• Designación - C (carbono);
• Período - II;
• Grupo - 14 (IVa);
• Masa atómica - 12,011;
• Número atómico - 6;
• Radio del átomo = 77 pm;
• Radio covalente = 77 pm;
• Distribución de electrones - 1s 2 2s 2 2p 2;
• punto de fusión = 3550 ° C;
• punto de ebullición = 4827 ° C;
• Electronegatividad (Pauling / Alpred y Rohov) = 2,55 / 2,50;
• Estado de oxidación: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Densidad (n. At.) = 2,25 g / cm 3 (grafito);
• Volumen molar = 5,3 cm 3 / mol.

Compuestos de carbono:

El carbono en forma de carbón vegetal es conocido por el hombre desde tiempos inmemoriales, por lo que no tiene sentido hablar de la fecha de su descubrimiento. En realidad, su nombre "carbono" se obtuvo en 1787, cuando el libro "Método nomenclatura química", en el que en lugar de Nombre francés"Carbón puro" (charbone pur) apareció el término "carbón" (carbón).

El carbono tiene la capacidad única de formar cadenas de polímeros de longitud ilimitada, dando lugar a una enorme clase de compuestos, que se estudian en una rama separada de la química: la química orgánica. Los compuestos orgánicos de carbono están en el corazón de la vida en la tierra, por lo tanto, la importancia del carbono, como elemento químico, no tiene sentido hablar - él es la base de la vida en la Tierra.

Ahora veamos el carbono desde el punto de vista de la química inorgánica.

Higo. La estructura del átomo de carbono..

La configuración electrónica del carbono es 1s 2 2s 2 2p 2 (ver. Estructura electrónica de los átomos). En el nivel de energía externa, el carbono tiene 4 electrones: 2 apareados en el subnivel s + 2 no apareados en los orbitales p. Cuando un átomo de carbono pasa a un estado excitado (requiere consumo de energía), un electrón del subnivel s "abandona" su par y va al subnivel p, donde hay un orbital libre. Por lo tanto, en un estado excitado Configuración electrónica El átomo de carbono toma la siguiente forma: 1s 2 2s 1 2p 3.

Higo. La transición de un átomo de carbono a un estado excitado.

Este "enroque" expande significativamente las capacidades de valencia de los átomos de carbono, que pueden llevar el estado de oxidación de +4 (en compuestos con no metales activos) a -4 (en compuestos con metales).

En el estado no excitado, el átomo de carbono en los compuestos tiene una valencia de 2, por ejemplo, CO (II), y en el estado excitado tiene una valencia de 4: CO 2 (IV).

La "unicidad" del átomo de carbono radica en el hecho de que hay 4 electrones en su nivel de energía externa, por lo tanto, para completar el nivel (que, de hecho, los átomos de cualquier elemento químico luchan por), puede, con el mismo "éxito", ambos dan y unen electrones con la formación de enlaces covalentes (ver. Enlace covalente).

El carbono como sustancia simple

Como sustancia simple, el carbono puede estar en forma de varios modificaciones alotrópicas:

• Diamante
• Grafito
• Fullereno
• Carbin

Diamante

Higo. La celosía de cristal de un diamante.

Propiedades del diamante:

• incoloro sustancia cristalina;
• la sustancia más dura de la naturaleza;
• tiene un fuerte efecto refractivo;
• Conduce mal el calor y la electricidad.

Higo. Tetraedro de diamante.

La dureza excepcional del diamante se explica por la estructura de su red cristalina, que tiene la forma de un tetraedro: en el centro del tetraedro hay un átomo de carbono, que está unido por enlaces igualmente fuertes con cuatro átomos vecinos que forman los vértices. del tetraedro (ver la figura de arriba). Esta "construcción", a su vez, está asociada con los tetraedros vecinos.

Grafito

Higo. Celosía cristalina de grafito.

Propiedades del grafito:

• una sustancia gris cristalina suave de estructura estratificada;
• tiene un brillo metálico;
• Conduce bien la electricidad.

En el grafito, los átomos de carbono forman hexágonos regulares que se encuentran en un plano, organizados en capas infinitas.

En el grafito, los enlaces químicos entre átomos de carbono adyacentes están formados por tres electrones de valencia de cada átomo (que se muestran en azul en la figura siguiente), mientras que el cuarto electrón (que se muestra en rojo) de cada átomo de carbono se encuentra en un orbital p perpendicular. al plano de la capa de grafito.no participa en la formación de enlaces covalentes en el plano de la capa. Su "propósito" es diferente: interactuar con su "hermano" que se encuentra en la capa adyacente, proporciona un enlace entre las capas de grafito y la alta movilidad de los electrones p determina la buena conductividad eléctrica del grafito.

Higo. Distribución de los orbitales del átomo de carbono en grafito.

Fullereno

Higo. Celosía de cristal fullereno.

