РАЗДЕЛ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
9. Неметаллические элементы и их соединения. Неметаллы
9.5. Элементы IV группы
9.5.3. Оксиды Карбона
Карбон образует два оксиды - карбон(II) оксид СО и карбон(ИV) оксид СO2 со степенями окисления Углерода +2 и +4.
Карбон(II) оксид, карбон монооксид
Атом Углерода в этом оксиде находится в основном состоянии (6С 1s22s22p2) и имеет одну вакантную р-орбиталь. В его молекуле имеется две связи между атомами С и О, что образуются по обменному механизму, и еще одна связь - по донорно-акцепторным механизмом:
Следовательно, валентность Углерода и Кислорода в CO - III. Молекула линейная и малополярна (причем частичный отрицательный заряд сосредоточен на атоме Углерода, а положительный - на атоме Кислорода, хотя его электроотрицательности и выше).
Карбон(II) оксид - это газ, без цвета и запаха (а потому очень опасный1), без вкуса, ядовит, поскольку с гемоглобином крови быстро образует стабильное соединение - карбоксигемоглобин.
Добыча карбон(II) оксида
В лаборатории получают при нагревании муравьиной кислоты при наличии концентрированной серной кислоты:
В промышленности добывают несколькими способами:
Химические свойства карбон(II) оксида
Карбон(II) оксид СО - несолетворний оксид не растворяется в воде, в растворах щелочей и кислот. Типичный восстановитель:
• горит синим пламенем с образованием углекислого газа:
• реагирует с водяным паром:
• угарный газ легко восстанавливает металлы из оксидов металлических элементов:
• восстанавливает соли Ag, Pd, Pt, Au. Так, реакцию взаимодействия палладий (II) хлорида PdCl2 с угарным газом используют для обнаружения СО (образуется черный осадок палладия):
• с твердым натрий гидроксидом взаимодействует СО под давлением, образуя натрий формиат:
• при нагревании и действии давления угарный газ СО соединяется с аммиаком, образуя синильную кислоту:
Карбон(ИV) оксид
Карбон(ИV) оксид (карбон диоксид, углекислый газ, угольный ангидрид) СO2. Структурная формула: 0=С=0. Молекула образуется с помощью ковалентной полярной связи. Карбон(ИV) оксид - газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха, плохо растворяется в воде. При атмосферном давлении в жидком состоянии не существует: при -78,5 °С затвердевает - образуется сухой лед, который имеет молекулярные кристаллические решетки. Сухой лед не плавится, а переходит в газообразное состояние (сублимирует). Температура плавления (под давлением) - ------------------------- 57 °С.
Добыча карбон(ИV) оксида
В природе углекислый газ образуется постоянно при медленном окислении во время биохимических процессов, а именно дыхания, брожения, гниения.
В лаборатории углекислый газ получают действием соляной кислоты на известняк:
Возможно и использование других карбонатов, в частности гидрогенкарбонатов:
В промышленности углекислый газ получают обжигом известняка:
Собирают углекислый газ, добытый в лаборатории, способом вытеснения воздуха, используя стакан, которая размещена дном вниз, потому что он тяжелее воздуха.
Химические свойства карбон(ИV) оксида
СO2 - кислотный оксид со слабо выраженными (при очень высоких температурах) окислительными свойствами. Имеет общие свойства кислотных оксидов:
• при растворении в воде образуется небольшое количество карбонатной кислоты:
• взаимодействует со щелочами, образуя кислые или средние соли:
Для обнаружения углекислого газа проводят реакцию с известковой водой:
а дальше при пропускании углекислого газа осадок исчезает, потому что образуется растворимая в воде кислая соль (качественная реакция на карбон(IV) оксид):
• взаимодействует с растворами карбонатов, силикатов:
• взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:
• взаимодействует с некоторыми активными металлами (Mg, К) при очень высоких температур (С02 выступает как слабый окислитель):
• взаимодействует с раскаленным коксом:
СO2 + С = 2СО
• при повышенном давлении и при нагревании соединяется с аммиаком, образуя карбамид (мочевину):
• углекислый газ используют зеленые растения во время фотосинтеза:
Карбон(ИV) оксид используют в производстве соды, сахара, минеральные удобрения карбамида; для тушения пожаров, хранения пищевых продуктов (сухой лед), приготовления газированных напитков.
________________________________________________________________
1 - За что он получил свою тривиальную название угарный газ. В недалеком прошлом, когда жгли в печках, за преждевременное закрытие заслонки дымохода нередко случались массовые отравления (вчадіння) и даже смерти. Ведь концентрация в воздухе > 0,1 % приводит к смерти за один час. Сейчас для предотвращения отравления этим газом пожарные, кроме обычного противогаза, применяют гопкалітові патроны, которые содержат каталитическую смесь (оксидов Мангануму, Купруму и Аргентуму) и способствуют превращению угарного газа в углекислый.