| Головна » Статті » Хімія | [ Додати статтю ] |
р – елементи ІV групи(Початок))
|
План Вступ. Головна підгрупа ІV групи: 1. Карбон : - карбон в природі - алотропія карбону - хімічні властивості карбону. Карбіди. - діоксид карбону - оксид карбону - сполуки карбону з сульфуром і нітрогеном - паливо і його види 2. Силіцій : - силіцій в природі. Добування і властивості силіцію - сполуки силіцію з гідрогеном і галогенами - діоксид силіцію - силікатні кислоти та їх солі 3. Германій. 4. Станум: - властивості стануму - сполуки стануму (II) - сполуки стануму (ІV) 5. Плюмбум: - властивості плюмбуму - сполуки плюмбуму (II) - сполуки плюмбуму (ІV) Вступ Головну підгрупу четвертої групи періодичної системи утворюють п'ять елементів — карбон, силіцій, германій, станум і плюмбум. При переході від карбону до плюмбуму розміри атомів зростають. Тому слід чекати, що здатність до приєднання електронів, а отже, і неметалічні властивості при цьому будуть слабішати, легкість же віддавання електронів зростатиме. Справді, уже в германію виявляються металічні властивості, а в стануму і плюмбуму вони переважають над неметалічними. Отже, тільки перші два члени описуваної групи є неметалами, германій зараховують і до металів, і до неметалів, станум і плюмбум — метали. Для елементів розглядуваної групи характерні ступені окислення +2 і +4. Сполуки вуглецю і кремнію, в яких ступінь окислення цих елементів дорівнює +2, нечисленні і порівняно малостійкі. Деякі властивості елементів головної підгрупи четвертої групи і утворених ними простих речовин охарактеризовані в табл. Деякі властивості карбону та його аналогів Карбон Силіцій Германій Станум Плюмбум Будова зовнішнього електронного шару атома 2s2 2р2 3s2 3р2 4s2 4 р2 5s2 5р2 6s2 6р2 Енергія іонізації атома Е -> Е+, еВ 11,26 8,15 7,9 7,34 7,42 Відносна електронегативність 2,5 1,8 1,8 1,8 1,9 Радіус атома, нм 0,077 0,134 0,139 0,158 0,175 Стандартна ентальпія атомізації при 25° С, кДж на 1 моль атомів 715 451,9 379,1 302,1 195 Температура плавлення, °С 3750 1420 936 231,9 327,4 Температура кипіння, °С • • • • 3300 2850 2620 1745 Густина, г/см3 Алмаз 2,33 5,32 Біле 11,34 3,52 7,29 Графіт Сіре КАРБОН (CARBONEUM) Карбон у природі. Карбон у природі перебуває у вільному стані і у вигляді численних сполук. Вільний карбон трапляється у вигляді алмазу і графіту. Алмази утворюють окремі кристали або невеликого розміру зростки. Маса кристалів звичайно лежить у межах від тисячних до десятих часток грама. Найбільший із знайдених алмазів важив 621,2 г. Кристали нерідко мають забарвлення, спричинене домішками. Великі родовища алмазів є в Африці (Заір, ПАР), Бразилії, Індії. Найбільші родовища графіту утворилися внаслідок дії високих температур і тиску на кам'яне вугілля. Вугілля, яке також складається з карбону, утворюється штучно. Проте в природі є речовини, що наближаються за своїм складом до вугілля. Такими є різні види викопного вугілля, що утворюють у багатьох місцях земної кулі потужні відклади. Деякі з видів викопного вугілля містять до 99% карбону. Сполуки карбону дуже поширені. Крім викопного вугілля, у надрах Землі є великі скупчення нафти, що є складною сумішшю різних сполук, які містять карбон, переважно вуглеводнів. У земній корі трапляються у величезній кількості солі карбонової кислоти, особливо карбонат кальцію. У повітрі завжди є діоксид карбону. Нарешті, рослинні і тваринні організми складаються з речовин, з утворенні яких головну участь бере карбон. Отже, цей елемент один з найпоширеніших на Землі, хоча загальний вміст його у земній корі становить лише близько 0,1% (мас). Щодо численності і різноманітності своїх сполук карбон займає серед інших елементів особливе положення. Число вивчених сполук карбону оцінюють тепер приблизно в два мільйони, тоді як сполуки всіх інших елементів, разом взяті, обчислюються лиш сотнями тисяч. Різноманітність сполук карбону пояснюється здатністю його атомів зв'язуватися між собою з утворенням довгих ланцюгів або кілець. Алотропія карбону. У вільному стані карбон відомий у вигляді алмазу, що кристалізується в кубічній системі, і графіту, що належить до гексагональної системи. Такі форми його, як деревне вугілля, кокс, сажа, мають невпорядковану структуру. Синтетично добуто карбін і полікумулен — різновидності карбону, що складаються з лінійних ланцюгових полімерів типу ... —С=С—С==С ... або ...