कार्बन

मुक्त अवस्था में, कार्बन 3 एलोट्रोपिक संशोधन बनाता है: हीरा, ग्रेफाइट और कृत्रिम रूप से प्राप्त कार्बाइन।

हीरे के क्रिस्टल में, प्रत्येक कार्बन परमाणु अपने चारों ओर समान दूरी पर रखे गए चार अन्य से मजबूत सहसंयोजक बंधों से बंधा होता है।

सभी कार्बन परमाणु sp3 संकरण की स्थिति में हैं। हीरे की परमाणु क्रिस्टल जाली में एक चतुष्फलकीय संरचना होती है।

हीरा एक रंगहीन, पारदर्शी, अत्यधिक अपवर्तक पदार्थ है। सभी ज्ञात पदार्थों में इसकी कठोरता सबसे अधिक है। हीरा भंगुर, दुर्दम्य है, खराब गर्मी का संचालन करता है और बिजली. आसन्न कार्बन परमाणुओं (0.154 एनएम) के बीच की छोटी दूरी हीरे के उच्च घनत्व (3.5 ग्राम/सेमी 3) को निर्धारित करती है।

ग्रेफाइट के क्रिस्टल जाली में, प्रत्येक कार्बन परमाणु sp2 संकरण की स्थिति में होता है और एक ही परत में स्थित कार्बन परमाणुओं के साथ तीन मजबूत सहसंयोजक बंधन बनाता है। प्रत्येक परमाणु के तीन इलेक्ट्रॉन, कार्बन, इन बंधों के निर्माण में शामिल होते हैं, और चौथा वैलेंस इलेक्ट्रॉन n-बॉन्ड बनाते हैं और अपेक्षाकृत मुक्त (मोबाइल) होते हैं। वे ग्रेफाइट की विद्युत और तापीय चालकता निर्धारित करते हैं।

एक ही तल में आसन्न कार्बन परमाणुओं के बीच सहसंयोजक बंधन की लंबाई 0.152 एनएम है, और विभिन्न परतों में सी परमाणुओं के बीच की दूरी 2.5 गुना अधिक है, इसलिए उनके बीच के बंधन कमजोर हैं।

ग्रेफाइट एक धात्विक चमक के साथ एक ग्रे-काले रंग के स्पर्श पदार्थ के लिए एक अपारदर्शी, नरम, चिकना है; गर्मी और बिजली का संचालन अच्छी तरह से करता है। ग्रेफाइट में हीरे की तुलना में कम घनत्व होता है और आसानी से पतले फ्लेक्स में विभाजित हो जाता है।

सुक्ष्म ग्रेफाइट की अव्यवस्थित संरचना संरचना का आधार है विभिन्न रूपअनाकार कार्बन, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं कोक, भूरे और काले कोयले, कालिख, सक्रिय (सक्रिय) कार्बन।

कार्बन का यह एलोट्रोपिक संशोधन एसिटिलीन के उत्प्रेरक ऑक्सीकरण (डीहाइड्रोपॉलीकंडेंसेशन) द्वारा प्राप्त किया जाता है। कार्बाइन एक श्रृंखला बहुलक है जिसके दो रूप हैं:

सी=सी-सी=सी-... और...=सी=सी=सी=

कार्बिन में अर्धचालक गुण होते हैं।

सामान्य तापमान पर, कार्बन (हीरा और ग्रेफाइट) के दोनों संशोधन रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं। ग्रेफाइट के महीन-क्रिस्टलीय रूप - कोक, कालिख, सक्रिय कार्बन - अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं, लेकिन, एक नियम के रूप में, उच्च तापमान पर पहले से गरम होने के बाद।

1. ऑक्सीजन के साथ बातचीत

सी + ओ 2 \u003d सीओ 2 + 393.5 केजे (अतिरिक्त ओ 2 में)

2C + O 2 \u003d 2CO + 221 kJ (O 2 की कमी के साथ)

कोयला दहन ऊर्जा के सबसे महत्वपूर्ण स्रोतों में से एक है।

2. फ्लोरीन और सल्फर के साथ बातचीत।

सी + 2 एफ 2 = सीएफ 4 कार्बन टेट्राफ्लोराइड

सी + 2 एस \u003d सीएस 2 कार्बन डाइसल्फ़ाइड

3. कोक उद्योग में उपयोग किए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण कम करने वाले एजेंटों में से एक है। धातु विज्ञान में, इसका उपयोग ऑक्साइड से धातुओं के उत्पादन के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए:

