Με τι αντιδρά ο άνθρακας; Άνθρακα - χημικές και φυσικές ιδιότητες

Ο ΑΝΘΡΑΚΟΣ, C (α. άνθρακας; n. Kohlenstoff; στ. άνθρακας; θ. άνθρακας), είναι χημικό στοιχείο της ομάδας IV του περιοδικού συστήματος του Mendeleev, ατομικός αριθμός 6, ατομική μάζα 12.041. Ο φυσικός άνθρακας αποτελείται από ένα μείγμα 2 σταθερών ισοτόπων: 12 C (98,892%) και 13 C (1,108%). Υπάρχουν επίσης 6 ραδιενεργά ισότοπα άνθρακα, από τα οποία το πιο σημαντικό είναι το ισότοπο 14 C με χρόνο ημιζωής 5,73,10 3 χρόνια (το ισότοπο αυτό σχηματίζεται συνεχώς σε μικρές ποσότητες στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας ως αποτέλεσμα ακτινοβολία πυρήνων 14 N από νετρόνια από κοσμική ακτινοβολία).

Ο άνθρακας είναι γνωστός από την αρχαιότητα. Το ξύλο χρησιμοποιήθηκε για την ανάκτηση μετάλλων από τα μεταλλεύματα και το διαμάντι ως... Αναγνώριση του άνθρακα ως α χημικό στοιχείοσυνδέεται με το όνομα του Γάλλου χημικού A. Lavoisier (1789).

Τροποποιήσεις και ιδιότητες του άνθρακα

Υπάρχουν 4 γνωστές κρυσταλλικές τροποποιήσεις του άνθρακα: γραφίτης, διαμάντι, καρβίνη και λονσδαλεΐτης, που διαφέρουν πολύ ως προς τις ιδιότητές τους. Το Carbyne είναι μια τεχνητά παραγόμενη ποικιλία άνθρακα, η οποία είναι μια λεπτή κρυσταλλική μαύρη σκόνη, η κρυσταλλική δομή της οποίας χαρακτηρίζεται από την παρουσία μακριών αλυσίδων ατόμων άνθρακα που βρίσκονται παράλληλα μεταξύ τους. Πυκνότητα 3230-3300 kg/m3, θερμοχωρητικότητα 11,52 J/mol.K. Ο Lonsdaleite βρίσκεται σε μετεωρίτες και λαμβάνεται τεχνητά. η δομή και οι φυσικές ιδιότητές του δεν έχουν αποδειχθεί πλήρως. Ο άνθρακας χαρακτηρίζεται επίσης από μια κατάσταση με διαταραγμένη δομή - το λεγόμενο. άμορφος άνθρακας (αιθάλη, οπτάνθρακα, κάρβουνο). Οι φυσικές ιδιότητες του «άμορφου» άνθρακα εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη διασπορά των σωματιδίων και την παρουσία ακαθαρσιών.

Χημικές ιδιότητες του άνθρακα

Στις ενώσεις, ο άνθρακας έχει καταστάσεις οξείδωσης +4 (η πιο συνηθισμένη), +2 και +3. Υπό κανονικές συνθήκες, ο άνθρακας είναι χημικά αδρανής σε υψηλές θερμοκρασίες συνδυάζεται με πολλά στοιχεία, παρουσιάζοντας ισχυρή αποκαταστατικές ιδιότητες. Η χημική δραστηριότητα του άνθρακα μειώνεται στη σειρά «άμορφος» άνθρακας, γραφίτης, διαμάντι. Η αλληλεπίδραση με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε αυτούς τους τύπους άνθρακα συμβαίνει αντίστοιχα σε θερμοκρασίες 300-500°C, 600-700°C και 850-1000°C με το σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα (CO 2) και μονοξειδίου του άνθρακα (CO). Το διοξείδιο διαλύεται στο νερό για να σχηματιστεί ανθρακικό οξύ. Όλες οι μορφές άνθρακα είναι ανθεκτικές στα αλκάλια και τα οξέα. Ο άνθρακας πρακτικά δεν αλληλεπιδρά με τα αλογόνα (εκτός από τον γραφίτη, ο οποίος αντιδρά με το F 2 πάνω από τους 900°C), επομένως τα αλογονίδια του λαμβάνονται έμμεσα. Μεταξύ των ενώσεων που περιέχουν άζωτο, σημαντικό πρακτική σημασίαέχουν υδροκυάνιο HCN (υδροκυανικό οξύ) και τα πολυάριθμα παράγωγά του. Σε θερμοκρασίες άνω των 1000°C, ο άνθρακας αντιδρά με πολλά μέταλλα, σχηματίζοντας καρβίδια. Όλες οι μορφές άνθρακα είναι αδιάλυτες σε κοινούς ανόργανους και οργανικούς διαλύτες.

Η πιο σημαντική ιδιότητα του άνθρακα είναι η ικανότητα των ατόμων του να σχηματίζουν ισχυρούς χημικούς δεσμούςμεταξύ τους, καθώς και μεταξύ τους και άλλων στοιχείων. Η ικανότητα του άνθρακα να σχηματίζει 4 ισοδύναμα δεσμούς σθένουςμε άλλα άτομα άνθρακα επιτρέπει την κατασκευή σκελετών άνθρακα διαφορετικών τύπων(γραμμικό, διακλαδισμένο, κυκλικό). Αυτές οι ιδιότητες είναι που εξηγούν τον αποκλειστικό ρόλο του άνθρακα στη δομή όλων των οργανικών ενώσεων και, ειδικότερα, όλων των ζωντανών οργανισμών.

