Karbon típus A betegek körében a karbon típus a leggyakoribb, ami nem véletlen. A szén a szerves élet központi eleme, és az összes anyagot szerves és szervetlen anyagokra osztják, attól függően, hogy összetételükben van-e szén.

2. A szén elektrokémiája

2. A szén elektrokémiája Jelenleg a szenet grafit formájú réteges szerkezete miatt széles körben használják grafit intersticiális vegyületek szintézisére, amely viszont lítium áramforrásban (akkumulátorban) talált alkalmazásra. tudomány,

Kémiai tulajdonságok: Normál hőmérsékleten a szén kémiailag inert, kellően magas hőmérsékleten sok elemmel kombinálódik, és erős redukáló tulajdonságokat mutat. A szén különböző formáinak kémiai aktivitása a következő sorrendben csökken: amorf szén, grafit, gyémánt a levegőben 300-500 °C, 600-700 °C és 850-1000 °C feletti hőmérsékleten meggyullad. Oxidációs állapot +4; (pl. CO 2), -4 (például CH 4), ritkán +2 (CO, fémkarbonilok), +3 (C 2 N 2); elektronaffinitás 1,27 eV; Az ionizációs energia a C 0-ból C 4+-ba történő szekvenciális átmenet során 11,2604, 24,383, 47,871 és 64,19 eV.

A leghíresebb három szén-oxid:

1) Szén-monoxid CO(színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Tűzveszélyes. Az ún. „szén-monoxid-szag” tulajdonképpen a szerves szennyeződések szaga.)

2) Szén-dioxid CO 2 (Nem mérgező, de nem támogatja a légzést. Magas koncentráció a levegőben fulladást okoz. A szén-dioxid hiánya is veszélyes. Az állati szervezetben lévő szén-dioxidnak élettani jelentősége is van, például részt vesz az értónus szabályozásában)

3) Szén-dioxid C 3 O 2 (Színes, szúrós, fullasztó szagú mérgező gáz, amely normál körülmények között könnyen polimerizálódik, és vízben oldhatatlan, sárga, vörös vagy lila színű terméket képez.)

Vegyületek nem fémekkel saját nevük van - metán, tetrafluor-metán.

Termékek égő szén oxigénben CO és CO 2 (szén-monoxid, illetve szén-dioxid). Is ismert, hogy instabil aluloxid szén C 3 O 2 (olvadáspont –111 °C, forráspont 7 °C) és néhány más oxid (például C 12 O 9, C 5 O 2, C 12 O 12). A grafit és az amorf szén reakcióba lép hidrogénnel 1200 °C hőmérsékleten, fluoriddal 900 °C-on.

A szén-dioxid reagál vízzel, gyenge szénsavat képezve - H 2 CO 3, amely sókat - karbonátokat képez. A Földön legelterjedtebbek a kalcium-karbonátok (ásványi formák - kréta, márvány, kalcit, mészkő stb.) és a magnézium

43 Kérdés. Szilícium

Szilícium (Si) – periódusos fő alcsoport 3. periódusában, IV csoportjában áll. rendszerek.

Phys. szentek: A szilícium két változatban létezik: amorf és kristályos. Az amorf szilícium fémolvadékban oldott barna por. Kristályos. A szilícium sötétszürke, acélos fényű, kemény és törékeny kristály. A szilícium három izotópból áll.

Chem. szentek: elektronikus konfiguráció: 1s 2 2s 2 2p 6 3 s 2 3p 2 . A szilícium nem fém. A külső energiáról. Az ur-nem-szilícium 4 e-vel rendelkezik, ami meghatározza az oxidációs állapotát: +4, -4, -2. Valencia – 2.4 Az amorf szilícium nagyobb reakciókészséggel rendelkezik, mint a kristályos szilícium. Normál körülmények között kölcsönhatásba lép a fluorral: Si + 2F 2 = SiF 4.

A szilícium csak salétromsav és hidrogén-fluorid keverékével lép reakcióba:

Másként viselkedik a fémekkel kapcsolatban: olvadt Zn-ben, Al-ban, Sn-ben, Pb-ben jól oldódik, de nem lép reakcióba velük; A szilícium kölcsönhatásba lép más fémolvadékokkal - Mg-vel, Cu-val, Fe-vel - szilicideket képezve: Si + 2Mg = Mg2Si. A szilícium oxigénben ég: Si + O2 = SiO2 (homok).

Nyugta: Ingyenes szilíciumot finom fehér homok magnéziummal való égetésével lehetett előállítani, amely a vegyi anyagok szerint összetétele szinte tiszta szilícium-oxid, SiO2+2Mg=2MgO+Si.

