НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

Оксид углерода (СО) образуется при сгорании углеродистых материалов при не­достаточном притоке кислорода. Это бесцветный, без запаха и очень ядовитый газ, который горит с синеватым пламенем. Он используется для промышленного изготовления многих материалов, например пластмасс и растворителей.

Диоксид углерода (С02) образуется при сгорании углеродистых материалов. Это не горючий, без запаха, бесцветный и неядовитый газ. Так как он примерно

1,5 раз тяжелее, чем воздух, то накапливается в более низко расположенных мес­тах, например в подвалах и шахтах. Из-за этого там возникает опасность удушья!

Углекислота (Н2СОз) образуется, если диоксид углерода растворяется в воде. Соли углекислоты являются карбонатами (см. 14.1.9).

Карбиды — это соединения углерода с металлами, например карбид железа (Fe3C), карбид вольфрама (WC), карбид титана (TiC), карбид кальция (СаС2), кар­бид кремния (SiC) и карбид бора (В4С3). Некоторые карбиды имеют высокую твер­дость и поэтому используются как шлифовальные материалы и материалы для изготовления режущих кромок.

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

©

©

©

©

©

®-ф-

т-@

(и) ф

©

©

©

©

©

Этан С2Н0

Пропан С3Н8

Важные органические соединения углерода — это углеводороды. По их молекуляр­ному строению различают цепные и циклические, а также разветвленные свобод­ные углеводороды. В цепных углеводородах атомы углерода образуют ряды, а вален­тные связи атомов углерода исполь­зуются для присоединения атомов водорода (рис. 14.32). Цепочки угле­водорода, содержащие до 5 атомов углерода С, являются газообразны­ми, например пропан С3Н8, от 6 до

„ 15 атомов углерода С — жидкими, на-

Рис. 14.32. Углеводород с молекулами цепной J * ’

формы пример октан С8Н18, содержащие от

15 атомов углерода С и больше — от па­стообразных до твердых, например ок — тадеан (стеарин) С18Н38. Бензин — это смесь жидких углеводородов. Атомы углерода могут соединяться друг с дру­гом с использованием двух — или трех­валентных связей. Такие углеводоро­ды называют непредельными (ненасы­щенными). Примером непредельных (ненасыщенных) углеводородов явля­ются газы, например ацетилен и эти­лен (рис. 14.33). Самое простое цикли­ческое углеводородное соединение — это бензол С6Н6. Другая образуемая бензолом связь — это фенол С6Н5ОН (рис. 14.34). Циклические и непредель­ные (ненасыщенные) углеводороды — это важные исходные материалы для химической промышленности, напри­мер для изготовления пластмассы.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

Рис. 14.33. Непредельные (ненасыщенные) уг­леводороды

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

Следующие органические углеродистые соединения, которые наряду с водородом содержат и другие элементы, например кислород, хлор и азот, являются спиртами, альдегидами, органическими кислотами и хлористыми углеводородами (табл. 14.7).

Таблица 14.7. Важные органические соединения углерода

Вещество

Суммарная

формула

Структурная

формула

Свойства

Применение

Этиловый спирт (этанол)

с2н5он

н н 1 1 н-с-с-он 1 1 н н

Летучий, легко возгорае­мый, приятный запах, пары тяжелее, чем воздух

Растворитель для нитро­целлюлозы, исходный ма­териал для промышленно го изготовления лаков и пластмасс

Уксусная кислота (этанол)

сн3соон

I

о о

^ /

0

1

х-о-х

1

X

Летучий, легко возгорае — Летучая, острый раздража­ющий запах, едкая

Растворитель для нитро — Растворитель, консервиру­ющее средство, исходный материал для изготовления пластмасс, техники кра­шения

Формальдегид

(метаналь)

нсно

^0

н — с

Резкий неприятный запах пары ядовиты

Изготовление фенолфор­мальдегидной, мочевино — формальдегидной, мелами­новой смол, средство для дезинфекции

Трихлорэтилен

СС12СНС1

О X

/ о II

о / о о

Летучий, усыпляющий, ядовитый, негорючий

Растворитель и средство для очистки

Четыреххлористый углерод (тетрахлор — метан)

СС14

CI

CI — С — CI 1

CI

Сладковатый запах, трудно — воспламеняемый, ядовитый

Растворитель и средство для очистки

Бензол

сен6

0

Летучий, сладковатый за­пах (похож на бензин), сго­рает с сильно коптящим пламенем, очень ядовит!