Άνθρακα στη φύση

Η μέση περιεκτικότητα σε άνθρακα στον φλοιό της γης είναι 2,3,10% (κατά μάζα). Επιπλέον, ο κύριος όγκος του άνθρακα συγκεντρώνεται σε ιζηματογενή πετρώματα (1%), ενώ σε άλλα πετρώματα υπάρχουν σημαντικά μικρότερες και περίπου ίσες (1-3,10%) συγκεντρώσεις αυτού του στοιχείου. Ο άνθρακας συσσωρεύεται στο πάνω μέρος, όπου η παρουσία του συνδέεται κυρίως με ζωντανή ύλη (18%), ξύλο (50%), άνθρακα (80%), λάδι (85%), ανθρακίτη (96%), καθώς και με δολομίτες και ασβεστόλιθοι. Είναι γνωστά πάνω από 100 ανόργανες ουσίες άνθρακα, εκ των οποίων τα πιο κοινά είναι το ανθρακικό ασβέστιο, μαγνήσιο και σίδηρος (ασβεστίτης CaCO 3, δολομίτης (Ca, Mg)CO 3 και σιδερίτης FeCO 3). Η συσσώρευση άνθρακα στον φλοιό της γης συχνά συνδέεται με τη συσσώρευση άλλων στοιχείων που απορροφώνται από οργανική ύλη και καθιζάνουν μετά την ταφή του στον πυθμένα των δεξαμενών με τη μορφή αδιάλυτων ενώσεων. Μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του CO 2 απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα από τη Γη κατά την ηφαιστειακή δραστηριότητα και κατά την καύση οργανικών καυσίμων. Από την ατμόσφαιρα, το CO 2 απορροφάται από τα φυτά κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και διαλύεται στο θαλασσινό νερό, σχηματίζοντας έτσι τους πιο σημαντικούς κρίκους στον συνολικό κύκλο του άνθρακα στη Γη. Ο άνθρακας παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στο διάστημα. Στον Ήλιο, ο άνθρακας κατέχει την 4η θέση σε αφθονία μετά το υδρογόνο, το ήλιο και το οξυγόνο, συμμετέχοντας σε πυρηνικές διεργασίες.

Εφαρμογή και χρήση

Η σημαντικότερη εθνική οικονομική σημασία του άνθρακα καθορίζεται από το γεγονός ότι περίπου το 90% όλων των πρωτογενών πηγών ενέργειας που καταναλώνονται από τον άνθρωπο προέρχονται από ορυκτά καύσιμα. Υπάρχει μια τάση να χρησιμοποιείται το πετρέλαιο όχι ως καύσιμο, αλλά ως πρώτη ύλη για διάφορες χημικές βιομηχανίες. Ένας μικρότερος, αλλά πολύ σημαντικός ρόλος στην εθνική οικονομία παίζει ο άνθρακας, που εξορύσσεται με τη μορφή ανθρακικών αλάτων (μεταλλουργία, κατασκευές, χημική παραγωγή), διαμαντιών (κοσμήματα, τεχνολογία) και γραφίτη (πυρηνική τεχνολογία, ανθεκτικά στη θερμότητα χωνευτήρια, μολύβια , ορισμένοι τύποι λιπαντικών κ.λπ.). Με βάση την ειδική δραστηριότητα του ισοτόπου 14 C σε υπολείμματα βιογενούς προέλευσης, προσδιορίζεται η ηλικία τους ( χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακαχρονολόγηση). Ο 14 C χρησιμοποιείται ευρέως ως ραδιενεργός ιχνηθέτης. Το πιο κοινό ισότοπο 12 C είναι σημαντικό - το ένα δωδέκατο της μάζας ενός ατόμου αυτού του ισοτόπου λαμβάνεται ως μονάδα ατομικής μάζας χημικών στοιχείων.

Δημοτικό εκπαιδευτικό ίδρυμα "Nikiforovskaya δευτεροβάθμια γυμνάσιοΝο. 1"

Ο άνθρακας και τα βασικά του Δεν οργανικές ενώσεις

Περίληψη

Συμπλήρωσε: μαθητής της 9Β τάξης

Σιντόροφ Αλέξανδρος

Δάσκαλος: Sakharova L.N.

Dmitrievka 2009

Εισαγωγή

Κεφάλαιο Ι. Όλα για τον άνθρακα

1.1. Άνθρακα στη φύση

1.2. Αλλοτροπικές τροποποιήσεις του άνθρακα

1.3. Χημικές ιδιότητες του άνθρακα

1.4. Εφαρμογή άνθρακα

Κεφάλαιο II. Ανόργανες ενώσεις άνθρακα

Σύναψη

Λογοτεχνία

Εισαγωγή

Ο άνθρακας (λατ. Carboneum) C είναι χημικό στοιχείο της ομάδας IV του περιοδικού συστήματος του Mendeleev: ατομικός αριθμός 6, ατομική μάζα 12.011(1). Ας εξετάσουμε τη δομή του ατόμου του άνθρακα. Το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας του ατόμου άνθρακα περιέχει τέσσερα ηλεκτρόνια. Ας το απεικονίσουμε γραφικά:

Ο άνθρακας είναι γνωστός από την αρχαιότητα, και το όνομα του ανακάλυψε αυτού του στοιχείου είναι άγνωστο.

ΣΕ τέλη XVII V. Οι επιστήμονες της Φλωρεντίας Averani και Tardgioni προσπάθησαν να συντήξουν πολλά μικρά διαμάντια σε ένα μεγάλο και τα θέρμαναν με ένα φλεγόμενο ποτήρι χρησιμοποιώντας το φως του ήλιου. Τα διαμάντια εξαφανίστηκαν και καίγονταν στον αέρα. Το 1772, ο Γάλλος χημικός A. Lavoisier έδειξε ότι όταν καίγονται τα διαμάντια, σχηματίζεται CO 2. Μόνο το 1797 ο Άγγλος επιστήμονας S. Tennant απέδειξε την ταυτότητα της φύσης του γραφίτη και του άνθρακα. Μετά την καύση ίσες ποσότητεςάνθρακα και διαμάντι, οι όγκοι του μονοξειδίου του άνθρακα (IV) αποδείχθηκαν οι ίδιοι.

Η ποικιλία των ενώσεων άνθρακα, που εξηγείται από την ικανότητα των ατόμων του να συνδυάζονται μεταξύ τους και των ατόμων άλλων στοιχείων με διάφορους τρόπους, καθορίζει την ειδική θέση του άνθρακα μεταξύ άλλων στοιχείων.

Κεφάλαιο εγώ . Τα πάντα για τον άνθρακα

1.1. Άνθρακα στη φύση

Ο άνθρακας βρίσκεται στη φύση, τόσο σε ελεύθερη κατάσταση όσο και σε μορφή ενώσεων.

Ο ελεύθερος άνθρακας εμφανίζεται με τη μορφή διαμαντιού, γραφίτη και καρβίνης.

Τα διαμάντια είναι πολύ σπάνια. Το μεγαλύτερο γνωστό διαμάντι, το Cullinan, βρέθηκε το 1905 Νότια Αφρική, ζύγιζε 621,2 g και είχε διαστάσεις 10 × 6,5 × 5 cm Το Diamond Fund στη Μόσχα φιλοξενεί ένα από τα μεγαλύτερα και πιο όμορφα διαμάντια στον κόσμο - το "Orlov" (37,92 g).

