Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ - [32]
Темноокрашенный порошок, растворим в гексане (темно-красный раствор для С>60 темно-оранжевый для С>70), полупроводник. Химические свойства изучены мало. Получают фуллерен, испаряя графит в атмосфере гелия при пониженном давлении. Обнаружен в природе. Возможное использование в будущем – основа сверхпроводящих материалов.
Ниже рассматриваются свойства графита как самой распространенной и химически активной формы углерода.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: искусственные формы графита — кокс и сажа образуются при пиролизе каменного угля и углеводородов.
7.5.2. Оксиды углерода
Монооксид углерода СО. Несолеобразующий оксид. Бесцветный газ, без запаха, легче воздуха. Молекула слабополярна, содержит ковалентную тройную σππ-связь [:C≡O;], изоэлектронна молекуле N>2. Термически устойчив. Малорастворим в воде и не реагирует с ней. Химически пассивен в обычных условиях, не реагирует с кислотами и щелочами. Сильный восстановитель при высокой температуре и при наличии катализаторов. Вступает в реакции присоединения с кислородом и пероксидом натрия. С переходными металлами образует комплексные соединения без внешней сферы (карбонилы). Количественно реагирует с I>2O>5.
Качественная реакция – помутнение раствора хлорида палладия(II).
Применяется как реагент в органическом синтезе, промышленно важный восстановитель металлов из их руд.
Чрезвычайно ядовит, загрязняет атмосферу городов (продукт неполного сгорания моторного топлива). По тому же механизму, что и кислород, СО присоединяется к атому железа в гемоглобине крови, причем связывается более прочно и тем самым блокирует перенос кислорода в организме, вызывая сильное отравление и остановку дыхания; отсюда тривиальное название СО — угарный газ.
Уравнения важнейших реакций:
Получение в промышленности: сжигание кокса (см.) при недостатке кислорода, восстановление раскаленным коксом углекислого газа и водяного пара:
Диоксид углерода СO>2. Кислотный оксид. Техническое название — углекислый газ. Бесцветный газ, без запаха, в 1,5 раза тяжелее воздуха (можно «переливать» из сосуда в сосуд). Молекула неполярна, имеет линейное строение [С(O)>2] (sр-гибридизация), содержит ковалентные σπ-связи С=O. Термически устойчив до температуры красного каления. При сжатии (давление = 50 атм) и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое («сухой лед») состояния.
Твердый СO>2 возгоняется уже при низких температурах. Мало растворим в воде (O,88 л/1 л Н>2O при 20 °C); образует моногидрат, который медленно изомеризуется (на 0,4 %) в угольную кислоту. Реагирует со щелочами. Восстанавливается магнием и кальцием. Из воздуха удаляется при контакте с пероксидом натрия (одновременно регенерируется кислород).
Простейшая качественная реакция – угасание горящей древесной лучинки в атмосфере СO>2.
Применяется в многотоннажных производствах соды, сахара и карбамида, в пищевой промышленности для газирования безалкогольных напитков и как хладагент.
Содержится в воздухе (0,03 % по объему), воде минеральных источников. Не поддерживает горение и дыхание. Ассимилируется зелеными растениями при фотосинтезе (с помощью хлорофилла и под воздействием солнечных лучей). Ядовит при содержании в воздухе свыше 15 % по объему.
Уравнения важнейших реакций:
Получение в промышленности – при полном сгорании кокса (см.) или при обжиге известняка:
СаСO>3 = СаО + СO>2 (900—1200 °C)
в лаборатории – при обработке карбонатов (например, кусочков мрамора СаСO>3) сильными кислотами:
СаСO>3(т) + H>2SO>4 = CaSO>4↓ + Н>2O + CO>2↑
7.5.3. Карбонаты
Карбонат натрия Na>2CO>3. Оксосоль. Техническое название кальцинированная сода. Белый, при нагревании плавится и разлагается. Чувствителен к влаге и углекислому газу в воздухе. Образует декагидрат (кристаллическая сода). Хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону, создает в растворе сильнощелочную среду. Разлагается сильными кислотами. Восстанавливается коксом. Вступает в реакции ионного обмена.
Качественная реакция на ион СО>3>2- – образование белого осадка карбоната бария, разлагаемого сильными кислотами (НCl, HNO>3) с выделением углекислого газа.
Применяется для синтеза соединений натрия, устранения «постоянной» жесткости пресной воды, в производстве стекла, мыла и других моющих средств, целлюлозы, минеральных красок, эмалей. В природе содержится в грунтовых рассолах, рапе соляных озер.
Уравнения важнейших реакций:
Получение в промышленности (способ Сольве, 1861–1863):
а) через насыщенный раствор NaCl пропускают смесь NH>3 и СO>2:
NaCl + NH>3 + Н>2O + СO>2 = NH>4Cl + NaHCO>3↓
(в этих условиях питьевая сода малорастворима);
б) осадок NaHCO>3 подвергают обезвоживанию (кальцинированию):
2NaHCO>3 = Na>2CO>3 + Н>2O + СO>2
Карбонат калия К>2СO>3. Оксосоль. Техническое название поташ. Белый, гигроскопичный. Плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Чувствителен к влаге и углекислому газу в воздухе. Очень хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону, создает в растворе сильнощелочную среду. Разлагается сильными кислотами. Вступает в реакции ионного обмена.
Применяется в производстве оптического стекла, жидкого мыла, минеральных красок, многих соединений калия, как дегидратирующий агент.
