Starea agregată a chimiei carbonului. Carbonul - o caracteristică a elementului și proprietăți chimice. Substanțe în stare solidă de agregare

DEFINIȚIE

Carbon- al șaselea element Tabelul periodic. Denumirea - C din latinescul „carboneum”. Situat în a doua perioadă, grupul IVA. Se referă la nemetale. Sarcina nucleară este 6.

Carbonul se găsește în natură atât în ​​stare liberă, cât și sub formă de numeroși compuși. Carbonul liber apare sub formă de diamant și grafit. Pe lângă cărbunele fosil, există acumulări mari de petrol în intestinele Pământului. găsite în cantități mari de sare din scoarța terestră acid carbonicîn special carbonat de calciu. Întotdeauna există dioxid de carbon în aer. În cele din urmă, organismele vegetale și animale constau din substanțe la formarea cărora participă carbonul. Astfel, acest element este unul dintre cele mai comune de pe Pământ, deși conținutul său total în scoarța terestră este de doar aproximativ 0,1% (greutate).

Greutatea atomică și moleculară a carbonului

Masa moleculară relativă a unei substanțe (M r ) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element (Ar r) este de câte ori masa medie a atomilor unui element chimic este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă carbonul există sub formă de molecule C monoatomice, valorile maselor sale atomice și moleculare sunt aceleași. Ele sunt egale cu 12,0064.

Alotropia și modificările alotropice ale carbonului

În stare liberă, carbonul există sub formă de diamant, care cristalizează în sistemele cubic și hexagonal (lonsdaleit), și grafit, care aparține sistemului hexagonal (Fig. 1). Formele de carbon precum cărbunele, cocs sau funingine au o structură dezordonată. Exista si modificari alotropice obtinute sintetic - acestea sunt carabina si policumulena - soiuri de carbon construite din polimeri cu catenă liniară de tip -C= C- sau = C = C=.

Orez. 1. Modificări alotropice ale carbonului.

Sunt cunoscute și modificări alotropice ale carbonului, care poartă următoarele denumiri: grafen, fuleren, nanotuburi, nanofibre, astralen, carbon sticlos, nanotuburi colosale; carbon amorf, nanomuguri de carbon și nanospumă de carbon.

Izotopi ai carbonului

În natură, carbonul există sub forma a doi izotopi stabili 12 C (98,98%) și 13 C (1,07%). Numerele lor de masă sunt 12 și, respectiv, 13. Nucleul izotopului de carbon 12 C conține șase protoni și șase neutroni, iar izotopul 13 C conține același număr de protoni și cinci neutroni.

Există un izotop artificial de carbon (radioactiv), 14 C, cu un timp de înjumătățire de 5730 de ani.

ionii de carbon

La nivelul energetic exterior al atomului de carbon, există patru electroni care sunt de valență:

1s 2 2s 2 2p 2 .

Ca urmare a interacțiunii chimice, carbonul își poate pierde electronii de valență, adică. fi donatorul lor și se transformă în ioni încărcați pozitiv sau acceptă electroni de la un alt atom, adică să fie acceptorul lor și să se transforme în ioni încărcați negativ:

C0-2e → C2+;

C0-4e → C4+;

C0 +4e → C4-.

Moleculă și atom de carbon

În stare liberă, carbonul există sub formă de molecule monoatomice C. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de carbon:

Aliaje de carbon

Cele mai cunoscute aliaje de carbon din întreaga lume sunt oțelul și fonta. Oțelul este un aliaj de fier și carbon, al cărui conținut de carbon nu depășește 2%. În fontă (de asemenea, un aliaj de fier cu carbon), conținutul de carbon este mai mare - de la 2 la 4%.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Sarcina	Ce volum de monoxid de carbon (IV) va fi eliberat (n.o.) în timpul arderii a 500 g de calcar conținând 0,1 fracție de masă de impurități.
Soluţie	Scriem ecuația pentru reacția de prăjire a calcarului: CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 -. Să găsim o masă de calcar pur. Pentru a face acest lucru, determinăm mai întâi fracția sa de masă fără impurități: w limpede (CaCO 3) \u003d 1 - w impuritate \u003d 1 - 0,1 \u003d 0,9. m limpede (CaCO 3) \u003d m (CaCO 3) × w limpede (CaCO 3); m clar (CaCO 3) \u003d 500 × 0,9 \u003d 450 g. Calculați cantitatea de substanță calcaroasă: n (CaCO 3) \u003d m clar (CaCO 3) / M (CaCO 3); n(CaCO 3) \u003d 450/100 \u003d 4,5 mol. Conform ecuației reacției n (CaCO 3) : n (CO 2) = 1: 1, atunci n (CaCO 3) \u003d n (CO 2) \u003d 4,5 mol. Apoi, volumul de monoxid de carbon eliberat (IV) va fi egal cu: V(CO 2) \u003d n(CO 2) × V m; V (CO 2) \u003d 4,5 × 22,4 \u003d 100,8 litri.
Răspuns	100,8 l

EXEMPLUL 2

Sarcina	Cât de mult va fi necesară o soluție care conține 0,05 fracții de masă sau 5% clorură de hidrogen pentru a neutraliza 11,2 g de carbonat de calciu?
Soluţie	Scriem ecuația pentru neutralizarea carbonatului de calciu cu acid clorhidric: CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2 -. Aflați cantitatea de substanță carbonat de calciu: M(CaCO3) = A r (Ca) + A r (C) + 3×A r (O); M(CaCO 3) \u003d 40 + 12 + 3 × 16 \u003d 52 + 48 \u003d 100 g / mol. n (CaCO 3) \u003d m (CaCO 3) / M (CaCO 3); n (CaCO 3) \u003d 11,2 / 100 \u003d 0,112 mol. Conform ecuației reacției n (CaCO 3): n (HCl) \u003d 1: 2, ceea ce înseamnă n(HCl) \u003d 2 × n (CaCO 3) \u003d 2 × 0,224 mol. Determinați masa substanței clorură de hidrogen conținută în soluție: M(HCl) \u003d A r (H) + A r (Cl) \u003d 1 + 35,5 \u003d 36,5 g / mol. m(HCl) = n(HCl) × M(HCl) = 0,224 × 36,5 = 8,176 g Calculați masa soluției de acid clorhidric: m soluție (HCl) = m(HCI) × 100 / w(HCI); m soluție (HCl) = 8,176 × 100 / 5 = 163,52 g
Răspuns	163,52 g

A. brom
B. Yoda
V.Ftora
G. Clorul
2. Dintre elementele chimice enumerate, atomul are CEA MAI MICĂ electronegativitate în compuși
A.Broma
B. Yoda
V.Ftora
G. Clorul
3. Dintre substanțele enumerate, cele mai pronunțate proprietăți reducătoare sunt
A. Brom
B. Yod
V. Fluor
G. Clorul
4. Starea agregată a fluorului în condiții normale
A. Gazos
B. Lichid
B. Solid
5. Legătura chimică în molecula de iod
A. Ionnaya
B. Covalent nepolar
B. Polar covalent
G. Metalic
6.Pereche formule ale substanțelor fiecare dintre care legătura este doar polară covalentă
А.Br2;I2
B.HCI;HBr
B.NaCl;KBr
G.CI2;HCI
7. Numele halogenului, care a fost folosit în luptă ca substanță otrăvitoare
A. Brom
B. Yod
V. Fluor
G. Clorul
8. Bromul nu interacționează cu substanța
A.NaCl (soluție)
B.H2
B.Ki(r-r)
G.Mg

Ajutor va rog, va implor!!!

