Оксид углерода структурная формула и степени окисления, влияние

Углерод

Углерод

Углерод – неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.

Общая характеристика элементов IVa группы

От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец – металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 2 :

  • C – 2s 2 2p 2
  • Si – 3s 2 3p 2
  • Ge – 4s 2 4p 2
  • Sn – 5s 2 5p 2
  • Pb – 6s 2 6p 2

Природные соединения

В природе углерод встречается в виде следующих соединений:

  • Аллотропных модификаций – графит, алмаз, фуллерен
  • MgCO3 – магнезит
  • CaCO3 – кальцит (мел, мрамор)
  • CaCO3*MgCO3 – доломит

Получение

Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз – нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.

Химические свойства
  • Реакции с неметаллами

При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

2С + O2 → (t) 2CO (угарный газ – продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)

С + O2 → (t) CO2 (углекислый газ – продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)

Реакции с металлами

При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)

Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)

Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

Углерод – хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:

Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

SiO2 + C → (t) Si + CO

Может восстановить и собственный оксид:

Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца – крайне важна в промышленности:

Реакции с кислотами

В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

Оксид углерода II – СO

Оксид углерода II – продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.

В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

Химические свойства

Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

FeO + CO → Fe + CO2

Образование карбонилов – чрезвычайно токсичных веществ.

Оксид углерода IV – CO2

Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.

В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.

В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.

Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

Химические свойства

    Реакция с водой

В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.

Реакции с основными оксидами и основаниями

В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние – карбонаты (при избытке основания), кислые – гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (соотношение основание – кислотный оксид 2:1)

KOH + CO2 → KHCO3 (соотношение основание – кислотный оксид 1:1)

При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

Zn + CO2 → (t) ZnO + CO

Читайте также:
Арены - определение, общая формула, свойства, применение

Угольная кислота

Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

Химические свойства

Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается “закипанием” – появлением пузырьков бесцветного газа без запаха.

Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа – помутнение исчезало.

Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.

Чтобы сделать из средней соли (карбоната) – кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу H2CO3 – ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.

Li2CO3 + CO2 + H2O → LiHCO3 (средняя соль + кислота = кислая соль)

Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.

Нагревание солей угольной кислоты

При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты – на карбонат металла, углекислый газ и воду.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Оксид углерода структурная формула и степени окисления, влияние

  • Текст, выделенный СИНИМ ШРИФТОМ обязателен для конспектирования.
  • В тексте есть ссылки на видеофрагменты, обязательно посмотрите их!

Оксид углерода (II) – СО ( угарный газ , окись углерода , монооксид углерода )

Физические свойства: бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, горит голубоватым пламенем, легче воздуха, плохо растворим в воде. Концентрация угарного газа в воздухе 12,5—74 % взрывоопасна.

Строение молекулы:

Формальная степень окисления углерода +2 не отражает строение молекулы СО, в которой помимо двойной связи, обра­зованной обобществлением электронов С и О, имеется дополнительная, образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода:

В связи с этим молекула СО очень прочна и способна вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких темпера­турах. При обычных условиях СО не взаимодействует с водой, щелочами или кислотами.

Основным антропогенным источником угарного газа CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Угарный газ образуется при сгорании топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления угарного газа CO в углекислый газ CO2). В естественных условиях, на поверхности Земли, угарный газ CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров.

1) Получение в промышленности (в газогенераторах):

CO2 + C = 2CO – 175 кДж

В газогенераторах иногда через раскалённый уголь продувают водяной пар:

смесь СО + Н2 – называется синтез – газом .

2) Получение СО в лаборатории – термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H2SO4(конц.):

Химические свойства:

При обычных условиях CO инертен; при нагревании – восстановитель ;

Характер свойств угарного газа CO – несолеобразующий оксид.

1) Взаимодействие с кислородом:

2 C +2 O + O 2 t ˚ C → 2 C +4 O 2 ↑

2) Взаимодействие с оксидами металлов: CO + MexOy = CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C → Сu + C +4 O2

3) Взаимодействие с хлором (на свету)

CO + Cl2 свет → COCl2 (фосген – ядовитый газ)

4) Взаимодействие с расплавами щелочей (под давлением)

CO + NaOH P асплав → HCOONa (формиат натрия)

Влияние угарного газа на живые организмы:

Угарный газ опасен, потому что он лишает возможности кровь нести кислород к жизненно важным органам, таким как сердце и мозг. Угарный газ объединяется с гемоглобином, который переносит кислород к клеткам организма, в следствии чего тот становится непригодным для транспортировки кислорода. В зависимости от вдыхаемого количества, угарный газ ухудшает координацию, обостряет сердечно-сосудистые заболевания и вызывает усталость, головную боль, слабость, Влияние угарного газа на здоровье человека зависит от его концентрации и времени воздействия на организм. Концентрация угарного газа в воздухе более 0,1% приводит к смерти в течение одного часа, а концентрация более 1,2% в течении трех минут.

Читайте также:
Бензол - свойства вещества, формула, характеристика, состав

Применение оксида углерода :

Главным образом угарный газ применяют, как горючий газ в смеси с азотом, так называемый генераторный или воздушный газ, или же в смеси с водородом водяной газ. В металлургии для восстановления металлов из их руд. Для получения металлов высокой чистоты при разложении карбонилов.

Оксид углерода (IV) СO2 – углекислый газ

Физические свойства: Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде – в 1V H2O растворяется 0,9V CO2 (при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO2 называется “сухой лёд”); не поддерживает горение и дыхание.

