Химия

Свойства химического элемента углерода

 

Углерод расположен в IVА подгруппе второго периода ПСХЭ. Заряд ядра атома углерода равен +6, на внешнем электронном слое у него 4 электрона:

 

Значит, при образовании химической связи атом углерода может присоединять к себе до 4 электронов или отдавать до 4 электронов. Характерные степени окисления углерода: -4, 0, +2, +4. Высшая валентность углерода равна IV.

 

Нахождение в природе

 

 

Углерод в природе встречается в виде простых веществ – графита и алмаза – и в составе минералов (карбонатов кальция, магния, железа и др.). В воздухе содержится оксид углерода (IV) – углекислый газ. Объемная доля углекислого газа в воздухе – около 0,03%.

 

 

Аллотропные модификации углерода

 

 

Углерод образует несколько аллотропных модификаций: например, графит, алмаз, фуллерен, карбин. Фуллерены были открыты в 1985 г., их молекулы напоминают футбольные мячи (рис. 1).

 

Рис. 1. Структура молекулы фуллерена

Графит и алмаз сильно отличаются по физическим свойствам. Такое различие объясняется разным строением их кристаллических решеток.

Графит – темно-серое тугоплавкое вещество с металлическим блеском и низкой твердостью, проводит электрический ток. Кристаллическая решетка графита – атомная (рис. 2).

Рис. 2. Графит

Алмаз – бесцветное тугоплавкое вещество, с самой высокой твердостью из всех природных веществ. В атомной кристаллической решетке алмаза все связи между атомами углерода – ковалентные неполярные, равные по длине и энергии. Такое строение объясняет высокую твердость и тугоплавкость этого минерала (рис. 3).

 

Рис. 3. Алмаз (бриллиант)

 

Химические свойства углерода

 

 

Простые вещества, образованные углеродом – это типичные неметаллы. Рассмотрим их химические свойства на примере угля (рис. 4).

 

Рис. 4. Уголь 

Уголь горит в избытке кислорода с образованием углекислого газа (оксида углерода (IV)):

С + О₂ = СО₂

При недостатке кислорода происходит неполное сгорание угля с образованием оксида углерода (II) – угарного газа:

2С + О₂ = 2СО

При взаимодействии угля с водородом образуется метан:

С + 2Н₂ = СН_4.

При спекании угля с кальцием или оксидом кальция образуется карбид кальция СаС₂:

Са + 2С = СаС₂

СаО + 3С = СаС₂ + СО

Раскаленный уголь реагирует с водой с образованием водяного газа – смеси угарного газа и водорода: С + Н₂О = СО + Н₂

При нагревании уголь окисляется концентрированной серной кислотой, при этом образуются углекислый газ, оксид углерода (IV) и вода:

С + 2H₂SO₄ = CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O.

 

Список литературы

1. Журин А. А. Задания и упражнения по химии: Дидактические материалы для учащихся 8-9 классов. – М.: Школьная Пресса, 2004 (с. 97–102).
2. Микитюк А. Д. Сборник задач и упражнений по химии. 8-11 классы / А. Д. Микитюк. – М.: Изд. «Экзамен», 2009 (с. 115–116).
3. Оржековский П. А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, Л. С. Понтак. – М.: АСТ: Астрель, 2007.
4. Хомченко И. Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008. (с. 78–79)

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) (Источник)
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» (Источник)

 

Домашнее задание

№№ 14.2. – 14.4. из «Сборника задач и упражнений по химии для средней школы» И. Г. Хомченко, 2-е изд., 2008 г.