ZS + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + ZSO

सी + जेडएनओ = जेडएन + सीओ

4. जब कार्बन क्षार के ऑक्साइडों के साथ क्रिया करता है और क्षारीय पृथ्वी धातुकम धातु कार्बन के साथ मिलकर कार्बाइड बनाती है। उदाहरण के लिए: 3C + CaO \u003d CaC 2 + CO कैल्शियम कार्बाइड

5. कोक का उपयोग सिलिकॉन प्राप्त करने के लिए भी किया जाता है:

2C + SiO 2 \u003d Si + 2CO

6. कोक की अधिकता से सिलिकॉन कार्बाइड (कार्बोरंडम) SiC बनता है।

"वाटर गैस" प्राप्त करना (ठोस ईंधन गैसीकरण)

गर्म कोयले में जलवाष्प प्रवाहित करने पर CO तथा H2 का एक दहनशील मिश्रण प्राप्त होता है, जिसे जल गैस कहते हैं:

सी + एच 2 ओ \u003d सीओ + एच 2

7. ऑक्सीकरण अम्लों के साथ अभिक्रियाएँ।

सक्रिय या चारकोल, गर्म होने पर, आयनों NO 3 - और SO 4 2- को कम कर देता है केंद्रित एसिड:

सी + 4HNO 3 \u003d CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

सी + 2 एच 2 एसओ 4 \u003d सीओ 2 + 2 एसओ 2 + 2 एच 2 ओ

8. गलित क्षार धातु नाइट्रेट के साथ अभिक्रिया

KNO 3 और NaNO 3 में, कुचला हुआ कोयला एक अंधाधुंध लौ के निर्माण के साथ तीव्रता से जलता है:

5C + 4KNO 3 \u003d 2K 2 CO 3 + ZSO 2 + 2N 2

1. नमक जैसी कार्बाइड का निर्माण किसके साथ होता है सक्रिय धातु.

कार्बन के गैर-धातु गुणों का एक महत्वपूर्ण कमजोर होना इस तथ्य में व्यक्त किया जाता है कि ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में इसके कार्य कम करने वाले कार्यों की तुलना में बहुत कम हद तक प्रकट होते हैं।

2. केवल सक्रिय धातुओं के साथ प्रतिक्रियाओं में, कार्बन परमाणु नकारात्मक रूप से आवेशित आयनों C -4 और (C \u003d C) 2- में गुजरते हैं, जिससे नमक जैसी कार्बाइड बनती है:

ZS + 4Al \u003d अल 4 सी 3 एल्यूमीनियम कार्बाइड

2C + Ca \u003d CaC 2 कैल्शियम कार्बाइड

3. कार्बाइड आयन प्रकार- बहुत अस्थिर यौगिक, वे आसानी से एसिड और पानी की क्रिया के तहत विघटित हो जाते हैं, जो नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कार्बन आयनों की अस्थिरता को इंगित करता है:

अल 4 सी 3 + 12एच 2 ओ \u003d जेडएसएन 4 + 4एएल (ओएच) 3

सीएसी 2 + 2 एच 2 ओ \u003d सी 2 एच 2 + सीए (ओएच) 2

4. धातुओं के साथ सहसंयोजक यौगिकों का निर्माण

संक्रमण धातुओं के साथ कार्बन के मिश्रण के पिघलने में, सहसंयोजक प्रकार के बंधन के साथ मुख्य रूप से कार्बाइड बनते हैं। उनके अणुओं में एक परिवर्तनशील संरचना होती है, और सामान्य रूप से पदार्थ मिश्र धातुओं के करीब होते हैं। ऐसे कार्बाइड अत्यधिक प्रतिरोधी होते हैं, वे पानी, एसिड, क्षार और कई अन्य अभिकर्मकों के संबंध में रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं।

5. हाइड्रोजन के साथ बातचीत

उच्च टी और पी पर, निकल उत्प्रेरक की उपस्थिति में, कार्बन हाइड्रोजन के साथ जुड़ता है:

सी + 2 एच 2 → सीएच 4

प्रतिक्रिया बहुत प्रतिवर्ती है और इसका कोई व्यावहारिक महत्व नहीं है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (द्वितीय)- सीओ

(कार्बन मोनोआक्साइड , कार्बन मोनोआक्साइड, कार्बन मोनोआक्साइड)

भौतिक गुण:रंगहीन जहरीली गैस, स्वादहीन और गंधहीन, एक नीली लौ के साथ जलती है, हवा से हल्की, पानी में खराब घुलनशील। हवा में कार्बन मोनोऑक्साइड की मात्रा 12.5-74% विस्फोटक है।

रसीद:

1) उद्योग में

सी + ओ 2 \u003d सीओ 2 + 402 केजे

सीओ 2 + सी \u003d 2CO - 175 केजे

गैस जनरेटर में, जल वाष्प को कभी-कभी गर्म कोयले से उड़ाया जाता है:

सी + एच 2 ओ \u003d सीओ + एच 2 - क्यू,

सीओ + एच 2 का मिश्रण - संश्लेषण कहा जाता है - गैस.

2) प्रयोगशाला में- एच 2 एसओ 4 (सांद्रिक) की उपस्थिति में फॉर्मिक या ऑक्सालिक एसिड का थर्मल अपघटन:

एचसीओओएच t˚C, H2SO4 → H2O + CO

एच 2 सी 2 ओ 4 t˚C,H2SO4 →सीओ + सीओ 2 + एच 2 ओ

रासायनिक गुण:

सामान्य परिस्थितियों में, सीओ निष्क्रिय है;गर्म होने पर - कम करने वाला एजेंट;

सीओ - गैर-नमक बनाने वाला ऑक्साइड.

1) ऑक्सीजन के साथ

2सी +2 ओ + ओ 2 टी ˚ सी → 2सी +4 ओ 2

2) धातु आक्साइड के साथ सीओ + मी एक्स ओ वाई \u003d सीओ 2 + मी

सी +2 ओ + क्यूओ टी ˚ सी → u + सी +4 ओ 2

3) क्लोरीन के साथ (प्रकाश में)

CO + Cl 2 प्रकाश → COCl 2 (फॉसजीन एक जहरीली गैस है)

4)* क्षार गलन (दबाव में) के साथ अभिक्रिया करता है

CO + NaOH P → HCOONa (सोडियम फॉर्मेट)

जीवों पर कार्बन मोनोऑक्साइड का प्रभाव:

कार्बन मोनोऑक्साइड खतरनाक है क्योंकि यह रक्त के लिए हृदय और मस्तिष्क जैसे महत्वपूर्ण अंगों तक ऑक्सीजन ले जाना असंभव बना देता है। कार्बन मोनोऑक्साइड हीमोग्लोबिन के साथ मिलकर शरीर की कोशिकाओं तक ऑक्सीजन पहुंचाता है, जिसके परिणामस्वरूप यह ऑक्सीजन के परिवहन के लिए अनुपयुक्त हो जाता है। साँस की मात्रा के आधार पर, कार्बन मोनोऑक्साइड समन्वय को बाधित करता है, हृदय रोग को बढ़ाता है और थकान का कारण बनता है, सरदर्द, कमजोरी, मानव स्वास्थ्य पर कार्बन मोनोऑक्साइड का प्रभाव इसकी एकाग्रता और शरीर के संपर्क के समय पर निर्भर करता है। हवा में 0.1% से अधिक कार्बन मोनोऑक्साइड की सांद्रता एक घंटे के भीतर मृत्यु की ओर ले जाती है, और तीन मिनट के भीतर 1.2% से अधिक की सांद्रता।

कार्बन मोनोऑक्साइड के अनुप्रयोग:

कार्बन मोनोऑक्साइड मुख्य रूप से नाइट्रोजन के साथ मिश्रित दहनशील गैस, तथाकथित जनरेटर या वायु गैस, या हाइड्रोजन के साथ मिश्रित जल गैस के रूप में उपयोग किया जाता है। धातु विज्ञान में अपने अयस्कों से धातुओं की प्राप्ति के लिए। कार्बोनिल्स के अपघटन द्वारा उच्च शुद्धता वाली धातुएँ प्राप्त करना।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO2 - कार्बन डाइआक्साइड

भौतिक गुण:कार्बन डाइऑक्साइड, रंगहीन, गंधहीन, पानी में घुलनशीलता - 0.9V CO 2 1V H 2 O (सामान्य परिस्थितियों में) में घुल जाता है; हवा से भारी; t°pl.= -78.5°C (ठोस CO 2 को "सूखी बर्फ" कहा जाता है); दहन का समर्थन नहीं करता है।

अणु संरचना:

कार्बन डाइऑक्साइड के निम्नलिखित इलेक्ट्रॉनिक और संरचनात्मक सूत्र हैं -

3. कार्बनयुक्त पदार्थों का दहन:

सीएच 4 + 2ओ 2 → 2H2O+CO2

4. धीमी ऑक्सीकरण के साथ जैव रासायनिक प्रक्रियाएं(श्वास, सड़न, किण्वन)

रासायनिक गुण:

