Оксид вуглецю (IV), вугільна кислота та їх солі. Вуглець - характеристика елемента та хімічні властивості Вплив чадного газу на живі організми
Оксид вуглецю (IV), вугільна кислотата їх солі
Комплексна мета модуля:знати способи одержання оксиду та гідроксиду вуглецю (IV); описувати їх фізичні властивості; знати характеристику кислотно-основних властивостей; давати характеристику окисно-відновних властивостей.
Всі елементи підгрупи вуглецю утворюють оксиди з загальною формулоюЕО 2 . 2 і SiО 2 виявляють кислотні властивості, GeО 2 , SnО 2 , PbО 2 виявляють амфотерні властивості з переважанням кислотних, причому в підгрупі зверху вниз кислотні властивості слабшають.
Ступінь окислення (+4) для вуглецю і кремнію дуже стабільна, тому окислювальні властивості сполуки виявляють насилу. У підгрупі германію окислювальні властивості сполук (+4) посилюються у зв'язку з дестабілізацією вищого ступеняокиснення.
Оксид вуглецю (IV), вугільна кислота та їх солі
Диоксид вуглецюСО 2 (вуглекислий газ) - за звичайних умов це газ без кольору та запаху, злегка кислуватого смаку, важче за повітряприблизно в 1,5 рази, розчинний у воді, досить легко зріджується - при кімнатній температурійого модно перетворити на рідину під тиском близько 60 10 5 Па. При охолодженні до ?56,2єС рідкий діоксид вуглецю твердне і перетворюється на снігоподібну масу.
У всіх агрегатних станах складається із неполярних лінійних молекул. Хімічна будоваСО 2 визначається sp-гібридизацією центрального атома вуглецю та утворенням додаткових р р-р-зв'язків: О = С = О
Деяка частина розчиненого у волі СО 2 взаємодіє з нею утворенням вугільної кислоти
СО 2 + Н 2 О - СО 2 Н 2 О - Н 2 СО 3 .
Вуглекислий газ дуже легко поглинається розчинами лугів з утворенням карбонатів та гідрокарбонатів:
2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O;
2 + NaOH = NaHCO 3 .
Молекули СО 2 дуже стійкі термічно, розпад починається лише за температури 2000єС. Тому діоксид вуглецю не горить і підтримує горіння звичайного палива. Але в його атмосфері горять деякі прості речовини, атоми яких виявляють велику спорідненість до кисню, наприклад, при нагріванні магній спалахує в атмосфері СО 2 .
Вугільна кислота та її солі
Вугільна кислота H 2 CO 3 - неміцна сполука, існує тільки у водних розчинах. Більшість розчиненого у воді вуглекислого газу знаходиться у вигляді гідратованих молекул CO 2 , менша - утворює вугільну кислоту.
Водні розчини, що знаходяться в рівновазі з СО 2 атмосфери, є кислими: = 0,04 М і рН? 4.
Вугільна кислота - двоосновна, відноситься до слабких електролітів, дисоціює ступінчасто (К 1 = 4, 4 10 ? 7; До 2 = 4, 8 10 ? 11). При розчиненні CO 2 у воді встановлюється така динамічна рівновага:
H 2 O + CO 2 - CO 2 H 2 O - H 2 CO 3 - H + + HCO 3 ?
При нагріванні водного розчину вуглекислого газу розчинність газу знижується, CO 2 виділяється з розчину і рівновагу зміщується вліво.
Солі вугільної кислоти
Будучи двоосновною, вугільна кислота утворює два ряди солей: середні солі (карбонати) та кислі (гідрокарбонати). Більшість солей вугільної кислоти безбарвні. З карбонатів розчиняються у воді лише солі лужних металівта амонію.
У воді карбонати піддаються гідролізу, тому їх розчини мають лужну реакцію:
Na 2 CO 3 + H 2 O - NaHCO 3 + NaOH.
Подальший гідроліз із заснуванням вугільної кислоти у звичайних умовах мало йде.
Розчинення у воді гідрокарбонатів також супроводжується гідролізом, але значно меншою мірою, і середовище створюється слаболужна (рН? 8).
