Свойства углерода и его соединений

Химия элементов IVA группы

 

Элементы IVA группы имеют электронную формулу ns²np². Углерод и кремний являются неметаллами, германий, олово, свинец - металлами. Для элементов характерны степени окисления +4, +2, 0, -4 и валентность 4. В возбужденном состоянии атомы имеют конфигурацию ns¹np³, в этом состоянии для них характерна s¹p³-гибридизация.

Оксид углерода(II) СО является безразличным оксидом, также, как и SiO, NO, N₂O. Его можно получить:

CO₂ + ® 2CO или 2С + О₂ ® 2СО

СО - сильный восстановитель:

3СO + Fe₂O₃ 2Fe + 3CO₂

CO + CuO Cu + CO₂

CO - угарный газ - ядовит, реагирует с гемоглобином, образую карбоксигемоглобин.

 

Оксид углерода(IV) CO₂ - углекислый газ - взаимодействует с водой, образуя слабую, неустойчивую угольную кислоту H₂CO₃:

CO₂ + H₂OH₂CO₃H⁺ + HCO₃^-2H⁺ + CO₃^2-

CO₂ взаимодействует с основаниями, образуя карбонаты и гидрокарбонаты:

CO₂ + Ca(OH)₂ ® CaCO₃¯ + H₂O

+ CaCO₃¯ + H₂O ® Ca(HCO₃)₂

В промышленности CO₂ получают при обжиге известняка CaCO₃, получая негашеную известь СаО, при температуре более 950^оС:

CaCO₃ CO₂­ + CaO

В лаборатории CO₂ получают в аппарате Киппа, действуя на мрамор соляной кислотой:

CaCO₃ + 2HCl ® CaCl₂ + H₂O + CO₂­

Образующийся при этом СО₂ очищают от примесей HCl и паров воды, пропуская через раствор гидрокарбоната натрия и концентрированную серную кислоту:

HCl + NaHCO₃ ® NaCl + H₂O + CO₂

H₂O + H₂SO₄(конц.) ® H₂SO₄×H₂O

СО₂ не горит и не поддерживает горение, его используют для тушения пожара. CaCO₃ используют для известкования сильнокислых почв.

В соединениях с металлами углерод проявляет отрицательные степени окисления: Al₄⁺³C₃^-4, Ca⁺²C₂^-1 и др. Ацетиленид (“карбид”) кальция CaC₂ получают при высокой температуре сплавлением оксида кальция с углем. При взаимодействии с водой CaC₂ образует ацетилен.

СаО + 3С CaC₂ + СО

CaC₂ + 2H₂O ® Ca(OH)₂ + C₂H₄