Propiedades del fullereno:

• una molécula de fullereno es una colección de átomos de carbono encerrados en esferas huecas como un balón de fútbol;
• es una sustancia cristalina fina de color amarillo anaranjado;
• punto de fusión = 500-600 ° C;
• semiconductor;
• forma parte del mineral shungit.

Carbin

Propiedades de la carabina:

• sustancia negra inerte;
• consta de moléculas lineales poliméricas en las que los átomos están enlazados mediante enlaces sencillos y triples alternados;
• semiconductor.

Propiedades químicas del carbono

En condiciones normales, el carbono es una sustancia inerte, pero cuando se calienta, puede reaccionar con una variedad de sustancias simples y complejas.

Ya se ha dicho anteriormente que en el nivel de energía externa del carbono hay 4 electrones (ni allí ni aquí), por lo que el carbono puede tanto dar electrones como recibirlos, manifestándose en algunos compuestos. propiedades reconstituyentes, y en otros, oxidativo.

El carbono es agente reductor en reacciones con oxígeno y otros elementos con mayor electronegatividad (ver tabla de electronegatividad de elementos):

• cuando se calienta en el aire, se quema (con un exceso de oxígeno con la formación de dióxido de carbono; con su falta - monóxido de carbono (II)):
  C + O 2 = CO 2;
  2C + O2 = 2CO.
• reacciona a altas temperaturas con vapores de azufre, interactúa fácilmente con cloro, flúor:
  C + 2S = CS 2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F 2 + C = CF 4
• cuando se calienta, reduce muchos metales y no metales de los óxidos:
  C 0 + Cu + 2 O = Cu 0 + C + 2 O;
  C 0 + C +4 O 2 = 2C +2 O
• a una temperatura de 1000 ° C, reacciona con el agua (proceso de gasificación), con la formación de gas de agua:
  C + H 2 O = CO + H 2;

El carbono exhibe propiedades oxidantes en reacciones con metales e hidrógeno:

• reacciona con metales para formar carburos:
  Ca + 2C = CaC 2
• al interactuar con el hidrógeno, el carbono forma metano:
  C + 2H 2 = CH 4

El carbono se obtiene por descomposición térmica de sus compuestos o por pirólisis de metano (a altas temperaturas):
CH 4 = C + 2H 2.

Aplicación de carbono

Los compuestos de carbono se utilizan ampliamente en economía nacional, no es posible enumerarlos todos, solo indicaremos algunos:

• el grafito se utiliza para la fabricación de minas de lápiz, electrodos, crisoles de fusión, como moderador de neutrones en reactores nucleares, como lubricante;
• los diamantes se utilizan en joyería, como herramienta para cortar, en equipos de perforación, como material abrasivo;
• como agente reductor, el carbono se utiliza para obtener ciertos metales y no metales (hierro, silicio);
• El carbón constituye la mayor parte del carbón activado, que ha encontrado un uso generalizado tanto en la vida cotidiana (por ejemplo, como adsorbente para purificar el aire y las soluciones), como en la medicina (tabletas de carbón activado) y en la industria (como portador de aditivos catalíticos). , catalizador de polimerización, etc.).

Óxidos de carbono (II) y (IV)

Lección integrada de química y biología.

Tareas: estudiar y sistematizar el conocimiento sobre óxidos de carbono (II) y (IV); para revelar la relación entre la naturaleza viva e inanimada; consolidar el conocimiento sobre el efecto de los óxidos de carbono en el cuerpo humano; consolidar las habilidades de la capacidad de trabajar con equipos de laboratorio.

Equipo: Solución de HCl, tornasol, Ca (OH) 2, CaCO 3, varilla de vidrio, mesas caseras, tabla portátil, modelo de bola y palo.

DURANTE LAS CLASES

Profesor de biologia comunica el tema y los objetivos de la lección.

Profesor de química. Basados ​​en la doctrina del enlace covalente, componga un sistema electrónico y fórmula estructuralóxidos de carbono (II) y (IV).

La fórmula química del monóxido de carbono (II) es CO, el átomo de carbono se encuentra en su estado normal.

Debido al apareamiento de electrones no apareados, se forman dos enlaces polares covalentes y el tercer enlace covalente se forma mediante el mecanismo donante-aceptor. El donante es un átomo de oxígeno, porque proporciona un par de electrones libres; el aceptor es un átomo de carbono, ya que proporciona un orbital libre.

En la industria, el monóxido de carbono (II) se obtiene pasando CO 2 sobre un carbón caliente a alta temperatura. También se forma durante la combustión del carbón con falta de oxígeno. ( Alumno escribiendo la ecuación de reacción en la pizarra)

En el laboratorio, el CO se obtiene por la acción del H 2 SO 4 concentrado sobre el ácido fórmico. ( La ecuación de reacción la escribe el profesor..)

Profesor de biologia. Entonces, se familiarizó con la producción de monóxido de carbono (II). Y qué propiedades físicas posee monóxido de carbono (II)?