• पदनाम - सी (कार्बन);
• अवधि - II;
• समूह - 14 (आईवीए);
• परमाणु द्रव्यमान - 12.011;
• परमाणु संख्या - 6;
• एक परमाणु की त्रिज्या = 77 pm;
• सहसंयोजक त्रिज्या = 77 बजे;
• इलेक्ट्रॉनों का वितरण - 1s 2 2s 2 2p 2;
• गलनांक = 3550°C;
• क्वथनांक = 4827°C;
• इलेक्ट्रोनगेटिविटी (पॉलिंग के अनुसार / एल्प्रेड और रोचोव के अनुसार) = 2.55 / 2.50;
• ऑक्सीकरण अवस्था: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• घनत्व (एन.ए.) \u003d 2.25 ग्राम / सेमी 3 (ग्रेफाइट);
• मोलर आयतन = 5.3 सेमी 3 / मोल।

कार्बन यौगिक:

कार्बन के रूप में कार्बन अनादि काल से मनुष्य को ज्ञात है, इसलिए इसकी खोज की तारीख के बारे में बात करने का कोई मतलब नहीं है। दरअसल, कार्बन को इसका नाम 1787 में मिला, जब किताब "Method ." रासायनिक नामकरण", जिसमें फ्रांसीसी नाम "क्लीन कोल" (चारबोन पुर) के बजाय, "कार्बन" (कार्बोन) शब्द दिखाई दिया।

कार्बन में असीमित लंबाई की बहुलक श्रृंखला बनाने की अद्वितीय क्षमता है, जिससे यौगिकों के एक विशाल वर्ग को जन्म मिलता है, जिनका अध्ययन रसायन विज्ञान की एक अलग शाखा द्वारा किया जाता है - कार्बनिक रसायन शास्त्र. कार्बनिक यौगिककार्बन सांसारिक जीवन का आधार है, इसलिए कार्बन के महत्व के बारे में रासायनिक तत्व, यह कहने का कोई मतलब नहीं है - वह पृथ्वी पर जीवन का आधार है।

अब कार्बन को अकार्बनिक रसायन की दृष्टि से देखें।

चावल। कार्बन परमाणु की संरचना.

कार्बन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 1s 2 2s 2 2p 2 है (देखें परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना)। बाहरी ऊर्जा स्तर पर, कार्बन में 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं: 2 s-उप-स्तर पर युग्मित + 2 p-कक्षकों पर अयुग्मित। जब एक कार्बन परमाणु उत्तेजित अवस्था में जाता है (ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है), s-उप-स्तर से एक इलेक्ट्रॉन अपनी जोड़ी को "छोड़ देता है" और p-उप-स्तर पर चला जाता है, जहां एक मुक्त कक्षीय होता है। इस प्रकार, उत्तेजित अवस्था में, कार्बन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास निम्नलिखित रूप लेता है: 1s 2 2s 1 2p 3।

चावल। कार्बन परमाणु का उत्तेजित अवस्था में संक्रमण।

इस तरह के "कास्टलिंग" कार्बन परमाणुओं की वैलेंस संभावनाओं का काफी विस्तार करते हैं, जो ऑक्सीकरण अवस्था को +4 (सक्रिय गैर-धातुओं वाले यौगिकों में) से -4 (धातुओं के साथ यौगिकों में) तक ले जा सकते हैं।

असम्बद्ध अवस्था में, यौगिकों में कार्बन परमाणु की संयोजकता 2 होती है, उदाहरण के लिए, CO (II), और उत्तेजित अवस्था में इसमें 4: CO 2 (IV) होता है।

कार्बन परमाणु की "विशिष्टता" इस तथ्य में निहित है कि इसके बाहरी ऊर्जा स्तर पर 4 इलेक्ट्रॉन हैं, इसलिए, स्तर को पूरा करने के लिए (जो वास्तव में, किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु प्रयास करते हैं), यह दोनों दे सकता है और बनाने के लिए समान "सफलता" इलेक्ट्रॉनों के साथ संलग्न करें सहसंयोजी आबंध(सहसंयोजक बंधन देखें)।

एक साधारण पदार्थ के रूप में कार्बन

एक साधारण पदार्थ के रूप में, कार्बन कई एलोट्रोपिक संशोधनों के रूप में हो सकता है:

• हीरा
• सीसा
• फुलरीन
• काबैन

हीरा

चावल। क्रिस्टल सेलहीरा।

हीरा गुण:

• रंगहीन क्रिस्टलीय पदार्थ;
• अधिकांश ठोसप्रकृति में;
• एक मजबूत अपवर्तक प्रभाव है;
• गर्मी और बिजली का खराब संवाहक।

