Химические свойства углерода

Химический элемент углерод расположен во 2-м периоде, главной подгруппе IV группы периодической системы химических элементов, наиболее характерные степени окисления –4, +2, +4.

На внешнем энергетическом уровне у углерода 4 электрона: 2 парных и 2 непарных. Это состояние атома называется основным. По числу неспаренных электронов можно сказать, что углерод проявляет валентность равную II. Однако такая валентность проявляется только в некоторых соединениях.

В органических соединениях и некоторых органических веществах углерод проявляет валентность равную IV. Эта валентность характерна для возбужденного состояния С. Из основного в возбужденное состояние, он может переходить при получении дополнительной энергии.   Один электрон с s-подуровня переходит на p-подуровень, где есть свободная орбиталь.

Возможные степени окисления: -4, 0, +2, +4

В связи со всем выше сказанным углерод проявляет окислительные и восстановительные свойства.

I. Окислительные свойства

  1. Свойства окислителя углерод проявляет в реакциях с металлами при высоких температурах с образованием карбидов.

     Са + 2С → CaC2
     4Al + 3C → Al4C3

  2. В присутствии катализатора и высоких температур протекает процесс взаимодействия углерода и водорода, при этом образуется метан.

     C + 2H2 → CH4

II. Восстановительные свойства

  1. Как восстановитель углерод вступает в реакцию с кислородом. Продуктом реакции будет углекислый газ – при избытке кислорода, при недостатке – угарный газ.

     C + O2 → CO2
     2C + O2 → 2CO

  2. При комнатной температуре углерод вступает в реакцию взаимодействия только с одним галогеном – фтором, с образованием фторида углерода.

      C + 2F2 → CF4

  3. С азотом углерод реагирует при действии электрического разряда, образуя соединение, получившее название дициан. Представляет собой бесцветный высокотоксичный и огнеопасный газ с резким запахом.

     N2 + 2C → (CN)2

  4. Реакция с серой и кремнием углерода протекает при повышенных температурах. С серой продуктом реакции является сероуглерод  - бесцветная жидкость, легко воспламеняется, хороший растворитель для некоторых органических соединений.

     C + 2S → CS2

     С кремнием углерод образует каброрунд – соединение по твердости сравнимое с алмазом.

     Si + C → SiC

  5. При пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и водород. 

    При пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и водород

  6. Из кислотного оксида, в данном случае оксида кремния, углерод восстанавливает кремний.

    Из кислотного оксида, в данном случае оксида кремния, углерод восстанавливает кремний

  7. Углерод взаимодействует с оксидом кальция с образованием карбида кальция и угарного газа. Таким образом, углерод диспропорционирует в данной реакции.

     C + CaO → CaC2 + CO↑

  8. Углерод используют для получения металлов из их оксидов (цинк, медь, железо, свинец). Это один из способов промышленного получения металлов.

     2ZnO + C → 2Zn + CO

  9. Углерод в качестве восстановителя вступает в реакции со сложными веществами, проявляющими свойства окислителей. Такими веществами являются концентрированная серная и азотная кислоты. 

     Продуктом реакции серной кислоты и углерода являются оксид серы (IV), оксид углерода (IV) и вода.

     C + 2H2SO4 (конц.) → CO2↑ + 2SO2 + 2H2O

     Вследствие реакции углерода с азотной кислотой образуются оксид азота (IV), оксид углерода (IV) и вода.

     C + 4HNO3 (конц.) → CO2↑ + 4NO2 + 2H2O

23 сентября 2020, 16:43

Комментарии

Для добавления комментариев необходимо авторизоваться.