Карбонат амонію (NH 4) 2 CO 3 відрізняється великою леткістю при підвищеній і навіть звичайній температурі, особливо в присутності парів води, які викликають сильний гідроліз
Сильні кислоти і навіть слабка оцтова кислота витісняють із карбонатів вугільну кислоту:
K2CO3+H2SO4=K2SO4+H2O+CO2^.
На відміну від більшості карбонатів, всі гідрокарбонати у воді розчиняються. Вони менш стійкі, ніж карбонати тих же металів і при нагріванні легко розкладаються, перетворюючись на відповідні карбонати:
2KHCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 ^;
Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ^.
Сильними кислотами гідрокарбонати розкладаються, як і карбонати:
KHCO 3 + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O + CO 2
З солей вугільної кислоти найбільше значення мають: карбонат натрію (сода), карбонат калію (поташ), карбонат кальцію (крейда, мармур, вапняк), гідрокарбонат натрію (питна сода) та основний карбонат міді (CuOH) 2 CO 3 (малахіт).
Основні солі вугільної кислоти у воді практично нерозчинні і при нагріванні легко розкладаються:
(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O.
Взагалі, термічна стійкість карбонатів залежить від поляризаційних властивостей іонів, що входять до складу карбонату. Чим більше поляризуючу дію катіон на карбонат-іон, тим нижче температура розкладання солі. Якщо катіон здатний легко деформуватися, то карбонат-іон сам також надаватиме поляризуючу дію на катіон, що призведе до різкого зниження температури розкладання солі.
Карбонати натрію та калію плавляться без розкладання, а більшість інших карбонатів при нагріванні розкладаються на оксид металу та вуглекислий газ.
(IV) (СО 2, діоксид вуглецю, вуглекислий газ)є безбарвним газом без смаку і запаху, який важчий за повітря і розчинний у воді.
У звичайних умовах твердий діоксид вуглецю перетворюється відразу на газоподібний стан, минаючи стан рідини.
За великої кількості оксид вуглецю люди починають задихатися. Концентрація більше 3% призводить до прискореного дихання, а понад 10% спостерігається втрата свідомості та смерть.
Хімічні властивості оксиду вуглецю.
Оксид вуглецю - це ангідрид вугільної кислоти Н 2 3 .
Якщо пропускати оксид вуглецю через гідроксид кальцію (вапняна вода), спостерігається випадання осаду білого кольору:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O,
Якщо вуглекислий газ узятий у надлишку, то спостерігається утворення гідрокарбонатів, які розчиняються у воді:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2,
Які потім розпадаються при нагріванні:
2KNCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
Застосування оксиду вуглецю.
Використовують діоксид вуглецю в різних областяхпромисловості. У хімічному виробництві – як холодоагент.
У харчовій промисловості використовують його як консервант Е290. Хоча йому й привласнили «умовно безпечний», насправді це не так. Медики довели, що часте вживання Е290 призводить до накопичення токсичної отруйної сполуки. Тому треба уважніше читати етикетки на продуктах.
Оксид вуглецю (IV) (діоксид вуглецю, вуглекислий газ) у звичайних умовах являє собою безбарвний газ, важчий за повітря, термічно стійкий, а при стисканні та охолодженні легко переходить у рідкий і твердий стан.
Щільність – 1997 г/л. Твердий CO2, що зветься «сухий лід», виганяється при кімнатній температурі. Погано розчиняється у воді, частково реагуючи з нею. Виявляє кислотні властивості. Відновлюється активними металами, воднем та вуглецем.
Хімічна формула оксиду вуглецю 4
Хімічна формула оксиду вуглецю (ІV) CO2. Вона показує, що до складу цієї молекули входять один атом вуглецю (Ar = 12 а.е.м.) та два атоми кисню (Ar = 16 а.е.м.). За хімічною формулою можна обчислити молекулярну масу оксиду вуглецю (IV):
Mr(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O);
Mr(CO2) = 12 + 2 16 = 12 + 32 = 44.
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
Завдання При спалюванні 26,7 г амінокислоти (CxHyOzNk) у надлишку кисню утворюється 39,6 г оксиду вуглецю (IV), 18,9 г води та 4,2 г азоту. Визначте формулу амінокислоти.