Szilícium(II)-oxidSiO- gyantaszerű amorf anyag, normál körülmények között oxigénnel szemben ellenálló. Nem sóképző oxidokra utal. A SiO a természetben nem fordul elő. Gáznemű szilícium-monoxidot fedeztek fel a csillagközi közeg gáz- és porfelhőiben, valamint napfoltokon. Nyugta: A szilícium-monoxidot úgy lehet előállítani, hogy a szilíciumot oxigénhiányban 2Si + O 2 hét → 2SiO hőmérsékleten melegítjük. Ha oxigénfeleslegben hevítjük, szilícium(IV)-oxid SiO2 képződik: Si + O 2 g → SiO 2 .

SiO akkor is keletkezik, amikor a SiO2 szilícium redukálódik magas hőmérsékleten: SiO 2 + Si → 2SiO.

Szilícium-oxid (IV)SiO2 - színtelen kristályok, nagy keménységű és szilárdságú. Szentek: A sav csoportba tartozik. oxidok Hevítéskor kölcsönhatásba lép az alappal. oxidok és lúgok P a hidrogén-fluorid csoportban található, az üvegképző oxidok csoportjába tartozik. hajlamos a túlhűtött olvadék kialakulására – az egyik legjobb dielektrikum (nem vezet elektromosságot).

A nitrid bináris szervetlen anyag. kémiai vegyület, amely szilícium és nitrogén Si 3 N 4 vegyülete. Szentek: A szilícium-nitrid jó mechanikai és fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Szent te. A szilícium-nitrid kötésnek köszönhetően. a szilícium-karbid, perikláz, forszterit stb. alapú tűzálló anyagok teljesítményi tulajdonságai javulnak A nitrid kötőanyag alapú tűzálló anyagok magas hő- és kopásállósággal rendelkeznek, kiválóan ellenállnak a repedésnek, valamint a vegyületek, lúgok, agresszív olvadékok hatásának. és fémgőzök .

Szilícium(IV)-klorid-tetraklorid szilícium - színtelen anyag, vegyi anyag. macska képlet SiCl 4. Szerves szilícium előállításához használják. kapcsolatok; füstszűrők készítésére használják. Műszaki A szilícium-tetrakloridot etil-szilikátok és aerosil előállítására szánják.

Szilícium-karbid- bináris szervetlen chem. szilícium és szén SiC vegyülete. A természetben egy rendkívül ritka ásvány - moissanit - formájában fordul elő.

Szilícium-dioxid vagy szilícium-dioxid– stabil kapcsolat Si, a természetben széles körben elterjedt. Lúgokkal és bázikus oxidokkal összeolvasztva reagál, kovasavsókat - szilikátokat képezve. Nyugta: az iparban a szilíciumot tiszta formájában a szilícium-dioxid koksszal történő redukálásával nyerik elektromos kemencékben: SiO 2 + 2C = Si + 2CO 2.

A laboratóriumban a szilíciumot fehér homok magnéziummal vagy alumíniummal történő kalcinálásával nyerik:

SiO 2 + 2Mg = 2MgO + Si.

3SiO 2 + 4Al = Al 2 O 3 + 3Si.

A szilícium a következőket alkotja: H 2 SiO 3 – meta-szilíciumsav; H 2 Si 2 O 5 - kétfém szilícium.

Megtalálás a természetben: kvarc ásvány – SiO2. A kvarckristályok hatszögletű prizma alakúak, színtelenek és átlátszóak, amelyet hegyikristálynak neveznek. Az ametiszt lila színű hegyikristály, szennyeződésekkel; a füstös topáz barnás színű; achát és jáspis – kristályos. kvarc fajtái. Az amorf szilícium-dioxid kevésbé elterjedt, és opál ásványként létezik. A kovaföld, a tripoli vagy a szilíciumföld az amorf szilícium földes formái. szilícium képlet - n SiO2?m H2O. A természetben főleg sók formájában, szabadon fordul elő. Kevés formát azonosítottak, például HSiO (ortoszilícium) és H 2 SiO 3 (szilícium vagy metaszilícium).

A kovasav előállítása:

1) szilikátok kölcsönhatása lúggal. fémek vegyületekkel: Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 + 2NaCl;

2) kovakő anyag. termikusan instabil: H 2 SiO 3 = H 2 O + SiO 2.