2 (2 puncte). Dintre aceste elemente chimice, cel mai mare raza atomică la atom:
A. Brom. B. Yoda. B. Fluor. G. Clorul.
3 (2 puncte). Dintre elementele chimice enumerate, cel mai mic
Un atom are o electronegativitate în compuși:
A. Vg. B. I. C. F. G. Cl.
4 (2 puncte). Poziția elementului clor în sistem periodic:
A. A 2-a perioadă, subgrupa principală a grupei a 7-a.
B. A 3-a perioadă, subgrupa principală a grupei a 7-a.
B. Perioada a 4-a, subgrupa principală a grupei a 7-a.
d. perioada a 5-a, subgrupa principală a grupei a 7-a.
5 (2 puncte). Dintre aceste substanțe, cele mai pronunțate proprietăți reducătoare sunt:
6 (2 puncte). Starea agregată a fluorului în condiții normale:
A. Gazos. B. Lichid. B. Solid.
7 (2 puncte). Legătura chimică în molecula de iod:
A. Ionic.
B. Covalent nepolar.
B. Polar covalent.
G. Metal.
8 (2 puncte). O pereche de formule de substanțe, în fiecare dintre care legătura este doar polară covalentă:
A. Br2, i2. B. HCI, HBr. B. NaCI, KBr. D. C12, HCI
9 (2 puncte). Numele halogenului care a fost folosit în luptă ca substanță otrăvitoare:
A. Brom. B. Iod. V. Fluor. G. Clorul.
10 (2 puncte). Bromul nu interacționează cu o substanță a cărei formulă este:
A. NaCI (soluție). B. H2. B. KI (soluție). G. Mg.
11 (12 puncte). Dați exemple de compuși ai clorului în care formează legături covalente nepolare, polare covalente și ionice. Ilustrați răspunsul dvs. cu diagrame de formare a legăturilor chimice.

12 (6 puncte). Scrieți ecuațiile reacțiilor moleculare care pot fi utilizate pentru a efectua următoarele transformări:
NaCI----Cl2---CuCl2---AgCI.
Luați în considerare reacția 1 din punctul de vedere al OVR.

13 (6 puncte). Cum să recunoaștem soluțiile de bromură de sodiu și azotat de sodiu? Notați ecuațiile ionice moleculare, complete și reduse.

14 (4 puncte). Halogenurile de hidrogen sunt produse în laborator prin reacția acidului sulfuric concentrat cu halogenuri metalice. Conform schemei
NaCI + H2sO4 ---- NaHS04 + HCI
Calculați masa de halogenură de hidrogen obținută din 1,5 moli de iodură de sodiu.

Cunoașterea cea mai răspândită este despre trei stări de agregare: lichid, solid, gazos, uneori se gândesc la plasmă, mai rar la cristal lichid. În ultima vreme o listă cu 17 faze ale materiei, preluată de la celebrul () Stephen Fry, s-a răspândit pe Internet. Prin urmare, vom vorbi despre ele mai detaliat, deoarece. ar trebui să cunoaștem puțin mai multe despre materie, fie și doar pentru a înțelege mai bine procesele care au loc în Univers.

Lista stărilor agregate ale materiei prezentată mai jos crește de la cele mai reci la cele mai fierbinți și așa mai departe. poate fi continuat. În același timp, trebuie înțeles că din starea gazoasă (nr. 11), cea mai „extinsă”, pe ambele părți ale listei, gradul de compresie a substanței și presiunea acesteia (cu unele rezerve pentru astfel de neexplorate). stări ipotetice ca cuantice, raze sau slab simetrice) cresc.După text este dat un grafic vizual al tranzițiilor de fază ale materiei.

1. Cuantică- starea de agregare a materiei, realizată atunci când temperatura scade la zero absolut, în urma căreia legăturile interne dispar și materia se prăbușește în quarci liberi.

2. Condens Bose-Einstein- starea agregată a materiei, care se bazează pe bosoni răciți la temperaturi apropiate de zero absolut (mai puțin de o milioneme de grad peste zero absolut). Într-o stare atât de răcită, este suficient număr mare atomii sunt în cele mai joase stări cuantice posibile, iar efectele cuantice încep să se manifeste la nivel macroscopic. Un condens Bose-Einstein (denumit adesea „condens Bose” sau pur și simplu „înapoi”) apare atunci când răciți unul sau altul element chimic la temperaturi extrem de scăzute (de obicei, chiar peste zero absolut, minus 273 de grade Celsius, temperatura teoretică la care totul se oprește în mișcare).
Aici încep să se întâmple lucruri ciudate. Procesele observabile în mod normal doar la nivel atomic apar acum la scari suficient de mari pentru a fi observate cu ochiul liber. De exemplu, dacă puneți un „spate” într-un pahar și furnizați temperatura dorită, substanța va începe să se târască pe perete și în cele din urmă va ieși singură.
Aparent, aici avem de-a face cu o încercare zadarnică a materiei de a-și coborî propria energie (care este deja la cel mai de jos nivel posibil).
Încetinirea atomilor folosind echipamente de răcire produce o stare cuantică singulară cunoscută sub numele de condensat Bose sau Bose-Einstein. Acest fenomen a fost prezis în 1925 de A. Einstein, ca urmare a unei generalizări a lucrării lui S. Bose, unde mecanica statistică a fost construită pentru particule, variind de la fotoni fără masă până la atomi cu masă (manuscrisul lui Einstein, care era considerat pierdut, a fost găsit în biblioteca Universității din Leiden în 2005). Rezultatul eforturilor lui Bose și Einstein a fost conceptul Bose de gaz, care se supune statisticilor Bose-Einstein, care descrie distribuția statistică a particulelor identice cu spin întreg, numite bosoni. Bosonii, care sunt, de exemplu, atât particule elementare individuale - fotoni, cât și atomi întregi, pot fi unul cu altul în aceleași stări cuantice. Einstein a sugerat că răcirea atomilor - bosonii la temperaturi foarte scăzute, i-ar determina să treacă (sau, cu alte cuvinte, să se condenseze) în cea mai scăzută stare cuantică posibilă. Rezultatul unei astfel de condens va fi apariția unei noi forme de materie.
Această tranziție are loc sub temperatura critică, care este pentru un gaz tridimensional omogen format din particule care nu interacționează fără grade interne de libertate.

