Конспект "Углерод и его соединения"​

Углерод — химический элемент №  6 . Он расположен в IVА группе Периодической системы.

 На внешнем слое атома углерода содержатся четыре валентных электрона, и до его завершения не хватает четырёх электронов. Поэтому в соединениях с металлами углероду характерна степень окисления  –4 , а при взаимодействии с более электроотрицательными неметаллами он проявляет положительные степени окисления:  +2  или  +4 .

 В природе углерод встречается как в виде простых веществ, так и в виде соединений. В воздухе содержится углекислый газ. В земной коре распространены карбонаты (например,  CaCO3  образует мел, мрамор, известняк). Горючие ископаемые (уголь, торф, нефть, природный газ) состоят из органических соединений, главным элементом которых является углерод.  

 Углерод относится к жизненно важным элементам, так как входит в состав молекул всех органических веществ.

Простые вещества

Углерод образует несколько аллотропных видоизменений, из которых наиболее известны алмаз и графит.

 Алмаз имеет атомную кристаллическую решётку. Каждый атом углерода в алмазе связан четырьмя прочными ковалентными связями с соседними атомами, расположенными в вершинах тетраэдра.

 Благодаря такому строению алмаз — самое твёрдое из известных природных веществ. Все четыре валентных электрона каждого атома углерода участвуют в образовании связей, поэтому алмаз не проводит электрический ток. Это бесцветное прозрачное кристаллическое вещество, хорошо преломляющее свет.

 Графит тоже имеет атомную кристаллическую решётку, но устроена она иначе. Решётка графита слоистая. Каждый атом углерода соединён прочными ковалентными связями с тремя соседними атомами. Образуются плоские слои из шестиугольников, которые между собой связаны слабо. Один валентный электрон у атома углерода остаётся свободным.

Графит представляет собой тёмно-серое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь. В отличие от алмаза графит непрозрачный, проводит электрический ток и оставляет серый след на бумаге. У графита очень высокая температура плавления ( 3700  °С).

Алмаз и графит взаимопревращаемы. При сильном нагревании без доступа воздуха алмаз чернеет и превращается в графит. Графит можно превратить в алмаз при высокой температуре и большом давлении.

Из мельчайших частиц графита состоят сажа, древесный уголь и кокс. Сажа образуется при неполном сгорании топлива. Древесный уголь получают при нагревании древесины без доступа воздуха, а кокс — переработкой каменного угля.

Древесный уголь имеет пористое строение и обладает поглощать газы и растворённые вещества. Такое свойство называется адсорбцией.

Химические свойства

Аллотропные модификации углерода в химических реакциях могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Окислительные свойства углерода выражены слабее, чем у других неметаллов второго периода (азота, кислорода и фтора).

Взаимодействие с металлами.

Углерод реагирует с металлами при высокой температуре с образованием карбидов:

4Al0+3C0=tAl+34C−43 .

В этой реакции углерод выступает как окислитель.

Взаимодействие с водородом.

Реакция происходит при сильном нагревании. Образуется метан. Углерод — окислитель.

C0+2H02=tC−4H+14 .

Взаимодействие с кислородом.

Углерод горит в кислороде с образованием углекислого газа и проявляет в этой реакции восстановительные свойства:

C0+O02=tC+4O−22 .

Взаимодействие с оксидами металлов.

Углерод восстанавливать металлы из их оксидов:

2Cu+2O+C0=t2Cu0+C+4O2 .  

Применение простых веществ

Алмаз применяется:

для обработки твёрдых поверхностей;

для резки стекла;

для изготовления буров и свёрл;

для изготовления ювелирных украшений.

Графит используется:

при изготовлении карандашей;

как твёрдая смазка в подшипниках;

для изготовления электродов;

в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах;

для получения искусственных алмазов.

Сажа:

входит в состав типографской краски, крема для обуви;

используется как наполнитель для производства резины.

Уголь используется:

в противогазах, промышленных и бытовых фильтрах;

для очистки сахарного сиропа, спирта и т. д.;

в медицине.