Oxid uhelnatý (IV) (oxid uhličitý, oxid uhličitý) V normální podmínky je bezbarvý plyn, těžší než vzduch, tepelně stálý a po stlačení a ochlazení se snadno přeměňuje na kapalné a pevné skupenství.
Hustota – 1,997 g/l. Pevný CO2, nazývaný suchý led, sublimuje při pokojové teplotě. Je špatně rozpustný ve vodě, částečně s ní reaguje. Vykazuje kyselé vlastnosti. Uzdravování aktivní kovy, vodík a uhlík.
Chemický vzorec oxidu uhelnatého 4
Chemický vzorec oxidu uhelnatého (IV) je CO2. Ukazuje, že tato molekula obsahuje jeden atom uhlíku (Ar = 12 amu) a dva atomy kyslíku (Ar = 16 amu). Pomocí chemického vzorce můžete vypočítat molekulovou hmotnost oxidu uhelnatého (IV):
Mr(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O);
Mr(CO2) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44.
Příklady řešení problémů
PŘÍKLAD 1
Úkol Spálením 26,7 g aminokyseliny (CxHyOzNk) v přebytku kyslíku vznikne 39,6 g oxidu uhelnatého (IV), 18,9 g vody a 4,2 g dusíku. Určete vzorec aminokyselin.
Řešení Sestavme schéma spalovací reakce aminokyseliny, přičemž počet atomů uhlíku, vodíku, kyslíku a dusíku označíme jako „x“, „y“, „z“ a „k“, v tomto pořadí:
CxHyOzNk+ Oz→CO2 + H2O + N2.
Stanovme hmotnosti prvků, které tvoří tuto látku. Hodnoty relativní atomové hmotnosti převzaty z periodická tabulka DI. Mendělejev, zaokrouhlete na celá čísla: Ar(C) = 12 amu, Ar(H) = 1 amu, Ar(O) = 16 amu, Ar(N) = 14 amu
M(C) = n(C)xM(C) = n(C02)xM(C) = xM(C);
M(H) = n(H)xM(H) = 2xn(H20)xM(H) = xM(H);
Vypočítejme molární hmotnosti oxidu uhličitého a vody. jak je známo, molární hmotnost molekula se rovná součtu relativních atomových hmotností atomů, které tvoří molekulu (M = Mr):
M(C02) = Ar(C) + 2xAr(O) = 12+ 2x16 = 12 + 32 = 44 g/mol;
M(H20) = 2 x Ar(H) + Ar(O) = 2 x 1+ 16 = 2 + 16 = 18 g/mol.
M(C) = x 12 = 10,8 g;
M(H) = 2 x 18,9 / 18 x 1 = 2,1 g.
M(O) = m(CxHyOzNk) – m(C) – m(H) – m(N) = 26,7 – 10,8 – 2,1 – 4,2 = 9,6 g.
Pojďme určit chemický vzorec aminokyseliny:
X:y:z:k = m(C)/Ar(C): m(H)/Ar(H): m(0)/Ar(0): m(N)/Ar(N);
X:y:z:k= 10,8/12:2,1/1:9,6/16: 4,2/14;
X:y:z:k= 0,9: 2,1: 0,41: 0,3 = 3:7:1,5:1 = 6:14:3:2.
Prostředek nejjednodušší vzorec aminokyseliny C6H14O3N2.
Odpověď C6H14O3N2
PŘÍKLAD 2
Úkol Sestavte nejjednodušší vzorec pro sloučeninu, ve které jsou hmotnostní zlomky prvků přibližně stejné: uhlík - 25,4 %, vodík - 3,17 %, kyslík - 33,86 %, chlor - 37,57 %.
Řešení Hmotnostní zlomek prvku X v molekule o složení NX se vypočítá pomocí následujícího vzorce:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100 %.
Označme počet atomů uhlíku v molekule „x“, počet atomů dusíku a vodíku „y“, počet atomů kyslíku „z“ a počet atomů chloru „k“.
Pojďme najít odpovídající relativní atomové hmotnosti prvků uhlík, vodík, kyslík a chlor (hodnoty relativních atomových hmotností převzaté z periodické tabulky D.I. Mendělejeva jsou zaokrouhleny na celá čísla).
Ar(C) = 12; Ar(H) = 14; Ar(O) = 16; Ar(Cl) = 35,5.