Растворитель для пласт­масс; наполнитель топлива, исходный материал для из­готовления пластмасс, красок и лекарственных средств

вода

н2со3

вода

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

Рис. 14.35. Серная кислота (схематически)

Образование кислоты

О

о

+

н2о —-

————- ► Н2С03

диокид

вода

углекислота

углерода

со

о

+

н2о

————- > h2so4

триоксид

вода

серная

серы

кислота

Кислота состоит из ионов водорода Н+ и ионов кислотного остатка, например SO?~,COf~ или С1~

Общие свойства:

• Кислота разъедает большинство металлов и мно­гие органические вещества

• Кислота на вкус кислая. (Обратите внимание: проба на вкус только при слабой или сильно раз­бавленной кислоте!)

• Кислота проводит электрический ток

• Кислота окрашивает синюю лакмусовую бумаж­ку в красный цвет!

Пример:

Углекислота Соляная кислота НС1

14.1.7. Кислоты

Кислоты образуются, если оксиды неметаллов растворяются в воде, например углекислота (Н2С03) или серная кислота (H2S04). Также со­единения нескольких неметаллов, например хлор (С1) и фтор (F) с во­дородом (Н), дают в итоге раство­ренную в воде соляную кислоту (НС1) или фтористоводородную кислоту (HF).

В водном растворе молекулы кислоты расщепляются частично или полностью на ионы водорода Н+ и ионы кислотного остатка, на­пример SO2- (рис. 14.35).

Свойства кислоты проявляют­ся благодаря отделившимся ионам Н+. Поэтому кислота действует только как водный раствор. Сила кислоты зависит от того, как долго удерживаются в растворе агрессив­ные ионы водорода (табл. 14.8).

Положительно заряженные ионы водорода называют катиона­ми, отрицательно заряженные ионы кислотного остатка — анионами.

2Н+ С032- Н+ С1-

Таблица 14.8. Основные кислоты

Наименование

Свойства

Применение

Соляная кислота HCI

Летучая желтоватая жидкость, дымит во влажном воздухе, рез­кий неприятный запах, разъедает кожу, сильная кислота

Составная часть отвердителя для синтетических клеев, разбавленный нейтрализатор остатка щелочи для дре­весины, обесцвечивание смолянистых пород древесины

Серная кислота

h2so4

Тяжелая, маслянистая жидкость, жадно впитывает воду, сильная кислота, разъедает кожу

Обугливание органических материалов, сухих средств

Осторожно! При разведении кислоту вливают в воду, а не наоборот

Уксусная кислота

сн3соон

Легко растворяется

Используется как водный раствор, нейтрализатор остатка щелочи для древесины,

Щавелевая кислота (СООН)2

Очень ядовита, продается в виде кристаллов

В виде водного раствора как отбеливающее средство для богатых дубильным веществом пород деревьев, например дуба, удаление пятен извести, гипса, цемента

Лимонная кислота

Продается в виде кристаллов

Осветление богатых дубильным веществом пород древесины, средство для удаления пятен

©Молекула едкого натра

(от) 0 (^

0

Ион натрия Чвр’ (катион)

Рис. 14.36. Раствор едкого натра (схематически)

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

© Ион ОН- (анион)

Образование щелочи

К20 +

Н20

■> 2КОН

оксид

вода

раствор едкого калия

калия

(гидроокись калия)

Оа +

н2о————

► Са(ОН)2 + H21Т

кальции

вода

гидрооксид кальция водород (гашеная известь)

Щелочи состоят из ионов металлов и гидроок-

сидов-ионов (ОН-группы).

Свойства:

• Щелочи разъедают некоторые металлы, напри­мер свежий раствор алюминия.