Το Diamond πήρε το όνομά του από το ελληνικό. "αδάμας" - ανίκητος, άφθαρτος. Τα πιο σημαντικά κοιτάσματα διαμαντιών βρίσκονται στη Νότια Αφρική, τη Βραζιλία και τη Γιακουτία.

Μεγάλα κοιτάσματα γραφίτη βρίσκονται στη Γερμανία, τη Σρι Λάνκα, τη Σιβηρία και το Αλτάι.

Τα κύρια ορυκτά που περιέχουν άνθρακα είναι: μαγνησίτης MgCO 3, ασβεστίτης (ασβεστόλιθος, ασβεστόλιθος, μάρμαρο, κιμωλία) CaCO 3, δολομίτης CaMg(CO 3) 2 κ.λπ.

Όλα τα ορυκτά καύσιμα - πετρέλαιο, αέριο, τύρφη, άνθρακας και καφές άνθρακας, σχιστόλιθος - κατασκευάζονται με βάση τον άνθρακα. Μερικοί απολιθωμένοι άνθρακας, που περιέχουν έως και 99% C, είναι σε σύσταση κοντά στον άνθρακα.

Ο άνθρακας αντιστοιχεί στο 0,1% φλοιό της γης.

Με τη μορφή μονοξειδίου του άνθρακα (IV) CO 2, ο άνθρακας εισέρχεται στην ατμόσφαιρα. Μεγάλη ποσότητα CO 2 διαλύεται στην υδρόσφαιρα.

1.2. Αλλοτροπικές τροποποιήσεις του άνθρακα

Ο στοιχειώδης άνθρακας σχηματίζει τρεις αλλοτροπικές τροποποιήσεις: διαμάντι, γραφίτης, καραμπίνα.

1. Το διαμάντι είναι μια άχρωμη, διαφανής κρυσταλλική ουσία που διαθλά τις ακτίνες του φωτός εξαιρετικά έντονα. Τα άτομα άνθρακα στο διαμάντι βρίσκονται σε κατάσταση υβριδισμού sp 3. Στη διεγερμένη κατάσταση, τα ηλεκτρόνια σθένους στα άτομα άνθρακα ζευγαρώνονται και σχηματίζονται τέσσερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Όταν σχηματίζονται χημικοί δεσμοί, τα ηλεκτρονιακά νέφη αποκτούν το ίδιο επίμηκες σχήμα και βρίσκονται στο χώρο έτσι ώστε οι άξονές τους να κατευθύνονται προς τις κορυφές του τετραέδρου. Όταν οι κορυφές αυτών των νεφών επικαλύπτονται με νέφη άλλων ατόμων άνθρακα, προκύπτουν ομοιοπολικοί δεσμοί σε γωνία 109°28" και σχηματίζεται ένα ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα, χαρακτηριστικό του διαμαντιού.

Κάθε άτομο άνθρακα στο διαμάντι περιβάλλεται από άλλα τέσσερα, που βρίσκονται από αυτό σε κατευθύνσεις από το κέντρο των τετραέδρων προς τις κορυφές. Η απόσταση μεταξύ των ατόμων στα τετράεδρα είναι 0,154 nm. Η δύναμη όλων των συνδέσεων είναι η ίδια. Έτσι, τα άτομα στο διαμάντι «συσκευάζονται» πολύ σφιχτά. Στους 20°C, η πυκνότητα του διαμαντιού είναι 3,515 g/cm 3 . Αυτό εξηγεί την εξαιρετική σκληρότητά του. Το Diamond έχει κακή αγωγή ηλεκτρικό ρεύμα.

Το 1961, η Σοβιετική Ένωση ξεκίνησε τη βιομηχανική παραγωγή συνθετικών διαμαντιών από γραφίτη.

Στη βιομηχανική σύνθεση διαμαντιών χρησιμοποιούνται πιέσεις χιλιάδων MPa και θερμοκρασίες από 1500 έως 3000°C. Η διαδικασία πραγματοποιείται παρουσία καταλυτών, που μπορεί να είναι κάποια μέταλλα, για παράδειγμα Ni. Ο κύριος όγκος των διαμαντιών που σχηματίζονται είναι μικροί κρύσταλλοι και σκόνη διαμαντιών.

Όταν θερμαίνεται χωρίς πρόσβαση σε αέρα πάνω από 1000°C, το διαμάντι μετατρέπεται σε γραφίτη. Στους 1750°C, η μετατροπή του διαμαντιού σε γραφίτη γίνεται γρήγορα.

Δομή διαμαντιού

2. Ο γραφίτης είναι μια γκρι-μαύρη κρυσταλλική ουσία με μεταλλική γυαλάδα, λιπαρή στην αφή και κατώτερη σε σκληρότητα ακόμη και από το χαρτί.

Τα άτομα άνθρακα στους κρυστάλλους γραφίτη βρίσκονται σε κατάσταση υβριδισμού sp 2: καθένα από αυτά σχηματίζει τρεις ομοιοπολικούς δεσμούς σ με γειτονικά άτομα. Οι γωνίες μεταξύ των κατευθύνσεων του δεσμού είναι 120°. Το αποτέλεσμα είναι ένα πλέγμα που αποτελείται από κανονικά εξάγωνα. Η απόσταση μεταξύ γειτονικών πυρήνων ατόμων άνθρακα μέσα στο στρώμα είναι 0,142 nm. Το τέταρτο ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό στρώμα κάθε ατόμου άνθρακα στον γραφίτη καταλαμβάνει ένα τροχιακό p που δεν συμμετέχει στον υβριδισμό.

Τα μη υβριδικά νέφη ηλεκτρονίων ατόμων άνθρακα προσανατολίζονται κάθετα στο επίπεδο της στιβάδας και, επικαλύπτοντας το ένα το άλλο, σχηματίζουν αποτοποθετημένους δεσμούς σ. Τα παρακείμενα στρώματα σε έναν κρύσταλλο γραφίτη βρίσκονται σε απόσταση 0,335 nm το ένα από το άλλο και συνδέονται ασθενώς μεταξύ τους, κυρίως από τις δυνάμεις van der Waals. Ως εκ τούτου, ο γραφίτης έχει χαμηλή μηχανική αντοχή και χωρίζεται εύκολα σε νιφάδες, οι οποίες είναι πολύ ισχυρές. Ο δεσμός μεταξύ στρωμάτων ατόμων άνθρακα στον γραφίτη είναι μερικώς μεταλλικός. Αυτό εξηγεί το γεγονός ότι ο γραφίτης άγει καλά τον ηλεκτρισμό, αλλά όχι τόσο καλά όσο τα μέταλλα.

