Применение углерода и его соединений

Уголь, нефть, природный газ используются в качестве топлива. При переработке каменного угля получают ценные продукты: каменноугольную смолу, кокс, светильный газ, аммиак. Из смолы извлекают бензол, фенол, нафталин и другие химические вещества, применяемые в синтезе красителей, взрывчатых веществ, лекарственных препаратов. Для выплавки металлов из руд в качестве восстановителя используется кокс. Древесный уголь получают сухой перегонкой древесины. Он является хорошим адсорбентом, входит в состав черного пороха.

Графит служит материалом для изготовления тиглей (для плавки металлов), электродов, карандашей, смазок, красок.

Алмазы используются в ювелирных изделиях. Непрозрачные алмазы используют при бурении скважин алмазными бурами, сверлении металлов, резании стекла алмазными инструментами.

При фракционной перегонке нефти получают газойль, бензин, керосин, лигроин, нефтяные масла, парафин, асфальт.

Разложением природного газа получают сажу, которую используют в производстве шин, красок, туши.

Углекислый газ применяется в производстве сахара, газированных напитков, соды, при тушении пожаров.

Сода Na₂CO₃ используется в стекольной, текстильной, мыловаренной и других отраслях промышленности. Питьевая сода NaHCO₃ – разрыхлитель − в кондитерской промышленности и в быту.

Мочевина – высококонцентрированное (45,5% N) и легко усваиваемое азотное удобрение, используется как добавка к кормам жвачных животных.

Из карбида кальция получают ацетилен для сварки и резки металлов, синтеза уксусной кислоты, каучука и пластмасс.

Кремний

Кремний – важнейший элемент неживой природы. Литосфера Земли на 90% состоит из соединений кремния, входящих в состав горных пород и продуктов их разрушения (граниты, гнейсы, базальты, песок, гравий). Кремний входит в состав некоторых тканей животных организмов, содержится в растениях. В природе кремний встречается только в связанном состоянии.

Известны две модификации кремния: аморфный – бурый порошок, и кристаллический – серое вещество с металлическим блеском, обладающее полупроводниковыми свойствами. Кристаллический кремний имеет алмазоподобное строение атомной кристаллической решетки. Валентные рбитали кремния находятся в sp³-гибридном состоянии. Из-за большей, чем в алмазе длины межатомных связей он довольно хрупкий. Кремний имеет высокие температуры плавления и кипения.

Получают его путем восстановления из оксида кремния углеродом или магнием при высоких температурах:

SiO₂ + 2C = 2CO + Si,

SiO₂ + Mg = MgO + Si.

Чистый кремний для полупроводниковых приборов получают восстановлением тетрахлорида кремния SiCl₄ водородом (а) или цинком (б), а также разложением моносилана SiH₄ при нагревании (в):

а) SiCl₄ + 2H₂ = Si + 4HCl;

б) SiCl₄ + 2Zn = Si + 2ZnCl₂;

в) SiH₄ = Si + 2H₂.

Кристаллический кремний – инертное вещество. Аморфный кремний более реакционноспособен. При обычной температуре реагирует с фтором:

Si + 2F₂ = SiF₄,

при нагревании − со многими другими неметаллами:

Si + 2Cl₂ = SiCl₄ (320^оС) ;

Si + O₂ = SiO₂ + 858 кДж (600^оС) ;

Si + C _{(графит)} = SiC (1200-1300^оС);

карборунд

3Si + 2N₂ = Si₃N₄ (1000^oС)

нитрид кремния

С водой и большинством кислот кремний не реагирует за исключением фтороводородной и ее смеси с азотной кислотой:

Si +18HF + 4HNO₃ =8H₂O + 4NO + 3H₂[SiF₆].

Кремний растворяется в щелочах:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑.

В приведенных реакциях кремний проявляет восстановительные свойства, окислителем он является при взаимодействии с металлами:

Si+2Mg=Mg₂Si.

(силицид магния)

С водородом кремний не реагирует.