=С= =С=С= ... . Карбін має напівпровідникові властивості. При сильному нагріванні без доступу повітря він перетворюється у графіт.Алмаз — безбарвна, прозора речовина, яка сильно заломлює світлові промені. Він кристалізується в кубічній гранецентрованій решітці. При цьому одна половина атомів розміщується у вершинах і центрах граней одного куба, а друга — у вершинах і центрах граней другого куба, зміщеного відносно першого у напрямі його просторової діагоналі. Атоми карбону в алмазі перебувають у стані sр3-гібридизації і утворюють тривимірну тетраедричну сітку, у якій вони зв'язані один з одним ковалентними зв'язками 1. Відстань між атомами в тетраедрах дорівнює 0,154 нм. Структуру алмазу показано на мал. 1. З усіх простих речовин алмаз має максимальне число атомів, що припадають на одиницю об'єму,— атоми карбону «упаковані» в алмазі дуже щільно. З цим, а також з великою міцністю зв'язку у карбонових тетраедрах, пов'язано те, що за твердістю алмаз переважає всі відомі речовини. Тому його широко застосовують у промисловості: майже 80% добутих алмазів використовують для технічних цілей. Його використовують для обробки різних твердих матеріалів, буріння гірських порід. Будучи дуже твердим, алмаз разом з тим крихкий. Порошок, який дістають при подрібненні алмазу, застосовують для шліфування дорогоцінного каміння і самих алмазів. Відшліфовані прозорі алмази називаються діамантами. У зв'язку з великою цінністю алмазів було зроблено багато спроб добути їх штучно з графіту. Однак довго ці спроби закінчувалися невдачею. Лише в 1955 р., застосувавши дуже високий тиск (порядку 1010 Па) і тривале нагрівання при температурі близько 3000° С, американським, а одночасно і шведським вченим удалося добути синтетичні алмази. Якщо алмаз прожарювати в кисні, він згоряє, утворюючи діоксид карбону. Якщо алмаз сильно нагріти без доступу повітря, то він перетворюється на графіт. Графіт являє собою темно-сірі кристали з слабким металічним піском. Він має шарувату решітку. Всі атоми карбону перебувають тут у стані sp2-гібридизації: кожний з них утворює три ковалентні зв'язки з сусідніми атомами, причому кути між напрямами зв'язків дорівнюють 120°. В результаті виникає плоска сітка, складена з правильних шестикутників, у вершинах яких розміщені ядра атомів карбону відстань між сусідніми ядрами становить 0,1415 нм. В утворенні зв'язків беруть участь три електрони кожного атома карбону. Четвертий електрон зовнішнього шару займає 2р-орбіталь, яка не бере участі в гібридизації. Такі негібридні електронні хмари атомів карбону орієнтовані перпендикулярно до площини шару і, перекриваючись одна з одною, утворюють делокалізовані -зв'язки. структуру графіту показано на рис. 118. Сусідні шари атомів карбону в кристалі графіту перебувають на досить великій відстані один від одного (0,335 нм); це свідчить про малу міцність зв'язку між атомами карбону, розміщеними в різних шарах. Сусідні шари зв'язані між собою в основному силами Ван дер Ваальса, але частково зв'язок має металічний характер, тобто зумовлений «усуспільненням» електронів усіма атомами кристала 1. Цим пояснюється порівняно висока електропровідність і теплопровідність графіту не тільки в напрямі шарів, а й в перпендикулярному до них напрямі . Розглянута структура графіту зумовлює сильну анізотропію його властивостей. Так, теплопровідність графіту у напрямі площини шарів дорівнює 4,0 Дж/(см • с • К), а в перпендикулярному напрямі становить 0,79 Дж/(см • с • К). Електричний опір графіту в напрямі шарів у 104 раз менший, ніж у перпендикулярному напрямі. Окремі шари атомів у кристалі графіту, зв'язані між собою порівняно слабко, легко відокремлюються один від одного. Цим пояснюється мала механічна міцність графіту. Якщо провести шматком графіту по папері, то дрібнесенькі кристалики графіту, що мають вигляд лусочок, прилипають до паперу, лишаючи на ньому сіру риску. На цьому грунтується застосування графіту для виготовлення олівців. На повітрі графіт не загоряється навіть при сильному розжарюванні, але легко згоряє у чистому кисні, перетворюючись у діоксид карбону. Завдяки своїй електропровідності графіт застосовується для виготовлення електродів. З суміші графіту з глиною роблять вогнетривкі тиглі для плавлення металів. Змішаний з мастилом графіт є чудовим мастильним засобом, оскільки його лусочки, заповнюючи нерівності матеріалу, створюють гладку поверхню, що полегшує ковзання. Графіт застосовують також як уповільнювач нейтронів у ядерних реакторах. Крім природного у промисловості застосовують штучний графіт. Його добувають в основному з кращих сортів кам'яного вугілля. Перетворення відбувається при температурах близько 3000° C в електричних печах без доступу повітря.Графіт термодинамічно стійкий у широкому інтервалі температур і тисків, зокрема за звичайних умов. У зв'язку з цим при розрахунках термодинамічних величин як стандартний стан карбону беруть графіт. Алмаз термодинамічно стійкий лише при високих тисках (вище за 109 Па). Але швидкість перетворення алмазу в графіт стає помітною лише при температурах вище 1000° С; при 1750° C перетворення алмазу в графіт відбувається швидко. «Аморфний» карбон (вугілля). При нагріванні сполук, що містять карбон, без доступу повітря з них виділяється чорна маса, яка називається «аморфним» карбоном або просто вугіллям. Такий карбон складається з дрібнесеньких кристаликів з розупорядкованою структурою графіту. Вугілля розчиняється у багатьох розплавлених металах, наприклад у залізі, нікелі, платині. Густина Вугілля істотно розрізняється своїми властивостями залежно від способу добування і від того, з якої речовини його добуто. Крім того, воно завжди містить домішки, які дуже впливають на його властивості. Найважливіші технічні сорти вугілля такі: кокс, деревне вугілля, кісткове вугілля та сажа. Кокс утворюється при сухій перегонці кам'яного вугілля, його застосовують, головним чином, в металургії у процесі виплавляння металів з руд. Деревне вугілля утворюється при нагріванні дерева без доступу повітря. При цьому вловлюють цінні продукти сухої перегонки — метиловий спирт, оцтову кислоту та ін. (Деревне вугілля застосовують у металургійній промисловості, в ковальській справі). Завдяки пористій будові, деревне вугілля має високу адсорбційну здатність. Особливо добре вбирає гази активоване вугілля. Його застосовують для вбирання пари летких рідин з повітря і газових сумішей, як каталізатор у деяких хімічних виробництвах і в протигазах. Вугілля має здатність адсорбувати не тільки гази, а й розчинені речовини. Цю його властивість відкрив наприкінці XVIII ст. російський академік Т. Є. Ловіц. Кісткове вугілля утворюється за допомогою обвуглювання знежирених кісток. Воно містить від 7 до 11 % карбону, близько 80% фосфату кальцію та інші солі. Кісткове вугілля має дуже велику вбирну здатність, особливо щодо органічних барвників, і застосовується для видалення з розчинів різних барвників. Сажа являє собою найчистіший «аморфний» карбон. У промисловості її добувають термічним розкладанням метану, а також спалюванням