Углерод и его свойства
Углерод (С) – типичный неметалл; в периодической системе находится в 2-м периоде IV группе, главной подгруппе. Порядковый номер 6, Ar = 12,011 а.е.м., заряд ядра +6.Физические свойства: углерод образует множество аллотропных модификаций: алмаз – одно из самых твердых веществ, графит, уголь, сажа.
Химические свойства: На электронной оболочке атома – 6 электронов; на внешнем валентном уровне – 4 электрона. Наиболее характерные степени окисления: +4, +2 – в неорганических соединениях, – 4, -2 – в органических. При низких температурах углерод инертен, но при нагревании его активность возрастает. Углерод – хороший восстановитель, но соединяясь с металлами и образуя карбиды, он выступает окислителем:
Углерод (кокс) вступает в реакции с оксидами металлов. Таким образом выплавляют металл из руды. При очень высоких температурах углерод реагирует со многими неметаллами. Огромное количество органических соединений он образует с водородом – углеводороды. В присутствии никеля (Ni) углерод, реагируя с водородом, образует предельный углеводород – метан: С + Н2 = СН4.
Нахождение в природе: свободный углерод встречается в виде алмаза и графита. В виде соединений углерод находится в составе минералов: мела, мрамора, известняка – СаСО3, доломита – MgCO3, CaCO3; гидрокарбонатов – Mg(НCO3)2 и Са(НCO3)2, СО2 входит в состав воздуха; углерод является главной составной частью природных органических соединений – газа, нефти, каменного угля, торфа, входит в состав органических веществ, белков, жиров, углеводов, аминокислот, входящих в состав живых организмов.
Аллотропные модификации углерода
Алмаз – самый твердый из всех природных веществ – используют для резки стекла и для бурения горных пород. Алмаз – прозрачное, бесцветное, кристаллическое вещество, обладающее высокой светопреломляемостью. При сильном нагревании без доступа воздуха алмаз переходит в графит. Графит – кристаллы темно-серого цвета, со слабым металлическим блеском, маслянистый на ощупь. Графит обладает относительно высокой электро– и теплопроводностью, стоек к нагреванию. Из графита изготавливают карандаши.
Уголь – аморфный углерод – неупорядоченная структура графита: 1) кокс; 2) костяной уголь; 3) сажа.
Оксиды углерода. Угольная кислота
Углерод с кислородом образует оксиды: СО, СО2.
Оксид углерода (II) – СО. Физические свойства: угарный газ, без цвета и запаха, ядовит, в воде почти не растворим, растворим в органических растворителях.
СО легко соединяется с гемоглобином – Hb крови, образуя карбоксигемоглобин,препятствуя переносу О2 от легких к тканям.
Оксид углерода (IV) СO2. Физические свойства: углекислый газ, без цвета и запаха, малорастворим в воде, тяжелее воздуха, твердый CO2 – сухой лед, не поддерживает горение.
Химические свойства: кислотный оксид, реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты.
Угольная кислота – слабая, существует в водном растворе:
CO2 + H2O = H2 CO3.
Соли: средние – карбонаты (СО3 2-), кислые – бикарбонаты, гидрокарбонаты (НС03 -).
Применение. Гидрокарбонат натрия (сода)применяется в медицине как противокислотное средство, усиливает действие некоторых лекарств, применяется в растворе при полоскании.