Karbonmonoksid (IV), karbonsyre og deres salter

Omfattende formål med modulen: kjenne metoder for å produsere karbon(IV)oksid og hydroksyd; beskrive deres fysiske egenskaper; kjenne til egenskapene til syre-base egenskaper; karakterisere redoksegenskaper.

Alle elementer i karbonundergruppen danner oksider med den generelle formelen EO 2. CO 2 og SiO 2 viser sure egenskaper, GeO 2, SnO 2, PbO 2 viser amfotere egenskaper med en overvekt av sure egenskaper, og i undergruppen fra topp til bunn svekkes de sure egenskaper.

Oksydasjonstilstanden (+4) for karbon og silisium er meget stabil, så de oksiderende egenskapene til forbindelsen er svært vanskelige å vise. I germanium-undergruppen er de oksiderende egenskapene til forbindelser (+4) forbedret på grunn av destabiliseringen av den høyeste oksidasjonstilstanden.

Karbonmonoksid (IV), karbonsyre og deres salter

Karbondioksid CO 2 (karbondioksid) - under normale forhold er det en fargeløs og luktfri gass, litt syrlig smak, ca. 1,5 ganger tyngre enn luft, løselig i vann, flytende ganske lett - ved romtemperatur kan den omdannes til væske under et trykk på ca 60 10 5 Pa. Når den avkjøles til 56,2°C, stivner flytende karbondioksid og blir til en snølignende masse.

I alle aggregeringstilstander består den av ikke-polare lineære molekyler. Den kjemiske strukturen til CO 2 bestemmes ved sp-hybridisering av det sentrale karbonatomet og dannelsen av ytterligere p-p-bindinger: O = C = O

Noe av CO 2 oppløst i vil samvirke med den for å danne karbonsyre

CO 2 + H 2 O - CO 2 H 2 O - H 2 CO 3.

Karbondioksid absorberes veldig lett av alkaliløsninger for å danne karbonater og bikarbonater:

CO 2 + 2 NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O;

CO 2 + NaOH = NaHCO 3.

CO 2 -molekyler er meget termisk stabile; dekomponeringen begynner først ved en temperatur på 2000°C. Derfor brenner ikke karbondioksid og støtter ikke forbrenning av konvensjonelt drivstoff. Men i atmosfæren brenner noen enkle stoffer, hvis atomer har høy affinitet for oksygen, for eksempel magnesium, når det varmes opp, antennes i en CO 2 -atmosfære.

Karbonsyre og dens salter

Karbonsyre H 2 CO 3 er en svak forbindelse og finnes kun i vandige løsninger. Mesteparten av karbondioksidet oppløst i vann er i form av hydratiserte CO 2 molekyler, en mindre del danner kullsyre.

Vandige løsninger i likevekt med atmosfærisk CO2 er sure: = 0,04 M og pH? 4.

Karbonsyre er tobasisk, tilhører svake elektrolytter, dissosieres trinnvis (K1 = 4,4 10?7; K2 = 4,8 10?11). Når CO 2 er oppløst i vann, etableres følgende dynamiske likevekt:

H 2 O + CO 2 - CO 2 H 2 O - H 2 CO 3 - H + + HCO 3 ?

Når en vandig løsning av karbondioksid varmes opp, avtar gassens løselighet, CO 2 frigjøres fra løsningen, og likevekten skifter til venstre.

Karbonsyresalter

Å være dibasisk, danner karbonsyre to serier med salter: medium salter (karbonater) og sure salter (bikarbonater). De fleste karbonsyresalter er fargeløse. Av karbonatene er det kun alkalimetall- og ammoniumsalter som er løselige i vann.

I vann gjennomgår karbonater hydrolyse, og derfor har løsningene deres en alkalisk reaksjon:

Na2CO3 + H2O - NaHC03 + NaOH.

Ytterligere hydrolyse med dannelse av karbonsyre skjer praktisk talt ikke under normale forhold.

Oppløsningen av hydrokarbonater i vann er også ledsaget av hydrolyse, men i mye mindre grad, og miljøet skapes lett alkalisk (pH 8).

Ammoniumkarbonat (NH 4) 2 CO 3 er svært flyktig ved høye og jevne normale temperaturer, spesielt i nærvær av vanndamp, som forårsaker alvorlig hydrolyse

Sterke syrer og til og med svak eddiksyre fortrenger karbonsyre fra karbonater:

K 2 CO 3 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + H 2 O + CO 2 ^.