при недостатньому доступі повітря смоли, скипидару та інших речовин, багатих на карбон. Сажу застосовують як чорну фарбу (туш, друкарська фарба), а також у виробництві гуми як складову частину гуми. Хімічні властивості карбону. Карбіди. При низьких температурах вугілля, графіт і особливо алмаз інертні. Якщо їх нагрівати, то активність збільшується: вугілля легко сполучається з киснем і є добрим відновником. Найважливіший процес металургії — виплавляння металів з руд здійснюється за допомогою відновлення оксидів металів вугіллям (або оксидом карбону). З киснем карбон утворює діоксид (або двоокис) карбону СО2, який часто також називають вуглекислим газом, і оксид карбону (II), або окис карбону, CO. При дуже високих температурах карбон сполучається з гідрогеном, сульфуром, силіцієм, бором і багатьма металами; карбон вступає в реакції легше, ніж графіт, і тим більше, алмаз. Сполуки карбону з металами та іншими елементами, які є електропозитивними щодо карбону, називаються карбідами. Вони утворюються при прожарюванні з вугіллям металів або їхніх оксидів. Карбіди — кристалічні тіла. Природа хімічного зв'язку у них може бути різна. Так, багато карбідів металів головних підгруп І, II і III груп періодичної системи — це солеподібні сполуки з переважанням іонного зв'язку. До них належать карбіди алюмінію А14С3 і кальцію СаС2. Перший з них можна розглядати як продукт заміщення гідрогену на метал у метані СН4, а другий в ацетилені С2Н2. Справді, при взаємодії карбіду алюмінію з водою утворюється метан: А14С3 + 12Н2О = 4А1 (ОН)3 + ЗСН4|, а при взаємодії з водою карбіду кальцію — ацетилен: СаС2 + 2Н2О = Са (ОН)2 + С2Н2|. У карбідах силіцію SiC і бору В4С зв'язок між атомами ковалентний. Ці речовини характеризуються високою твердістю, тугоплавкістю, хімічною інертністю. Більшість металів побічних підгруп IV—VIII груп періодичної системи утворюють карбіди, зв'язок у яких близький до металічного внаслідок чого ці карбіди де в чому схожі на метали, наприклад, мають значну електропровідність. Вони також мають високу твердість і тугоплавкість; (карбіди цієї групи застосовують у ряді галузей промисловості) Більшість цінних властивостей чавунів і сталей зумовлені наявністю в них карбіду феруму Fе3С. Діоксид карбону. Карбонатна кислота. Діоксид карбону СО2 весь час утворюється в природі при окисленні органічних речовин (гниття рослинних і тваринних залишків, дихання, згоряння палива). У великій кількості СО2 виділяється з вулканічних тріщин і з води мінеральних джерел.У лабораторіях діоксид карбону звичайно добувають, діючи на мармур СаСО3 хлоридною кислотою в апараті Кіппа: СаСО3 + 2НС1 = СаС12 + Н2О + C02 У промисловості велику кількість діоксиду карбону добувають при випалюванні вапна: СаСО3 = СаО + СО2Т. Діоксид карбону за звичайних умов — безбарвний газ, приблизно в 1,5 раза важчий за повітря, завдяки чому його можна переливати як рідину, з однієї посудини в іншу. Маса 1 л СО2 за нормальних умов становить 1,98 г. Розчинність діоксиду карбону у воді невелика: 1 об'єм води при 20° С розчиняє 0,88 об'єму СО2, а при 0° С — 1,7 об'єму. Застосовується діоксид карбону у виробництві соди за аміачнохлоридним способом , для синтезу карбаміду, добування солей карбонатної кислоти, а також газування фруктових і мінеральних вод та інших напоїв. Під тиском близько 0,6 МПа діоксид карбону при кімнатній температурі перетворюється в рідину. Рідкий діоксид карбону зберігають у стальних балонах. При швидкому виливанні його з балона, внаслідок випаровування вбирається так багато теплоти, що СО2 перетворюється на тверду білу снігоподібну масу, яка, не розтоплюючись, сублімується при —78,5° С. Твердий діоксид карбону під назвою «сухий лід» застосовують для охолодження продуктів, що швидко псуються, для виробництва і зберігання морозива, а