Formula structurală a monoxidului de carbon 4. Carbonul - o caracteristică a elementului și proprietăți chimice. Săruri ale acidului carbonic
(IV) (CO2, dioxid de carbon, dioxid de carbon) Este un gaz incolor, insipid, inodor, mai greu decât aerul și solubil în apă.
În condiții normale, dioxidul de carbon solid trece imediat în stare gazoasă, ocolind starea lichidă.
Cu o cantitate mare de monoxid de carbon, oamenii încep să se sufoce. Concentrațiile de peste 3% duc la respirație rapidă, iar peste 10% există pierderea conștienței și moartea.
Proprietățile chimice ale monoxidului de carbon.
monoxid de carbon - este anhidrida acid carbonic H2CO3.
Când monoxidul de carbon este trecut prin hidroxid de calciu (apă de var), se observă un precipitat alb:
Ca(Oh) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
Dacă dioxidul de carbon este luat în exces, se observă formarea hidrocarbonaților, care se dizolvă în apă:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2,
care apoi se descompun la încălzire.
2KNCO 3 \u003d K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
Utilizarea monoxidului de carbon.
Dioxidul de carbon este utilizat în diverse industrii. În producția chimică - ca agent frigorific.
În industria alimentară, este folosit ca conservant E290. Deși i s-a atribuit „condiționat în siguranță”, de fapt nu este. Medicii au dovedit că consumul frecvent de E290 duce la acumularea unui compus otrăvitor toxic. Prin urmare, trebuie să citiți cu atenție etichetele de pe produse.
Carbon
În stare liberă, carbonul formează 3 modificări alotropice: diamant, grafit și carabină obținută artificial.
Într-un cristal de diamant, fiecare atom de carbon este legat prin legături covalente puternice de alți patru, plasați la distanțe egale în jurul lui.
Toți atomii de carbon sunt într-o stare de hibridizare sp 3. Rețeaua cristalină atomică a diamantului are o structură tetraedrică.
Diamantul este o substanță incoloră, transparentă, foarte refractivă. Are cea mai mare duritate dintre toate substanțele cunoscute. Diamantul este fragil, refractar, conduce prost căldura și electricitatea. Distanțele mici dintre atomii de carbon adiacenți (0,154 nm) determină densitatea destul de mare a diamantului (3,5 g/cm3).
În rețeaua cristalină a grafitului, fiecare atom de carbon se află într-o stare de hibridizare sp 2 și formează trei legături covalente puternice cu atomii de carbon localizați în același strat. Trei electroni ai fiecărui atom, carbonul, sunt implicați în formarea acestor legături, iar cei de-a patra electroni de valență formează legături n și sunt relativ liberi (mobili). Ele determină conductivitatea electrică și termică a grafitului.
Lungimea legăturii covalente dintre atomii de carbon adiacenți din același plan este de 0,152 nm, iar distanța dintre atomii de C din diferite straturi este de 2,5 ori mai mare, deci legăturile dintre ei sunt slabe.
Grafitul este o substanță opaca, moale, grasă la atingere, de culoare gri-negru cu o strălucire metalică; conduce bine căldura și electricitatea. Grafitul are o densitate mai mică decât diamantul și se împarte ușor în fulgi subțiri.
Structura dezordonată a grafitului cu granulație fină stă la baza structurii diferite forme carbonul amorf, dintre care cei mai importanți sunt cocs, cărbunii maro și negri, funingine, cărbune activ (activ).
Această modificare alotropică a carbonului se obține prin oxidarea catalitică (dehidropolicondensarea) acetilenei. Carbyne este un polimer în lanț care are două forme:
C=C-C=C-... și...=C=C=C=
Carabina are proprietăți semiconductoare.
La temperatura obișnuită, ambele modificări ale carbonului (diamantul și grafitul) sunt inerte din punct de vedere chimic. Formele fin-cristaline de grafit - cocs, funingine, cărbune activ - sunt mai reactive, dar, de regulă, după ce sunt preîncălzite la o temperatură ridicată.