Рішення Складемо схему реакції згоряння амінокислоти, позначивши кількість атомів вуглецю, водню, кисню та азоту за «x», «у», «z» і «k» відповідно:
CxHyOzNk+ Oz→CO2 + H2O + N2.
Визначимо маси елементів, що входять до складу цієї речовини. Значення відносних атомних мас, взяті із Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва, округлим до цілих чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м., Ar(N) = 14 а.о.м.
M(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = ×M(C);
M(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = ×M(H);
Розрахуємо молярні маси вуглекислого газу та води. Як відомо, молярна маса молекули дорівнює сумі відносних атомних мас атомів, що входять до складу молекули (M = Mr):
M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль;
M(H2O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль.
M(C) = ×12 = 10,8 г;
M(H) = 2×18,9 / 18×1= 2,1 р.
M(O) = m(CxHyOzNk) – m(C) – m(H) – m(N)= 26,7 – 10,8 – 2,1 – 4,2 = 9,6 р.
Визначимо хімічну формулу амінокислоти:
X:y:z:k = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H): m(O)/Ar(O): m(N)/Ar(N);
X: y: z: k = 10,8/12:2,1/1:9,6/16: 4,2/14;
X: y: z: k = 0,9: 2,1: 0,41: 0,3 = 3: 7: 1,5: 1 = 6: 14: 3: 2.
Значить найпростіша формула амінокислоти C6H14O3N2.
Відповідь C6H14O3N2
ПРИКЛАД 2
Завдання Складіть найпростішу формулу сполуки, де масові частки елементів приблизно рівні: вуглецю – 25,4%, водню – 3,17%, кисню – 33,86%, хлору – 37,57%.
Рішення Масова часткаелемента Х у молекулі складу НХ розраховується за такою формулою:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.
Позначимо кількість атомів вуглецю в молекулі через «х», кількість атомів азоту водню через «у», кількість атомів кисню за «z» і кількість атомів хлору за «k».
Знайдемо відповідні відносні атомні маси елементів вуглецю, водню, кисню та хлору (значення відносних атомних мас, взяті з Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва, округлим до цілих чисел).
Ar(C) = 12; Ar(H) = 14; Ar(O) = 16; Ar(Cl) = 35,5.
Відсотковий вміст елементів розділимо відповідні відносні атомні маси. Таким чином, ми знайдемо співвідношення між числом атомів у молекулі сполуки:
X:y:z:k = ω(C)/Ar(C) : ω(H)/Ar(H) : ω(O)/Ar(O) : ω(Cl)/Ar(Cl);
X: y: z: k = 25,4/12: 3,17/1: 33,86/16: 37,57/35,5;
X: y: z: k = 2,1: 3,17: 2,1: 1,1 = 2: 3: 2: 1.
Значить найпростіша формула сполуки вуглецю, водню, кисню та хлору матиме вигляд C2H3O2Cl.
Вуглекислий газ, відомий також як 4, реагує з рядом речовин, утворюючи різні за своїм складом і хімічними властивостями сполуки. Складається з неполярних молекул, він має дуже слабкі міжмолекулярні зв'язки і може перебувати тільки якщо температура вище, ніж 31 градус за Цельсієм. Вуглекислий газ є хімічне з'єднання, Що складається з одного атома вуглецю та двох атомів кисню.
Оксид вуглецю 4: формула та основна інформація
Вуглекислий газ присутня в атмосфері Землі при низькій концентрації та діє як парниковий газ. Його хімічна формула 2 . При високій температурі він може існувати виключно в газоподібному стані. У своєму твердому стані його називають сухим льодом.
Вуглекислий газ є важливим компонентом вуглецевого циклу. Він виходить із безлічі природних джерел, включаючи вулканічну дегазацію, спалювання органічної речовини та дихальні процеси живих аеробних організмів. Антропогенні джерела вуглекислого газу в основному пов'язані зі спалюванням різних викопних видів палива для виробництва електроенергії та транспорту.