також у багатьох інших випадках, коли потрібна низька температура. Розчин СО2 у воді має кислуватий смак і виявляє слабкокислу реакцію, зумовлену наявністю в розчині невеликої кількості карбонатної кислоти Н2СО3, що утворюється за такою оборотною реакцією: СО2 + Н2 О = Н2СО3. Отже, діоксид карбону є ангідридом карбонатної кислоти. Рівновага цієї реакції дуже зміщена вліво, тому лише незначна кількість розчиненого СО2 перетворюється на карбонатну кислоту. Карбонатна кислота Н2СО3 може існувати лише у водному розчині. При нагріванні розчину діоксид карбону звітрюється, рівновага реакції утворення Н2СО3 зміщується вліво і врешті-решт лишається чиста вода. Карбонатна кислота дуже слабка. У розчині вона дисоціює, головним чином, на іони Н+ і НСО3 і лише в мізерній кількості утворює іони СОз Н2СО3 = Н++ HCO3- = 2 Н++ CO32- Константа дисоціації карбонатної кислоти у першому ступені, що враховує рівновагу іонів з усією кількістю діоксиду карбону в розчині (у формі Константа дисоціації у другому ступені: Як двохосновна кислота, карбонатна кислота утворює два ряди солей — середні і кислі; середні солі називаються карбонатами, кислі -гідрокарбонатами. Солі карбонатної кислоти можна добути або дією діоксид карбону на луги, або за допомогою обмінних реакцій між розчинними солями карбонатної кислоти та солями інших кислот. Наприклад: NaOH + СО2 = NaHCO3; NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O; ВаС12 + Na2CO3 = BaCO3| + 2NaCl. З слабкими основами карбонатна кислота здебільшого дає основні солі, прикладом яких може бути гідроксокарбонат купруму (СuОН)2СО3. Мінерал такого складу існує в природі і називається малахітом. При дії кислот, навіть таких слабких, як оцтова, всі карбонати розкладаються з виділенням діоксиду карбону. Цією реакцією часто користуються для відкриття карбонатів, оскільки виділення СО2 легко виявити за характерним шипінням. При нагріванні всі карбонати, крім солей лужних металів, розкладаються з виділенням СО2. Продуктами розкладання здебільшого є оксиди відповідних металів, наприклад: MgCO3 = MgO + CO2|; СаСО3 = Са0 + СО2|. Гідрокарбонати лужних металів при нагріванні переходять у карбонати: 2NaHCO3 = Na2CO3 + СО2| + Н2О. Більшість гідрокарбонатів, а також карбонати калію, натрію, рубідію, цезію і амонію розчиняються у воді; карбонати інших металів у воді не розчиняються. Розчини карбонатів лужних металів внаслідок гідролізу мають сильнолужну реакцію: Na2CO3 + Н2О = NaHCO3 + NaOH або CO3 2- + H2O = CO3 - + OH - З солей карбонатної кислоти у природі дуже поширений карбонат кальцію СаСО3. Він зустрічається у вигляді вапняку, крейди, мармуру. Карбонат кальцію у воді не розчиняється. Тому вапняна вода (розчин гідроксиду кальцію) при пропусканні через неї діоксиду карбону стає каламутною: Са (ОН)2 + СО2 = СаСО3| + Н2О. Проте якщо пропускати СО2 через вапняну воду довго, то каламутна спочатку рідина поступово світлішає і, нарешті, стає зовсім прозорою. Розчинення відбувається внаслідок утворення кислої солі — гідрокарбонату кальцію: СаСО3 + Н2О + СО2 = Са (НСО3)2. Гідрокарбонат кальцію — речовина нестійка. При кип'ятінні розчину або тривалому його стоянні на повітрі гідрокарбонат розкладається з виділенням СО2 й утворенням середньої солі.