Углерод и его соединения

---

📘 Тема 8: Углерод и его соединения

---

🔷 1. Общие сведения об углероде

• Химический символ: C
• Порядковый номер: 6
• Атомная масса: 12
• Положение в ПСХЭ: IV группа (14 группа), главная подгруппа.
• Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p²
• Степени окисления: –4 (CH₄), +2 (CO), +4 (CO₂), 0 (C).

---

🔷 2. Аллотропия углерода

1. Алмаз

• Прозрачный кристалл, твёрдый, не проводит электричество.
• Структура: каждый атом связан с 4 атомами (sp³-гибридизация).

2. Графит

• Чёрный, мягкий, электропроводный.
• Слоистая структура, sp²-гибридизация.

3. Фуллерены, графен, нанотрубки (современные модификации).

---

🔷 3. Физические свойства углерода

• Нерастворим в воде.
• Высокая температура плавления и кипения.
• Алмаз — твёрдый; графит — мягкий, электропроводный.

---

🔷 4. Химические свойства углерода

1. С кислородом:

$$C + O_2 \to CO_2$$

(избыток O₂).

$$2C + O_2 \to 2CO$$

(недостаток O₂).

2. С металлами (карбиды):

$$Ca + 2C \to CaC_2$$

3. С водородом (при t, катализатор):

$$C + 2H_2 \xrightarrow{t, kat} CH_4$$

---

🔷 5. Соединения углерода

1. Оксид углерода(II) (CO)

• Бесцветный газ, без запаха, ядовитый.
• Получение:

$$2C + O_2 \to 2CO$$ $$Zn + H_2SO_4(конц.) \to ZnSO_4 + CO↑$$

• Химические свойства: восстановитель.

$$CO + Fe_2O_3 \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO_2$$

---

2. Оксид углерода(IV) (CO₂)

• Бесцветный газ, тяжелее воздуха.
• Получение:

$$C + O_2 \to CO_2$$ $$CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2$$

• Свойства:

  • С водой:
  $$CO_2 + H_2O ⇌ H_2CO_3$$

---

3. Карбоновые кислоты (H₂CO₃)

• Слабая, двухосновная кислота.
• Образует соли: карбонаты (CO₃²⁻) и гидрокарбонаты (HCO₃⁻).

---

4. Карбиды

• Ионные: CaC₂ (при взаимодействии с водой выделяет ацетилен).

$$CaC_2 + 2H_2O \to C_2H_2 + Ca(OH)_2$$

• Ковалентные: SiC (карборунд, твёрдый абразив).

---

🔷 6. Получение углерода и его соединений

• C: кокс, древесный уголь.
• CO: при недостатке кислорода.
• CO₂: горение, разложение карбонатов.

---

🔷 7. Применение

• Уголь: топливо, восстановитель.
• Алмаз: абразивы, резка.
• Графит: электроды, смазки.
• CO: восстановитель в металлургии.
• CO₂: газировка, огнетушители, хладоагент.
• CaC₂: получение ацетилена.

---

🔷 8. Важные реакции для ОРТ

1. $C + O_2 \to CO_2$
2. $2C + O_2 \to 2CO$

---