A H 2 SiO 3 túltelített oldatokat képez, amelyekben A polimerizáció eredményeként kolloidokat képez. Stabilizátorok segítségével stabil kolloidokat (szolokat) lehet előállítani. A gyártásban használják őket. Stabilizátorok nélkül a szilíciumoldatból gél képződik szárítás után, szilikagélt kaphat (adszorbensként);

Szilikátok- szilícium sók. A szilikátok gyakoriak a természetben, a földkéreg többnyire szilícium-dioxidból és szilikátokból áll (földpát, csillám, agyag, talkum stb.). A gránit, a bazalt és más kőzetek szilikátokat tartalmaznak. A smaragd, a topáz, az akvamarin szilikát kristályok. Csak a nátrium- és kálium-szilikátok oldódnak, a többi oldhatatlan. A szilikátok összetettek. chem. összetett: Kaolin Al 2 O 3 ; 2SiO 2 ; 2H 2 O vagy H 4 Al 2 SiO 9 .

azbeszt CaO; 3MgO; 4SiO 2 vagy CaMgSi 4 O 12 .

Nyugta: szilícium-oxid fúziója lúgokkal vagy karbonátokkal.

Oldható üveg- nátrium- és kálium-szilikátok. Folyékony üveg– aq. kálium- és nátrium-szilikát oldatok. A használata saválló cement és beton, kerozinálló vakolatok, tűzgátló festékek gyártásához. Alumínium-szilikátok- alumíniumot tartalmazó szilikátok ( földpát, csillám). Földpátok A szilícium- és alumínium-oxidokon kívül kálium-, nátrium- és kalcium-oxidokból állnak. Csillámpala A szilícium és az alumínium mellett hidrogént, nátriumot vagy káliumot, ritkábban kalciumot, magnéziumot és vasat is tartalmaznak. Gránit és gneisz (sziklák)– ösz. kvarcból, földpátból és csillámból. Kürt. A Föld felszínén található kőzetek és ásványok kölcsönhatásba lépnek a vízzel és a levegővel, ami változásukat és pusztulásukat okozza. Ezt a folyamatot ún. mállás.

Alkalmazás: szilikát kőzetek (gránit) felhasználása. építőanyagként, szilikátok - alapanyagként cement, üveg, kerámia, töltőanyag gyártásánál; csillám és azbeszt - elektromos és hőszigetelésként.

Fizikai tulajdonságok: a szén számos allotróp módosulatot képez: gyémánt- az egyik legkeményebb anyag grafit, szén, korom.

Egy szénatomnak 6 elektronja van: 1s 2 2s 2 2p 2 . Az utolsó két elektron külön p-pályán helyezkedik el, és nincsenek párosítva. Elvileg ez a pár elfoglalhatná ugyanazt a pályát, de ebben az esetben az elektronok közötti taszítás jelentősen megnő. Emiatt az egyik 2p x, a másik pedig vagy 2p y , vagy 2p z pályák.

A külső réteg s- és p-alszintjének energiájában kicsi a különbség, így az atom meglehetősen könnyen gerjesztett állapotba kerül, amelyben a 2s pályáról a két elektron közül az egyik átmegy egy szabadba. 2 dörzsölje. Valenciaállapot jelenik meg a következő konfigurációval: 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Pontosan ez a szénatom állapota, amely a gyémántrácsra jellemző – a hibrid pályák tetraéderes térbeli elrendezése, azonos kötéshossz és energia.

Ezt a jelenséget köztudottan ún sp 3 -hibridizáció, a kialakuló függvények pedig sp 3 -hibridek . Négy sp 3 kötés kialakulása háromnál stabilabb állapotot biztosít a szénatomnak r-r-és egy s-s-kapcsolat. Az sp 3 hibridizáció mellett sp 2 és sp hibridizáció is megfigyelhető a szénatomon . Az első esetben kölcsönös átfedés következik be s-és két p-pálya. Három egyenértékű sp 2 hibrid pálya keletkezik, amelyek ugyanabban a síkban helyezkednek el, egymással 120°-os szöget bezárva. A harmadik p pálya változatlan, és a síkra merőleges sp2.

Az sp hibridizáció során az s és p pályák átfedik egymást. A kialakuló két ekvivalens hibridpálya között 180°-os szög alakul ki, miközben az egyes atomok két p-pályája változatlan marad.

A szén allotrópiája. Gyémánt és grafit

A grafitkristályban a szénatomok párhuzamos síkban helyezkednek el, szabályos hatszögek csúcsait foglalva el. Mindegyik szénatom három szomszédos sp 2 hibrid kötéshez kapcsolódik. A párhuzamos síkok közötti kapcsolat van der Waals erők hatására jön létre. Az egyes atomok szabad p-pályái merőlegesek a kovalens kötések síkjaira. Átfedésük magyarázza a szénatomok közötti további π kötést. Így től Az anyag tulajdonságait az a vegyértékállapot határozza meg, amelyben az anyag szénatomjai találhatók.

A szén kémiai tulajdonságai

A legjellemzőbb oxidációs állapotok: +4, +2.

Alacsony hőmérsékleten a szén inert, de hevítve aktivitása megnő.