1. Interacțiunea cu oxigenul
C + O 2 \u003d CO 2 + 393,5 kJ (în exces O 2)
2C + O 2 \u003d 2CO + 221 kJ (cu o lipsă de O 2)
Arderea cărbunelui este una dintre cele mai importante surse de energie.
2. Interacțiunea cu fluorul și sulful.
C + 2F 2 = CF 4 tetrafluorura de carbon
C + 2S \u003d CS 2 disulfură de carbon
3. Cocs este unul dintre cei mai importanți agenți reducători utilizați în industrie. În metalurgie, este folosit pentru a produce metale din oxizi, de exemplu:
ZS + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + ZSO
C + ZnO = Zn + CO
4. Când carbonul interacționează cu oxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase, metalul redus se combină cu carbonul pentru a forma carbură. De exemplu: 3C + CaO \u003d CaC 2 + CO carbură de calciu
5. Coca-cola este folosit și pentru a obține siliciu:
2C + SiO 2 \u003d Si + 2CO
6. Cu un exces de cocs se formează carbură de siliciu (carborundum) SiC.
Obținerea „gazului de apă” (gazeificare cu combustibil solid)
Prin trecerea vaporilor de apă prin cărbune încins, se obține un amestec combustibil de CO și H 2, numit apă gazoasă:
C + H 2 O \u003d CO + H 2
7. Reacții cu acizi oxidanți.
Cărbunele activat sau cărbunele, atunci când este încălzit, reface anionii NO 3 - și SO 4 2- din acizii concentrați:
C + 4HNO 3 \u003d CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O
C + 2H 2 SO 4 \u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
8. Reacții cu nitrați de metale alcaline topiți
În topiturile KNO 3 și NaNO 3, cărbunele zdrobit arde intens cu formarea unei flăcări orbitoare:
5C + 4KNO 3 \u003d 2K 2 CO 3 + ZCO 2 + 2N 2
1. Formarea carburilor asemănătoare sărurilor cu metale active.
O slăbire semnificativă a proprietăților nemetalice ale carbonului se exprimă în faptul că funcțiile sale ca agent oxidant se manifestă într-o măsură mult mai mică decât funcțiile reducătoare.
2. Numai în reacțiile cu metale active, atomii de carbon trec în ioni încărcați negativ C -4 și (C \u003d C) 2-, formând carburi asemănătoare sărurilor:
ZS + 4Al \u003d Al 4 C 3 carbură de aluminiu
2C + Ca \u003d CaC 2 carbură de calciu
3. Carburele de tip ionic sunt compuși foarte instabili, se descompun ușor sub acțiunea acizilor și a apei, ceea ce indică instabilitatea anionilor de carbon încărcați negativ:
Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d ZSN 4 + 4Al (OH) 3
CaC 2 + 2H 2 O \u003d C 2 H 2 + Ca (OH) 2
4. Formarea compuşilor covalenti cu metalele
În topiturile amestecurilor de carbon cu metale de tranziție, carburile se formează predominant cu o legătură de tip covalent. Moleculele lor au o compoziție variabilă, iar substanțele în general sunt apropiate de aliaje. Astfel de carburi sunt foarte rezistente, sunt inerte chimic față de apă, acizi, alcali și mulți alți reactivi.
5. Interacțiunea cu hidrogenul
La T și P mari, în prezența unui catalizator de nichel, carbonul se combină cu hidrogenul:
C + 2H2 → CH4
Reacția este foarte reversibilă și nu are semnificație practică.
Monoxid de carbon (II)– CO
(monoxid de carbon, monoxid de carbon, monoxid de carbon)
Proprietăți fizice: gaz otrăvitor incolor, insipid și inodor, arde cu o flacără albăstruie, mai ușoară decât aerul, slab solubil în apă. Concentrația de monoxid de carbon din aer de 12,5-74% este explozivă.
