Оксиди Карбону - ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ IVA ГРУПИ - НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ - Хімія
РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУЧЕННЯ
Усвідомлення змісту цього пункту дозволяє:
характеризувати фізичні та хімічні властивості, способи одержання та застосування оксидів Вуглецю;
становити рівняння, схеми електронного балансу відповідних хімічних реакцій;
висловлювати судження про вплив оксидів Вуглецю на довкілля.
Карбон відповідно до характерних для нього ступенів окиснення +2 і +4 утворює два оксиди - СО і СО2, які мають кілька назв:
СО - карбон(II) оксид, карбон монооксид, чадний газ;
СО2 - карбон(І V ) оксид, карбон діоксид, вуглекислий газ. Карбон(II) оксид належить до несолетворних оксидів, карбон(ІV) оксид — до кислотних. Основні характеристики оксидів Вуглецю наведено у табл. 14.
Т а б ли ця 14
Основні характеристики оксидів Карбону
Карбон(II) оксид СО
Карбон(І V ) оксид,
Відносна молекулярна та молярна маси
М r (CO) = 28 M(CO) = 28 г/моль
Mr(CO2) = 44 M(CO2) = 44 г/моль
Структурна та електронна формули
Ступінь окислення Вуглецю
Хімічні зв'язки між атомами
Ковалентні полярні, подвійні
Просторова будова молекули
Тип кристалічних ґрат
Температура плавлення, °С
-56,6 при р = 520 кПа
Температура кипіння, °С
-78,5 (t сублімації)
Розчинність у воді, мл на 100 г води за н.
Відносна щільність повітрям
Карбон(II) оксид, або чадний газ СО. Фізичні властивості. За стандартних умов — це безбарвний, отруйний газ, без запаху та смаку, трохи легший за повітря. Молекула лінійна та малополярна (рис. 77), подібна до молекули азоту. Термічно стійкий,малорозчинний у воді, плавиться і кипить за низьких температур.
Фізіологічна дія. Чадний газ є токсичним! Попадає в атмосферу внаслідок спалювання палива, роботи автомобільного транспорту. Концентрація СО повітря 1 г/м3 небезпечна життя людини. Оскільки ін немає запаху, людина неспроможна його виявити. Попадання карбон(II) оксиду в організм насамперед згубно впливає на мозок. Він утворює стійку сполуку з гемоглобіном крові, внаслідок чого припиняється перенесення кисню від легень до тканин, і настає кисневе голодування. У людини з'являється сильний біль голови, вона втрачає свідомість і навіть може померти. Хронічне отруєння чадним газом, пов'язане з професійною діяльністю чи тютюновим димом, призводить до руйнування кровоносних судин. Чадний газ згубно впливає на дитину в утробі матері, бо вони мають загальну кровоносну систему. Після одноразового та повторного отруєння вагітних жінок чадним газом ще ненароджена дитина може померти, а немовлята, які зазнали впливу СО, народжуються з фізичними вадами або затримкою психомоторного розвитку. Перша допомога при отруєнні чадним газом – свіже повітря, штучне дихання, при тяжкому отруєнні – переливання крові.
Мал. 77. Модель молекули ЗІ
Видобуток карбон(II) оксиду у промисловості здійснюють у спеціальних печах - газогенераторах. У таких печах відбуваються дві реакції: горіння коксу з утворенням вуглекислого газу та відновлення вуглекислого газу коксом до чадного газу (див. § 46):
З + О2 = СО2; З + СО2 = 2СО
Газова суміш, що виходить з печі, містить чадний газ, залишки вуглекислого газу та азот. Цю суміш називають генераторним газом.
- Порівняйте склад генераторного та водяного газів(Див. § 47).
Таким чином, у газогенераторі відбувається перетворення твердого палива (коксу) на газоваті. Цей процес, як і утворення водяного газу, називають газифікацією твердого палива.
Хімічні властивості. Карбон монооксид, як і азот, хімічно інертна речовина. Будучи несолетворним оксидом, не реагує з водою, лугами та кислотами, але вступає в окисно-відновлювальні реакції. Оскільки ступінь окислення Вуглецю в оксиді дорівнює +2, а найхарактерніший для Карбону є +4, то карбон(II) оксид є активним відновником. Реакції за його участю відбуваються при підвищених температурах та тиску.
Горіння чадного газу в кисні супроводжується синім полум'ям і виділенням великої кількості теплоти, хоча на початку реакції суміш нагрівають до 700 °С:
2СО + О2 = 2СО2, ∆ Н = -566 кДж Горіння карбон(II) оксиду можна спостерігати, запаливши сірник. Синє забарвлення нижньої частини полум'я обумовлено горінням чадного газу, який утворюється при неповному згорянні деревини сірника.
Взаємодія із оксидами металевих елементів. СО відновлює більшість металевих елементів з їх оксидів:
3СО + Fe 2 O 3 = 2 Fe + 3 CO 2
– Для розглянутих реакцій складіть схеми електронного балансу. Застосування. Чадний газ у складі генераторного та водяного газів використовується як паливо та сировина у синтезі аміаку, спиртів, для добування водню. Завдяки відновним властивостям застосовують у металургії при виплавці чавуну, добування металів із руд.
Карбон(І V ) оксид, або вуглекислий газ СО2. Фізичні властивості. За стандартних умов безбарвний газ, без запаху, зі слабким кислим смаком, не підтримує дихання та горіння, в 1,5 рази важчий за повітря.
Мал. 78. Модель молекулиСО2 (а), «сухий лід» (б)
Молекула лінійної будови неполярна (рис. 78, а). Карбон(І V ) оксид термічно стійкий. Температури плавлення та кипіння низькі, але вищі, ніж у чадного газу. При випаровуванні рідкого вуглекислого газу відбувається його сильне охолодження та частина газу перетворюється на снігоподібну масу – «сухий лід». З підвищенням температури сухий лід не плавиться, а переходить у газуватий стан (рис. 78, б). Нагадаємо, що це явище називається сублімацією.
- Поясніть, які особливості будови йоду та вуглекислого газу зумовлюють їхню здатність до сублімації.
Зауважте, що вуглекислий газ краще, ніж чадний, розчиняється у воді, хоча його молекула, на відміну від молекули води, неполярна. Пояснюється це тим, що вуглекислий газ взаємодіє із водою, утворюючи карбонатну кислоту.
Розчинність вуглекислого газу з підвищенням тиску зростає, а з підвищенням температури навпаки знижується. Його розчини у воді загальновідомі – це газовані напої.
У масштабах Землі вуглекислий газ пов'язані з «парниковим ефектом». Про це явище йтиметься далі.
Видобування. У промисловості вуглекислий газ одержують випалом вапняку, а в лабораторії - дією на нього соляної кислоти. Однак вуглекислий газ є продуктом багатьох хімічних процесів, що відбуваються у промисловості, лабораторії та у природі (табл. 15).
- Порівняйте дві реакції добування карбон(IV) оксиду з вапняку. Поясніть, чому одну з них використовують у лабораторії, а іншу – у промисловості.
Збирають карбон діоксид, здобутий у лабораторії, способом витіснення повітря, нахиляючи склянку дном донизу.