Szén, mint redukálószer:

- oxigénnel
C 0 + O 2 – t° = CO 2 szén-dioxid
oxigénhiány esetén - tökéletlen égés:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O szén-monoxid

- fluorral
C + 2F 2 = CF 4

- vízgőzzel
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 vízgáz

- fémoxidokkal. Így olvasztják ki a fémet az ércből.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- savakkal - oxidálószerekkel:
C 0 + 2H 2 SO 4 (tömény) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (tömény) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- kénnel szén-diszulfidot képez:
C + 2S 2 = CS 2.

Szén, mint oxidálószer:

- egyes fémekkel karbidokat képez

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- hidrogénnel - metánnal (valamint rengeteg szerves vegyülettel)

C0 + 2H2 = CH4

— szilíciummal karborundumot képez (2000 °C-on elektromos kemencében):

A szén megtalálása a természetben

A szabad szén gyémánt és grafit formájában fordul elő. Vegyületek formájában a szén ásványi anyagokban található: kréta, márvány, mészkő - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 *CaCO 3; szénhidrogének - Mg(HCO 3) 2 és Ca(HCO 3) 2, a CO 2 a levegő része; A szén a természetes szerves vegyületek - gáz, olaj, szén, tőzeg - fő összetevője, és része az élő szervezeteket alkotó szerves anyagoknak, fehérjéknek, zsíroknak, szénhidrátoknak és aminosavaknak.

Szervetlen szénvegyületek

Sem C 4+, sem C 4- ion nem keletkezik hagyományos kémiai folyamatok során: a szénvegyületek különböző polaritású kovalens kötéseket tartalmaznak.

Szén-monoxid CO

Szén-monoxid; színtelen, szagtalan, vízben gyengén oldódik, szerves oldószerekben oldódik, mérgező, forráspont = -192°C; t pl. = -205 °C.

Nyugta
1) Az iparban (gázgenerátorokban):
C + O 2 = CO 2

2) Laboratóriumban - hangya- vagy oxálsav hőbontása H 2 SO 4 (tömény) jelenlétében:
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Kémiai tulajdonságok

Normál körülmények között a CO közömbös; melegítéskor - redukálószer; nem sóképző oxid.

1) oxigénnel

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) fém-oxidokkal

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) klórral (fényben)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (foszgén)

4) reagál alkáli olvadékokkal (nyomás alatt)

CO + NaOH = HCOONa (nátrium-formiát)

5) átmeneti fémekkel karbonilokat képez

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Szén-monoxid (IV) CO2

Szén-dioxid, színtelen, szagtalan, vízben oldódik - 0,9 V CO 2 oldódik 1 V H 2 O-ban (normál körülmények között); nehezebb a levegőnél; t°pl = -78,5°C (a szilárd CO 2-t „szárazjégnek” nevezzük); nem támogatja az égést.

Nyugta

1. A szénsavsók (karbonátok) hőbomlása. Mészkő égetés:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. Erős savak hatása karbonátokra és bikarbonátokra:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

KémiaitulajdonságaitCO2
Savas oxid: Reagál bázikus oxidokkal és bázisokkal, szénsavsókat képezve

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Magasabb hőmérsékleten oxidáló tulajdonságokat mutathat

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Minőségi reakció

A mészvíz zavarossága:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (fehér csapadék) + H 2 O

Megszűnik, ha hosszú ideig CO 2 -t vezetnek át meszes vízen, mert Az oldhatatlan kalcium-karbonát oldható bikarbonáttá alakul:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2

A szénsav és annaksó

H 2CO 3 - Gyenge sav, csak vizes oldatban létezik:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Kétbázisú:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Savas sók - bikarbonátok, bikarbonátok
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Közepes sók - karbonátok

A savak minden tulajdonsága jellemző.

A karbonátok és a bikarbonátok átalakulhatnak egymásba:

2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

A fém-karbonátok (az alkálifémek kivételével) hevítéskor dekarboxilálódnak, és oxidot képeznek:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Minőségi reakció- „forralás” erős sav hatására:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

Karbidok

Kalcium-karbid:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.

Acetilén szabadul fel, amikor cink, kadmium, lantán és cérium-karbid reagál a vízzel:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La(OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C és Al 4 C 3 vízzel bomlik metánná:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 = 3 CH 4.

A technológiában titán-karbidokat TiC, w 2 C volfrámot (keményötvözetek), szilícium SiC-ot (karborundum - csiszolóanyagként és fűtőtestek anyagaként) használnak.

