Углерод

1.

УГЛЕРОД

2.

Углерод в природе.
Содержание углерода составляет 0,1% массы земной
коры. Свободный углерод представлен в виде алмаза и
графита. Основная масса углерода существует в виде
природных карбонатов кальция CaCO3 (мела, мрамора,
известняка) и магния MgCO3, а также горючих ископаемых.
Строение атомов фосфора.
Находится в 2 периоде IVA группы.
Неметалл.
Высшая валентность IV, максимальная степень окисления
+4, минимальная степень окисления –4.
6 электронов, 6 протонов, 6 нейтронов.
2 электронных слоя.
-, 4е- (незавершенный слой).
С:
2е
6

3.

Физические свойства простых веществ.
Углерод существует во множестве аллотропных модификаций
с
очень
разнообразными
физическими
свойствами.
Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода
образовывать химические связи разного типа.
Выделяют два вида углерода в зависимости от образования
модификаций:
Кристаллический углерод входит в состав твердых веществ
(алмаз, графит, графен, фуллерен, карбин).
Аморфный углерод образует мягкие вещества (уголь, кокс,
сажа).
Рассмотрим подробнее основные аллотропные модификации
углерода, их физические свойства и применение.

4.

Алмаз
Алмаз — трехмерный полимер, бесцветное кристаллическое
вещество, самый твердый природный минерал, имеет высокую
теплопроводность. Его используют в промышленности для обработки
различных твердых материалов, для бурения горных пород. Несмотря на
то что алмаз твердый, в то же время он хрупкий. Получающийся при
измельчении алмаза порошок применяют для шлифовки драгоценных
камней. Хорошо отшлифованные прозрачные алмазы называют
бриллиантами.
В кристаллической решетке атомы углерода связаны ковалентной
связью. Расстояние между всеми атомами одинаковое, поэтому связи
прочные по всем направлениям.
При нагревании алмаза до 1 000 °С и высоком давлении без доступа
воздуха получают графит. При температуре 1 750 °С переход из алмаза в
графит протекает существенно быстрее. При прокаливании в кислороде
алмаз сгорает, образуя диоксид углерода.

5.

Графит
Графит — темно-серое мягкое кристаллическое вещество со
слабым металлическим блеском. Хорошо электро- и
теплопроводен, стоек при нагревании в вакууме. Имеет
слоистую структуру. На поверхности оставляет черные черты.
На ощупь графит жирный и скользкий.
На воздухе графит не загорается даже при сильном
накаливании, но легко сгорает в чистом кислороде с
образованием диоксида углерода.
При температуре 3 000 °С в электрических печах получают
искусственный графит из лучших сортов каменного угля.

6.

Графен
Графен представляет собой монослой графита.
Впервые графен был получен ручным механическим
отщеплением в лабораторных условиях, что не
предполагает широкого производства.
Графен представляет собой тонкое и прочное вещество
с высокой электропроводностью. В настоящее время он
широко
используется
в
микроэлектронике
и
автомобилестроении.

7.

Карбин
Карбин — твердое черное вещество. Состоит из
линейных полимерных цепей, которые соединены
чередующимися одинарными и тройными связями в
линейные цепочки: −С≡С−С≡С−С≡С−.
Карбин — полупроводник, под действием света его
проводимость сильно увеличивается. Переход в графит
возможен при нагревании до 2 300 °С.
Карбин применяют в медицине для изготовления
искусственных кровеносных сосудов.

8.

Уголь
Уголь — мельчайшие кристаллики графита, полученные путем термического
разложения углеродсодержащих соединений без доступа воздуха.
Угли имеют разные свойства в зависимости от веществ, из которых получены.
Наиболее важные сорта угля — кокс, древесный уголь, сажа.
Кокс получается при нагревании каменного угля без доступа воздуха.
Применяется в металлургии при выплавке металлов из руд.
Древесный уголь образуется при нагревании дерева без доступа воздуха.
Благодаря пористому строению он обладает высокой адсорбционной способностью.
Сажа — очень мелкий графитовый кристаллический порошок. Образуется при
сжигании углеводородов (природного газа, ацетилена, скипидара и др.) с
ограниченным доступом воздуха.
Активные угли — пористые промышленные адсорбенты, получаемые из твердого
топлива, дерева и продуктов его переработки. Применяются для поглощения паров
летучих жидкостей из воздуха.

9.

10.

Взаимодействие со фтором
Углерод обладает низкой реакционной способностью и из галогенов реагирует только со фтором:
С + 2F2 = CF4.
Взаимодействие с кислородом
При нагревании взаимодействует с кислородом, образуя оксиды СО и СО2:
2С + О2 = 2СО;
С + О2 = СО2.
Взаимодействие с другими неметаллами
Реагирует с серой:
С + 2S = CS2.
Не взаимодействует с азотом и фосфором.
Углерод взаимодействует с водородом и кремнием в присутствии никелевого катализатора:
C + Si = SiC;
C + 2H2 = CH4.
Взаимодействие с металлами
Способен взаимодействовать с металлами, образуя карбиды:
Ca + 2C = CaC2.
Взаимодействие с водой
При пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и
водород:
C + H2O = CO + H2.

11.

Восстановительные свойства
Углерод способен восстанавливать многие металлы из их
оксидов:
2ZnO + C = 2Zn + CO2.
Концентрированные серная и азотная кислоты при нагревании
окисляют углерод до оксида углерода (IV):
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;
C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O.

12.

Сборник задач: №489,
№491, №493, №495.

13.

Домашнее задание:
параграф 30, №4-№6
стр. 143