Він також продукується різними мікроорганізмами із ферментації та клітинного дихання. Рослини перетворюють вуглекислий газ на кисень під час процесу, званого фотосинтезом, використовуючи як вуглець, так і кисень для утворення вуглеводів. Крім того, рослини також виділяють кисень в атмосферу, яка потім використовується для дихання гетеротрофними організмами.
Вуглекислий газ (СО2) в організмі
Оксид вуглецю 4 реагує з різними речовинами та є газоподібним продуктом відходів від метаболізму. Існує більш ніж 90% його в крові у формі бікарбонату (НСО3). Решта - це розчинений СО 2, або вугільна кислота (H2CO 3). За балансування цих сполук у крові відповідають такі органи, як печінка та нирки. Бікарбонат - це хімічна речовина, що діє як буфер. Вона утримує рівень рН крові на необхідному рівні, уникаючи підвищення кислотності.
Структура та властивості вуглекислого газу
Двоокис вуглецю (CO 2) є хімічною сполукою, яка є газом при кімнатній температурі і вище. Він складається з одного атома вуглецю та двох атомів кисню. Люди та тварини виділяють вуглекислий газ, коли видихають. Крім того, він утворюється завжди, коли щось органічне спалюється. Рослини використовують вуглекислий газ для продуктів харчування. Цей процес називається фотосинтез.
Властивості вуглекислого газу вивчали шотландський вчений Джозеф Блек ще в 1750-х роках. здатний вловлювати теплову енергію і впливати на клімат та погоду на нашій планеті. Саме він є причиною глобального потепління та підвищення температури поверхні Землі.
Біологічна роль
Оксид вуглецю 4 реагує з різними речовинами і є кінцевим продуктом в організмах, які одержують енергію від руйнування цукрів, жирів та амінокислот. Цей процес відомий як характерний для всіх рослин, тварин, багатьох грибів та деяких бактерій. У вищих тварин вуглекислий газ переміщається в крові з тканин тіла у легені, де він видихається. Рослини одержують його з атмосфери для використання при фотосинтезі.
Сухий лід
Сухий лід або твердий діоксид вуглецю є твердим станом газу CO 2 з температурою -78,5 °C. У природному вигляді ця речовина не зустрічається у природі, але виробляється людиною. Воно безбарвне і може використовуватися для приготування газованих напоїв, як охолодний елемент у ємностях з морозивом та в косметології, наприклад, для заморожування бородавок. Пари сухого льоду викликають ядуху і можуть призвести до смерті. При використанні сухого льоду варто виявляти обережність та професіоналізм.
При звичайному тиску він не буде плавитися з рідина, а замість цього переходить безпосередньо з твердої речовини в газ. Це називається сублімацією. Він змінюватиметься безпосередньо від твердого тілагазу при будь-якій температурі, що перевищує екстремально низькі температури. Сухий лід сублімується за нормальної температури повітря. При цьому виділяється вуглекислий газ, який не має запаху та кольору. Двоокис вуглецю може бути зріджений при тиску вище 5,1 атм. Газ, що виділяється із сухого льоду, настільки холодний, що при змішуванні з повітрям він охолоджує водяну пару в повітрі до туману, який виглядає як густий білий дим.
Отримання, хімічні властивості та реакції
У промисловості оксид вуглецю 4 одержують двома способами:
- Шляхом спалювання палива (C + O 2 = CO 2).
- Шляхом термічного розкладання вапняку (CaCO3 = CaO+CO2).
Отриманий обсяг оксиду вуглецю 4 піддається очищенню, зріджується та закачується у спеціальні балони.
Будучи кислотним, оксид вуглецю 4 реагує з такими речовинами, як:
- Вода. При розчиненні утворюється вугільна кислота (H2CO3).
- Лужні розчини. Оксид вуглецю 4 (формула CO 2) входить у реакцію з лугами. При цьому утворюються середні та кислі солі (NaHCO 3).
- При цих реакціях утворюються солі карбонати (CaCO3 та Na2CO3).
- Вуглець. Коли оксид вуглецю 4 реагує з гарячим вугіллям, утворюється оксид вуглецю 2 (чадний газ), який може спричинити отруєння. (CO 2 + C = 2CO).