Строение молекулы: Углекислый газ имеет следующие электронную и структурную формулы –

Все четыре связи ковалентые полярные.

Получение углекислого газа:

1. В промышленности: Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка.

2. В лаборатории. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты –

NaHCO 3 + HCl NaCl + H 2 O + CO 2 ­

3. Сгорание углеродсодержащих веществ:

4. При медленном окислении в биохимических процессах (дыхание, гниение, брожение)

Способы собирания

Химические свойства СО2:

Характер свойств углекислого газа – это Кислотный оксид:

1) Взаимодействие с водой с образованием непрочной угольной кислоты:

2) Взаимодействие с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты – карбонаты

3) При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства – окисляет металлы – С O 2 + Me = MexOy + C

С +4 O2 + 2Mg t ˚ C 2Mg +2 O + C 0

Качественная реакция на углекислый газ: п омутнение известковой воды Ca ( OH )2 за счёт образования белого осадка – нерастворимой соли CaCO 3 :

Углерод — характеристика элемента и химические свойства

Характеристика углерода. Свойства простых веществ и соединений

Углерод (С) – типичный неметалл; в периодической системе находится в 2-м периоде IV группе, главной подгруппе. Порядковый номер 6, Ar = 12,011 а.е.м., заряд ядра +6.

Физические свойства: углерод образует множество аллотропных модификаций: алмаз – одно из самых твердых веществ, графит, уголь, сажа.

Атом углерода имеет 6 электронов: 1s 2 2s 2 2p 2 . Последние два электрона располагаются на отдельных р-орбиталях и являются неспаренными. В принципе, эта пара могла бы занимать одну орбиталь, но в таком случае сильно возрастает межэлектронное отталкивание. По этой причине один из них занимает 2рх, а другой, либо 2ру, либо 2рz-орбитали.

Различие энергии s- и р-подуровней внешнего слоя невелико, поэтому атом довольно легко переходит в возбужденное состояние, при котором один из двух электронов с 2s-орбитали переходит на свободную 2р. Возникает валентное состояние, имеющее конфигурацию 1s 2 2s 1 2px 1 2py 1 2pz 1 . Именно такое состояние атома углерода характерно для решетки алмаза — тетраэдрическое пространственное расположение гибридных орбиталей, одинаковая длина и энергия связей.

Это явление, как известно, называют sp 3 -гибридизацией, а возникающие функции – sp 3 -гибридными. Образование четырех sp 3 -cвязeй обеспечивает атому углерода более устойчивое состояние, чем три р—р- и одна s—s-связи. Помимо sp 3 -гибридизации у атома углерода наблюдается также sp 2 — и sp-гибридизация. В первом случае возникает взаимное наложение s- и двух р-орбиталей. Образуются три равнозначные sp 2 — гибридных орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Третья орбиталь р неизменна и направлена перпендикулярно плоскости sp 2 .

При sp-гибридизации происходит наложение орбиталей s и р. Между двумя образующимися равноценными гибридными орбиталями возникает угол 180°, при этом две р-орбитали у каждого из атомов остаются неизменными.

Аллотрорпия углерода. Алмаз и графит

В кристалле графита атомы углерода расположены в параллельных плоскостях, занимая в них вершины правильных шестиугольников. Каждый из атомов углерода связан с тремя соседними sp 2 -гибридными связями. Между параллельными плоскостями связь осуществляется за счет ван-дер-ваальсовых сил. Свободные р-орбитали каждого из атомов направлены перпендикулярно плоскостям ковалентных связей. Их перекрыванием объясняется дополнительная π-связь между атомами углерода. Таким образом, от валентного состояния, в котором находятся атомы углерода в веществе, зависят свойства этого вещества.

Читайте также:
Титан электронная формула, характеристика, химические и физические свойства

Химические свойства углерода

Наиболее характерные степени окисления: +4, +2.

При низких температурах углерод инертен, но при нагревании его активность возрастает.

Углерод как восстановитель:

— с кислородом
C 0 + O2 – t° = CO2 углекислый газ
при недостатке кислорода — неполное сгорание:
2C 0 + O2 – t° = 2C +2 O угарный газ

— с водяным паром
C 0 + H2O – 1200° = С +2 O + H2 водяной газ

— с оксидами металлов. Таким образом выплавляют металл из руды.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O2

— с серой образует сероуглерод:
С + 2S2 = СS2.

Углерод как окислитель:

— с некоторыми металлами образует карбиды

Ca + 2C 0 = CaC2 -4

— с водородом — метан (а также огромное количество органических соединений)

— с кремнием, образует карборунд (при 2000 °C в электропечи):

Нахождение углерода в природе

Ссвободный углерод встречается в виде алмаза и графита. В виде соединений углерод находится в составе минералов: мела, мрамора, известняка – СаСО3, доломита – MgCO3*CaCO3; гидрокарбонатов – Mg(НCO3)2 и Са(НCO3)2, СО2 входит в состав воздуха; углерод является главной составной частью природных органических соединений – газа, нефти, каменного угля, торфа, входит в состав органических веществ, белков, жиров, углеводов, аминокислот, входящих в состав живых организмов.

Неорганические соединения углерода

Ни ионы С 4+ , ни С 4- ‑ ни при каких обычных химических процессах не образуются: в соединениях углерода имеются ковалентные связи различной полярности.