3. Condens ferionic- starea de agregare a unei substanțe, asemănătoare suportului, dar diferită ca structură. Când se apropie de zero absolut, atomii se comportă diferit în funcție de mărimea propriului moment unghiular (spin). Bosonii au spini întregi, în timp ce fermionii au spini care sunt multipli de 1/2 (1/2, 3/2, 5/2). Fermionii se supun principiului de excludere Pauli, care afirmă că doi fermioni nu pot avea aceeași stare cuantică. Pentru bosoni, nu există o astfel de interdicție și, prin urmare, au posibilitatea de a exista într-o stare cuantică și, prin urmare, să formeze așa-numitul condensat Bose-Einstein. Procesul de formare a acestui condensat este responsabil pentru trecerea la starea supraconductoare.
Electronii au spin 1/2 și, prin urmare, sunt fermioni. Se combină în perechi (așa-numitele perechi Cooper), care formează apoi un condensat Bose.
Oamenii de știință americani au încercat să obțină un fel de moleculă din atomii de fermion prin răcire profundă. Diferența față de moleculele reale a fost că nu a existat nicio legătură chimică între atomi - doar s-au mișcat împreună într-un mod corelat. Legătura dintre atomi s-a dovedit a fi chiar mai puternică decât între electroni din perechile Cooper. Pentru perechile de fermioni formate, spinul total nu mai este multiplu de 1/2, prin urmare, aceștia se comportă deja ca bosoni și pot forma un condensat Bose cu o singură stare cuantică. În timpul experimentului, un gaz de 40 de atomi de potasiu a fost răcit la 300 de nanokelvin, în timp ce gazul a fost închis într-o așa-numită capcană optică. Apoi s-a aplicat un câmp magnetic extern, cu ajutorul căruia a fost posibilă schimbarea naturii interacțiunilor dintre atomi - în loc de repulsie puternică, a început să se observe o atracție puternică. La analizarea influenței câmpului magnetic, a fost posibil să se găsească o astfel de valoare la care atomii au început să se comporte ca perechile de electroni Cooper. În următoarea etapă a experimentului, oamenii de știință își propun să se obțină efectele supraconductivității pentru condensatul fermionic.

4. Materie superfluida- o stare în care substanța nu are practic vâscozitate și, atunci când curge, nu experimentează frecare cu o suprafață solidă. Consecința acestui lucru este, de exemplu, un efect atât de interesant, cum ar fi „ieșirea” completă spontană a heliului superfluid din vas de-a lungul pereților săi împotriva gravitației. Desigur, aici nu există nicio încălcare a legii conservării energiei. În absența forțelor de frecare, asupra heliului acționează doar forțele gravitaționale, forțe de interacțiune interatomică între heliu și pereții vasului și între atomii de heliu. Deci, forțele interacțiunii interatomice depășesc toate celelalte forțe combinate. Ca urmare, heliul tinde să se răspândească cât mai mult posibil pe toate suprafețele posibile și, prin urmare, „călătorește” de-a lungul pereților vasului. În 1938, omul de știință sovietic Pyotr Kapitsa a demonstrat că heliul poate exista în stare superfluid.
Este de remarcat faptul că multe dintre proprietățile neobișnuite ale heliului sunt cunoscute de ceva timp. Cu toate acestea, în anul trecut acest element chimic ne „răsfață” cu efecte interesante și neașteptate. Deci, în 2004, Moses Chan și Eun-Syong Kim de la Universitatea din Pennsylvania au fost intrigați de lumea științifică susținând că au reușit să obțină o stare complet nouă de heliu – un solid superfluid. În această stare, unii atomi de heliu din rețeaua cristalină pot curge în jurul altora, iar heliul poate curge astfel prin el însuși. Efectul „superdurității” a fost prezis teoretic încă din 1969. Și în 2004 - ca și cum ar fi confirmarea experimentală. Cu toate acestea, experimentele ulterioare și foarte curioase au arătat că totul nu este atât de simplu și poate că o astfel de interpretare a fenomenului, care a fost luată anterior pentru superfluiditatea heliului solid, este incorectă.
Experimentul oamenilor de știință condus de Humphrey Maris de la Universitatea Brown din SUA a fost simplu și elegant. Oamenii de știință au plasat o eprubetă întoarsă cu susul în jos într-un rezervor închis de heliu lichid. O parte din heliul din eprubetă și din rezervor a fost înghețată în așa fel încât limita dintre lichid și solid din interiorul eprubetei a fost mai mare decât în ​​rezervor. Cu alte cuvinte, era heliu lichid în partea superioară a eprubetei și heliu solid în partea inferioară; a trecut fără probleme în faza solidă a rezervorului, peste care a fost turnat puțin heliu lichid - mai mic decât nivelul lichidului. în eprubetă. Dacă heliul lichid ar începe să se scurgă prin solid, atunci diferența de nivel ar scădea și atunci putem vorbi de heliu superfluid solid. Și, în principiu, în trei din 13 experimente, diferența de nivel a scăzut.

5. Materie superdură- o stare de agregare in care materia este transparenta si poate "curge" ca un lichid, dar de fapt este lipsita de vascozitate. Astfel de lichide sunt cunoscute de mulți ani și sunt numite superfluide. Cert este că dacă superfluidul este amestecat, acesta va circula aproape pentru totdeauna, în timp ce lichidul normal se va calma în cele din urmă. Primele două superfluide au fost create de cercetători folosind heliu-4 și heliu-3. Au fost răcite aproape la zero absolut - la minus 273 de grade Celsius. Și din heliu-4, oamenii de știință americani au reușit să obțină un corp foarte dur. Au comprimat heliul înghețat prin presiune de peste 60 de ori, apoi paharul umplut cu substanța a fost instalat pe un disc rotativ. La o temperatură de 0,175 grade Celsius, discul a început brusc să se rotească mai liber, ceea ce, potrivit oamenilor de știință, indică faptul că heliul a devenit un supercorp.

6. Solid- starea de agregare a materiei, caracterizată prin stabilitatea formei și a naturii mișcării termice a atomilor, care produc mici vibrații în jurul pozițiilor de echilibru. Starea stabilă a solidelor este cristalină. Distingeți solidele cu legături ionice, covalente, metalice și alte tipuri de legături între atomi, ceea ce determină varietatea proprietăților lor fizice. Proprietățile electrice și alte proprietăți ale solidelor sunt determinate în principal de natura mișcării electronilor exteriori ai atomilor săi. În funcție de proprietățile lor electrice, solidele sunt împărțite în dielectrici, semiconductori și metale; în funcție de proprietățile lor magnetice, ele sunt împărțite în diamagneți, paramagneți și corpuri cu o structură magnetică ordonată. Investigațiile proprietăților solidelor s-au unit într-un domeniu larg – fizica stării solide, a cărei dezvoltare este stimulată de nevoile tehnologiei.

7. Solid amorf- o stare condensata de agregare a unei substante, caracterizata prin izotropia proprietatilor fizice datorita dispunerii dezordonate a atomilor si moleculelor. În amorf solide atomii vibrează în jurul unor puncte situate aleatoriu. Spre deosebire de starea cristalină, trecerea de la un solid amorf la un lichid are loc treptat. sunt într-o stare amorfă. diverse substante A: sticlă, rășină, plastic etc.

8. Cristal lichid- aceasta este o stare specifică de agregare a unei substanțe în care prezintă simultan proprietățile unui cristal și ale unui lichid. Trebuie să facem imediat o rezervă că nu toate substanțele pot fi în stare de cristal lichid. Cu toate acestea, unele substanțe organice cu molecule complexe pot forma o stare specifică de agregare - cristalul lichid. Această stare se realizează în timpul topirii cristalelor anumitor substanțe. Când se topesc, se formează o fază lichid-cristalină, care diferă de lichidele obișnuite. Această fază există în intervalul de la temperatura de topire a cristalului până la o temperatură mai mare, când este încălzită, la care cristalul lichid se transformă într-un lichid obișnuit.
Cum diferă un cristal lichid de un lichid și un cristal obișnuit și cum este similar cu acestea? Ca un lichid obișnuit, un cristal lichid are fluiditate și ia forma unui vas în care este plasat. Prin aceasta se deosebește de cristalele cunoscute tuturor. Cu toate acestea, în ciuda acestei proprietăți, care îl unește cu un lichid, are o proprietate caracteristică cristalelor. Aceasta este ordonarea în spațiu a moleculelor care formează cristalul. Adevărat, această ordonare nu este la fel de completă ca în cristalele obișnuite, dar, cu toate acestea, afectează în mod semnificativ proprietățile cristalelor lichide, ceea ce le diferențiază de lichidele obișnuite. Ordonarea spațială incompletă a moleculelor care formează un cristal lichid se manifestă prin faptul că în cristalele lichide nu există o ordine completă în aranjarea spațială a centrelor de greutate ale moleculelor, deși poate exista o ordine parțială. Aceasta înseamnă că nu au o rețea cristalină rigidă. De aceea cristale lichide, ca și lichidele obișnuite, au proprietatea fluidității.
O proprietate obligatorie a cristalelor lichide, care le apropie de cristalele obișnuite, este prezența unei ordini în orientarea spațială a moleculelor. O astfel de ordine de orientare se poate manifesta, de exemplu, prin faptul că toate axele lungi ale moleculelor dintr-o probă de cristale lichide sunt orientate în același mod. Aceste molecule ar trebui să aibă o formă alungită. Pe lângă cea mai simplă ordonare numită a axelor moleculelor, se poate realiza o ordine de orientare mai complexă a moleculelor într-un cristal lichid.
În funcție de tipul de ordonare a axelor moleculare, cristalele lichide se împart în trei tipuri: nematice, smectice și colesterice.
Cercetările privind fizica cristalelor lichide și aplicațiile acestora se desfășoară în prezent pe un front larg în toate cele mai dezvoltate țări ale lumii. Cercetarea autohtonă este concentrată atât în ​​instituțiile de cercetare academică, cât și industrială și are o tradiție îndelungată. Lucrările lui V.K. Frederiks către V.N. Ţvetkov. În ultimii ani, studiul rapid al cristalelor lichide, cercetătorii ruși au, de asemenea, o contribuție semnificativă la dezvoltarea teoriei cristalelor lichide în general și, în special, a opticii cristalelor lichide. Deci, lucrările lui I.G. Chistyakova, A.P. Kapustina, S.A. Brazovsky, S.A. Pikina, L.M. Blinov și mulți alți cercetători sovietici sunt cunoscuți pe scară largă comunității științifice și servesc drept fundație pentru o serie de aplicații tehnice eficiente ale cristalelor lichide.
Existența cristalelor lichide a fost stabilită cu foarte mult timp în urmă, și anume în 1888, adică în urmă cu aproape un secol. Deși oamenii de știință au întâlnit această stare a materiei înainte de 1888, ea a fost descoperită oficial mai târziu.
Primul care a descoperit cristale lichide a fost botanistul austriac Reinitzer. Cercetând noua substanță benzoat de colesteril sintetizat de el, a constatat că la o temperatură de 145 ° C, cristalele acestei substanțe se topesc, formând un lichid tulbure care împrăștie puternic lumina. Cu încălzirea continuă, la atingerea unei temperaturi de 179 ° C, lichidul devine limpede, adică începe să se comporte optic ca un lichid obișnuit, cum ar fi apa. Benzoatul de colesteril a prezentat proprietăți neașteptate în faza tulbure. Examinând această fază la microscop polarizant, Reinitzer a descoperit că are birefringență. Aceasta înseamnă că indicele de refracție al luminii, adică viteza luminii în această fază, depinde de polarizare.

9. Lichid- starea de agregare a unei substanțe, combinând caracteristicile unei stări solide (conservarea volumului, o anumită rezistență la rupere) și a unei stări gazoase (variabilitatea formei). Un lichid se caracterizează printr-o ordine cu rază scurtă de aranjare a particulelor (molecule, atomi) și o mică diferență în energia cinetică a mișcării termice a moleculelor și energia lor potențială de interacțiune. Mișcarea termică a moleculelor lichide constă în oscilații în jurul pozițiilor de echilibru și salturi relativ rare de la o poziție de echilibru la alta, care este asociată cu fluiditatea lichidului.

10. Fluid supracritic(GFR) este starea de agregare a unei substanțe, în care diferența dintre faza lichidă și cea gazoasă dispare. Orice substanță la o temperatură și presiune peste punctul critic este un fluid supercritic. Proprietățile unei substanțe în stare supercritică sunt intermediare între proprietățile sale în faza gazoasă și lichidă. Astfel, SCF are o densitate mare, apropiată de lichid și vâscozitate scăzută, precum gazele. Coeficientul de difuzie în acest caz are o valoare intermediară între lichid și gaz. Substanțele în stare supercritică pot fi folosite ca înlocuitori pentru solvenții organici în procesele de laborator și industriale. Apa supercritică și dioxidul de carbon supercritic au primit cel mai mare interes și distribuție în legătură cu anumite proprietăți.
Una dintre cele mai importante proprietăți ale stării supercritice este capacitatea de a dizolva substanțele. Schimbând temperatura sau presiunea fluidului, se pot modifica proprietățile acestuia într-un interval larg. Astfel, este posibil să se obțină un fluid ale cărui proprietăți sunt apropiate fie de un lichid, fie de un gaz. Astfel, puterea de dizolvare a unui fluid crește odată cu creșterea densității (la o temperatură constantă). Deoarece densitatea crește odată cu creșterea presiunii, schimbarea presiunii poate afecta puterea de dizolvare a fluidului (la o temperatură constantă). În cazul temperaturii, dependența proprietăților fluidului este oarecum mai complicată - la o densitate constantă, puterea de dizolvare a fluidului crește și ea, dar în apropierea punctului critic, o ușoară creștere a temperaturii poate duce la o scădere bruscă a densității, și, în consecință, puterea de dizolvare. Fluidele supercritice se amestecă între ele la nesfârșit, astfel încât atunci când se atinge punctul critic al amestecului, sistemul va fi întotdeauna monofazat. Temperatura critică aproximativă a unui amestec binar poate fi calculată ca medie aritmetică a parametrilor critici ai substanțelor Tc(mix) = (fracția molară a lui A) x TcA + (fracția molară a lui B) x TcB.

11. Gazos- (franceză gaz, din greacă haos - haos), starea agregată a materiei, în care energie kinetică mișcarea termică a particulelor sale (molecule, atomi, ioni) depășește semnificativ energia potențială a interacțiunilor dintre ele, în legătură cu care particulele se mișcă liber, umplând uniform în absența câmpurilor externe întregul volum care le este furnizat.

12. Plasma- (din grecescul plasma - turnat, modelat), o stare a materiei, care este un gaz ionizat, in care concentratiile sarcinilor pozitive si negative sunt egale (cvasi-neutralitate). Marea majoritate a materiei din Univers se află în stare de plasmă: stele, nebuloase galactice și mediul interstelar. Lângă Pământ, plasma există sub formă de vânt solar, magnetosferă și ionosferă. Plasma la temperatură înaltă (T ~ 106 - 108 K) dintr-un amestec de deuteriu și tritiu este investigată în scopul implementării fuziunii termonucleare controlate. Plasma la temperatură joasă (T Ј 105K) este utilizată în diferite dispozitive de descărcare în gaz (lasere cu gaz, dispozitive cu ioni, generatoare MHD, torțe cu plasmă, motoare cu plasmă etc.), precum și în tehnologie (a se vedea Metalurgia cu plasmă, Forarea cu plasmă, Tehnologia cu plasmă).

