Zhrnutie lekcie "Štruktúra atómu uhlíka. Stavy valencie atómu uhlíka"

Uhlík je možno hlavným a najúžasnejším chemickým prvkom na Zemi, pretože s jeho pomocou vzniká veľké množstvo rôznych zlúčenín, anorganických aj organických. Uhlík je základom všetkých živých bytostí, môžeme povedať, že uhlík je spolu s vodou a kyslíkom základom života na našej planéte! Uhlík má rôzne formy, ktoré si nie sú podobné ani svojimi fyzikálno-chemickými vlastnosťami, ani vzhľadom. Ale to všetko je uhlík!

História objavu uhlíka

Uhlík je ľudstvu známy už od staroveku. Grafit a uhlie používali už starí Gréci, v Indii zasa diamanty. Je pravda, že zlúčeniny podobného vzhľadu boli často mylne považované za grafit. Grafit bol však široko používaný v staroveku, najmä na písanie. Dokonca aj jeho názov pochádza z gréckeho slova „grapho“ – „píšem“. Grafit sa teraz používa v ceruzkách. S diamantmi sa prvýkrát obchodovalo v Brazílii v prvej polovici 18. storočia, odvtedy bolo objavených veľa ložísk a v roku 1970 bola vyvinutá technológia na získanie umelých diamantov. Takéto umelé diamanty sa využívajú v priemysle, prírodné zasa v šperkoch.

uhlíka v prírode

Najvýznamnejšie množstvo uhlíka sa zhromažďuje v atmosfére a hydrosfére vo forme oxidu uhličitého. Atmosféra obsahuje asi 0,046% uhlíka a ešte viac - v rozpustenej forme vo Svetovom oceáne.

Navyše, ako sme videli vyššie, uhlík je základom živých organizmov. Napríklad 70 kg ľudské telo obsahuje asi 13 kg uhlíka! Je to len v jednej osobe! A uhlík sa nachádza aj vo všetkých rastlinách a živočíchoch. Takže zvážte...

Cyklus uhlíka v prírode

Alotropické modifikácie uhlíka

Uhlík je jedinečný chemický prvok, ktorý tvorí takzvané alotropické modifikácie, alebo jednoduchšie rôzne formy. Tieto modifikácie sa delia na kryštalické, amorfné a vo forme zhlukov.

Kryštálové modifikácie majú správnu kryštálovú mriežku. Do tejto skupiny patria: diamant, fullerit, grafit, lonsdaleit, uhlíkové vlákna a rúrky. Prevažná väčšina kryštalických modifikácií uhlíka je na prvom mieste v rebríčku „Najtvrdšie materiály na svete“.

Amorfné formy sú tvorené uhlíkom s malými prímesami iných chemických prvkov. Hlavnými predstaviteľmi tejto skupiny sú: uhlie (kameň, drevo, aktivované), sadze, antracit.

Najzložitejšie a najmodernejšie sú zlúčeniny uhlíka vo forme zhlukov. Klastre sú špeciálna štruktúra, v ktorej sú atómy uhlíka usporiadané tak, že tvoria dutý tvar, ktorý je zvnútra vyplnený atómami iných prvkov, napríklad vody. V tejto skupine nie je až tak veľa zástupcov, zahŕňa uhlíkové nanokuóny, astralény a diuhlík.

Aplikácia uhlíka

Uhlík a jeho zlúčeniny majú v živote človeka veľký význam. Uhlík tvorí hlavné druhy paliva na Zemi – zemný plyn a ropu. Zlúčeniny uhlíka sú široko používané v chemickom a hutníckom priemysle, v stavebníctve, strojárstve a medicíne. Alotropické modifikácie vo forme diamantov sa používajú v šperkoch, fullerit a lonsdaleit v raketovej vede. Z uhlíkových zlúčenín sa vyrábajú rôzne mazivá pre mechanizmy, technické zariadenia a mnohé ďalšie. Priemysel sa dnes bez uhlíka nezaobíde, používa sa všade!

Organická chémia je chémia atómu uhlíka. Počet organických zlúčenín je desaťkrát väčší ako anorganických, čo možno len vysvetliť vlastnosti atómu uhlíka :

a) je v uprostred stupnice elektronegativity a druhé obdobie, preto je pre neho nerentabilné dávať svoje a prijímať cudzie elektróny a získavať kladný alebo záporný náboj;

b) špeciálna štruktúra elektrónového obalu - neexistujú elektrónové páry a voľné orbitály (je len jeden atóm s podobnou štruktúrou naviac - vodík, zrejme preto uhlík a vodík tvoria toľko zlúčenín - uhľovodíkov).