Chitanță:
1) În industrie
C + O 2 \u003d CO 2 + 402 kJ
CO 2 + C \u003d 2CO - 175 kJ
În generatoarele de gaz, vaporii de apă sunt uneori suflați prin cărbune fierbinte:
C + H 2 O \u003d CO + H 2 - Q,
un amestec de CO + H 2 – numit de sinteză – gaz.
2) În laborator- descompunerea termică a acidului formic sau oxalic în prezența H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O + CO
H2C2O4 t˚C,H2SO4 → CO + CO2 + H2O
Proprietăți chimice:
În condiții obișnuite, CO este inert; la încălzire - agent reducător;
CO - oxid care nu formează sare.
1) cu oxigen
2C +2 O + O 2 t ˚ C → 2C +4 O 2
2) cu oxizi metalici CO + Me x O y \u003d CO 2 + Me
C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O 2
3) cu clor (la lumină)
CO + Cl 2 lumină → COCl 2 (fosgenul este un gaz otrăvitor)
4)* reacționează cu topituri alcaline (sub presiune)
CO + NaOH P → HCOONa (formiat de sodiu)
Efectul monoxidului de carbon asupra organismelor vii:
Monoxidul de carbon este periculos, deoarece face imposibil ca sângele să transporte oxigen către organe vitale precum inima și creierul. Monoxidul de carbon se combină cu hemoglobina, care transportă oxigenul către celulele corpului, drept urmare devine inadecvat pentru transportul oxigenului. În funcție de cantitatea inhalată, monoxidul de carbon afectează coordonarea, exacerbează bolile cardiovasculare și provoacă oboseală, cefalee, slăbiciune.Efectul monoxidului de carbon asupra sănătății umane depinde de concentrația sa și timpul de expunere la organism. O concentrație de monoxid de carbon în aer peste 0,1% duce la moarte în decurs de o oră, iar o concentrație de peste 1,2% în trei minute.
Aplicații ale monoxidului de carbon:
Monoxidul de carbon este folosit în principal ca gaz combustibil amestecat cu azot, așa-numitul generator sau gaz de aer, sau gaz de apă amestecat cu hidrogen. În metalurgie pentru recuperarea metalelor din minereurile lor. Pentru a obține metale de înaltă puritate prin descompunerea carbonililor.
Monoxid de carbon (IV) CO2 - dioxid de carbon
Proprietăți fizice: 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.
Structura moleculei:
Dioxidul de carbon are următoarele formule electronice și structurale -
3. Arderea substanţelor carbonice:
CH4 + 2O2 → 2H2O+CO2
4. Cu oxidare lentă în procesele biochimice (respirație, descompunere, fermentație)
Proprietăți chimice:
Carbon (C) este un nemetal tipic; în sistem periodic se află în perioada a 2-a a grupului IV, subgrupul principal. 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 materie organică, 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
- Descompunerea termică a sărurilor acidului carbonic (carbonați). Arderea calcarului:
CaCO 3 - t ° \u003d CaO + CO 2
- 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). H2CO3 - 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-.
Când aciditatea scade, are loc o absorbție suplimentară dioxid de carbon din atmosferă pentru a forma acid:
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 radiației termice a Pământului de către dioxidul de carbon. Aproximativ o treime din producția mondială de sodă (carbonat de sodiu Na 2 CO 3) este utilizată la fabricarea sticlei.
Oxizii de carbon (II) și (IV)
Lecție integrată de chimie și biologie
Sarcini: să studieze și să sistematizeze cunoștințele despre oxizii de carbon (II) și (IV); dezvăluie relația dintre natura animată și cea neînsuflețită; consolidarea cunoștințelor despre efectul oxizilor de carbon asupra corpului uman; pentru a consolida abilitățile de lucru cu echipamente de laborator.
Echipament: Solutie Hcl, turnesol, Ca (OH) 2, CaCO 3, bagheta de sticla, mese de casa, tabla portabila, model ball-and-stick.
ÎN CURILE CLASURILOR
Profesor de biologie comunică tema și obiectivele lecției.
Profesor de chimie. Pe baza doctrinei legăturii covalente, alcătuiți formulele electronice și structurale ale oxizilor de carbon (II) și (IV).
