4.93M
Category: chemistrychemistry

Углерод и кремний. Лекция №15

1.

ГОУ ВПО «Донбасская Национальная академия строительства и
архитектуры»,
кафедра «Прикладная химия»
Курс лекций по дисциплине «Химия»
для студентов 1 курса
Направление подготовки – 08.03.01 Строительство
Составил:
Ташкинов Ю.А.
Макеевка, 2020
1

2.

2

3.

Электронно-графическая конфигурация внешнего электронного
слоя атомов элементов IVA-группы – ns2np2, например: у углерода
– 2s22p2, у кремния – 3s23p2.
В соединениях с другими элементами атомы углерода и
кремния могут проявлять степени окисления -4, +2, +4, для
элементов-полуметаллов и металлов в их соединениях с
другими элементами (кроме гидридов) более характерны
положительные степени окисления +2 и+4.
3

4.

В земной коре содержится 0,093% углерода по массе, причем он
встречается как в свободном состоянии, так и в виде химических
соединений с другими элементами.
Углерод является основой органической жизни на Земле.
4

5.

Уголь, торф, нефть и природный газ - продукты разложения растительного мира
Земли древнейших времен.
Самое мягкое ископаемое – торф – содержит остатки растений, в нем имеется не
более 50-60% углерода. Бурый уголь содержит 65-70% углерода. Каменный уголь
содержит 75-95% углерода. Самый твердый уголь – антрацит – может содержать
91-98% углерода.
5

6.

При нагревании углеродосодержащих соединений без доступа
воздуха образуется аморфный углерод:
кокс, древесный уголь, костяной уголь, сажа.
Кокс получают при сухой перегонке каменного угля, широко
используется как восстановитель в процессах промышленного
получения металлов из руд.
6

7.

В виде углекислого газа углерод входит в состав атмосферы (0,03% по
объему).
7

8.

Известны следующие аллотропные модификации углерода: графит,
алмаз, карбин и фуллерены.
a) алмаз
b) графит
c) лонсдейлит
d) фуллерен — бакибол C60
e) фуллерен C540
f) фуллерен C70
g) аморфный углерод
h) углеродная нанотрубка
8

9.

9

10.

10

11.

11

12.

12

13.

13

14.

14

15.

15

16.

16

17.

17

18.

18

19.

19

20.

20

21.

21

22.

22

23.

23

24.

24

25.

25

26.

26

27.

27

28.

28

29.

29

30.

30

31.

31

32.

32

33.

33

34.

34

35.

35

36.

36

37.

37

38.

38

39.

Для углерода и кремния характерна невысокая химическая
активность: большинство реакций с их участием протекают
только при высокой температуре. Химические свойства
различных аллотропных модификаций углерода сходны,
отличаются лишь условия протекания реакций, потому что
энергия разрыва связей между атомами в алмазе, графите и
других модификациях углерода различны.
В химических реакциях с простыми веществами углерод и
кремний проявляют как окислительные, так и
восстановительные свойства.
В реакциях со сложными веществами, например с оксидами
металлов, углерод и кремний чаще всего проявляют
восстановительные свойства.
39

40.

Графит используется в карандашной промышленности. Также его используют в
качестве смазки при особо высоких или низких температурах.
Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный материал.
Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бормашин. Кроме этого,
ограненные алмазы — бриллианты используются в качестве драгоценных камней в
ювелирных украшениях. Благодаря редкости, высоким декоративным качествам и
стечению исторических обстоятельств, бриллиант неизменно является самым
дорогим драгоценным камнем.
В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода
— производные угольной кислоты и карбоновых кислот.
Карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из
организма различных токсинов.
40

41.

Методы получения: лабораторные и
промышленные.
Углерод
Неполное сжигание метана:
СН4 + О2 = С + 2Н2О
Оксид углерода (II)
В промышленности:
Оксид углерода (II) получают в особых печах,
называемых газогенераторами, в результате двух
последовательно протекающих реакций. В нижней
части газогенератора, где кислорода достаточно,
происходит полное сгорание угля и образуется оксид
углерода (IV):
C + O2 = CO2 + 402 кДж.
41

42.

По мере продвижения оксида углерода (IV) снизу вверх
последний соприкасается с раскалённым углём:
CO2 + C = CO – 175 кДж.
Получающийся газ состоит из свободного азота и оксида
углерода (II). Такая смесь называется генераторным
газом. В газогенераторах иногда через раскалённый
уголь продувают водяной пар:
C + H2O = CO + H2 – Q, «CO + H2» - водяной газ.
В лаборатории:
Действуя на муравьиную кислоту концентрированной
серной кислотой, которая связывает воду:
HCOOH H2O + CO .
42

43.

Оксид углерода (IV)
В промышленности:
Побочный продукт при производстве извести:
CaCO3 CaO + CO2 .
В лаборатории:
При взаимодействии кислот с мелом или мрамором:
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O.
Карбиды
Карбиды получают при помощи
металлов или их оксидов с углём.
прокаливания
43

44.

Угольная кислота
Получают растворением оксида углерода (IV) в воде.
Так как угольная кислота очень не прочное
соединение, то эта реакция обратима:
CO2 + H2O H2CO3.
Кремний
В промышленности:
При нагревании смеси песка и угля:
2C + SiO2 Si + 2CO.
В лаборатории:
При взаимодействии смеси чистого песка с порошком
магния:
2Mg + SiO2 2MgO + Si.
44

45.

Кремниевая кислота
Получают при действии кислот на растворы её солей.
При этом она выпадает в виде студенистого осадка:
Na2SiO3 + HCl 2NaCl + H2SiO3
2H+ + SiO32- H2SiO3
45

46.

Химические свойства.
Щелочи переводят кремний в соли кремниевой
кислоты с выделением водорода :Si + 2КОН + H2O=
К2Si03 + 2Н2
С
водой углерод и кремний реагируют лишь при
высоких температурах:
С + Н2О ¬ СО + Н2
Si + ЗН2О = Н2SiO3 + 2Н2
Углерод в отличие от кремния непосредственно
взаимодействует с водородом: С + 2Н2 = СН4
46

47.

Карбиды.
Соединения углерода с металлами и другими
элементами, которые по отношению к углероду
являются электроположительными, называются
карбидами.
При взаимодействии карбида алюминия с водой
образуется метан
Al4C3 + 12H2O = 4Al (OH)3 + 3CH4
При взаимодействии с водой карбида кальция –
ацетилен:
CaC2 + 2H2O = Ca (OH)2 + C2H2
47

48.

Применение
Углерод определяется тем, что
свыше 90 % всех первичных
источников потребляемой в мире
энергии приходится на
органическое топливо.
Гидрокарбонат натрия продают в
аптеках
и
продовольственных
магазинах под названием питьевой
соды.Питьевую соду применяют в
кондитерском
деле
и
хлебопечении.
48

49.

Оксид углерода (IV)
Получение сахара.
Тушение пожаров.
Производство фруктовых вод.
«Сухой лёд».
49

50.

Оксид кремния (IV)
Силикатных кирпичи.
Керамические изделия.
Стекло.
50

51.

Силикаты.
Клей.
51

52.

52
English     Русский Rules