Elektrónová štruktúra atómu uhlíka

C - 1s 2 2s 2 2p 2 alebo 1s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 0

Graficky:

Excitovaný atóm uhlíka má nasledujúci elektronický vzorec:

*C - 1s 2 2s 1 2p 3 alebo 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1

Vo forme buniek:

Tvar s- a p-orbitálov

atómový orbitál - oblasť priestoru, kde sa s najväčšou pravdepodobnosťou nachádza elektrón, s príslušnými kvantovými číslami.

Ide o trojrozmernú elektronickú „vrstevnú mapu“, v ktorej vlnová funkcia určuje relatívnu pravdepodobnosť nájdenia elektrónu v danom bode obežnej dráhy.

Relatívne veľkosti atómových orbitálov sa zväčšujú so zvyšujúcou sa ich energiou ( hlavné kvantové číslo- n) a ich tvar a orientáciu v priestore určujú kvantové čísla l a m. Elektróny v orbitáloch sú charakterizované spinovým kvantovým číslom. Každý orbitál môže obsahovať najviac 2 elektróny s opačnými spinmi.

Pri vytváraní väzieb s inými atómami atóm uhlíka premení svoj elektrónový obal tak, že sa vytvoria najsilnejšie väzby a následne sa uvoľní čo najviac energie a systém získa najväčšiu stabilitu.

Na zmenu elektrónového obalu atómu je potrebná energia, ktorá je potom kompenzovaná tvorbou silnejších väzieb.

Transformácia elektrónového obalu (hybridizácia) môže byť prevažne 3 typov v závislosti od počtu atómov, s ktorými atóm uhlíka vytvára väzby.

Typy hybridizácie:

sp 3 – atóm vytvára väzby so 4 susednými atómami (tetraedrická hybridizácia):

Elektronický vzorec sp 3 - hybridný atóm uhlíka:

*С –1s 2 2(sp 3) 4 vo forme buniek

Väzbový uhol medzi hybridnými orbitálmi je ~109°.

Stereochemický vzorec atómu uhlíka:

sp 2 - Hybridizácia (valenčný stav)– atóm vytvára väzby s 3 susednými atómami (trigonálna hybridizácia):

Elektronický vzorec sp 2 - hybridný atóm uhlíka:

*С –1s 2 2(sp 2) 3 2p 1 vo forme buniek

Väzbový uhol medzi hybridnými orbitálmi je ~120°.

Stereochemický vzorec sp 2 - hybridný atóm uhlíka:

sp- Hybridizácia (valenčný stav) - atóm tvorí väzby s 2 susednými atómami (lineárna hybridizácia):

Elektrónový vzorec sp je hybridný atóm uhlíka:

*С –1s 2 2(sp) 2 2p 2 vo forme buniek

Väzbový uhol medzi hybridnými orbitálmi je ~180°.

Stereochemický vzorec:

S-orbitál sa podieľa na všetkých typoch hybridizácie, pretože má minimum energie.

Preskupenie elektrónového oblaku umožňuje vytvorenie najsilnejších väzieb a minimálnu interakciu atómov vo výslednej molekule. V čom hybridné orbitály nemusia byť identické, ale uhly väzby môžu byť odlišné, napríklad CH2CI2 a CCI4

2. Kovalentné väzby v zlúčeninách uhlíka

Kovalentné väzby, vlastnosti, metódy a príčiny výchovy - školský vzdelávací program.

Len vám pripomeniem:

1. Komunikačná výchova medzi atómami možno považovať za výsledok prekrytia ich atómových orbitálov a čím je to účinnejšie (čím väčší integrál prekrytia), tým silnejšia je väzba.

Podľa vypočítaných údajov sa relatívne atómové orbitálne účinnosti S rel zvyšujú takto:

Preto použitie hybridných orbitálov, ako sú sp 3 orbitály uhlíka pri vytváraní väzieb so štyrmi atómami vodíka, vedie k silnejším väzbám.

2. Kovalentné väzby v uhlíkových zlúčeninách sa tvoria dvoma spôsobmi:

ALE)Ak sa dva atómové orbitály prekrývajú pozdĺž svojich hlavných osí, potom sa nazýva výsledná väzba - σ väzba.

Geometria. Takže, keď sa vytvoria väzby s atómami vodíka v metáne, štyri hybridné sp 3 ~ orbitály atómu uhlíka sa prekrývajú s orbitálmi s so štyrmi atómami vodíka, čím sa vytvoria štyri identické silné σ-väzby umiestnené pod uhlom 109 ° 28 " iný (štandardný tetraedrický uhol) Podobná prísne symetrická tetraedrická štruktúra vzniká napríklad aj pri tvorbe CCl 4, ale ak atómy, ktoré tvoria väzby s uhlíkom, nie sú rovnaké, napríklad v prípade CH 2 C1 2, napr. priestorová štruktúra sa bude trochu líšiť od úplne symetrickej, hoci zostáva v podstate štvorstenná.

σ-dĺžka väzby medzi atómami uhlíka závisí od hybridizácie atómov a klesá prechod od sp 3 - hybridizácia k sp. S-orbitál je totiž bližšie k jadru ako p-orbitál, preto čím väčší je jeho podiel v hybridnom orbitále, tým je kratší, a preto je výsledná väzba kratšia.

B) Ak sú dva atómové p - orbitály umiestnené navzájom rovnobežne vykonávajú bočné prekrytie nad a pod rovinou, kde sa nachádzajú atómy, potom sa výsledná väzba nazýva - π (pi) - komunikácia

Bočné prekrytie atómové orbitály sú menej účinné ako prekrývanie pozdĺž hlavnej osi, takže π -väzby sú menej pevné ako σ -spojenia. Prejavuje sa to najmä tým, že energia dvojitej väzby uhlík-uhlík prevyšuje energiu jednoduchej väzby menej ako dvakrát. Energia väzby C-C v etáne je teda 347 kJ/mol, zatiaľ čo energia väzby C=C v eténe je iba 598 kJ/mol, a nie ~700 kJ/mol.

Stupeň bočného prekrytia dvoch atómových orbitálov 2p a teda sila π -väzba je maximálna, ak sú dva atómy uhlíka a štyri s nimi spojené atómy sú umiestnené striktne v rovnakej rovine, teda ak oni koplanárny , pretože iba v tomto prípade sú atómové orbitály 2p presne navzájom rovnobežné, a preto sa môžu maximálne prekrývať. Akákoľvek odchýlka od koplanárnej v dôsledku rotácie okolo σ - väzba spájajúca dva atómy uhlíka povedie k zníženiu stupňa prekrytia, a teda k zníženiu pevnosti π -väzba, ktorá tak pomáha udržiavať rovinnosť molekuly.

Rotácia okolo dvojitej väzby uhlík-uhlík je nemožné.

Distribúcia π -elektróny nad a pod rovinou molekuly znamenajú existenciu oblasti so záporným nábojom pripravený na interakciu s akýmikoľvek reagenciami s nedostatkom elektrónov.

Rôzne valenčné stavy (hybridizácie) majú aj atómy kyslíka, dusíka atď., pričom ich elektrónové páry môžu byť v hybridných aj p-orbitáloch.

UHLÍK, C (a. uhlík; n. Kohlenstoff; f. uhlík; a. uhlíko), je chemický prvok skupiny IV periodického systému Mendelejeva, atómové číslo 6, atómová hmotnosť 12,041. Prírodný uhlík pozostáva zo zmesi 2 stabilných izotopov: 12 C (98,892 %) a 13 C (1,108 %). Existuje aj 6 rádioaktívnych izotopov uhlíka, z ktorých najvýznamnejší je izotop 14 C s polčasom rozpadu 5,73,10 3 roky (tento izotop sa neustále vytvára v malých množstvách vo vyšších vrstvách atmosféry v dôsledku ožiarenia 14 N jadrá s neutrónmi kozmického žiarenia).

Uhlík je známy už od staroveku. Drevo sa používalo na získavanie kovov z rúd a diamant sa používal ako. Uznanie uhlíka ako chemického prvku je spojené s menom francúzskeho chemika A. Lavoisiera (1789).

Modifikácie a vlastnosti uhlíka

Sú známe 4 kryštalické modifikácie uhlíka: grafit, diamant, karbín a lonsdaleit, ktoré sa svojimi vlastnosťami značne líšia. Carbyne je umelo získaná odroda uhlíka, čo je jemne kryštalický čierny prášok, ktorého kryštálová štruktúra je charakteristická prítomnosťou dlhých reťazcov uhlíkových atómov usporiadaných paralelne k sebe. Hustota 3230-3300 kg / m 3, tepelná kapacita 11,52 J / mol.K. Lonsdaleit sa nachádza v meteoritoch a získava sa umelo; jeho štruktúra a fyzikálne vlastnosti neboli definitívne stanovené. Pre uhlík je charakteristický aj stav s neusporiadanou štruktúrou – tzv. amorfný uhlík (sadze, koks, drevené uhlie). Fyzikálne vlastnosti „amorfného“ uhlíka závisia vo veľkej miere od jemnosti častíc a od prítomnosti nečistôt.

Chemické vlastnosti uhlíka

V zlúčeninách má uhlík oxidačné stavy +4 (najbežnejšie), +2 a +3. Za normálnych podmienok je uhlík chemicky inertný, pri vysokých teplotách sa spája s mnohými prvkami, ktoré vykazujú silné redukčné vlastnosti. Chemická aktivita uhlíka klesá v rade "amorfný" uhlík, grafit, diamant; k interakcii so vzdušným kyslíkom v týchto typoch uhlíka dochádza pri teplotách 300-500 °C, 600-700 °C a 850-1000 °C za vzniku oxidu uhličitého (CO 2) a oxidu monoxidu (CO) uhlíka. Dioxid sa rozpúšťa vo vode za vzniku kyseliny uhličitej. Všetky formy uhlíka sú odolné voči zásadám a kyselinám. Uhlík prakticky neinteraguje s halogénmi (okrem grafitu, ktorý reaguje s F 2 nad 900 ° C), preto sa jeho halogenidy získavajú nepriamo. Spomedzi zlúčenín obsahujúcich dusík má veľký praktický význam kyanovodík HCN (kyselina kyanovodíková) a jeho početné deriváty. Pri teplotách nad 1000 °C uhlík interaguje s mnohými kovmi a vytvára karbidy. Všetky formy uhlíka sú nerozpustné v bežných anorganických a organických rozpúšťadlách.

Najdôležitejšou vlastnosťou uhlíka je schopnosť jeho atómov vytvárať silné chemické väzby medzi sebou, ako aj medzi sebou a inými prvkami. Schopnosť uhlíka vytvárať 4 ekvivalentné valenčné väzby s inými atómami uhlíka umožňuje zostaviť rôzne typy uhlíkových skeletov (lineárne, rozvetvené, cyklické); Práve tieto vlastnosti vysvetľujú výnimočnú úlohu uhlíka v štruktúre všetkých organických zlúčenín a najmä všetkých živých organizmov.

uhlíka v prírode

Priemerný obsah uhlíka v zemskej kôre je 2,3,10 % (hmotn.); v tomto prípade je prevažná časť uhlíka sústredená v sedimentárnych horninách (1 %), kým v iných horninách sú koncentrácie tohto prvku výrazne nižšie a približne rovnaké (1-3,10 %). Uhlík sa hromadí v hornej časti, kde je jeho prítomnosť spojená najmä so živou hmotou (18 %), drevom (50 %), uhlím (80 %), ropou (85 %), antracitom (96 %), ako aj dolomitmi a vápence. Je známych viac ako 100 uhlíkatých minerálov, z ktorých najbežnejšie sú uhličitany vápnika, horčíka a železa (kalcit CaCO 3 , dolomit (Ca, Mg) CO 3 a siderit FeCO 3 ). Hromadenie uhlíka v zemskej kôre je často spojené s akumuláciou iných prvkov sorbovaných organickou hmotou a ukladaných po jeho pochovaní na dne vodných útvarov vo forme nerozpustných zlúčenín. Pri sopečnej činnosti a pri spaľovaní fosílnych palív sa zo Zeme uvoľňuje veľké množstvo oxidu CO 2 do atmosféry. Z atmosféry je CO 2 prijímaný rastlinami počas fotosyntézy a rozpustený v morskej vode, čím tvorí najdôležitejšie články v celkovom cykle uhlíka na Zemi. Uhlík hrá dôležitú úlohu aj vo vesmíre; na Slnku sa uhlík zúčastňuje jadrových procesov na 4. mieste po vodíku, héliu a kyslíku.

Aplikácia a použitie

Najdôležitejší národohospodársky význam uhlíka určuje skutočnosť, že asi 90 % všetkých primárnych zdrojov energie spotrebovanej ľuďmi tvoria fosílne palivá. Existuje tendencia používať ropu nie ako palivo, ale ako surovinu pre rôzne chemické odvetvia. Menšiu, no napriek tomu veľmi významnú úlohu v národnom hospodárstve zohráva uhlík ťažený vo forme uhličitanov (hutníctvo, stavebníctvo, chemický priemysel), diamantov (šperky, technika) a grafitu (jadrová technika, žiaruvzdorné tégliky, ceruzky, atď.). určité typy mazív a pod.). Podľa špecifickej aktivity izotopu 14 C v pozostatkoch biogénneho pôvodu sa určuje ich vek (metóda rádiokarbónového datovania). 14C je široko používaný ako rádioaktívny indikátor. Veľký význam má najbežnejší izotop 12 C - jedna dvanástina hmotnosti atómu tohto izotopu sa berie ako jednotka atómovej hmotnosti chemických prvkov.

Organický život na Zemi predstavujú zlúčeniny uhlíka. Prvok je súčasťou hlavných zložiek bunkových štruktúr: bielkovín, uhľohydrátov a tukov a tiež tvorí základ dedičnej látky - kyseliny deoxyribonukleovej. V anorganickej prírode je uhlík jedným z najbežnejších prvkov, ktoré tvoria zemskú kôru a atmosféru planéty. Organická chémia ako odvetvie chemickej vedy sa úplne venuje vlastnostiam chemického prvku uhlíka a jeho zlúčenín. Náš článok sa bude zaoberať fyzikálno-chemickými charakteristikami uhlíka a vlastnosťami jeho vlastností.

Miesto prvku v periodickom systéme Mendelejeva

Uhlíková podskupina je hlavnou podskupinou IV. skupiny, ktorá okrem uhlíka zahŕňa aj kremík, germánium, cín a olovo. Všetky uvedené prvky majú rovnakú štruktúru vonkajšej energetickej hladiny, na ktorej sú umiestnené štyri elektróny. To určuje podobnosť ich chemických vlastností. V normálnom stave sú prvky podskupiny bivalentné a keď ich atómy prejdú do excitovaného stavu, vykazujú valenciu rovnú 4. Fyzikálne a chemické vlastnosti uhlíka závisia od stavu elektrónových obalov jeho atómu. V reakcii s kyslíkom teda prvok, ktorého častice sú v neexcitovanom stave, tvorí indiferentný oxid CO. Atómy uhlíka v excitovanom stave sa oxidujú na oxid uhličitý, ktorý vykazuje kyslé vlastnosti.

Formy uhlíka v prírode

Diamant, grafit a karabína sú tri alotropické modifikácie uhlíka ako jednoduchej látky. Transparentné kryštály s vysokým stupňom lomu svetelných lúčov, ktoré sú najtvrdšími zlúčeninami v prírode, sú diamanty. Sú zlými vodičmi tepla a sú dielektrikami. Kryštálová mriežka je atómová, veľmi pevná. V ňom je každý atóm prvku obklopený štyrmi ďalšími časticami, ktoré tvoria pravidelný štvorsten.

Úplne odlišné fyzikálno-chemické vlastnosti uhlíkotvorného grafitu. Je to na dotyk mastná kryštalická hmota tmavošedej farby. Má vrstvenú štruktúru, vzdialenosti medzi vrstvami atómov sú pomerne veľké, pričom ich príťažlivé sily sú slabé. Preto sa pri lisovaní na grafitovú tyčinku látka rozvrství do tenkých vločiek. Na papieri zanechávajú tmavú stopu. Grafit je tepelne vodivý a v elektrickej vodivosti je o niečo horší ako kovy.

Schopnosť viesť elektrický prúd sa vysvetľuje štruktúrou kryštálu látky. V ňom sú častice uhlíka viazané na tri ďalšie pomocou silných kovalentných chemických väzieb. Štvrtý valenčný elektrón každého atómu zostáva voľný a môže sa pohybovať v hrúbke látky. Smerovaný pohyb záporne nabitých častíc spôsobuje vznik elektrického prúdu. Oblasti použitia grafitu sú rôznorodé. Používa sa teda na výrobu elektród v elektrotechnike a na uskutočňovanie procesu elektrolýzy, pomocou ktorého sa získavajú napríklad čisté alkalické kovy. Grafit našiel uplatnenie v jadrových reaktoroch na riadenie rýchlosti reťazových reakcií, ktoré v nich prebiehajú ako moderátor neutrónov. Je známe, že sa látka používa ako bridlicové tyče alebo mazivá v trecích častiach mechanizmov.

Čo je karabín?

Čierny kryštalický prášok so sklovitým leskom je karabína. Bol syntetizovaný v polovici 20. storočia v Rusku. Látka tvrdosťou prevyšuje grafit, je chemicky pasívna, má vlastnosti polovodiča a je najstabilnejšou modifikáciou uhlíka. Spojenie je pevnejšie ako grafit. Existujú aj také formy uhlíka, ktorých chemické vlastnosti sa navzájom líšia. Sú to sadze, drevené uhlie a koks.

Rôzne charakteristiky alotropných modifikácií uhlíka sú vysvetlené štruktúrou ich kryštálových mriežok. Je to žiaruvzdorná látka, bez farby a zápachu. Je nerozpustný v organických rozpúšťadlách, ale je schopný vytvárať tuhé roztoky - zliatiny, napríklad so železom.

Chemické vlastnosti uhlíka

V závislosti od látky, s ktorou uhlík reaguje, môže vykazovať dvojaké vlastnosti: ako redukčné činidlo, tak aj oxidačné činidlo. Napríklad tavením koksu s kovmi sa získavajú ich zlúčeniny – karbidy. Pri reakcii s vodíkom vznikajú uhľovodíky. Sú to organické zlúčeniny, napríklad metán, etylén, acetylén, v ktorých má uhlík, podobne ako v prípade kovov, oxidačný stav -4. Redukčné chemické reakcie uhlíka, ktorého vlastnosti študujeme, sa objavujú pri jeho interakcii s kyslíkom, halogénmi, vodou a zásaditými oxidmi.

Oxidy uhlíka

Spaľovaním uhlia na vzduchu s nízkym obsahom kyslíka sa získava oxid uhoľnatý - oxid dvojmocného uhlíka. Je bezfarebný, bez zápachu a vysoko toxický. V kombinácii s krvným hemoglobínom počas dýchania sa oxid uhoľnatý prenáša do celého ľudského tela, čo spôsobuje otravu a potom smrť udusením. V klasifikácii látka zaberá miesto indiferentných oxidov, nereaguje s vodou a nezodpovedá jej zásada ani kyselina. Chemické vlastnosti uhlíka s valenciou 4 sa líšia od predtým diskutovaných charakteristík.

Oxid uhličitý

Bezfarebná plynná látka pri teplote 15 a tlaku jednej atmosféry prechádza do tuhej fázy. Volá sa to suchý ľad. Molekuly CO 2 sú nepolárne, hoci kovalentná väzba medzi atómami kyslíka a uhlíka je polárna. Zlúčenina patrí medzi kyslé oxidy. Pri interakcii s vodou vytvára kyselinu uhličitú. Sú známe reakcie medzi oxidom uhličitým a jednoduchými látkami: kovmi a nekovmi, napríklad s horčíkom, vápnikom alebo koksom. V nich zohráva úlohu oxidačného činidla.

Kvalitatívna reakcia na oxid uhličitý

Aby sme sa uistili, že skúmaným plynom je skutočne oxid uhoľnatý CO 2 , v anorganickej chémii sa uskutočňuje nasledujúci experiment: látka prechádza cez priehľadný roztok vápennej vody. Pozorovanie zakalenia roztoku v dôsledku vyzrážania bielej zrazeniny uhličitanu vápenatého potvrdzuje prítomnosť molekúl oxidu uhličitého v zmesi činidiel. Pri ďalšom prechode plynu cez roztok hydroxidu vápenatého sa zrazenina CaC03 rozpúšťa v dôsledku jej premeny na hydrogénuhličitan vápenatý, vo vode rozpustnú soľ.

Úloha uhlíka vo vysokopecnom procese

Chemické vlastnosti uhlíka sa využívajú pri priemyselnej výrobe železa z jeho rúd: magnetickej, červenej alebo hnedej železnej rudy. Hlavné z nich budú redukčné vlastnosti uhlíka a oxidov - oxidu uhoľnatého a oxidu uhličitého. Procesy prebiehajúce vo vysokej peci možno znázorniť ako nasledujúcu postupnosť reakcií:

• Najprv horí koks v prúde vzduchu ohriateho na 1 850 °C za vzniku oxidu uhličitého: C + O 2 = CO 2 .
• Prechodom cez horúci uhlík sa redukuje na oxid uhoľnatý: CO 2 + C = 2CO.
• Oxid uhoľnatý reaguje so železnou rudou, čím vzniká oxid železitý: 3Fe203 + CO \u003d 2Fe304 + CO2, Fe304 + CO \u003d 3FeO + CO2.
• Reakcia výroby železa bude mať nasledujúcu formu: FeO + CO \u003d Fe + CO2

Roztavené železo v sebe rozpúšťa zmes uhlíka a oxidu uhoľnatého, čím vzniká látka – cementit.

Liatina tavená vo vysokej peci okrem železa obsahuje až 4,5 % uhlíka a ďalšie nečistoty: mangán, fosfor, síra. Oceľ, ktorá sa od liatiny líši mnohými spôsobmi, napríklad schopnosťou valcovania a kovania, má vo svojom zložení iba 0,3 až 1,7 % uhlíka. Oceľové výrobky sú široko používané takmer vo všetkých odvetviach: strojárstvo, hutníctvo a medicína.

V našom článku sme zisťovali, aké chemické vlastnosti uhlíka a jeho zlúčenín sa využívajú v rôznych oblastiach ľudskej činnosti.

V tejto knihe sa slovo „uhlík“ objavuje pomerne často: v príbehoch o zelenom liste a o železe, o plastoch a kryštáloch a v mnohých iných príbehoch. Uhlík – „zrodenie uhlia“ – je jedným z najúžasnejších chemických prvkov. Jeho história je históriou vzniku a vývoja života na Zemi, pretože je súčasťou všetkého života na Zemi.

Ako vyzerá uhlík?

Urobme nejaké experimenty. Vezmite cukor a zohrejte ho bez vzduchu. Najprv sa roztopí, zhnedne a potom sčernie a zmení sa na uhlie, pričom sa uvoľní voda. Ak teraz zahrejeme toto uhlie v prítomnosti , bude horieť bezo zvyšku a zmení sa na . Cukor sa teda skladal z uhlia a vody (cukor sa mimochodom nazýva uhľohydrát) a „cukrové“ uhlie je zjavne čistý uhlík, pretože oxid uhličitý je kombináciou uhlíka a kyslíka. Takže uhlík je čierny, mäkký prášok.

Vezmime si šedý mäkký grafitový kameň, ktorý je vám dobre známy vďaka ceruzkám. Ak sa zahrieva v kyslíku, bude tiež horieť bezo zvyšku, hoci o niečo pomalšie ako uhlie, a v zariadení, kde horel, zostane oxid uhličitý. Grafit je teda tiež čistý uhlík? Samozrejme, ale to nie je všetko.

Ak sa v tom istom prístroji diamant, priehľadný, trblietavý drahokam, najtvrdší zo všetkých minerálov, zahrieva v kyslíku, zhorí tiež a zmení sa na oxid uhličitý. Ak diamant zahrejete bez prístupu kyslíka, zmení sa na grafit a pri veľmi vysokých tlakoch a teplotách sa z grafitu dá získať diamant.

Takže uhlie, grafit a diamant sú rôzne formy existencie toho istého prvku - uhlíka.

Ešte prekvapivejšia je schopnosť uhlíka „podieľať sa“ na obrovskom množstve rôznych zlúčenín (preto sa v tejto knihe tak často objavuje slovo „uhlík“).

104 prvkov periodického systému tvorí viac ako štyridsaťtisíc študovaných zlúčenín. A už je známych viac ako milión zlúčenín, ktorých základom je uhlík!

Dôvodom tejto rozmanitosti je, že atómy uhlíka môžu byť spojené medzi sebou a s inými atómami silnou väzbou, čím sa vytvárajú zložité vo forme reťazcov, kruhov a iných tvarov. Žiadny prvok v tabuľke, okrem uhlíka, toho nie je schopný.

Existuje nekonečné množstvo obrázkov, ktoré sa dajú zostaviť z atómov uhlíka, a teda nekonečné množstvo možných zlúčenín. Môžu to byť veľmi jednoduché látky, napríklad metánový plyn, v ktorom sú štyri atómy viazané na jeden atóm uhlíka, a také zložité, že štruktúra ich molekúl ešte nebola stanovená. Medzi takéto látky patria