Cianid

szóda hevítésével ammónia és szén-monoxid atmoszférában nyerik:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

A hidrogén-cianid-HCN a vegyipar fontos terméke, és széles körben használják a szerves szintézisben. Globális termelése eléri az évi 200 ezer tonnát. A cianid-anion elektronszerkezete hasonló a szén-monoxidéhoz (II), ezeket izoelektronikusnak nevezzük:

C = O: [:C = N:] –

Az aranybányászatban cianidokat (0,1-0,2%-os vizes oldat) használnak:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

A cianid kénnel való forralásakor vagy szilárd anyagok olvasztásakor keletkeznek tiocianátok:
KCN + S = KSCN.

Ha alacsony aktivitású fémek cianidjait hevítjük, cianidot kapunk: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. A cianid oldatok oxidálódnak cianátok:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

A ciánsav két formában létezik:

H-N=C=O; H-O-C = N:

Friedrich Wöhler (1800-1882) 1828-ban ammónium-cianátból karbamidot nyert: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 vizes oldat bepárlásával.

Ezt az eseményt általában a szintetikus kémia győzelmének tekintik a "vitalisztikus elmélet" felett.

Van egy ciánsav izomerje - robbanásveszélyes sav

H-O-N=C.
Sóit (Hg(ONC) 2 higany-fulminát) ütvegyújtókban használják.

Szintézis karbamid(karbamid):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. 130 0 C-on és 100 atm.

A karbamid egy szénsavamid.

Karbonátok

A legfontosabb szervetlen szénvegyületek a szénsav sói (karbonátok). A H 2CO 3 gyenge sav (K 1 = 1,3 10 -4; K 2 = 5 10 -11). Karbonát puffertartók szén-dioxid egyensúly a légkörben. A világ óceánjainak óriási pufferkapacitása van, mert nyitott rendszerről van szó. A fő pufferreakció a szénsav disszociációja során kialakuló egyensúly:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Amikor a savasság csökken, a szén-dioxid további abszorpciója következik be a légkörből sav képződésével:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

A savasság növekedésével a karbonátos kőzetek (az óceánban lévő kagylók, kréta és mészkő üledékek) feloldódnak; ez kompenzálja a szénhidrogén-ionok elvesztését:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (szilárd) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

A szilárd karbonátok oldható bikarbonátokká alakulnak. Ez a felesleges szén-dioxid kémiai feloldásának folyamata ellensúlyozza az „üvegházhatást” - a Föld hősugárzásának szén-dioxid általi elnyelése következtében fellépő globális felmelegedést. A világ szódatermelésének (nátrium-karbonát Na 2 CO 3) körülbelül egyharmadát üveggyártásban használják fel.

A szén számos allotróp módosulat kialakítására képes. Ezek a gyémánt (a leginert allotróp módosulat), a grafit, a fullerén és a karbin.

A szén és a korom amorf szén. A szénnek ebben az állapotban nincs rendezett szerkezete, és valójában grafitrétegek apró töredékeiből áll. A forró vízgőzzel kezelt amorf szenet aktív szénnek nevezik. 1 gramm aktív szén a sok pórus jelenléte miatt több mint háromszáz négyzetméter teljes felülettel rendelkezik! Különböző anyagok felszívó képessége miatt az aktív szenet széles körben használják szűrőtöltőként, valamint enteroszorbensként különféle mérgezések esetén.

Kémiai szempontból az amorf szén a legaktívabb formája, a grafit mérsékelt aktivitást mutat, a gyémánt pedig rendkívül inert anyag. Emiatt a szén alább tárgyalt kémiai tulajdonságait elsősorban az amorf szénnek kell tulajdonítani.

A szén tulajdonságainak csökkentése

Redukálószerként a szén nemfémekkel, például oxigénnel, halogénekkel és kénnel reagál.

A szénégetés során fellépő oxigéntöbblettől vagy -hiánytól függően szén-monoxid CO vagy szén-dioxid CO 2 képződése lehetséges:

Amikor a szén fluorral reagál, szén-tetrafluorid képződik:

Ha a szenet kénnel hevítik, szén-diszulfid CS 2 képződik:

A szén az alumínium után képes redukálni a fémeket az oxidjaikból. Például:

A szén az aktív fémek oxidjaival is reagál, de ebben az esetben általában nem a fém redukciója figyelhető meg, hanem a karbid képződése:

A szén kölcsönhatása nemfém-oxidokkal

A szén a szén-dioxiddal CO 2 együtt arányos reakcióba lép:

Ipari szempontból az egyik legfontosabb folyamat az ún gőzszén átalakítás. Az eljárást úgy hajtják végre, hogy forró szénen vízgőzt vezetnek át. A következő reakció lép fel:

Magas hőmérsékleten a szén még olyan inert vegyületet is képes redukálni, mint a szilícium-dioxid. Ebben az esetben a körülményektől függően szilícium vagy szilícium-karbid képződése lehetséges ( karborundum):

Ezenkívül a szén, mint redukálószer, reakcióba lép oxidáló savakkal, különösen tömény kénsavval és salétromsavval:

A szén oxidatív tulajdonságai

A szén kémiai elem nem erősen elektronegatív, így az általa alkotott egyszerű anyagok ritkán mutatnak oxidáló tulajdonságokat más nemfémekkel szemben.