Discípulo. Es un gas incoloro, venenoso, inodoro, más ligero que el aire, poco soluble en agua, punto de ebullición –191,5 ° C, solidifica a –205 ° C.

Profesor de química. Monóxido de carbono en cantidades peligrosas para vida humana contenido en los gases de escape de los automóviles. Por lo tanto, los garajes deben estar bien ventilados, especialmente al arrancar el motor.

Profesor de biologia.¿Cuál es el efecto del monóxido de carbono en el cuerpo humano?

Discípulo. El monóxido de carbono es extremadamente tóxico para los humanos, esto se debe al hecho de que forma carboxihemoglobina. La carboxihemoglobina es un compuesto muy fuerte. Como resultado de su formación, la hemoglobina sanguínea no interactúa con el oxígeno y, en caso de intoxicación grave, una persona puede morir por falta de oxígeno.

Profesor de biologia.¿Qué primeros auxilios se le deben dar a una persona en caso de intoxicación por monóxido de carbono?

Alumnos. Es necesario llamar a una ambulancia, la víctima debe salir a la calle, debe administrarse respiración artificial, la habitación debe estar bien ventilada.

Profesor de química. Escriba la fórmula química del monóxido de carbono (IV) y, usando el modelo de bola y palo, construya su estructura.

El átomo de carbono está en estado excitado. Los cuatro enlaces polares covalentes se forman emparejando electrones no apareados. Sin embargo, debido a su estructura lineal, su molécula es generalmente no polar.
En la industria, el CO 2 se obtiene de la descomposición del carbonato de calcio en la producción de cal.
(El estudiante escribe la ecuación de reacción.)

En el laboratorio, el CO 2 se obtiene mediante la interacción de ácidos con tiza o mármol.
(Los estudiantes realizan un experimento de laboratorio.)

Profesor de biologia.¿Como resultado de qué procesos se forma el dióxido de carbono en el cuerpo?

Discípulo. El dióxido de carbono se forma en el cuerpo como resultado de reacciones de oxidación de sustancias orgánicas que forman la célula.

(Los estudiantes realizan un experimento de laboratorio.)

La lechada de cal se volvió turbia porque se forma carbonato de calcio. Además del proceso de respiración, se libera CO2 como resultado de la fermentación y la descomposición.

Profesor de biologia.¿La actividad física afecta el proceso respiratorio?

Discípulo. Con una carga física (muscular) excesiva, los músculos usan el oxígeno más rápido de lo que la sangre puede entregar, y luego sintetizan el ATP necesario para su trabajo por fermentación. En los músculos, se forma ácido láctico C 3 H 6 O 3, que ingresa al torrente sanguíneo. La acumulación de grandes cantidades de ácido láctico es perjudicial para el organismo. Después de un duro actividad física estamos respirando con dificultad durante algún tiempo, estamos pagando la "deuda de oxígeno".

Profesor de química. Un gran número de El monóxido de carbono (IV) se libera a la atmósfera cuando se queman combustibles fósiles. En casa, usamos gas natural como combustible, y es casi un 90% de metano (CH 4). Sugiero que uno de ustedes vaya al pizarrón, escriba una ecuación de reacción y la analice en términos de oxidación-reducción.

Profesor de biologia.¿Por qué no se pueden usar hornos de gas para calentar una habitación?

Discípulo. El metano es una parte integral del gas natural. Cuando se quema, el contenido de dióxido de carbono en el aire aumenta y el oxígeno disminuye. ( Trabajar con la tabla "Contenido CO 2 en el aire".)
Cuando el aire contiene 0.3% de CO 2, una persona experimenta una respiración rápida; al 10% - pérdida del conocimiento, al 20% - parálisis instantánea y muerte rápida. Un niño necesita especialmente aire limpio, porque el consumo de oxígeno por los tejidos de un organismo en crecimiento es mayor que el de un adulto. Por lo tanto, es necesario ventilar regularmente la habitación. Si hay un exceso de CO 2 en la sangre, la excitabilidad del centro respiratorio aumenta y la respiración se vuelve más frecuente y profunda.

Profesor de biologia. Considere el papel del monóxido de carbono (IV) en la vida vegetal.

Discípulo. En las plantas, la formación de sustancias orgánicas se produce a partir de CO 2 y H 2 O en la luz, además de sustancias orgánicas, se forma oxígeno.

La fotosíntesis regula el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera, lo que evita que el planeta aumente las temperaturas. Las plantas absorben anualmente 300 mil millones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera. En el proceso de fotosíntesis, anualmente se liberan a la atmósfera 200 mil millones de toneladas de oxígeno. El ozono se forma a partir del oxígeno durante una tormenta.

Profesor de química. Considerar Propiedades químicas monóxido de carbono (IV).