13. Materie degenerată- este o etapă intermediară între plasmă și neutroniu. Se observă la piticele albe și joacă un rol important în evoluția stelelor. Când atomii se află în condiții de temperaturi și presiuni extrem de ridicate, își pierd electronii (intră într-un gaz de electroni). Cu alte cuvinte, ele sunt complet ionizate (plasmă). Presiunea unui astfel de gaz (plasmă) este determinată de presiunea electronilor. Dacă densitatea este foarte mare, toate particulele sunt forțate să se apropie unele de altele. Electronii pot fi în stări cu anumite energii, iar doi electroni nu pot avea aceeași energie (cu excepția cazului în care spinurile lor sunt opuse). Astfel, într-un gaz dens, toate nivelurile inferioare de energie se dovedesc a fi umplute cu electroni. Un astfel de gaz se numește degenerat. În această stare, electronii prezintă o presiune electronică degenerată care se opune forțelor gravitaționale.

14. Neutroniu- stare de agregare în care materia trece sub presiune ultraînaltă, care este încă de neatins în laborator, dar există în interiorul stelelor neutronice. În timpul tranziției la starea neutronică, electronii materiei interacționează cu protonii și se transformă în neutroni. Drept urmare, materia în stare de neutroni este formată în întregime din neutroni și are o densitate de ordinul nuclearului. Temperatura substanței în acest caz nu trebuie să fie prea mare (în echivalent de energie, nu mai mult de o sută de MeV).
Odată cu o creștere puternică a temperaturii (sute de MeV și peste), în starea de neutroni, încep să se nască și să se anihileze diverși mezoni. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, are loc deconfinerea, iar materia trece în starea de plasmă cuarc-gluon. Nu mai este format din hadroni, ci din quarci și gluoni care se nasc și dispar în mod constant.

15. Plasmă cuarc-gluon(cromoplasma) este o stare agregată a materiei în fizica energiilor înalte și în fizica particulelor elementare, în care materia hadronică trece într-o stare similară cu starea în care electronii și ionii se află în plasma obișnuită.
De obicei, materia din hadroni este în așa-numita stare incoloră („albă”). Adică, quarcii de culori diferite se compensează reciproc. O stare similară există în materia obișnuită - când toți atomii sunt neutri din punct de vedere electric, adică
sarcinile pozitive din ele sunt compensate de cele negative. La temperaturi ridicate, se poate produce ionizarea atomilor, în timp ce sarcinile sunt separate, iar substanța devine, după cum se spune, „cvasi-neutră”. Adică, întregul nor de materie în ansamblu rămâne neutru, iar particulele sale individuale încetează să fie neutre. Probabil, același lucru se poate întâmpla și cu materia hadronică - la energii foarte mari, culoarea este eliberată și face substanța „cvasi-incoloră”.
Se presupune că materia Universului a fost în starea plasmei de quarc-gluoni în primele momente după Big Bang. Acum cuarc-gluon plasma poate un timp scurt format prin ciocniri de particule de foarte mare energie.
Plasma Quark-gluon a fost obținută experimental la acceleratorul RHIC de la Brookhaven National Laboratory în 2005. Temperatura maximă a plasmei de 4 trilioane de grade Celsius a fost obținută acolo în februarie 2010.

16. Substanță ciudată- stare de agregare, în care materia este comprimată până la valorile limită ale densității, poate exista sub formă de „ciorbă de cuarc”. Un centimetru cub de materie în această stare ar cântări miliarde de tone; în plus, va transforma orice substanță normală cu care intră în contact în aceeași formă „ciudată” cu eliberarea unei cantități semnificative de energie.
Energia care poate fi eliberată în timpul transformării substanței nucleului unei stele într-o „substanță ciudată” va duce la o explozie super-puternică a unei „nove de cuarc” - și, potrivit lui Leahy și Wyed, tocmai a fost această explozie pe care astronomii au observat-o în septembrie 2006.
Procesul de formare a acestei substanțe a început cu o supernovă obișnuită, în care s-a transformat o stea masivă. În urma primei explozii, s-a format o stea neutronică. Dar, potrivit lui Leahy și Wyed, ea nu a rezistat foarte mult - deoarece rotația ei părea să fie încetinită de ea. camp magnetic, a început să se micșoreze și mai mult, odată cu formarea unui cheag de „materie ciudată”, care a dus la o eliberare de energie și mai puternică decât într-o explozie convențională de supernovă - și straturile exterioare ale substanței fostei stele neutronice, zburând în spațiul înconjurător cu o viteză apropiată de viteza luminii.

17. Materie puternic simetrică- aceasta este o substanță comprimată în așa măsură încât microparticulele din interiorul ei sunt stratificate una peste alta, iar corpul însuși se prăbușește într-o gaură neagră. Termenul de „simetrie” este explicat astfel: Să luăm stările agregate ale materiei cunoscute de toată lumea de pe banca școlii - solid, lichid, gazos. Pentru certitudine, considerați un cristal infinit ideal ca un solid. Are o anumită, așa-numita simetrie discretă în raport cu translația. Aceasta înseamnă că, dacă rețeaua cristalină este deplasată cu o distanță egală cu intervalul dintre doi atomi, nimic nu se va schimba în ea - cristalul va coincide cu el însuși. Dacă cristalul este topit, atunci simetria lichidului rezultat va fi diferită: va crește. Într-un cristal, doar punctele care erau îndepărtate unele de altele la anumite distanțe, așa-numitele noduri ale rețelei cristaline, în care se aflau atomi identici, erau echivalente.
Lichidul este omogen pe tot volumul său, toate punctele sale nu se pot distinge unele de altele. Aceasta înseamnă că lichidele pot fi deplasate de orice distanțe arbitrare (și nu doar de unele discrete, ca într-un cristal) sau rotite prin orice unghiuri arbitrare (ceea ce nu se poate face deloc în cristale) și va coincide cu el însuși. Gradul său de simetrie este mai mare. Gazul este și mai simetric: lichidul ocupă un anumit volum în vas și există o asimetrie în interiorul vasului, acolo unde este lichid, și puncte în care nu este. Gazul, pe de altă parte, ocupă întregul volum care îi este furnizat și, în acest sens, toate punctele sale nu se pot distinge unele de altele. Cu toate acestea, aici ar fi mai corect să vorbim nu despre puncte, ci despre elemente mici, dar macroscopice, pentru că la nivel microscopic există încă diferențe. În unele momente în acest moment timpul are atomi sau molecule, în timp ce altele nu. Simetria se observă doar în medie, fie în unii parametri macroscopici de volum, fie în timp.
Dar încă nu există o simetrie instantanee la nivel microscopic. Dacă substanța este comprimată foarte puternic, la presiuni inacceptabile în viața de zi cu zi, comprimată astfel încât atomii au fost zdrobiți, învelișurile lor s-au pătruns unul în celălalt, iar nucleele au început să se atingă, apare simetria la nivel microscopic. Toate nucleele sunt la fel și sunt presate unul împotriva celuilalt, nu există doar distanțe interatomice, ci și internucleare, iar substanța devine omogenă (substanță ciudată).
Dar există și un nivel submicroscopic. Nucleii sunt formați din protoni și neutroni care se mișcă în interiorul nucleului. Există, de asemenea, ceva spațiu între ei. Dacă continuați să comprimați astfel încât nucleii să fie și zdrobiți, nucleonii se vor apăsa strâns unul împotriva celuilalt. Apoi, la nivel submicroscopic, va apărea simetria, care nici măcar nu se află în interiorul nucleelor ​​obișnuite.
Din cele spuse, se poate observa o tendință destul de clară: cu cât temperatura este mai mare și presiunea este mai mare, cu atât substanța devine mai simetrică. Pe baza acestor considerații, substanța comprimată la maximum se numește puternic simetrică.

