Реферат по химии
УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕННИЯ
Ученика 10 «б» класса школы №4
Худякова Алексея
г. Ангарск – 2001 год
УГЛЕРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ.
Углерод как простое вещество.
В атоме углерода на его внешних четырех АО имеется четыре электрона. Поэтому все четыре АО принимают участие в образовании химических связей. Этим объясняется разнообразие и многочисленность соединений углерода.
Подавляющее большинство соединений углерода относят к так называемым органическим веществам. В этом разделе рассмотрим свойства неорганических веществ, образуемых углеродом, - простых веществ, его оксидов, угольной кислоты и некоторых ее солей.
Углерод образует несколько простых веществ. Среди них пока важнейшими считаются алмаз и графит. Эти аллотропные модификации имеют атомные кристаллические решетки, которые различаются своими структурами. Отсюда отличие их физических и химических свойств.
В алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами. В пространстве эти атомы располагаются в центре и углах тетраэдров, соединенных своими вершинами. Это очень симметричная и прочная решетка. Алмаз – это самое твердое вещество на Земле.
В графите каждый атом соединен с тремя другими, лежащими в той же плоскости. На образование этих связей затрачивается по три АО с тремя электронами. Четвертая орбиталь 2р
-АО с одним электроном располагается перпендикулярно плоскости. Эти оставшиеся атомные орбиталь всей сетки перекрываются между собой, образуя зону молекулярных орбиталей. Эта зона занята не полностью, а наполовину, что обеспечивает металлическую электропроводность графита (в отличие от алмаза).
Помимо электропроводности графит обладает еще тремя практически важными свойствами.
Во-первых, тугоплавкость
. Температура плавления графита выше 3500° С – это самое тугоплавкое простое вещество на Земле.
Во-вторых, отсутствие на его поверхности каких-либо продуктов взаимодействия с окружающей средой (на металлах это оксиды), увеличивающих электрическое сопротивление
.
В-третьих, способность оказывать смазывающее действие на трущиеся поверхности
. В кристалле графита атомы углерода прочно связаны между собой в плоских сетках, а связь между сетками слабая, она имеет межмолекулярную природу, как в веществах с молекулярными решетками. Поэтому уже небольшие механические усилия вызывают смещение сеток относително друг друга, что и обусловливает действие графита как смазки.
Энергия связи между атомами углерода в простых и сложных веществах, в том числе и в алмазе, и в графите. Очень велика. О твердости алмаза уже говорили. Прочна связь между атомами и в графитовой сетке. Так, прочность на разрыв волокна из графита значительно превышает прочность железа и технической стали.
На основе графита изготавливают так называемые композиционные материалы, в частности углепластики, в которых волокна графита находятся на матрице из эпоксидной смолы. Композиционные материалы все шире применяются в авиационной и космической технике (ведь помимо прочности они легкие; сравним плотность графита, р
=2,3 г/см3 ,с плотностью «легкого» алюминия, р
=2,7г/см3, и тем более железа, р
=7,9г/см3), а также в судостроении, где особенно ценна коррозионная стойкость.
Углерод |
Соединения углерода |
Оксид углерода (1У) |
Угольная кислота |
- имеет аллотропные модификации: алмаз, графит, карбин, фуллерен и др.
- проявляет восстановительные свойства
- горит в кислороде: С+О2=СО2+Q
- взаимодействует с оксидом углерода (1У): С+СО2=2СО
- восстанавливает металлы из их оксидов: 3С+Fe2O3=3CO2+4Fe
получение
неполное сжигание метана: СН4+О2=С+2Н2О
|
- газ без запаха, цвета и вкуса, тяжелее воздуха
- кислотный оксид
- при растворении взаимодействует с водой: СО2+Н2О=Н2СО3
- реагирует с основаниями:
CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O
5.Реагирует с основными оксидами:
CO2+CaO=CaCO3
6.Образуется в реакциях
а) горения углерода в кислороде:
C+O2=CO2
б) окисления оксида углерода (II):
2CO+O2=2CO2
в) сгорания метана:
CH4+O2=CO2+2H2O
г) взаимодействие кислот с карбонатами:
CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O
д) термического разложения карбонатов, гидрокарбонатов:
CaCO3=CaO+CO2
2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O
е) окисления биохимических процессов дыхания, гниения.
|
1.Непрочная молекула. Слабая двухосновная кислота. В водном растворе существуют равновесия.
2. Взаимодействует с растворами щелочей как раствор углекислого газа в воде с образованием солей- кислых (гидрокарбонатов) и средних (карбонатов):
CO2+NaOH=NaHCO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+
H2O
3.Вытесняется из солей более сильными кислотами
CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O
4.Соли угольной кислоты подвергаются гидролизу
|
Углерод химически инертен только при сравнительно низких температурах, а при высоких – это один из сильнейших восстановителей. Главное химическое применение углерода – восстановление металлов, в первую очередь железа, из руд.
Оксиды углерода.
