Південно-Уральськийдержавний університет
Кафедра ЕН
Характеристикахімічного елемента
№ 6 Вуглець
Виконав:
студентгрупи ММВ-335
Коробатов М.В.
Перевіриввикладач:
МельниченкоВ. Г.
р. Міас 2006м.
Історія відкриття.
Вуглецьвідомий з глибокої старовини. Деревне вугілля служило для відновленняметалів з руд, алмаз - як коштовний камінь. Значно пізніше стализастосовувати графіт для виготовлення олівців.
В1778 К. Шеєле , нагріваючи графіт з селітрою, виявив, що при цьому, які при нагріванні вугілля з селітрою, виділяється вуглекислий газ. Хімічний складалмаза був встановлений в результаті дослідів А. Лавуазьє (1772) по вивченнюгоріння алмаза на повітрі і досліджень С. Теннанта (1797),довело, що однакові кількості алмаза і вугілля дають при окисленні рівнікількості вуглекислого газу. Вуглець був визнаний хімічним елементом в 1789Лавуазьє. Латинська назва carboneum Вуглець отримав від carbo - вугілля. [1].
2. Поширення вуглецюв природі, включаючи живі організми.
За змістом в земній корі вуглець займає 17-емісце серед елементів: на його частку припадає близько 0,14 ат. % Від загального числаатомів земної кори. Разом з тим значення вуглецю надзвичайно велике, тому йогосполуки є основою всіх живих організмів. В середньому живі організми,складові біосферу, на 18 вагу. % Складаються з вуглецю (в тілі людини 19,37%вуглецю).
Велика частина вуглецю зосереджена в природнихкарбонатах (СаСО 3 - вапняк , мармур, крейда , СаСО 3 • МgСО 3 - доломіт , МgС0 3 - Магнезит ) і в горючих копалин (нафта, кам'яне і буре вугілля, торф,
горючі сланці, природні горючі гази). До складу атмосфери вуглець входить довигляді вуглекислого газу СО 2 (0,03 об.%), в розчиненому стані СO 2 знаходиться в природнихводах (в гідросфері його в 60 разів більше, ніж в атмосфері).
Вільнийвуглець зустрічається у вигляді алмазу, графіту і так званого аморфного вуглецю (мелкодісперсний графіт, основні різновиди - вугілляі сажа). Деякі кам'яні вугілля на 98% складаються з вуглецю. [2].
Аналізпротиріч.
У джерелі[2] написано що, деякі кам'яні вугілля на 98% складаються з вуглецю, а вджерело [5] написано що, деякі з копалин вугілля містять 99%вуглецю.
Я вважаювірним літературне джерело [2] так як він більш новий (2003 р.).
3. Фізичнівластивості.
Вуглецьє першим елементом у четвертій групі періодичної системи. Його атомнийвага 12,01115. [5].
алотропні модифікації вуглецю - алмаз і графіт- Різко відрізняються за фізичними властивостями.
Алмаз - прозорі кристали, дуже тверді.Твердість алмазу пояснюється будовою його кристалічної решітки, чотири валентнихелектрона кожного атома вуглецю в алмазі утворюють міцні ковалентні зв'язки зіншими атомами вуглецю. Кристалічна решітка алмаза має тетраедричнубудову. Відстань між усіма атомами вуглецю однакове.Щільність алмазу дорівнює 3,51 г/см 3 . Алмаз проводитьелектричний струм, так як в його кристалічній решітці відсутні вільніелектрони.
Графіт - м'яке темно-сіра речовина зметалевим блиском. Щільність його коливається від 2,17 до 2,3 г/см 3 .Кристалічна решітка графіту має складне шарувату будову. Відстаньміж шарами в кристалі графіту більше відстані між сусідніми атомамивуглецю в одній площині в 2,5 рази, тому зв'язок між атомамивуглецю в одному шарі набагато міцніше, ніж зв'язок між атомами вуглецю,знаходяться в різних шарах. Кожен атомвуглецю в кристалічній решітці
графіту утворює три міцні ковалентні зв'язки затомами вуглецю, розташованими в тому ж шарі. В утворенні цих зв'язківберуть участь три електрони атома вуглецю, а четвертий валентний електрон євідносно вільним. Наявність вільних електронів обумовлюєелектропровідність графіту. [3].
Вугілля (особливо деревне) володіє великоюадсорбційної здатністю. Адсорбційна здатність вугілля обумовлюється йогопористістю. Чим більше часу, тим більше поверхня вугілля і тим більшеадсорбційна здатність. Зазвичай пори деревного вугілля частково заповненірізними речовинами, що знижує його адсорбційну здатність. Для посиленняадсорбції вугілля піддають спеціальній обробці - нагрівають в струмені водяноїпара, щоб звільнити його пори від забруднюючих речовин. Оброблений такимчином вугілля називається активним. [4].
4. Хімічні властивості.
З аллотропических видозмін вуглецю легшеінших вступає в реакцію аморфний вугілля.
З киснем вуглець утворює два головних окисла- Двоокис вуглецю, або вугільний ангідрид, часто званий також вуглекислимгазом СО 2 , і окис вуглецю СО. Крім них, відомі ще оксидискладу З 3 Про 2 і С 12 Про 9 .
При дуже високих температурах вуглецьз'єднується з воднем, сіркою, кремнієм, бором і багатьма металами. [5].
При звичайній температурі вугілля вельми інертний. Йогохімічна активність проявляється лише при високих температурах. В якостіокислювача вугілля реагує з деякими металами і неметалами. З'єднаннявуглецю з металами називаються карбідами .
Наприклад:
4А1 + ЗС = Al 4 З 3
карбід
алюмінію
Велике практичне значення має карбідкальцію, який виходить нагріванням вапна СаО та коксу в електропечах:
СаО + ЗС = Сас 2 + СО
Карбід кальцію
З воднем вугілля в присутності нікелевогокаталізатора і при нагріванні утворює метан - основну складову частинуприродних горючих газів:
С + 2H 2 = СH 4
Однак для вугілля більш характерні реакції, вяких він проявляє відновні властивості. Це має місце при повномузгорянні вуглецю будь аллотропной модифікації:
С + Про 2 = СО 2
Вугілля відновлює залізо, мідь, цинк.,свинець та інші метали з їх оксидів, що широко використовується в металургіїпри отриманні цих металів. Наприклад:
2ZnО + С = 2Zn + СО 2
Дуже важливехімічна властивість вуглецю - здатність його атомів утворювати міцнізв'язку між собою - вуглецеві ланцюги. [4].
5. Отримання вуглецю.
Вугілля.
При термічному розкладанні вуглецевихсполук утворюється чорна маса - вугілля і виділяються летючі продукти. Вугілляявляє собою тонкоподрібнений графіт. Найбільш важливими сортами вугілляє кокс, деревне вугілля та сажа.
Кокс.
Кокс виходить при нагріванні кам'яного вугілля бездоступу повітря.
Деревне угльвиходить при обвуглювання деревини (нагрівання без доступу або принезначному доступі повітря).
Сажа.
Сажа виходить з вуглеводнів (природногогазу, ацетилену, скипидару та ін) спалюванням їх при обмеженому доступі повітря(Або термічним розкладанням у відсутність повітря). [4].
Двоокис вуглецю.
У лабораторіях двоокис вуглецюзазвичай отримують, діючи на мармур СаСОз соляною кислотою:
СаСО 3 + 2НС1 = СаС1 2 + Н 2 Про+ СО 2
У промисловості великі кількості двоокисувуглецю одержують як побічний продукт при випалюванні вапна:
СаСО 3 = СаО + СО 2 [5].
6. Застосуваннявуглецю і його сполук.
Технічні алмази застосовують для шліфування особливотвердих матеріалів і різання гірських порід. Крупні алмази піддають огранюванню(Отримують діаманти) і використовують у ювелірних прикрасах.
З графіту роблять електроди (в промисловомуелектролізі), сповільнювачі нейтронів в ядерних реакторах і грифелі олівців.Графіт використовують як мастильного матеріалу.
Кокс застосовують у металургії як відновник.
Сажу використовують як...