Formula chimică a monoxidului de carbon (II) este CO, atomul de carbon este în stare normală.
Datorită împerecherii electronilor nepereche, se formează două legături polare covalente, iar cea de-a treia legătură covalentă se formează conform mecanismului donor-acceptor. Donatorul este un atom de oxigen, deoarece oferă o pereche liberă de electroni; acceptorul este un atom de carbon, deoarece oferă un orbital liber.
În industrie, monoxidul de carbon (II) se obține prin trecerea CO 2 peste cărbune încins la temperatură ridicată. De asemenea, se formează în timpul arderii cărbunelui cu lipsă de oxigen. ( Elevul scrie ecuația reacției pe tablă)
În laborator, CO este produs prin acţiunea H 2 SO 4 concentrat asupra acidului formic. ( Ecuația reacției este scrisă de profesor.)
Profesor de biologie. Deci, v-ați familiarizat cu producția de monoxid de carbon (II). Si ce proprietăți fizice posedă monoxid de carbon (II)?
Student. Este un gaz incolor, otrăvitor, inodor, mai ușor decât aerul, slab solubil în apă, punct de fierbere -191,5 °C, se solidifică la -205 °C.
Profesor de chimie. Monoxid de carbon în cantități periculoase pentru viata umana găsite în gazele de eșapament ale mașinii. Prin urmare, garajele trebuie să fie bine ventilate, mai ales la pornirea motorului.
Profesor de biologie. Ce efect are monoxidul de carbon asupra corpului uman?
Student. Monoxidul de carbon este extrem de toxic pentru oameni - acest lucru se datorează faptului că formează carboxihemoglobină. Carboxihemoglobina este un compus foarte puternic. Ca urmare a formării sale, hemoglobina din sânge nu interacționează cu oxigenul, iar în caz de otrăvire severă, o persoană poate muri din cauza inaniției de oxigen.
Profesor de biologie. Ce prim ajutor ar trebui acordat unei persoane cu otrăvire cu monoxid de carbon?
Elevi. Este necesar să chemați o ambulanță, victima trebuie scoasă în stradă, trebuie făcută respirație artificială, camera trebuie să fie bine ventilată.
Profesor de chimie. Scrieți formula chimică a monoxidului de carbon (IV) și, folosind modelul bile și băț, construiți structura acestuia.
Atomul de carbon este în stare excitată. Toate cele patru legături polare covalente formate prin împerechere electroni nepereche. Cu toate acestea, datorită structurii sale liniare, molecula sa este în general nepolară.
În industrie, CO 2 se obține din descompunerea carbonatului de calciu în producția de var.
(Elevul notează ecuația reacției.)
În laborator, CO 2 se obține prin reacția acizilor cu creta sau marmură.
(Elevii efectuează experimente de laborator.)
Profesor de biologie. Ce procese produc dioxid de carbon în organism?
Student. Dioxidul de carbon se formează în organism ca urmare a reacțiilor de oxidare a substanțelor organice care alcătuiesc celula.
(Elevii efectuează experimente de laborator.)
Mortarul de var a devenit tulbure deoarece se formează carbonat de calciu. Pe lângă procesul de respirație, CO2 este eliberat ca urmare a fermentației, a degradarii.
Profesor de biologie. Activitatea fizică afectează respirația?
Student. Cu stres fizic (mușchi) excesiv, mușchii folosesc oxigenul mai repede decât are timp sângele să-l livreze și apoi sintetizează ATP-ul necesar pentru activitatea lor prin fermentație. Acidul lactic C 3 H 6 O 3 se formează în mușchi, care intră în sânge. Acumularea unor cantități mari de acid lactic este dăunătoare organismului. După efort fizic intens, încă respirăm greu de ceva timp - plătim „datoria de oxigen”.
Profesor de chimie. Un numar mare de monoxidul de carbon (IV) este eliberat în atmosferă în timpul arderii combustibililor fosili. Acasă, folosim gaze naturale drept combustibil și constă în aproape 90% metan (CH 4). Îți sugerez ca unul dintre voi să vină la tablă, să scrie o ecuație pentru reacție și să o descompună în termeni de redox.