Profesor de biologia.¿Cuál es la importancia del ácido carbónico en el cuerpo humano durante la respiración? ( Fragmento de tira de película.)
Las enzimas de la sangre convierten el dióxido de carbono en ácido carbónico, que se disocia en iones de hidrógeno y bicarbonato. Si la sangre contiene un exceso de iones H +, es decir, si la acidez de la sangre aumenta, algunos de los iones H + se combinan con los iones bicarbonato, formando ácido carbónico y liberando así la sangre del exceso de iones H +. Si hay muy pocos iones H + en la sangre, el ácido carbónico se disocia y aumenta la concentración de iones H + en la sangre. A 37 ° C, el pH de la sangre es de 7,36.
En el cuerpo, el dióxido de carbono es transportado por la sangre en forma de compuestos químicos: bicarbonatos de sodio y potasio.

Asegurar el material

Prueba

A partir de los procesos propuestos de intercambio de gases en los pulmones y los tejidos, quienes realizan la primera opción deben elegir las cifras de las respuestas correctas a la izquierda y la segunda a la derecha.

(1) Transferencia de O 2 de los pulmones a la sangre. (13)
(2) Transferencia de O 2 de la sangre al tejido. (catorce)
(3) Transferencia de CO 2 de los tejidos a la sangre. (quince)
(4) Transferencia de CO 2 de la sangre a los pulmones. (dieciséis)
(5) Captación de O 2 por los eritrocitos. (17)
(6) Liberación de O 2 de los eritrocitos. (Dieciocho)
(7) Conversión de sangre arterial en sangre venosa. (diecinueve)
(8) Conversión de sangre venosa en arterial. (veinte)
(9) Ruptura del enlace químico del O 2 con la hemoglobina. (21)
(10) Unión química del O 2 a la hemoglobina. (22)
(11) Capilares en tejidos. (23)
(12) Capilares pulmonares. (24)

Preguntas sobre la primera opción

1. Procesos de intercambio de gases en tejidos.
2. Procesos físicos durante el intercambio de gases.

Preguntas sobre la segunda opción

1. Procesos de intercambio de gases en los pulmones.
2. Procesos químicos durante el intercambio de gases

Una tarea

Determine el volumen de monóxido de carbono (IV) que se libera durante la descomposición de 50 g de carbonato de calcio.

El monóxido de carbono (IV) (dióxido de carbono, dióxido de carbono) en condiciones normales es un gas incoloro, más pesado que el aire, térmicamente estable, y cuando se comprime y enfría, se convierte fácilmente en un estado líquido y sólido.

Densidad - 1.997 g / l. El CO2 sólido, llamado hielo seco, se sublima a temperatura ambiente. Poco soluble en agua, reacciona parcialmente con ella. Muestra propiedades ácidas. Reducido con metales activos, hidrógeno y carbono.

Fórmula química del monóxido de carbono 4
Fórmula química del monóxido de carbono (IV) CO2. Muestra que esta molécula contiene un átomo de carbono (Ar = 12 amu) y dos átomos de oxígeno (Ar = 16 amu). La fórmula química se puede utilizar para calcular el peso molecular del monóxido de carbono (IV):

Mr (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O);

Mr (CO2) = 12+ 2 × 16 = 12 + 32 = 44.

Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
Tarea Cuando se queman 26,7 g de aminoácido (CxHyOzNk) en un exceso de oxígeno, se forman 39,6 g de monóxido de carbono (IV), 18,9 g de agua y 4,2 g de nitrógeno. Determina la fórmula de los aminoácidos.
Solución Tracemos un esquema para la reacción de combustión de un aminoácido, denotando el número de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno por "x", "y", "z" y "k", respectivamente:
CxHyOzNk + Oz → CO2 + H2O + N2.

Determinemos las masas de los elementos que componen esta sustancia. Los valores de las masas atómicas relativas tomados de la tabla periódica de D.I. Mendeleev, redondee a números enteros: Ar (C) = 12 amu, Ar (H) = 1 amu, Ar (O) = 16 amu, Ar (N) = 14 amu

M (C) = n (C) × M (C) = n (CO2) × M (C) = × M (C);

M (H) = n (H) × M (H) = 2 × n (H2O) × M (H) = × M (H);

Calculemos las masas molares de dióxido de carbono y agua. Como se conoce, masa molar molécula es igual a la suma de las masas atómicas relativas de los átomos que componen la molécula (M = Mr):

M (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O) = 12+ 2 × 16 = 12 + 32 = 44 g / mol;

M (H2O) = 2 × Ar (H) + Ar (O) = 2 × 1 + 16 = 2 + 16 = 18 g / mol.

M (C) = x 12 = 10,8 g;

M (H) = 2 × 18,9 / 18 × 1 = 2,1 g.

M (O) = m (CxHyOzNk) - m (C) - m (H) - m (N) = 26,7 - 10,8 - 2,1 - 4,2 = 9,6 g.

Definamos la fórmula química del aminoácido:

X: y: z: k = m (C) / Ar (C): m (H) / Ar (H): m (O) / Ar (O): m (N) / Ar (N);

X: y: z: k = 10,8 / 12: 2,1 / 1: 9,6 / 16: 4,2 / 14;

X: y: z: k = 0,9: 2,1: 0,41: 0,3 = 3: 7: 1,5: 1 = 6: 14: 3: 2.

Entonces, la fórmula más simple del aminoácido es C6H14O3N2.

Respuesta C6H14O3N2
EJEMPLO 2
Tarea Elaborar la fórmula más simple de un compuesto en el que las fracciones de masa de los elementos sean aproximadamente iguales: carbono - 25,4%, hidrógeno - 3,17%, oxígeno - 33,86%, cloro - 37,57%.
Solución La fracción de masa del elemento X en una molécula de composición HX se calcula mediante la siguiente fórmula:
ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Denotemos el número de átomos de carbono en la molécula por "x", el número de átomos de nitrógeno de hidrógeno por "y", el número de átomos de oxígeno por "z" y el número de átomos de cloro por "k".

Encuentra el pariente correspondiente masas atómicas elementos de carbono, hidrógeno, oxígeno y cloro (los valores de las masas atómicas relativas tomados de la Tabla Periódica de D.I. Mendeleev, redondeados a números enteros).

Ar (C) = 12; Ar (H) = 14; Ar (O) = 16; Ar (Cl) = 35,5.

Dividimos el porcentaje de elementos por las correspondientes masas atómicas relativas. Así, encontraremos la relación entre el número de átomos en la molécula del compuesto:

X: y: z: k = ω (C) / Ar (C): ω (H) / Ar (H): ω (O) / Ar (O): ω (Cl) / Ar (Cl);

X: y: z: k = 25,4 / 12: 3,17 / 1: 33,86 / 16: 37,57 / 35,5;

X: y: z: k = 2,1: 3,17: 2,1: 1,1 = 2: 3: 2: 1.

Esto significa que la fórmula más simple para un compuesto de carbono, hidrógeno, oxígeno y cloro será C2H3O2Cl.

Carbono (C)- típico no metálico; en sistema periódico está en el segundo período del grupo IV, subgrupo principal... Número atómico 6, Ar = 12.011 amu, carga nuclear +6.

Propiedades físicas: el carbono forma muchas modificaciones alotrópicas: diamante- una de las sustancias más duras grafito, carbón, hollín.

Un átomo de carbono tiene 6 electrones: 1s 2 2s 2 2p 2 . Los dos últimos electrones están ubicados en orbitales p separados y no están emparejados. En principio, este par podría ocupar un orbital, pero en este caso la repulsión electrón-electrón aumenta enormemente. Por esta razón, uno de ellos toma 2p x, y el otro, o 2p y , o orbitales z 2p.

La diferencia entre las energías de los subniveles s y p de la capa exterior es pequeña; por lo tanto, el átomo pasa con bastante facilidad a un estado excitado, en el que uno de los dos electrones del orbital 2s pasa al libre. 2p. Un estado de valencia con la configuración 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Es este estado del átomo de carbono el que es característico de la red de diamante: la disposición espacial tetraédrica de los orbitales híbridos, la misma longitud de enlace y energía.

Este fenómeno se conoce por llamarse sp 3 - hibridación, y las funciones que surgen son sp 3 -híbridas . La formación de cuatro enlaces sp 3 proporciona al átomo de carbono un estado más estable que tres páginas- y un s-s-link. Además de la hibridación sp 3 en el átomo de carbono, también se observa la hibridación sp 2 y sp . En el primer caso, existe una superposición mutua s- y dos orbitales p. Se forman tres orbitales híbridos sp 2 equivalentes, ubicados en un plano en un ángulo de 120 ° entre sí. El tercer orbital p no cambia y se dirige perpendicular al plano sp 2.

Durante la hibridación sp, los orbitales syp se superponen. Un ángulo de 180 ° surge entre los dos orbitales híbridos equivalentes formados, mientras que los dos orbitales p de cada uno de los átomos permanecen sin cambios.

Alotropía de carbono. Diamante y grafito

En un cristal de grafito, los átomos de carbono están ubicados en planos paralelos, ocupando los vértices de hexágonos regulares en ellos. Cada uno de los átomos de carbono está unido a tres enlaces híbridos sp 2 adyacentes. La conexión entre los planos paralelos se realiza mediante fuerzas de van der Waals. Los orbitales p libres de cada uno de los átomos se dirigen perpendicularmente a los planos de los enlaces covalentes. Su superposición explica el enlace π adicional entre los átomos de carbono. Entonces de el estado de valencia en el que se encuentran los átomos de carbono en una sustancia, las propiedades de esta sustancia dependen.

Propiedades químicas del carbono

Los estados de oxidación más típicos son +4, +2.

A bajas temperaturas, el carbono es inerte, pero cuando se calienta, su actividad aumenta.