Az ilyen reakciókra példa az amorf szén kölcsönhatása hidrogénnel, ha katalizátor jelenlétében hevítik:

és szilíciummal is 1200-1300 o C hőmérsékleten:

A szén a fémekhez képest oxidáló tulajdonságokat mutat. A szén képes reagálni aktív fémekkel és néhány közepes aktivitású fémmel. Melegítéskor reakciók lépnek fel:

A szilícium kémiai tulajdonságai

A szilícium a szénhez hasonlóan kristályos és amorf állapotban is létezhet, és a szénhez hasonlóan az amorf szilícium kémiailag lényegesen aktívabb, mint a kristályos szilícium.

Néha az amorf és kristályos szilíciumot allotróp módosításoknak nevezik, ami szigorúan véve nem teljesen igaz. Az amorf szilícium lényegében apró kristályos szilícium részecskék konglomerátuma, amelyek egymáshoz képest véletlenszerűen helyezkednek el.

A szilícium kölcsönhatása egyszerű anyagokkal

nem fémek

Normál körülmények között a szilícium tehetetlensége miatt csak fluorral reagál:

A szilícium csak hevítés közben lép reakcióba klórral, brómmal és jóddal. Jellemző, hogy a halogén aktivitásától függően ennek megfelelően eltérő hőmérséklet szükséges:

Tehát klórral a reakció 340-420 o C-on megy végbe:

Brómmal – 620-700 o C:

Jóddal – 750-810 o C:

A szilícium reakciója oxigénnel megtörténik, de nagyon erős melegítést igényel (1200-1300 o C), mivel az erős oxidfilm megnehezíti a kölcsönhatást:

1200-1500 o C hőmérsékleten a szilícium lassan kölcsönhatásba lép a szénnel grafit formájában, és karborundum SiC-t képez, amely a gyémánthoz hasonló atomi kristályrácsú és majdnem olyan erős, mint az:

A szilícium nem lép reakcióba hidrogénnel.

fémek

Alacsony elektronegativitása miatt a szilícium csak fémekkel szemben képes oxidáló tulajdonságokat mutatni. A fémek közül a szilícium reagál aktív (alkáli és alkáliföldfém) fémekkel, valamint sok közepes aktivitású fémmel. A kölcsönhatás eredményeként szilicidek képződnek:

A szilícium kölcsönhatása összetett anyagokkal

A szilícium még forralva sem lép reakcióba vízzel, azonban az amorf szilícium kölcsönhatásba lép a túlhevített vízgőzzel, körülbelül 400-500 o C hőmérsékleten. Ilyenkor hidrogén és szilícium-dioxid keletkezik:

Az összes sav közül a szilícium (amorf állapotban) csak tömény hidrogén-fluoriddal reagál:

A szilícium koncentrált lúgos oldatokban oldódik. A reakciót hidrogén felszabadulása kíséri.

"Nikiforovskaya 1. számú középiskola" önkormányzati oktatási intézmény

Szén és fő szervetlen vegyületei

Esszé

Elkészítette: 9B osztályos tanuló

Sidorov Sándor

Tanár: Sakharova L.N.

Dmitrievka 2009

Bevezetés

I. fejezet Minden a szénről

1.1. Szén a természetben

1.2. A szén allotróp módosulatai

1.3. A szén kémiai tulajdonságai

1.4. A szén alkalmazása

fejezet II. Szervetlen szénvegyületek

Következtetés

Irodalom

Bevezetés

A szén (lat. Carboneum) C Mengyelejev periódusos rendszerének IV. csoportjába tartozó kémiai elem: 6-os rendszám, 12.011(1) atomtömeg. Tekintsük a szénatom szerkezetét. A szénatom külső energiaszintje négy elektront tartalmaz. Ábrázoljuk grafikusan:

A szén ősidők óta ismert, és ennek az elemnek a felfedezőjének neve ismeretlen.

A 17. század végén. Averani és Tardgioni firenzei tudósok megpróbáltak több kis gyémántot egy nagy gyémánttá olvasztani, és napfény segítségével égő üveggel hevítették őket. A gyémántok eltűntek, égve a levegőben. 1772-ben A. Lavoisier francia kémikus kimutatta, hogy a gyémántok égésekor CO 2 képződik. S. Tennant angol tudós csak 1797-ben bizonyította a grafit és a szén természetének azonosságát. Egyenlő mennyiségű szén és gyémánt elégetése után a szén-monoxid (IV) térfogata azonosnak bizonyult.

