Оксиды углерода (II) и (IV). Карбонилы переходных металлов. Получение кремниевой кислоты
Соединений углерода . Оксид углерода (II) - угарный газ - соединение без запаха и цвета, горит голубоватым пламенем, легче воздуха и плохо растворим в воде.
СО
- несолеобразующий оксид, но при пропускании в расплав щелочи при высоком давлении образует соль муравьиной кислоты:
СО + KOH = HCOOK,
Поэтому СО часто считают ангидридом муравьиной кислоты:
HCOOH = CO + H 2 O,
Реакция протекает при действии концентрированной серной кислоты .
Строение окида углерода (II) .
Степень окисления +2. Связь выглядит следующим образом:
Стрелкой показана дополнительная связь, которая образуется по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов атома кислорода . Из-за этого связь в оксиде очень прочная, поэтому оксид способен вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких температурах.
Получение окида углерода (II) .
1. Получают его в ходе реакции окисления простых веществ:
2 C + O 2 = 2 CO,
C + CO 2 = 2 CO,
2. При восстановлении СО самим углеродом или металлами. Реакция идет при нагревании:
Химические свойства окида углерода (II).
1. В нормальных условиях оксид углерода не взаимодействует с кислотами и с основаниями.
2. В кислороде воздуха оксид углерода горит голубовытым пламенем:
2СО + О 2 = 2СО 2,
3. При температуре оксид углерода восстанавливает металлы из оксидов:
FeO + CO = Fe + CO 2,
4. При взаимодействии оксида углерода с хлором образуется ядовитый газ - фосген . Реакция идет при облучении:
CO + Cl 2 = COCl 2,
5. Взаимодействует оксид углерода с водой:
C О + H 2 O = CO 2 + H 2,
Реакция обратима.
6. При нагревании оксид углерода образуется метиловый спирт:
CO + 2H 2 = CH 3 OH,
7. С металлами оксид углерода образует карбонилы (летучие соединения).
Оксид углерода (СО) является бесцветным газом без запаха, который снижает способность гемоглобина переносить и поставлять кислород.
Распространение. Оксид углерода получается при сжигании органического материала, типа угля, древесины, бумаги, масла, бензина, газа, взрывчатых веществ или карбонатных материалов любого другого типа в условиях недостатка воздуха или кислорода. Естественным путем образуется 90 % атмосферной СО, а в результате деятельности человека производится 10 %. На двигатели транспортных средств приходится от 55 до 60 % всего количества СО искусственного происхождения. Выхлопной газ бензинового двигателя (электрическое зажигание) является обычным источником образования СО. Выхлопной газ дизельного двигателя (компрессионное воспламенение) содержит приблизительно 0.1 % СО, если двигатель работает надлежащим образом, однако неправильно отрегулированный, перегруженный или технически плохо обслуживаемый дизельный двигатель может выбрасывать значительные количества СО. Тепловые или каталитические дожигатели в выхлопных трубах значительно снижают количество СО. Другими основными источниками CO являются литейные производства, установки каталитического крекинга на нефтеперерабатывающих предприятиях, процессы дистилляции угля и древесины, известеобжигательные печи и печи восстановления на заводах крафт-бумаги, производство синтетического метанола и других органических соединений из оксида углерода, спекание загрузочного сырья доменной печи, производство карбида, производство формальдегида, заводы технического углерода, коксовые батареи, газовые предприятия и заводы по переработке отходов.
Любой процесс, при котором может произойти неполное сгорание органического материала является потенциальным источником оксида углерода.
Оксид углерода, как считается, является единственной наиболее распространенной причиной отравлений, как в промышленных условиях, так и в домашних. Тысячи людей ежегодно умирают в результате интоксикации CO. Предполагается что число жертв не смертельного отравления, страдающих от постоянного расстройства нервной системы, превышает эту цифру. Величина опасности для здоровья, фатального и не фатального характера, которая исходит от оксида углерода, является огромной, и отравлений, по всей видимости, происходит намного больше, чем это в настоящий момент выявляется.
