерода(IV) С02 — широко известный под названием углекислый газ — бесцветный, не имеющий запаха газ. Он примерно в полтора раза тяжелее воздуха. При обычных условиях в 1 объеме воды растворяется 1 объем углекислого газа.
При давлении примерно 60 атм углекислый газ превращается в бесцветную жидкость. При испарении жидкого углекислого газа часть его превращается в твердую снегообразную массу, которую в промышленности прессуют, — это известный вам сухой лед, который применяется для хранения пищевых продуктов.
С02 — это типичный кислотный оксид: взаимодействует со щелочами (например, вызывает помутнение известковой воды), с основными оксидами и водой.
Он не горит и не поддерживает горения и потому применяется для тушения пожаров. Однако магний продолжает гореть в углекислом газе с образованием оксида и выделением углерода в виде сажи:
С02 + 2Мg = 2МgO + С
Углекислый газ получают, действуя на соли угольной кислоты — карбонаты растворами соляной, азотной и даже уксусной кислот. В лаборатории углекислый газ получают при действии на мел или мрамор соляной кислоты:
СаС03 + 2НСl = СаСl2 + Н20 + С02
В промышленности большие количества углекислого газа получают обжигом известняка: СаС03 = СаО + СO2
Углекислый газ, кроме уже названной области применения, используют также для изготовления шипучих напитков и для получения соды.
При растворении оксида углерода(IV) в воде образуется угольная кислота Н2С03, которая очень нестойкая и легко разлагается на исходные компоненты — углекислый газ и воду:
CO2 + Н20 —> H2CO3
Равновесие этой реакции смещено влево.
Как двухосновная кислота она образует два ряда солей: средние — карбонаты и кислые — гидрокарбонаты. Из карбонатов в воде растворимы только соли калия, натрия и аммония. Кислые соли, как правило, растворимы в воде.
При избытке углекислого газа в присутствии воды карбонаты могут превращаться в гидрокарбонаты. Так, если через известковую воду пропускать углекислый газ, то она сначала помутнеет из-за выпавшего в осадок нерастворимого в воде карбоната кальция, однако при дальнейшем пропускании углекислого газа помутнение исчезает в результате образования растворимого гидрокарбоната кальция:
СаС03 + Н20 + С02 = Са(НС03)2
Именно наличием этой соли и объясняется временная жесткость воды. При нагревании растворимый гидрокарбонат кальция снова превращается в нерастворимый карбонат:
Са(НС03)2 = СаС03 + Н20 + С02
Эта реакция приводит к образованию накипи на стенках котлов, труб парового отопления и домашних чайников, а в природе в результате этой реакции формируются в пещерах свисающие вниз. Другие соли кальция и магния, в частности хлориды и сульфаты, придают воде постоянную жесткость. Кипячением постоянную жесткость воды устранить нельзя. Приходится использовать другой карбонат — соду Nа2С03, которая переводит эти ионы Са2+ в осадок, например:
СаСl2 + Na2С03 = СаС034- + 2NаСl
Соду можно использовать и для устранения временной жесткости воды.
Карбонаты и гидрокарбонаты можно обнаружить с помощью растворов кислот: при действии на них кислот наблюдается характерное «вскипание» из-за выделяющегося углекислого газа:
CO + 2Н+ = Н20 + С02 НС03 + Н+ = Н20 + С02
Эта реакция является качественной реакцией на соли угольной кислоты.
Углерод, обладая исключительной способностью образовывать вместе с другими элементами длинные цепи атомов, дает многочисленное разнообразие органических соединений. Благодаря углероду возникло все богатство и разнообразие видов растений и животных.
В настоящее время широко обсуждаются вопросы загрязнения биосферы диоксидом углерода, поступающим из продуктов сжигания топлива. Увеличение концентрации CO2 в воздухе на 20% может вызвать глобальное повышение температуры на Земле на 4-50С – «Парниковый эффект».
Особенно вредное действие на организм человека оказывает оксид углерода (II) или угарный газ. При вдыхании оксид углерода (II) попадает в кровь и образует прочное соединение с гемоглобином – карбоксигемоглобин. При этом гемоглобин теряет способность связывать кислород, что и является причиной смерти при тяжелых отравлениях угарным газом.
В медицине применяется:
1. Активированный уголь (карболен); адсорбент при отравлениях алкалоидами, солями тяжелых металлов и т.д.; находит широкое применение в хемосорбции.
2. Гидрокарбонат натрия NaHCO3 ; понижает кислотность желудочного сока; водные растворы используются для полосканий и примочек.