Carbono como agente reductor:

- con oxigeno
C 0 + O 2 - t ° = CO 2 dióxido de carbono
con falta de oxígeno - combustión incompleta:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O monóxido de carbono

- con flúor
C + 2F 2 = CF 4

- con vapor de agua
C 0 + H 2 O - 1200 ° = C +2 O + H 2 agua gas

- con óxidos metálicos. Por lo tanto, el metal se funde a partir del mineral.
C 0 + 2CuO - t ° = 2Cu + C +4 O 2

- con ácidos - agentes oxidantes:
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) = C + 4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (concentrado) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- forma disulfuro de carbono con azufre:
C + 2S 2 = CS 2.

Carbono como agente oxidante:

- forma carburos con algunos metales

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2-4

- con hidrógeno - metano (así como una gran cantidad de compuestos orgánicos)

C 0 + 2H 2 = CH 4

- con silicio, forma carborundo (a 2000 ° C en horno eléctrico):

Encontrar carbono en la naturaleza

El carbono libre se presenta en forma de diamante y grafito. En forma de compuestos, el carbono se encuentra en la composición de minerales: tiza, mármol, piedra caliza - CaCO 3, dolomita - MgCO 3 * CaCO 3; hidrocarbonatos - Mg (HCO 3) 2 y Ca (HCO 3) 2, el CO 2 es parte del aire; El carbono es el componente principal de los compuestos orgánicos naturales: gas, petróleo, carbón, turba; es parte de sustancias orgánicas, proteínas, grasas, carbohidratos y aminoácidos que forman los organismos vivos.

Compuestos de carbono inorgánico

Ni los iones C 4+ ni C 4 se forman bajo ningún proceso químico ordinario: existen enlaces covalentes de diferente polaridad en los compuestos de carbono.

Monóxido de carbono (II) CO

Monóxido de carbono; incoloro, inodoro, ligeramente soluble en agua, soluble en disolventes orgánicos, venenoso, temperatura de la bala = -192 ° C; t pl. = -205 ° C.

Recepción
1) En la industria (en generadores de gas):
C + O 2 = CO 2

2) En el laboratorio - por descomposición térmica de fórmico o ácido oxálico en presencia de H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH = H 2 O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Propiedades químicas

El CO es inerte en condiciones normales; cuando se calienta - un agente reductor; óxido no formador de sal.

1) con oxígeno

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) con óxidos metálicos

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) con cloro (a la luz)

CO + Cl 2 - hn = COCl 2 (fosgeno)

4) reacciona con álcalis fundidos (bajo presión)

CO + NaOH = HCOONa (formato de sodio)

5) forma carbonilos con metales de transición

Ni + 4CO - t ° = Ni (CO) 4

Fe + 5CO - t ° = Fe (CO) 5

Monóxido de carbono (IV) CO2

Dióxido de carbono, incoloro, inodoro, solubilidad en agua: 0,9 V CO 2 se disuelve en 1 V H 2 O (en condiciones normales); Mas pesado que el aire; t ° pl. = -78,5 ° C (el CO 2 sólido se denomina "hielo seco"); no es compatible con la combustión.

Recepción

1. Descomposición térmica de sales de ácido carbónico (carbonatos). Tostado de piedra caliza:

CaCO 3 - t ° = CaO + CO 2

1. Acción ácidos fuertes para carbonatos e hidrocarburos:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

QuímicopropiedadesCO2
Óxido ácido: reacciona con óxidos básicos y bases para formar sales de ácido carbónico.

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

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

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Puede exhibir propiedades oxidantes a temperaturas elevadas

С +4 O 2 + 2Mg - t ° = 2Mg +2 O + C 0

Reacción cualitativa

Turbidez del agua de cal:

Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (precipitado blanco) + H 2 O

Desaparece con el paso prolongado de CO 2 a través del agua de cal, porque El carbonato de calcio insoluble se transforma en bicarbonato soluble:

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

Ácido carbónico y susal

H 2CO 3 - El ácido es débil, existe solo en solución acuosa:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Dos bases:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Sales ácidas - bicarbonatos, hidrocarburos
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Sales medias - carbonatos

Todas las propiedades de los ácidos son características.

Los carbonatos y los hidrocarburos se pueden convertir entre sí:

2NaHCO 3 - t ° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

Carbonatos metálicos (excepto Metales alcalinos) cuando se calienta, se descarboxila para formar óxido:

CuCO 3 - t ° = CuO + CO 2

Reacción cualitativa- "ebullición" bajo la acción de un ácido fuerte:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

Carburos

Carburo de calcio:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

El acetileno se libera cuando los carburos de zinc, cadmio, lantano y cerio reaccionan con el agua:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C y Al 4 C 3 se descomponen con agua para formar metano:

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

En tecnología, se utilizan carburos de titanio TiC, tungsteno W 2 C (aleaciones duras), silicio SiC (carborundo - como abrasivo y material para calentadores).

Cianuro

obtenido calentando sosa en una atmósfera de amoníaco y monóxido de carbono:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

El ácido cianhídrico HCN es un producto importante industria química, es ampliamente utilizado en síntesis orgánica. Su producción mundial alcanza las 200 mil toneladas anuales. Estructura electronica El anión de cianuro es similar al monóxido de carbono (II), tales partículas se denominan isoelectrónicas:

C = O: [: C = N:] -

Cianuros (0,1-0,2% solución de agua) se utilizan en la minería de oro:

2 Au + 4 KCN + H2O + 0,5 O2 = 2 K + 2 KOH.

Al hervir soluciones de cianuro con azufre o fusión de sólidos, tiocianatos:
KCN + S = KSCN.

Cuando se calientan cianuros de metales de baja actividad, se obtiene cianógeno: Hg (CN) 2 = Hg + (CN) 2. Las soluciones de cianuro se oxidan a cianatos:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

El ácido cianico se presenta en dos formas:

H-N = C = O; H-O-C = NORTE:

En 1828, Friedrich Wöhler (1800-1882) obtuvo urea a partir de cianato de amonio: NH 4 OCN = CO (NH 2) 2 por evaporación de una solución acuosa.

Este evento suele verse como la victoria de la química sintética sobre la "teoría vitalista".

Hay un isómero de ácido cianico: oxihidrógeno

H-O-N = C.
Sus sales (mercurio explosivo Hg (ONC) 2) se utilizan en encendedores de impacto.

Síntesis urea(urea):

CO 2 + 2 NH 3 = CO (NH 2) 2 + H 2 O. A 130 0 С y 100 atm.

La urea es una amida del ácido carbónico, también existe su "análogo de nitrógeno", la guanidina.

Carbonatos

El más importante compuestos inorgánicos carbono - sales de ácido carbónico (carbonatos). H 2 CO 3 es un ácido débil (K 1 = 1.3 · 10 -4; K 2 = 5 · 10 -11). Soportes tampón de carbonato equilibrio de dióxido de carbono en la atmósfera. Los océanos tienen una enorme capacidad de amortiguación porque son un sistema abierto. La principal reacción tampón es el equilibrio en la disociación del ácido carbónico:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

Con una disminución de la acidez, se produce una absorción adicional de dióxido de carbono de la atmósfera con la formación de ácido:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Con un aumento de la acidez, se produce la disolución de las rocas carbonatadas (conchas, tiza y depósitos de piedra caliza en el océano); esto compensa la pérdida de iones de hidrocarbonato:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 -

CaCO 3 (sólido) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Los carbonatos sólidos se convierten en hidrocarbonatos solubles. Es este proceso de disolución química del exceso de dióxido de carbono el que contrarresta el "efecto invernadero": el calentamiento global debido a la absorción de la radiación térmica de la Tierra por el dióxido de carbono. Aproximadamente un tercio de la producción mundial de refrescos (carbonato de sodio Na 2 CO 3) se utiliza en la producción de vidrio.

El dióxido de carbono, también conocido como 4, reacciona con una serie de sustancias para formar compuestos de la más variada composición y propiedades químicas. Compuesto por moléculas no polares, tiene enlaces intermoleculares muy débiles y solo se puede encontrar si la temperatura es superior a 31 grados centígrados. El dióxido de carbono es compuesto químico compuesto por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno.

Monóxido de carbono 4: fórmula e información básica

El dióxido de carbono está presente en la atmósfera de la Tierra en bajas concentraciones y actúa como gas de efecto invernadero. Su fórmula química es CO 2. A altas temperaturas, puede existir exclusivamente en estado gaseoso. En su estado sólido, se llama hielo seco.

El dióxido de carbono es un componente esencial del ciclo del carbono. Proviene de una variedad de fuentes naturales, incluida la desgasificación volcánica, la quema de materia orgánica y la respiración de organismos aeróbicos vivos. Las fuentes antropogénicas de dióxido de carbono están asociadas principalmente con la quema de diversos combustibles fósiles para generar electricidad y transporte.

También es producido por diversos microorganismos a partir de la fermentación y la respiración celular. Las plantas convierten el dióxido de carbono en oxígeno durante un proceso llamado fotosíntesis, utilizando tanto carbono como oxígeno para formar carbohidratos. Además, las plantas también liberan oxígeno a la atmósfera, que luego es utilizado para la respiración por organismos heterótrofos.

Dióxido de carbono (CO2) en el cuerpo.

El monóxido de carbono 4 reacciona con diversas sustancias y es un producto de desecho gaseoso del metabolismo. Más del 90% existe en la sangre en forma de bicarbonato (HCO 3). El resto es CO 2 disuelto o ácido carbónico (H2CO 3). Órganos como el hígado y los riñones son responsables de equilibrar estos compuestos en la sangre. El bicarbonato es una sustancia química que actúa como amortiguador. Mantiene el pH sanguíneo en el nivel correcto, evitando el aumento de la acidez.

Estructura y propiedades del dióxido de carbono.