Имея четыре электрона во внешнем энергетическом уровне, углерод в соединениях с кислородом в зависимости от условий проявляет валентности +2 и +4.
При горении углеродосодержащих веществ (дрова, уголь, природный газ метан, спирт и др.) при температуре обычного пламени идет реакция:
С + О2 = СО2
Но если создать условия для повышения температуры (например, уменьшить теплоотвод, что может происходить внутри толстого слоя горящего угля, в том числе в доменной печи), то протекают реакции:
С +О2 = 2СО
СО2 + С = 2СО
Продуктом полного сгорания углерода и содержащих его веществ является оксид углерода (1У) СО2 – углекислый газ. Он же образуется при дыхании живых организмов и гниении их остатков. Одновременно углекислый газ (вместе с водой) является главным веществом, потребляемым растениями в процессе их роста.
При повышении давления уже при комнатной температуре диоксид углерода сжижается. Жидким СО2 заполняют некоторые типы огнетушителей.
При понижении давления жидкий оксид углерода закипает. При этом его температура резко снижается, поскольку на порообразование, как известно из физики, затрачивается большое количество теплоты. В результате СО2 затвердевает. В твердом виде (под названием «сухой лед») он применяется в качестве хладоагента. При атмосферном давлении «сухой лед» не плавится, а подобно иоду, фосфору, углероду возгоняется, только при значительно более низкой температуре (-75° С).
Другие работы по теме:
Понятие живого вещества
Живое вещество В элементном составе живого вещества преобладают 4 элемента: водород, углерод, кислород, азот. Они являются главными элементами живого вещества. Эти элементы - биофильные. Кроме того, наиболее распространены элементы, находящиеся в начале периодической системы элементов Менделеева, а элементы середины и конца таблицы распространены мало.
Цикл углерода
Цикл углерода, круговорот углерода, – циклическое перемещение углерода между миром живых существ и неорганическим миром атмосферы, морей, пресных вод, почвы и скал.
Типы химических связей
Электростатическая связь: виды взаимодействий. Свойства ковалентных связей (длина, полярность и энергия). Средняя величина дипольных моментов связей и функциональных групп. Строение метана. Строение молекул с n, o-атомами с неподеленной парой электронов.
Алмаз-графит
Алмаз. При слове “алмаз” сразу же вспоминаются окутанные завести тайны истории,повествующие о поисках сокровищ.Когда-то люди, охотившиеся за алмазами, и не подозревали, что предметов их страсти является кристаллический углерод-тот самый углерод, который образует сажу, копоть и уголь.Впервые это доказал Лавуазье.Он поставил опыт по сжиганию алмаза, используя собранную специально для этой цели зажигательную машину.Оказалось, алмаз сгорает на воздухе при темпратуре около 700 С, не оставляя твердого остатка, как и обычный уголь.
Алканы
Алканы - это предельные углеводороды, в молекулах которых все атомы связаны одинарными связями. Формула - Физические свойства Температуры плавления и кипения увеличиваются с молекулярной массой и длиной главной углеродной цепи
Углерод, его химическое и биологическое значение
Углерод. Биологическое значение. Все без исключения живые организмы построены из соединений углерода. Особенностью атома углерода является их способность соединяться между собой, образуя сколь угодно длинные цепи, которые могут быть и разветвленными, содержащими миллионы и миллиарды атомов углерода, соединенных с атомами других элементов (самые из известных молекул – это молекулы белков, содержащих до миллиарда углеродных звеньев).
Миграция химических элементов
Реферат по геохимии «Миграция элементов» Выполнила: Першикова Ольга Содержание Введение 1.Миграция элементов в атмосфере 2. Углерод Заключение Введение
Круговорот углерода в природе
Круговорот углерода в природе. Основным резервуаром углерода являются горные породы; в них, по существующим оценкам, его содержится примерно 75 квадриллионов тонн. Еще 5 триллионов тонн содержится в горючих полезных ископаемых — угле, нефти, газе и торфе. Примерно 150 млрд. т приходится на верхний слой донных океанических осадков.
Углерод. Аллотропные модификации
Углерод: положение в таблице Менделеева, нахождение в природе, свободный углерод. Атомы углерода в графите. Фуллерены как класс химических соединений, молекулы которых состоят из углерода. Первый способ получения твердого кристаллического фуллерена.
Свойства и применение железа
Железо - один из самых распространенных металлов в земной коре. Свойства и использование железа. Доменная печь. Железные руды – гематит и магнетит. Выплавка чугуна из железной руды. Комплексные соединения железа.
Замена углерода
Изучение возможности существования форм жизни, которым свойственны биохимические процессы, полностью отличающиеся от возникших на Земле. Попытки замены углерода в молекулах органических веществ на другие атомы, и воды как растворителя на другие жидкости.
Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
периоды VIII 1,0079 Водород 4,0026 Гелий 6,939 Литий 9,0122 Бериллий 10,811 12,01115 Углерод 14,0067 Азот 15,9994 Кислород 18,9984 Фтор 20,179 Неон 22,9898
Углерод
глерод (лат. Carboneum), С - химический элемент IV группы периодической системы Менделеева. Известны два стабильных изотопа С (98,892 %) и С (1,108 %).
