Capitolul 15. ELEMENTELE GRUPULUI IV
IVA-grup: carbon C 2s 2 2p 2. 2 siliciu Si 3s și 3p 2 elementypodgruppy germaniu - GERMA-ny Ge 4s 2 4p 2. staniu Sn 5s 2 5p 2. Plumb Pb 6s 2 6p 2.
grupa IVB (titan subgrupă) - titan Ti 3d 2 4s 2. zirconiu Zr 4d 2 5s 2. hafniu 5d 2 6s HF 2. rutherfordiu Rf 6d 2 7s 2.
În majoritatea compușilor anorganici, carbonul prezintă stări de oxidare de -4, +4, +2.
Diamond este o substanță cristalină incoloră, cu o latură cubică în care fiecare atom de carbon este legat - conexiuni cu cele patru cele vecine - aceasta determină duritate excepțională și absența conductivității electronice în condiții normale.
Carbina - pudră neagră cu o latură hexagonală, construită din rectilinie - și = π-legături: -С≡С-С≡С-С≡ (poliin) sau = С = С = С = С = С (поликумулен).
Grafitul este o formă stabilă a existenței unui element de carbon; gri-negru, cu luciu metalic, îndrăzneț la atingere, moale nemetalică, are conductivitate. La temperaturi obișnuite este foarte inert. La temperaturi ridicate, acesta interacționează direct cu multe metale și nemetalice (hidrogen, oxigen, fluor, sulf). Un reductor tipic; reacționează cu vapori de apă, acizi azotați și sulfurici concentrați, oxizi metalici. În starea "amorfă" (cărbune, cocs, funingine) arde cu ușurință în aer.
2C + 02 (peste 1000 ° C) = 2CO
C + 2PbO (600 ° C) = 2Pb + C02
Datorită energiei foarte active de conversie, modificările de carbon sunt posibile numai în condiții speciale. Deci, diamantul se transformă în grafit când este încălzit la 1000-1500 ° C (fără acces la aer). Trecerea grafitului în diamant necesită o presiune foarte mare (6 # 8729; 10 9 -10 # 8729; 10 10 Pa); a stăpânit metoda de obținere a diamantului la presiune scăzută.
C (diamant) = C (grafit) (peste 1200 ° C)
Recepție și aplicare. Electrozi de grafit sunt produse, topirea creuzete căptușeală cuptor electric și băi electrolitice industriale și altele. Într-un reactor nuclear este folosit ca moderator de neutroni. Grafitul este de asemenea folosit ca lubrifiant și altele asemenea. D. O duritate excepțională de diamant face ca utilizarea sa pe scară largă pentru tratarea materialelor foarte dure, operațiunile de foraj, pentru tragerea de sârmă și t. D. Cristalele cele mai perfecte de diamant sunt folosite după tăiere și lustruire pentru a face bijuterii ( diamante).
Datorită capacității mari de adsorbție a cărbunelui de lemn și de animale (cocs, cărbune, cărbune de oase, funingine), acestea sunt utilizate pentru a curăța substanțele de impurități. Cocsul obținut din prelucrarea uscată a cărbunelui este utilizat în principal în metalurgia pentru topirea metalelor. Funcția de funingine este utilizată la fabricarea de cauciuc negru, pentru fabricarea vopselelor, a carcaselor etc.
Dioxidul de carbon CO2 este utilizat în producerea de sodă, pentru stingerea incendiilor, prepararea apei minerale, ca mediu inert pentru diferite sinteze.
Compuși cu o stare de oxidare negativă. Cu mai puțin electronegativ decât el însuși, ele oferă carburi de carbon. Deoarece carbonul este caracterizat prin formarea homocoacelor, compoziția majorității carburilor nu corespunde gradului de oxidare a carbonului -4. Prin tipul legăturii chimice, pot fi izolate carburi covalente, iono-covalente și metalice.