- Магній. Як правило, вуглекислий газ не підтримує горіння, тільки за дуже високих температур він може реагувати з деякими металами. Наприклад, запалений магній продовжуватиме горіти в CO 2 під час окислювально-відновної реакції (2Mg + CO 2 = 2MgO + C).
Якісна реакція оксиду вуглецю 4 проявляється при пропусканні його через вапнякову воду (Ca(OH) 2 або через баритову воду (Ba(OH) 2). Якщо після цього продовжувати далі пропускати вуглекислий газ, вода знову стане прозорою , оскільки нерозчинні карбонати перетворюються на розчинні гідрокарбонати (кислі солі вугільної кислоти).
Двоокис вуглецю також утворюється при спалюванні всього вуглецевмісного палива, такого, як метан ( природний газ), нафтові дистиляти (бензин, дизельне паливо, гас, пропан), вугілля чи деревина. Найчастіше вода також виділяється.
Вуглекислий газ (двоокис вуглецю) складається з одного атома вуглецю та двох атомів кисню, які утримуються разом ковалентними зв'язками (або розподілом електронів). Чистий вуглець дуже рідкісний. Він зустрічається в природі лише у вигляді мінералів, графіту та алмазу. Незважаючи на це, він є будівельним блоком життя, який у поєднанні з воднем та киснем утворює основні сполуки, з яких складається все на планеті.
Такі вуглеводні, як вугілля, нафта та природний газ - це сполуки, що складаються з водню та вуглецю. Цей елемент міститься в кальциті (CaCo 3), мінералах в осадових та метаморфічних породах, вапняку та мармурі. Це елемент, який містить усі органічні речовини – від викопного палива до ДНК.
Вуглець (С)- Типовий неметал; в періодичній системізнаходиться у 2-му періоді IV групі, головній підгрупі. Порядковий номер 6, Ar = 12011 а.е.м., заряд ядра +6.Фізичні властивості:вуглець утворює безліч алотропних модифікацій: алмаз– одна з найтвердіших речовин, графіт, вугілля, сажа.
Атом вуглецю має 6 електронів: 1s 2 2s 2 2p 2 . Останні два електрони розташовуються на окремих р-орбіталях і є неспареними. У принципі, ця пара могла б займати одну орбіталь, але в такому разі зростає міжелектронне відштовхування. Тому один з них займає 2р х, а інший, або 2р у , або 2р z-орбіталі.
Відмінність енергії s- і р-підрівнів зовнішнього шару невелика, тому атом досить легко переходить у збуджений стан, при якому один із двох електронів з 2s-орбіталі переходить на вільну 2р.Виникає валентний стан, що має конфігурацію 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Саме такий стан атома вуглецю характерний для решітки алмазу — тетраедричне просторове розташування гібридних орбіталей, однакова довжина та енергія зв'язків.
Це явище, як відомо, називають sp 3 -гібридизацією,а функції, що виникають - sp 3 -гібридними . Утворення чотирьох sp 3 -зв'язків забезпечує атому вуглецю більш стійкий стан, ніж три р-р-та одна s-s-зв'язку. Крім sp 3 -гібридизації у атома вуглецю спостерігається також sp 2 - і sp-гібридизація . У першому випадку виникає взаємне накладення s-та двох р-орбіталей. Утворюються три рівнозначні sp 2 - гібридних орбіталі, розташовані в одній площині під кутом 120 ° один до одного. Третя орбіталь р незмінна і спрямована перпендикулярно до площини. sp 2 .
При sp-гібридизації відбувається накладення орбіталей s та р. Між двома утвореними рівноцінними гібридними орбіталями виникає кут 180 °, при цьому дві р-орбіталі у кожного з атомів залишаються незмінними.
Алотрорпію вуглецю. Алмаз та графіт
У кристалі графіту атоми вуглецю розташовані в паралельних площинах, займаючи в них вершини правильних шестикутників. Кожен із атомів вуглецю пов'язаний з трьома сусідніми sp 2 -гібридними зв'язками. Між паралельними площинами зв'язок здійснюється за рахунок ван-дер-ваальсових сил. Вільні р-орбіталі кожного з атомів спрямовані перпендикулярно до площин ковалентних зв'язків. Їх перекриття пояснюється додатковий π-зв'язок між атомами вуглецю. Таким чином, від валентного стану, в якому знаходяться атоми вуглецю в речовині, залежать властивості цієї речовини.
Хімічні властивості вуглецю
Найбільш характерні ступеніокиснення: +4, +2.
При низьких температурах вуглець інертний, але при нагріванні його активність зростає.
Вуглець як відновник:
- З киснем
C 0 + O 2 - t ° = CO 2 вуглекислий газ
при нестачі кисню - неповне згоряння:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O чадний газ
- зі фтором
З + 2F 2 = CF 4
- З водяною парою
C 0 + H 2 O – 1200° = +2 O + H 2 водяний газ
- З оксидами металів. Таким чином виплавляють метал із руди.
C 0 + 2CuO - t ° = 2Cu + C +4 O 2
- З кислотами - окислювачами:
C 0 + 2H 2 SO 4 (конц.) = З +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
З 0 + 4HNO 3 (конц.) = З +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O
- із сіркою утворює сірковуглець:
С + 2S2 = СS2.
Вуглець як окислювач:
- з деякими металами утворює карбіди
4Al + 3C 0 = Al 4 C 3
Ca + 2C 0 = CaC 2 -4
- з воднем - метан (а також величезна кількість органічних сполук)
C 0 + 2H 2 = CH 4
- З кремнієм, утворює карборунд (при 2000 ° C в електропечі):
Знаходження вуглецю в природі
Вільний вуглець зустрічається у вигляді алмазу та графіту. У вигляді сполук вуглець перебуває у складі мінералів: крейди, мармуру, вапняку – СаСО 3 , доломіту – MgCO 3 *CaCO 3 ; гідрокарбонатів - Mg(НCO 3) 2 і Са(НCO 3) 2 , 2 входить до складу повітря; вуглець є головною складовоюприродних органічних сполук – газу, нафти, кам'яного вугілля, торфу, входить до складу органічних речовинбілків, жирів, вуглеводів, амінокислот, що входять до складу живих організмів.
Неорганічні сполуки вуглецю
Ні іони С 4+ , ні С 4- ‑ ні за яких звичайних хімічних процесів не утворюються: у сполуках вуглецю є ковалентні зв'язкирізної полярності.
Оксид вуглецю (II)СО
Чадний газ; безбарвний, без запаху, малорозчинний у воді, розчинний в органічних розчинниках, отруйний, t ° кип = -192 ° C; t пл. = -205°C.
Отримання
1) У промисловості (у газогенераторах):
C + O 2 = CO 2
2) У лабораторії - термічним розкладанням мурашиної або щавлевої кислоти у присутності H 2 SO 4 (конц.):
HCOOH = H 2 O + CO
H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O
Хімічні властивості
За звичайних умов CO інертний; при нагріванні – відновник; несолетворний оксид.
1) із киснем
2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2
2) із оксидами металів
C +2 O + CuO = Сu + C +4 O 2
3) із хлором (на світлі)
CO + Cl 2 - hn = COCl 2 (фосген)
4) реагує з розплавами лугів (під тиском)
CO + NaOH = HCOONa (форміат натрію)
5) з перехідними металами утворює карбоніли
Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4
Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5
Оксид вуглецю (IV) СO2
Вуглекислий газ, безбарвний, без запаху, розчинність у воді - 1V H 2 O розчиняється 0,9V CO 2 (за нормальних умов); важче за повітря; t°пл.= -78,5°C (твердий CO 2 називається «сухий лід»); не підтримує горіння.
Отримання
- Термічне розкладання солей вугільної кислоти (карбонатів). Випалення вапняку:
CaCO 3 - t ° = CaO + CO 2
- Дією сильних кислотна карбонати та гідрокарбонати:
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2
NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2
ХімічнівластивостіЗ2
Кислотний оксид: реагує з основними оксидами та основами, утворюючи солі вугільної кислоти
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O
NaOH + CO 2 = NaHCO 3
При підвищеній температурі може виявляти окислювальні властивості
З +4 O 2 + 2Mg - t ° = 2Mg +2 O + C 0
Якісна реакція
Помутніння вапняної води:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯(білий осад) + H 2 O
Воно зникає за тривалого пропускання CO 2 через вапняну воду, т.к. нерозчинний карбонат кальцію переходить у розчинний гідрокарбонат:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Сa(HCO 3) 2
Вугільна кислота та їїсолі
H 2CO 3 -Кислота слабка, існує тільки у водному розчині:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
Двоосновна:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 — Кислі солі — бікарбонати, гідрокарбонати
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Середні солі - карбонати
Характерні властивості кислот.
Карбонати та гідрокарбонати можуть перетворюватися один на одного:
2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3
Карбонати металів (крім лужних металів) при нагріванні декарбоксилюються з утворенням оксиду:
CuCO 3 - t ° = CuO + CO 2
Якісна реакція- «закипання» при дії сильної кислоти:
Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2
CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2
Карбіди
Карбід кальцію:
CaO + 3 C = CaC 2 + CO
CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2 .
Ацетилен виділяється при реакції з водою карбідів цинку, кадмію, лантану та церію:
2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La(OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2 .
Be 2 C та Al 4 C 3 розкладаються водою з утворенням метану:
Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 = 3 CH 4 .
У техніці застосовують карбіди титану TiC, вольфраму W 2 C (тверді сплави), кремнію SiC (карборунд – як абразив та матеріал для нагрівачів).
Ціаніди
отримують при нагріванні соди в атмосфері аміаку та чадного газу:
Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2
Синільна кислота HCN – важливий продукт хімічної промисловості, що широко застосовується в органічному синтезі. Її світове виробництво сягає 200 тис. т на рік. Електронна будоваціанід-аніону аналогічно оксиду вуглецю (II), такі частинки називають ізоелектронними:
C = O: [:C = N:] –
Ціаніди (0,1-0,2%-ний водний розчин) застосовують при видобутку золота:
2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.
При кип'ятінні розчинів ціанідів з сіркою або сплавлення твердих речовин утворюються роданіди:
KCN+S=KSCN.
При нагріванні ціанідів малоактивних металів виходить диціан: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2 . Розчини ціанідів окислюються до ціанатів:
2 KCN + O 2 = 2 KOCN.
Ціанова кислота існує у двох формах:
H-N=C=O; H-O-C = N:
У 1828 р. Фрідріх Велер (1800-1882) отримав із ціанату амонію сечовину: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 при упарюванні водного розчину.
Ця подія зазвичай сприймається як перемога синтетичної хімії над «віталістичної теорією».
Існує ізомер ціанової кислоти – гримуча кислота
H-O-N=C.
Її солі (гримуча ртуть Hg(ONC) 2) використовуються в ударних запальниках.
Синтез сечовини(карбаміду):
CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. При 130 0 С та 100 атм.
Сечовина є амідом вугільної кислоти, існує її «азотний аналог» – гуанідин.
Карбонати
Найважливіші неорганічні сполуки вуглецю – солі вугільної кислоти (карбонати). H 2 CO 3 - слабка кислота (К 1 = 1,3 · 10 -4; До 2 = 5 · 10 -11). Карбонатний буфер підтримує вуглекислотна рівновагау атмосфері. Світовий океан має величезну буферну ємність, тому що він є відкритою системою. Основна буферна реакція – рівновага при дисоціації вугільної кислоти:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .
При зниженні кислотності відбувається додаткове поглинання вуглекислого газу з атмосфери з утворенням кислоти:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .
При підвищенні кислотності відбувається розчинення карбонатних порід (раковини, крейдяні та вапнякові відкладення в океані); цим компенсується зменшення гідрокарбонатних іонів:
H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -
CaCO 3 (тв.) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-
Тверді карбонати переходять у розчинні гідрокарбонати. Саме цей процес хімічного розчинення надлишкового вуглекислого газу протидіє парниковому ефекту» – глобального потепліннячерез поглинання вуглекислим газом теплового випромінюванняЗемлі. Приблизно третина світового виробництва соди (карбонат натрію Na2CO3) використовується у виробництві скла.