18. Materie slab simetrică- o stare opusă materiei puternic simetrice în proprietățile sale, care era prezentă în Universul foarte timpuriu la o temperatură apropiată de temperatura Planck, poate la 10-12 secunde după Big Bang, când forțele puternice, slabe și electromagnetice erau o singură superforță . În această stare, materia este comprimată într-o asemenea măsură încât masa sa este transformată în energie, care începe să se umfle, adică să se extindă fără limită. Nu este încă posibil să se realizeze energii pentru producerea experimentală a superputerii și transferul materiei în această fază în condiții terestre, deși astfel de încercări au fost făcute la Large Hadron Collider pentru a studia universul timpuriu. Din cauza absenței interacțiunii gravitaționale în compoziția superforței care formează această substanță, superforța nu este suficient de simetrică în comparație cu forța supersimetrică, care conține toate cele 4 tipuri de interacțiuni. Prin urmare, această stare de agregare a primit un astfel de nume.

19. Materia radiațiilor- aceasta, de fapt, nu mai este o substanta, ci energie in forma sa cea mai pura. Cu toate acestea, aceasta este starea ipotetică de agregare pe care o va lua un corp care a atins viteza luminii. Se poate obține și prin încălzirea corpului la temperatura Planck (1032K), adică prin dispersarea moleculelor substanței la viteza luminii. După cum rezultă din teoria relativității, atunci când viteza atinge mai mult de 0,99 s, masa corpului începe să crească mult mai repede decât cu accelerația „normală”, în plus, corpul se prelungește, se încălzește, adică începe să crească. radiază în spectrul infraroșu. La trecerea pragului de 0,999 s, corpul se schimbă dramatic și începe un rapid faza de tranzitie până la starea fasciculului. După cum rezultă din formula lui Einstein, luată în întregime, masa în creștere a substanței finale este formată din mase care sunt separate de corp sub formă de radiații termice, cu raze X, optice și alte radiații, energia fiecăreia fiind descris de următorul termen din formulă. Astfel, un corp care se apropie de viteza luminii va începe să radieze în toate spectrele, să crească în lungime și să încetinească în timp, subțiendu-se până la lungimea Planck, adică la atingerea vitezei c, corpul se va transforma într-un infinit de lung și subțire. fascicul care se mișcă cu viteza luminii și este format din fotoni care nu au lungime, iar masa sa infinită se va transforma complet în energie. Prin urmare, o astfel de substanță se numește radiație.

Chimie

CHIMIE ANORGANICĂ. ELEMENTE ŞI COMPUŞI LOR

7. Carbon

Proprietăți 6 C.

Masă atomică		Clarke, la.% (prevalența în natură)
configuratie electronica*		Starea de agregare	solid
			diamant - incolor grafit - gri
Energie de ionizare			5000 (diamant)
relativ electro- negativitate		Densitate	diamant - 3,51 grafit - 2,2
Posibile stări de oxidare		Potențial electrod standard

*Este dată configurația nivelurilor electronice externe ale elementului atom. Configurația nivelurilor electronice rămase coincide cu cea pentru gazul nobil care completează perioada anterioară și este indicată între paranteze.

Izotopi ai carbonului.

Carbonul are doi izotopi stabili: 12 C (98,892%) și 13 C (1,108%). Un izotop radioactiv foarte important al carbonului 14 C, emitând raze B cu un timp de înjumătățire T 1/2 = 5570 ani. Utilizarea analizei radiocarbonului prin determinarea concentrației izotopului 14 Cu oamenii de știință au reușit să dateze destul de precis vârsta rocilor purtătoare de carbon, descoperirile arheologice, evenimentele geologice.

Găsirea în natură. În natură, carbonul apare sub formă de carabină de diamant și grafit, în compuși - sub formă de cărbune și cărbune brun și petrol. Inclus în carbonați naturali: calcar, marmură, cretă

CaCO3, Dolomit CaCO3 HMgC03. Este important parte integrantă materie organică.

proprietăți fizice. Un atom de carbon are 6 electroni, dintre care 2 se formează strat interior

(1s 2), a 4 - exterior (2s 2 2p 2 ). Legăturile carbonului cu alte elemente sunt predominant covalente. Valenta obisnuita a carbonului este IV. O caracteristică remarcabilă a atomilor de carbon este capacitatea de a se combina între ei pentru a forma lanțuri lungi puternice, inclusiv cele închise. Numărul acestor compuși este enorm, toți constituie subiectul Chimie organica .

Diferența dintre modificările alotropice ale carbonului este un exemplu viu al influenței structurii cristaline a solidelor asupra lor. proprietăți fizice. ÎN grafit atomii de carbon sunt într-o stare

sp2- hibridizare și sunt dispuse în straturi paralele, formând o grilă hexagonală. În cadrul unui strat, atomii sunt mult mai puternic legați decât între straturi, astfel încât proprietățile grafitului variază foarte mult în direcții diferite. Astfel, capacitatea grafitului de a se delamina este asociată cu ruperea legăturilor interstraturilor mai slabe de-a lungul planurilor de alunecare.

La foarte presiuni mari iar încălzirea fără acces de aer din grafit poate fi obținută artificială diamant.Într-un cristal de diamant, atomii de carbon sunt în stare

sp 3 -hibridarea, si prin urmare toate legaturile sunt echivalente si foarte puternice. Atomii formează un cadru tridimensional continuu. Diamantul este cea mai dură substanță găsită în natură.

Mai puțin cunoscuți sunt alți doi alotropi ai carbonului - carabinăȘi fullerene.

Proprietăți chimice. Carbonul liber este tipic agent de reducere. Când este oxidat cu oxigen în exces de aer, se transformă în monoxid de carbon (IV):

cu deficiență - în monoxid de carbon (II):

Ambele reacții sunt extrem de exoterme.

Când carbonul este încălzit într-o atmosferă de monoxid de carbon (IV), se formează monoxid de carbon:

Carbonul reduce multe metale din oxizii lor:

Așa decurg reacțiile cu oxizii de cadmiu, cupru și plumb. Când carbonul interacționează cu oxizii metalelor alcalino-pământoase, aluminiu și alte metale, carburi:

Acest lucru se explică prin faptul că metalele active sunt agenți reducători mai puternici decât carbonul, prin urmare, atunci când sunt încălzite, metalele rezultate sunt oxidate exces de carbon, dând carburi:

Monoxid de carbon (II).

Odată cu oxidarea incompletă a carbonului, se formează monoxid de carbon (II) CO - monoxid de carbon. Este slab solubil în apă. Starea formală de oxidare a carbonului 2+ nu reflectă structura moleculei de CO. În molecula de CO, pe lângă legătura dublă formată prin împărțirea electronilor de carbon și oxigen, există o a treia legătură suplimentară (indicată printr-o săgeată), formată de mecanismul donor-acceptor datorită perechii singure de electroni de oxigen. :

În acest sens, molecula de CO este extrem de puternică. Monoxidul de carbon (II) nu formează sare și nu interacționează în condiții normale cu apa, acizii și bazele. La temperaturi ridicate, este predispus la reacții de adiție și redox. În aer, CO arde cu o flacără albastră:

Reface metalele din oxizii lor:

Sub iradiere directă raza de soare sau în prezenţa catalizatorilor, CO se combină cu

Cl2 , formând fosgen - gaz foarte toxic

În natură, monoxidul de carbon (II) practic nu apare.

Se poate forma cu deshidratare acid formic(metoda de laborator de obținere):

Bazat pe ultima transformare pur formală poate fi considerat CO anhidridă, acid formic. Acest lucru este confirmat de următoarea reacție, care are loc atunci când CO este trecut într-o topitură alcalină la presiune ridicată:

carbonili ai metalelor de tranziție.

Cu multe metale, CO se formează volatil carbonili:

legătură covalentă

Ni- C din molecula de carbonil de nichel este format prin mecanismul donor-acceptor, cu densitatea electronilor deplasându-se de la atomul de carbon la atomul de nichel. Creșterea sarcinii negative asupra atomului de metal este compensată de participarea electronilor săi d în legătură, astfel încât starea de oxidare a metalului este 0. Când sunt încălzite, carbonilii metalici se descompun în metal și monoxid de carbon (II), care este folosit pentru a obține metale de înaltă puritate.

Monoxid de carbon (IV). Monoxidul de carbon (IV) este anhidrida acidului carbonic H

2 CO 3 și are toate proprietățile oxizilor acizi.

Când se dizolvă

CO2 acidul carbonic se formează parțial în apă, în timp ce în soluție există următorul echilibru:

Existența echilibrului se explică prin faptul că acidul carbonic este un acid foarte slab (K

1 = 4Ch 10 -7, K 2 = 5Ch 10 -11la 25°C). Forma liberă a acidului carbonic este necunoscută, deoarece este instabilă și se descompune ușor.Acid carbonic. Într-o moleculă de acid carbonic, atomii de hidrogen sunt legați de atomii de oxigen:

Ca dibazic, se disociază în trepte. Acidul carbonic este un electrolit slab.

Acidul carbonic ca dibazic formează săruri medii - carbonațiși săruri acide bicarbonati. O reacție calitativă la aceste săruri este acțiunea acizilor puternici asupra lor. În această reacție, acidul carbonic este îndepărtat din sărurile sale și se descompune cu eliberarea de dioxid de carbon:

Săruri ale acidului carbonic.

Dintre sărurile acidului carbonic, cea mai mare valoare practică are sifon Na 2 CO 3 . Această sare formează mai mulți hidrați cristalini, dintre care cel mai stabil este Na2CO3 H10H20(sodă cu cristale). La calcinarea sodă cristalină se obține anhidru sau sodă Na2CO3 . De asemenea, utilizat pe scară largă bea sifon NaH CO3 . Dintre sărurile altor metale, următoarele sunt importante: K 2 CO 3 ( potasă)- pulbere albă, foarte solubilă în apă, conținută în cenușa plantelor, utilizată la producerea săpunului lichid, sticlei refractare optice, pigmenților; Ca CO 3 (calcar)- apare in natura sub forma de marmura, creta si calcar, care sunt folosite in industria constructiilor. din el se obține var și monoxid de carbon ( IV).

Copyright © 2005-2013 Xenoid v2.0

Utilizarea materialelor site-ului este posibilă cu condiția să fie indicată un link activ

Carbon (C) este un nemetal tipic; în sistemul periodic este în a 2-a perioadă a grupei IV, subgrupa principală. Numărul ordinal 6, Ar = 12,011 amu, sarcină nucleară +6.

Proprietăți fizice: carbonul formează multe modificări alotrope: diamant una dintre cele mai dure substanțe grafit, cărbune, funingine.

Un atom de carbon are 6 electroni: 1s 2 2s 2 2p 2 . Ultimii doi electroni sunt localizați în orbitali p separati și sunt nepereche. În principiu, această pereche ar putea ocupa un orbital, dar în acest caz repulsia interelectronului crește puternic. Din acest motiv, unul dintre ei ia 2p x, iar celălalt, fie 2p y , sau orbitali z 2p.

Diferența dintre energiile subnivelurilor s și p ale stratului exterior este mică, prin urmare, atomul trece destul de ușor într-o stare excitată, în care unul dintre cei doi electroni din orbitalul 2s trece într-o stare liberă. 2r. Apare o stare de valență având configurația 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Această stare a atomului de carbon este caracteristică rețelei de diamant - aranjamentul spațial tetraedric al orbitalilor hibrizi, aceeași lungime și energie a legăturilor.

Se știe că acest fenomen este numit sp 3 -hibridare, iar funcţiile rezultate sunt sp 3 -hibrid . Formarea a patru legături sp 3 oferă atomului de carbon o stare mai stabilă decât trei rr-și un s-s-bond. Pe lângă hibridizarea sp 3, hibridizarea sp 2 și sp se observă de asemenea la atomul de carbon . În primul caz, există o suprapunere reciprocă s-și doi p-orbitali. Se formează trei orbitali hibrizi sp 2 echivalenti, situați în același plan la un unghi de 120 ° unul față de celălalt. Al treilea orbital p este neschimbat și îndreptat perpendicular pe plan sp2.

În hibridizarea sp, orbitalii s și p se suprapun. Între cei doi orbitali hibrizi echivalenti formați se formează un unghi de 180°, în timp ce cei doi orbitali p ai fiecăruia dintre atomi rămân neschimbați.

Alotropia carbonului. diamant și grafit

Într-un cristal de grafit, atomii de carbon sunt situați în planuri paralele, ocupând vârfurile hexagoanelor regulate din ele. Fiecare dintre atomii de carbon este legat de trei legături hibride sp 2 adiacente. Între planuri paralele, legătura se realizează datorită forțelor van der Waals. Orbitalii p liberi ai fiecăruia dintre atomi sunt direcționați perpendicular pe planurile legăturilor covalente. Suprapunerea lor explică legătura π suplimentară dintre atomii de carbon. Deci de la stare de valență, în care atomii de carbon sunt localizați într-o substanță, proprietățile acestei substanțe depind.

Proprietățile chimice ale carbonului

Cele mai caracteristice stări de oxidare: +4, +2.

La temperaturi scăzute, carbonul este inert, dar atunci când este încălzit, activitatea lui crește.

Carbonul ca agent reducător:

- cu oxigen
C 0 + O 2 - t ° \u003d CO 2 dioxid de carbon
cu lipsă de oxigen - ardere incompletă:
2C 0 + O 2 - t° = 2C +2 O monoxid de carbon

- cu fluor
C + 2F 2 = CF 4

- cu abur
C 0 + H 2 O - 1200 ° \u003d C + 2 O + H 2 apă gazoasă

— cu oxizi metalici. În acest fel, metalul este topit din minereu.
C 0 + 2CuO - t ° \u003d 2Cu + C +4 O 2

- cu acizi - agenti oxidanti:
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) \u003d C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
С 0 + 4HNO 3 (conc.) = С +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- formează disulfură de carbon cu sulf:
C + 2S 2 \u003d CS 2.

Carbonul ca agent oxidant:

- formează carburi cu unele metale

4Al + 3C 0 \u003d Al 4 C 3

Ca + 2C 0 \u003d CaC 2 -4

- cu hidrogen - metan (precum și o cantitate imensă de compuși organici)

C 0 + 2H 2 \u003d CH 4

- cu siliciu, formează carborundum (la 2000 ° C într-un cuptor electric):

Găsirea carbonului în natură

Carbonul liber apare sub formă de diamant și grafit. Sub formă de compuși, carbonul se găsește în minerale: cretă, marmură, calcar - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 *CaCO 3; bicarbonați - Mg (HCO 3) 2 și Ca (HCO 3) 2, CO 2 face parte din aer; carbonul este componenta principală a compușilor organici naturali - gaz, petrol, cărbune, turbă, face parte din substanțe organice, proteine, grăsimi, carbohidrați, aminoacizi care fac parte din organismele vii.

Compuși anorganici de carbon

Nici ionii C4+ și nici C4- nu se formează în niciun proces chimic convențional: există legături covalente de polaritate diferită în compușii de carbon.

Monoxid de carbon (II) ASA DE

Monoxid de carbon; incolor, inodor, puțin solubil în apă, solubil în solvenți organici, otrăvitor, bp = -192°C; t mp = -205°C.

chitanta
1) În industrie (în generatoare de gaz):
C + O2 = CO2

2) În laborator - descompunerea termică a acidului formic sau oxalic în prezența H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 \u003d CO + CO 2 + H 2 O

Proprietăți chimice

În condiții obișnuite, CO este inert; la încălzire - agent reducător; oxid neformator de sare.

1) cu oxigen

2C +2 O + O 2 \u003d 2C +4 O 2

2) cu oxizi metalici

C +2 O + CuO \u003d Cu + C +4 O 2

3) cu clor (la lumină)

CO + Cl 2 - hn \u003d COCl 2 (fosgen)

4) reacționează cu topituri alcaline (sub presiune)

CO + NaOH = HCOONa (formiat de sodiu)

5) formează carbonili cu metalele de tranziție

Ni + 4CO - t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO - t° = Fe(CO) 5

Monoxid de carbon (IV) CO2

Dioxid de carbon, incolor, inodor, solubilitate în apă - 0,9 V CO 2 se dizolvă în 1 V H 2 O (în condiții normale); mai greu decât aerul; t°pl.= -78,5°C (CO2 solid se numește „gheață carbonică”); nu suportă arderea.

chitanta

1. Descompunerea termică a sărurilor acidului carbonic (carbonați). Arderea calcarului:

CaCO 3 - t ° \u003d CaO + CO 2

1. Acțiunea acizilor puternici asupra carbonaților și bicarbonaților:

CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO3 + HCl \u003d NaCl + H2O + CO2

ChimicproprietățiCO2
Oxid acid: reacționează cu oxizii și bazele bazice pentru a forma săruri de acid carbonic

Na 2 O + CO 2 \u003d Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 \u003d NaHCO 3

Poate prezenta proprietăți oxidante la temperaturi ridicate

C +4 O 2 + 2Mg - t ° \u003d 2Mg +2 O + C 0

Reacție calitativă

Turbiditatea apei de var:

Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 3 ¯ (precipitat alb) + H 2 O

Dispare când CO 2 este trecut mult timp prin apă de var, deoarece. carbonatul de calciu insolubil este transformat în bicarbonat solubil:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2

acidul carbonic și a acestuiasare

H2CO3 — Acid slab, există numai în soluție apoasă:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Baza dubla:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Săruri acide - bicarbonați, bicarbonați
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Săruri medii - carbonați

Toate proprietățile acizilor sunt caracteristice.

Carbonații și bicarbonații pot fi transformați unul în altul:

2NaHCO 3 - t ° \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d 2NaHCO 3

Carbonații metalici (cu excepția metalelor alcaline) se decarboxilează atunci când sunt încălziți pentru a forma un oxid:

CuCO 3 - t ° \u003d CuO + CO 2

Reacție calitativă- „fierbe” sub acțiunea unui acid puternic:

Na 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO32- + 2H+ = H2O + CO2

Carburi

carbură de calciu:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O \u003d Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

Acetilena este eliberată atunci când carburile de zinc, cadmiu, lantan și ceriu reacţionează cu apa:

2 LaC 2 + 6 H 2 O \u003d 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C și Al 4 C 3 sunt descompuse de apă pentru a forma metan:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O \u003d 4 Al (OH) 3 \u003d 3 CH 4.

În tehnologie sunt utilizate carburi de titan TiC, wolfram W 2 C (aliaje dure), siliciu SiC (carborundum - ca abraziv și material pentru încălzitoare).

cianuri

obtinut prin incalzirea sifonului intr-o atmosfera de amoniac si monoxid de carbon:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO \u003d 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Acid cianhidric HCN - produs important industria chimică, utilizată pe scară largă în sinteza organică. Producția sa mondială ajunge la 200 de mii de tone pe an. Structura electronică Anionul cianură, în mod similar cu monoxidul de carbon (II), astfel de particule sunt numite izoelectronice:

C = O:[:C = N:]-

Cianuri (0,1-0,2% soluție de apă) sunt utilizate în exploatarea aurului:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 \u003d 2 K + 2 KOH.

Când soluțiile de cianură sunt fierte cu sulf sau când solidele sunt topite, tiocianați:
KCN + S = KSCN.

Când cianurile de metale slab active sunt încălzite, se obține cianura: Hg (CN) 2 \u003d Hg + (CN) 2. solutiile de cianura sunt oxidate la cianați:

2KCN + O2 = 2KOCN.

Acidul cianic există sub două forme:

H-N=C=O; H-O-C = N:

În 1828, Friedrich Wöhler (1800-1882) a obținut uree din cianat de amoniu: NH 4 OCN \u003d CO (NH 2) 2 prin evaporarea unei soluții apoase.

Acest eveniment este de obicei văzut ca victoria chimiei sintetice asupra „teoriei vitaliste”.

Există un izomer al acidului cianic - acid fulminic

H-O-N=C.
Sărurile sale (fulminat de mercur Hg(ONC) 2) sunt folosite în aprinderi cu impact.

Sinteză uree(carbamidă):

CO 2 + 2 NH 3 \u003d CO (NH 2) 2 + H 2 O. La 130 0 C și 100 atm.

Ureea este o amidă a acidului carbonic, există și „analogul său de azot” - guanidina.

Carbonați

Cel mai important compuși anorganici carbon - săruri ale acidului carbonic (carbonați). H 2 CO 3 este un acid slab (K 1 \u003d 1,3 10 -4; K 2 \u003d 5 10 -11). Suporturi tampon carbonat bilanțul de dioxid de carbonîn atmosferă. Oceanele au o capacitate tampon uriașă pentru că sunt sistem deschis. Principala reacție tampon este echilibrul în timpul disocierii acidului carbonic:

H2CO3↔ H++ + HCO3-.

Odată cu scăderea acidității, are loc o absorbție suplimentară a dioxidului de carbon din atmosferă odată cu formarea acidului:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Odată cu creșterea acidității, rocile carbonatice (cochilii, cretă și depozite de calcar din ocean) se dizolvă; aceasta compensează pierderea ionilor de hidrocarbonat:

H ++ CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (tv.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Carbonații solizi sunt transformați în hidrocarburi solubile. Acest proces de dizolvare chimică a excesului de dioxid de carbon este cel care contracarează „efectul de seră” - încălzirea globală datorită absorbției. dioxid de carbon radiatia termica a Pamantului. Aproximativ o treime din producția mondială de sodă (carbonat de sodiu Na 2 CO 3) este utilizată la fabricarea sticlei.