Оксид углерода (II) СО

Угарный газ; бесцветный, без запаха, малорастворим в воде, растворим в органических растворителях, ядовит, t°кип = -192°C; t пл. = -205°C.

Получение
1) В промышленности (в газогенераторах):
C + O2 = CO2

2) В лаборатории — термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H2SO4(конц.):
HCOOH = H2O + CO­

Химические свойства

При обычных условиях CO инертен; при нагревании – восстановитель; несолеобразующий оксид.

2) с оксидами металлов

C +2 O + CuO = Сu + C +4 O2

3) с хлором (на свету)

4) реагирует с расплавами щелочей (под давлением)

CO + NaOH = HCOONa (формиат натрия)

5) с переходными металлами образует карбонилы

Оксид углерода (IV) СO2

Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде — в 1V H2O растворяется 0,9V CO2 (при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO2 называется «сухой лёд»); не поддерживает горение.

  1. Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка:
  1. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты:

Химические свойства СO2
Кислотный оксид: реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты

При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства

С +4 O2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Качественная реакция

Помутнение известковой воды:

Оно исчезает при длительном пропускании CO2 через известковую воду, т.к. нерастворимый карбонат кальция переходит в растворимый гидрокарбонат:

Угольная кислота и её соли

H2CO3 Кислота слабая, существует только в водном растворе:

Двухосновная:
H2CO3 ↔ H + + HCO3 — Кислые соли — бикарбонаты, гидрокарбонаты
HCO3 — ↔ H + + CO3 2- Cредние соли — карбонаты

Характерны все свойства кислот.

Карбонаты и гидрокарбонаты могут превращаться друг в друга:

Карбонаты металлов (кроме щелочных металлов) при нагревании декарбоксилируются с образованием оксида:

Качественная реакция — «вскипание» при действии сильной кислоты:

Карбиды

CaO + 3 C = CaC2 + CO

Ацетилен выделяется при реакции с водой карбидов цинка, кадмия, лантана и церия:

Be2C и Al4C3 разлагаются водой с образованием метана:

В технике применяют карбиды титана TiC, вольфрама W2C (твердые сплавы), кремния SiC (карборунд – в качестве абразива и материала для нагревателей).

Цианиды

получают при нагревании соды в атмосфере аммиака и угарного газа:

Синильная кислота HCN – важный продукт химической промышленности, широко применяется в органическом синтезе. Ее мировое производство достигает 200 тыс. т в год. Электронное строение цианид-аниона аналогично оксиду углерода (II), такие частицы называют изоэлектронными:

Читайте также:
Азотная кислота - формула, свойства, способы получения

Цианиды (0,1-0,2%-ный водный раствор) применяют при добыче золота:

2 Au + 4 KCN + H2O + 0,5 O2 = 2 K[Au(CN)2] + 2 KOH.

При кипячении растворов цианидов с серой или сплавлении твердых веществ образуются роданиды:
KCN + S = KSCN.

При нагревании цианидов малоактивных металлов получается дициан: Hg(CN)2 = Hg + (CN)2. Растворы цианидов окисляются до цианатов:

2 KCN + O2 = 2 KOCN.

Циановая кислота существует в двух формах:

В 1828 г. Фридрих Вёлер (1800-1882) получил из цианата аммония мочевину: NH4OCN = CO(NH2)2 при упаривании водного раствора.

Это событие обычно рассматривается как победа синтетической химии над «виталистической теорией».

Существует изомер циановой кислоты – гремучая кислота

H-O-N=C.
Ее соли (гремучая ртуть Hg(ONC)2) используются в ударных воспламенителях.

Синтез мочевины (карбамида):

Мочевина является амидом угольной кислоты, существует и ее «азотный аналог» – гуанидин.

Карбонаты

Важнейшие неорганические соединения углерода – соли угольной кислоты (карбонаты). H2CO3 – слабая кислота (К1 =1,3·10 -4 ; К2 =5·10 -11 ). Карбонатный буфер поддерживает углекислотное равновесие в атмосфере. Мировой океан обладает огромной буферной емкостью, потому что он является открытой системой. Основная буферная реакция – равновесие при диссоциации угольной кислоты:

При понижении кислотности происходит дополнительное поглощение углекислого газа из атмосферы с образованием кислоты:
CO2 + H2O ↔ H2CO3 .

При повышении кислотности происходит растворение карбонатных пород (раковины, меловые и известняковые отложения в океане); этим компенсируется убыль гидрокарбонатных ионов:

Твердые карбонаты переходят в растворимые гидрокарбонаты. Именно этот процесс химического растворения избыточного углекислого газа противодействует «парниковому эффекту» – глобальному потеплению из-за поглощения углекислым газом теплового излучения Земли. Примерно треть мирового производства соды (карбонат натрия Na2CO3) используется в производстве стекла.

Оксид углерода структурная формула и степени окисления, влияние

Ключевые слова конспекта: оксиды углерода, угарный газ, монооксид углерода, формиаты, газообразное топливо, газогенераторы, генераторный газ, углекислый газ, диоксид углерода,

Углерод образует два устойчивых оксида – оксид углерода (II) СО (монооксид углерода) и оксид углерода (IV) СO2 (диоксид углерода).

Оксид углерода (II) — угарный газ

Оксид углерода (II) (монооксид углерода, угарный газ СО) – вещество молекулярного строения. В молекуле СО связь ковалентная полярная, тройная. Две общие электронные пары образованы по обменному механизму, одна – по донорно-акцепторному:

Тройная связь в молекуле СО очень прочная, её энергия больше, чем в молекуле N2 (1069 кДж/моль в молекуле СО, 946 кДж/моль в молекуле N2).