Profesor de biologie. De ce nu pot fi folosite sobele pe gaz pentru încălzirea spațiilor?
Student. metan - componentă gaz natural. Când arde, conținutul de dioxid de carbon din aer crește, iar conținutul de oxigen scade. ( Lucrul cu cuprinsul CO2 in aer".)
Când conținutul în aer este de 0,3% CO 2, o persoană are respirație rapidă; la 10% - pierderea conștienței, la 20% - paralizie instantanee și moarte rapidă. Un copil are nevoie în special de aer curat, deoarece consumul de oxigen de către țesuturile unui organism în creștere este mai mare decât cel al unui adult. Prin urmare, este necesar să ventilați în mod regulat camera. Dacă există un exces de CO 2 în sânge, excitabilitatea centrului respirator crește și respirația devine mai frecventă și mai profundă.
Profesor de biologie. Luați în considerare rolul monoxidului de carbon (IV) în viața plantelor.
Student. La plante, formarea substantelor organice are loc din CO 2 si H 2 O la lumina, pe langa substantele organice se formeaza si oxigen.
Fotosinteza reglează cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă, ceea ce împiedică creșterea temperaturii planetei. În fiecare an, plantele absorb 300 de miliarde de tone de dioxid de carbon din atmosferă. În procesul de fotosinteză, 200 de miliarde de tone de oxigen sunt eliberate anual în atmosferă. Ozonul se formează din oxigen în timpul furtunilor.
Profesor de chimie. Considera Proprietăți chimice monoxid de carbon (IV).
Profesor de biologie. Care este importanța acidului carbonic în corpul uman în procesul de respirație? ( Fragment de bandă de film.)
Enzimele conținute în sânge transformă dioxidul de carbon în acid carbonic, care se disociază în ioni de hidrogen și bicarbonat. Dacă sângele conține un exces de ioni H +, adică. dacă aciditatea sângelui crește, atunci o parte din ionii H + se combină cu ionii de bicarbonat, formând acid carbonic și eliberând astfel sângele de excesul de ioni H +. Dacă în sânge sunt prea puțini ioni H +, atunci acidul carbonic se disociază și concentrația de ioni H + în sânge crește. La o temperatură de 37 ° C, pH-ul sângelui este de 7,36.
Dioxidul de carbon este transportat în sânge sub formă de compuși chimici- bicarbonați de sodiu și potasiu.
Fixarea materialului
Test
Dintre procesele propuse de schimb de gaze în plămâni și țesuturi, cei care efectuează prima variantă trebuie să aleagă cifrurile răspunsurilor corecte din stânga, iar a doua din dreapta.
(1) Tranziția O 2 de la plămâni la sânge. (13)
(2) Tranziția O 2 de la sânge la țesuturi. (paisprezece)
(3) Transferul de CO 2 din țesuturi în sânge. (15)
(4) Transferul de CO 2 din sânge în plămâni. (16)
(5) Captarea de O 2 de către eritrocite. (17)
(6) Eliberarea de O 2 din eritrocite. (optsprezece)
(7) Transformarea sângelui arterial în venos. (19)
(8) Transformarea sângelui venos în arterial. (douăzeci)
(9) Ruperea legăturii chimice a O 2 cu hemoglobina. (21)
(10) Legarea chimică a O2 de hemoglobină. (22)
(11) Capilare în țesuturi. (23)
(12) Capilare pulmonare. (24)
Întrebări ale primei opțiuni
1. Procese de schimb de gaze în țesuturi.
2. Procese fizice în timpul schimbului de gaze.
Întrebări ale celei de-a doua opțiuni
1.
Procesele de schimb de gaze în plămâni.
2. Procese chimice în timpul schimbului de gaze
O sarcină
Determinați volumul de monoxid de carbon (IV) care se eliberează în timpul descompunerii a 50 g de carbonat de calciu.
