Билет № 18. 1. Углерод: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома

Положение в периодической системе: углерод находится во 2 периоде, IV группе, главной (А) подгруппе.

Атомный номер углерода 6, следовательно, заряд атома равен + 6, число электронов 6. Два электронных уровня (равно периоду), на внешнем уровне 4 электрона (равно номеру группы для главных подгрупп).

Схема расположения электронов по уровням:
₆C ) )
^{2 4}

Ядро атома углерода ¹²C содержит 6 протонов (равно заряду ядра) и 6 нейтронов (атомная масса минус число протонов: 12 − 6 = 6).

Углерод как простое вещество образует две аллотропные модификации: графит и алмаз.

Алмаз — прозрачные бесцветные кристаллы. У алмаза атомная кристаллическая решетка. Каждый атом в кристаллической решетке алмаза соединен ковалентными связями с четырьмя соседними атомами, так что кристалл алмаза поэтому сравнивают с единой молекулой. Атомные кристаллические решетки обладают большой прочностью: алмаз — самое твердое из природных веществ. Мелкие алмазы используют для бурения горных пород, в стеклорезах. Алмазный порошок используется для шлифовки драгоценных камней. Огранённые алмазы называются бриллиантами.

Графит — темно-серое вещество со слабым металлическим блеском. Кристалл графита состоит из слоев, в которых атомы связаны ковалентными связями. Связь между слоями обладает свойствами металлической связи (т.е. электроны принадлежат всем атомам). Поэтому графит проводит электрический ток. Слои графита слабо связаны: расслаиваются и скользят относительно друг друга, поэтому графит применяется в простых карандашах и в графитовой смазке.

Сажу, древесный уголь, кокс рассматривают как аморфную (состоящую из мелких частиц) разновидность графита.

Сажа используется как наполнитель для черной резины, получения черной краски. Древесный уголь в виде порошка применяется в противогазах, таблетках и фильтрах для воды, т.к. поглощает, адсорбирует на своей поверхности различные примеси, вредные вещества. Кокс в металлургии применяется для выплавки чугуна. Угольные (графитовые) стержни применяются в качестве электродов.

Углеродом образованы также графен, лонсдейлит, карбин, фуллерит.

Графит сгорает в кислороде с образованием оксида углерода (IV), или углекислого газа:

C + O₂ = CO₂

При высокой температуре этот оксид реагирует с раскаленным углем, получается оксид углерода (II) — угарный газ:

CO₂ + C = 2CO

Угарный газ горит голубоватым пламенем:

2CO + O₂ = 2CO₂

Угарный газ чрезвычайно ядовит, так как соединяется с гемоглобином крови, делая невозможным перенос кровью кислорода. Отравление вызывает головную боль, нередко смерть. При отравлении угарным газом необходимо дышать свежим воздухом, лучше кислородом, чтобы вывести оксид углерода (II) из крови. Следует помнить, что угарный газ не задерживается обычным угольным противогазом!!!

Углекислый газ необходим растениям для фотосинтеза. Считается одним из «главных виновников» парникового эффекта, способствующего потеплению климата. Замороженный углекислый газ — сухой лёд — при нагревании испаряется, минуя жидкую фазу и поглощая много тепла, поэтому используется в тележках с мороженым и т.п. для сохранения низкой температуры.

Оба этих оксида являются кислотными, т.е. реагируют со щелочами с образованием солей. Углекислый газ реагирует с известью, получается карбонат кальция:

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O

Оксид углерода (II) иногда относят к несолеобразующим оксидам, но он реагирует при нагревании с гидроксидом натрия с образованием соли — формиата натрия:

CO + NaOH = HCOONa (эти реакции не для запоминания! Изучаются в 10–11 классах)

Ему соответствует муравьиная кислота HCOOH, и он может быть получен из нее при нагревании с концентрированной серной кислотой (отнимает воду):

HCOOH = CO↑ + H₂O

Углекислому газу соответствует угольная кислота H₂CO₃ — слабая, существует только в растворе. Ее соли — карбонаты. Карбонат кальция широко встречается в природе в виде мела, известняка, мрамора. Применяется в строительстве: известняк в виде щебня и для кладки стен, мел как наполнитель, мрамор для облицовки зданий, станций метрополитена. Обжигом мела и известняка получают жженую известь CaO:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑

Карбонат натрия Na₂CO₃ — сода — обладает щелочной реакцией раствора. Применяется для стирки, смягчения жёсткой воды. Гидрокарбонат натрия NaHCO₃ — питьевая сода — для мытья посуды, нейтрализации кислоты, попавшей на кожу. В составе теста в качестве разрыхлителя.

Питьевая сода разлагается при нагревании с выделением углекислого газа, но лучше добавлять к соде лимонную кислоту:

NaHCO₃ + H⁺ = Na⁺ + H₂O + CO₂↑

2. Опыт. Распознавание раствора соли соляной (хлороводородной) кислоты среди трех предложенных растворов.