Властивості вуглецю як хімічного елемента
Крім вуглецю, в головну підгрупу IV групи входять також кремній, германій, олово і свинець. Розміри атомів зверху вниз в підгрупі збільшуються, тяжіння валентних електронів послаблюється, тому посилюються металеві властивості і слабшають неметалічні. Вуглець і кремній - неметали, інші елементи - метали.
1
На зовнішньому електронному шарі вуглець, як і інші елементи його підгрупи, має 4 електрона. Конфігурація зовнішнього електронного шару виражається формулою 2s (2) 2p (2). Завдяки двом неспареним електронам вуглець може виявляти валентність II. У збудженому стані один електрон переходить з s-підрівні на p-підрівень, і валентність зростає до IV.
2
Летюча водневе з`єднання вуглецю - метан CH4, єдине стійке з`єднання серед всієї підгрупи (на відміну від SiH4, GeH4, SnH4 і PbH4). Нижчий оксид вуглецю CO - несолеобразующіе оксид, а вищий оксид CO2 - кислотний. Йому відповідає слабка вугільна кислота H2CO3.
3
Оскільки вуглець відноситься до неметалів, в з`єднаннях з іншими елементами він може проявляти як позитивні, так і негативні ступеня окислення. Так, в з`єднаннях з більш електронегативними елементами, такими як кисень, хлор, його ступінь окислення позитивна: CO (+2), CO2 (+4), CCl4 (+4), а з менш електронегативними - наприклад, воднем і металами - негативна: CH4 (-4), Mg2C (-4).
4
У періодичної системі елементів Менделєєва вуглець знаходиться під порядковим номером 6, у другому періоді. Він має відносну атомну масу 12. Його електронна формула - 1s (2) 2s (2) 2p (2).
5
Найчастіше карбон проявляє валентність, рівну IV. Через високу енергії іонізації і низької енергії спорідненості до електрону освіту іонів, позитивних або негативних, для нього нехарактерно. Зазвичай вуглець утворює ковалентні зв`язки. Атоми вуглецю здатні також з`єднуватися між собою з утворенням довгих вуглецевих ланцюгів, лінійних і розгалужених.
6
У природі вуглець може перебувати як у вільному вигляді, так і у вигляді сполук. Відомі дві алотропні модифікації вільного вуглецю - алмаз і графіт. Вапняк, крейда та мармур мають формулу CaCO3, доломіт - CaCO3 MgCO3. Вуглецеві з`єднання є основними компонентами природного газу і нафти. Всі органічні речовини також будуються на основі цього елемента, а у вигляді вуглекислого газу CO2 вуглець знаходиться в атмосфері Землі.
7
Алмаз і графіт, алотропні модифікації вуглецю, сильно відрізняються один від одного за своїми фізичними властивостями. Так, алмаз - це прозорі, дуже тверді і міцні кристали, кристалічна решітка має тетраедричну будова. У ній немає вільних електронів, тому алмаз не проводить електричний струм. Графіт - темно-сіре м`яке речовина з металевим блиском. Його кристалічна решітка має складну шарувату будову, а наявність в ній вільних електронів обумовлює електропровідність графіту.
8
При звичайних умовах карбон хімічно малоактивний, але при нагріванні він вступає в реакцію з багатьма простими і складними речовинами, виявляючи властивості як відновника, так і окислювача. Як відновник він взаємодіє з киснем, сіркою і галогенами:
C + O2 = CO2 (надлишок кисню),
2C + O2 = 2CO (недолік кисню),
C + 2S = CS2 (сірковуглець),
C + 2Cl2 = CCl4 (чотирихлористий вуглець).
9
Вуглець відновлює метали і неметали з їх оксидів, що активно використовується в металургії:
C + CuO = Cu + CO,
2C + PbO2 = Pb + 2CO.
10
Водяна пара, пропущений через розпечене вугілля, дає водяний газ - суміш водню і оксиду вуглецю (II):
C + H2O = CO + H2.
Цей газ використовують для синтезу таких речовин, як метанол.
11
Окисні властивості вуглецю виявляються в реакціях з металами і воднем. В результаті утворюються карбіди металів і метан:
4Al + 3C = Al4C3 (карбід алюмінію),
Ca + 2C = CaC2 (карбід кальцію),
C + 2H2 CH4.
Корисна порада
Промисловий карбід кальцію зазвичай отримують в реакції з негашеним вапном CaO, що видобувається з вапняку CaCO3:
CaCO3 = CaO + CO2 ,
CaO + 3C = CaC2 + CO .
Статті за темою "Властивості вуглецю як хімічного елемента"
Оцініть, будь ласка статтю