I motsetning til de fleste karbonater, er alle bikarbonater løselige i vann. De er mindre stabile enn karbonater av de samme metallene, og når de varmes opp, brytes de lett ned og blir til de tilsvarende karbonatene:

2KHCO3 = K2CO3 + H2O + CO2 ^;

Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ^.

Hydrokarbonater brytes ned med sterke syrer, som karbonater:

KHCO 3 + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O + CO 2

Av saltene av karbonsyre er de viktigste: natriumkarbonat (brus), kaliumkarbonat (potaske), kalsiumkarbonat (kritt, marmor, kalkstein), natriumbikarbonat (natron) og basisk kobberkarbonat (CuOH) 2 CO 3 (malakitt).

Basiske salter av karbonsyre er praktisk talt uløselige i vann og brytes lett ned ved oppvarming:

(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O.

Generelt avhenger den termiske stabiliteten til karbonater av polarisasjonsegenskapene til ionene som utgjør karbonatet. Jo mer polariserende kationet har på karbonationet, desto lavere er nedbrytningstemperaturen til saltet. Hvis kationen lett kan deformeres, vil også selve karbonationet ha en polariserende effekt på kationen, noe som vil føre til en kraftig nedgang i saltets nedbrytningstemperatur.

Natrium- og kaliumkarbonater smelter uten nedbrytning, og de fleste andre karbonater brytes ned til metalloksid og karbondioksid ved oppvarming.

Oksider av karbon (II) og (IV)

Integrert leksjon i kjemi og biologi

Oppgaver: studere og systematisere kunnskap om karbonoksider (II) og (IV); avsløre forholdet mellom levende og livløs natur; konsolidere kunnskap om effekten av karbonoksider på menneskekroppen;

styrke dine ferdigheter i arbeid med laboratorieutstyr. Utstyr:

HCl-løsning, lakmus, Ca(OH) 2, CaCO 3, glassstang, hjemmelagde bord, bærbart bord, ball-og-stokk-modell.

FREMGANG I LEKSJONEN Biologilærer

kommuniserer emnet og målene for leksjonen. Kjemilærer.

Basert på læren om kovalente bindinger, komponer de elektroniske og strukturelle formlene for karbonoksider (II) og (IV).

Den kjemiske formelen for karbonmonoksid (II) er CO, karbonatomet er i normal tilstand.

På grunn av sammenkoblingen av uparrede elektroner, dannes to polare kovalente bindinger, og den tredje kovalente bindingen dannes av donor-akseptormekanismen. Donoren er et oksygenatom, fordi det gir et fritt elektronpar; akseptoren er et karbonatom, fordi gir en tom orbital. I industrien produseres karbon(II)monoksid ved å føre CO 2 over varmt kull ved høy temperatur. Det dannes også under forbrenning av kull med mangel på oksygen. ()

En elev skriver reaksjonsligningen på tavlen I laboratoriet produseres CO ved påvirkning av konsentrert H 2 SO 4 på maursyre. (.)

Reaksjonsligningen er skrevet av læreren Biologilærer.

Så du har blitt kjent med produksjonen av karbonmonoksid (II). Hvilke fysiske egenskaper har karbonmonoksid (II)? Student.

kommuniserer emnet og målene for leksjonen. Det er en fargeløs gass, giftig, luktfri, lettere enn luft, lite løselig i vann, kokepunkt –191,5 °C, størkner ved –205 °C.

Reaksjonsligningen er skrevet av læreren Hvilken effekt har karbonmonoksid på menneskekroppen?

Så du har blitt kjent med produksjonen av karbonmonoksid (II). Hvilke fysiske egenskaper har karbonmonoksid (II)? Karbonmonoksid er ekstremt giftig for mennesker - dette forklares av det faktum at det danner karboksyhemoglobin.

Reaksjonsligningen er skrevet av læreren Karboksyhemoglobin er en veldig sterk forbindelse.

Som et resultat av dannelsen samhandler ikke hemoglobin i blodet med oksygen, og i tilfelle alvorlig forgiftning kan en person dø av oksygensult. Hvilken førstehjelp bør en person få for karbonmonoksidforgiftning?

kommuniserer emnet og målene for leksjonen. Studenter.

Det er nødvendig å ringe en ambulanse, offeret må tas ut, kunstig åndedrett må utføres, og rommet må være godt ventilert.
Skriv den kjemiske formelen for karbonmonoksid (IV), og konstruer strukturen ved hjelp av ball-and-stick-modellen.
(Karbonatomet er i en eksitert tilstand. Alle fire polare kovalente bindinger dannes ved sammenkobling av uparrede elektroner. På grunn av sin lineære struktur er imidlertid molekylet som helhet ikke-polart..)