Δομή γραφίτη

Οι φυσικές ιδιότητες του γραφίτη ποικίλλουν πολύ στις κατευθύνσεις - κάθετες και παράλληλες προς τα στρώματα των ατόμων άνθρακα.

Όταν θερμαίνεται χωρίς πρόσβαση αέρα, ο γραφίτης δεν υφίσταται καμία αλλαγή μέχρι τους 3700°C. Στην καθορισμένη θερμοκρασία, εξαχνώνεται χωρίς να λιώνει.

Ο τεχνητός γραφίτης παράγεται από τις καλύτερες ποιότητες άνθρακα στους 3000°C σε ηλεκτρικούς κλιβάνους χωρίς πρόσβαση αέρα.

Ο γραφίτης είναι θερμοδυναμικά σταθερός σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και πιέσεων, επομένως είναι αποδεκτός ως η τυπική κατάσταση του άνθρακα. Η πυκνότητα του γραφίτη είναι 2,265 g/cm3.

3. Το Carbin είναι μια λεπτή κρυσταλλική μαύρη σκόνη. Στην κρυσταλλική του δομή, τα άτομα άνθρακα συνδέονται με εναλλασσόμενους απλούς και τριπλούς δεσμούς σε γραμμικές αλυσίδες:

−С≡С−С≡С−С≡С−

Αυτή η ουσία ελήφθη για πρώτη φορά από τον V.V. Korshak, Α.Μ. Sladkov, V.I. Kasatochkin, Yu.P. Kudryavtsev στις αρχές της δεκαετίας του '60 του XX αιώνα.

Ακολούθως αποδείχθηκε ότι η καρβίνη μπορεί να υπάρχει σε διαφορετικές μορφές και περιέχει αλυσίδες πολυακετυλενίου και πολυσωρευτηρίου στις οποίες τα άτομα άνθρακα συνδέονται με διπλούς δεσμούς:

C=C=C=C=C=C=

Αργότερα, η καρβίνη βρέθηκε στη φύση - στην ύλη του μετεωρίτη.

Το Carbyne έχει ημιαγώγιμες ιδιότητες όταν εκτίθεται στο φως, η αγωγιμότητά του αυξάνεται πολύ. Λόγω της ύπαρξης διαφορετικών τύπων επικοινωνίας και διαφορετικούς τρόπουςΛόγω της διάταξης των αλυσίδων ατόμων άνθρακα στο κρυσταλλικό πλέγμα, οι φυσικές ιδιότητες της καρβίνης μπορεί να ποικίλλουν εντός ευρέων ορίων. Όταν θερμαίνεται χωρίς πρόσβαση στον αέρα πάνω από 2000°C, η καραμπίνα είναι σταθερή σε θερμοκρασίες γύρω στους 2300°C, παρατηρείται η μετάβασή της στον γραφίτη.

Ο φυσικός άνθρακας αποτελείται από δύο ισότοπα

(98.892%) και (1.108%). Επιπλέον, στην ατμόσφαιρα βρέθηκαν μικρές προσμίξεις ενός ραδιενεργού ισοτόπου, το οποίο παράγεται τεχνητά.

Προηγουμένως, πιστευόταν ότι ο άνθρακας, η αιθάλη και το οπτάνθρακα είναι παρόμοια σε σύνθεση με τον καθαρό άνθρακα και διαφέρουν στις ιδιότητες από το διαμάντι και τον γραφίτη, αντιπροσωπεύοντας μια ανεξάρτητη αλλοτροπική τροποποίηση του άνθρακα ("άμορφος άνθρακας"). Ωστόσο, διαπιστώθηκε ότι αυτές οι ουσίες αποτελούνται από μικροσκοπικά κρυσταλλικά σωματίδια στα οποία τα άτομα άνθρακα συνδέονται με τον ίδιο τρόπο όπως στον γραφίτη.

4. Άνθρακας – λεπτοαλεσμένος γραφίτης. Σχηματίζεται κατά τη θερμική αποσύνθεση ενώσεων που περιέχουν άνθρακα χωρίς πρόσβαση αέρα. Οι άνθρακες ποικίλλουν σημαντικά ως προς τις ιδιότητες ανάλογα με την ουσία από την οποία προέρχονται και τον τρόπο παραγωγής τους. Περιέχουν πάντα ακαθαρσίες που επηρεάζουν τις ιδιότητές τους. Οι πιο σημαντικοί τύποι άνθρακα είναι ο οπτάνθρακας, ο άνθρακας και η αιθάλη.

Οπτάνθρακας παράγεται με θέρμανση άνθρακα χωρίς πρόσβαση στον αέρα.

Ο ξυλάνθρακας σχηματίζεται όταν το ξύλο θερμαίνεται χωρίς πρόσβαση στον αέρα.

Η αιθάλη είναι μια πολύ λεπτή κρυσταλλική σκόνη γραφίτη. Σχηματίζεται από την καύση υδρογονανθράκων (φυσικό αέριο, ακετυλένιο, τερεβινθίνη κ.λπ.) περιορισμένη πρόσβασηαέρας.

Οι ενεργοί άνθρακες είναι πορώδεις βιομηχανικοί προσροφητές που αποτελούνται κυρίως από άνθρακα. Η προσρόφηση είναι η απορρόφηση αερίων και διαλυμένων ουσιών από την επιφάνεια των στερεών. Οι ενεργοί άνθρακες λαμβάνονται από στερεά καύσιμα (τύρφη, καφές και σκληρός άνθρακας, ανθρακίτης), το ξύλο και τα προϊόντα του (κάρβουνο, πριονίδι, απόβλητα παραγωγής χαρτιού), απόβλητα βιομηχανία δέρματος, ζωικά υλικά όπως οστά. Τα κάρβουνα, που χαρακτηρίζονται από υψηλή μηχανική αντοχή, παράγονται από το κέλυφος των καρύδων και άλλων ξηρών καρπών και από σπόρους φρούτων. Η δομή των άνθρακα αντιπροσωπεύεται από πόρους όλων των μεγεθών, ωστόσο, η ικανότητα προσρόφησης και ο ρυθμός προσρόφησης καθορίζονται από την περιεκτικότητα σε μικροπόρους ανά μονάδα μάζας ή όγκου κόκκων. Κατά την παραγωγή ενεργού άνθρακα, το αρχικό υλικό υποβάλλεται πρώτα σε θερμική επεξεργασία χωρίς πρόσβαση στον αέρα, με αποτέλεσμα να αφαιρείται υγρασία και εν μέρει ρητίνες από αυτό. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται μια μεγάλη-πορώδης δομή άνθρακα. Για να ληφθεί μια μικροπορώδης δομή, η ενεργοποίηση πραγματοποιείται είτε με οξείδωση με αέριο ή ατμό, είτε με επεξεργασία με χημικά αντιδραστήρια.