• Щелочи являются жирорастворяющими веще­ствами и разъедают растительные и животные жиры.

• Щелочи разъедают кожу и разрушают одежду.

• Щелочи на ощупь мыльные.

• Щелочи окрашивают красный лакмус в синий цвет.

14.1.8. Щелочи

Щелочи образуются в растворах
водорастворимых оксидов метал-
лов, например оксида калия (К^О)
в воде. Кроме того, щелочные ме-
таллы натрий (Na), калий (К) и
кальций (Са) или их оксиды могут
вступать в реакцию также непос-
редственно с водой и образовывать
щелочи.

Если газ аммиак NH3 растворя-
ется в воде, то возникает аммиач-
ная вода NH4(OH), также называе-
мая нашатырным спиртом. Наша-
тырный спирт является также ще-
лочью.

Выпариванием щелочей полу-
чают гидрооксиды металлов, на-
пример гидрооксид натрия
(NaOH). Эти твердые вещества мо-
гут быть бесцветными или белыми,
их также можно назвать основани-
ями. Соответствующая щелочь мо-
жет производиться при помощи
добавления воды.

Гидрооксиды металлов рас-
щепляются в воде частично или
полностью на ионы металлов, на-
пример Na+, и в агрессивный гид-
рооксид-ион ОН — (рис. 14.36).

В значительной степени свойства щелочей определяются ионами ОН-, при-
чем их количество определяет силу щелочи. Щелочи действуют как основания
(табл. 14.9).

Пример:

Гашеная известь Са(ОН)2 ————- ——► Са2+20Н“

Наименование

Свойства

Применение

Дубильная кислота

В присутствии железа и солей железа служит причиной появле­ния темных пятен в древесине

В виде раствора в горячей воде как предварительная окраска

Виды: танин, пирогаллол, пирокатехин, катеху (дубиль­ный экстракт)

Фтороводород

HF

Разъедает кварц и стекло, очень ядовит, разъедает кожу

Матирование стекла

-у>

Осторожность в обращении с кислотой и щелочами!

Кислоты и щелочи разъедают кожу, а также слизистые оболочки! Они разрушают одежду!

Кислоты в большинстве случаев ядовиты!

Обратите внимание: кислоты и щелочи опасны, они могут сохраняться только в бутылках с отчетливой маркировкой, не в бутылках для на­питков!

PH — ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ

Часто бывает необходимо устано­вить, насколько сильный раствор является кислым или щелочным. Мера для этого — величина pH. Дистиллированная вода имеет ве­личину pH 7. Растворы с величи­ной pH от 0 до 7 — кислые, от 7 до 14 — щелочные. Величину pH ра­створа определяют с помощью лакмусовой бумаги или индика­торных растворов, а также при по­мощи электрических устройств (рис. 14.37).

14.1.9. Соли

Соли состоят из ионов металлов и ионов кислотного остатка. Напри­мер, в соли сульфат меди (CuS04) ион меди Си2+ связан с ионом кис­лотного остатка SO2-.

Соли возникают при реакции нейтрализации между кислотой и щелочью. При этом действие кис­лоты и действие щелочи взаимно нейтрализуется (рис. 14.38).

Надеть защитную одежду и защитные очки!

Наименование

Свойства

Применение

Нашатырный спирт (NH4OH)

Резкий неприятный запах, жиро­растворяющий, размачивает органические вещества

Копчение древесины дуба, дополнитель к красителю (морилке) окончательного нанесения приводит к уси­лению цвета, удаление старого покрытия

Гидрооксид кальция (Са(ОН)2)

Разъедает металлы, особенно алюминий

Вяжущее средство для изготовления известкового раствора, предназначено как известковое молоко для нанесения покрытий

Сильная кислота Нейтраль Сильная щелочь

pH — водородный показатель п pH — водородный показатель

Таблица 14.9. Основные щелочи

Ш

Возрастающая кислотность Возрастающая щелочность Дистиллированная

Рис. 14.37. Шкала pH — водородного показателя

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

Рис. 14.38. Поваренная соль (схематично)

Кроме того, соли образуются при реакции кислоты с металлом или оксидом металла, а также не­посредственно из металла и неме­талла.

Образование солей

NaOH

+

HCI

—— ►

NaCl +

н2о

раствор

соляная

хлорид

вода

едкого

кислота

натрия

натра

Zn

+

HCI

—- ►

ZnCI2 +

н2

цинк

соляная

хлорид

водород

кислота

цинка

СиО

+

H2S04 —

—— ►

CuS04 +

н2о

оксид

серная

сульфат

вода

меди

кислота

меди

2 Na

+

CI2 —

—- ►

2NaCI

натрий

хлор

хлорид натрия

Соль расщепляется в водном растворе частично или полностью на ионы металлов и ионы кислот­ного остатка.

Соль, растворенная в воде, при испарении воды образует крис­таллы.

Химическое обозначение соли содержит обозначение участвующих в ее об­разовании кислот и металлов (табл. 14.10 и 14.11).

Примеры:

Поваренная соль NaCl ————— —> Na+ Cl-

вода

Сульфат меди CuS04 ————- ► Cu2+ SO2-

Таблица 14.10. Обозначение солей

Кислоты

Соли

Примеры

Серная кислота H2S04

сульфаты

Сульфат цинка ZnS04

Соляная кислота HCI

хлориды

Хлорид цинка ZnCI?

Углекислота Н? С03

карбонаты

Карбонат кальция СаС03

Кремниевая кислота H? SiO?

силикаты

Алюмосиликаты AI(SiO?)3

Ортофосфорная кислота Н3Р04

фосфаты

Фосфат кальция Са(Р04)2

Таблица 14.11. Основные соли

Наименование

Свойства

Применение

Карбонат калия

к2со3

Белая хрупкая масса, растворим в воде, в воде начинает действо­вать как щелочь (углекислый натрий)

Как последующая дополнительная обработка протравой, в производстве стекла (искусственный хрусталь), в про­изводстве мыла

Карбонат натрия Na2C03

Белый гранулированный поро­шок, впитывает влажность, в во­де начинает действовать как щелочь (сода)

Как последующая дополнительная обработка протравой, в производстве стекла (искусственный хрусталь), в химической промышленности

Карбонат кальция СаСОэ

Бело-желтый минерал, нераство­рим в воде

Изготовление извести и цемента, природный камень (мрамор, известняк), в производстве стекла

Хлорид натрия NaCl

Белые кристаллы, легко раство­ряется в воде

Как поваренная соль, удобрение, в химической промышленности

Дихромат калия К2Сг207

Ядовит, оранжево-красные кри­сталлы, светочувствительный

Как последующая дополнительная обработка протравой (больше не разрешается)

Большинство солей не вступают в реакцию, то есть их раствор не окрашивает лакмус.

Однако растворы соды (Na2C03), углекислого натрия (К2С03) и буры (Na2B407) действуют как щелочные, а раствор сульфата алюминия (A12(S04)3) действует как кислотный.

Кисло"""

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

Рис. 14.39. Состав воздуха

14.1.10. Воздух

Благородные, газы i

Диоксид ^ ’ углерода

Азот

Земля окружена слоем воздуха, атмосферой. Навер­ху воздух становится все более разряженным и пе­реходит на высоте примерно 500 км в свободное кос­мическое пространство.

При температуре 0°С и нормальном атмос­ферном давлении 1 м3 воздуха весит 1,29 кг. Воз­дух — это смесь различных газов. Он систоит из 21% кислорода, 78% азота, 0,9% благородных га­зов (аргон, гелий) и 0,03% диоксида углерода

(рис. 14.39). Помимо этого, воздух содержит водяные пары, в зависимости от месторасположения происходит сильное или слабое загрязнение воздуха пы­лью и выхлопными газами.

Воздух несет несколько функций.

• Для людей, животных и растений он является необходимым веществом для жизни — дыхание.

• Для химической промышленности — как сырье для добычи кислорода, азота и благородных газов.

• Кроме того, он необходим для сгорания веществ.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий



elitnamebel.ru