Cărțile de siliciu covalent SiC și borul B4 C sunt substanțe polimerice caracterizate printr-o duritate foarte mare, osoasă refractară și inerție chimică.
Cea mai simplă carbură covalentă este metanul CH4, un gaz foarte inert din punct de vedere chimic; nu acționează acid și alcalin, dar se aprinde cu ușurință, iar amestecurile sale cu aerul sunt extrem de explozive. Metanul este componenta principală a minei naturale (60-90%) și a gazului de mlaștină. Gazele bogate în metan sunt folosite drept combustibil și materii prime pentru producția chimică.
Carbonul formează o varietate de percarburi. de exemplu, unele dintre cele mai simple hidrocarburi sunt etan C2H6. etilen C2H4. acetilena C2H2.
Carburile ion-covalente sunt substanțe asemănătoare sarelor cristaline. Atunci când acționează apă sau acid diluat, se descompun cu eliberarea de hidrocarburi. Prin urmare, carburile de acest tip pot fi considerate derivate ale hidrocarburilor corespunzătoare. Derivații metanului sunt metanidele. de exemplu, carburile Be2C și AlC3. Se descompun prin apă, eliberând metanul:
Percarburile asemănătoare sarelor cele mai studiate sunt acetilidele de tip M2 + C2. M + 2 C2 și M2 +3 (C2) 3. Cea mai importantă acetilură de calciu CaC2 (denumită carbură) se obține prin încălzirea CaO cu cărbune în cuptoare electrice:
CaO + 3C = CaC2 + CO
Acetilidele se descompun mai mult sau mai puțin ușor cu apă pentru a forma acetilenă:
Această reacție este utilizată în domeniu pentru a produce acetilenă.
Carbizii elementelor d ale grupelor IV-VIII sunt metalici. Cele mai comune carburile compoziție medie MS (TiC, ZrC, HCF, VC, Nbc, TaC), M2 este C (NO2 C, W2 C), M3 C (MN3 C, Fe3 C, Co3 C). Carburile metalice fac parte din fontă și oțel, dându-le duritate, durabilitate și alte calități valoroase. Pe baza carburilor de tungsten, titanului și tantalului, aliajele super-dur și refractar sunt utilizate pentru prelucrarea metalelor de mare viteză.
Compușii de carbon (IV). Gradul de oxidare a carbonului +4 se manifestă în compușii săi cu mai mult electronegativ decât el însuși, nemetal: CHal4. SONal2. CO2. COS, CS2 și complexele anionice CO3 2-. COS2 2-. CS3 2-.
Din punct de vedere chimic, acești compuși de carbon (IV) sunt acizi. Unii dintre ei interacționează cu apa, formând acizi:
și cu compuși bazici, formând săruri:
Din tetraalchidele CHal4, tetraclorimetanul CCI4 a fost utilizat ca solvent neinflamabil de substanțe organice, precum și lichid pentru stingătoarele de incendiu. Se obține prin clorurarea disulfurii de carbon în prezența unui catalizator:
Clorura fluorură mixtă de carbon CCl2 F2 - freonul (t de fierbere -30 ° C) este utilizat ca agent de răcire în mașinile și instalațiile de refrigerare. Nu este otrăvitoare. Când este expus la atmosferă, stratul de ozon este distrus.
Disulfura de carbon sau sulfura de carbon CS2 (otrăvitoare) se obține prin interacțiunea vaporilor de sulf cu cărbune incandescent: C + 2S = CS2
Disulfura de carbon este ușor oxidată, cu ușoară încălzire aprinsă în aer: CS2 + 3O2 = CO2 + 2SO2
Toate oxodigalidele (halogenuri de carbonil) COHal2 sunt mult mai reactive decât tetrahalogenurile; în special, ele sunt ușor hidrolizate:
Cea mai mare aplicare este găsită de COCl2 (fosgen, clorură de carbonil) - un gaz extrem de toxic. Este larg utilizat în sinteza organică.
Dioxidul de carbon (CO2) în inginerie este de obicei obținut prin descompunerea termică a CaCO3. și în laborator - prin acțiunea CaCO3 cu acid clorhidric.
Dioxidul de carbon este ușor absorbit de soluțiile alcaline și se formează carbonatul corespunzător. și cu un exces de hidrogen carbonat de CO2:
Hidrocarbonații, spre deosebire de carbonații, sunt în majoritatea soluțiilor în apă.
Solubilitatea CO2 în apă este scăzută, o parte din dioxidul de carbon dizolvat reacționează cu apa pentru a forma un carbonic H2 mediu acid CO3 instabil (hidrogen trioksokarbonat).
Carbonații sulfurați (IV) (tiocarbonații) seamănă în multe privințe cu triococarbonatul (IV). Acestea pot fi obținute prin interacțiunea disulfurii de carbon cu sulfuri bazice, de exemplu:
Soluția apoasă de H2S3 este un acid tiogonal slab. Treptat descompus de apă, formând acidul carbonic și hidrogenul sulfurat:
Dintre carbonatele de nitrura, este importantă cianamida de calciu CaCN2. obținută prin oxidarea carburii de calciu CaC2 cu azot când este încălzită:
Dintre carbonații de oxonitridă de hidrogen, ureea (carbamida) CO (NH2) 2 este cea mai importantă. obținută prin acțiunea C02 pe o soluție apoasă de amoniac la 130 ° C și 1 # 8729; 107 Pa:
Ureea este utilizată ca îngrășământ și pentru hrana animalelor, ca materie primă pentru producerea de materiale plastice, farmaceutice (veronal, luminal etc.) etc.
Hidrogen sulfidonitrid carbonat (IV) sau hidrogen tiocianat HSCN într-o soluție apoasă formează un acid tiocianic puternic (cum ar fi HCI). Tiococianitele sunt utilizate în principal pentru vopsirea țesăturilor; NH4 SCN este utilizat ca reactiv pentru ionii Fe 3+.
Compuși de carbon (II). Derivații de carbon (II) sunt CO, CS, HCN.
Monoxidul de carbon (II) CO (monoxid de carbon) se formează prin arderea carbonului sau a compușilor săi în lipsa oxigenului și, de asemenea, ca urmare a interacțiunii monoxidului de carbon (IV) cu cărbune incandescent.
СО2 + С ↔ 2СО
În molecula de CO există o legătură triplă, ca în N2 și cianura-ion CN-. În condiții normale, monoxidul de carbon (II) este chimic foarte inert. Când este încălzit, prezintă proprietăți de reducere, care este utilizat pe scară largă în domeniul pirometalurgiei.
Când este încălzit, CO este oxidat de sulf, iradiat sau în prezența unui catalizator, interacționează cu clorul etc.
CO + S = COS (oxosulfură de carbon IV);
CO + Cl2 = COCI2 (oxoclorură de carbon IV)
Cianura de hidrogen HCN are o structură liniară de H-C≡N; există, de asemenea, forma sa tautomerică (izocianat de hidrogen) H-N = C. O soluție apoasă de acid cianhidric este un acid foarte slab, numit cianură de hidrogen sau cianură de hidrogen.
HCN este cea mai puternică otravă anorganică.
Cianurile prezintă proprietăți de restabilire. Astfel, atunci când soluțiile lor sunt încălzite, ele sunt oxidate treptat prin oxigen de aer, formând cianați:
2KCN + O2 = 2KOCN
și atunci când soluțiile de cianuri și sulf sunt fierte, se formează tiocianați (aceasta este baza pentru prepararea tiocianatelor):
Cianura de hidrogen este utilizată în sinteza organică, NaCN și KCN - în exploatarea aurului, pentru a obține cianuri complexe etc.
Când se încălzesc cianurile metalelor cu activitate redusă, se formează dican (CN) 2, un gaz otrăvitor foarte reactiv.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: