Въглерод

Въглеродът (на латински: Carboneum, химичен символ С) е химичен елемент от 4А група, 2 период. Има пореден номер 6 и атомна маса 12,0107u (средно).

Съдържание

1 История
2 Характеристика
3 Химични свойства
4 Карбиди
5 Съединения на С (II)
6 Вижте още

[редактиране] История

Въглеродът е открит още в праисторията и е бил познат на древните хора, които са го произвеждали като са изгаряли органични материали в оскъдна на кислород среда.

[редактиране] Характеристика

Въглеродът съществува основно под две алотропни форми — графит и диамант, но са известни още няколко.

Диамант — той е най-твърдото познато вещество в природата. Има атомна кристална решетка, в която въглеродните атоми са свързани със здрави ковалентни връзки. Има свойството да пречупва силно светлината. Диамантът не е електропроводим.

Графит — има атомна кристална решетка. Въглеродните му атоми са разположени на слоеве със слаби междумолекулни сили между тях и делокализирана ковалентна химична връзка в рамките на слоевете. Графитът е сиво-червено непрозрачно вещество със слаб метален блясък. Много мек, мазен на пипане, високотопим и електропроводим.

[редактиране] Химични свойства

с кислород

C + O → CO – в -2 валентност на въглерода

C + 2O → CO₂ – в +4 валентност на въглерода

с водород

C + 4H → CH₄ – получава се метан, както и други въглеводороди в зависимост от условията

с други неметали – със силиций се образува силициев карбид.

с метали при висока температура.

с концентрирана сярна киселина, при което се отделя се въглероден диоксид.

В общия случай карбид е съединение на въглерод с друг елемент. В тесен смисъл терминът карбид се отнася до съединенията на въглерода с металите. От всички елементи само кислородът, сярата, азотът, флуорът, хлорът и бромът са по-електроотрицателни от въглерода и техните съединения са извън групата на карбидите. Карбидите могат да бъдат разделени на три групи: йонни, метални и ковалентни.

Йонни карбиди образуват главно елементите от I, II и III група на периодичната система. Това са безцветни вещества с кристална решетка. Под действието на водата и разредени киселини лесно хидролизират. В зависимост от въглеводорода, който се отделя при тяхната хидролиза, те също могат да се разделят на три групи.

Към първата група се отнасят карбиди, които могат да се разглеждат като производни на метана, напр. Al₄C₃ и Ве₂С:

Al₄C₃ + 12Н₂О → 4Al(OH)₃ + 3СН₄

Получават се при директно взаимодействие на елементите при температура около 1500°С.

Към втората група йонни карбиди се отнасят тези, които могат да се разглеждаткато производни на ацетилена (етена), поради което се наричат ацетилениди:

СаС₂ + 2Н2О → Сa(OH)₂ + С₂Н₂

Обикновено се получават от метален оксид и въглерод при висока температура

Единственият представител на третата група йонни карбиди е магнезиевият карбид Mg₂C₃. При хидролиза дава метилацетилен (1-пропин)

Mg₂C₃ + 4Н₂О → 2Mg(OH)₂ + СН₃С≡СН

При втората група карбиди (металните), образуването е свързано с внедряването на въглеродни атоми в октаедричните празнини на решетката на метала. За да се осъществи това внедряване, трябва атомният радиус на метала да бъде достатъчно голям (над 130 pm). При такива условия решетката на метала съществено не се нарушава, в резултат на което характерните метални свойства (напр. електропроводимост) не се изменят. Нещо повече, внедряването на С-атом стабилизира кристалната решетка, което води до известно повишаване на температурата на топене и твърдостта на карбида в сравнение с чистия метал.

Типични ковалентни карбиди са SiC (силициев карбид) и В₄С (борен карбид). Силициевият карбид е наричан още карборунд . Характеризира се с голяма твърдост (около 9 по скалата на Моос), висока температура на топене и химична инертност. В практиката се употребява да направа на абразивни инструменти.

Борният карбид се получава чрез редукция на В₂О₃ с С. Аналогично на силициевия карбид има висока твърдост и също се употребява като абразивен материал.

[редактиране] Съединения на С (II)

При обикновени условия стабилни съединения на С(II) са СО, СS₂ и HCN. При нормални условия въглеродният оксид е безцветен отровен газ и в химическо отношение е инертен. При нагряване се проявяват неговите редукционни свойства, поради което той играе важна роля в металургията. От кислорода на въздуха се окислява при висока температура (около 700°С).

СО + ½О2 → СО₂

При облъчване или в присъствие на катализатор въглеродният оксид реагира с хлора, като се получава оксодихлорид (фосген).

СО + Cl₂ → COCl₂

Въглеродният оксид е малко разтворим във вода. Токсичното му действие се дължи на способността му да свързва желязото от хемоглобина в кръвта и да блокира транспорта на кислород. Въглеродният оксид се образува при непълно горене на въглерод. За всяка температура съществува следното равновесие:

2СО ↔ С + СО₂