- Denumirea - C (Carbon);
- Perioada - II;
- Grupa - 14 (IVa);
- Masa atomică - 12.011;
- Numărul atomic - 6;
- Raza unui atom = 77 pm;
- Raza covalentă = 77 pm;
- Distribuția electronilor - 1s 2 2s 2 2p 2;
- punct de topire = 3550°C;
- punct de fierbere = 4827°C;
- Electronegativitatea (după Pauling / după Alpred și Rochov) = 2,55 / 2,50;
- Stare de oxidare: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
- Densitate (n.a.) \u003d 2,25 g / cm 3 (grafit);
- Volumul molar = 5,3 cm 3 / mol.
Carbonul sub formă de cărbune este cunoscut omului din timpuri imemoriale, prin urmare, nu are sens să vorbim despre data descoperirii sale. De fapt, carbonul și-a primit numele în 1787, când cartea „Metoda nomenclatura chimică”, în care în locul numelui francez „cărbune curat” (charbone pur), a apărut termenul „carbon” (carbon).
Carbonul are capacitatea unică de a forma lanțuri polimerice de lungime nelimitată, dând astfel naștere unei clase uriașe de compuși, care sunt studiate de o ramură separată a chimiei - Chimie organica. Compușii organici ai carbonului stau la baza vieții terestre, prin urmare, despre importanța carbonului, ca element chimic, nu are sens să spun - el este baza vieții pe Pământ.
Acum luați în considerare carbonul din punctul de vedere al chimiei anorganice.
Orez. Structura atomului de carbon.
Configurația electronică a carbonului este 1s 2 2s 2 2p 2 (vezi Structura electronică a atomilor). La nivelul de energie exterior, carbonul are 4 electroni: 2 perechi pe subnivelul s + 2 nepereche pe orbitalii p. Când un atom de carbon intră într-o stare excitată (necesită costuri energetice), un electron din subnivelul s „părăsește” perechea sa și merge la subnivelul p, unde există un orbital liber. Astfel, în starea excitată, configurația electronică a atomului de carbon ia următoarea formă: 1s 2 2s 1 2p 3 .
Orez. Trecerea unui atom de carbon la o stare excitată.
O astfel de „rodare” extinde semnificativ posibilitățile de valență ale atomilor de carbon, care pot lua starea de oxidare de la +4 (în compușii cu nemetale active) la -4 (în compușii cu metale).
În starea neexcitată, atomul de carbon din compuși are o valență de 2, de exemplu, CO (II), iar în stare excitată are 4: CO 2 (IV).
„Unicitatea” atomului de carbon constă în faptul că există 4 electroni la nivelul său de energie externă, prin urmare, pentru a finaliza nivelul (pe care, de fapt, se străduiesc atomii oricărui element chimic), poate să dea și se atașează cu aceiași electroni „de succes” pentru a forma legături covalente (vezi Legătura covalentă).
Carbonul ca substanță simplă
Ca substanță simplă, carbonul poate fi sub forma mai multor modificări alotropice:
- Diamant
- Grafit
- fullerene
- Carabină
Diamant
Orez. Rețeaua cristalină a diamantului.
Proprietățile diamantului:
- substanță cristalină incoloră;
- cel mai solidîn natură;
- are un puternic efect de refracție;
- slab conducător de căldură și electricitate.
Orez. Tetraedru de diamant.
Duritatea excepțională a diamantului se explică prin structura rețelei sale cristaline, care are forma unui tetraedru - în centrul tetraedrului se află un atom de carbon, care este legat prin legături la fel de puternice cu patru atomi vecini care formează vârfurile. a tetraedrului (vezi figura de mai sus). O astfel de „construcție” este, la rândul său, legată de tetraedre vecine.
Grafit
Orez. Rețea de cristal de grafit.
Proprietățile grafitului:
- substanță cristalină moale de culoare gri a structurii stratificate;
- are un luciu metalic;
- conduce bine electricitatea.
În grafit, atomii de carbon formează hexagoane regulate situate în același plan, organizate în straturi infinite.