При обычных условиях оксид углерода (II) – газ без цвета, без запаха, чуть легче воздуха, плохо растворяется в воде и с ней не взаимодействует, сжижается при –191,5 °С, затвердевает при –205 °С.

Оксид углерода (II) – несолеобразующий оксид, при обычных условиях не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, но при нагревании под давлением реакция со щёлочью становится возможной, продуктами реакции являются формиаты – соли муравьиной кислоты:

Оксид углерода (II) обладает ярко выраженными восстановительными свойствами за счёт углерода в промежуточной степени окисления +2. Восстановительные свойства оксида углерода (II) в обычных условиях выражены сильнее, чем у водорода. При нагревании он восстанавливает некоторые металлы из их оксидов:

На этом основана, например, выплавка чугуна из железных руд в домне.

Оксид углерода (II) горит в кислороде и образует с ним взрывчатые смеси (воспламенение происходит только при t° = 700 °С):

Оксид углерода (II) в лаборатории получают при нагревании смеси муравьиной кислоты и серной концентрированной. Серная кислота выступает в роли водоотнимающего (дегидратирующего) реагента:

Оксид углерода (II) имеет большое значение как составная часть газообразного топлива – воздушного, водяного или смешанного газа. Воздушный газ получают продуванием воздуха через раскалённый уголь в специальных цилиндрических печах – газогенераторах. Сверху в генератор загружают уголь, а снизу подают воздух. При горении угля в нижней зоне происходит полное окисление углерода:

Образующийся в нижней части генератора углекислый газ поднимается вверх и, проходя через раскалённые слои угля, взаимодействует с ним:

Образующийся оксид углерода (II) вместе с азотом воздуха выходит из генератора. Смесь этих газов в соотношении 1 : 2 (по объёму) называют генераторным газом.

Водяной газ получают путём пропускания водяных паров через раскалённый уголь (t° = 800– 1000 °С):

Читайте также:
Типы кристаллических решёток таблица с примерами атомной, ионной

Оксид углерода (II) крайне токсичен, он связывается с гемоглобином крови, образуя очень прочный комплекс карбоксигемоглобина. Такой гемоглобин уже не может переносить кислород.

Оксид углерода (IV) — углекислый газ

Оксид углерода (IV) (диоксид углерода, углекислый газ СO2) – вещество молекулярного строения. В молекуле СO2 связи ковалентные полярные, двойные:

При обычных условиях оксид углерода (IV) – газ без цвета, без запаха, значительно тяжелее воздуха, растворим в воде. Твёрдый СO2 при t°= –78 °С возгоняется без плавления.

Оксид углерода (IV) – кислотный оксид, но только небольшая часть растворённого СO2 (менее 1%) взаимодействует с водой с образованием угольной кислоты:

СO2 + H2O ⇆ H2CO3

Оксид углерода (IV) взаимодействует со щелочами:

Оксид углерода (IV) взаимодействует с оксидами щелочных и щёлочноземельных металлов и магния:

MgO + СO2 = MgCO3

Качественной реакцией на углекислый газ является помутнение известковой воды – раствора гидроксида кальция:

Са(ОН)2 + СO2 = СаСO3↓ + H2O

При пропускании избытка углекислого газа помутнение исчезает:

СаСО3 + СO2 + H2O = Са(НСО3)2

В оксиде углерода (IV) содержится углерод в высшей степени окисления, следовательно, он может выступать в роли окислителя. Однако окислительные свойства для оксида углерода (IV) не характерны . Например, горящий магний продолжает гореть в углекислом газе:

В лаборатории оксид углерода (IV) получают взаимодействием карбонатов с сильными кислотами. Чаще всего кусочки мрамора СаСО3 обрабатывают соляной кислотой:

СаСО3 + 2HCl = СаCl2 + CO2↑ + H2O

Конспект урока по химии «Оксиды углерода». Выберите дальнейшее действие:

  • Вернуться к Списку конспектов по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

Ещё конспекты по теме «Углерод и кремний«:

Оксид углерода – формулы, основные свойства и характеристика

Монооксид углерода

Угарным газом называют оксид углерода с формулой CO. Кроме того, это соединение называют монооксидом и окисью углерода. Он представляет собой бесцветный безвкусный горючий газ без запаха, который легче воздуха. Вещество образуется в случаях, когда топливо сгорает не до конца. Оно плохо растворяется в воде.

У молекулы этого оксида линейное строение. Между атомами его элементов образуется тройная связь. Два неспаренных электрона обоих элементов образуют пару ковалентных связей. Третья же связь возникает, когда электронная пара кислорода размещается на свободной орбитали атома углерода.

У молекулы слабая полярность. Наличие двух неспаренных электронов говорит о том, что в этом соединении углерод проявляет валентность II.

Химические свойства

Оксид углерода (II) не образует солей и является восстановителем. Кроме того, к химическим свойствам угарного газа относятся:

  • Горение синим пламенем в кислородной атмосфере.
  • Окисление хлором, если присутствует катализатор или на него воздействует свет. При этом образуется ядовитое газообразное вещество — фосген. Молекулярное уравнение реакции: CO + Cl2 → COCl2.
  • При повышенном давлении вещество вступает во взаимодействие с водородом. Из этой смеси, называемой синтез-газом, при различных условиях получают углеводороды, например, метан.
  • При наличии давления оксид углерода (II) вступает в реакцию с щелочами. В результате появляется соль муравьиной кислоты.
  • Восстановление металлов из оксидов. К примеру, взаимодействие с оксидом железа (III) даёт железо и углекислый газ.
  • Реакции с сильными окислителями приводят к образованию углекислого газа или карбонатов.