Существенная часть от всей рабочей силы любой из стран подвергается значительному воздействию СО на рабочих местах. СО - вездесущая опасность в автомобильной промышленности, в гаражах и на станциях технического обслуживания. Водители дорожного транспорта могут подвергаться опасности в том случае, если существует течь, через которую выхлопные газы могут проникать в кабину водителя. Существует огромное количество видов деятельности, при которых работники могут подвергнуться воздействию СО, например, механики гаражей, сжигатели древесного угля, рабочие коксовых печей, рабочие доменных печей, кузнецы, шахтеры, туннельные рабочие, газовые работники, котельные рабочие, рабочие гончарных печей, повара, пекари, пожарники, рабочие, занятые в производстве формальдегидов, и многие другие. Производство сварочных работ в баках, цистернах и других закрытых пространствах может привести к выделению опасных количеств СО, если отсутствует эффективная вентиляция.
Токсичные воздействия. Небольшие количества СО производятся человеческим организмом в результате катаболизма гемоглобина и других кровесодержащих пигментов, ведя к эндогенной насыщенности крови приблизительно от 0.3 до 0.8 % карбоксигемоглобином (COHb). Концентрация эндогенного COHb увеличивается при гемолитических анемиях и после значительных ушибов или возникновения гематом, которые вызывают увеличение катаболизма гемоглобина.
Биологический период полураспада концентрации COHb в крови у сидячих взрослых людей составляет приблизительно от 3 до 4 часов. Процесс удаления CO со временем замедляется и чем более низким является начальный уровень COHb, тем медленнее уровень его выделения.
Острое отравление. Появление симптомов зависит от концентрации CO в воздухе, времени воздействия, степени физических усилий и индивидуальной восприимчивости. Если воздействие носит массивный характер, человек может почти мгновенно потерять сознания с возникновением немногих или вообще без всяких предостерегающих симптомов или признаков. Воздействие концентрации от 10,000 до 40,000 течение нескольких минут приводит к смерти. Уровни концентрации в промежутке между 1,000 и 10,000 вызывает симптомы головной боли, головокружения и тошноты в течение 13-15 минут и потерю сознания и смерть, если воздействие продолжается от 10 до 45 минут Чем ниже уровни концентрации, тем больше проходит до начала возникновения симптомов: уровень концентрации 500 вызывают головную боль по прошествии 20-ти минут, а уровень концентрации 200 - по прошествии приблизительно 50 мин.
Основной признак жертвы отравления классически описывается как красно-вишневый цвет. На ранних стадиях пациент может казаться бледным. Позже, кожа, ногтевые ложа и слизистые оболочки могут стать вишнево красными из-за высокой концентрации карбоксигемоглобина и низкой концентрации уменьшенного гемоглобина в крови. Этот симптом может быть обнаружен при более чем 30 % концентрации COHb, но этот признак не является надежным и регулярным признаком отравления CO. Пульс пациента ускоряется и становится скачкообразным. Гиперпноэ незначительна или вообще не может быть отмечена до тех пор, пока уровень концентрации COHb не становится очень высоким.
Там где признаки и симптомы, описанные выше, обнаруживаются у человека, работа которого связана с возможностью воздействия на него углеродистой одноокиси, необходимо немедленно предположить отравление газом. Дифференциальный диагноз от отравления лекарственного средства, острого отравления алкоголем, церебрального или кардиального инфаркта, или диабетической или уремической комы может быть труден, и воздействие оксида углерода часто не распознается или просто упускается из виду. Диагноз отравления оксида углерода не может быть поставлен, пока не установлено, что организм содержит неестественно высокое количество CO. Оксид углерода легко обнаруживается в пробе крови или, если человек имеет здоровые легкие, расчет кровяной концентрации COHb может быть произведен достаточно быстро при исследовании образца выдохнутого внутреннего альвеолярного воздуха, который находится в равновесном состоянии с концентрацией COHb в крови.