चावल। हीरा टेट्राहेड्रोन।

हीरे की असाधारण कठोरता को इसके क्रिस्टल जाली की संरचना द्वारा समझाया गया है, जिसमें टेट्राहेड्रोन का आकार होता है - टेट्राहेड्रोन के केंद्र में एक कार्बन परमाणु होता है, जो चार पड़ोसी परमाणुओं के साथ समान रूप से मजबूत बंधनों से जुड़ा होता है जो शिखर बनाते हैं। टेट्राहेड्रोन (ऊपर चित्र देखें)। ऐसा "निर्माण", बदले में, पड़ोसी टेट्राहेड्रा से जुड़ा हुआ है।

सीसा

चावल। ग्रेफाइट क्रिस्टल जाली।

ग्रेफाइट गुण:

• स्तरित संरचना के ग्रे रंग का नरम क्रिस्टलीय पदार्थ;
• एक धातु चमक है;
• बिजली का संचालन अच्छी तरह से करता है।

ग्रेफाइट में कार्बन परमाणु बनते हैं नियमित षट्भुज, एक ही तल में लेटे हुए, अनंत परतों में व्यवस्थित।

ग्रेफाइट में, आसन्न कार्बन परमाणुओं के बीच रासायनिक बंधन प्रत्येक परमाणु के तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉनों द्वारा बनते हैं (नीचे चित्र में नीले रंग में दिखाया गया है), जबकि प्रत्येक कार्बन परमाणु का चौथा इलेक्ट्रॉन (लाल रंग में दिखाया गया है), पी-ऑर्बिटल में स्थित है। , जो ग्रेफाइट परत के तल के लंबवत स्थित है, परत के तल में सहसंयोजक बंधों के निर्माण में भाग नहीं लेता है। इसका "उद्देश्य" अलग है - आसन्न परत में पड़े अपने "भाई" के साथ बातचीत करते हुए, यह ग्रेफाइट की परतों के बीच संबंध प्रदान करता है, और पी-इलेक्ट्रॉनों की उच्च गतिशीलता ग्रेफाइट की अच्छी विद्युत चालकता निर्धारित करती है।

चावल। ग्रेफाइट में कार्बन परमाणु के कक्षकों का वितरण।

फुलरीन

चावल। फुलरीन क्रिस्टल जाली।

फुलरीन गुण:

• फुलरीन अणु एक सॉकर बॉल की तरह खोखले गोले में बंद कार्बन परमाणुओं का एक संग्रह है;
• यह पीले-नारंगी रंग का महीन-क्रिस्टलीय पदार्थ है;
• गलनांक = 500-600°C;
• अर्धचालक;
• खनिज शुंगाइट का हिस्सा है।

काबैन

कार्बाइन गुण:

• अक्रिय काला पदार्थ;
• बहुलक रैखिक अणु होते हैं जिसमें परमाणु एकल और ट्रिपल बांडों को बारी-बारी से जोड़ते हैं;
• अर्धचालक।

कार्बन के रासायनिक गुण

सामान्य परिस्थितियों में, कार्बन एक अक्रिय पदार्थ है, लेकिन गर्म होने पर, यह विभिन्न प्रकार के सरल और जटिल पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है।

यह पहले ही ऊपर कहा जा चुका है कि कार्बन के बाहरी ऊर्जा स्तर पर 4 इलेक्ट्रॉन होते हैं (न तो वहां और न ही यहां), इसलिए कार्बन कुछ यौगिकों में प्रकट होकर इलेक्ट्रॉन दे सकता है और उन्हें स्वीकार कर सकता है। दृढ गुण, और दूसरों में - ऑक्सीकरण।

कार्बन है अपचायक कारकऑक्सीजन और अन्य तत्वों के साथ प्रतिक्रियाओं में जिनमें उच्च इलेक्ट्रोनगेटिविटी होती है (तत्वों की इलेक्ट्रोनगेटिविटी की तालिका देखें):

• हवा में गर्म होने पर, यह जलता है (कार्बन डाइऑक्साइड के निर्माण के साथ ऑक्सीजन की अधिकता के साथ; इसकी कमी के साथ - कार्बन मोनोऑक्साइड (II)):
  सी + ओ 2 \u003d सीओ 2;
  2C + O 2 \u003d 2CO।
• सल्फर वाष्प के साथ उच्च तापमान पर प्रतिक्रिया करता है, आसानी से क्लोरीन, फ्लोरीन के साथ बातचीत करता है:
  सी+2एस=सीएस2
  सी + 2सीएल 2 = सीसीएल 4
  2F2+C=CF4
• गर्म होने पर, यह कई धातुओं और अधातुओं को ऑक्साइड से पुनर्स्थापित करता है:
  सी 0 + क्यू +2 ओ \u003d क्यू 0 + सी +2 ओ;
  सी 0 + सी +4 ओ 2 \u003d 2 सी +2 ओ
• जल गैस बनाने के लिए 1000 डिग्री सेल्सियस (गैसीकरण प्रक्रिया) के तापमान पर पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है:
  सी + एच 2 ओ \u003d सीओ + एच 2;

