Хімія Характеристика хімічного елемента № 6 Вуглець, Реферат – Вивчив Ні!
Південно-Уральський державний університет
Характеристика хімічного елемента
студент групи ММВ-335
Мельниченко В. Г.
Вуглець відомий з глибокої давнини. Деревне вугілля служило відновлення металів з руд, алмаз - як дорогоцінний камінь. Значно пізніше стали застосовувати графіт виготовлення тиглів і олівців.
У 1778 До.Шееле, нагріваючи графіт з селітрою, виявив, що при цьому, як і при нагріванні вугілля з селітрою, виділяється вуглекислий газ. Хімічний склад алмазу був встановлений в результаті дослідів А.Лавуазьє(1772) з вивчення горіння алмазу на повітрі та досліджень С.Теннанта(1797), який доказав, що однакові кількості алмазу та вугілля дають при окисненні рівні кількості вуглекислого газу. Вуглець був визнаний хімічним елементом в 1789 Лавуазьє. Латинська назва carboneum Вуглець отримав від carbo - вугілля. [1].
2. Поширення вуглецю у природі, включаючи живі організми.
За вмістом у земній корі вуглець займає 17-е місце серед елементів: його частку припадає близько 0,14 ат. % від загальної кількості атомів земної кори. Разом про те значення вуглецю надзвичайно велике, т.к. його сполуки є основою всіх живих організмів. У середньому живі організми, що становлять біосферу, на 18 вагу. % складаються із вуглецю (у тілі людини 19,37% вуглецю).
Більша частина вуглецю зосереджена в природних карбонатах (СаСО3 - вапняк,мармур, крейда,СаСО3 • МgСО3 - доломіт,МgС03 - магнезит)і в горючих копалин (нафта, кам'яне та буре вугілля, торф, горючі сланці, природні горючі гази). До складу атмосфери вуглець входить у вигляді вуглекислого газу СО2 (0,03 об. %),розчиненому стані СO2 знаходиться у природних водах (у гідросфері його у 60 разів більше, ніж в атмосфері).
Вільний вуглець зустрічається у вигляді алмазу, графіту і так званого аморфного вуглецю (дрібнодисперсний графіт, основні різновиди вугілля та сажа). Деякі кам'яні вугілля на 98% складаються з вуглецю. [2].
У джерелі [2] написано що деякі кам'яне вугілля на 98% складаються з вуглецю, а в джерело [5] написано що, деякі з викопних вугілля містять 99% вуглецю.
Я вважаю вірним літературне джерело [2] оскільки він новий (2003 р.).
3. Фізичні характеристики.
Вуглець є першим елементом у четвертій групі періодичної системи. Його атомна вага 12,01115. [5].
Алотропні модифікації вуглецю – алмаз і графіт – різко відрізняються за фізичними властивостями.
Діамант - прозорі кристали, дуже тверді. Твердість алмазу пояснюється будовою його кристалічної решітки, чотири валентні електрони кожного атома вуглецю в алмазі утворюють міцні ковалентні зв'язки з іншими атомами вуглецю. Кристалічні грати алмазу мають тетраедричну будову. Відстань між усіма атомами вуглецю однакова. Щільність алмазу дорівнює 3,51г/см 3 .Алмаз проводить електричний струм, так як у його кристалічній решітці відсутні вільні електрони.
Графіт - м'яка темно-сіра речовина з металевим блиском. Щільність його коливається від 2,17 до 2,3г/см 3. Кристалічні грати графіту має складну шарувату будову. Відстань між шарами в кристалі графіту більша за відстань між сусідніми атомами вуглецю в одній площині в 2,5 рази, тому зв'язок між атомами вуглецю в одному шарі набагато міцніший, ніж зв'язок між атомами вуглецю, що знаходяться в різних шарах.Кожен атом вуглецю в кристалічній решітці
графіту утворює три міцні ковалентні зв'язки з атомами вуглецю, розташованими в тому самому шарі. В освіті цих зв'язків беруть участь три електрони атома вуглецю, а четвертий валентний електрон є відносно вільним. Наявність вільних електронів зумовлює електропровідність графіту. [3].
Вугілля (особливо деревне) має велику адсорбційну здатність. Адсорбційна здатність вугілля визначається його пористістю. Чим більше пір, тим більша поверхня вугілля і тим більша адсорбційна здатність. Зазвичай пори деревного вугілля частково заповнені різними речовинами, що знижує його адсорбційну здатність. Для посилення адсорбції вугілля піддають спеціальній обробці - нагрівають у струмені водяної пари, щоб звільнити його пори від забруднюючих речовин. Оброблене таким чином вугілля називається активним. [4].
4. Хімічні характеристики.
З алотропічних видозмін вуглецю легше за інших вступає в реакцію аморфне вугілля.
