L'ossido di carbonio è lo stato di aggregazione. Che cos'è uno stato aggregato? Stato aggregato della materia. Ci sono interazioni intermolecolari nei gas?

13.10.2021 Costruzione

Carbonio (C)- tipico non metallico; nel sistema periodico è nel 2° periodo del IV gruppo, il sottogruppo principale. Numero atomico 6, Ar = 12.011 amu, carica nucleare +6.

Proprietà fisiche: il carbonio forma molte modificazioni allotropiche: diamante- una delle sostanze più dure grafite, carbone, fuliggine.

Un atomo di carbonio ha 6 elettroni: 1s 2 2s 2 2p 2 . Gli ultimi due elettroni si trovano su orbitali p separati e sono spaiati. In linea di principio, questa coppia potrebbe occupare un orbitale, ma in questo caso la repulsione elettrone-elettrone aumenta fortemente. Per questo motivo, uno di essi prende 2p x e l'altro, o 2p y , o orbitali z 2p.

La differenza tra le energie dei sottolivelli s e p dello strato esterno è piccola, quindi l'atomo passa abbastanza facilmente in uno stato eccitato, in cui uno dei due elettroni dall'orbitale 2s passa a quello libero 2p. Uno stato di valenza con la configurazione 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . È questo stato dell'atomo di carbonio che è caratteristico del reticolo del diamante: la disposizione spaziale tetraedrica degli orbitali ibridi, la stessa lunghezza del legame ed energia.

Questo fenomeno è noto per essere chiamato sp 3 -ibridazione, e le funzioni che ne derivano sono sp 3 -hybrid . La formazione di quattro legami sp 3 fornisce all'atomo di carbonio uno stato più stabile di tre p-p- e uno s-s-link. Oltre all'ibridazione sp 3 sull'atomo di carbonio, si osserva anche l'ibridazione sp 2 e sp . Nel primo caso c'è una sovrapposizione reciproca S- e due orbitali p. Si formano tre orbitali ibridi equivalenti sp 2, situati su un piano con un angolo di 120 ° l'uno rispetto all'altro. Il terzo orbitale p è invariato e diretto perpendicolare al piano sp 2.

Durante l'ibridazione sp, gli orbitali s e p si sovrappongono. Si crea un angolo di 180° tra i due orbitali ibridi equivalenti formati, mentre i due orbitali p di ciascuno degli atomi rimangono invariati.

Allotropia del carbonio. Diamante e grafite

In un cristallo di grafite, gli atomi di carbonio si trovano su piani paralleli, occupando i vertici di esagoni regolari in essi. Ciascuno degli atomi di carbonio è legato a tre legami ibridi sp 2 adiacenti. Il collegamento tra i piani paralleli è effettuato dalle forze di van der Waals. Gli orbitali p liberi di ciascuno degli atomi sono diretti perpendicolarmente ai piani dei legami covalenti. La loro sovrapposizione spiega l'ulteriore legame tra gli atomi di carbonio. Quindi da stato di valenza in cui gli atomi di carbonio si trovano in una sostanza, le proprietà di questa sostanza dipendono.

Proprietà chimiche del carbonio

Gli stati di ossidazione più tipici sono +4, +2.

A basse temperature, il carbonio è inerte, ma quando riscaldato, la sua attività aumenta.

Carbonio come agente riducente:

- con ossigeno
C 0 + O 2 - t ° = CO 2 anidride carbonica
con una mancanza di ossigeno - combustione incompleta:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O monossido di carbonio

- con fluoro
DO + 2FA 2 = DO 4

- con vapore acqueo
C 0 + H 2 O - 1200 ° = C +2 O + H 2 acqua gas

- con ossidi metallici. Pertanto, il metallo viene fuso dal minerale.
C 0 + 2CuO - t° = 2Cu + C +4 O 2

- con acidi - agenti ossidanti:
C 0 + 2H 2 SO 4 (conc.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (conc.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- forma solfuro di carbonio con zolfo:
C + 2S 2 = CS 2.

Il carbonio come agente ossidante:

- forma carburi con alcuni metalli

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- con idrogeno - metano (oltre a un'enorme quantità di composti organici)

C 0 + 2H 2 = CH 4

- con silicio, forma carborundum (a 2000°C in forno elettrico):

Trovare il carbonio in natura

Il carbonio libero si presenta sotto forma di diamante e grafite. Sotto forma di composti, il carbonio è nella composizione dei minerali: gesso, marmo, calcare - CaCO 3, dolomite - MgCO 3 * CaCO 3; idrocarbonati - Mg (HCO 3) 2 e Ca (HCO 3) 2, CO 2 fa parte dell'aria; il carbonio è la parte principale costituente dei composti organici naturali - gas, petrolio, carbone, torba; è una parte delle sostanze organiche, proteine, grassi, carboidrati, amminoacidi che compongono gli organismi viventi.

Composti inorganici del carbonio

Né gli ioni C 4+ né C 4- si formano durante i normali processi chimici: ci sono legami covalenti di diversa polarità nei composti del carbonio.

Monossido di carbonio (II) CO

Monossido di carbonio; incolore, inodore, poco solubile in acqua, solubile in solventi organici, velenoso, temperatura balla = -192°C; t pl. = -205 °C.

Ricezione
1) Nell'industria (nei generatori di gas):
C + O 2 = CO 2

2) In laboratorio - per decomposizione termica di acido formico o ossalico in presenza di H 2 SO 4 (conc.):
HCOOH = H 2 O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Proprietà chimiche

La CO è inerte in condizioni normali; quando riscaldato - un agente riducente; ossido non salino.

1) con ossigeno

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) con ossidi metallici

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) con cloro (alla luce)

CO + Cl 2 - hn = COCl 2 (fosgene)

4) reagisce con le colate alcaline (sotto pressione)

CO + NaOH = HCOONa (formato di sodio)

5) forma carbonili con metalli di transizione

Ni + 4CO - t° = Ni (CO) 4

Fe + 5CO - t° = Fe (CO) 5

Monossido di carbonio (IV) CO2

Anidride carbonica, incolore, inodore, solubilità in acqua - 0,9 V CO 2 si dissolve in 1 V H 2 O (in condizioni normali); più pesante dell'aria; t°pl. = -78,5°C (la CO 2 solida è detta "ghiaccio secco"); non supporta la combustione.