• Ονομασία - C (Carbon);
• Περίοδος - II;
• Ομάδα - 14 (IVa);
• Ατομική μάζα - 12,011;
• Ατομικός αριθμός - 6;
• Ατομική ακτίνα = 77 μ.μ.
• Ομοιοπολική ακτίνα = 77 μ.μ.
• Κατανομή ηλεκτρονίων - 1s 2 2s 2 2p 2 ;
• θερμοκρασία τήξης = 3550°C;
• σημείο βρασμού = 4827°C;
• Ηλεκτραρνητικότητα (σύμφωνα με τον Pauling/σύμφωνα με τους Alpred και Rochow) = 2,55/2,50;
• Κατάσταση οξείδωσης: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Πυκνότητα (αρ.) = 2,25 g/cm 3 (γραφίτης);
• Μοριακός όγκος = 5,3 cm 3 /mol.

Ενώσεις άνθρακα:

Ο άνθρακας με τη μορφή άνθρακα είναι γνωστός στον άνθρωπο από αμνημονεύτων χρόνων, επομένως, δεν έχει νόημα να μιλάμε για την ημερομηνία ανακάλυψής του. Στην πραγματικότητα, ο άνθρακας έλαβε το όνομά του το 1787, όταν το βιβλίο «Μέθοδος χημική ονοματολογία», στο οποίο αντί για τη γαλλική ονομασία «καθαρός άνθρακας» (charbone pur), εμφανίστηκε ο όρος «άνθρακας» (άνθρακας).

Ο άνθρακας έχει μια μοναδική ικανότητα να σχηματίζει πολυμερείς αλυσίδες απεριόριστου μήκους, δημιουργώντας έτσι μια τεράστια κατηγορία ενώσεων, η μελέτη των οποίων εξετάζεται σε ξεχωριστό κλάδο της χημείας - οργανική χημεία. Οι οργανικές ενώσεις άνθρακα αποτελούν τη βάση της επίγειας ζωής, επομένως, δεν έχει νόημα να μιλάμε για τη σημασία του άνθρακα ως χημικού στοιχείου - είναι η βάση της ζωής στη Γη.

Τώρα ας δούμε τον άνθρακα από την άποψη της ανόργανης χημείας.

Ρύζι. Δομή του ατόμου άνθρακα.

Η ηλεκτρονική διαμόρφωση του άνθρακα είναι 1s 2 2s 2 2p 2 (βλ. Ηλεκτρονική δομή ατόμων). Στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας, ο άνθρακας έχει 4 ηλεκτρόνια: 2 ζευγαρωμένα στο s-υποεπίπεδο + 2 ασύζευκτα σε p-τροχιακά. Όταν ένα άτομο άνθρακα μεταβαίνει σε διεγερμένη κατάσταση (απαιτεί ενεργειακή δαπάνη), ένα ηλεκτρόνιο από το s-υποεπίπεδο «φεύγει» από το ζεύγος του και μετακινείται στο p-υποεπίπεδο, όπου υπάρχει ένα ελεύθερο τροχιακό. Έτσι, στη διεγερμένη κατάσταση, η ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου άνθρακα παίρνει την ακόλουθη μορφή: 1s 2 2s 1 2p 3.

Ρύζι. Η μετάβαση ενός ατόμου άνθρακα σε διεγερμένη κατάσταση.

Αυτό το "castling" επεκτείνει σημαντικά τις δυνατότητες σθένους των ατόμων άνθρακα, τα οποία μπορούν να λάβουν μια κατάσταση οξείδωσης από +4 (σε ενώσεις με ενεργά αμέταλλα) σε -4 (σε ενώσεις με μέταλλα).

Σε μη διεγερμένη κατάσταση, το άτομο άνθρακα στις ενώσεις έχει σθένος 2, για παράδειγμα CO(II), και σε διεγερμένη κατάσταση έχει σθένος 4: CO 2 (IV).

Η «μοναδικότητα» του ατόμου άνθρακα έγκειται στο γεγονός ότι στο εξωτερικό ενεργειακό του επίπεδο υπάρχουν 4 ηλεκτρόνια, επομένως, για να ολοκληρώσει το επίπεδο (το οποίο, στην πραγματικότητα, τα άτομα οποιουδήποτε χημικού στοιχείου επιδιώκουν), μπορεί, με ίσο «επιτυχία», δίνουν και προσθέτουν ηλεκτρόνια με το σχηματισμό ομοιοπολικούς δεσμούς(Βλ. Ομοιοπολικός δεσμός).

Ο άνθρακας ως απλή ουσία

Ως απλή ουσία, ο άνθρακας μπορεί να έχει τη μορφή πολλών αλλοτροπικές τροποποιήσεις:

• Διαμάντι
• Γραφίτης
• Φουλερένιο
• Carbin

Διαμάντι

Ρύζι. Διαμαντένιο κρυσταλλικό πλέγμα.

Ιδιότητες του διαμαντιού:

• άχρωμη κρυσταλλική ουσία.
• η πιο σκληρή ουσία στη φύση.
• έχει ισχυρό διαθλαστικό αποτέλεσμα.
• διοχετεύει κακώς τη θερμότητα και τον ηλεκτρισμό.

Ρύζι. Διαμαντένιο τετράεδρο.

Η εξαιρετική σκληρότητα του διαμαντιού εξηγείται από τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος του, το οποίο έχει σχήμα τετραέδρου - στο κέντρο του τετραέδρου υπάρχει ένα άτομο άνθρακα, το οποίο συνδέεται με εξίσου ισχυρούς δεσμούς με τέσσερα γειτονικά άτομα που σχηματίζουν τις κορυφές του τετραέδρου (βλ. παραπάνω σχήμα). Αυτή η «κατασκευή», με τη σειρά της, συνδέεται με γειτονικά τετράεδρα.

Γραφίτης

Ρύζι. Κρυσταλλικό πλέγμα γραφίτη.

Ιδιότητες του γραφίτη:

• μαλακή κρυσταλλική ουσία γκρίπολυεπίπεδη δομή?
• έχει μεταλλική λάμψη.
• μεταφέρει καλά τον ηλεκτρισμό.

Στον γραφίτη, τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν κανονικά εξάγωνα που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, οργανωμένα σε ατελείωτα στρώματα.

Στον γραφίτη, οι χημικοί δεσμοί μεταξύ γειτονικών ατόμων άνθρακα σχηματίζονται από τα τρία ηλεκτρόνια σθένους κάθε ατόμου (που φαίνεται με μπλε στο σχήμα παρακάτω), με το τέταρτο ηλεκτρόνιο (με κόκκινο) κάθε ατόμου άνθρακα να βρίσκεται στο p-τροχιακό κάθετο στο επίπεδο του στρώματος γραφίτη, δεν συμμετέχει στο σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών στο επίπεδο του στρώματος. Ο «σκοπός» του είναι διαφορετικός - αλληλεπιδρώντας με τον «αδελφό» του που βρίσκεται στο παρακείμενο στρώμα, παρέχει σύνδεση μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη και η υψηλή κινητικότητα των ηλεκτρονίων p καθορίζει την καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα του γραφίτη.

Ρύζι. Κατανομή τροχιακών ατόμων άνθρακα στον γραφίτη.

Φουλερένιο

Ρύζι. Κρυσταλλικό πλέγμα φουλερενίου.

Ιδιότητες φουλερενίου:

• ένα μόριο φουλερενίου είναι μια συλλογή ατόμων άνθρακα κλειστά σε κοίλες σφαίρες σαν μπάλα ποδοσφαίρου.
• Είναι μια λεπτή κρυσταλλική ουσία κίτρινου-πορτοκαλί χρώματος.
• Σημείο τήξεως = 500-600°C.
• ημιαγωγός;
• είναι μέρος του ορυκτού σουνγκίτη.

Carbin

Ιδιότητες Carbyne:

• μαύρη αδρανή ουσία?
• αποτελείται από πολυμερή γραμμικά μόρια στα οποία τα άτομα συνδέονται με εναλλασσόμενους απλούς και τριπλούς δεσμούς.
• ημιαγωγός.

Χημικές ιδιότητες του άνθρακα

Υπό κανονικές συνθήκες, ο άνθρακας είναι μια αδρανής ουσία, αλλά όταν θερμαίνεται μπορεί να αντιδράσει με μια ποικιλία απλών και πολύπλοκων ουσιών.

Ειπώθηκε ήδη παραπάνω ότι στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο του άνθρακα υπάρχουν 4 ηλεκτρόνια (ούτε εδώ ούτε εκεί), επομένως ο άνθρακας μπορεί και να αφήσει ηλεκτρόνια και να τα δεχτεί, παρουσιάζοντας αναγωγικές ιδιότητες σε ορισμένες ενώσεις και οξειδωτικές ιδιότητες σε άλλες.

Ο άνθρακας είναι αναγωγικό μέσοσε αντιδράσεις με οξυγόνο και άλλα στοιχεία με υψηλότερη ηλεκτραρνητικότητα (βλ. πίνακα ηλεκτραρνητικότητας στοιχείων):

• όταν θερμαίνεται στον αέρα καίγεται (με περίσσεια οξυγόνου με το σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα · με την έλλειψή του - μονοξείδιο του άνθρακα (II)):
  C + O 2 = CO 2;
  2C + O 2 = 2CO.
• αντιδρά σε υψηλές θερμοκρασίες με ατμούς θείου, αλληλεπιδρά εύκολα με χλώριο, φθόριο:
  C + 2S = CS 2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F 2 + C = CF 4
• Όταν θερμαίνεται, μειώνει πολλά μέταλλα και αμέταλλα από οξείδια:
  C0 + Cu +2 O = Cu 0 + C +2 O;
  C 0 +C +4 O 2 = 2C +2 O
• σε θερμοκρασία 1000°C αντιδρά με το νερό (διαδικασία αεριοποίησης), σχηματίζοντας αέριο νερού:
  C + H 2 O = CO + H 2;

Εκθέματα άνθρακα οξειδωτικές ιδιότητεςσε αντιδράσεις με μέταλλα και υδρογόνο:

• αντιδρά με μέταλλα για να σχηματίσει καρβίδια:
  Ca + 2C = CaC 2
• αλληλεπιδρώντας με το υδρογόνο, ο άνθρακας σχηματίζει μεθάνιο:
  C + 2H 2 = CH 4

Ο άνθρακας λαμβάνεται με θερμική αποσύνθεση των ενώσεων του ή με πυρόλυση μεθανίου (με υψηλή θερμοκρασία):
CH 4 = C + 2H 2.

Εφαρμογή άνθρακα

Οι ενώσεις άνθρακα έχουν βρει την ευρύτερη εφαρμογή στην εθνική οικονομία, δεν είναι δυνατό να απαριθμηθούν όλες, θα αναφέρουμε μόνο μερικές:

• Ο γραφίτης χρησιμοποιείται για την κατασκευή μολυβιών, ηλεκτροδίων, χωνευτηρίων τήξης, ως μετριαστή νετρονίων σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και ως λιπαντικό.
• Τα διαμάντια χρησιμοποιούνται σε κοσμήματα, ως εργαλείο κοπής, σε εξοπλισμό διάτρησης και ως λειαντικό υλικό.
• Ο άνθρακας χρησιμοποιείται ως αναγωγικός παράγοντας για την παραγωγή ορισμένων μετάλλων και μη μετάλλων (σίδηρος, πυρίτιο).
• Ο άνθρακας αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του ενεργού άνθρακα, ο οποίος έχει βρει ευρεία εφαρμογή, τόσο στην καθημερινή ζωή (για παράδειγμα, ως προσροφητικό για τον καθαρισμό του αέρα και διαλύματα), όσο και στην ιατρική (δισκία ενεργού άνθρακα) και στη βιομηχανία (ως φορέας καταλυτικών πρόσθετα, ένας καταλύτης πολυμερισμού κ.λπ.).

Άνθρακας (C)– τυπικό μη μέταλλο. V περιοδικός πίνακαςείναι στη 2η περίοδο IV γκρουπ, κύρια υποομάδα. Αριθμός σειράς 6, Ar = 12.011 amu, πυρηνική φόρτιση +6.

Φυσικές ιδιότητες:Ο άνθρακας σχηματίζει πολλές αλλοτροπικές τροποποιήσεις: διαμάντι- μια από τις πιο σκληρές ουσίες γραφίτης, άνθρακας, αιθάλη.

Ένα άτομο άνθρακα έχει 6 ηλεκτρόνια: 1s 2 2s 2 2p 2 . Τα δύο τελευταία ηλεκτρόνια βρίσκονται σε ξεχωριστά ρ-τροχιακά και είναι ασύζευκτα. Κατ' αρχήν, αυτό το ζεύγος θα μπορούσε να καταλαμβάνει το ίδιο τροχιακό, αλλά στην περίπτωση αυτή η άπωση διαηλεκτρονίου αυξάνεται πολύ. Για το λόγο αυτό, το ένα από αυτά παίρνει 2p x και το άλλο, είτε 2p y , ή 2p z τροχιακά.

Η διαφορά στην ενέργεια των υποεπίπεδων s και p της εξωτερικής στιβάδας είναι μικρή, επομένως το άτομο περνά πολύ εύκολα σε διεγερμένη κατάσταση, στην οποία ένα από τα δύο ηλεκτρόνια από το τροχιακό 2s περνά σε ένα ελεύθερο 2 τρίψτε.Εμφανίζεται μια κατάσταση σθένους με τη διαμόρφωση 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . Αυτή είναι ακριβώς η κατάσταση του ατόμου άνθρακα που είναι χαρακτηριστική του πλέγματος διαμαντιών — τετραεδρική χωρική διάταξη υβριδικών τροχιακών, ίδιο μήκος δεσμού και ενέργεια.

Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ότι ονομάζεται sp 3 -υβριδισμός,και οι αναδυόμενες συναρτήσεις είναι sp 3 -hybrid . Ο σχηματισμός τεσσάρων δεσμών sp 3 παρέχει στο άτομο άνθρακα μια πιο σταθερή κατάσταση από τρεις r-r-και μία σύνδεση s-s. Εκτός από τον υβριδισμό sp 3, ο υβριδισμός sp 2 και sp παρατηρείται επίσης στο άτομο άνθρακα . Στην πρώτη περίπτωση, εμφανίζεται αμοιβαία επικάλυψη μικρό-και δύο ρ-τροχιακά. Σχηματίζονται τρία ισοδύναμα υβριδικά τροχιακά sp 2, που βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο υπό γωνία 120° μεταξύ τους. Το τρίτο τροχιακό p είναι αμετάβλητο και κατευθύνεται κάθετα στο επίπεδο sp2.

Κατά τον υβριδισμό sp, τα τροχιακά s και p επικαλύπτονται. Μια γωνία 180° δημιουργείται μεταξύ των δύο ισοδύναμων υβριδικών τροχιακών που σχηματίζονται, ενώ τα δύο p-τροχιακά κάθε ατόμου παραμένουν αμετάβλητα.

Αλλοτροπία άνθρακα. Διαμάντι και γραφίτης

Σε έναν κρύσταλλο γραφίτη, τα άτομα άνθρακα βρίσκονται σε παράλληλα επίπεδα, καταλαμβάνοντας τις κορυφές των κανονικών εξαγώνων. Κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται με τρεις γειτονικούς υβριδικούς δεσμούς sp 2. Μεταξύ παράλληλα επίπεδαη επικοινωνία πραγματοποιείται λόγω των δυνάμεων van der Waals. Τα ελεύθερα ρ-τροχιακά κάθε ατόμου κατευθύνονται κάθετα στα επίπεδα των ομοιοπολικών δεσμών. Η επικάλυψη τους εξηγεί τον πρόσθετο δεσμό π μεταξύ των ατόμων άνθρακα. Έτσι, από η κατάσταση σθένους στην οποία βρίσκονται τα άτομα άνθρακα σε μια ουσία καθορίζει τις ιδιότητες αυτής της ουσίας.

Χημικές ιδιότητες του άνθρακα

Οι πιο χαρακτηριστικές καταστάσεις οξείδωσης είναι: +4, +2.

Σε χαμηλές θερμοκρασίες ο άνθρακας είναι αδρανής, αλλά όταν θερμαίνεται η δραστηριότητά του αυξάνεται.

Ο άνθρακας ως αναγωγικός παράγοντας:

- με οξυγόνο
C 0 + O 2 – t° = CO 2 διοξείδιο του άνθρακα
με έλλειψη οξυγόνου - ατελής καύση:
2C 0 + O 2 – t° = 2C +2 O μονοξείδιο του άνθρακα

- με φθόριο
C + 2F 2 = CF 4

- με υδρατμούς
C 0 + H 2 O – 1200° = C +2 O + H 2 αέριο νερού

- με οξείδια μετάλλων. Έτσι λιώνεται το μέταλλο από το μετάλλευμα.
C 0 + 2CuO – t° = 2Cu + C +4 O 2

- με οξέα - οξειδωτικά μέσα:
C 0 + 2H 2 SO 4 (συμπ.) = C +4 O 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C 0 + 4HNO 3 (συμπ.) = C +4 O 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

- σχηματίζει δισουλφίδιο του άνθρακα με θείο:
C + 2S 2 = CS 2.

Ο άνθρακας ως οξειδωτικός παράγοντας:

- σχηματίζει καρβίδια με ορισμένα μέταλλα

4Al + 3C 0 = Al 4 C 3

Ca + 2C 0 = CaC 2 -4

- με υδρογόνο - μεθάνιο (καθώς και με τεράστιο αριθμό οργανικών ενώσεων)

C0 + 2H2 = CH4

— με πυρίτιο, σχηματίζει καρβορούνδιο (στους 2000 °C σε ηλεκτρικό κλίβανο):

Εύρεση άνθρακα στη φύση

Ο ελεύθερος άνθρακας εμφανίζεται με τη μορφή διαμαντιού και γραφίτη. Με τη μορφή ενώσεων, ο άνθρακας βρίσκεται σε ορυκτά: κιμωλία, μάρμαρο, ασβεστόλιθος - CaCO 3, δολομίτης - MgCO 3 *CaCO 3; υδρογονανθρακικά - Mg(HCO 3) 2 και Ca(HCO 3) 2, το CO 2 είναι μέρος του αέρα. Ο άνθρακας είναι το κύριο συστατικό των φυσικών οργανικών ενώσεων - αέριο, πετρέλαιο, άνθρακας, τύρφη και αποτελεί μέρος οργανικών ουσιών, πρωτεϊνών, λιπών, υδατανθράκων, αμινοξέων που αποτελούν τους ζωντανούς οργανισμούς.

Ανόργανες ενώσεις άνθρακα

Ούτε ιόντα C 4+ ούτε C 4- ‑ υπό κανονικές συνθήκες χημικές διεργασίεςδεν σχηματίζονται: οι ενώσεις άνθρακα περιέχουν ομοιοπολικούς δεσμούς διαφορετικής πολικότητας.