El dióxido de carbono (CO 2) es un compuesto químico que es un gas a temperatura ambiente y superior. Consiste en un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno. Las personas y los animales emiten dióxido de carbono cuando exhalan. Además, siempre se forma cuando se quema algo orgánico. Las plantas usan dióxido de carbono para producir alimentos. Este proceso es llamado fotosíntesis.

Las propiedades del dióxido de carbono fueron estudiadas por el científico escocés Joseph Black ya en la década de 1750. capaz de capturar energía térmica y afectar el clima y el tiempo de nuestro planeta. Es él quien es la causa del calentamiento global y un aumento de la temperatura de la superficie terrestre.

Papel biológico

El monóxido de carbono 4 reacciona con diversas sustancias y es el producto final en organismos que obtienen energía de la descomposición de azúcares, grasas y aminoácidos. Se sabe que este proceso es característico de todas las plantas, animales, muchos hongos y algunas bacterias. En los animales superiores, el dióxido de carbono viaja en la sangre desde los tejidos corporales hasta los pulmones, donde se exhala. Las plantas lo obtienen de la atmósfera para su uso en la fotosíntesis.

Hielo seco

El hielo seco o dióxido de carbono sólido es el estado sólido del gas CO 2 con una temperatura de -78,5 ° C. En su forma natural, esta sustancia no se encuentra en la naturaleza, sino que es producida por el hombre. Es incoloro y puede utilizarse para la preparación de bebidas carbonatadas, como elemento refrigerante en envases de helado y en cosmetología, por ejemplo, para congelar verrugas. Los vapores de hielo seco causan asfixia y pueden ser fatales. Al usar hielo seco, se debe tener cuidado y profesionalismo.

Bajo presión normal, no se derretirá a líquido, sino que pasará directamente de sólido a gas. A esto se le llama sublimación. Cambiará directamente de sólido a gas a cualquier temperatura por encima de temperaturas extremadamente bajas. El hielo seco se sublima a temperaturas normales del aire. Esto produce dióxido de carbono, que es inodoro e incoloro. El dióxido de carbono se puede licuar a presiones superiores a 5,1 atm. El gas que sale del hielo seco es tan frío que, cuando se mezcla con el aire, enfría el vapor de agua en el aire y se convierte en una neblina que parece un espeso humo blanco.

Preparación, propiedades químicas y reacciones.

En la industria, el monóxido de carbono 4 se obtiene de dos formas:

1. Quemando combustible (C + O 2 = CO 2).
2. Por descomposición térmica de la piedra caliza (CaCO 3 = CaO + CO 2).

El volumen resultante de monóxido de carbono 4 se purifica, licúa y bombea a cilindros especiales.

Al ser ácido, el monóxido de carbono 4 reacciona con sustancias como:

• Agua. La disolución produce ácido carbónico (H 2 CO 3).
• Soluciones alcalinas. El monóxido de carbono 4 (fórmula CO 2) reacciona con los álcalis. En este caso, se forman sales medias y ácidas (NaHCO 3).
• Estas reacciones forman sales de carbonato (CaCO 3 y Na 2 CO 3).
• Carbón. Cuando el monóxido de carbono 4 reacciona con el carbón caliente, se forma monóxido de carbono 2 (monóxido de carbono), que puede causar intoxicación. (CO 2 + C = 2CO).
• Magnesio. Como regla general, el dióxido de carbono no favorece la combustión, solo a temperaturas muy altas puede reaccionar con algunos metales. Por ejemplo, el magnesio encendido seguirá ardiendo en CO 2 durante una reacción redox (2Mg + CO 2 = 2MgO + C).

La reacción cualitativa del monóxido de carbono 4 se manifiesta cuando pasa por agua de piedra caliza (Ca (OH) 2 o por agua de barita (Ba (OH) 2). Se puede observar turbidez y precipitación., Ya que los carbonatos insolubles se convierten en bicarbonatos solubles. (sales ácidas de ácido carbónico).

El dióxido de carbono también se produce cuando se queman todos los combustibles carbonosos, como el metano (gas natural), los destilados de petróleo (gasolina, diesel, queroseno, propano), carbón o madera. En la mayoría de los casos, también se libera agua.

El dióxido de carbono (dióxido de carbono) está formado por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno, que se mantienen unidos por enlaces covalentes (o fisión de electrones). El carbono puro es muy raro. Se encuentra en la naturaleza solo en forma de minerales, grafito y diamante. A pesar de esto, es el componente básico de la vida que, cuando se combina con hidrógeno y oxígeno, forma los compuestos básicos que componen todo en el planeta.

Los hidrocarburos como el carbón, el petróleo y el gas natural son compuestos formados por hidrógeno y carbono. Este elemento se encuentra en la calcita (CaCo 3), minerales en rocas sedimentarias y metamórficas, calizas y mármoles. Este es el elemento que lo contiene todo materia orgánica- desde los combustibles fósiles hasta el ADN.