11. Углерод

Свойства химического элемента углерода

Углерод расположен в IVА подгруппе второго периода ПСХЭ. Заряд ядра атома углерода равен , 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: . 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 .

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). 

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. 2a).

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. 3а).

Химические свойства углерода

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

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

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

При взаимодействии угля с водородом образуется метан:

.

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

Раскаленный уголь реагирует с водой с образованием водяного газа – смеси угарного газа и водорода:

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

.

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)

Проверьте себя

1. №№ 14.2. – 14.4. из «Сборника задач и упражнений по химии для средней школы» И. Г. Хомченко, 2-е изд., 2008 г.