Procentuální obsah prvků rozdělíme na odpovídající relativní atomové hmotnosti. Najdeme tedy vztah mezi počtem atomů v molekule sloučeniny:
X:y:z:k = co(C)/Ar(C): co(H)/Ar(H): co(O)/Ar(O): co(Cl)/Ar(Cl);
X:y:z:k= 25,4/12: 3,17/1: 33,86/16: 37,57/35,5;
X:y:z:k= 2,1:3,17:2,1:1,1 = 2:3:2:1.
To znamená, že nejjednodušší vzorec pro sloučeninu uhlíku, vodíku, kyslíku a chloru bude C2H3O2Cl.
uhlík (C)– typický nekov; PROTI periodická tabulka je ve 2. období skupiny IV, hlavní podskupina. Sériové číslo 6, Ar = 12,011 amu, jaderný náboj +6.Fyzikální vlastnosti: uhlík tvoří mnoho alotropních modifikací: diamant- jedna z nejtvrdších látek grafit, uhlí, saze.
Atom uhlíku má 6 elektronů: 1s 2 2 s 2 2p 2 . Poslední dva elektrony jsou umístěny v samostatných p-orbitalech a jsou nepárové. V zásadě by tato dvojice mohla obsadit stejný orbital, ale v tomto případě se mezielektronová odpuzování značně zvyšuje. Z tohoto důvodu jeden z nich trvá 2p x a druhý buď 2p y , nebo orbitaly 2pz.
Rozdíl v energii s- a p-podhladiny vnější vrstvy je malý, takže atom docela snadno přejde do excitovaného stavu, ve kterém jeden ze dvou elektronů z orbitalu 2s přejde do volného 2 rub. Objeví se valenční stav s konfigurací 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Právě tento stav atomu uhlíku je charakteristický pro diamantovou mřížku – čtyřstěnné prostorové uspořádání hybridních orbitalů, stejná délka a energie vazeb.
Tento jev je známý jako tzv sp 3 -hybridizace, a vznikající funkce jsou sp 3 -hybridní . Vytvoření čtyř vazeb sp3 poskytuje atomu uhlíku stabilnější stav než tři r-r- a jedno s-s-spojení. Kromě hybridizace sp 3 je na atomu uhlíku také pozorována hybridizace sp 2 a sp . V prvním případě dochází k vzájemnému překrývání s- a dva p-orbitaly. Vzniknou tři ekvivalentní hybridní orbitaly sp 2 umístěné ve stejné rovině pod úhlem 120° vůči sobě. Třetí orbitál p je nezměněn a směřuje kolmo k rovině sp2.
Během hybridizace sp se orbitaly s a p překrývají. Mezi dvěma ekvivalentními hybridními orbitaly, které se tvoří, vzniká úhel 180°, zatímco dva p-orbitaly každého atomu zůstávají nezměněny.
Alotropie uhlíku. Diamant a grafit
V krystalu grafitu jsou atomy uhlíku umístěny v rovnoběžných rovinách, zabírajících vrcholy pravidelných šestiúhelníků. Každý atom uhlíku je připojen ke třem sousedním sp2 hybridním vazbám. Mezi rovnoběžné roviny komunikace probíhá díky van der Waalsovým silám. Volné p-orbitaly každého atomu směřují kolmo k rovinám kovalentních vazeb. Jejich překrývání vysvětluje další vazbu π mezi atomy uhlíku. Tedy od valenční stav, ve kterém se atomy uhlíku v látce nacházejí, určuje vlastnosti této látky.
Chemické vlastnosti uhlíku
Nejcharakterističtější oxidační stavy jsou: +4, +2.
Při nízkých teplotách je uhlík inertní, ale při zahřívání se jeho aktivita zvyšuje.
Uhlík jako redukční činidlo:
- s kyslíkem
C 0 + O 2 – t° = CO 2 oxid uhličitý
s nedostatkem kyslíku - nedokonalé spalování:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O oxid uhelnatý
- s fluorem
C + 2F2 = CF4
- s vodní párou
C 0 + H 2 O – 1200° = C + 2 O + H 2 vodní plyn
- s oxidy kovů. Tak se taví kov z rudy.
Co + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2
- s kyselinami - oxidačními činidly:
Co + 2H2S04 (konc.) = C +402 + 2SO2 + 2H20
Co + 4HN03 (konc.) = C +402 + 4N02 + 2H20
- tvoří se sírou sirouhlík:
C + 2S2 = CS2.
Uhlík jako oxidační činidlo:
- s některými kovy tvoří karbidy
4Al + 3C0 = Al4C3
Ca + 2C0 = CaC2-4
- s vodíkem - metanem (stejně jako s velkým množstvím organických sloučenin)
CO + 2H2 = CH4
— s křemíkem tvoří karborundum (při 2000 °C v elektrické peci):
Hledání uhlíku v přírodě
Volný uhlík se vyskytuje ve formě diamantu a grafitu. Ve formě sloučenin se uhlík nachází v minerálech: křída, mramor, vápenec - CaCO 3, dolomit - MgCO 3 *CaCO 3; hydrokarbonáty - Mg(HCO 3) 2 a Ca(HCO 3) 2, CO 2 je součástí vzduchu; uhlík je hlavní nedílná součást přírodní organické sloučeniny - plyn, ropa, uhlí, rašelina, je součástí organických látek, bílkovin, tuků, sacharidů, aminokyselin, které tvoří živé organismy.
Anorganické sloučeniny uhlíku
Ani C 4+ ionty ani C 4- - za žádných normálních podmínek chemické procesy nevznikají: sloučeniny uhlíku obsahují kovalentní vazby různé polarity.
Kysličník uhelnatý CO
Kysličník uhelnatý; bezbarvý, bez zápachu, mírně rozpustný ve vodě, rozpustný v organických rozpouštědlech, toxický, bod varu = -192°C; t pl. = -205 °C.
Účtenka
1) V průmyslu (v plynových generátorech):
C + 02 = C02
2) Laboratorně - tepelný rozklad kyseliny mravenčí nebo šťavelové za přítomnosti H 2 SO 4 (konc.):
HCOOH = H2O + CO
H2C204 = CO + CO2 + H20
Chemické vlastnosti
Za normálních podmínek je CO inertní; při zahřívání - redukční činidlo; oxid netvořící sůl.
1) s kyslíkem
2C +20 + 02 = 2C +402
2) s oxidy kovů
C +20 + CuO = Cu + C +402
3) s chlórem (na světle)
CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (fosgen)
4) reaguje s alkalickými taveninami (pod tlakem)
CO + NaOH = HCOONa (mravčan sodný)
5) tvoří karbonyly s přechodnými kovy
Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4
Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5
Oxid uhelnatý (IV) CO2
Oxid uhličitý, bezbarvý, bez zápachu, rozpustnost ve vodě - 0,9V CO 2 se rozpouští v 1V H 2 O (za normálních podmínek); těžší než vzduch; t°pl = -78,5°C (pevný CO 2 se nazývá „suchý led“); nepodporuje spalování.
Účtenka
- Tepelný rozklad solí kyseliny uhličité (uhličitanů). Pálení vápence:
CaCO 3 – t° = CaO + CO 2
- Působení silných kyselin na uhličitany a hydrogenuhličitany:
CaC03 + 2HCl = CaCl2 + H20 + C02
NaHC03 + HCl = NaCl + H20 + C02
ChemikálievlastnostiCO2
Oxid kyseliny: Reaguje se zásaditými oxidy a bázemi za vzniku solí kyseliny uhličité
Na20 + C02 = Na2C03
2NaOH + C02 = Na2C03 + H20
NaOH + C02 = NaHC03
Při zvýšených teplotách může vykazovat oxidační vlastnosti
C + 4 O 2 + 2 Mg – t° = 2 Mg + 2 O + C 0
Kvalitativní reakce
Zákal vápenné vody:
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (bílá sraženina) + H 2 O
Při dlouhodobém průchodu CO 2 vápennou vodou mizí, protože nerozpustný uhličitan vápenatý se mění na rozpustný hydrogenuhličitan:
CaC03 + H20 + C02 = Ca(HC03)2
Kyselina uhličitá a jejísůl
H 2CO 3 - Slabá kyselina, existuje pouze ve vodném roztoku:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
Dibasic:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Soli kyselin - hydrogenuhličitany, hydrogenuhličitany
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Střední soli - uhličitany
Všechny vlastnosti kyselin jsou charakteristické.
Uhličitany a hydrogenuhličitany se mohou vzájemně přeměňovat:
2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
Na2C03 + H20 + C02 = 2NaHC03
Uhličitany kovů (kromě alkalických kovů) dekarboxylát při zahřátí za vzniku oxidu:
CuCO 3 – t° = CuO + CO 2
Kvalitativní reakce- „vaření“ pod vlivem silné kyseliny:
Na2C03 + 2HCl = 2NaCl + H20 + C02
C032- + 2H+ = H20 + C02
Karbidy
Karbid vápníku:
CaO + 3 C = CaC2 + CO
CaC2 + 2 H20 = Ca(OH)2 + C2H2.
Acetylen se uvolňuje, když karbidy zinku, kadmia, lanthanu a ceru reagují s vodou:
2 LaC2 + 6 H20 = 2La(OH)3 + 2 C2H2 + H2.
Be 2 C a Al 4 C 3 se rozkládají vodou za vzniku metanu:
AI4C3 + 12 H20 = 4 Al(OH)3 = 3 CH4.
V technologii se používají karbidy titanu TiC, wolfram W 2 C (tvrdé slitiny), křemík SiC (karborundum - jako brusivo a materiál pro topidla).
Kyanid
získané zahřátím sody v atmosféře amoniaku a oxidu uhelnatého:
Na2C03 + 2 NH3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H20 + H2 + 2 CO2
Kyselina kyanovodíková HCN je důležitým produktem chemického průmyslu a je široce používána v organické syntéze. Jeho celosvětová produkce dosahuje 200 tisíc tun ročně. Elektronická struktura kyanidový aniont je podobný oxidu uhelnatému (II), takové částice se nazývají isoelektronické:
C = O: [:C = N:] –
Kyanidy (0,1-0,2% vodný roztok) se používají při těžbě zlata:
2 Au + 4 KCN + H20 + 0,5 O2 = 2 K + 2 KOH.
Při vaření roztoků kyanidu se sírou nebo tavením pevných látek se tvoří thiokyanáty:
KCN + S = KSCN.
Při zahřívání kyanidů málo aktivních kovů se získá kyanid: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Roztoky kyanidu se oxidují na kyanáty:
2 KCN + O2 = 2 KOCN.
Kyselina kyanová existuje ve dvou formách:
H-N=C=O; H-O-C = N:
V roce 1828 získal Friedrich Wöhler (1800-1882) močovinu z kyanátu amonného: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 odpařením vodného roztoku.
Tato událost je obvykle považována za vítězství syntetické chemie nad „vitalistickou teorií“.
Existuje izomer kyseliny kyanové - výbušná kyselina
H-O-N=C.
Jeho soli (fulminát rtuťnatý Hg(ONC) 2) se používají v nárazových zapalovačích.
Syntéza močovina(močovina):
CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H20. Při 130 °C a 100 atm.
Močovina je amid kyseliny uhličité, existuje také její „analog dusíku“ – guanidin.
Uhličitany
Nejvýznamnějšími anorganickými uhlíkatými sloučeninami jsou soli kyseliny uhličité (uhličitany). H2C03 je slabá kyselina (Ki = 1,310-4; K2 = 510-11). Podpěry karbonátového pufru rovnováha oxidu uhličitého v atmosféře. Světové oceány mají obrovskou vyrovnávací kapacitu, protože jsou otevřený systém. Hlavní pufrovací reakcí je rovnováha během disociace kyseliny uhličité:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.
Když kyselost klesá, dochází k další absorpci oxidu uhličitého z atmosféry s tvorbou kyseliny:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .
Jak se zvyšuje kyselost, uhličitanové horniny (skořápky, křída a vápencové sedimenty v oceánu) se rozpouštějí; to kompenzuje ztrátu hydrokarbonátových iontů:
H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —
CaCO 3 (pevná látka) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-
Pevné uhličitany se mění na rozpustné hydrogenuhličitany. Právě tento proces chemického rozpouštění přebytečného oxidu uhličitého působí proti „ skleníkový efekt» – globální oteplování v důsledku absorpce tepelného záření ze Země oxidem uhličitým. Asi třetina světové produkce sody (uhličitan sodný Na 2 CO 3) se spotřebuje na výrobu skla.
- Označení - C (Carbon);
- Období - II;
- skupina - 14 (IVa);
- Atomová hmotnost - 12,011;
- Atomové číslo - 6;
- Atomový poloměr = 77 pm;
- Kovalentní poloměr = 77 pm;
- Distribuce elektronů - 1s 2 2s 2 2p 2 ;
- teplota tání = 3550 °C;
- bod varu = 4827 °C;
- Elektronegativita (podle Paulinga/podle Alpreda a Rochowa) = 2,55/2,50;
- Oxidační stav: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
- Hustota (č.) = 2,25 g/cm3 (grafit);
- Molární objem = 5,3 cm3/mol.
Uhlík ve formě dřevěného uhlí je člověku znám od nepaměti, proto nemá smysl hovořit o datu jeho objevení. Vlastně „uhlík“ dostal své jméno v roce 1787, kdy byla vydána kniha „Method of Chemical Nomenclature“, ve které se místo francouzského názvu „pure coal“ (charbone pur) objevil termín „carbon“ (karbon).
Karbon má jedinečná schopnost tvoří polymerní řetězce neomezené délky, čímž vzniká obrovská třída sloučenin, jejichž studiem se zabývá samostatný obor chemie - organická chemie. Organické sloučeniny uhlíku jsou základem pozemského života, proto o významu uhlíku, jak chemický prvek, nemá smysl říkat – je to základ života na Zemi.
Nyní se podívejme na uhlík z pohledu anorganické chemie.
Rýže. Struktura atomu uhlíku.
Elektronová konfigurace uhlíku je 1s 2 2s 2 2p 2 (viz Elektronová struktura atomů). Na vnější energetické úrovni má uhlík 4 elektrony: 2 párové v s-podúrovni + 2 nepárové v p-orbitalech. Když atom uhlíku přechází do excitovaného stavu (vyžaduje energetický výdej), jeden elektron z podúrovně s „opustí“ svůj pár a přesune se do podúrovně p, kde je jeden volný orbital. Tedy ve vzrušeném stavu elektronická konfigurace atom uhlíku má následující tvar: 1s 2 2s 1 2p 3.
Rýže. Přechod atomu uhlíku do excitovaného stavu.
Tento „castling“ výrazně rozšiřuje valenční schopnosti atomů uhlíku, které mohou nabývat oxidačního stavu od +4 (ve sloučeninách s aktivními nekovy) do -4 (ve sloučeninách s kovy).
V neexcitovaném stavu má atom uhlíku ve sloučeninách valenci 2, například CO(II), a v excitovaném stavu má valenci 4: CO 2 (IV).
„Unikátnost“ atomu uhlíku spočívá ve skutečnosti, že na jeho vnější energetické úrovni jsou 4 elektrony, takže k dokončení úrovně (o kterou ve skutečnosti usilují atomy jakéhokoli chemického prvku) může se stejnou "úspěch", oba dávají a přidávají elektrony za účelem vytvoření kovalentních vazeb (viz Kovalentní vazba).
Uhlík jako jednoduchá látka
Jako jednoduchou látku lze uhlík nalézt ve formě několika alotropních modifikací:
- diamant
- Grafit
- Fulleren
- Carbin
diamant
Rýže. Diamantová krystalová mřížka.
Vlastnosti diamantu:
- bezbarvá krystalická látka;
- nejtvrdší látka v přírodě;
- má silný refrakční účinek;
- špatně vede teplo a elektřinu.
Rýže. Diamantový čtyřstěn.
Výjimečná tvrdost diamantu se vysvětluje strukturou jeho krystalové mřížky, která má tvar čtyřstěnu - ve středu čtyřstěnu se nachází atom uhlíku, který je stejně silnými vazbami spojen se čtyřmi sousedními atomy, které tvoří vrcholy. čtyřstěnu (viz obrázek výše). Tato „konstrukce“ je zase spojena se sousedními čtyřstěny.
Grafit
Rýže. Grafitová krystalová mřížka.
Vlastnosti grafitu:
- měkká krystalická látka šedá vrstvená struktura;
- má kovový lesk;
- dobře vede elektřinu.
V grafitu tvoří atomy uhlíku pravidelné šestiúhelníky ležící ve stejné rovině, organizované do nekonečných vrstev.
V grafitu chemické vazby mezi sousedními atomy uhlíku jsou vytvořeny díky třem valenčním elektronům každého atomu (na obrázku níže zobrazeny modře), zatímco čtvrtý elektron (zobrazený červeně) každého atomu uhlíku, umístěný v p-orbitalu ležícím kolmo k rovině grafitové vrstvy, se nepodílí na tvorbě kovalentních vazeb v rovině vrstvy. Jeho „účel“ je odlišný – interakcí se svým „bratrem“ ležícím v sousední vrstvě zajišťuje spojení mezi vrstvami grafitu a vysoká mobilita p-elektrony určují dobrou elektrickou vodivost grafitu.
Rýže. Distribuce orbitalů atomu uhlíku v grafitu.
Fulleren
Rýže. Krystalová mřížka fullerenu.
Vlastnosti fulerenů:
- molekula fullerenu je soubor atomů uhlíku uzavřených v dutých koulích jako fotbalový míč;
- je to jemně krystalická látka žlutooranžové barvy;
- teplota tání = 500-600 °C;
- polovodič;
- je součástí minerálu šungit.
Carbin
Vlastnosti karbynu:
- černá inertní látka;
- sestává z polymerních lineárních molekul, ve kterých jsou atomy spojeny střídavými jednoduchými a trojnými vazbami;
- polovodič.
Chemické vlastnosti uhlíku
Za normálních podmínek je uhlík inertní látkou, ale při zahřátí může reagovat s řadou jednoduchých i složitých látek.
Již bylo řečeno výše, že na vnější energetické úrovni uhlíku jsou 4 elektrony (ani zde, ani tam), uhlík tedy může elektrony jak odevzdat, tak je přijmout, přičemž u některých sloučenin vykazuje redukční vlastnosti, u jiných oxidační vlastnosti.
Uhlík je redukční činidlo při reakcích s kyslíkem a jinými prvky s vyšší elektronegativitou (viz tabulka elektronegativit prvků):
- při zahřátí na vzduchu hoří (při přebytku kyslíku za vzniku oxidu uhličitého; při jeho nedostatku - oxidu uhelnatého (II)):
C + 02 = C02;
2C + 02 = 2CO. - reaguje za vysokých teplot se sirnými parami, snadno interaguje s chlorem, fluorem:
C + 2S = CS 2
C + 2CI2 = CCI4
2F2 + C = CF4 - Při zahřátí redukuje mnoho kovů a nekovů z oxidů:
CO + Cu +20 = Cuo + C +20;
Co+C+402 = 2C +20 - při teplotě 1000°C reaguje s vodou (proces zplyňování) za vzniku vodního plynu:
C + H20 = CO + H2;
Uhlík vykazuje oxidační vlastnosti při reakcích s kovy a vodíkem:
- reaguje s kovy za vzniku karbidů:
Ca + 2C = CaC2 - při interakci s vodíkem uhlík tvoří metan:
C + 2H2 = CH4
Uhlík se získává tepelným rozkladem jeho sloučenin nebo pyrolýzou metanu (při vysoké teplotě):
CH4 = C + 2H2.
Aplikace uhlíku
Sloučeniny uhlíku našly nejširší uplatnění v národním hospodářství, není možné je vyjmenovat všechny, uvedeme jen některé:
- grafit se používá k výrobě tužek, elektrod, tavných kelímků, jako moderátor neutronů v jaderné reaktory jako lubrikant;
- Diamanty se používají ve šperkařství, jako řezný nástroj, ve vrtacím zařízení a jako brusný materiál;
- Uhlík se používá jako redukční činidlo k výrobě některých kovů a nekovů (železo, křemík);
- uhlík tvoří hlavní část aktivního uhlí, které našlo široké uplatnění jak v každodenním životě (například jako adsorbent pro čištění vzduchu a roztoků), tak v lékařství (tablety s aktivním uhlím) a v průmyslu (jako nosič pro katalytické přísady, polymerační katalyzátor atd.).
Oxid uhličitý, také známý jako 4, reaguje s řadou látek a vytváří sloučeniny, které se liší složením a chemickými vlastnostmi. Skládá se z nepolárních molekul, má velmi slabé mezimolekulární vazby a může být pouze v případě, že je teplota vyšší než 31 stupňů Celsia. Oxid uhličitý je chemická sloučenina skládající se z jednoho atomu uhlíku a dvou atomů kyslíku.
Oxid uhelnatý 4: Vzorec a základní informace
Oxid uhličitý je v zemské atmosféře přítomen v nízkých koncentracích a působí jako skleníkový plyn. Jeho chemický vzorec CO2. Při vysokých teplotách může existovat výhradně v plynném stavu. V pevném stavu se nazývá suchý led.
Oxid uhličitý je důležitou součástí koloběhu uhlíku. Pochází z různých přírodních zdrojů, včetně sopečného odplyňování, spalování organické hmoty a dýchacích procesů živých aerobních organismů. Antropogenní zdroje oxidu uhličitého pocházejí především ze spalování různých fosilních paliv pro výrobu elektřiny a dopravu.
Je také produkován různými mikroorganismy z fermentace a buněčného dýchání. Rostliny přeměňují oxid uhličitý na kyslík během procesu zvaného fotosyntéza, přičemž k tvorbě sacharidů využívají uhlík i kyslík. Rostliny navíc uvolňují do atmosféry i kyslík, který pak využívají k dýchání heterotrofní organismy.
Oxid uhličitý (CO2) v těle
Oxid uhelnatý 4 reaguje s různé látky a je to plynný odpad z metabolismu. V krvi je ho více než 90 % ve formě hydrogenuhličitanu (HCO 3). Zbytek je buď rozpuštěný CO 2 nebo kyselina uhličitá (H2CO 3). Orgány, jako jsou játra a ledviny, jsou zodpovědné za vyvážení těchto sloučenin v krvi. Bikarbonát je Chemická látka, který funguje jako nárazník. Udržuje hladinu pH krve na požadované úrovni, čímž zabraňuje zvýšení kyselosti.
Struktura a vlastnosti oxidu uhličitého
Oxid uhličitý (CO2) je chemická sloučenina, která je plynem při pokojové teplotě a vyšší. Skládá se z jednoho atomu uhlíku a dvou atomů kyslíku. Lidé a zvířata při výdechu uvolňují oxid uhličitý. Navíc vzniká vždy, když se něco organického spálí. Rostliny využívají oxid uhličitý k výrobě potravin. Tento proces se nazývá fotosyntéza.
Vlastnosti oxidu uhličitého zkoumal skotský vědec Joseph Black již v 50. letech 18. století. schopné zachycovat tepelnou energii a ovlivňovat klima a počasí na naší planetě. On je ten důvod globální oteplování a rostoucí teploty zemského povrchu.
Biologická role
Oxid uhelnatý 4 reaguje s různými látkami a je konečným produktem v organismech, které získávají energii štěpením cukrů, tuků a aminokyselin. Je známo, že tento proces je charakteristický pro všechny rostliny, zvířata, mnoho hub a některé bakterie. U vyšších živočichů se oxid uhličitý pohybuje v krvi z tělesných tkání do plic, kde je vydechován. Rostliny jej získávají z atmosféry pro použití při fotosyntéze.
Suchý led
Suchý led nebo pevný oxid uhličitý je pevné skupenství plyn CO 2 o teplotě -78,5 °C. Tato látka se přirozeně nevyskytuje v přírodě, ale je produkována lidmi. Je bezbarvý a lze jej použít při přípravě sycených nápojů, jako chladící prvek v nádobách na zmrzlinu a v kosmetologii, například na zmrazování bradavic. Pára suchého ledu je dusivá a může způsobit smrt. Při používání suchého ledu dbejte opatrnosti a profesionality.
Za normálního tlaku se neroztaví z kapaliny, ale přechází přímo z pevné látky na plyn. Tomu se říká sublimace. Změní se přímo z pevný na plyn při jakékoli teplotě přesahující extrémní nízké teploty. Suchý led sublimuje při normální teplotě vzduchu. Tím se uvolňuje oxid uhličitý, který je bez barvy a zápachu. Oxid uhličitý může být zkapalněn při tlacích nad 5,1 atm. Plyn, který pochází ze suchého ledu, je tak studený, že po smíchání se vzduchem ochlazuje vodní páru ve vzduchu na mlhu, která vypadá jako hustý bílý kouř.
Příprava, chemické vlastnosti a reakce
V průmyslu se oxid uhelnatý 4 vyrábí dvěma způsoby:
- Spalováním paliva (C + O 2 = CO 2).
- Podle tepelný rozklad vápenec (CaCO 3 = CaO + CO 2).
Výsledný objem oxidu uhelnatého 4 se čistí, zkapalňuje a čerpá do speciálních válců.
Oxid uhelnatý 4 je kyselý a reaguje s látkami, jako jsou:
- Voda. Při rozpuštění vzniká kyselina uhličitá (H 2 CO 3).
- Alkalické roztoky. Oxid uhelnatý 4 (vzorec CO 2) reaguje s alkáliemi. V tomto případě se tvoří střední a kyselé soli (NaHCO 3).
- Tyto reakce produkují uhličitanové soli (CaCO 3 a Na 2 CO 3).
- Uhlík. Při reakci oxidu uhelnatého 4 se žhavým uhlím vzniká oxid uhelnatý 2 (oxid uhelnatý), který může způsobit otravu. (C02 + C = 2CO).
- Hořčík. Oxid uhličitý zpravidla nepodporuje spalování, pouze při velmi vysokých teplotách může reagovat s některými kovy. Například zapálený hořčík bude během redoxní reakce dále hořet v CO 2 (2 Mg + CO 2 = 2 MgO + C).
Kvalitativní reakce oxidu uhelnatého 4 se projeví při jeho průchodu vápencovou vodou (Ca(OH) 2 nebo barytovou vodou (Ba(OH) 2). Lze pozorovat zákal a srážení. voda se opět vyjasní, protože nerozpustné uhličitany se přemění na rozpustné hydrogenuhličitany (kyselé soli kyseliny uhličité).
Oxid uhličitý vzniká také spalováním všech paliv obsahujících uhlík, jako je metan (zemní plyn), ropné destiláty (benzín, nafta, petrolej, propan), uhlí nebo dřevo. Ve většině případů se také uvolňuje voda.
Oxid uhličitý (oxid uhličitý) je tvořen jedním atomem uhlíku a dvěma atomy kyslíku, které jsou drženy pohromadě kovalentními vazbami (neboli sdílením elektronů). Čistý uhlík je velmi vzácný. V přírodě se vyskytuje pouze ve formě minerálů, grafitu a diamantu. Navzdory tomu jde o stavební kámen života, který ve spojení s vodíkem a kyslíkem tvoří základní sloučeniny tvořící vše na planetě.
Uhlovodíky jako uhlí, ropa a zemní plyn jsou sloučeniny tvořené vodíkem a uhlíkem. Tento prvek se nachází v kalcitu (CaCo 3), minerálech v sedimentárních a metamorfovaných horninách, vápencích a mramorech. Toto je prvek, který obsahuje vše organická hmota- od fosilních paliv po DNA.
(IV) (CO 2, oxid uhličitý, oxid uhličitý) je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je těžší než vzduch a je rozpustný ve vodě.
Za normálních podmínek přechází pevný oxid uhličitý přímo do plynného skupenství a obchází kapalné skupenství.
Při velkém množství oxidu uhelnatého se lidé začnou dusit. Koncentrace nad 3 % vedou k rychlému dýchání a nad 10 % dochází ke ztrátě vědomí a smrti.
Chemické vlastnosti oxidu uhelnatého.
Kysličník uhelnatý - je to anhydrid kyseliny uhličitý H2CO3.
Pokud oxid uhelnatý prochází hydroxidem vápenatým (vápennou vodou), vytvoří se bílá sraženina:
Ca(ACH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 Ó,
Pokud se oxid uhličitý bere v přebytku, pozoruje se tvorba bikarbonátů, které se rozpouštějí ve vodě:
CaC03 + H20 + C02 = Ca(HC03)2,
Které se pak při zahřátí rozpadají:
2KNC03 = K2C03 + H20 + CO2
Aplikace oxidu uhelnatého.
Oxid uhličitý se používá v různých průmyslových odvětvích. V chemické výrobě - jako chladivo.
V potravinářském průmyslu se používá jako konzervant E290. Přestože byl klasifikován jako „podmíněně bezpečný“, ve skutečnosti tomu tak není. Lékaři prokázali, že častá konzumace E290 vede k hromadění toxické toxické sloučeniny. Proto je třeba pečlivěji číst etikety výrobků.