Розчинністю гідрокарбонатів у воді пояснюється постійне пересування карбонатів у природі. Грунтові води, що містять СО2, проходячи крізь грунт і особливо крізь шари вапняку, розчиняють карбонат кальцію і виносять його з собою у вигляді гідрокарбонату в струмки, ріки і моря. Звідти він потрапляє в організми морських тварин і йде на побудову їхніх скелетів або, виділяючи діоксид карбону, знову перетворюється на карбонат кальцію і відкладається у вигляді шарів. Крім карбонату кальцію у природі у великій кількості зустрічається карбонат магнію MgCO3, відомий під назвою магнезиту. Карбонат магнію, як і карбонат кальцію, легко розчиняється у воді, що містить СО2. Деякі карбонати є цінними рудами. їх використовують для добування металів, наприклад, шпатовий залізняк FeCO3, галмей ZnCO3. Карбонат натрію, або сода, Na2CO3. У вигляді кристалогідрату сода відповідає формулі Na2CO3 * 10Н2О. Але цей кристалогідрат легко вивітрюється — втрачає частину кристалізаційної води. Сода один з найважливіших продуктів основної хімічної промисловості, її у великій кількості використовують скляна, миловарна, целюлозно-паперова, текстильна, нафтова та інші галузі промисловості; її також застосовують для добування різних солей натрію. Застосовується сода і в побуті, головним чином як миючий засіб. Тепер соду добувають у промисловості аміачнохлоридним способом, що грунтується на утворенні гідрокарбонату натрію при реакції між хлоридом натрію і гідрокарбонатом амонію у водному розчині. Концентрований розчин хлориду натрію насичують аміаком, а потім пропускають у нього під тиском діоксид карбону, який добувають при випалюванні вапняку. Під час взаємодії аміаку, діоксиду карбону води утворюється гідрокарбонат амонію: NH3 + СО2 + Н2О = NH4HCO3, який, вступаючи в обмінну реакцію з хлоридом натрію, утворює хлорид амонію і гідрокарбонат натрію: NH4HCO3 + NaCl = NaHCO8| + NH4C1. Гідрокарбонат натрію порівняно мало розчиняється в холодній воді і виділяється у вигляді осаду, який відфільтровують. При прожарюванні гідрокарбонат натрію розкладається на карбонат, воду і діоксид карбону, який знову надходить у виробництво: 2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2| + H2O. Нагріваючи розчин, що містить хлорид амонію, з гашеним вапном, виділяють аміак: 2NH4CI + Са (ОН)2 = 2NH3|+ СаС12 + 2Н2О, який також повертається у виробництво. Отже, єдиним відходом виробництва є хлорид кальцію, що лишається у розчині після виділення аміаку і має обмежене застосування. Добутий за аміачнохлоридним способом карбонат натрію не містить кристалізаційної води і називається кальцинованою содою. Карбонат калію, або поташ, К2СО3 — це білий порошок, що розпливається у вологому повітрі і добре розчиняється у воді. Його застосовують для виготовлення мила, тугоплавкого скла, у фотографії. Поташ добувають дією діоксиду карбону на розчин гідроксиду калію, що утворюється під час електролізу розчину хлориду калію: 2КОН + СО2 = К2СО3 + Н2О. Важлива для практичних потреб сполука — карбамід, або сечовина, CO(NH2)2 утворюється при взаємодії діоксиду карбону з аміаком під тиском: СО2 + 2NH3 = CO (NH2)2+ Н2О. Оксид карбону (II). Оксид карбону (II), або окис карбону, CO— безбарвний, отруйний газ, що конденсується в рідину лише при —192° С і твердне при —205° С. У воді оксид карбону розчиняється дуже мало і не вступає з нею в хімічну взаємодію. Шість валентних електронів атомів карбону і кисню розміщуються на трьох зв’язуючих молекулярних орбіталях, утворюючи потрійний зв'язок; цей зв'язок має високу міцність (1076 кДж/моль). Утворення потрійного зв'язку в молекулі CO можна пояснити методом ВЗ. За рахунок двох неспарених електронів, які є у кожному з взаємодіючих атомів виникають два ковалентні зв'язки: Як показує ця схема, одна з орбіталей зовнішнього електронного шару атома карбону лишається незайнятою електронами. Отже цей атом може бути акцептором електронної пари. Атом же кисню зберігає на одній з р-орбіталей неподілену електронну пару і, отже, має електроноподібні властивості. В результаті утворюється ще один ковалентний зв'язок — донорноакцепторний: У молекулі, що утворилася таким способом, кожний з атомів має у зовнішньому шарі вісім електронів. Структуру молекули CO можна подати схемою: С=О. Тут стрілкою показано зв'язок, що утворився за донорноакцепторним способом. Розглянута реакція між карбоном та СО2, що приводить до утворення оксиду карбону, відбувається у дуже великих масштабах у доменному процесі , а також у газогенераторах. У лабораторіях оксид карбону (II) звичайно добувають, добавляючи відбирає від оцтової кислоти воду, виділяючи оксид карбону (ІІ): НСООН = CO| + Н2О. Ця реакція показує, що оксид карбону (II) можна розглядати як ангідрид оцтової кислоти. Хоча оцтову кислоту не можна добути безпосередньо з оксиду карбону (II) і води, її солі утворюються при взаємодії їдких лугів з оксидом карбону при 150—200° С: NaOH + CO = HCOONa.На повітрі оксид карбону горить голубуватим полум'ям з виділенням великої кількості теплоти, перетворюючись в СО2: 2СО + О2 = 2СО2 + 566 кДж. На сонячному світлі або при наявності активованого вугілля (каталізатор) оксид карбону безпосередньо сполучається з хлором, утворюючи дуже отруйний газ — фосген: CO + С12 = СОС12. Фосген — важливий промисловий продукт. Його застосовують для виробництва ряду органічних і неорганічних речовин, наприклад барвників. Оксид карбону (II) сполучається з багатьма металами, утворюючи карбоніли металів, наприклад карбоніл феруму Fe(CO)6, карбоніл нікелю Ni(CO)4. Останні дві речовини — це леткі, дуже отруйні рідини. Більшість карбонілів металів — кристалічні речовини. Найбільше практичне значення мають карбоніли нікелю, кобальту і феруму. їх застосовують для добування металів високої чистоти ,нанесення металічних покриттів; крім того, вони є каталізаторами багатьох важливих хімічних реакцій. Хімічні зв'язки в молекулах карбонілів металів утворені за донорно-акцепторним способом і за рахунок неспарених електронних пар молекули CO та вільних орбіталей збудженого атома металу. Наприклад, у збудженого атома феруму є п'ять незайнятих орбіталей: Тому молекула карбонілу феруму має склад, що відповідає формулі Fe (CO)5. При підвищеній температурі оксид карбону (II) — добрий відновник, що відіграє важливу роль у металургії при відновленні металів з їхніх оксидів. Його використовують також як газоподібне паливо. Крім того, CO є однією з вихідних речовин у виробництві ряду органічних сполук. Оксид карбону дуже отруйний і особливо небезпечний тим, що не має запаху; тому отруєння ним може статися непомітно. Отруйна дія оксиду карбону, відома під назвою чаду, пояснюється тим, що CO легко сполучається з гемоглобіном крові і робить його нездатним переносити кисень від легень до тканин. Якщо вдихати свіже повітря, то утворена сполука (карбоксигемоглобін) поступово руйнується, і гемоглобін відновлює здатність вбирати кисень. Сполуки карбону з сульфуром і нітрогеном. З сполук карбону з сульфуром і нітрогеном велике практичне значення мають сульфід карбону CS2 та ціаністоводнева (синильна) кислота HCN. Сульфід карбону CS2 добувають пропусканням пари сульфуру крізь шар розжареного карбону. Це безбарвна летка рідина, що сильно заломлює світло, кипить при 46° С. При тривалому зберіганні сульфід карбону стає жовтим і набуває неприємного запаху. Сульфід карбону отруйний і легко загоряється. У ньому добре розчиняються сульфур, фосфор, йод, різні жири і смолисті речовини. Ціаністоводнева кислота HCN. При високій температурі, наприклад в електричній дузі, карбон може безпосередньо сполучатися з нітрогеном, утворюючи безбарвний отруйний газ диціан, молекулярна маса якого відповідає формулі C2N2. За своїми хімічними властивостями диціан трохи схожий на галогени. Подібно до них, він утворює сполуку з гідрогеном HCN, що має кислотні властивості і дістала назву ціаністоводневої, або синильної, кислоти. Ціаністоводнева кислота—безбарвна, дуже летка рідина, кипить при 26,7° С і має характерний запах гіркого мигдалю. У водному розчині ціаністоводнева кислота лише незначною мірою дисоціює на іони (К = 8 • 10-10). Ціаністоводнева кислота — сильна отрута, що діє смертельно навіть у мізерних дозах (менше 0,05 г). Солі ціаністоводневої кислоти називаються ціанідами. З них найбільше застосовується ціанід калію. Ціанід калію KCN — безбарвні кристали, що добре розчиняються у воді. Ціанід калію так само отруйний, як і синильна кислота. На повітрі під дією СО2 він досить швидко розкладається, виділяючи синильну кислоту і перетворюючись на карбонат: 2KCN + Н2О + СО2 = К2СО3 + 2HCN. Як сіль дуже слабкої кислоти, ціанід калію у воді гідролізується: CN- + Н2О = HCN + ОН Тому розчин ціаніду калію має лужну реакцію і дуже пахне синильною кислотою. Аналогічні властивості має і ціанід натрію. Ціаніди калію і натрію здатні розчиняти при наявності кисню повітря золото і срібло. На цьому грунтується їх застосування для добування цих металів з руд. Крім того, їх використовують в органічному синтезі, для гальванічного золотіння і сріблення. Паливо і його види. Нафта, природний газ, кам'яне вугілля, а також багато сполук карбону відіграють важливу роль у сучасному житті як джерела добування енергії. При згорянні карбону і сполук, що містять карбон, виділяється теплота, яку використовують для виробничих процесів, опалення, готування їжі. Більша ж частина теплоти перетворюється в інші види енергії і витрачається на виконання механічної роботи. До основних видів палива належать викопне вугілля, торф, дрова, нафта і природний газ. Викопне вугілля використовують безпосередньо для спалювання і для переробки у цінніші види палива — кокс, рідке пальне, газоподібне паливо. Викопне вугілля являє собою залишки стародавнього рослинного світу. Чим старіше вугілля, тим багатше воно на карбон. Розрізняють три головних види викопного вугілля.Антрацит — найдавніше з викопного вугілля. Відзначається великою щільністю і блиском. Містить у середньому 95% карбону. Кам'яне вугілля містить 75—90% карбону. З усіх видів викопного вугілля застосовується найбільше. Буре вугілля містить 65—70% карбону. Має бурий колір. Наймолодше з усіх видів викопного вугілля; часто зберігає сліди структури дерева, з якого воно утворилося. Буре вугілля має велику гігроскопічність і високу зольність (від 7 до 38%), тому його використовують тільки як місцеве паливо і як сировину для хімічної переробки. Зокрема, за допомогою гідрогенізації добувають цінні види рідкого палива — бензин і гас. Торф — продукт першої стадії утворення викопного вугілля. Він відкладається на дні боліт з відмерлих частин болотного моху. Вміст карбону в торфі становить 55—60%. Основний недолік торфу як палива — висока зольність. Його використовують як місцеве паливо. При сухій перегонці торфу добувають деякі цінні хімічні продукти, а також торф'яний кокс, що містить дуже мало сульфуру; це дає змогу застосовувати торф'яний кокс для виплавляння високоякісного чавуну. Дрова займають другорядне місце в загальному балансі палива. Застосування їх у промисловості весь час зменшується. Нафту як паливо широко застосовують з кінця XIX ст., коли було винайдено двигун внутрішнього згоряння, що працює на продуктах переробки нафти. Однак нафта — не лише зручне і висококалорійне паливо, а й надзвичайно важливий вид сировини для виробництва найрізноманітніших хімічних продуктів (синтетичного спирту, миючих засобів, каучукоподібних матеріалів, розчинників тощо). Широко використовують як сировину для хімічної промисловості також попутні гази нафтовидобутку і гази нафтопереробки. Природний газ, що складається з метану та інших насичених вуглеводнів,— дуже дешеве і зручне паливо. Природний газ — чудове паливо і є також надзвичайно цінною, економічно вигідною сировиною для промисловості органічного синтезу. На базі природного газу у нашій країні побудовано ряд нових хімічних заводів; на цей вид сировини переводять також діючі хімічні підприємства. | |
| Переглядів: 749 | |
| Всього коментарів: 0 | |