Способы изготовления

Получить монооксид можно как в лабораторных условиях, так и в производственных. В первом случае для образования необходимого вещества используют концентрированную серную и муравьиную или щавелевую кислоты.

В промышленности для получения угарного газа применяют специальные газогенераторы. В них соединение вырабатывается воздухом, проходящим через раскалённый уголь. Ещё одним промышленным методом изготовления газа является паровая конверсия метана или угля. Кроме того, на производстве используют процесс неполного окисления метана.

Угарный газ присутствует и в атмосфере планеты. Он туда поступает тремя способами:

  • неполное разложение органических веществ без доступа воздуха;
  • сгорание биологической массы, например, лесные и степные пожары;
  • выхлопные газы, которые образуются в двигателях внутреннего сгорания.
Читайте также:
Серная кислота - формула, свойства, способы получения и применения

Использование соединения

Основное применение горючего вещества — изготовление генераторного или воздушного газа, для чего монооксид смешивают с азотом. Кроме того, соединяя его с водородом, получают водяной газ.

В металлургической промышленности из-за химической характеристики угарный газ используется в качестве восстановителя металлов из их руд. Также окись применяют при разложении карбонилов, что позволяет получить высокочастотные металлы.

Влияние на живые организмы

Монооксид крайне токсичен, потому что связывается с находящимся в крови гемоглобином прочнее и во много раз быстрее кислорода. Он блокирует процессы доставки жизненно необходимого вещества.

Если концентрация вещества в атмосфере превышает 0,1%, то живые организмы погибают в течение одного часа. Если же уровень оксида этого типа поднимается до 0,3%, то смерть наступает в течение нескольких минут. По этим причинам угарный газ относится к быстродействующим отравляющим веществам.

Специалистами установлено, что чаще всего люди погибают при пожарах в результате отравления указанным углеродным соединением, поскольку он является неотъемлемым продуктом горения большинства материалов. Кроме того, оксид вырабатывается двигателями автомобилей, что также приводит к гибели неосторожных граждан, например, механиков, которые пренебрегают организацией должной вентиляции в гараже.

Если отравление лёгкой степени, то пострадавшему для восстановления здоровья будет достаточно гипервентиляции лёгких кислородом. Если же отравление тяжёлое, то человеку потребуется серьёзная медицинская помощь.

Углекислый газ

Углекислый газ, двуокись или оксид углерода (IV) представляет собой газообразное бесцветное вещество, не имеющее запаха. Его химическая формула — CO2. Двуокись не горит и в минимальных концентрациях не представляет опасности для организма. Также она является необходимым элементом для нормальной жизнедеятельности растений.

Это соединение кислорода и углерода примерно в полтора раза тяжелее воздуха. Оно плохо растворяется в воде, а при повышении давления или охлаждении оксид становится твёрдым. Твёрдая углекислота известна под названием «сухой лёд». Она отличается способностью переходить из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое.

У вещества линейная молекула. Из-за четырёх неспаренных электронов в своих соединениях углерод проявляет валентность, равную IV.

Атом углерода в этом соединении имеет пару двойных связей с кислородными атомами. Полярность четырёх связей делает молекулу двуокиси неполярной. Это хорошо видно в структурной формуле оксида, которая наглядно демонстрирует связь атомов внутри молекулы:

Взаимодействие с другими веществами

В химии углекислота считается солеобразующим оксидом, проявляющим слабые свойства окислителя. Она прекрасно взаимодействует с водой, причём эта реакция является практически полностью обратимой.

Вещество имеет следующие химические свойства:

  • Вступление в реакцию с основными оксидами и основаниями. Соединение взаимодействует лишь с щелочами и их оксидами. При этом могут образовываться кислые и средние соли. К примеру, гидроксид калия в таком случае образует гидрокарбонат калия, который является кислой солью. Если же щелочи много, то получится карбонат калия — средняя соль.
  • Взаимодействие с карбонатами с последующим образованием гидрокарбонатов.
  • Реакции с некоторыми восстановителями, например, с углеродом, магнием и пероксидом натрия.

Методы получения

Углекислый газ получают и в лабораториях, и в промышленности. В лабораторных условиях для его производства применяются следующие методы:

  • Воздействие сильными кислотными веществами на карбонаты и гидрокарбонаты различных металлов.
  • Углекислое соединение образуется, когда растворимые карбонаты реагируют с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III).
  • Разложение растворимых гидрокарбонатов и нерастворимых карбонатов при высоких температурах.

На производстве двуокись получают из печных газов, а также из продуктов разложения известняка и доломита. Для этого смесь веществ промывают раствором карбоната калия. Реагент поглощает углекислоту и становится гидрокарбонатом. Получившееся вещество нагревают, что приводит к его разложению и высвобождению оксида углерода. Затем газ закачивают в баллоны.

Применение углекислоты

Химические и физические характеристики соединения позволяют использовать его в самых разных областях. Так, вещество активно применяется в химической промышленности, металлургии и при производстве бумаги.

А также углекислота применяется в следующих сферах деятельности:

  • сварка;
  • сельское хозяйство;
  • медицина;
  • фармацевтика;
  • приборы и оборудование;
  • защита окружающей среды;
  • пищевая промышленность;
  • пневматическое оружие.
Читайте также:
Сложные эфиры - формула, свойства, способы получения

Очень востребован этот вид оксида углерода в системах пожаротушения. Им наполняют специальные огнетушители. Их принцип действия основан на том, что углекислота не горит и весит больше воздуха. За счёт этого вещество окутывает очаг возгорания и перекрывает для огня источник кислорода, которые необходим для поддержания процесса горения. В таких условия пламя довольно быстро гаснет.

Физиологическое действие

Углекислота — нетоксичное вещество. Но если в воздухе её становится слишком много, то все живые организмы, дышащие кислородом, могут испытывать приступы удушья, способные привести к смерти. По этой причине углекислому газу присвоен четвёртый класс опасности.

Если уровень находящегося в воздухе углеродного соединения составляет от 2 до 4%, то человек чувствует сонливость и слабость. Когда концентрация двуокиси достигает 7—10%, начинают появляться симптомы удушья, похожи на признаки высотной болезни:

  • головная боль;
  • головокружение;
  • слуховые расстройства;
  • потеря сознания.

Чем выше концентрация газа в атмосфере, тем длительнее проявляются симптомы. При очень высокой концентрации оксида человек или животное быстро погибает от удушья, которое вызывается гипоксией.

Само по себе вдыхание воздуха с высоким содержанием двуокиси неопасно, а потому не влечёт за собой длительных проблем со здоровьем. После того как пострадавший переносится в атмосферу с обычным уровнем углекислоты, его самочувствие приходит в норму.

Оксид углерода

Характеристики и физические свойства оксида углерода

Углерод образует два чрезвычайно устойчивых оксида (СО и СO2), три значительно менее устойчивых оксида (С3O2, С5O2 и С12O9), ряд неустойчивых или плохо изученных оксидов (С2O, С2O3 и др.) и нестехиометрический оксид графита. Среди перечисленных оксидов особую роль играют СО и СO2.

Он довольно токсичен из-за его способности образовывать комплекс с гемоглобином, который примерно в 300 раз устойчивее, чем комплекс кислород-гемоглобин.

Масса 1 л CO2 при нормальных условиях составляет 1,98 г. Растворимость диоксида углерода в воде невелика: 1 объем воды при 20 o С растворяет 0,88 объема CO2, а при 0 o С – 1,7 объема.

Прямое окисление углерода при недостатке кислорода или воздуха приводит к образованию СО, при достаточном их количестве образуется СO2. Некоторые свойства этих оксидов представлены в табл. 1.

Таблица 1. Физические свойства оксидов углерода.

Свойство

СО

Температура плавления, o С

Температура кипения, o С

Расстояние (С-О), нм

Энергия связи (С-О), кДж/моль

Получение оксида углерода

Чистый СО может быть получен в лаборатории дегидратированием муравьиной кислоты (НСООН)концентрированной серной кислотой при

В небольших количествах диоксид углерода можно легко получить действием кислот на карбонаты:

В промышленном масштабе CO2 получают главным образом как побочный продукт в процессе синтеза аммиака:

Большие количества углекислого газа получают при обжиге известняка:

Химические свойства оксида углерода

Монооксид углерода химически активен при высоких температурах. Он проявляет себя как сильный восстановитель. Реагирует с кислородом, хлором, серой, аммиаком, щелочами, металлами.

CO + NaOH = Na(HCOO) (t = 120 – 130 o C, p);

CO + H2 = CH4 + H2O (t = 150 — 200 o C, kat. Ni);

CO + Cl2 = CCl2O(t = 125 — 150 o C, kat. C);

4CO + Ni = [Ni(CO)4] (t = 50 — 100 o C);

5CO + Fe = [Fe(CO)5] (t = 100 — 200 o C, p).

Диоксид углерода проявляет кислотные свойства: реагирует со щелочами, гидратом аммиака. Восстанавливается активными металлами, водородом, углеродом.

CO2 + C = 2CO (t > 1000 o C);

CO2 + 2Mg = C + 2MgO;

2CO2 + 5Ca = CaC2 + 4CaO (t = 500 o C);

Применение оксида углерода

Монооксид углерода широко используется как топливо в виде генераторного газа или водяного газа и образуется также привыделении многих металлов из их оксидов восстановлением углем. Генераторный газ получают, пропуская воздух черезраскаленный уголь. В его состав входит около 25% СО, 4% СO2 и 70% N2 со следами Н2 и СН462.

Применение диоксида углерода чаще всего обусловлено его физическими свойствами. Его используют как охлаждающий агент, для газирования напитков, при получении облегченных(вспененных) пластмасс, а также как газ для создания инертной атмосферы.

Читайте также:
Пероксид водорода - формула, свойства, способы получения

Примеры решения задач

Задание Рассчитайте плотность оксида углерода (II) (CO) по водороду.
Решение Для того, чтобы вычислить относительную плотность одного газа по другому, надо относительную молекулярную массу первого газа разделить на относительную молекулярную массу второго газа.
Задание Определите во сколько раз тяжелее воздуха оксид углерода (IV)CO2.
Решение Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.

Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов.

