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
- Свойства окислителя углерод проявляет в реакциях с металлами при высоких температурах с образованием карбидов.
Са + 2С → CaC2
4Al + 3C → Al4C3 - В присутствии катализатора и высоких температур протекает процесс взаимодействия углерода и водорода, при этом образуется метан.
C + 2H2 → CH4↑
II. Восстановительные свойства
- 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 - При комнатной температуре углерод вступает в реакцию взаимодействия только с одним галогеном – фтором, с образованием фторида углерода.
C + 2F2 → CF4
- 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
- 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
- При пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и водород.
- Из кислотного оксида, в данном случае оксида кремния, углерод восстанавливает кремний.
- Углерод взаимодействует с оксидом кальция с образованием карбида кальция и угарного газа. Таким образом, углерод диспропорционирует в данной реакции.
C + CaO → CaC2 + CO↑
- Углерод используют для получения металлов из их оксидов (цинк, медь, железо, свинец). Это один из способов промышленного получения металлов.
2ZnO + C → 2Zn + CO
- 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
Как вы считаете, материал был полезен?