कार्बन धातुओं और हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रियाओं में ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित करता है:

• धातुओं के साथ क्रिया करके कार्बाइड बनाती है:
  सीए + 2 सी = सीएसी 2
• हाइड्रोजन के साथ क्रिया करके कार्बन मीथेन बनाता है:
  सी + 2 एच 2 = सीएच 4

कार्बन अपने यौगिकों के थर्मल अपघटन या मीथेन के पायरोलिसिस (उच्च तापमान पर) द्वारा प्राप्त किया जाता है:
सीएच 4 \u003d सी + 2 एच 2.

कार्बन का अनुप्रयोग

कार्बन यौगिकों ने राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में सबसे व्यापक आवेदन पाया है, उन सभी को सूचीबद्ध करना संभव नहीं है, हम केवल कुछ ही इंगित करेंगे:

• ग्रेफाइट का उपयोग पेंसिल लीड, इलेक्ट्रोड, पिघलने वाले क्रूसिबल के निर्माण के लिए, परमाणु रिएक्टरों में न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में, स्नेहक के रूप में किया जाता है;
• हीरे का उपयोग गहनों में, काटने के उपकरण के रूप में, ड्रिलिंग उपकरण में, अपघर्षक सामग्री के रूप में किया जाता है;
• एक कम करने वाले एजेंट के रूप में, कार्बन का उपयोग कुछ धातुओं और गैर-धातुओं (लोहा, सिलिकॉन) को प्राप्त करने के लिए किया जाता है;
• कार्बन सक्रिय कार्बन का बड़ा हिस्सा बनाता है, जिसने रोजमर्रा की जिंदगी (उदाहरण के लिए, हवा और समाधान की सफाई के लिए एक सोखना के रूप में), और दवा (सक्रिय कार्बन टैबलेट) और उद्योग में (उत्प्रेरक के वाहक के रूप में) दोनों में व्यापक आवेदन पाया है। एडिटिव्स, एक पोलीमराइजेशन उत्प्रेरक आदि)।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV), कार्बोनिक एसिड और उनके लवण

मॉड्यूल का जटिल उद्देश्य:कार्बन (IV) के ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड प्राप्त करने की विधियों को जान सकेंगे; उसका वर्णन करें भौतिक गुण; अम्ल-क्षार गुणों की विशेषताओं को जान सकेंगे; रेडॉक्स गुणों की विशेषता।

कार्बन उपसमूह के सभी तत्व सामान्य सूत्र EO 2 के साथ ऑक्साइड बनाते हैं। CO2 और SiO2 अम्लीय गुण प्रदर्शित करते हैं, GeO 2, SnO 2, PbO 2 प्रदर्शित करते हैं उभयचर गुणअम्लीय की प्रबलता के साथ, और उपसमूह में ऊपर से नीचे तक अम्लीय गुण कमजोर हो जाते हैं।

कार्बन और सिलिकॉन के लिए ऑक्सीकरण राज्य (+4) बहुत स्थिर है, इसलिए यौगिक के ऑक्सीकरण गुणों को बड़ी मुश्किल से प्रदर्शित किया जाता है। जर्मेनियम उपसमूह में, यौगिकों के ऑक्सीकरण गुण (+4) अस्थिरता के कारण बढ़ जाते हैं उच्चतम डिग्रीऑक्सीकरण।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV), कार्बोनिक एसिड और उनके लवण

कार्बन डाइआक्साइडसीओ 2 (कार्बन डाइऑक्साइड) - सामान्य परिस्थितियों में, यह एक रंगहीन और गंधहीन गैस है, स्वाद में थोड़ी खट्टी, हवा से लगभग 1.5 गुना भारी, पानी में घुलनशील, आसानी से तरल हो जाती है - कमरे के तापमान पर इसे एक में बदलना फैशनेबल है लगभग 60 10 5 पा के दबाव में तरल। जब 56.2 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है, तो तरल कार्बन डाइऑक्साइड जम जाता है और बर्फीले द्रव्यमान में बदल जाता है।