Оксиды углерода: химия, 8 класс

Все, что нас окружает, состоит из соединений различных химических элементов. Мы дышим не просто воздухом, а сложным органическим соединением, имеющим в своем составе кислород, азот, водород, двуокись углерода и другие необходимые составляющие. Влияние множества этих элементов на организм человека в частности и на жизнь на Земле в целом еще не изучено до конца. Для того чтобы понимать процессы взаимодействия элементов, газов, солей и других образований друг с другом, в школьный курс и был введен предмет «Химия». 8 класс – это старт уроков химии по утвержденной общеобразовательной программе.

Одним из самых распространенных соединений, содержащихся как в земной коре, так и в атмосфере, является оксид. Оксидом называется соединение любого химического элемента с атомом кислорода. Даже источник всего живого на Земле – вода, является оксидом водорода. Но в данной статье речь пойдет не об оксидах в общем, а об одном из самых часто встречаемых соединений – оксиде углерода. Данные соединения получаются путем слияния атомов кислорода и углерода. Эти соединения могут иметь в своем составе различные количества атомов углерода и кислорода, однако следует выделить два основных соединения углерода с кислородом: угарный газ и углекислый газ.

Химическая формула и способ получения угарного газа

Какова же его формула? Оксид углерода довольно легко запомнить – CO. Молекула угарного газа образуется тройной связью, в связи с чем обладает довольно высокой прочностью соединения и имеет очень небольшое межъядерное расстояние (0,1128 нм). Энергия разрыва данного химического соединения составляет 1076 кДж/Моль. Тройная связь возникает вследствие того, что элемент углерод имеет в своей структуре атома p-орбиталь, не занятую электронами. Это обстоятельство создает для атома углерода возможность стать акцептором электронной пары. А атом кислорода, наоборот, имеет на одной из p-орбиталей неразделенную пару электронов, а значит имеет электронно-донорные возможности. При соединении этих двух атомов кроме двух ковалентных связей появляется еще и третья – донорно-акцепторная ковалентная связь.

Существуют различные способы получения CO. Одним из самых простейших является пропускание углекислого газа над раскаленным углем. В лабораторных условиях угарный газ получают при помощи следующей реакции: муравьиную кислоту нагревают с серной кислотой, которая разделяет муравьиную кислоту на воду и угарный газ.

Также CO выделяется при нагревании щавелевой и серной кислоты.

Физические свойства CO

Оксид углерода (2) обладает следующими физическими свойствами – это бесцветный газ, не имеющий ярко выраженного запаха. Все посторонние запахи, появляющиеся при утечке угарного газа, являются продуктами распада органических примесей. Он намного легче воздуха, чрезвычайно токсичен, очень плохо растворяется в воде и отличается высокой степенью горючести.

Самое главное свойство CO – его отрицательное воздействие на организм человека. Отравление угарным газом может привести к летальному исходу. Более подробно о воздействии оксида углерода на организм человека будет рассказано ниже.

Химические свойства CO

Основные химические реакции, в которых могут применяться оксиды углерода (2) – это окислительно-восстановительная реакция, а также реакция присоединения. Окислительно-восстановительная реакция выражается в способности CO восстанавливать металл из оксидов при помощи их смешивания с дальнейшим нагреванием.

При взаимодействии с кислородом происходит образование углекислого газа с выделением значительного количества теплоты. Угарный газ горит синеватым пламенем. Очень важная функция оксида углерода – его взаимодействие с металлами. В результате подобных реакций образуются карбонилы металлов, подавляющее большинство которых являются кристаллическими веществами. Они применяются для изготовления сверхчистых металлов, а также для нанесения металлического покрытия. Кстати, карбонилы неплохо себя зарекомендовали в качестве катализаторов химических реакций.

Химическая формула и способ получения углекислого газа

Углекислый газ, или двуокись углерода, имеет химическую формулу CO2. Структура молекулы несколько отличается от структуры CO. В данном образовании углерод имеет степень окисления, равную +4. Структура молекулы линейная, а значит, неполярная. Молекула CO2 не обладает такой сильной прочностью, как CO. В земной атмосфере содержится около 0,03% углекислоты по общему объему. Увеличение этого показателя разрушает озоновый слой Земли. В науке это явление называется парниковым эффектом.

Получить углекислый газ можно различными путями. В промышленности он образуется в результате горения дымовых газов. Может быть побочным продуктом в процессе изготовления алкоголя. Его можно получить в процессе разложения воздуха на основные составляющие, такие как азот, кислород, аргон и другие. В лабораторных условиях оксид углерода (4) можно получить в процессе обжига известняка, а в домашних условиях добыть углекислый газ можно при помощи реакции лимонной кислоты и пищевой соды. Кстати, именно таким образом изготавливались газированные напитки в самом начале их производства.

Физические свойства CO2

Одним из самых интересных свойств углекислого газа является то, что у него нет жидкого агрегатного состояния при нормальном атмосферном давлении. Однако если воздействовать на структуру углекислого газа воздействие температурой в -56,6 °С и давлением около 519 кПа, то он трансформируется в бесцветную жидкость.

При существенном понижении температуры газ находится в состоянии так называемого «сухого льда» и испаряется при температуре выше чем -78 о С.

Химические свойства CO2

По своим химическим свойствам оксид углерода (4), формула которого CO2, является типичным кислотным оксидом и обладает всеми его свойствами.

1. При взаимодействии с водой образуется угольная кислота, обладающая слабой кислотностью и малой устойчивостью в растворах.

2. При взаимодействии с щелочами углекислый газ образует соответствующую соль и воду.

3. Во время взаимодействия с оксидами активного металла способствует образованию солей.