A szénvegyületek sokfélesége, amelyet az atomjainak egymással és más elemek atomjaival való különböző módon történő egyesülési képességével magyaráz, meghatározza a szén különleges helyzetét az egyéb elemek között.

Fejezet én . Minden a szénről

1.1. Szén a természetben

A szén megtalálható a természetben, szabad állapotban és vegyületek formájában is.

A szabad szén gyémánt, grafit és karbin formájában fordul elő.

A gyémántok nagyon ritkák. A legnagyobb ismert gyémántot, a Cullinant 1905-ben találták Dél-Afrikában, súlya 621,2 g, mérete pedig 10 x 6,5 x 5 cm. .

A gyémánt nevét a görögről kapta. "adamas" - legyőzhetetlen, elpusztíthatatlan. A legjelentősebb gyémántlelőhelyek Dél-Afrikában, Brazíliában és Jakutföldön találhatók.

Nagy grafitlelőhelyek találhatók Németországban, Srí Lankán, Szibériában és Altajban.

A főbb széntartalmú ásványok: magnezit MgCO 3, kalcit (mészparázs, mészkő, márvány, kréta) CaCO 3, dolomit CaMg(CO 3) 2 stb.

Valamennyi fosszilis tüzelőanyag – olaj, gáz, tőzeg, szén és barnaszén, agyagpala – szén alapú. Egyes, akár 99% C-t tartalmazó fosszilis szén összetétele közel áll a szénhez.

A szén a földkéreg 0,1%-át teszi ki.

Szén-monoxid (IV) CO 2 formájában a szén a légkörbe kerül. A hidroszférában nagy mennyiségű CO 2 oldódik fel.

1.2. A szén allotróp módosulatai

Az elemi szén három allotróp módosulatot alkot: gyémánt, grafit, karabély.

1. A gyémánt színtelen, átlátszó kristályos anyag, amely rendkívül erősen töri meg a fénysugarakat. A gyémánt szénatomjai sp 3 hibridizációs állapotban vannak. Gerjesztett állapotban a szénatomokban lévő vegyértékelektronok párosodnak, és négy párosítatlan elektron keletkezik. Amikor kémiai kötések jönnek létre, az elektronfelhők ugyanolyan hosszúkás alakot kapnak, és úgy helyezkednek el a térben, hogy tengelyeik a tetraéder csúcsai felé irányulnak. Amikor ezeknek a felhőknek a teteje átfedésben van más szénatomokból álló felhőkkel, kovalens kötések 109°28" szögben jönnek létre, és a gyémántra jellemző atomi kristályrács képződik.

A gyémántban lévő minden szénatomot négy másik vesz körül, amelyek tőle a tetraéderek középpontjától a csúcsok felé haladva helyezkednek el. A tetraéderben az atomok közötti távolság 0,154 nm. Minden kapcsolat erőssége azonos. Így a gyémántban lévő atomok nagyon szorosan vannak „csomagolva”. 20°C-on a gyémánt sűrűsége 3,515 g/cm 3 . Ez magyarázza kivételes keménységét. A gyémánt rossz elektromos vezető.

1961-ben a Szovjetunió megkezdte a szintetikus gyémántok ipari gyártását grafitból.

A gyémántok ipari szintézise több ezer MPa nyomást és 1500 és 3000°C közötti hőmérsékletet használ. Az eljárást katalizátorok jelenlétében hajtják végre, amelyek lehetnek bizonyos fémek, például Ni. A képződött gyémántok nagy része apró kristályok és gyémántpor.

Ha 1000 °C feletti levegőhöz nem jutunk, a gyémánt grafittá alakul. 1750°C-on a gyémánt gyorsan grafittá alakul.

Gyémánt szerkezet

2. A grafit szürkésfekete kristályos anyag, fémes fényű, tapintásra zsíros, keménysége még a papírnál is gyengébb.

A grafitkristályokban lévő szénatomok sp 2 hibridizációs állapotban vannak: mindegyik három kovalens σ kötést képez a szomszédos atomokkal. A kötési irányok közötti szögek 120°. Az eredmény egy szabályos hatszögekből álló rács. A rétegen belül a szomszédos szénatommagok közötti távolság 0,142 nm. A grafit minden szénatomjának külső rétegében a negyedik elektron egy p pályát foglal el, amely nem vesz részt a hibridizációban.

A szénatomok nem hibrid elektronfelhői a rétegsíkra merőlegesen orientálódnak, és egymást átfedve delokalizált σ kötéseket alkotnak. A grafitkristály szomszédos rétegei 0,335 nm távolságra helyezkednek el egymástól, és gyengén kapcsolódnak egymáshoz, főleg van der Waals erők hatására. Ezért a grafit alacsony mechanikai szilárdságú, és könnyen szétesik pelyhekre, amelyek maguk is nagyon erősek. A grafitban a szénatomok rétegei közötti kötés részben fémes jellegű. Ez magyarázza azt a tényt, hogy a grafit jól vezeti az elektromosságot, de nem olyan jól, mint a fémek.

