Реферат по химии

УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕННИЯ

Ученика 10 «б» класса школы №4

Худякова Алексея

[pic]

г. Ангарск – 2001 год

УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ.

Углерод как простое вещество.

В атоме углерода на его внешних четырех АО имеется четыре электрона.
Поэтому все четыре АО принимают участие в образовании химических связей.
Этим объясняется разнообразие и многочисленность соединений углерода.

Подавляющее большинство соединений углерода относят к так называемым органическим веществам. В этом разделе рассмотрим свойства неорганических веществ, образуемых углеродом, - простых веществ, его оксидов, угольной кислоты и некоторых ее солей.

Углерод образует несколько простых веществ. Среди них пока важнейшими считаются алмаз и графит. Эти аллотропные модификации имеют атомные кристаллические решетки, которые различаются своими структурами. Отсюда отличие их физических и химических свойств.

В алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами. В пространстве эти атомы располагаются в центре и углах тетраэдров, соединенных своими вершинами. Это очень симметричная и прочная решетка.
Алмаз – это самое твердое вещество на Земле.

В графите каждый атом соединен с тремя другими, лежащими в той же плоскости. На образование этих связей затрачивается по три АО с тремя электронами. Четвертая орбиталь 2р-АО с одним электроном располагается перпендикулярно плоскости. Эти оставшиеся атомные орбиталь всей сетки перекрываются между собой, образуя зону молекулярных орбиталей. Эта зона занята не полностью, а наполовину, что обеспечивает металлическую электропроводность графита (в отличие от алмаза).

Помимо электропроводности графит обладает еще тремя практически важными свойствами.

Во-первых, тугоплавкость. Температура плавления графита выше 3500° С – это самое тугоплавкое простое вещество на Земле.

Во-вторых, отсутствие на его поверхности каких-либо продуктов взаимодействия с окружающей средой (на металлах это оксиды), увеличивающих электрическое сопротивление.

В-третьих, способность оказывать смазывающее действие на трущиеся поверхности. В кристалле графита атомы углерода прочно связаны между собой в плоских сетках, а связь между сетками слабая, она имеет межмолекулярную природу, как в веществах с молекулярными решетками. Поэтому уже небольшие механические усилия вызывают смещение сеток относително друг друга, что и обусловливает действие графита как смазки.

Энергия связи между атомами углерода в простых и сложных веществах, в том числе и в алмазе, и в графите. Очень велика. О твердости алмаза уже говорили. Прочна связь между атомами и в графитовой сетке. Так, прочность на разрыв волокна из графита значительно превышает прочность железа и технической стали.

На основе графита изготавливают так называемые композиционные материалы, в частности углепластики, в которых волокна графита находятся на матрице из эпоксидной смолы. Композиционные материалы все шире применяются в авиационной и космической технике (ведь помимо прочности они легкие; сравним плотность графита, р=2,3 г/см3 ,с плотностью «легкого» алюминия, р=2,7г/см3, и тем более железа, р=7,9г/см3), а также в судостроении, где особенно ценна коррозионная стойкость.

|Углерод |Соединения углерода |
| |Оксид углерода (1У) |Угольная кислота |
|имеет аллотропные |газ без запаха, цвета и |1.Непрочная молекула. |
|модификации: алмаз, |вкуса, тяжелее воздуха |Слабая двухосновная |
|графит, карбин, фуллерен |кислотный оксид |кислота. В водном |
|и др. |при растворении |растворе существуют |
|проявляет |взаимодействует с водой: |равновесия. |
|восстановительные |СО2+Н2О=Н2СО3 |2. Взаимодействует с |
|свойства |реагирует с основаниями: |растворами щелочей как |
|горит в кислороде: |CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O |раствор углекислого газа |
|С+О2=СО2+Q |5.Реагирует с основными |в воде с образованием |
|взаимодействует с оксидом|оксидами: |солей- кислых |
|углерода (1У): С+СО2=2СО |CO2+CaO=CaCO3 |(гидрокарбонатов) и |
|восстанавливает металлы |6.Образуется в реакциях |средних (карбонатов): |
|из их оксидов: |а) горения углерода в |CO2+NaOH=NaHCO3 |
|3С+Fe2O3=3CO2+4Fe |кислороде: |CO2+2NaOH=Na2CO3+ |
|получение |C+O2=CO2 |H2O |
|неполное сжигание метана:|б) окисления оксида углерода|3.Вытесняется из солей |
|СН4+О2=С+2Н2О |(II): |более сильными кислотами |
| |2CO+O2=2CO2 |CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O |
| |в) сгорания метана: |4.Соли угольной кислоты |
| |CH4+O2=CO2+2H2O |подвергаются гидролизу |
| |г) взаимодействие кислот с | |
| |карбонатами: | |
| |CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O | |
| |д) термического разложения | |
| |карбонатов, гидрокарбонатов:| |
| | | |
| |CaCO3=CaO+CO2 | |
| |2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O | |
| |е) окисления биохимических | |
| |процессов дыхания, гниения. | |

Углерод химически инертен только при сравнительно низких температурах, а при высоких – это один из сильнейших восстановителей. Главное химическое применение углерода – восстановление металлов, в первую очередь железа, из руд.

Оксиды углерода.

Имея четыре электрона во внешнем энергетическом уровне, углерод в соединениях с кислородом в зависимости от условий проявляет валентности +2 и +4.

При горении углеродосодержащих веществ (дрова, уголь, природный газ метан, спирт и др.) при температуре обычного пламени идет реакция:

С + О2 = СО2