Химические свойства

В химическом отношении углерод при нормальных условиях инертен. Реакционная способность усиливается при повышении температуры.

При нагревании углерод энергично взаимодействует с кисло­родом, образуя оксид углерода (II) и (IV), что зависит от содержа­ния кислорода:

2С + 0₂ - 2СО

С + О₂ = С0₂

Под воздействием высоких температур углерод способен вза­имодействовать с металлами, образуя карбиды:

Все карбиды — твердые темные порошки кристаллического строения. Их нельзя растворить ни в одном из известных раство­рителей. Нелетучи.

Карбид кальция СаС₂ и карбид алюминия А1₄С₃ относятся к солеобранным карбидам, поскольку они содержат анионы углеро­да и катионы металлов. Их можно рассматривать как продукты замещения водорода металлом в метане СН₄ или в ацетилене С₂Н₂.

Они разлагаются водой с выделением соответствующего угле­водорода:

А1₄С₃ + 12Н₂0 - 4А1(ОН)₃ + 3CH₄ СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + C₂H₂

Карбид кальция СаС₂ при обычных условиях реагирует с водой с образованием ацетилена, являющегося исходным продук­том для синтеза большого количества разнообразных органичес­ких соединений.

Карбид железа Fe₃C относится к металлоподобным карбидам. Их строение можно представить следующим образом: в кристал­лическую решетку металла «внедряются» атомы углерода. Хими­ческая связь осуществляется свободными обобществленными электронами. Участие в металлической связи принимают и элек­троны атомов углерода.

Карбиды переходных металлов отличаются от самих метал­лов хрупкостью и твердостью. Карбид железа Fe₃C назван цемен­титом. И чугун, и сталь обязаны своей твердостью и износостой­костью тому, что в их структуре присутствует Fe₃C.

С водородом уголь в присутствии никелевого катализатора и при нагревании образует метан — основную составную часть при­родных горючих газов:

С + 2Н₂ = СН₄

При пропускании водяных паров через раскаленный уголь или кокс получается смесь оксида углерода (II) и водорода:

С + Н₂О = СО + Н₂

называемая водяным газом. Эта реакция протекает в газогенера­торе при температуре 1000°С.

Углерод способен восстанавливать многие металлы из их ок­сидов. На этом основано получение металлов из руд.

2ZnO + C = 2Zn + C0₂

Концентрированная серная и азотная кислота при нагрева­нии окисляют углерод до СО₂:

С + 2H₂S0₄ = C0₂ + 2S0₂ + 2Н₂0 ЗС + 4HN0₃ = 3C0₂ + 4N0₂ + 2H₂0

Применение

Алмазы широко применяются для резки горных пород и шли­фования особо твердых материалов. Из алмазов делают украше­ния (бриллианты). Графит применяют для производства грифе­лей карандашей, а также электродов (в промышленном электролизе). В смеси с техническими маслами используют в качестве смазочного материала. Из смеси графита и глины изготав­ливают плавильные тигли для металлургии. Используют графит в ядерных реакторах в качестве замедлителя нейтронов.

Кокс применяют в металлургии в качестве восстановителей. Древесный уголь — в кузнечных горнах, для получения черного пороха, поглощения газов, а также в быту. Сажу применяют как наполнитель в производстве резины, а также для изготовления черных красок (типографская краска,тушь) и сапожной ваксы. Стеклоуглерод применяется для изготовления аппаратуры для сильно агрессивных сред, а также в авиации и космонавтике.

Активированный уголь нужен для поглощения вредных ве­ществ из газов и жидкостей: им заполняют противогазы, с его помощью очищают жидкости от пахучих и красящих веществ. На адсорбционных свойствах активированного угля основано и его применение в медицине.