Grafit szerkezet

A grafit fizikai tulajdonságai nagymértékben változnak az irányokban - merőlegesen és párhuzamosan a szénatomok rétegeivel.

Levegő hozzáférés nélkül melegítve a grafit 3700°C-ig nem változik. A megadott hőmérsékleten olvadás nélkül szublimál.

A mesterséges grafitot a legjobb minőségű szénből állítják elő 3000°C-on elektromos kemencékben levegő hozzáférés nélkül.

A grafit termodinamikailag stabil a hőmérséklet és nyomás széles tartományában, ezért a szén szabványos állapotaként elfogadott. A grafit sűrűsége 2,265 g/cm3.

3. A Carbin egy finom kristályos fekete por. Kristályszerkezetében a szénatomok váltakozó egyszeres és hármas kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz lineáris láncokban:

−С≡С−С≡С−С≡С−

Ezt az anyagot először V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin, Yu.P. Kudrjavcev a XX. század 60-as éveinek elején.

Ezt követően kimutatták, hogy a karbin különböző formákban létezhet, és poliacetilén- és polikumulénláncokat is tartalmaz, amelyekben a szénatomok kettős kötéssel kapcsolódnak egymáshoz:

C=C=C=C=C=C=

Később a természetben – a meteoritanyagban – találtak karbynt.

A Carbyne félvezető tulajdonságokkal rendelkezik, ha fénynek van kitéve, vezetőképessége jelentősen megnő. A különböző típusú kötések és a szénatomok láncainak kristályrácsban való elhelyezésének eltérő módjai miatt a karbin fizikai tulajdonságai tág határok között változhatnak. Ha 2000 °C feletti levegőhöz nem jut hozzá, a karabély 2300 °C körüli hőmérsékleten stabil, és megfigyelhető a grafittá való átalakulása.

A természetes szén két izotópból áll

Korábban azt hitték, hogy a szén, a korom és a koksz összetételében hasonló a tiszta szénhez, és tulajdonságaiban különböznek a gyémánttól és a grafittól, ami a szén független allotróp módosulatát jelenti („amorf szén”). Kiderült azonban, hogy ezek az anyagok apró kristályos részecskékből állnak, amelyekben a szénatomok ugyanúgy kötődnek, mint a grafitban.

4. Szén – finomra őrölt grafit. Széntartalmú vegyületek levegő hozzáférés nélküli hőbomlása során keletkezik. A szenek tulajdonságai jelentősen eltérnek attól függően, hogy milyen anyagból készülnek, és milyen az előállítás módja. Mindig tartalmaznak olyan szennyeződéseket, amelyek befolyásolják tulajdonságaikat. A legfontosabb szénfajták a koksz, a szén és a korom.

A kokszot szén hevítésével állítják elő, anélkül, hogy levegőhöz jutna.

Faszén képződik, amikor a fát levegőhöz való hozzáférés nélkül hevítik.

A korom nagyon finom grafit kristályos por. Szénhidrogének (földgáz, acetilén, terpentin stb.) elégetésével keletkezik, korlátozott levegő hozzáféréssel.

Az aktív szén porózus ipari adszorbensek, amelyek főleg szénből állnak. Az adszorpció gázoknak és oldott anyagoknak a szilárd testek felületén történő felszívódását jelenti. Az aktív szenet szilárd tüzelőanyagból (tőzeg, barna- és kőszén, antracit), fából és feldolgozott termékeiből (szén, fűrészpor, papírhulladék), bőripari hulladékból, valamint állati eredetű anyagokból, például csontokból nyerik. A nagy mechanikai szilárdsággal jellemezhető szenet kókuszdió és más diófélék héjából, valamint gyümölcsmagokból állítják elő. A szén szerkezetét mindenféle méretű pórus képviseli, azonban az adszorpciós kapacitást és adszorpciós sebességet a granulátum egységnyi tömegére vagy térfogatára jutó mikropórusok mennyisége határozza meg. Az aktív szén előállítása során a kiindulási anyagot először hőkezelésnek vetik alá anélkül, hogy levegőhöz jutna, aminek eredményeként a nedvesség és részben a gyanta eltávolítható belőle. Ebben az esetben a szén nagy porózus szerkezete képződik. A mikroporózus szerkezet kialakítása érdekében az aktiválást gázzal vagy gőzzel történő oxidációval vagy kémiai reagensekkel történő kezeléssel hajtják végre.