I industrien får man CO 2 fra nedbryting av kalsiumkarbonat ved produksjon av kalk.
(En elev skriver ned reaksjonsligningen)

Reaksjonsligningen er skrevet av læreren I laboratoriet får man CO 2 ved å reagere syrer med kritt eller marmor.

Så du har blitt kjent med produksjonen av karbonmonoksid (II). Hvilke fysiske egenskaper har karbonmonoksid (II)? Elevene utfører et laboratorieeksperiment.

(Hvilke prosesser resulterer i dannelsen av karbondioksid i kroppen?)

Karbondioksid dannes i kroppen som følge av oksidasjonsreaksjoner av organiske stoffer som utgjør cellen.

Reaksjonsligningen er skrevet av læreren Elevene utfører et laboratorieeksperiment.

Så du har blitt kjent med produksjonen av karbonmonoksid (II). Hvilke fysiske egenskaper har karbonmonoksid (II)? Kalkmørtelen ble grumsete pga kalsiumkarbonat dannes. I tillegg til respirasjonsprosessen frigjøres CO2 som følge av gjæring og forråtnelse.

kommuniserer emnet og målene for leksjonen. Påvirker fysisk aktivitet pusteprosessen?

Reaksjonsligningen er skrevet av læreren Ved overdreven fysisk (muskulær) stress bruker musklene oksygen raskere enn blodet kan levere det, og deretter syntetiserer de ATPen som er nødvendig for deres arbeid gjennom fermentering. Melkesyre C 3 H 6 O 3 dannes i musklene, som kommer inn i blodet. Opphopning av store mengder melkesyre er skadelig for kroppen. Etter tung fysisk aktivitet fortsetter vi å puste tungt en stund - vi betaler ned "oksygengjelden".

Så du har blitt kjent med produksjonen av karbonmonoksid (II). Hvilke fysiske egenskaper har karbonmonoksid (II)? Metan er en komponent i naturgass. Når det brenner, øker karbondioksidinnholdet i luften og oksygeninnholdet synker. ( Arbeid med innholdsfortegnelsen CO 2 i luften".)
Når luften inneholder 0,3 % CO 2, opplever en person rask pust; ved 10% - tap av bevissthet, ved 20% - øyeblikkelig lammelse og rask død. Et barn trenger spesielt ren luft, fordi oksygenforbruket til vevet i en voksende kropp er større enn for en voksen. Derfor er det nødvendig å regelmessig ventilere rommet. Hvis det er overskudd av CO 2 i blodet, øker eksitabiliteten til respirasjonssenteret og pusten blir hyppigere og dypere.

Reaksjonsligningen er skrevet av læreren La oss vurdere rollen til karbonmonoksid (IV) i plantelivet.

Så du har blitt kjent med produksjonen av karbonmonoksid (II). Hvilke fysiske egenskaper har karbonmonoksid (II)? Hos planter skjer dannelsen av organiske stoffer fra CO 2 og H 2 O i lyset i tillegg til organiske stoffer, dannes oksygen.

Fotosyntesen regulerer mengden karbondioksid i atmosfæren, noe som hindrer planetens temperatur i å stige. Hvert år absorberer planter 300 milliarder tonn karbondioksid fra atmosfæren. Prosessen med fotosyntese frigjør 200 milliarder tonn oksygen til atmosfæren årlig. Ozon dannes fra oksygen under tordenvær.

kommuniserer emnet og målene for leksjonen. La oss vurdere de kjemiske egenskapene til karbonmonoksid (IV).

Reaksjonsligningen er skrevet av læreren Hva er betydningen av karbonsyre i menneskekroppen under respirasjon? ( Filmstripe fragment.)
Enzymer i blodet omdanner karbondioksid til karbonsyre, som dissosieres til hydrogen og bikarbonationer.
Dersom blodet inneholder et overskudd av H + ioner, dvs. hvis surheten i blodet økes, kombineres noen av H+-ionene med bikarbonationer, og danner karbonsyre og derved frigjør blodet fra overflødige H+-ioner.

Hvis det er for få H+-ioner i blodet, så dissosieres karbonsyren og konsentrasjonen av H+-ioner i blodet øker. Ved en temperatur på 37 °C er blodets pH 7,36.

I kroppen transporteres karbondioksid av blodet i form av kjemiske forbindelser - natrium- og kaliumbikarbonater.