Если рассматривать CO, то к критическим органам относятся мозг и сердце, так как работа их обоих зависит от непрерывного снабжения кислородом. Углеродистая одноокись затрудняет работу сердца двумя путями: работа сердца усиливается для того, чтобы покрыть недостаток периферийного снабжения кислородом, в то время как приток кислорода к нему самому уменьшается из-за CO. Оксид углерода, таким образом, может стать причиной инфаркта миокарда.
При остром отравлении могут наступить неврологические и сердечно сосудистые осложнения, симптомы которых становятся очевидными при выходе пациента из первоначальной комы. Следствием серьезного отравления может стать отек легких (избыток жидкости в легочных тканях). Через несколько часов или дней, иногда вследствие аспирации, может развиться пневмония. Также могут иметь место временные заболевания гликозурией и протеинурией также могут иметь место. В редких случаях острая почечная недостаточность может стать причиной осложнения выздоровления при отравлении. Время от времени встречаются и кожные проявления отравления.
После серьезной интоксикации CO пациент может страдать от отека головного мозга с необратимым повреждением мозга различной степени тяжести. Первичное восстановление может сопровождаться последующим невропсихиатрическим рецидивом, через несколько дней или даже недель после отравления. Патологические исследования безнадежных случаев заболеваний показывают преобладающее поражение белового вещества нервной системы по сравнению с поражением нейронов у тех жертв, которые выживали в течение нескольких дней после отравления. Степень поражения мозга после отравления CO определяется интенсивностью и продолжительностью воздействия. Приходя в сознание после серьезного отравления CO, в 50 % случаев жертвы сообщали о ненормальном ментальном состоянии, которое проявлялось в качестве раздражительности, нетерпеливости, продолжительных приступов бреда, депрессии или беспокойстве.
Повторяющееся воздействие. Оксид углерода не накапливается в организме. Он полностью выводится после каждого периода воздействия, если человек пребывает достаточное количество времени на свежем воздухе. Однако возможно, что повторяющиеся небольшие или умеренные отравления, которые не вызывают потерю сознания, приведут к омертвлению клеток мозга и в конечном счете к повреждению центральной нервной системы с большим количеством возможных симптомов типа головной боли, головокружения, раздражительности, ухудшения памяти и т.п.
Индивидуумы, неоднократно подвергавшиеся воздействию умеренных концентраций CO, возможно адаптированы до некоторой степени к противостоянию его воздействиям. Механизмы адаптации, как считается, схожи с развитием толерантности по отношению к гипоксии на больших высотах.
Оксида углерода легко проникает через плаценту и воздействует на зародыш, который чувствителен к любой нехватке кислорода, причем это воздействие может быть настолько серьезным, чтобы подвергнуть опасности нормальное развитие плода.
Группы риска.
Особенно чувствительными к воздействию CO являются индивидуумы, чья способность транспортировки кислорода уже снижена из-за анемии или гемоглабиноза; те, кто нуждается в дополнительном притоке кислорода из-за лихорадки, гипертиреоза или беременности; пациенты с системной гипоксией из-за респираторной недостаточности; и пациенты с ишемической болезнью сердца и с церебральным или общим артериосклерозом. Дети и подростки, у которых легкие работают быстрее, чем у взрослых, достигают уровня интоксикации COHb скорее, чем здоровые взрослые. А также курильщики, чей стартовый уровень COHb выше, чем таковой у некурящих, гораздо быстрее могут приблизиться к опасным концентрациям COHb при сильном воздействии.
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 CO 2 . Структура молекулы несколько отличается от структуры CO. В данном образовании углерод имеет степень окисления, равную +4. Структура молекулы линейная, а значит, неполярная. Молекула CO 2 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 CO 2
Углекислый газ представляет собой бесцветное газообразное вещество без характерного резкого запаха. Из-за высокого числа окисления данный газ обладает слегка кисловатым привкусом. Данный продукт не поддерживает процесс горения, так как сам является результатом горения. При повышенной концентрации углекислого газа человек утрачивает способность дышать, что приводит к летальному исходу. Более подробно о воздействии углекислого газа на организм человека будет рассказано далее. CO 2 намного тяжелее воздуха и прекрасно растворяется в воде даже при комнатной температуре.
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 CO 2
По своим химическим свойствам оксид углерода (4), формула которого CO 2 , 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
Вернемся к основной проблеме всех газов - влиянию на организм человека. Угарный газ относится к группе крайне опасных для жизни газов. Для человека и животного он является чрезвычайно сильным ядовитым веществом, которое при попадании в организм серьезно поражает кровь, нервную систему организма и мышцы (в том числе и сердце).
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 CO 2 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 C 2 O 2 до C 32 O 8 . 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.
Углекислый газ выделяют животные и человек путем выдыхания. Он является основным источником такого полезного для растений элемента, как углерод, поэтому многие ученые и бьют на сполох, указывая на недопустимость масштабных вырубок леса. Если растения перестанут поглощать углекислый газ, то процент его содержания в воздухе может повыситься до критических для человеческой жизнедеятельности показателей.
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.
Химические свойства: При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300-500 °C, 600-700 °C и 850-1000 °C Степени окисления +4 (напр., CO 2), −4 (напр., CH 4), редко +2 (СО, карбонилы металлов), +3 (C 2 N 2); сродство к электрону 1,27 эВ; энергия ионизации при последовательном переходе от С 0 к С 4+ соответственно 11,2604, 24,383, 47,871 и 64,19 эВ.
Наиболее известны три оксидауглерода:
1)Монооксид углеродаCO (представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Горюч. Так называемый «запах угарного газа» на самом деле представляет собой запах органических примесей.)
2)Диоксид углеродаCO 2 (Не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье. Недостаток углекислого газа тоже опасен. Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса)
3)Диоксид триуглеродаC 3 O 2 (цветный ядовитый газ с резким, удушливым запахом, легко полимеризующийся в обычных условиях с образованием продукта, нерастворимого в воде, жёлтого, красного или фиолетового цвета.)
Соединения с неметаллами имеют свои собственные названия - метан,тетрафторметан.
Продукты горения углерода в кислороде являются CO и CO 2 (монооксид углеродаидиоксид углеродасоответственно). Известен также неустойчивыйнедооксид углеродаС 3 О 2 (температура плавления −111 °C, температура кипения 7 °C) и некоторые другие оксиды (например C 12 O 9 , C 5 O 2 , C 12 O 12). Графит и аморфный углерод начинают реагировать с водородом при температуре 1200 °C, с фтором при 900 °C.
Углекислый газреагируетс водой , образуя слабую угольную кислоту- H 2 CO 3 , которая образует соли - карбонаты. На Земле наиболее широко распространены карбонатыкальция(минеральные формы -мел,мрамор,кальцит,известняки др.) имагния
43 Вопрос. Кремний
Кремний (Si) – стоит в 3 периоде, IV группе главной подгруппы периодич. системы.
Физ. св-ва: кремний существует в двух модификациях: аморфной и кристаллической. Аморфный кремний – порошок бурого цвета р-ряется в расплавах металлов. Кристаллич. кремний – это кристаллы темно-серого цвета, обладающие стальным блеском, твердый и хрупкий. Кремний состоит из трех изотопов.
Хим. св-ва: электронная конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3 s 2 3p 2 . Кремний – неметалл. На внешнем энергетич. ур-не кремний имеет 4 е, что обуславливает его степени окисления: +4, -4, -2. Валентность – 2, 4. Аморфный кремний обладает большей реакционной способностью, чем кристаллический. При обычных условиях он взаимодействует со фтором: Si + 2F 2 = SiF 4 .
Из к-т кремний взаимодействует только со смесью азотной и плавиковой кислот:
По отношению к металлам ведет себя по-разному: в расплавленных Zn, Al, Sn, Pb он хорошо растворяется, но не реагирует с ними; с другими расплавами металлов – с Mg, Cu, Fe кремний взаимодействует с образованием силицидов: Si + 2Mg = Mg2Si. Кремний горит в кислороде: Si + O2 = SiO2 (песок).
Получение: Свободн. кремний м.б.получен прокаливанием с магнием мелкого белого песка, который по хим. составу является почти чистым окислом кремния,SiO2+2Mg=2MgO+Si.
Оксид кремния(II)SiO - смолоподобное аморфное в-во, при обычных условиях устойчиво к действию кислорода. Относится к несолеобразующим оксидам. В природе SiO не встречается. Газообразный моноксид кремния обнаружен в газопылевых облаках межзвездных сред и на солнечных пятнах.Получение: Моноксид кремния можно получить, нагревая кремний в недостатке кислорода при температуре 2Si + O 2 нед → 2SiO. При нагревании в избытке кислорода образуется оксид кремния(IV) SiO2: Si + O 2 изб → SiO 2 .
Также SiO образуется при восстановлении SiO2 кремнием при высоких температурах: SiO 2 + Si → 2SiO.
Oксид кремния(IV)SiO2- бесцветные кристаллы , обладают высокой твёрдостью и прочностью.Св-ва: Относится к группе кислотн. оксидов.При нагревании взаимодействует с основн. оксидами и щелочами.Р-ряется в плавиковой к-те.SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, т.е. склонен к образованию переохлажденного расплава - стекла.Один из лучших диэлектриков (электрич.ток не проводит).Имеет атомную кристал.решетку.
Нитрид- бинарное неорганич. хим.соединение, представляющее собой соединение кремния и азота Si 3 N 4 .Св-ва: Нитрид кремния обладает хорошими мех.и физ.-хим. св-вами. Благодаря нитридкремниевой связи значит. улучшаются эксплуатационные св-ва огнеупоров на основе карбида кремния, периклаза, форстерита и т. п. Огнеупоры на нитридной связке обладают высокой термо- и износостойкостью,имеют превосходную стойкость к растрескиванию,а также воздействию к-т, щелочей, агрессивных расплавов и паров металлов.
Хлорид кремния(IV)Четыреххлористый кремний - бесцветное в-во, хим. формула кот. SiCl 4 .Применяется в производстве кремний-органич. соединений; применяется для создания дымовых завес. Технич. четыреххлористый кремний предназначен для производства этилсиликатов, аэросила.
Карбид кремния - бинарное неорганич. хим. соединение кремния с углеродом SiC. В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала - муассанита.
Диоксид кремния или кремнезем – стойкое соединение Si , широко распространен в природе. Реагирует со сплавлением его с щелочами, основными оксидами, образуя соли кремниевой кислоты – силикаты. Получение: в промышленности кремний в чистом виде получают восстановлением диоксида кремния коксом в электропечах: SiO 2 + 2С = Si + 2СO 2 .
В лаборатории кремний получают прокаливанием с магнием или алюминием белого песка:
SiO 2 + 2Mg = 2MgO + Si.
3SiO 2 + 4Al = Al 2 О 3 + 3Si.
Кремний образует к-ты: Н 2 SiO 3 – мета-кремниевая к-та; Н 2 Si 2 O 5 – двуметакремниевая к-та.
Нахождение в природе: минерал кварц – SiO2. Кристаллы кварца имеют форму шестигранной призмы, бесцветные и прозрачные, назыв.горным хрусталем. Аметист – горный хрусталь, окрашенный примесями в лиловый цвет; дымчатый топаз окрашен в буроватый цвет; агат и яшма – кристаллич. разновидности кварца. Аморфный кремнезем менее распространен и существует в виде минерала опала. Диатомит, трепел или кизельгур (инфузорная земля) – землистые формы аморфного кремния.Общ. формула кремниевых к-т – n SiO2? m H2O. В природе нах-ся в основном в виде солей, в свободн. форме выделены немногие, напр, HSiO (ортокремниевая) и H 2 SiO 3 (кремниевая или метакремниевая).
Получение кремниевой кислоты:
1) взаимодействие силикатов щелочн. металлов с к-тами: Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 + 2NaCl;
2) кремневая к-та явл. термически неустойчивой: H 2 SiO 3 = H 2 O + SiO 2 .
H 2 SiO 3 образует пересыщенные р-ры, в кот. в рез-те полимеризации образует коллоиды. Используя стабилизаторы, можно получить стойкие коллоиды (золи). Их используют в производстве. Без стабилизаторов из р-ра кремниевой к-ты образуется гель, осушив который можно получить силикагель (используют как адсорбент).
Силикаты – соли кремниевой к-ты. Силикаты распространены в природе, земная кора состоит в большинстве из кремнезема и силикатов (полевые шпаты, слюда, глина, тальк и др.). Гранит, базальт и другие горные породы имеют в своем составе силикаты. Изумруд, топаз, аквамарин – кристаллы силикатов. Растворимы только силикаты натрия и калия, остальные – нерастворимы. Силикаты имеют сложн. хим. состав: Каолин Al 2 O 3 ; 2SiO 2 ; 2H 2 O или H 4 Al 2 SiO 9 .
Асбест CaO; 3MgO; 4SiO 2 или CaMgSi 4 O 12 .
Получение: сплавление оксида кремния со щелочами или карбонатами.
Растворимое стекло – силикаты натрия и калия. Жидкое стекло – водн. р-ры силикатов калия и натрия. Его использ. для изготовления кислотоупорного цемента и бетона, керосинонепроницаемых штукатурок, огнезащитных красок. Алюмосиликаты – силикаты, содержащие алюминий (полевой шпат, слюда ). Полевые шпаты состоят помимо оксидов кремния и алюминия из оксидов калия, натрия, кальция. Слюды имеют в своем составе, кроме кремния и алюминия, еще водород, натрий или калий, реже – кальций, магний, железо. Граниты и гнейсы (горные породы) – сост. из кварца, полевого шпата и слюды. Горн. породы и минералы, находясь на пов-ти Земли, вступают во взаимодействие с водой и воздухом, что вызывает их изменение и разрушение. Этот процесс назыв. выветриванием .
Применение: силикатные породы (гранит) использ. как строительный материал, силикаты – в кач-ве сырья при производстве цемента, стекла, керамики, наполнителей; слюду и асбест – как электро– и термоизоляцию.
(IV ) (СО 2 , диоксид углерода, углекислый газ) представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, который тяжелее воздуха и растворим в воде .
В обычных условиях твердый диоксид углерода переходит сразу в газообразное состояние, минуя состояние жидкости.
При большом количестве оксид углерода люди начинают задыхаться. Концентрация более 3% приводит к учащенному дыханию, а свыше 10 % наблюдается потеря сознания и смерть.
Химические свойства оксида углерода.
Оксид углерода - это ангидрид угольной кислоты Н 2 СО 3 .
Если пропускать оксид углерода через гидроксид кальция (известковая вода), то наблюдается выпадение осадка белого цвета:
Ca (OH ) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O,
Если углекислый газ взят в избытке, то наблюдается образование гидрокарбонатов, которые растворяются в воде:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2 ,
Которые потом распадаются при нагревании:
2KNCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
Применение оксида углерода.
Используют диоксид углерода в различных областях промышленности. В химическом производстве - как хладагент.
В пищевой промышленности используют его как консервант Е290. Хоть ему и присвоили «условно безопасный», на самом деле это не так. Медики доказали, что частое употребление в пищу Е290 приводит к накоплению токсичного ядовитого соединения. Поэтому надо внимательнее читать этикетки на продуктах.