Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Топ:
Техника безопасности при работе на пароконвектомате: К обслуживанию пароконвектомата допускаются лица, прошедшие технический минимум по эксплуатации оборудования...
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного...
Теоретическая значимость работы: Описание теоретической значимости (ценности) результатов исследования должно присутствовать во введении...
Интересное:
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Дисциплины:
2020-05-06 | 791 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
ОКСИД УГЛЕРОДА(II) CO, или угарный газ, при обычных условиях — газ без цвета и запаха, t пл = –205 ° C, t кип = = –191,5 ° C. Он сильно ядовит, горит голубоватым пламенем, легче воздуха, плохо растворим в воде (2,3 объема CO на 100 объемов H2O при 293 К).
Угарный газ образуется при сжигании углерода в недостатке кислорода, кроме того, CO можно получать при взаимодействии раскаленного угля с водяным паром или с диоксидом углерода:
C + H2O CO + H2;
CO2 + C →2CO.
Получение. В лаборатории CO получают обезвоживанием муравьиной или щавелевой кислот в присутствии серной кислоты как водоотнимающего средства:
HCOOH → CO + H 2 O;
H 2 C 2 O 4 → CO + CO 2 + H 2 O.
Химические свойства. 1. При пропускании оксида углерода(II) в расплав щелочи при высоком давлении образуется соль муравьиной кислоты:
CO + KOH = HCOOK.
Эта реакция, а также лабораторный способ получения CO обезвоживанием муравьиной кислоты позволяют формально считать, что CO — ангидрид муравьиной кислоты. Однако это утверждение именно формально, поскольку обратный процесс получения муравьиной кислоты при гидратации монооксида углерода осуществить нельзя.
Степень окисления углерода в монооксиде углерода — +2 — не соответствует строению молекулы CO, в которой помимо двух связей, образованных при спаривании электронов углерода и кислорода, имеется еще одна, образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода (изображена стрелкой):
Наличие тройной связи объясняет прочность молекулы CO и ее низкую реакционную способность при обычной температуре. В обычных условиях монооксид углерода не взаимодействует с водой, щелочами и кислотами.
2. При повышенной температуре CO взаимодействует с кислородом и оксидами металлов:
|
2CO + O2 = 2CO2;
FeO + CO = Fe + CO2 .
3. При пропускании смеси угарного газа с хлором через слой активированного угля можно получить отравляющее вещество — ядовитый газ фосген, вызывающий паралич дыхательных путей:
CO + Cl2 = COCl2.
4. При нагревании монооксида углерода с водородом при повышенном давлении образуется метиловый спирт:
CO + 2H2 → С H3OH.
Карбонилы. Оксид углерода(II) взаимодействует со многими переходными металлами с образованием летучих соединений — карбонилов:
Ni + 4CO = Ni(CO)4.
В молекуле CO у атома углерода имеется неподеленная электронная пара, которая обусловливает донорные свойства этой молекулы. Ковалентная связь Ni – C в молекуле карбонила никеля образуется по донорно-акцепторному механизму, причем электронная плотность смещается от атома углерода к атому никеля. Увеличение отрицательного заряда на атоме металла компенсируется участием его d -электронов в образовании связи, поэтому степень окисления металла в карбониле равна нулю.
Карбонилы металлов растворимы в неполярных растворителях, летучи. Их используют для получения чистых металлов, поскольку при нагревании они разлагаются на металл и оксид углерода(II). Для определения состава карбонилов используют так называемое правило 18 электронов: суммарное число валентных электронов металла и электронов, предоставляемых молекулами CO (по 2 от каждой), должно быть равно 18. Металлы с нечетным атомным номером не могут образовать таким путем 18-электронную оболочку, поэтому для них характерны полимерные (в основном димерные) карбонилы, например [Mn(CO)5]2. В димерных карбонилах возникает связь металл — металл, и молекулы CO осуществляют мостиковую связь.
Оксид углерода СО является хорошим восстановителем солей серебра из из аммиачных растворов его солей:
2[Ag(NH3)2]OH + CO = 2Ag↓ + (NH4)2CO3 + 2 NH3
ОКСИД КРЕМНИЯ(II) SiO получают совместным испарением в вакууме смеси SiO2 и Si при температуре 1100–1300 ° С. Для восстановления оксида SiO2 в монооксид SiO можно также применять водород или углерод, процессы при этом необходимо вести при температуре 1000 ° С.
|
SiO2 + H2 = SiO + H2O;
SiO2 + C = SiO + CO.
Оксид кремния(II) представляет собой коричневый порошок, который на воздухе быстро окисляется в диоксид. В щелочах и плавиковой кислоте SiO легко растворяется.
Это соединение используют в основном как пигмент для масляных красок и полирующее вещество.
ОКСИД УГЛЕРОДА(IV) (диоксид углерода, углекислый газ, угольный ангидрид) CO2 — газ без цвета и запаха, не поддерживающий дыхания и горения, тяжелее воздуха, t пл = –57 ° C при давлении 5 атм, растворим в воде (88 объемов CO2 в 100 объемах H2O при 20 ° С). При обычном давлении твердый диоксид углерода переходит в газообразное состояние, минуя жидкое (сублимируется). При обычной температуре под давлением 60 атм газ превращается в жидкость. Молекула CO2 линейная, с двумя двойными связями:
O=C=O
В промышленности для получения оксида углерода(IV) используют высокотемпературное разложение мрамора:
CaCO3 →CaO + CO2 .
В лаборатории для получения больших количеств диоксида углерода на мрамор действуют соляной кислотой:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2 .
Для обнаружения выделяющегося CO2 его пропускают через известковую воду, при этом выпадает белый осадок карбоната кальция:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O.
Необходимо помнить, что в атмосфере CO 2 зажженый магний не гаснет, а продолжает гореть:
2Mg + CO2 = 2MgO + C
УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА H2CO3 в незначительных количествах образуется при растворении углекислого газа в воде, при этом в растворе существуют следующие равновесия:
H2O + CO2 ↔ H2CO3 ↔ H+ + ↔ 2H+.
При 25 ° С K 1 = 4 × 10–7, K 2 = 5 × 10–11. Угольная кислота — очень слабая и неустойчива в свободном виде. Она имеет следующее строение:
Как двухосновная кислота она образует средние соли ¾ карбонаты и кислые ¾ гидрокарбонаты. При действии на соли угольной кислоты сильных кислот выделяется углекислый газ, что используют как качественную реакцию на эти соли:
NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 + H2O;
BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + CO2 + H2O.
Из всех карбонатов в воде растворимы только карбонаты щелочных металлов (Li2CO3 растворим хуже всех) и аммония. Гидрокарбонаты большинства металлов хорошо растворимы в воде.
Под действием избытка оксида углерода(IV) нерастворимые в воде карбонаты превращаются в растворимые гидрокарбонаты:
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2.
|
При нагревании гидрокарбонаты распадаются на карбонаты, углекислый газ и воду:
2NaHCO3 →Na2CO3 + H2O + CO2 .
Все карбонаты, кроме термически устойчивых карбонатов щелочных металлов, при нагревании разлагаются на оксид металла и диоксид углерода:
CaCO3 →CaO + CO2 .
Кроме средних и кислых карбонатов, известны основные карбонаты. Они образуются при действии на соли малоактивных металлов средними карбонатами:
2CuSO4 + 3Na2CO3 + 2H2O = Cu(OH)2·CuCO3 + 2NaHCO3 + 2Na2SO4.
Основной карбонат меди Cu(OH)2·CuCO3 известен в природе под названием «малахит».
Из солей угольной кислоты наибольшее практическое значение имеют сода Na2CO3 и ее различные кристаллогидраты: Na2CO3 × 10H2O (кристаллическая сода), Na2CO3 × 7H2O и Na2CO3 × H2O, а также поташ K2CO3, мел, известняк и мрамор, имеющие состав CaCO3.
ОКСИД КРЕМНИЯ(IV), или кремнезем, SiO2 ¾ твердое, очень тугоплавкое вещество (температура плавления более 1700 ° С), встречается в природе в виде минералов кварца, кристобалита и тридимита.
При обычной температуре устойчивой модификацией является кварц, с ростом температуры наблюдаются полиморфные превращения:
кварц →тридимит →кристобалит→ расплав.
Строение. Во всех своих модификациях диоксид кремния всегда полимерен (SiO2) n и построен из тетраэдров [SiO4], образующих очень прочную атомную решетку. Каждый атом кремния в кристаллах (SiO2) n окружен четырьмя атомами кислорода, которые являются мостиковыми и связывают под разными углами тетраэдры [SiO4]. В результате образуется трехмерная кристаллическая решетка, в которой взаимное расположение тетраэдров [SiO4] в пространстве определяет ту или иную модификацию кремнезема.
Кварц встречается в природе в виде хорошо сформированных бесцветных кристаллов, называемых горным хрусталем. Существуют и окрашенные разновидности кварца: розовый кварц, фиолетовый (аметист), темно-коричневый (дымчатый топаз), зеленый (хризопраз). Мелкокристаллическая модификация кварца с примесями других веществ называется халцедоном. Разновидностями халцедона являются агат, яшма и др. Горный хрусталь и окрашенные разновидности кварца используют как драгоценные и полудрагоценные камни.
Кварц широко применяют в различных областях науки, техники и микроэлектроники, и часто для нужд последней выращивают искусственные кристаллы с определенными параметрами кристаллической решетки.
|
Некоторые кристаллы кварца способны вращать плоскость поляризации света, причем могут быть как право-, так и левовращающими. Те и другие кристаллы отличаются друг от друга как предмет от своего зеркального изображения. Такие кристаллы являются оптическими изомерами.
Тридимит в небольших количествах встречается в вулканических породах. Известен тридимит и метеоритного происхождения. Кристобалит, как и тридимит, иногда встречается в виде мелких кристаллов, включенных в лаву. Тридимит и кристобалит обладают более рыхлой структурой, нежели кварц. Так, плотность кристобалита, тридимита и кварца равна соответственно 2,32; 2,26 и 2,65 г/см3.
При медленном охлаждении расплава кремнезема образуется аморфное кварцевое стекло. Кремнезем в виде стекла встречается и в природе. Плотность аморфного стекла равна 2,20 г/см3 — ниже, чем у всех кристаллических модификаций. При температуре выше 1000 ° С кварцевое стекло «расстекловывается» и переходит в кристобалит, поэтому в кварцевой лабораторной посуде можно проводить эксперименты только при температурах ниже 1000 ° С.
Химические свойства. 1. Все формы SiO2 в воде практически нерастворимы, при обычных условиях на них действуют лишь растворы щелочей, фтор, газообразный фтороводород и плавиковая кислота:
SiO2 + 2KOH = K2SiO3 + H2O;
SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O;
SiO2 + 6HF = H2[SiF6]+ 2H2O.
Последнюю реакцию используют при травлении стекла.
2. Диоксид кремния — типичный кислотный оксид, поэтому при сплавлении он реагирует с основными оксидами, щелочами и карбонатами с образованием силикатов:
SiO2 + CaO = CaSiO3;
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O ;
SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2 .
Приведенные выше реакции диоксида кремния с оксидами и солями лежат в основе промышленного получения различных стекол, а также цемента.
Стекла. Обычное стекло, имеющее состав Na2O × CaO × 6SiO2, получают сплавлением смеси соды, песка и известняка при температуре около 1400 ° С до полного удаления газов:
Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = Na2O × CaO × 6SiO2 + 2CO2 .
При добавлении оксидов бария, свинца и бора получают специальные сорта стекол, например огнеупорные, небьющиеся. Для получения цветных стекол используют различные оксиды переходных металлов, например добавка оксида кобальта(III) Co2O3 дает синий цвет, оксида хрома(III) Cr2O3 ¾ зеленый, диоксида марганца MnO2 ¾ розовый.
Цементы. Силикаты широко используют для производства цемента — вяжущего материала, который при смешивании с водой затвердевает. Можно выделить два типа цементов по принципу их схватывания ¾ обычный цемент и портланд цемент. Процесс схватывания обычного цемента происходит вследствие образования карбоната кальция при взаимодействии углекислого газа воздуха и силиката кальция:
|
CaSiO3 + CO2 + H2O = CaCO3 + H2SiO3.
Схватывание портланд цемента происходит в результате гидролиза силикатов с последующим образованием нерастворимых кристаллогидратов:
Ca3SiO5 + H2O = Ca2SiO4 + Ca(OH)2;
Ca2SiO4 + 4H2O = Ca2SiO4 × 4H2O.
Кремниевые кислоты получают действием минеральных кислот на растворы силикатов или гидролизом галогенидов и сульфидов кремния, поскольку прямое взаимодействие кремнезема с водой невозможно.
Состав кремниевых кислот можно выразить общей формулой x SiO2 × y H2O, где x и y ¾ целые числа. При x = 1, y = 1: получаем SiO2 × H2O т. е. H2SiO3 ¾ метакремниевую кислоту; при x = 1, y = 2 — SiO2 × 2H2O, т. е. H4SiO4 ¾ орто кремниевую кислоту; при x = 2, y = 1 — 2SiO2 × H2O, т. е. H2Si2O5 ¾ двуметакремниевую кислоту.
Если y > 2, то кислоты относят к поликремниевым.
Силикаты — соли метакремниевой, или просто кремниевой кислоты H2SiO3. Из них в воде растворимы только силикаты натрия и калия, называемые жидким стеклом. Жидкое стекло используют для укрепления грунтов, для изготовления силикатного клея и огнеупорных тканей. Остальные силикаты ¾ тугоплавкие, нерастворимые в воде вещества. При нагревании кремниевая кислота разлагается:
H2SiO3 →SiO2 + H2O.
При хранении на воздухе растворы силикатов мутнеют из-за вытеснения кремниевой кислоты углекислым газом, содержащимся в воздухе: кремниевая кислота слабее угольной; константа диссоциации H2SiO3 по первой ступени равна 2,2 × 10–10.
Реакция силикатов с углекислым газом является качественной для обнаружения силикат-ионов:
Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2SiO3.
Водные растворы растворимых силикатов имеют сильнощелочную реакцию среды вследствие гидролиза:
K2SiO3 + H2O 2KOH + H2SiO3.
Карбиды и силициды
Соединения углерода и кремния с менее электроотрицательными элементами (чаще всего с металлами) называют карбидами и силицидами. Кроме реакций, уравнения которых приведены выше (см. § 13.2), для получения силицидов используют сплавление гидридов металлов с кремнием:
2CaH2 + Si = Ca2Si + 2H2;
восстановление металлов из их оксидов кремнием или углеродом в присутствии оксида кремния:
2CaO + 3Si = 2CaSi + SiO2;
CaO + SiO2 + 3C = CaSi + 3CO;
взаимодействие металлов с SiCl4 в атмосфере водорода:
Ba + SiCl4 + 2H2 = BaSi + 4HCl.
Все эти реакции протекают при высокой температуре и иногда при повышенном давлении.
Среди ионных карбидов выделяют так называемые метаниды и ацетилениды. Метаниды можно рассматривать как производные метана, содержащие углерод в степени окисления –4: Be2C, Al4C3. Они интенсивно разлагаются водой с выделением метана:
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4.
Ацетилениды — производные ацетилена, в них степень окисления углерода равна –1: Li2C2, Ag2C2, Cu2C2, CaC2, Al2(C2)3, Fe2(C2)3. Ацетилениды серебра и меди(I) получают при пропускании ацетилена через аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди(I). Ацетилениды — сильно взрывчатые вещества и интенсивно разлагаются водой и кислотами с выделением ацетилена:
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2;
CuC2 + 2HCl = CuCl2 + C2H2 .
|
|
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!