Ricezione

Decomposizione termica dei sali dell'acido carbonico (carbonati). Tostatura al calcare:

CaCO 3 - t° = CaO + CO 2

L'azione degli acidi forti su carbonati e bicarbonati:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

ChimicoproprietàCO2
Ossido acido: reagisce con ossidi basici e basi per formare sali di acido carbonico

Na2O + CO2 = Na2CO3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Può esibire proprietà ossidanti a temperature elevate

+4 O 2 + 2Mg - t° = 2Mg +2 O + C 0

Reazione qualitativa

Torbidità dell'acqua di calce:

Ca (OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (precipitato bianco) + H 2 O

Scompare con il passaggio prolungato di CO 2 attraverso l'acqua di calce, perché il carbonato di calcio insolubile si trasforma in bicarbonato solubile:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2

Acido carbonico e suoisale

H2CO3 - L'acido è debole, esiste solo in soluzione acquosa:

CO2 + H2O↔H2CO3

a due basi:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - Sali acidi - bicarbonati, idrocarburi
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Sali medi - carbonati

Tutte le proprietà degli acidi sono caratteristiche.

Carbonati e idrocarburi possono essere convertiti l'uno nell'altro:

2NaHCO 3 - t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

I carbonati metallici (ad eccezione dei metalli alcalini) si decarbossilano quando riscaldati per formare un ossido:

CuCO 3 - t° = CuO + CO 2

Reazione qualitativa- "bollente" sotto l'azione di un acido forte:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

carburi

Carburo di Calcio:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca (OH) 2 + C 2 H 2.

L'acetilene viene rilasciato quando zinco, cadmio, lantanio e carburi di cerio reagiscono con l'acqua:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La (OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C e Al 4 C 3 si decompongono con l'acqua per formare metano:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al (OH) 3 = 3 CH 4.

Nella tecnologia vengono utilizzati carburi di titanio TiC, tungsteno W 2 C (leghe dure), silicio SiC (carborundum - come abrasivo e materiale per riscaldatori).

Cianuro

ottenuto riscaldando la soda in un'atmosfera di ammoniaca e monossido di carbonio:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

L'acido cianidrico HCN è un prodotto importante dell'industria chimica ed è ampiamente utilizzato nella sintesi organica. La sua produzione mondiale raggiunge le 200mila tonnellate all'anno. La struttura elettronica dell'anione cianuro è simile al monossido di carbonio (II), tali particelle sono chiamate isoelettroniche:

C = O: [: C = N:] -

I cianuri (soluzione acquosa 0,1-0,2%) sono utilizzati nell'estrazione dell'oro:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

Quando si fanno bollire soluzioni di cianuro con zolfo o fusione di solidi, tiocianati:
KCN + S = KCN.

Quando si riscaldano cianuri di metalli a bassa attività, si ottiene cianogeno: Hg (CN) 2 = Hg + (CN) 2. Le soluzioni di cianuro vengono ossidate a cianati:

2 KCN + O 2 = 2 KCN.

L'acido cianico si presenta in due forme:

H-N = C = O; H-O-C = N:

Nel 1828 Friedrich Wöhler (1800-1882) ottenne l'urea dal cianato di ammonio: NH 4 OCN = CO (NH 2) 2 per evaporazione di una soluzione acquosa.

Questo evento è solitamente visto come la vittoria della chimica sintetica sulla "teoria vitalista".

C'è un isomero dell'acido cianico - acido volatile

H-O-N = C.
I suoi sali (mercurio esplosivo Hg (ONC) 2) sono utilizzati negli accenditori ad impatto.

Sintesi urea(urea):

CO 2 + 2 NH 3 = CO (NH 2) 2 + H 2 O. A 130 0 С e 100 atm.

L'urea è un'ammide dell'acido carbonico, c'è anche il suo "analogo dell'azoto" - guanidina.

carbonati

I più importanti composti inorganici del carbonio sono i sali dell'acido carbonico (carbonati). H 2 CO 3 è un acido debole (K 1 = 1,3 · 10 -4; K 2 = 5 · 10 -11). Supporti tampone carbonato equilibrio di anidride carbonica nell'atmosfera. Gli oceani hanno un'enorme capacità tampone perché sono un sistema aperto. La principale reazione tampone è l'equilibrio nella dissociazione dell'acido carbonico:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -.

Con una diminuzione dell'acidità, si verifica un ulteriore assorbimento di anidride carbonica dall'atmosfera con la formazione di acido:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Con un aumento dell'acidità, si verifica la dissoluzione delle rocce carbonatiche (conchiglie, depositi di gesso e calcare nell'oceano); questo compensa la perdita di ioni idrocarbonato:

H + + CO 3 2- HCO 3 -

CaCO 3 (solido) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

I carbonati solidi vengono convertiti in idrocarbonati solubili. È questo processo di dissoluzione chimica dell'anidride carbonica in eccesso che contrasta l'"effetto serra" - il riscaldamento globale dovuto all'assorbimento della radiazione termica dalla Terra da parte dell'anidride carbonica. Circa un terzo della soda mondiale (carbonato di sodio Na 2 CO 3) viene utilizzata nella produzione del vetro.

Chimica

CHIMICA INORGANICA. ELEMENTI E LORO CONNESSIONI

7. Carbonio

Proprietà 6 Do.

Massa atomica	clarke, al.% (prevalenza in natura)
Configurazione elettronica *	Stato di aggregazione	solido
		diamante - incolore. grafite - grigio

Energia ionizzata		5000 (diamante)
relativo elettro- negatività	Densità	diamante - 3.51 grafite - 2,2
Possibili stati di ossidazione	Potenziale standard dell'elettrodo

* Viene fornita la configurazione dei livelli elettronici esterni dell'atomo dell'elemento. La configurazione dei restanti livelli elettronici coincide con quella per il gas nobile terminante nel periodo precedente ed indicata tra parentesi.

Isotopi di carbonio.
Il carbonio ha due isotopi stabili: 12 C (98,892%) e 13 C (1,108%). L'isotopo radioattivo del carbonio è molto importante 14 C, emettendo raggi b con emivita T 1/2 = 5570 anni. Utilizzando l'analisi al radiocarbonio determinando la concentrazione dell'isotopo 14 Gli scienziati sono stati in grado di datare in modo abbastanza accurato l'età delle rocce carboniose, i reperti archeologici, gli eventi geologici.

Essere nella natura. In natura, il carbonio si presenta sotto forma di carabina diamantata e grafite, in composti - sotto forma di carbone, lignite e petrolio. Parte dei carbonati naturali: calcare, marmo, gesso

CaCO 3, dolomite CaCO 3 H MgCO 3... È un componente importante della materia organica.

Proprietà fisiche. Un atomo di carbonio ha 6 elettroni, 2 dei quali formano uno strato interno

(1s 2), a 4 - esterno (2s 2 2p 2 ). I legami del carbonio con altri elementi sono prevalentemente covalenti. La solita valenza del carbonio è IV. Una caratteristica notevole degli atomi di carbonio è la capacità di combinarsi tra loro per formare catene lunghe e forti, comprese quelle chiuse. Il numero di tali composti è enorme, costituiscono tutti un soggetto chimica organica .

La differenza nelle modifiche allotropiche del carbonio è un vivido esempio dell'influenza della struttura cristallina dei solidi sulle loro proprietà fisiche. V grafite gli atomi di carbonio sono nello stato

punto 2 - ibridazione e sono disposti in strati paralleli, formando una griglia esagonale. Gli atomi sono molto più legati all'interno dello strato che tra gli strati; pertanto, le proprietà della grafite differiscono notevolmente nelle diverse direzioni. Pertanto, la capacità della grafite di delaminarsi è associata alla rottura dei legami interstrato più deboli lungo i piani di scorrimento.

A pressioni molto elevate e riscaldamento senza accesso all'aria, un artificiale diamante. In un cristallo di diamante, gli atomi di carbonio sono nello stato

ma 3 - ibridazione, e quindi tutti i legami sono equivalenti e molto forti. Gli atomi formano una struttura tridimensionale continua. Il diamante è la sostanza più dura che si trova in natura.

Meno noti sono gli altri due allotropi del carbonio - carbyne e fullerene.

Proprietà chimiche. Il carbonio libero è tipico agente riducente. Quando ossidato con ossigeno nell'aria in eccesso, si trasforma in monossido di carbonio (IV):

con una mancanza di - in monossido di carbonio (II):

Entrambe le reazioni sono altamente esotermiche.

Quando il carbonio viene riscaldato in un'atmosfera di monossido di carbonio (IV), monossido di carbonio:

Il carbonio riduce molti metalli dai loro ossidi:

È così che procedono le reazioni con gli ossidi di cadmio, rame, piombo. Quando il carbonio interagisce con ossidi di metalli alcalino-terrosi, alluminio e alcuni altri metalli, carburi:

Ciò è spiegato dal fatto che i metalli attivi sono agenti riducenti più forti del carbonio, quindi, quando riscaldati, i metalli risultanti ossidato eccesso di carbonio, dando carburi:

Monossido di carbonio (II).
Con ossidazione incompleta del carbonio, monossido di carbonio (II) CO - monossido di carbonio.È poco solubile in acqua. Lo stato di ossidazione formale del carbonio 2+ non riflette la struttura della molecola di CO. Nella molecola di CO, oltre al doppio legame formato dalla condivisione di elettroni di carbonio e ossigeno, esiste un ulteriore terzo legame (indicato da una freccia), formato dal meccanismo donatore-accettore dovuto alla coppia solitaria di ossigeno elettroni:

A questo proposito, la molecola di CO è estremamente forte. Il monossido di carbonio (II) non è salino e non interagisce in condizioni normali con acqua, acidi e alcali. A temperature elevate, è soggetto a reazioni di addizione e ossidoriduzione. Nell'aria, la CO brucia con una fiamma blu:

Recupera i metalli dai loro ossidi:

Sotto l'influenza dell'irradiazione alla luce solare diretta o in presenza di catalizzatori, la CO si combina con

Cl 2 formando fosgene - gas estremamente velenoso:

In natura, il monossido di carbonio (II) non si trova praticamente.

Può essere formato durante la disidratazione dell'acido formico (metodo di laboratorio per ottenere):

In base all'ultima trasformazione puramente formale può essere considerato come CO anidride, acido formico. Ciò è confermato dalla seguente reazione, che si verifica quando la CO viene fatta passare nel fuso alcalino ad alta pressione:

Carbonili dei metalli di transizione.
Con molti metalli, la CO forma volatile carbonili:

Legame covalente

Ni- C nella molecola del nichel carbonile è formato dal meccanismo donatore-accettore, con la densità elettronica che si sposta dall'atomo di carbonio all'atomo di nichel. L'aumento della carica negativa sull'atomo di metallo è compensato dalla partecipazione dei suoi d-elettroni al legame, quindi lo stato di ossidazione del metallo è 0. Quando riscaldati, i carbonili metallici si decompongono in metallo e monossido di carbonio (II), che viene utilizzato per ottenere metalli di purezza speciale.

Monossido di carbonio (IV). Il monossido di carbonio (IV) è un'anidride dell'acido carbonico H

2CO3 e possiede tutte le proprietà degli ossidi acidi.

Quando sciolto

CO2 l'acido carbonico si forma parzialmente in acqua, mentre nella soluzione esiste il seguente equilibrio:

L'esistenza dell'equilibrio è spiegata dal fatto che l'acido carbonico è un acido molto debole (K

1 = 4H 10 -7, K 2 = 5H 10 -11a 25°C). L'acido carbonico libero è sconosciuto, poiché è instabile e si decompone facilmente.Acido carbonico. In una molecola di acido carbonico, gli atomi di idrogeno sono legati agli atomi di ossigeno:

Come dibasico, si dissocia gradualmente. L'acido carbonico è un elettrolita debole.

L'acido carbonico come dibasico forma sali medi - carbonati e sali acidi - idrocarbonati. Una reazione qualitativa a questi sali è l'azione di acidi forti su di essi. In questa reazione, l'acido carbonico viene spostato dai suoi sali e si decompone con il rilascio diossido di carbonio:

Sali di acido carbonico.
Dei sali dell'acido carbonico, la soda Na 2 CO 3 ha il maggior valore pratico ... Questo sale forma diversi idrati cristallini, di cui il più stabile è Na2CO3 H 10H 2 O(soda cristallina). Quando la soda cristallina viene calcinata, si ottiene l'anidro, o carbonato di sodio, soda Na2CO3 ... Anche ampiamente usato bicarbonato di sodio NaHCO3 ... Dei sali di altri metalli, sono importanti i seguenti: K2CO3 ( potassa)- polvere bianca, facilmente solubile in acqua, contenuta in ceneri vegetali, utilizzata nella produzione di sapone liquido, vetri ottici refrattari, pigmenti; CaCO3 (calcare)- si presenta naturalmente sotto forma di marmo, gesso e calcare, che vengono utilizzati in edilizia. calce e monossido di carbonio ( IV).

L'utilizzo dei materiali del sito è possibile a condizione che sia indicato un collegamento attivo.

DEFINIZIONE

Carbonio- il sesto elemento della Tavola Periodica. Denominazione - C dal latino "carboneum". Situato nel secondo periodo, gruppo IVA. Si riferisce ai non metalli. Il nucleo ha una carica di 6.

Il carbonio si trova in natura sia allo stato libero che sotto forma di numerosi composti. Il carbonio libero si presenta sotto forma di diamante e grafite. Oltre al carbone fossile, ci sono grandi accumuli di petrolio nelle viscere della Terra. Nella crosta terrestre sono presenti enormi quantità di sali di acido carbonico, in particolare carbonato di calcio. C'è sempre anidride carbonica nell'aria. Infine, gli organismi vegetali e animali sono composti da sostanze alla cui formazione partecipa il carbonio. Pertanto, questo elemento è uno dei più diffusi sulla Terra, sebbene il suo contenuto totale nella crosta terrestre sia solo dello 0,1% circa (massa).

Peso atomico e molecolare del carbonio

Il peso molecolare relativo di una sostanza (M r) è un numero che mostra quante volte la massa di una data molecola è maggiore di 1/12 della massa di un atomo di carbonio e la massa atomica relativa di un elemento (Ar) è quante volte la massa media degli atomi di un elemento chimico è maggiore di 1/12 della massa di un atomo di carbonio.

Poiché nello stato libero il carbonio esiste sotto forma di molecole C monoatomiche, i valori delle sue masse atomiche e molecolari coincidono. Sono pari a 12.0064.

Allotropia e modifiche allotropiche del carbonio

Allo stato libero, il carbonio esiste sotto forma di diamante che cristallizza nel sistema cubico ed esagonale (lonsdaleite) e grafite, che appartiene al sistema esagonale (Fig. 1). Forme di carbonio come carbone, coca o fuliggine hanno una struttura disordinata. Esistono anche modificazioni allotropiche ottenute sinteticamente - si tratta di carbyne e polycumulene - varietà di carbonio costruite da polimeri a catena lineare come -C = C- o = C = C =.

Riso. 1. Modificazioni allotropiche del carbonio.

Sono note anche modificazioni allotropiche del carbonio, che hanno i seguenti nomi: grafene, fullerene, nanotubi, nanofibre, astralene, carbonio vetroso, nanotubi colossali; carbonio amorfo, nanoboduli di carbonio e nanoschiuma di carbonio.

isotopi di carbonio

In natura, il carbonio esiste sotto forma di due isotopi stabili 12 C (98,98%) e 13 C (1,07%). I loro numeri di massa sono rispettivamente 12 e 13. Il nucleo dell'isotopo carbonio 12 C contiene sei protoni e sei neutroni, mentre l'isotopo 13 C contiene lo stesso numero di protoni e cinque neutroni.

Esiste un isotopo artificiale (radioattivo) del carbonio 14 C con un'emivita di 5730 anni.

Ioni di carbonio

Al livello energetico esterno dell'atomo di carbonio, ci sono quattro elettroni che sono valenza:

1s 2 2s 2 2p 2.

Come risultato dell'interazione chimica, il carbonio può perdere i suoi elettroni di valenza, ad es. essere il loro donatore e trasformarsi in ioni caricati positivamente o accettare elettroni di un altro atomo, ad es. essere il loro accettore e trasformarsi in ioni con carica negativa:

DO 0 -2e → DO 2+;

DO 0-4e → DO 4+;

DO 0 + 4e → DO 4-.

Molecola e atomo di carbonio

Allo stato libero, il carbonio esiste sotto forma di molecole monoatomiche C. Ecco alcune proprietà che caratterizzano l'atomo e la molecola di carbonio:

Leghe di carbonio

Le leghe di carbonio più famose al mondo sono l'acciaio e la ghisa. L'acciaio è una lega di ferro con carbonio, il cui contenuto di carbonio non supera il 2%. Nella ghisa (anche una lega di ferro con carbonio), il contenuto di carbonio è più alto - dal 2 al 4%.

Esempi di problem solving

ESEMPIO 1

Esercizio

Quale volume di monossido di carbonio (IV) verrà rilasciato (n.o.) durante la cottura di 500 g di calcare contenente 0,1 frazione in massa di impurità.

Soluzione

Scriviamo l'equazione per la reazione della torrefazione del calcare:

CaCO 3 = CaO + CO 2 -.

Troviamo una massa di puro calcare. Per fare ciò, determiniamo prima la sua frazione di massa senza impurità:

w limpido (CaCO 3) = 1 - w impurezza = 1 - 0,1 = 0,9.

m chiaro (CaCO 3) = m (CaCO 3) × w chiaro (CaCO 3);

m chiaro (CaCO 3) = 500 × 0,9 = 450 g.

Calcoliamo la quantità di sostanza calcarea:

n (CaCO 3) = m chiaro (CaCO 3) / M (CaCO 3);

n (CaCO3) = 450/100 = 4,5 mol.

Secondo l'equazione di reazione n (CaCO 3): n (CO 2) = 1: 1, che significa

n (CaCO3) = n (CO2) = 4,5 mol.

Quindi, il volume di monossido di carbonio (IV) rilasciato sarà pari a:

V (CO2) = n (CO2) × V m;

V (CO2) = 4,5 × 22,4 = 100,8 litri.

Risposta

100,8 l

ESEMPIO 2

Esercizio

Quanto di una soluzione contenente 0,05 parti in peso, o acido cloridrico al 5%, è necessaria per neutralizzare 11,2 g di carbonato di calcio?

Soluzione

Scriviamo l'equazione per la reazione di neutralizzazione del carbonato di calcio con acido cloridrico:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 -.

Troviamo la quantità di sostanza carbonato di calcio:

M (CaCO3) = A r (Ca) + A r (C) + 3 × A r (O);

M (CaCO3) = 40 + 12 + 3 × 16 = 52 + 48 = 100 g/mol.

n (CaCO3) = m (CaCO3) / M (CaCO3);

n (CaCO3) = 11,2 / 100 = 0,112 mol.

Secondo l'equazione di reazione n (CaCO 3): n (HCl) = 1: 2, che significa

n (HCl) = 2 × n (CaCO3) = 2 × 0,224 mol.

Determinare la massa della sostanza di acido cloridrico contenuta nella soluzione:

M (HCl) = A r (H) + A r (Cl) = 1 + 35,5 = 36,5 g/mol.

m (HCl) = n (HCl) × M (HCl) = 0,224 × 36,5 = 8,176 g.

Calcola la massa della soluzione di acido cloridrico:

soluzione m (HCl) = m (HCl) x 100 / p (HCl);

m soluzione (HCl) = 8,176 × 100/5 = 163,52 g.

Risposta

163,52 g

CARBONIO, C, elemento chimico del IV gruppo del sistema periodico, peso atomico 12,00, numero di serie 6. Fino a poco tempo fa si riteneva che il carbonio non avesse isotopi; solo di recente è stato possibile, con l'aiuto di metodi particolarmente sensibili, rilevare l'esistenza dell'isotopo C 13. Il carbonio è uno degli elementi più importanti in termini di abbondanza, abbondanza e diversità dei suoi composti, il significato biologico (come organogeno), l'ampio uso tecnico del carbonio stesso e dei suoi composti (come materia prima e come fonte di energia per i fabbisogni industriali e domestici) e, infine, per il suo ruolo nello sviluppo della scienza chimica. Il carbonio allo stato libero presenta un marcato fenomeno di allotropia, noto da più di un secolo e mezzo, ma non ancora del tutto studiato, sia per l'estrema difficoltà di ottenere carbonio in forma chimicamente pura, sia perché la maggior parte delle costanti delle modificazioni allotropiche del carbonio variano molto a seconda delle caratteristiche morfologiche della loro struttura, per via del metodo e delle condizioni di ottenimento.

Il carbonio forma due forme cristalline: diamante e grafite ed è anche noto allo stato amorfo sotto forma del cosiddetto. carbone amorfo. L'individualità di quest'ultimo, a seguito di studi recenti, è stata contestata: il carbone è stato identificato con la grafite, considerando entrambi come varietà morfologiche di una forma - "black carbon", e la differenza nelle loro proprietà è stata spiegata dalla struttura fisica e dal grado di dispersione della sostanza. Tuttavia, molto recentemente, sono stati ottenuti fatti che confermano l'esistenza del carbone come forma allotropica speciale (vedi sotto).

Fonti naturali e scorte di carbonio... In termini di prevalenza in natura, il carbonio si colloca al decimo posto tra gli elementi, costituendo lo 0,013% dell'atmosfera, lo 0,0025% dell'idrosfera e circa lo 0,35% della massa totale della crosta terrestre. La maggior parte del carbonio è sotto forma di composti di ossigeno: l'aria atmosferica contiene ~ 800 miliardi di tonnellate di carbonio sotto forma di biossido di CO 2; nell'acqua degli oceani e dei mari - fino a 50.000 miliardi di tonnellate di carbonio sotto forma di CO 2, ioni di acido carbonico e bicarbonati; nelle rocce - carbonati insolubili (calcio, magnesio e altri metalli) e la quota di CaCO 3 da sola rappresenta ~ 160 · 10 6 miliardi di tonnellate di carbonio. Queste colossali riserve, tuttavia, non hanno alcun valore energetico; molto più preziosi sono i materiali carboniosi combustibili: carboni fossili, torba, quindi petrolio, gas idrocarburici e altri bitumi naturali. Anche l'apporto di queste sostanze nella crosta terrestre è piuttosto significativo: la massa totale di carbonio nei carboni fossili raggiunge ~ 6000 miliardi di tonnellate, nel petrolio ~ 10 miliardi di tonnellate, ecc. Allo stato libero, il carbonio è piuttosto raro (diamante e parte della materia di grafite). I carboni fossili contengono poco o nessun carbonio libero: sono costituiti da hl. arr. da composti ad alto peso molecolare (policiclici) e molto stabili del carbonio con altri elementi (H, O, N, S) sono ancora molto poco studiati. I composti carboniosi della natura vivente (la biosfera della terra), sintetizzati nelle cellule vegetali e animali, si distinguono per una straordinaria varietà di proprietà e quantità di composizione; Le sostanze più abbondanti nel mondo vegetale - fibra e lignina - svolgono anche un ruolo come risorse energetiche.

Il carbonio mantiene in natura una distribuzione costante grazie alla circolazione continua, il cui ciclo è costituito dalla sintesi di sostanze organiche complesse nelle cellule vegetali e animali e dalla disgregazione inversa di tali sostanze durante il loro decadimento ossidativo (combustione, decadimento, respirazione ), portando alla formazione di CO 2 , che viene nuovamente utilizzata dalle piante per la sintesi. È possibile utilizzare lo schema generale di questo ciclo. presentato nella seguente forma:

Produzione di carbonio... I composti carboniosi di origine vegetale e animale sono instabili alle alte temperature e, se riscaldati ad almeno 150-400°C senza accesso all'aria, si decompongono liberando acqua e composti volatili di carbonio e lasciando un residuo solido non volatile, ricco di carbonio, comunemente chiamato carbone. Questo processo pirolitico è chiamato carbonizzazione o distillazione a secco ed è ampiamente utilizzato nella tecnologia. La pirolisi ad alta temperatura di carbone fossile, petrolio e torba (a una temperatura di 450-1150 ° C) porta al rilascio di carbonio in una forma simile alla grafite (coke, carbone di storta). Maggiore è la temperatura di carbonizzazione dei materiali di partenza, più la composizione del carbone o del coke risultante è vicina al carbonio libero e le proprietà alla grafite.

Il carbone amorfo, formato a temperature inferiori a 800 ° C, non può essere. lo consideriamo carbonio libero, perché contiene quantità significative di altri elementi chimicamente legati, Cap. arr. idrogeno e ossigeno. Tra i prodotti tecnici, il carbone attivo e la fuliggine sono le proprietà più vicine al carbonio amorfo. Il carbone più puro M. B. ottenuto dalla carbonizzazione di zucchero puro o piperonal, mediante una speciale lavorazione del nerofumo, ecc. La grafite artificiale ottenuta per via elettrotermica ha una composizione quasi pura di carbonio. La grafite naturale è sempre contaminata da impurità minerali e, inoltre, contiene una certa quantità di idrogeno (H) e ossigeno (O) legati; in uno stato relativamente pulito, potrebbe b. ottenuto solo dopo alcuni trattamenti speciali: arricchimento meccanico, lavaggio, trattamento con agenti ossidanti e calcinazione ad alte temperature fino alla completa rimozione delle sostanze volatili. La tecnologia del carbonio non si occupa mai di carbonio perfettamente puro; questo vale non solo per le materie prime naturali del carbonio, ma anche per i prodotti del suo arricchimento, riqualificazione e decomposizione termica (pirolisi). Di seguito è riportato il contenuto di carbonio di alcuni materiali carboniosi (in%):

Proprietà fisiche del carbonio... Il carbonio libero è praticamente completamente infusibile, non volatile e alle normali temperature è insolubile in uno qualsiasi dei solventi noti. Si dissolve solo in alcuni metalli fusi, soprattutto a temperature prossime al punto di ebollizione di quest'ultimo: nel ferro (fino al 5%), argento (fino al 6%). rutenio (fino al 4%), cobalto, nichel, oro e platino. In assenza di ossigeno, il carbonio è il materiale più refrattario; lo stato liquido per il carbonio puro è sconosciuto e la sua trasformazione in vapore inizia solo a temperature superiori a 3000 ° C. Pertanto, la determinazione delle proprietà del carbonio è stata effettuata esclusivamente per lo stato solido di aggregazione. Delle modificazioni del carbonio, il diamante ha le proprietà fisiche più permanenti; le proprietà della grafite nei suoi vari campioni (anche i più puri) variano notevolmente; le proprietà del carbone amorfo sono ancora più incoerenti. Le costanti fisiche più importanti di varie modificazioni del carbonio sono confrontate nella tabella.

Il diamante è un tipico dielettrico, mentre la grafite e il carbone hanno una conduttività elettrica metallica. In valore assoluto la loro conducibilità varia in un intervallo molto ampio, ma per i carboni è sempre inferiore a quella per le grafiti; per le grafiti, si avvicina alla conduttività dei metalli reali. La capacità termica di tutte le modificazioni del carbonio a temperature > 1000°C tende ad un valore costante di 0,47. A temperature inferiori a -180 ° C, la capacità termica del diamante diventa incredibilmente piccola ea -27 ° C diventa praticamente zero.

Proprietà chimiche del carbonio... Quando riscaldato sopra i 1000 ° C, sia il diamante che il carbone si trasformano gradualmente in grafite, che dovrebbe quindi essere considerata la forma monotropica di carbonio più stabile (ad alte temperature). La trasformazione del carbone amorfo in grafite inizia apparentemente a circa 800°C e termina a 1100°C (in quest'ultimo punto il carbone perde la sua attività di adsorbimento e capacità di riattivazione, e la sua conducibilità elettrica aumenta bruscamente, rimanendo quasi costante in futuro) . Il carbonio libero è caratterizzato da inerzia a temperature ordinarie e attività significativa ad alte temperature. Il carbone amorfo è il più chimicamente attivo, mentre il diamante ha la maggiore resistenza. Quindi, ad esempio, il fluoro reagisce con il carbone a una temperatura di 15 ° C, con la grafite solo a 500 ° C e con il diamante a 700 ° C. Quando riscaldato in aria, il carbone poroso inizia a ossidarsi al di sotto di 100 ° C, la grafite a circa 650 ° C e il diamante al di sopra di 800 ° C. A temperature di 300°C e oltre, il carbone si combina con lo zolfo per formare disolfuro di carbonio CS 2. A temperature superiori a 1800 ° C, il carbonio (carbone) inizia a interagire con l'azoto, formando (in piccole quantità) cianogeno C 2 N 2. L'interazione del carbonio con l'idrogeno inizia a 1200 ° C e nell'intervallo di temperatura 1200-1500 ° C si forma solo metano CH 4; sopra 1500 ° C - una miscela di metano, etilene (C 2 H 4) e acetilene (C 2 H 2); ad una temperatura dell'ordine di 3000°C si ottiene quasi esclusivamente acetilene. Alla temperatura dell'arco elettrico, il carbonio entra in connessione diretta con i metalli, silicio e boro, formando i corrispondenti carburi. Modi diretti o indiretti m. B. i composti del carbonio sono stati ottenuti con tutti gli elementi noti, ad eccezione dei gas del gruppo zero. Il carbonio è un elemento non metallico che mostra alcuni segni di anfotericità. L'atomo di carbonio ha un diametro di 1,50 (1Ᾰ = 10 -8 cm) e contiene 4 elettroni di valenza nella sfera esterna, che vengono dati o integrati con uguale facilità a 8; quindi, la normale valenza del carbonio, sia ossigeno che idrogeno, è quattro. Nella stragrande maggioranza dei suoi composti, il carbonio è tetravalente; solo un piccolo numero sono noti composti di carbonio bivalente (monossido di carbonio e suoi acetali, isonitrili, acido esplosivo e suoi sali) e trivalente (cosiddetto "radicale libero").

Con l'ossigeno il carbonio forma due normali ossidi: anidride carbonica CO 2 di natura acida e monossido di carbonio neutro CO. Inoltre, ci sono una serie di carenza di carbonio contenenti più di 1 atomo di C, che non sono di importanza tecnica; Di questi, il più famoso è un subossido della composizione C 3 O 2 (gas con un punto di ebollizione di + 7 ° C e un punto di fusione di -111 ° C). Il primo prodotto della combustione del carbonio e dei suoi composti è la CO2, che si forma secondo l'equazione:

C + O 2 = CO 2 + 97600 cal.

La formazione di CO durante la combustione incompleta del combustibile è il risultato del processo di riduzione secondaria; l'agente riducente in questo caso è il carbonio stesso, che a temperature superiori a 450 ° C reagisce con la CO 2 secondo l'equazione:

CO 2 + C = 2CO -38800 cal;

questa reazione è reversibile; al di sopra di 950 ° C, la conversione di CO 2 in CO diventa quasi completa, che viene effettuata in forni per la generazione di gas. La capacità energetica riduttiva del carbonio ad alte temperature viene utilizzata anche nella produzione di acqua gas (H 2 O + C = CO + H 2 -28380 cal) e nei processi metallurgici - per ottenere un metallo libero dal suo ossido. Le forme allotropiche del carbonio sono legate all'azione di alcuni ossidanti in modi diversi: ad esempio, una miscela di KCIO 3 + HNO 3 non agisce affatto sul diamante, il carbone amorfo viene completamente ossidato da esso in CO 2, mentre la grafite dà composti aromatici - acidi grafitici con formula empirica (C 2 OH) x e oltre acido mellitico C6 (COOH) 6. I composti del carbonio con l'idrogeno - gli idrocarburi - sono estremamente numerosi; la maggior parte dei restanti composti organici sono prodotti geneticamente da essi, che, oltre al carbonio, includono molto spesso H, O, N, S e alogeni.

L'eccezionale varietà di composti organici, di cui si conoscono fino a 2 milioni, è dovuta ad alcune caratteristiche del carbonio come elemento. 1) Il carbonio è caratterizzato dalla forza di un legame chimico con la maggior parte degli altri elementi, sia metallici che non metallici, per cui forma con entrambi dei composti abbastanza stabili. Combinandosi con altri elementi, il carbonio ha pochissima inclinazione a formare ioni. La maggior parte dei composti organici sono di tipo omeopolare e non si dissociano in condizioni normali; la rottura dei legami intramolecolari in essi spesso richiede il dispendio di una quantità significativa di energia. Nel giudicare la forza dei legami, tuttavia, si dovrebbe distinguere; a) la forza assoluta del legame, misurata con il metodo termochimico, e b) la capacità del legame di rompersi sotto l'azione di vari reagenti; queste due caratteristiche non sempre coincidono. 2) Gli atomi di carbonio si legano tra loro con eccezionale facilità (non polarità), formando catene di carbonio, aperte o chiuse. La lunghezza di tali catene non sembra essere soggetta ad alcuna restrizione; sono quindi note molecole abbastanza stabili con catene aperte di 64 atomi di carbonio. L'allungamento e la complicazione delle catene aperte non influisce sulla forza della connessione dei loro collegamenti tra loro o con altri elementi. Tra le catene chiuse, gli anelli a 6 e 5 membri si formano più facilmente, sebbene siano note catene ad anello contenenti da 3 a 18 atomi di carbonio. La capacità degli atomi di carbonio di interconnettersi bene spiega le proprietà speciali della grafite e il meccanismo dei processi di carbonizzazione; chiarisce inoltre che il carbonio è sconosciuto sotto forma di molecole diatomiche C 2, cosa che ci si potrebbe aspettare per analogia con altri elementi leggeri non metallici (in forma di vapore, il carbonio è costituito da molecole monoatomiche). 3) A causa della natura non polare dei legami, molti composti del carbonio hanno inerzia chimica, non solo esterna (reazione lenta), ma anche interna (difficoltà di riarrangiamenti intramolecolari). La presenza di grandi "resistenze passive" complica notevolmente la trasformazione spontanea di forme instabili in forme stabili, riducendo spesso la velocità di tale trasformazione a zero. Ciò si traduce nella possibilità di realizzare un gran numero di forme isomeriche praticamente ugualmente stabili a temperature ordinarie.

Allotropia e struttura atomica del carbonio ... L'analisi a raggi X ha permesso di stabilire in modo affidabile la struttura atomica del diamante e della grafite. Lo stesso metodo di ricerca ha fatto luce sulla questione dell'esistenza della terza modificazione allotropica del carbonio, che è essenzialmente una questione di amorfo o cristallinità del carbone: se il carbone è una formazione amorfa, allora non può esserlo. identificato né con la grafite né con il diamante, ma dovrebbe essere considerato come una forma speciale di carbonio, come una singola sostanza semplice. In un diamante, gli atomi di carbonio si trovano in modo tale che ogni atomo si trovi al centro di un tetraedro, i cui vertici sono 4 atomi adiacenti; ciascuno di questi, a sua volta, è il centro di un altro tetraedro simile; le distanze tra atomi adiacenti sono pari a 1,54 (il bordo del cubo elementare del reticolo cristallino è 3,55). Questa struttura è la più compatta; corrisponde all'elevata durezza, densità e inerzia chimica del diamante (distribuzione uniforme delle forze di valenza). L'interconnessione degli atomi di carbonio nel reticolo del diamante è la stessa delle molecole della maggior parte dei composti organici grassi (modello tetraedrico del carbonio). Nei cristalli di grafite, gli atomi di carbonio si trovano in strati densi distanziati l'uno dall'altro di 3,35-3,41 ; la direzione di questi strati coincide con i piani di clivaggio e di scorrimento durante le deformazioni meccaniche. Nel piano di ogni strato, gli atomi formano una griglia con celle esagonali (aziende); il lato di un tale esagono è 1,42-1,45 . Negli strati adiacenti, gli esagoni non giacciono uno sotto l'altro: la loro coincidenza in verticale si ripete solo dopo 2 strati nel terzo. Tre legami di ciascun atomo di carbonio giacciono sullo stesso piano, formando angoli di 120 °; Il 4° legame è diretto alternativamente in una direzione o nell'altra dal piano agli atomi degli strati vicini. Le distanze tra gli atomi nello strato sono rigorosamente costanti, mentre la distanza tra i singoli strati m. B. modificato da influenze esterne: ad esempio, quando viene premuto sotto pressione fino a 5000 atm, diminuisce a 2,9 e quando la grafite si gonfia in HNO 3 concentrato, aumenta a 8 . Nel piano di uno strato, gli atomi di carbonio sono legati omeopolarmente (come nelle catene idrocarburiche), mentre i legami tra gli atomi di strati adiacenti sono di natura piuttosto metallica; Questo può essere visto dal fatto che la conduttività elettrica dei cristalli di grafite nella direzione perpendicolare agli strati è ~ 100 volte superiore alla conduttività nella direzione dello strato. Quella. la grafite ha le proprietà di un metallo in una direzione e le proprietà di un non metallo nell'altra. La disposizione degli atomi di carbonio in ogni strato del reticolo di grafite è esattamente la stessa delle molecole dei composti aromatici complessi. Questa configurazione spiega bene la forte anisotropia della grafite, la scissione estremamente sviluppata, le proprietà antifrizione e la formazione di composti aromatici durante la sua ossidazione. La modificazione amorfa del nerofumo sembra esistere come forma indipendente (O. Ruff). Per lei la più probabile è una struttura cellulare schiumosa, priva di ogni regolarità; le pareti di tali cellule sono formate da strati di atomi attivi carbonio spessore di circa 3 atomi. In pratica, la sostanza attiva del carbone giace solitamente sotto un guscio di atomi di carbonio inattivi ravvicinati, orientati come la grafite, ed è permeata da inclusioni di piccolissimi cristalliti di grafite. Probabilmente non esiste un punto preciso di trasformazione carbone → grafite: si verifica una transizione continua tra le due modificazioni, durante la quale una massa di atomi C di carbone amorfo raggruppati casualmente viene riorganizzata in un reticolo cristallino regolare di grafite. A causa della loro disposizione casuale, gli atomi di carbonio nel carbone amorfo mostrano un'affinità residua massima, che (secondo le idee di Langmuir sull'identità delle forze di adsorbimento con le forze di valenza) corrisponde all'elevata adsorbimento e all'attività catalitica così caratteristica del carbone. Gli atomi di carbonio orientati nel reticolo cristallino spendono tutta la loro affinità (in diamante) o la maggior parte (in grafite) sulla mutua adesione; ciò corrisponde ad una diminuzione dell'attività chimica e dell'attività di adsorbimento. Nel diamante l'adsorbimento è possibile solo sulla superficie di un singolo cristallo, mentre nella grafite la valenza residua può manifestarsi su entrambe le superfici di ciascun reticolo planare (nei “spazi” tra strati di atomi), il che è confermato dal fatto che la grafite è in grado di rigonfiarsi nei liquidi (HNO 3) e il meccanismo della sua ossidazione ad acido grafitico.

Valore tecnico del carbonio... Quanto a b. o m.carbonio libero ottenuto durante i processi di carbonizzazione e coking, quindi il suo utilizzo in tecnologia si basa sia su proprietà chimiche (inerzia, capacità riducente) che fisiche (resistenza al calore, conducibilità elettrica, capacità di adsorbimento). Quindi, coke e carbone, oltre al loro parziale utilizzo diretto come combustibile senza fiamma, vengono utilizzati per ottenere combustibile gassoso (gas di generazione); nella metallurgia dei metalli ferrosi e non ferrosi - per la riduzione degli ossidi metallici (Fe, Cu, Zn, Ni, Cr, Mn, W, Mo, Sn, As, Sb, Bi); nella tecnologia chimica - come agente riducente nella produzione di solfuri (Na, Ca, Ba) da solfati, sali di cloruro anidri (Mg, Al), da ossidi metallici, nella produzione di vetro solubile e fosforo - come materia prima per la produzione di carburo di calcio, carborundum e altri carburi solfuro di carbonio, ecc.; nel settore edile - come materiale termoisolante. Il carbone di storta e il coke servono come materiale per elettrodi in forni elettrici, bagni elettrolitici e celle galvaniche, per la produzione di carboni ad arco, reostati, spazzole per collettori, crogioli di fusione, ecc., nonché per l'imballaggio in apparecchiature chimiche a torre. Il carbone di legna, oltre alle applicazioni di cui sopra, viene utilizzato per ottenere monossido di carbonio concentrato, sali di cianuro, per la cementazione dell'acciaio, è ampiamente utilizzato come adsorbente, come catalizzatore per alcune reazioni sintetiche, ed infine fa parte di polvere nera e altri esplosivi e composizioni pirotecniche.

Determinazione analitica del carbonio... Qualitativamente, il carbonio è determinato carbonizzando un campione di una sostanza senza accesso all'aria (che è tutt'altro che adatto a tutte le sostanze) o, cosa molto più affidabile, dalla sua ossidazione esaustiva, ad esempio calcinandolo in una miscela con rame ossido, e la formazione di CO 2 è dimostrata da reazioni convenzionali. Per la determinazione quantitativa del carbonio, un campione della sostanza viene bruciato in atmosfera di ossigeno; la CO 2 risultante viene catturata dalla soluzione alcalina e determinata in peso o volume mediante metodi convenzionali di analisi quantitativa. Questo metodo è adatto per determinare il carbonio non solo nei composti organici e nei carboni industriali, ma anche nei metalli.

Ossidi non salini (indifferenti, indifferenti) CO, SiO, N 2 0, NO.

Ossidi salini:

Di base. Ossidi, di cui gli idrati sono basi. Ossidi metallici con stati di ossidazione +1 e +2 (raramente +3). Esempi: Na 2 O - ossido di sodio, CaO - ossido di calcio, CuO - ossido di rame (II), CoO - ossido di cobalto (II), Bi 2 O 3 - ossido di bismuto (III), Mn 2 O 3 - ossido di manganese (III ).

anfotero. Ossidi i cui idrati sono idrossidi anfoteri. Ossidi metallici con stati di ossidazione +3 e +4 (raramente +2). Esempi: Al 2 O 3 - ossido di alluminio, Cr 2 O 3 - ossido di cromo (III), SnO 2 - ossido di stagno (IV), MnO 2 - ossido di manganese (IV), ZnO - ossido di zinco, BeO - ossido di berillio.

acido. Ossidi, i cui idrati sono acidi contenenti ossigeno. Ossidi non metallici. Esempi: P 2 O 3 - ossido di fosforo (III), CO 2 - monossido di carbonio (IV), N 2 O 5 - ossido di azoto (V), SO 3 - ossido di zolfo (VI), Cl 2 O 7 - ossido di cloro ( VII). Ossidi metallici con stati di ossidazione +5, +6 e +7. Esempi: Sb 2 O 5 - ossido di antimonio (V). CrOz - ossido di cromo (VI), MnOz - ossido di manganese (VI), Mn 2 O 7 - ossido di manganese (VII).

Modifica della natura degli ossidi con aumento dello stato di ossidazione del metallo

Proprietà fisiche

Gli ossidi sono solidi, liquidi e gassosi, di vari colori. Ad esempio: ossido di rame (II) CuO nero, ossido di calcio CaO bianco - solido. L'ossido di zolfo (VI) SO 3 è un liquido volatile incolore e il monossido di carbonio (IV) CO 2 è un gas incolore in condizioni normali.

Stato di aggregazione

CaO, CuO, Li 2 O e altri ossidi basici; ZnO, Al 2 O 3, Cr 2 O 3 e altri ossidi anfoteri; SiO 2, P 2 O 5, CrO 3 e altri ossidi acidi.

SO 3, Cl 2 O 7, Mn 2 O 7, ecc.

Gassoso:

CO 2, SO 2, N 2 O, NO, NO 2, ecc.

Solubilità dell'acqua

Solubile:

a) ossidi basici di metalli alcalini e alcalino terrosi;

b) quasi tutti gli ossidi acidi (eccezione: SiO 2).

Insolubile:

a) tutti gli altri ossidi basici;

b) tutti gli ossidi anfoteri

Proprietà chimiche

1. Proprietà acido-base

Le proprietà generali degli ossidi basici, acidi e anfoteri sono le interazioni acido-base, che sono illustrate dal seguente schema:

(solo per ossidi di metalli alcalini e alcalino terrosi) (eccetto SiO 2).

Gli ossidi anfoteri, che possiedono le proprietà degli ossidi sia basici che acidi, interagiscono con acidi e alcali forti:

2. Proprietà ossidanti - riducenti

Se un elemento ha uno stato di ossidazione variabile (s. O.), Allora i suoi ossidi con s basso. O. può esibire proprietà riducenti e ossidi con alta c. O. - ossidante.

Esempi di reazioni in cui gli ossidi agiscono come agenti riducenti:

Ossidazione di ossidi con basso c. O. agli ossidi con alto c. O. elementi.

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2S +4 O 2 + O 2 = 2S +6 O 3

2N +2 O + O 2 = 2N +4 O 2

Il monossido di carbonio (II) riduce i metalli dai loro ossidi e l'idrogeno dall'acqua.

C +2 O + FeO = Fe + 2C +4 O 2

C +2 O + H 2 O = H 2 + 2 C +4 O 2

Esempi di reazioni in cui gli ossidi agiscono come agenti ossidanti:

Riduzione degli ossidi con alta o. elementi agli ossidi con basso c. O. o a sostanze semplici.

C +4 O 2 + C = 2C +2 O

2S +6 O 3 + H 2 S = 4S +4 O 2 + H 2 O