Ненасыщенные спирты Фенолы Хиноны
К ненасыщенным относятся спирты с двойной углерод-углеродной связью (1,2); с тройной углерод-углеродной связью (3); фенолы (4). Спирты с двойной углерод-углеродной связью бывают винильного (CH2=CH-OH) и аллильного типа (CH2=CH-CH2-OH; CH2=CHCH2CH2OH).
Характеристика химического элемента № 6 Углерод
Сведения об углероде, восходящие к древности и распространение его в природе. Наличие углерода в земной коре. Физические и химические свойства углерода. Получение и применение углерода и его соединений. Адсорбционная способность активированного угля.
Алмаз-графит
Алмаз. При слове “алмаз” сразу же вспоминаются окутанные завести тайны истории,повествующие о поисках сокровищ.Когда-то люди, охотившиеся за алмазами, и не подозревали, что предметов их страсти является кристаллический углерод-тот самый углерод, который образует сажу, копоть и уголь.Впервые это доказал Лавуазье.Он поставил опыт по сжиганию алмаза, используя собранную специально для этой цели зажигательную машину.Оказалось, алмаз сгорает на воздухе при темпратуре около 700 С, не оставляя твердого остатка, как и обычный уголь.
Основные химические производства. Производства металлов
Производство чугуна Чугун-это сплав железа с углеродом и другими примесями (кремнием, марганцем, фосфором, серой)Массовая доля углерода в чугуне превышает 1,7%.Его выплавляют в доменных печах, в неё загружают шихту-смесь сырьевых материалов, которая состоит из железной руды, топлива и флюсов.
Охлаждение стали У8
Структура тростит+мартенсит, полученная при непрерывном охлаждении стали У8. Кривая охлаждения, нанесенная на диаграмму изотермического превращения аустенита данной структуры. Интервалы температур превращений и описание характера превращения.
Серый чугун
Чугун - сплав железа с углеродом, дешевый машиностроительный материал. Основные физические и химические свойства серого чугуна. Применение в машиностроении для отливок деталей. Влияние на свойства чугуна примесей: кремния, марганца, серы и фосфора.
Барнаул
Город Барнаул - административный центр Алтайского края, в 3419 км к востоку от Москвы. Расположен на северо-востоке Приобского плато.
Круговорот биогенных элементов
Нам известно, что углерод, азот, водород, кислород, фосфор, сера формируют живые организмы. Однако эти организмы не смогут жить без достаточного количества многих других элементов - катионов металлов.
Применение каучука
Области и способы применения синтетического каучука изопреновой и бутадиеновой групп.
Круговорот углерода
Биотический круговорот углерода является составной частью большого круговорота в связи с жизнедеятельностью организмов.
Новый углеродный катализатор для химических процессов
Оригинальность разработанного пористого углерод-углеродного материала состоит в использовании двух структурных модификаций графитоподобных материалов (сажи и пироуглерода), имеющих близкую кристаллографическую структуру.
Биологические активы
В современной науке существует понятие "биологически значимые элементы" - это те химические элементы, без которых невозможна полноценная жизнедеятельность организма.
Гипотезы возникновения жизни
Вопросы о происхождении природы и сущности жизни издавна стали предметом интереса человека в его стремлении разобраться в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в природе.
Биогенные элементы
Кальций Кальций - биогенный элемент, постоянно присутствующий в тканях растений и животных. Важный компонент минерального обмена животных и человека и минерального питания растений, кальций выполняет в организме разнообразные функции. В составе апатита, а также сульфата и карбоната кальций образует минеральный компонент костной ткани.
Строение биополимеров
Оказывается, можно провести интересную аналогию с элементами, выполняющими схожие функции у живых организмов и государств.
Ф. А. Кекуле
Немецкий химик-органик, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1887). Труды по теории строения органических соединений. Показал, что углерод четырехвалентен (1857) и его атомы могут соединяться друг с другом в цепи (1858).
Разум во вселенной
Когда речь заходит о возможных формах носителей Разума во Вселенной, оказывается, что на этот счет имеются диаметрально противоположные точки зрения: «одни (антропоморфисты), ссылаясь на закон конвергенции, утверждают, что высшие формы жизни во Вселенной должны быть близкими к тем формам которые сложились на Земле, а разумное существо должно быть, во всяком случае, человекоподобным; другие (релятивисты), исходят из бесконечного разнообразия условий во вселенной, предполагают возможность иных, не таких, как на Земле, форм жизни и разума.
Комета Хейла-Боппа
ПРИБЛИЖАЕТСЯ В солнечной системе несколько миллионов комет, но каждый год исследователи замечают лишь несколько из них: чаще - в телескоп, реже - невооруженным глазом. И уж совсем редко, раз а несколько десятков лет, на небе появляются такие экземпляры, как этот.