Feste materialet

Test
Fra de foreslåtte gassutvekslingsprosessene i lungene og vevet, må de som fullfører det første alternativet velge kodene for de riktige svarene til venstre, og det andre - til høyre.
(1) Overgang av O 2 fra lungene til blodet. (13)
(2) Overføring av O 2 fra blod til vev. (14)
(3) Overgang av CO 2 fra vev til blod. (15)
(4) Overgang av CO 2 fra blodet til lungene. (16)
(5) O2-absorpsjon av røde blodlegemer. (17)
(6) Frigjøring av O 2 fra røde blodlegemer. (18)
(9) Bryte den kjemiske bindingen til O 2 med hemoglobin. (21)
(10) Kjemisk binding av O 2 til hemoglobin.
(22)
(11) Kapillærer i vev. (23)

(12) Lungekapillærer. (24)

Første alternativ spørsmål
1. Gassutvekslingsprosesser i vev.

2. Fysiske prosesser under gassutveksling.

1. Andre alternativ spørsmål
Gassutvekslingsprosesser i lungene.

2. Kjemiske prosesser under gassutveksling

Oppgave

• Bestem volumet karbonmonoksid (IV) som frigjøres under dekomponeringen av 50 g kalsiumkarbonat.
• Betegnelse - C (karbon);
• Periode - II;
• Gruppe - 14 (IVa);
• Atommasse - 12.011;
• Atomnummer - 6;
• Atomradius = 77 pm;
• Kovalent radius = 77 pm;
• Elektronfordeling - 1s 2 2s 2 2p 2 ;
• smeltetemperatur = 3550°C;
• kokepunkt = 4827°C;
• Elektronegativitet (ifølge Pauling/ifølge Alpred og Rochow) = 2,55/2,50;
• Oksidasjonstilstand: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Tetthet (antall) = 2,25 g/cm3 (grafitt);

Molvolum = 5,3 cm 3 /mol.

Karbonforbindelser:

Karbon i form av trekull har vært kjent for mennesker siden uminnelige tider, derfor gir det ingen mening å snakke om datoen for oppdagelsen. Faktisk fikk "karbon" navnet sitt i 1787, da boken "Method of Chemical Nomenclature" ble publisert, der begrepet "karbon" (karbon) dukket opp i stedet for det franske navnet "rent kull" (charbone pur).

Karbon har den unike evnen til å danne polymerkjeder med ubegrenset lengde, og dermed gi opphav til en enorm klasse av forbindelser, hvor studiet utføres av en egen gren av kjemi - organisk kjemi. Organiske karbonforbindelser ligger til grunn for livet på jorden, derfor gir det ingen mening å snakke om viktigheten av karbon som et kjemisk element - det er grunnlaget for livet på jorden.

La oss nå se på karbon fra uorganisk kjemi..

Ris. Strukturen til karbonatomet

Den elektroniske konfigurasjonen av karbon er 1s 2 2s 2 2p 2 (se Elektronisk struktur av atomer). På det ytre energinivået har karbon 4 elektroner: 2 paret i s-undernivået + 2 uparet i p-orbitaler. Når et karbonatom går over til en eksitert tilstand (krever energiforbruk), "forlater" ett elektron fra s-undernivået paret sitt og beveger seg til p-undernivået, hvor det er en fri orbital. I den eksiterte tilstanden har den elektroniske konfigurasjonen av karbonatomet følgende form: 1s 2 2s 1 2p 3.

Denne "castlingen" utvider valensevnen til karbonatomer betydelig, som kan ta en oksidasjonstilstand fra +4 (i forbindelser med aktive ikke-metaller) til -4 (i forbindelser med metaller).

I en ueksitert tilstand har karbonatomet i forbindelser en valens på 2, for eksempel CO(II), og i en eksitert tilstand har det en valens på 4: CO 2 (IV).

Karbonatomets "unike" ligger i det faktum at det på det ytre energinivået er 4 elektroner, derfor kan det, for å fullføre nivået (som faktisk atomene til ethvert kjemisk element streber etter), med lik "suksess," både gir og legger til elektroner for å danne kovalente bindinger (se Kovalent binding).

Karbon som et enkelt stoff

Som et enkelt stoff kan karbon finnes i form av flere allotropiske modifikasjoner:

• Diamant
• Grafitt
• Fulleren
• Karbin

Diamant

Ris. Diamant krystallgitter.

Egenskaper til diamant:

• fargeløst krystallinsk stoff;
• det hardeste stoffet i naturen;
• har en sterk brytningseffekt;
• leder dårlig varme og elektrisitet.

Ris. Diamant tetraeder.

Den eksepsjonelle hardheten til diamant forklares av strukturen til dens krystallgitter, som har formen av et tetraeder - i midten av tetraederet er det et karbonatom, som er forbundet med like sterke bindinger med fire naboatomer som danner hjørnene av tetraederet (se figuren over). Denne "konstruksjonen" er på sin side forbundet med nærliggende tetraeder.

Grafitt

Ris. Grafitt krystallgitter.

Egenskaper til grafitt:

• myk krystallinsk substans av grå farge med en lagdelt struktur;
• har en metallisk glans;
• leder strøm godt.

I grafitt danner karbonatomer vanlige sekskanter som ligger i samme plan, organisert i endeløse lag.

I grafitt dannes kjemiske bindinger mellom tilstøtende karbonatomer av de tre valenselektronene til hvert atom (vist i blått i figuren nedenfor), med det fjerde elektronet (vist i rødt) av hvert karbonatom plassert i p-orbitalen liggende vinkelrett til grafittlagets plan, deltar ikke i dannelsen av kovalente bindinger i lagets plan. Dens "hensikt" er annerledes - i samspill med sin "bror" som ligger i det tilstøtende laget, gir det en forbindelse mellom lagene av grafitt, og den høye mobiliteten til p-elektroner bestemmer den gode elektriske ledningsevnen til grafitt.

Ris. Fordeling av karbonatomorbitaler i grafitt.

Fulleren

Ris. Krystallgitter av fulleren.

Fulleren egenskaper:

• et fullerenmolekyl er en samling karbonatomer lukket i hule kuler som en fotball;
• det er en finkrystallinsk substans med gul-oransje farge;
• smeltepunkt = 500-600°C;
• halvledere;
• er en del av shungittmineralet.

Karbin

Carbyne egenskaper:

• svart inert stoff;
• består av polymer lineære molekyler der atomene er forbundet med vekslende enkelt- og trippelbindinger;
• halvleder.

Kjemiske egenskaper til karbon

Under normale forhold er karbon et inert stoff, men ved oppvarming kan det reagere med en rekke enkle og komplekse stoffer.

Det ble allerede sagt ovenfor at på det ytre energinivået til karbon er det 4 elektroner (verken her eller der), derfor kan karbon både gi fra seg elektroner og akseptere dem, og viser reduserende egenskaper i noen forbindelser, og oksiderende egenskaper i andre.

Karbon er reduksjonsmiddel i reaksjoner med oksygen og andre elementer som har høyere elektronegativitet (se tabell over elementers elektronegativitet):

• når det varmes opp i luft, brenner det (med et overskudd av oksygen med dannelse av karbondioksid; med sin mangel - karbonmonoksid (II)):
  C + O 2 = CO 2;
  2C + O2 = 2CO.
• reagerer ved høye temperaturer med svoveldamp, interagerer lett med klor, fluor:
  C + 2S = CS 2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F 2 + C = CF 4
• Når det varmes opp, reduserer det mange metaller og ikke-metaller fra oksider:
  CO + Cu + 2 O = Cu 0 + C + 2 O;
  C 0 + C + 4 O 2 = 2 C + 2 O
• ved en temperatur på 1000°C reagerer den med vann (gassifiseringsprosess), og danner vanngass:
  C + H20 = CO + H2;

Karbon viser oksiderende egenskaper i reaksjoner med metaller og hydrogen:

• reagerer med metaller for å danne karbider:
  Ca + 2C = CaC 2
• i vekselvirkning med hydrogen danner karbon metan:
  C + 2H2 = CH 4

Karbon oppnås ved termisk dekomponering av dets forbindelser eller pyrolyse av metan (ved høy temperatur):
CH4 = C + 2H2.

Påføring av karbon

Karbonforbindelser har funnet den bredeste anvendelsen i den nasjonale økonomien det er ikke mulig å liste dem alle, vi vil bare indikere noen få:

• grafitt brukes til å lage blyantledninger, elektroder, smeltedigler, som nøytronmoderator i atomreaktorer og som smøremiddel;
• Diamanter brukes i smykker, som et skjæreverktøy, i boreutstyr og som et slipende materiale;
• karbon brukes som reduksjonsmiddel for å produsere noen metaller og ikke-metaller (jern, silisium);
• karbon utgjør hoveddelen av aktivert karbon, som har funnet bred anvendelse, både i hverdagen (for eksempel som adsorbent for rensing av luft og løsninger), og i medisin (aktivert karbontabletter) og i industrien (som bærer for katalytiske midler). tilsetningsstoffer, en polymerisasjonskatalysator etc.).