Урок 24 Получить доступ за 50 баллов Углерод

Углерод как химический элемент

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Углерод – химический элемент IV группы периодической системы химических элементов.

На внешнем электронном слое атома углерода – 4 электрона, 2 спаренных и 2 не спаренных, поэтому углерод проявляет степени окисления

+2, +4 и –4.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Он занимает ячейку номер 6.

Название «углерод» обозначает «рождающий уголь», поскольку природный каменный уголь представляет собой углерод почти на 100 %.

Углерод – один из самых распространённых элементов на Земле (0,3 % по массе). В земной коре он находится как в виде простого вещества, так и в соединениях. 

В природе углерод образует две аллотропные модификации: алмаз и графит.

Алмаз встречается очень редко в виде отдельных кристаллов. 

В России алмазы добывают в Якутии. 

Графит образует залежи каменного угля, бурого угля, сланцев.

Кроме того, углерод является основной составляющей частью горючих полезных ископаемых: торфа, нефти, природного газа.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Углерод содержится в каждой клетке растений и животных. Именно на основе цепочек из атомов углерода построены все вещества, на которых основана жизнь – органические вещества.

 

В виде органических и неорганических соединений он содержится в почвах. 

Из неорганических соединений наиболее распространены карбонаты: 

СаСO3– кальцит, известняк, мел, мрамор

MgCO3– доломит

(CuOH)2СO3– малахит

 

Природные воды содержат гидрокарбонаты Са(НСO3)2и Mg(HCO3)2.

В земной атмосфере находится 0,03% углекислого газа.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Углерод как простое вещество

Наиболее распространённые аллотропные модификации углерода – алмаз и графит – имеют различное строение кристаллической решётки, поэтому они резко различаются по физическим свойствам

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Алмаз имеет атомную кристаллическую решётку. 

Все четыре электрона каждого атома углерода образуют прочные ковалентные связи с четырьмя соседними атомами углерода. 

Расстояние между атомами углерода одинаковое. 

Поэтому алмаз – самое твёрдое вещество, найденное в природе. 

Он не проводит электрический ток, так как в его кристаллической решётке отсутствуют свободные электроны.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Графит – тёмно-серое вещество, жирное на ощупь, с металлическим блеском. 

В отличие от алмаза, в кристаллической решётке графита атомы углерода расположены слоями, состоящими из шестиугольников. 

Три электрона каждого атома углерода образуют прочные ковалентные связи с тремя соседними атомами, а четвёртый электрон остаётся свободным. 

Что интересно, графит, в противоположность алмазу, самое мягкое вещество.

Графит химически очень устойчив и тугоплавок. 

Температура плавления его около 3700 °С – это самое тугоплавкое простое вещество. 

И даже наиболее тугоплавкие сложные вещества представляют собой соединения металлов именно с углеродом.

 

Аллотропные модификации углерода взаимопревращаемы. 

При нагревании без доступа воздуха алмаз превращается в графит. 

При очень высоких давлении и температуре из графита получают алмаз.

В настоящее время ученые получили множество модификаций углерода, представляющие собой различные формы графита: карбин, фуллерен, нанотрубки и некоторые другие. 

Эти формы углерода обладают уникальными свойствами: высокая твёрдость, большая прочность, полупроводниковые свойства и представляют большой интерес для современной техники.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Совсем недавно из графена и нанотрубок учёные получили аэрогель. Это вещество легче воздуха, по твердости близкое к алмазу, способное впитать в себя жидкость по объему в 900 раз больше себя самого.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Природный уголь образовывался в земной коре миллионы лет путём постепенного испарения и вымывания веществ, состоящих из других химических элементов. 

Сейчас уголь получают и искусственно при нагревании углеродсодержаших соединений без доступа воздуха (чтобы предотвратить горение). 

Разложение органических веществ посредством нагревания без доступа воздуха называют сухой перегонкой.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Химические свойства углерода

При обычных условиях углерод во всех модификациях химически не активен, но при повышенной температуре становится активным и реагирует со многими простыми и сложными веществами. 

Даже с самым сильным окислителем – фтором – углерод реагирует только при 900 °C.

 

В химических реакциях он может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства. 

Но восстановительные свойства для него более характерны.

 

Как восстановитель углерод взаимодействует с кислородом и оксидами металлов.

Углерод горит на воздухе с образованием оксида углерода (IV) – углекислого газа:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

При недостатке кислорода образуется оксид углерода (II) – угарный газ СО.

 

Углерод восстанавливает многие металлы из их оксидов, что широко используют в металлургии.

