Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 11. ПОДГРУППА КАРБОНА

§ 11.3. Оксиды карбона. Карбонатная кислота

Известно два оксиды углерода СО и СО₂.

Оксид углерода(II). Оксид углерода(II) СО образуется в процессе сгорания угля при недостатке кислорода. В промышленности его добывают пропусканием углекислого газа над раскаленным углем при высокой температуре:

СО₂ + С = 2СO.

В лабораторных условиях оксид углерода(II) получают действием концентрированной серной кислоты на муравьиную (форміатну) кислоту при нагревании (сульфатная кислота отнимает воду):

НСOOН=Н₂O+CO ↑.

Оксид углерода(II) - бесцветный газ без запаха, очень ядовитый. Допустимое содержание СО в производственных помещениях составляет 0,03 мг в 1 л воздуха. В количествах, опасных для жизни, он содержится в выхлопных газах авто мобиля. Поэтому гараже должны хорошо проветриваться, особенно во время пуска двигателей.

При высоких температурах оксид углерода(II) - сильный восстановитель. Он восстанавливает много металлов из их оксидов. Например:

CO + СuО = Сu + СО₂.

Это свойство оксида углерода(II) используется при выплавки металлов из руд.

На воздухе оксид углерода(II) горит синим пламенем с выделением большого количества теплоты:

+2 +4

2СO+ О₂ = 2СO₂, ∆H ° 298 = -572 кДж.

Поэтому он вместе с другими газами входит в состав некоторых видов газуватого топлива - генераторного и водяного газов.

В оксиде углерода(II) валентность углерода равна трем, а степень окисления +2. Пояснения приведены в § 3.10.

Оксид карбона(ИV). Оксид карбона(ИV) СО₂ (или углекислый газ) образуется в природе во время горения и гниения органических веществ. Содержится в воздухе (объемная доля 0,03 %), а также во многих минеральных источниках (нарзан, боржоми и др.). Выделяется при дыхании животных и растений.

В лабораторных условиях СО₂ получают действием соляной кислоты на мрамор:

СаСО₃ + 2Н⁺ = Са⁺² + Н₂O + СО²↑.

В промышленности оксид карбона(ИV) получают прокаливанием известняка:

СаСО₃ = СаО + СО₂ ↑.

Структурную формулу молекулы СО₂ можно изобразить так: О=С=0. Она имеет линейную форму. Связь углерода с оксигеном полярный, однако благодаря симметричному расположению связей сама молекула СО₂ неполярна (см. рис. 3.13, а).

Оксид карбона(ИV) - бесцветная газувата вещество. Он в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому его можно переливать из одного сосуда в другую. Не поддерживает горения и дыхания. Зажженная заноза в нем гаснет, а люди и животные за большой концентрации оксида углерода(ИV) задыхаются. Часто в опасных количествах он накапливается в шахтах, колодцах и погребах.

СO₂ сжижается при комнатной температуре под давлением 6 МПа. В жидком состоянии хранится и транспортируется в стальных баллонах. При открывании вентиля баллона жидкий оксид карбона (IV) испаряется, вследствие чего происходит сильное охлаждение и часть газа превращается в снігоподібну массу. Твердый оксид карбона(ИV) называют сухим льдом. Оксид карбона(ИV) проявляет свойства кислотного оксида: взаимодействует с водой и растворами щелочей. При комнатной температуре в 1 объеме воды растворяется примерно 1 объем СO₂. При этом образуется карбонатная кислота. Реакция обратима: СО₂ + Н₂О Н₂СО₃.

Равновесие сильно смещено в сторону исходных веществ, то есть очень мало растворенного СО₂ превращается в кислоту. При взаимодействии с растворами щелочей образуются соли:

СО₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + Н₂О.

СО₂ при высоких температурах проявляет свойства окисника: взаимодействует с углем и активными металлами. Например:

СО₂ + С = 2СO;

СО₂ + 2Мg = 2МgВ + С.

Подожженная лента магния горит в атмосфере углекислого газа.

Оксид карбона(ИV) применяется при производстве соды, сахара, для газирования воды и напитков, в жидком состоянии - в огнетушителях. Сухой лед используется для хранения продуктов, которые быстро портятся.

Карбонатная кислота. Карбонатная (угольная) кислота существует только в растворе. При нагревании она разлагается на оксид карбона(ИV) и воду. В молекуле карбонатной кислоты атомы водорода связаны с атомами кислорода:

Как двохосновна, она диссоциирует ступенчато. Сначала

Н₂СО₃ ⇆ Н⁺ + НСО₃

и дальше очень мало

НСО₃ = Н⁺ + C^2-₃

Карбонатная кислота относится к слабым электролитам.