З киснем вуглець утворює два головні оксиди - двоокис вуглецю, або вугільний ангідрид, часто званий також вуглекислим газом СО2, і окис вуглецю СО. Крім них, відомі ще оксиди складу С3О2 та С12О9.
При дуже високих температурах вуглець з'єднується з воднем, сіркою, кремнієм, бором та багатьма металами. [5].
При звичайній температурі вугілля дуже інертне. Його хімічна активність проявляється лише за високих температур. Як окислювач вугілля реагує з деякими металами та неметалами. З'єднання вуглецю з металами називаються карбідами.
Велике практичне значення має карбід кальцію, який виходить нагріванням вапна СаО та коксу в електропечах:
СаО + ЗС = СаС2 + СО
З воднем вугілля в присутності нікелевого каталізатора і при нагріванні утворює метан - основну складову природних горючих газів:
Однак для вугілля характерніші реакції, в яких він виявляє відновлювальні властивості. Це має місце при повному згорянні вуглецю будь-якої алотропної модифікації:
Вугілля відновлює залізо, мідь, цинк, свинець та інші метали з їх оксидів, що широко використовується в металургії при отриманні цих металів. Наприклад:
2ZnО + С = 2Zn + СО2
Дуже важлива хімічна властивість вуглецю — здатність атомів утворювати міцні зв'язки між собою — вуглецеві ланцюги. [4].
5. Одержання вуглецю.
При термічному розкладанні вуглецевих сполук утворюється чорна маса - вугілля і виділяються леткі продукти. Вугілля є тонкоподрібненим графітом. Найбільш важливими сортами вугілля є кокс, деревне вугілля та сажа.
Кокс виходить під час нагрівання кам'яного вугілля без доступу повітря.
Деревне вугілля виходить при обвуглюванні деревини (нагрівання без доступу або при незначному доступі повітря).
Сажа виходить з вуглеводнів (природного газу, ацетилену, скипидару та ін) спалюванням їх при обмеженому доступі повітря (або термічним розкладанням без повітря). [4].
У лабораторіях двоокис вуглецю зазвичай отримують, діючи на мармур СаСОз соляною кислотою:
У промисловості великі кількості двоокису вуглецю отримують як побічний продукт при випалюванні вапна:
6. Застосування вуглецю та його сполук.
Технічні алмази застосовують для шліфування особливо твердих матеріалів та різання гірських порід. Великі алмази піддають ограновуванні (отримують діаманти) і використовують у ювелірних прикрасах.
З графіту роблятьелектроди (у промисловому електролізі), сповільнювачі нейтронів у ядерних реакторах та грифелі олівців. Графіт використовують як мастильний матеріал.
Кокс застосовують у металургії як відновник.
Сажу використовують як наповнювач при виробництві гуми і при виготовленні чорних фарб.
Високу адсорбційну здатність активованого вугілля (дрібно подрібнене тонкопористе деревне вугілля) використовують для очищення речовин від домішок; у медицині - для видалення з травного тракту розчинених шкідливих речовин та газів; у протигазах - для видалення шкідливих домішок з повітря, що вдихається.
Вуглекислий газ застосовують у виробництві соди, цукру, газованих напоїв. Твердий спресований вуглекислий газ (сухий лід) використовують при проведенні вибухових робіт на вугільних розробках (для збільшення корисної площі вибуху за рахунок миттєвого випаровування «сухого льоду»), для усунення хмарності (як центри кристалізації для переохолодженої води, з крапель якої складаються хмари) , а також для зберігання продуктів, що швидко псуються.
Карбонат калію (поташ) застосовують у виробництві рідкого мила, оптичного тугоплавкого скла.
Карбонат кальцію (вапняк, мармур, крейда) широко використовують у будівництві. [2].
Аморфний вуглець і види деревного вугілля та коксу, кам'яне вугілля, а також багато сполук вуглецю відіграють найважливішу роль у сучасному житті як джерела отримання різних видів енергії. При згорянні вугілля та вуглецевмісних сполук виділяється тепло, яке використовується для опалення. Більша ж частина тепла, що отримується, перетворюється, інші види енергії і витрачається, на здійснення механічної роботи. [5].
7. Список використаної литературы.
1. Н. С. Ахметов. Загальна танеорганічна хімія. м. Москва видавництво Вища школа
2. О. О. Максименко. Хімія. Посібник для вступників до вузів. м. Москва видавництво
3. А. С. Єгоров, К. П. Шацька, Н. М. Іванченко, В. Д. Діонісєв, В. К. Єрмакова,
Л. В. Котельницька, І. Є. Слабченко, Р. В. Шевченка, К. Д. Шлюкер. Хімія. Допомога-
репетитор для вступників до вузів. м. Ростов-на-Дону видавництво Фенікс 2003
4. Г. П. Хомченко. Допомога з хімії для вступників до вузів. м. Москва видавництво
Нова Хвиля 2002 р.
5. Н. Л. Глінка. Загальна хімія. м. Ленінград видавництво Хімія 1972 р.