În grafit, legăturile chimice dintre atomii de carbon vecini sunt formate din trei electroni de valență ai fiecărui atom (prezentați cu albastru în figura de mai jos), în timp ce al patrulea electron (indicat cu roșu) al fiecărui atom de carbon, situat în orbitalul p, care se află perpendicular pe planul stratului de grafit, nu participă la formarea legăturilor covalente în planul stratului. „Scopul” său este diferit - interacționând cu „fratele” său care se află în stratul adiacent, asigură o conexiune între straturile de grafit, iar mobilitatea ridicată a electronilor p determină buna conductivitate electrică a grafitului.
Orez. Distribuția orbitalilor atomului de carbon în grafit.
fullerene
Orez. Rețea cristalină fullerenă.
Proprietăți fullerene:
- o moleculă de fullerenă este o colecție de atomi de carbon închisă în sfere goale ca o minge de fotbal;
- este o substanță fin-cristalină de culoare galben-portocalie;
- punct de topire = 500-600°C;
- semiconductor;
- face parte din mineralul shungit.
Carabină
Proprietățile carabinei:
- substanță neagră inertă;
- constă din molecule liniare polimerice în care atomii sunt legați prin legături simple și triple alternative;
- semiconductor.
Proprietățile chimice ale carbonului
În condiții normale, carbonul este o substanță inertă, dar atunci când este încălzit, poate reacționa cu o varietate de substanțe simple și complexe.
S-a spus deja mai sus că există 4 electroni la nivelul energetic extern al carbonului (nici acolo, nici aici), prin urmare carbonul poate atât dona electroni, cât și îi poate accepta, prezentând proprietăți reducătoare la unii compuși, și proprietăți oxidante în alții.
Carbonul este agent de reducereîn reacțiile cu oxigenul și alte elemente care au o electronegativitate mai mare (vezi tabelul cu electronegativitatea elementelor):
- când este încălzită în aer, arde (cu un exces de oxigen cu formarea de dioxid de carbon; cu lipsa sa - monoxid de carbon (II)):
C + O 2 \u003d CO 2;
2C + O 2 \u003d 2CO. - reacționează la temperaturi ridicate cu vaporii de sulf, interacționează ușor cu clorul, fluorul:
C+2S=CS2
C + 2Cl 2 = CCl 4
2F2+C=CF4 - când este încălzit, reface multe metale și nemetale din oxizi:
C 0 + Cu +2 O \u003d Cu 0 + C +2 O;
C 0 + C +4 O 2 \u003d 2C +2 O - reacţionează cu apa la o temperatură de 1000°C (proces de gazificare) pentru a forma apă gazoasă:
C + H2O \u003d CO + H2;
Carbonul prezintă proprietăți oxidante în reacțiile cu metale și hidrogen:
- reacţionează cu metalele pentru a forma carburi:
Ca + 2C = CaC 2 - interacționând cu hidrogenul, carbonul formează metan:
C + 2H2 = CH4
Carbonul se obține prin descompunerea termică a compușilor săi sau prin piroliza metanului (la temperatură ridicată):
CH 4 \u003d C + 2H 2.
Aplicarea carbonului
Compușii de carbon sunt utilizați pe scară largă în economie nationala Nu este posibil să le enumeram pe toate, vom indica doar câteva:
- grafitul este folosit pentru fabricarea mineriilor de creion, electrozilor, creuzetelor de topire, ca moderator de neutroni în reactoare nucleare, ca lubrifiant;
- diamantele sunt folosite în bijuterii, ca unealtă de tăiere, în echipamentele de găurit, ca material abraziv;
- ca agent reducător, carbonul este folosit pentru a obține anumite metale și nemetale (fier, siliciu);
- cărbunele constituie cea mai mare parte a cărbunelui activat, care a găsit cea mai largă aplicație atât în viața de zi cu zi (de exemplu, ca adsorbant pentru curățarea aerului și soluțiilor), cât și în medicină (tablete de cărbune activ) și în industrie (ca purtător pentru catalitic). aditivi, un catalizator de polimerizare etc.).
