Углерод и его соединения

Углерод как химический элемент

Углерод — элемент четвёртой группы главной подгруппы, неметалл. Это основа всех органических веществ. В соединениях углерод проявляет степени окисления от минус четырёх до плюс четырёх. Для простого вещества характерна аллотропия — существование в нескольких формах.

Аллотропные формы

Главные аллотропные формы углерода — алмаз и графит. Они состоят из одних и тех же атомов, но по-разному связаны, поэтому резко отличаются по свойствам.

Химические свойства

Углерод — восстановитель. При высокой температуре он восстанавливает металлы из их оксидов, поэтому используется в металлургии:

2CuO + C = 2Cu + CO2

Оксиды углерода

Углерод образует два оксида с разными свойствами.

Угарный газ CO — ядовитый газ без цвета и запаха, несолеобразующий оксид, сильный восстановитель. Образуется при неполном сгорании топлива.

Углекислый газ CO2 — кислотный оксид, тяжелее воздуха, не поддерживает горение. При его пропускании через известковую воду она мутнеет — это качественная реакция:

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 (осадок) + H2O

Угольная кислота и карбонаты

Углекислый газ растворяется в воде с образованием слабой угольной кислоты H2CO3, которая легко разлагается. Её соли — карбонаты и гидрокарбонаты. Карбонаты распознают по выделению углекислого газа при действии сильной кислоты:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

Карбонаты в природе

Карбонат кальция очень распространён в природе: из него состоят мел, мрамор и известняк. При нагревании (обжиге) карбонат кальция разлагается на негашёную известь и углекислый газ:

CaCO3 = CaO + CO2

Гидрокарбонаты, в отличие от карбонатов, растворимы в воде. Превращение карбонатов в гидрокарбонаты и обратно объясняет образование сталактитов в пещерах и накипи в чайнике.

Круговорот углерода

Углерод постоянно переходит из одних веществ в другие. Растения поглощают углекислый газ при фотосинтезе, животные выдыхают его при дыхании, топливо выделяет его при горении. Так в природе поддерживается круговорот углерода.

Частые ошибки. Не путайте угарный газ CO (несолеобразующий, ядовитый) и углекислый газ CO2 (кислотный оксид). Угольная кислота неустойчива и в чистом виде не выделяется. Углекислый газ не поддерживает горение, поэтому его применяют в огнетушителях.

Кратко о главном

• Углерод — неметалл, для него характерна аллотропия (алмаз и графит).
• Углерод — восстановитель, применяется в металлургии.
• Угарный газ ядовит и несолеобразующий, углекислый газ — кислотный оксид.
• Углекислый газ распознают по помутнению известковой воды, карбонаты — по выделению газа с кислотой.