4. Не поддерживает процесс горения. Активировать данный процесс могут только некоторые активные металлы, такие как литий, калий, натрий.

Влияние угарного газа на организм человека

Оксид углерода в воздухе невозможно распознать, так как этот газ не имеет никакого ярко выраженного запаха. Именно этим он и опасен. Попадая через легкие в организм человека, угарный газ активизирует свою разрушительную деятельность в крови и в сотни раз быстрее кислорода начинает взаимодействовать с гемоглобином. В результате этого появляется очень стойкое соединение под названием карбоксигемоглобин. Оно препятствует доставке кислорода из легких к мышцам, что приводит к мышечному голоданию тканей. Особенно серьезно страдает от этого головной мозг.

Из-за отсутствия возможности распознать отравление угарным газом через обоняние, следует знать некоторые основные признаки, которые проявляются на ранних этапах:

  • головокружение, сопровождающееся головной болью;
  • шум в ушах и мерцание перед глазами;
  • сильное сердцебиение и одышка;
  • покраснение лица.

В дальнейшем у жертвы отравления появляется сильная слабость, иногда рвота. В тяжелых случаях отравления возможны непроизвольные судороги, сопровождающиеся дальнейшей потерей сознания и комой. Если же пациенту своевременно не будет оказана соответствующая медицинская помощь, то возможен летальный исход.

Влияние углекислого газа на организм человека

Оксиды углерода с кислотностью +4 относятся к разделу удушающих газов. Иными словами, углекислый газ не является токсичным веществом, однако может существенно влиять на приток кислорода к организму. При повышении уровня углекислого газа до 3-4% у человека возникает серьезная слабость, его начинает клонить в сон. При повышении уровня до 10% начинают развиваться сильнейшие головные боли, головокружение, ухудшение слуха, иногда наблюдается потеря сознания. Если концентрация углекислого газа поднимается до уровня 20%, то наступает смерть от кислородного голодания.

Лечение отравления углекислым газом очень простое – дать жертве доступ к чистому воздуху, при необходимости сделать искусственное дыхание. В крайнем случае нужно подключить пострадавшего к аппарату искусственной вентиляции легких.

Из описаний влияния двух данных оксидов углерода на организм мы можем сделать вывод, что большую опасность для человека все же представляет угарный газ с его высокой токсичностью и направленным воздействием на организм изнутри.

Углекислый газ не отличается таким коварством и менее вреден для человека, поэтому именно это вещество человек активно применяет даже в пищевой промышленности.

Применение оксидов углерода в промышленности и их влияние на различные аспекты жизни

Оксиды углерода имеют очень широкое применение в разных сферах деятельности человека, причем спектр их чрезвычайно богат. Так, окись углерода вовсю применяется в металлургии в процессе выплавки чугуна. Широкую популярность CO получил в качестве материала для хранения продуктов питания в охлажденном виде. Данный оксид применяют для обработки мяса и рыбы, чтобы придать им свежий вид и не изменить вкус. Важно не забывать про токсичность данного газа и помнить, что допустимая доза не должна превышать 200 мг на 1 кг продукта. CO в последнее время все чаще применяют в автомобильной промышленности в качестве топлива для автомобилей на газу.

Диоксид углерода нетоксичен, поэтому сфера его применения широко внедрена в пищевую промышленность, где его применяют в качестве консерванта или разрыхлителя. Также CO2 применяется при изготовлении минеральных и газированных вод. В твердом состоянии («сухой лед») он часто используется в морозильных установках для поддержания стабильно низкой температуры в помещении или приборе.

Большую популярность приобрели углекислотные огнетушители, пена из которых полностью изолирует огонь от кислорода и не дает пожару разгореться. Соответственно, еще одна сфера применения – пожарная безопасность. Баллоны в пневматических пистолетах также заряжены углекислотой. И конечно же, практически каждый из нас читал, из чего состоит освежитель воздуха для помещений. Да, одной из составляющих является углекислый газ.

Как видим, из-за своей минимальной токсичности углекислый газ больше и чаще встречается в повседневной жизни человека, тогда как угарный газ нашел применение в тяжелой промышленности.

Существуют и другие углеродные соединения с кислородом, благо формула углерода и кислорода позволяет применять различные варианты соединений с разным количеством атомов углерода и кислорода. Ряд оксидов может разниться от C2O2 до C32O8. И чтобы описать каждый из них, потребуется не одна страница.

Оксиды углерода в природе

Оба вида рассматриваемых здесь оксидов углерода так или иначе присутствуют в природном мире. Так, угарный газ может быть продуктом сгорания лесов или результатом жизнедеятельности человека (выхлопные газы и вредные отходы промышленных предприятий).

Уже известный нам диоксид углерода также является частью сложного состава воздуха. Его содержание в нем составляет около 0,03 % от всего объема. При увеличении этого показателя возникает так называемый «парниковый эффект», которого так опасаются современные ученые.

Видимо, многие власть держащие забыли пройденный в детстве материал учебника «Общая химия. 8 класс», иначе вопросу вырубки лесов во многих частях света уделялось бы более серьезное внимание. Это, кстати, касается и проблемы наличия угарного газа в окружающей среде. Количество отходов человеческой жизнедеятельности и процент выбросов этого необычайно токсичного материала в окружающую среду растет изо дня в день. И не факт, что не повторится судьба мира, описанная в прекрасном мультфильме «Волли», когда человечеству пришлось покинуть загаженную до основания Землю и отправиться в другие миры на поиски лучшей жизни.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: