PROPRIETĂȚI CHIMICE ALE CARBONULUI

Carbonul este inactiv și reacționează numai cu fluor la rece; activitatea chimică are loc la temperaturi ridicate.

Memento! „Proprietăți chimice”

Adsorbţie

Procesul invers este eliberarea acestor substanțe absorbite - desorbția.

Aplicarea adsorbției

Purificarea de impurități (în producția de zahăr, etc.), pentru protecție respiratorie (măști de gaz), în medicină (tablete Carbolen), etc.

Aplicarea carbonului

Diamantele sunt utilizate pe scară largă pentru tăierea pietrelor și șlefuirea materialelor deosebit de dure. Când tăiați diamantele, acestea sunt folosite pentru a face bijuterii. Grafitul este folosit pentru a face electrozi inerți și mine de creion. Amestecat cu uleiuri tehnice ca lubrifiant. Crezetele de topire sunt realizate dintr-un amestec de grafit și argilă. Grafitul este folosit în industria nucleară ca absorbant de neutroni.

Cocsul este folosit în metalurgie ca agent reducător. Cărbune - în forje, pentru producerea prafului de pușcă (75% KNO 3 + 13% C + 12% S), pentru absorbția gazelor (adsorbție), precum și în viața de zi cu zi. Negrul de fum este folosit ca umplutură de cauciuc, pentru producția de vopsele negre - cerneală de imprimare și cerneală, precum și în celule galvanice uscate. Carbonul sticlos este folosit pentru fabricarea de echipamente pentru medii extrem de agresive, precum și în aviație și astronautică.

Cărbunele activ absoarbe substanțe nocive din gaze și lichide: este folosit pentru a umple măști de gaze, sisteme de purificare și este folosit în medicină pentru otrăvire.

CĂRBUNE

Cărbune- un produs microporos cu conținut ridicat de carbon format în timpul descompunerii lemnului fără acces la aer. Se folosește la producerea de siliciu cristalin, disulfură de carbon, metale feroase și neferoase, cărbune activ etc., precum și combustibil de uz casnic (căldura specifică de ardere 31,5-34 MJ/kg).

SARCINI DE ATRIBUIRE

nr. 1. Completați ecuațiile de reacție, creați un echilibru electronic și indicați agentul de oxidare și reducere pentru fiecare reacție:

C+02 (g) =

C+O2 (insuficient) =

C + H2 =

C + Ca =

C + Al =

Carbonul este poate unul dintre cele mai impresionante elemente ale chimiei de pe planeta noastră, care are capacitatea unică de a forma o mare varietate de legături organice și anorganice diferite.

Într-un cuvânt, compușii de carbon care au caracteristici unice stau la baza vieții pe planeta noastră.

Ce este carbonul

În tabelul chimic D.I. Carbonul lui Mendeleev este numărul șase, aparține grupului 14 și este desemnat „C”.

Proprietăți fizice

Este un compus de hidrogen care aparține grupului de molecule biologice, a cărui masă molară și greutate moleculară este de 12,011, iar punctul de topire este de 3550 de grade.

Starea de oxidare a unui element dat poate fi: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4, iar densitatea este de 2,25 g/cm3.

În stare agregată, carbonul este un solid, iar rețeaua cristalină este atomică.

Carbonul are următoarele modificări alotropice:

• grafit;
• fullerenă;
• carabină

Structura atomică

Un atom al unei substanțe are o configurație electronică de forma - 1S 2 2S 2 2P 2. La nivelul exterior, un atom are 4 electroni situati in doi orbitali diferiti.

Dacă luăm starea excitată a elementului, atunci configurația sa devine 1S 2 2S 1 2P 3.

În plus, un atom al unei substanțe poate fi primar, secundar, terțiar și cuaternar.

Proprietăți chimice

Fiind în condiții normale, elementul este inert și interacționează cu metale și nemetale la temperaturi ridicate:

• interacționează cu metalele, rezultând formarea de carburi;
• reacționează cu fluorul (halogen);
• la temperaturi ridicate interacționează cu hidrogenul și sulful;
• la cresterea temperaturii, asigura reducerea metalelor si nemetalelor din oxizi;
• la 1000 de grade interactioneaza cu apa;
• se aprinde când temperatura crește.

Producția de carbon

Carbonul poate fi găsit în natură sub formă de grafit negru sau, foarte rar, sub formă de diamant. Grafitul nenatural este produs prin reacția cocsului cu silice.

Diamantele nenaturale sunt produse prin aplicarea de căldură și presiune împreună cu catalizatori. Acest lucru topește metalul, iar diamantul rezultat iese ca un precipitat.

Adăugarea de azot are ca rezultat diamante gălbui, în timp ce adăugarea de bor produce diamante albăstrui.

Istoria descoperirii

Carbonul a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri. Grecii cunoșteau grafitul și cărbunele, iar diamantele au fost găsite pentru prima dată în India. Apropo, oamenii au luat adesea compuși cu aspect similar ca grafitul. Dar chiar și în ciuda acestui fapt, grafitul a fost folosit pe scară largă pentru scris, deoarece chiar și cuvântul „grapho” este tradus din greacă prin „eu scriu”.

În prezent, grafitul este folosit și în scris, în special poate fi găsit în creioane. La începutul secolului al XVIII-lea, comerțul cu diamante a început în Brazilia, au fost descoperite multe zăcăminte și, deja, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, oamenii au învățat să obțină pietre prețioase nenaturale.

În prezent, diamantele nenaturale sunt folosite în industrie, iar diamantele reale sunt folosite în bijuterii.

Rolul carbonului în corpul uman

Carbonul intră în corpul uman cu alimente, 300 g pe zi, iar cantitatea totală de substanță din corpul uman este de 21% din greutatea corpului.

Acest element este format din 2/3 mușchi și 1/3 oase.Și gazul este îndepărtat din corp împreună cu aerul expirat sau cu uree.

De remarcat: Fără această substanță, viața pe Pământ este imposibilă, deoarece carbonul formează legături care ajută organismul să lupte cu influența distructivă a lumii înconjurătoare.

Astfel, elementul este capabil să formeze lanțuri lungi sau inele de atomi, care oferă baza pentru multe alte legături importante.

Apariția carbonului în natură

Elementul și compușii săi pot fi găsite peste tot. În primul rând, observăm că substanța reprezintă 0,032% din cantitatea totală a scoarței terestre.

Un singur element poate fi găsit în cărbune. Iar elementul cristalin se găsește în modificări alotropice. De asemenea, cantitatea de dioxid de carbon din aer este în continuă creștere.

Concentrații mari de element în mediu pot fi găsite ca compuși cu diferite elemente. De exemplu, dioxidul de carbon este conținut în aer într-o cantitate de 0,03%. Minerale precum calcarul sau marmura conțin carbonați.

Toate organismele vii conțin compuși ai carbonului împreună cu alte elemente.În plus, rămășițele organismelor vii devin depozite precum petrol și bitum.

Aplicarea carbonului

Compușii acestui element sunt folosiți pe scară largă în toate domeniile vieții noastre și lista acestora poate fi nesfârșită, așa că vom indica câteva dintre ele:

• grafitul este folosit în mine de creion și electrozi;
• diamantele sunt utilizate pe scară largă în bijuterii și găurire;
• carbonul este folosit ca agent reducător pentru a îndepărta elemente precum minereul de fier și siliciul;
• cărbunele activ, constând în principal din acest element, este utilizat pe scară largă în domeniul medical, industrie și viața de zi cu zi.

Viața organică pe Pământ este reprezentată de compuși de carbon. Elementul face parte din principalele componente ale structurilor celulare: proteine, carbohidrați și grăsimi și, de asemenea, formează baza substanței eredității - acidul dezoxiribonucleic. În natura anorganică, carbonul este unul dintre cele mai comune elemente care formează scoarța terestră și atmosfera planetei. Chimia organică, ca ramură a științei chimice, este în întregime dedicată proprietăților elementului chimic carbon și compușilor săi. Articolul nostru va lua în considerare caracteristicile fizice și chimice ale carbonului și caracteristicile proprietăților sale.

Locul elementului în tabelul periodic al lui Mendeleev

Subgrupul de carbon este principalul subgrup al grupului IV, care, pe lângă carbon, include și siliciu, germaniu, staniu și plumb. Toate aceste elemente au aceeași structură a nivelului energetic exterior, pe care se află patru electroni. Acest lucru determină asemănarea proprietăților lor chimice. În stare normală, elementele subgrupului sunt divalente, iar atunci când atomii lor intră într-o stare excitată, ei prezintă o valență de 4. Proprietățile fizice și chimice ale carbonului depind de starea învelișurilor electronice ale atomului său. Astfel, într-o reacție cu oxigenul, un element ale cărui particule sunt într-o stare neexcitată formează oxidul indiferent CO. Atomii de carbon în stare excitată sunt oxidați la dioxid de carbon, care prezintă proprietăți acide.

Forme ale carbonului în natură

Diamantul, grafitul și carbina sunt trei modificări alotropice ale carbonului ca substanță simplă. Cristalele transparente cu un grad ridicat de refracție a razelor de lumină, care sunt cei mai duri compuși din natură, sunt diamantele. Ele conduc căldura slab și sunt dielectrice. Rețeaua cristalină este atomică, foarte puternică. În el, fiecare atom al unui element este înconjurat de alte patru particule, formând un tetraedru regulat.

Proprietăți fizice și chimice complet diferite ale carbonului care formează grafitul. Este o substanță cristalină de culoare gri închis, care este grasă la atingere. Are o structură strat cu strat, distanțele dintre straturile de atomi sunt destul de mari, în timp ce forțele lor atractive sunt slabe. Prin urmare, atunci când apăsați pe o tijă de grafit, substanța se exfoliază în fulgi subțiri. Ei lasă o urmă întunecată pe hârtie. Grafitul este conductiv termic și ușor inferior metalelor în conductivitate electrică.

Capacitatea de a conduce curentul electric este explicată de structura cristalului substanței. În ea, particulele de carbon sunt legate de alte trei folosind legături chimice covalente puternice. Al patrulea electron de valență al fiecărui atom rămâne liber și este capabil să se miște în întreaga substanță. Mișcarea direcționată a particulelor încărcate negativ provoacă apariția curentului electric. Domeniile de aplicare ale grafitului sunt variate. Astfel, este utilizat pentru fabricarea electrozilor în inginerie electrică și pentru efectuarea procesului de electroliză, prin care, de exemplu, se obțin metale alcaline în formă pură. Grafitul și-a găsit aplicație în reactoarele nucleare pentru a controla viteza reacțiilor în lanț care au loc în ele ca moderator de neutroni. Este cunoscută utilizarea substanței ca tije de ardezie sau lubrifiant în frecarea părților mecanismelor.

Ce este carbyne?

Pulberea cristalină neagră cu un luciu sticlos este carabină. A fost sintetizat la mijlocul secolului al XX-lea în Rusia. Substanța este superioară grafitului ca duritate, pasivă chimic, are proprietăți semiconductoare și este cea mai stabilă modificare a carbonului. Conexiunea este mai puternică decât grafitul. Există și forme de carbon ale căror proprietăți chimice diferă unele de altele. Acestea sunt funingine, cărbune și cocs.

Diferitele caracteristici ale modificărilor alotropice ale carbonului sunt explicate prin structura rețelelor lor cristaline. Este o substanta refractara, incolora si inodora. Este insolubil în solvenți organici, dar este capabil să formeze soluții solide - aliaje, de exemplu, cu fier.

Proprietățile chimice ale carbonului

În funcție de substanța cu care reacționează carbonul, acesta poate prezenta proprietăți duble: atât un agent reducător, cât și un agent oxidant. De exemplu, prin topirea cocsului cu metale, se obțin compușii acestora - carburi. Reacția cu hidrogenul produce hidrocarburi. Aceștia sunt compuși organici, de exemplu, metanul, etilena, acetilena, în care, ca și în cazul metalelor, carbonul are o stare de oxidare de -4. Reacțiile chimice reductive ale carbonului, ale căror proprietăți le studiem, apar în timpul interacțiunii sale cu oxigenul, halogenii, apa și oxizii bazici.

Oxizi de carbon

Prin arderea cărbunelui în aer cu un conținut scăzut de oxigen se produce monoxid de carbon - oxid de carbon divalent. Este incolor, inodor și foarte toxic. Combinându-se cu hemoglobina din sânge în timpul respirației, monoxidul de carbon se răspândește în corpul uman, provocând otrăvire și apoi moartea prin sufocare. În clasificare, substanța ia locul oxizilor indiferenți, nu reacționează cu apa și nu corespunde nici unei baze sau unui acid. Proprietățile chimice ale carbonului, care are o valență de 4, diferă de caracteristicile discutate anterior.

dioxid de carbon

O substanță gazoasă incoloră la o temperatură de 15 și o presiune de o atmosferă trece în faza solidă. Se numește gheață uscată. Moleculele de CO 2 sunt nepolare, deși legătura covalentă dintre atomii de oxigen și carbon este polară. Compusul aparține oxizilor acizi. Interacționând cu apa, formează acid carbonat. Sunt cunoscute reacțiile dintre dioxidul de carbon și substanțele simple: metale și nemetale, de exemplu, magneziu, calciu sau cocs. În ele joacă rolul unui agent oxidant.

Reacție calitativă la dioxid de carbon

Pentru a ne asigura că gazul studiat este într-adevăr monoxid de carbon CO 2, se efectuează următorul experiment în chimie anorganică: substanța este trecută printr-o soluție limpede de apă de var. Observarea turbidității soluției datorită precipitării unui precipitat alb de carbonat de calciu confirmă prezența moleculelor de dioxid de carbon în amestecul de reactivi. Când gazul este trecut în continuare printr-o soluție de hidroxid de calciu, precipitatul de CaCO 3 se dizolvă datorită transformării sale în bicarbonat de calciu, o sare solubilă în apă.

Rolul carbonului în procesul de furnal

Proprietățile chimice ale carbonului sunt utilizate în producția industrială a fierului din minereurile sale: minereu de fier magnetic, roșu sau maro. Principalele dintre ele vor fi proprietățile reducătoare ale carbonului și oxizilor - dioxid de carbon și dioxid de carbon. Procesele care au loc în furnal pot fi reprezentate ca următoarea secvență de reacții:

• În primul rând, cocsul arde într-un curent de aer încălzit la 1.850 °C cu formarea de dioxid de carbon: C + O 2 = CO 2.
• Trecând prin carbon fierbinte, se reduce la monoxid de carbon: CO 2 + C = 2CO.
• Monoxidul de carbon reacţionează cu minereul de fier, rezultând oxid de fier: 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2, Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2.
• Reacția de producere a fierului va avea următoarea formă: FeO + CO = Fe + CO 2

Fierul topit dizolvă un amestec de carbon și monoxid de carbon, rezultând o substanță - cementită.

Fonta topită într-un furnal, pe lângă fier, conține până la 4,5% carbon și alte impurități: mangan, fosfor, sulf. Oțelul, care diferă de fontă în mai multe moduri, cum ar fi capacitatea sa de a fi laminat și forjat, conține doar 0,3 până la 1,7% carbon. Produsele din oțel sunt utilizate pe scară largă în aproape toate industriile: inginerie mecanică, metalurgie, medicină.

În articolul nostru am aflat ce proprietăți chimice ale carbonului și ale compușilor săi sunt utilizați în diferite domenii ale activității umane.

• Denumirea - C (Carbon);
• Perioada - II;
• Grupa - 14 (IVa);
• Masa atomică - 12.011;
• Numărul atomic - 6;
• Raza atomică = 77 pm;
• Raza covalentă = 77 pm;
• Distribuția electronilor - 1s 2 2s 2 2p 2 ;
• temperatura de topire = 3550°C;
• punct de fierbere = 4827°C;
• Electronegativitatea (după Pauling/după Alpred și Rochow) = 2,55/2,50;
• Stare de oxidare: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Densitatea (nr.) = 2,25 g/cm3 (grafit);
• Volumul molar = 5,3 cm 3 /mol.

Carbonul sub formă de cărbune este cunoscut omului din timpuri imemoriale, prin urmare, nu are sens să vorbim despre data descoperirii sale. De fapt, „carbon” și-a primit numele în 1787, când a fost publicată cartea „Metoda de nomenclatură chimică”, în care a apărut termenul „carbon” (carbon) în locul numelui francez „cărbune pur” (charbone pur).

Carbonul are capacitatea unică de a forma lanțuri polimerice de lungime nelimitată, dând astfel naștere unei clase uriașe de compuși, al căror studiu este efectuat de o ramură separată a chimiei - chimia organică. Compușii organici ai carbonului formează baza vieții terestre, prin urmare, nu are sens să vorbim despre importanța carbonului ca element chimic - este baza vieții pe Pământ.

Acum să ne uităm la carbon din punctul de vedere al chimiei anorganice.

Orez. Structura atomului de carbon.

Configurația electronică a carbonului este 1s 2 2s 2 2p 2 (vezi Structura electronică a atomilor). La nivelul energetic exterior, carbonul are 4 electroni: 2 perechi la subnivelul s + 2 nepereche în orbitalii p. Când un atom de carbon trece la o stare excitată (necesită consum de energie), un electron de la subnivelul s „părăsește” perechea sa și se deplasează la subnivelul p, unde există un orbital liber. Astfel, în starea excitată, configurația electronică a atomului de carbon ia următoarea formă: 1s 2 2s 1 2p 3.

Orez. Trecerea unui atom de carbon la o stare excitată.

Această „rodare” extinde semnificativ capacitățile de valență ale atomilor de carbon, care pot lua o stare de oxidare de la +4 (în compușii cu nemetale active) la -4 (în compușii cu metale).

Într-o stare neexcitată, atomul de carbon din compuși are o valență de 2, de exemplu, CO(II), iar în stare excitată are o valență de 4: CO 2 (IV).

„Unicitatea” atomului de carbon constă în faptul că la nivelul său de energie exterior există 4 electroni, prin urmare, pentru a completa nivelul (pe care, de fapt, se străduiesc atomii oricărui element chimic), poate, cu egalitate. „succes”, ambele dau și adaugă electroni pentru a forma legături covalente (vezi Legătura covalentă).

Carbonul ca substanță simplă

Ca substanță simplă, carbonul poate fi găsit sub forma mai multor modificări alotropice:

• Diamant
• Grafit
• Fullerene
• carabină

Diamant

Orez. Rețea cristalină de diamant.

Proprietățile diamantului:

• substanță cristalină incoloră;
• cea mai dură substanță din natură;
• are un puternic efect de refracție;
• conduce prost căldura și electricitatea.

Orez. Tetraedru de diamant.

Duritatea excepțională a diamantului se explică prin structura rețelei sale cristaline, care are forma unui tetraedru - în centrul tetraedrului se află un atom de carbon, care este legat prin legături la fel de puternice cu patru atomi vecini care formează vârfurile. a tetraedrului (vezi figura de mai sus). Această „construcție”, la rândul său, este conectată cu tetraedrele vecine.

Grafit

Orez. Rețea de cristal de grafit.

Proprietățile grafitului:

• substanță cristalină moale de culoare gri cu o structură stratificată;
• are un luciu metalic;
• conduce bine electricitatea.

În grafit, atomii de carbon formează hexagoane regulate situate în același plan, organizate în straturi nesfârșite.

În grafit, legăturile chimice dintre atomii de carbon adiacenți sunt formate de cei trei electroni de valență ai fiecărui atom (prezentați cu albastru în figura de mai jos), cu al patrulea electron (indicat cu roșu) al fiecărui atom de carbon situat pe orbitalul p perpendicular. față de planul stratului de grafit, nu participă la formarea legăturilor covalente în planul stratului. „Scopul” său este diferit - interacționând cu „fratele” său situat în stratul adiacent, oferă o conexiune între straturile de grafit, iar mobilitatea ridicată a electronilor p determină buna conductivitate electrică a grafitului.

Orez. Distribuția orbitalilor atomilor de carbon în grafit.

Fullerene

Orez. Rețea cristalină de fullerenă.

Proprietăți fullerene:

• o moleculă de fullerenă este o colecție de atomi de carbon închisă în sfere goale ca o minge de fotbal;
• este o substanță fin-cristalină de culoare galben-portocalie;
• punct de topire = 500-600°C;
• semiconductor;
• face parte din mineralul shungit.

carabină

Proprietăți carbyne:

• substanță inertă neagră;
• constă din molecule liniare polimerice în care atomii sunt legați prin legături simple și triple alternative;
• semiconductor.

Proprietățile chimice ale carbonului

În condiții normale, carbonul este o substanță inertă, dar atunci când este încălzit poate reacționa cu o varietate de substanțe simple și complexe.

S-a spus deja mai sus că la nivelul de energie externă a carbonului există 4 electroni (nici aici, nici acolo), prin urmare carbonul poate atât să renunțe la electroni, cât și să îi accepte, prezentând proprietăți reducătoare în unii compuși și proprietăți oxidante în alții.

Carbonul este agent reducătorîn reacțiile cu oxigenul și alte elemente cu electronegativitate mai mare (vezi tabelul cu electronegativitatea elementelor):

• când este încălzit în aer, arde (cu un exces de oxigen cu formare de dioxid de carbon; cu deficiența sa - monoxid de carbon (II)):
  C + O2 = C02;
  2C + O2 = 2CO.
• reacționează la temperaturi ridicate cu vaporii de sulf, interacționează ușor cu clorul, fluorul:
  C + 2S = CS 2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F 2 + C = CF 4
• Când este încălzit, reduce multe metale și nemetale din oxizi:
  CO + Cu +2O = Cuo + C +2O;
  C0 +C +4O2 = 2C +2O
• la o temperatură de 1000°C reacționează cu apa (proces de gazificare), formând apă gazoasă:
  C + H20 = CO + H2;

Carbonul prezintă proprietăți oxidante în reacțiile cu metale și hidrogen:

• reacţionează cu metalele pentru a forma carburi:
  Ca + 2C = CaC 2
• interacționând cu hidrogenul, carbonul formează metan:
  C + 2H2 = CH4

Carbonul se obține prin descompunerea termică a compușilor săi sau prin piroliza metanului (la temperatură ridicată):
CH4 = C + 2H2.

Aplicarea carbonului

Compușii de carbon au găsit cea mai largă aplicație în economia națională, nu este posibil să îi enumeram pe toți, vom indica doar câteva:

• grafitul este folosit pentru a face mine de creion, electrozi, creuzete de topire, ca moderator de neutroni în reactoare nucleare și ca lubrifiant;
• Diamantele sunt folosite în bijuterii, ca unealtă de tăiere, în echipamentele de găurit și ca material abraziv;
• Carbonul este folosit ca agent reducător pentru a produce unele metale și nemetale (fier, siliciu);
• cărbunele constituie cea mai mare parte a cărbunelui activat, care și-a găsit o aplicație largă, atât în ​​viața de zi cu zi (de exemplu, ca adsorbant pentru purificarea aerului și a soluțiilor), cât și în medicină (tablete de cărbune activ) și în industrie (ca purtător pentru catalitic). aditivi, un catalizator de polimerizare etc.).

Caracteristicile elementului

6 C 1s 2 2s 2 2p 2

Izotopi: 12C (98,892%); 13C (1,108%); 14 C (radioactiv)

Clarke în scoarța terestră este de 0,48% din masă. Forme de localizare:

în formă liberă (cărbune, diamante);

în compoziţia carbonaţilor (CaCO3, MgCO3 etc.);

ca parte a combustibililor fosili (cărbune, petrol, gaz);

sub formă de CO 2 - în atmosferă (0,03% din volum);

în Oceanul Mondial - sub formă de HCO 3 - anioni;

în compoziţia materiei vii (-18% carbon).

Chimia compușilor de carbon este în principal chimie organică. Următoarele substanțe care conțin C sunt studiate în cursul chimiei anorganice: carbon liber, oxizi (CO și CO 2), acid carbonic, carbonați și bicarbonați.

Carbon liber. alotropie.

În stare liberă, carbonul formează 3 modificări alotropice: diamant, grafit și carbina produsă artificial. Aceste modificări ale carbonului diferă prin structura chimică cristalină și caracteristicile fizice.

Diamant

Într-un cristal de diamant, fiecare atom de carbon este conectat prin legături covalente puternice cu alți patru plasați în jurul lui la distanțe egale.

Toți atomii de carbon sunt într-o stare de hibridizare sp 3. Rețeaua cristalină atomică a diamantului are o structură tetraedrică.

Diamantul este o substanță incoloră, transparentă, foarte refractivă. Are cea mai mare duritate dintre toate substanțele cunoscute. Diamantul este fragil, refractar și nu conduce bine căldura sau electricitatea. Distanțele mici dintre atomii de carbon vecini (0,154 nm) determină densitatea destul de mare a diamantului (3,5 g/cm3).

Grafit

În rețeaua cristalină a grafitului, fiecare atom de carbon se află într-o stare de hibridizare sp 2 și formează trei legături covalente puternice cu atomii de carbon localizați în același strat. Trei electroni ai fiecărui atom de carbon participă la formarea acestor legături, iar cei de-a patra electroni de valență formează legături n și sunt relativ liberi (mobili). Ele determină conductivitatea electrică și termică a grafitului.

Lungimea legăturii covalente dintre atomii de carbon vecini din același plan este de 0,152 nm, iar distanța dintre atomii de C din diferite straturi este de 2,5 ori mai mare, deci legăturile dintre ei sunt slabe.

Grafitul este o substanță opaca, moale, grasă la atingere, de culoare gri-negru, cu un luciu metalic; conduce bine căldura și electricitatea.

Grafitul are o densitate mai mică în comparație cu diamantul și se desparte ușor în fulgi subțiri.

carabină

Structura dezordonată a grafitului fin-cristalin stă la baza structurii diferitelor forme de carbon amorf, dintre care cele mai importante sunt cocs, cărbunii maro și negri, funingine și cărbune activ.

Această modificare alotropică a carbonului se obține prin oxidarea catalitică (dehidropolicondensarea) acetilenei. Carbyne este un polimer în lanț care se prezintă sub două forme:

С=С-С=С-... și...=С=С=С=

Proprietățile chimice ale carbonului

Carbyne are proprietăți semiconductoare.

La temperaturi obișnuite, ambele modificări ale carbonului (diamantul și grafitul) sunt inerte din punct de vedere chimic. Formele fin-cristaline de grafit - cocs, funingine, cărbune activ - sunt mai reactive, dar, de regulă, după ce sunt preîncălzite la o temperatură ridicată.

C - agent reducător activ:

1. Interacțiunea cu oxigenul

2C + O 2 = 2CO + 221 kJ (cu o lipsă de O 2)

Arderea cărbunelui este una dintre cele mai importante surse de energie.

2. Interacțiunea cu fluorul și sulful.

C + 2F2 = CF4 tetrafluorura de carbon

C + 2S = CS 2 disulfură de carbon

3. Cocs este unul dintre cei mai importanți agenți reducători utilizați în industrie. În metalurgie, este folosit pentru a obține metale din oxizi, de exemplu:

ZS + Fe2O3 = 2Fe + ZSO

C + ZnO = Zn + CO

4. Când carbonul interacționează cu oxizii metalelor alcaline și alcalino-pământoase, metalul redus se combină cu carbonul pentru a forma o carbură. De exemplu: 3S + CaO = CaC 2 + CO carbură de calciu

5. Coca-cola este folosit și pentru a produce siliciu:

2C + SiO2 = Si + 2СО

6. Dacă există un exces de cocs, se formează carbură de siliciu (carborundum) SiC.

Producția de „gaz de apă” (gazeificarea combustibilului solid)

Prin trecerea vaporilor de apă prin cărbune încins, se obține un amestec inflamabil de CO și H 2, numit apă gazoasă:

C + H20 = CO + H2

7. Reacții cu acizi oxidanți.

Când este încălzit, cărbunele sau cărbunele activ reduce anionii NO 3 - și SO 4 2- din acizii concentrați:

C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O

C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O

8. Reacții cu nitrați de metale alcaline topiți

În topurile KNO 3 și NaNO 3, cărbunele zdrobit arde intens cu formarea unei flăcări orbitoare:

5C + 4KNO 3 = 2K 2 CO 3 + ZCO 2 + 2N 2

C - agent oxidant slab activ:

1. Formarea carburilor asemănătoare sărurilor cu metale active.

O slăbire semnificativă a proprietăților nemetalice ale carbonului se exprimă în faptul că funcțiile sale ca agent oxidant se manifestă într-o măsură mult mai mică decât funcțiile sale reducătoare.

2. Numai în reacțiile cu metale active atomii de carbon se transformă în ioni încărcați negativ C -4 și (C=C) 2-, formând carburi asemănătoare sărurilor:

ZS + 4Al = Al 4 C 3 carbură de aluminiu

2C + Ca = CaC 2 carbură de calciu

3. Carburele ionice sunt compuși foarte instabili se descompun ușor sub acțiunea acizilor și a apei, ceea ce indică instabilitatea anionilor de carbon încărcați negativ:

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

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2

4. Formarea compuşilor covalenti cu metale

În topiturile amestecurilor de carbon cu metale de tranziție, carburile se formează predominant cu o legătură de tip covalent. Moleculele lor au o compoziție variabilă, iar substanțele în ansamblu sunt apropiate de aliaje. Astfel de carburi sunt foarte stabile, sunt inerte din punct de vedere chimic față de apă, acizi, alcalii și mulți alți reactivi.

5. Interacțiunea cu hidrogenul

La T și P mari, în prezența unui catalizator de nichel, carbonul se combină cu hidrogenul:

C + 2НН 2 → СНН 4

Reacția este foarte reversibilă și nu are semnificație practică.