सभी में एकत्रीकरण की स्थितिगैर-ध्रुवीय रैखिक अणुओं से मिलकर बनता है। CO2 की रासायनिक संरचना केंद्रीय कार्बन परमाणु के sp संकरण और अतिरिक्त p . के गठन से निर्धारित होती है आरआर-बांड: ओ = सी = ओ

वसीयत में घुले कुछ CO2 कार्बोनिक एसिड के निर्माण द्वारा इसके साथ परस्पर क्रिया करते हैं

सीओ 2 + एच 2 ओ - सीओ 2 एच 2 ओ - एच 2 सीओ 3।

कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट के गठन के साथ क्षार समाधान द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड बहुत आसानी से अवशोषित हो जाता है:

सीओ 2 + 2नाओएच \u003d ना 2 सीओ 3 + एच 2 ओ;

CO 2 + NaOH \u003d NaHCO 3.

सीओ 2 अणु ऊष्मीय रूप से बहुत स्थिर होते हैं, अपघटन केवल 2000ºC के तापमान पर शुरू होता है। इसलिए, कार्बन डाइऑक्साइड जलती नहीं है और पारंपरिक ईंधन के दहन का समर्थन नहीं करती है। लेकिन इसके वातावरण में कुछ जल रहे हैं सरल पदार्थ, जिनके परमाणु ऑक्सीजन के लिए एक उच्च आत्मीयता दिखाते हैं, उदाहरण के लिए, मैग्नीशियम, गर्म होने पर CO 2 के वातावरण में प्रज्वलित होता है।

कार्बोनिक एसिड और उसके लवण

कार्बोनिक एसिड एच 2 सीओ 3 - कनेक्शन नाजुक है, केवल जलीय घोल में मौजूद है। पानी में घुली अधिकांश कार्बन डाइऑक्साइड हाइड्रेटेड CO2 अणुओं के रूप में होती है, छोटा हिस्सा कार्बोनिक एसिड बनाता है।

वायुमंडलीय सीओ 2 के साथ संतुलन में जलीय घोल अम्लीय होते हैं: = 0.04 एम और पीएच? चार।

कार्बोनिक एसिड डिबासिक है, कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स से संबंधित है, चरणों में अलग हो जाता है (के 1 \u003d 4.4 10 -7; के 2 \u003d 4.8 10 -11)। जब CO2 को पानी में घोला जाता है, तो निम्नलिखित गतिशील संतुलन स्थापित होता है:

एच 2 ओ + सीओ 2 - सीओ 2 एच 2 ओ - एच 2 सीओ 3 - एच + + एचसीओ 3?

गर्म होने पर जलीय घोलकार्बन डाइऑक्साइड, गैस की घुलनशीलता कम हो जाती है, सीओ 2 समाधान से मुक्त हो जाता है, और संतुलन बाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है।

कार्बोनिक एसिड के लवण

द्विक्षारकीय होने के कारण, कार्बोनिक अम्ल लवणों की दो श्रृंखलाएँ बनाता है: मध्यम लवण (कार्बोनेट) और अम्लीय (हाइड्रोकार्बोनेट)। कार्बोनिक अम्ल के अधिकांश लवण रंगहीन होते हैं। कार्बोनेटों में से केवल क्षार धातु और अमोनियम लवण ही पानी में घुलनशील होते हैं।

पानी में, कार्बोनेट हाइड्रोलिसिस से गुजरते हैं, और इसलिए उनके समाधान में क्षारीय प्रतिक्रिया होती है:

ना 2 CO 3 + H 2 O - NaHCO 3 + NaOH।

आगे कार्बोनिक एसिड के गठन के साथ हाइड्रोलिसिस व्यावहारिक रूप से सामान्य परिस्थितियों में नहीं होता है।

पानी में बाइकार्बोनेट का विघटन भी हाइड्रोलिसिस के साथ होता है, लेकिन बहुत कम हद तक, और माध्यम थोड़ा क्षारीय (पीएच? 8) होता है।

अमोनियम कार्बोनेट (एनएच 4) 2 सीओ 3 ऊंचे और यहां तक ​​कि सामान्य तापमान पर अत्यधिक अस्थिर है, विशेष रूप से जल वाष्प की उपस्थिति में, जो मजबूत हाइड्रोलिसिस का कारण बनता है

मजबूत एसिड और यहां तक ​​कि कमजोर सिरका अम्लकार्बोनेट से कार्बोनिक एसिड को विस्थापित करें:

के 2 सीओ 3 + एच 2 एसओ 4 \u003d के 2 एसओ 4 + एच 2 ओ + सीओ 2 ^।

अधिकांश कार्बोनेट के विपरीत, सभी हाइड्रोकार्बन पानी में घुलनशील होते हैं। वे समान धातुओं के कार्बोनेट की तुलना में कम स्थिर होते हैं और गर्म होने पर आसानी से विघटित हो जाते हैं, संबंधित कार्बोनेट में बदल जाते हैं:

2केएचसीओ 3 \u003d के 2 सीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2 ^;

सीए (एचसीओ 3) 2 \u003d सीएसीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2 ^।

मजबूत अम्लबाइकार्बोनेट कार्बोनेट की तरह विघटित होते हैं:

केएचसीओ 3 + एच 2 एसओ 4 \u003d केएचएसओ 4 + एच 2 ओ + सीओ 2

कार्बोनिक एसिड के लवण से उच्चतम मूल्यहै: सोडियम कार्बोनेट (सोडा), पोटेशियम कार्बोनेट (पोटाश), कैल्शियम कार्बोनेट (चाक, संगमरमर, चूना पत्थर), सोडियम बाइकार्बोनेट (बेकिंग सोडा) और बेसिक कॉपर कार्बोनेट (CuOH) 2 CO 3 (मैलाकाइट)।

कार्बोनिक एसिड के मूल लवण पानी में व्यावहारिक रूप से अघुलनशील होते हैं और गर्म होने पर आसानी से विघटित हो जाते हैं:

(क्यूओएच) 2 सीओ 3 \u003d 2 क्यूओ + सीओ 2 + एच 2 ओ।

सामान्य तौर पर, कार्बोनेट्स की थर्मल स्थिरता उन आयनों के ध्रुवीकरण गुणों पर निर्भर करती है जो कार्बोनेट बनाते हैं। कार्बोनेट आयन पर धनायन का ध्रुवीकरण प्रभाव जितना अधिक होगा, नमक का अपघटन तापमान उतना ही कम होगा। यदि धनायन को आसानी से विकृत किया जा सकता है, तो कार्बोनेट आयन का भी धनायन पर ध्रुवीकरण प्रभाव पड़ेगा, जिससे नमक के अपघटन के तापमान में तेज कमी आएगी।

सोडियम और पोटेशियम कार्बोनेट बिना अपघटन के पिघल जाते हैं, जबकि अधिकांश शेष कार्बोनेट गर्म होने पर धातु ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड में विघटित हो जाते हैं।

(चतुर्थ) (सीओ 2कार्बन डाइऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड)यह एक रंगहीन, स्वादहीन, गंधहीन गैस है जो हवा से भारी होती है और पानी में घुलनशील होती है।

सामान्य परिस्थितियों में, ठोस कार्बन डाइऑक्साइड तरल अवस्था को दरकिनार करते हुए तुरंत गैसीय अवस्था में चली जाती है।

कार्बन मोनोऑक्साइड की अधिक मात्रा से लोगों का दम घुटने लगता है। 3% से अधिक की एकाग्रता से तेजी से सांस लेने में मदद मिलती है, और 10% से अधिक चेतना और मृत्यु का नुकसान होता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड के रासायनिक गुण।

कार्बन मोनोआक्साइड - यह कार्बोनिक एनहाइड्राइड है एच 2 सीओ 3।

जब कार्बन मोनोऑक्साइड को कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड (चूने के पानी) से गुजारा जाता है, तो एक सफेद अवक्षेप देखा जाता है:

सीए(ओह) 2 + सीओ 2 = CaCO 3 ↓ + एच 2 हे

यदि कार्बन डाइऑक्साइड को अधिक मात्रा में लिया जाता है, तो हाइड्रोकार्बन का निर्माण देखा जाता है, जो पानी में घुल जाता है:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 \u003d Ca (HCO 3) 2,

जो गर्म करने पर विघटित हो जाते हैं।

2केएनसीओ 3 \u003d के 2 सीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2

कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग।

कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग विभिन्न उद्योगों में किया जाता है। रासायनिक उत्पादन में - एक सर्द के रूप में।

पर खाद्य उद्योगइसे एक संरक्षक E290 के रूप में उपयोग करें। हालांकि उन्हें "सशर्त रूप से सुरक्षित" सौंपा गया था, वास्तव में ऐसा नहीं है। डॉक्टरों ने साबित कर दिया है कि E290 के बार-बार खाने से जहरीले जहरीले यौगिक का संचय होता है। इसलिए, आपको उत्पादों पर लेबल को ध्यान से पढ़ने की जरूरत है।