Как окислитель углерод взаимодействует с металлами и водородом. 

С металлами он образует карбиды металлов:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

С водородом образуется метан:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Оксиды углерода

Углерод образует несколько оксидов, два из них: угарный газ СО и углекислый газ СO2 химически устойчивы.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Известен недооксид углерода С3O2– ядовитый газ с удушливым запахом. 

Это вещество в малых количествах образуется во всех биологических процессах. Учёные считают, что полимер этого вещества способен защищать живые клетки от вредного воздействия ядов.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Известны также вещества с формулами

С12O12

С12O9

C5O2.

 

Оксид углерода (II) – угарный газ – бесцветный газ без запаха, легче воздуха, нерастворим в воде.

Это сильный яд!

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Он прочно связывается с гемоглобином крови и кровь перестает доставлять кислород к тканям. 

Угарный газ может образоваться при неполном сгорании топлива, в том числе автомобильного.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

При работе с оксидом углерода (II) необходимо соблюдать особые меры предосторожности. Например, нельзя долго находиться в закрытом гараже с автомобилем при включенном двигателе.

 

Угарному газу не соответствует никакая кислота, и он не образует солей.

Поскольку для углерода наиболее характерна степень окисления +4, оксид углерода (II) является восстановителем. 

Он горит голубоватым пламенем, окисляясь до углекислого газа CO2.

Углекислый газ CO2– оксид углерода (IV). 

Он образуется при горении угля в избытке кислорода, а также при термическом разложении карбонатов. 

Это бесцветный газ без запаха. 

Он хорошо растворим в воде, на этом основано его применение в изготовлении напитков.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

При растворении в воде он реагирует с ней, образуя очень слабую угольную кислоту H2CO3, которая существует только в виде солей (карбонатов) или в виде водного раствора углекислого газа.

При обычной температуре и высоком давлении углекислый газ сжижается. 

При его испарении поглощается очень много теплоты и часть его превращается в снегообразную массу – «сухой лёд».

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Сухой лёд применяют для хранения скоропортящихся продуктов. 

Назван он так из-за того, что не плавится, а возгоняется, то есть сразу переходит в газообразное состояние. 

Углекислый газ не горит и не поддерживает горение, поэтому его используют для тушения пожаров.

Углекислый газ – типичный кислотный оксид: взаимодействует с щелочами и основными оксидами.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Карбонаты щелочных металлов хорошо растворимы в воде и термически устойчивы.

Карбонаты всех остальных металлов нерастворимы в воде и при нагревании разлагаются.

 

Из карбонатов наиболее широко применяют кристаллическую соду Na2CO3x10Н2О, кальцинированную соду Na2CO3– в стекольной и целлюлозно-бумажной промышленности.

Питьевая сода – это гидрокарбонат натрия NaHCO3.

Карбонат калия (поташ) – К2СO3– используют для получения мыла, при изготовлении тугоплавкого стекла. 

Карбонат кальция – CaCO3– известен как известняк, мел и мрамор.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Применение углерода

Алмазы из-за своей твёрдости применяют для изготовления наконечников инструментов. 

Излишне будет упомянуть, что шлифованные алмазы (бриллианты) очень высоко ценятся в ювелирном деле.

Электропроводность графита используют для изготовления электродов, которые дешевле металлических. Кроме того, графит используют для изготовления технической смазки.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Уголь различается по своим свойствам в зависимости от природного месторождения и способа обработки. 

Важнейшие технические сорта угля: кокс, сажа, древесный уголь.

Кокс получают сухой перегонкой природного каменного угля и применяют в качестве восстановителя в металлургии.

Сажа (копоть) образуется при неполном сгорании многих органических веществ. 

Её применяют для приготовления чёрной краски. 

Добавка сажи к резине повышает прочность автопокрышек и увеличивает срок их службы.

Древесный уголь получают сухой перегонкой древесины. 

Благодаря пористой поверхности древесный уголь обладает способностью поглощать газы и растворённые вещества.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Для увеличения поглотительной способности  древесный уголь обрабатывают водяным паром. 

Полученный таким способом уголь называют активированным. 

Активированный уголь хорошо поглощает различные газы и растворённые вещества, поэтому его применяют в различных областях техники для очистки. 

Русский химик Зелинский использовал активированный уголь в противогазах, чем спас тысячи жизней в период Первой мировой войны.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В бесплатной версии урока недоступны:

  • Видео
  • Изображения
  • Дополнительная информация
  • Таблицы
  • Тесты
Получить доступ