μονοξείδιο του άνθρακα CO

Μονοξείδιο του άνθρακα; άχρωμο, άοσμο, ελαφρώς διαλυτό στο νερό, διαλυτό σε οργανικούς διαλύτες, τοξικό, σημείο βρασμού = -192°C. t pl. = -205°C.

Παραλαβή
1) Στη βιομηχανία (σε γεννήτριες αερίου):
C + O 2 = CO 2

2) Στο εργαστήριο - θερμική αποσύνθεση μυρμηκικού ή οξαλικού οξέος παρουσία H 2 SO 4 (συμπ.):
HCOOH = H2O + CO

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O

Χημικές ιδιότητες

Υπό κανονικές συνθήκες, το CO είναι αδρανές. όταν θερμαίνεται - ένας αναγωγικός παράγοντας. οξείδιο που δεν σχηματίζει άλατα.

1) με οξυγόνο

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) με οξείδια μετάλλων

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) με χλώριο (στο φως)

CO + Cl 2 – hn = COCl 2 (φωσγένιο)

4) αντιδρά με τήγματα αλκαλίων (υπό πίεση)

CO + NaOH = HCOONa (μυρμηκικό νάτριο)

5) σχηματίζει καρβονύλια με μέταλλα μεταπτώσεως

Ni + 4CO – t° = Ni(CO) 4

Fe + 5CO – t° = Fe(CO) 5

Μονοξείδιο του άνθρακα (IV) CO2

Διοξείδιο του άνθρακα, άχρωμο, άοσμο, διαλυτότητα στο νερό - 0,9V CO 2 διαλύεται σε 1V H 2 O (υπό κανονικές συνθήκες). βαρύτερο από τον αέρα? t°pl = -78,5°C (το στερεό CO 2 ονομάζεται "ξηρός πάγος"). δεν υποστηρίζει καύση.

Παραλαβή

1. Θερμική αποσύνθεση αλάτων ανθρακικού οξέος (ανθρακικά). Πυροδότηση ασβεστόλιθου:

CaCO 3 – t° = CaO + CO 2

1. Η δράση των ισχυρών οξέων σε ανθρακικά και διττανθρακικά:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHC03 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

Χημική ουσίασκηνικά θέατρουCO2
Οξείδιο οξέος: Αντιδρά με βασικά οξείδια και βάσεις σχηματίζοντας άλατα ανθρακικού οξέος

Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

Σε υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να παρουσιάζει οξειδωτικές ιδιότητες

C +4 O 2 + 2Mg – t° = 2Mg +2 O + C 0

Ποιοτική αντίδραση

Θολότητα ασβεστόνερου:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ¯ (λευκό ίζημα) + H 2 O

Εξαφανίζεται όταν το CO 2 διέρχεται από ασβεστόνερο για μεγάλο χρονικό διάστημα, επειδή Το αδιάλυτο ανθρακικό ασβέστιο μετατρέπεται σε διαλυτό διττανθρακικό:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2

Το ανθρακικό οξύ και τοάλας

H 2CO 3 -Ασθενές οξύ, υπάρχει μόνο σε υδατικό διάλυμα:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3

Διβασικός:
H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 — Άλατα οξέων- διττανθρακικά, υδρογονανθρακικά
HCO 3 - ↔ H + + CO 3 2- Μέτρια άλατα - ανθρακικά

Όλες οι ιδιότητες των οξέων είναι χαρακτηριστικές.

Τα ανθρακικά και τα διττανθρακικά μπορούν να μετατραπούν μεταξύ τους:

2NaHCO 3 – t° = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2 NaHCO 3

Ανθρακικά άλατα μετάλλων (εκτός από αλκαλικά μέταλλα) αποκαρβοξυλίζονται όταν θερμαίνονται για να σχηματίσουν ένα οξείδιο:

CuCO 3 – t° = CuO + CO 2

Ποιοτική αντίδραση- «βρασμός» υπό την επίδραση ισχυρού οξέος:

Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2

Καρβίδια

Καρβίδιο ασβεστίου:

CaO + 3 C = CaC 2 + CO

CaC 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2.

Το ακετυλένιο απελευθερώνεται όταν ο ψευδάργυρος, το κάδμιο, το λανθάνιο και τα καρβίδια δημητρίου αντιδρούν με το νερό:

2 LaC 2 + 6 H 2 O = 2La(OH) 3 + 2 C 2 H 2 + H 2.

Be 2 C και το Al 4 C 3 διασπώνται με νερό για να σχηματιστεί μεθάνιο:

Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 4 Al(OH) 3 = 3 CH4.

Στην τεχνολογία, χρησιμοποιούνται καρβίδια τιτανίου TiC, βολφράμιο W 2 C (σκληρά κράματα), πυρίτιο SiC (καρβορούνδιο - ως λειαντικό και υλικό για θερμαντήρες).

Κυανιούχο

που λαμβάνεται με θέρμανση σόδας σε ατμόσφαιρα αμμωνίας και μονοξειδίου του άνθρακα:

Na 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

Το υδροκυανικό οξύ HCN είναι ένα σημαντικό προϊόν χημική βιομηχανία, χρησιμοποιείται ευρέως στην οργανική σύνθεση. Η παγκόσμια παραγωγή της φτάνει τους 200 χιλιάδες τόνους ετησίως. Η ηλεκτρονική δομή του ανιόντος κυανίου είναι παρόμοια με το μονοξείδιο του άνθρακα (II).

ντο = Ο: [:C = Ν:] –

Τα κυανίδια (0,1-0,2% υδατικό διάλυμα) χρησιμοποιούνται στην εξόρυξη χρυσού:

2 Au + 4 KCN + H 2 O + 0,5 O 2 = 2 K + 2 KOH.

Όταν βράζουν διαλύματα κυανίου με θείο ή τήξη στερεών, σχηματίζονται θειοκυανικά:
KCN + S = KSCN.

Όταν θερμαίνονται κυανιούχα μέταλλα χαμηλής ενεργότητας, λαμβάνεται κυάνιο: Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2. Τα διαλύματα κυανίου οξειδώνονται σε κυανικά:

2 KCN + O 2 = 2 KOCN.

Το κυανικό οξύ υπάρχει σε δύο μορφές:

H-N=C=O; H-O-C = N:

Το 1828, ο Friedrich Wöhler (1800-1882) έλαβε ουρία από κυανικό αμμώνιο: NH 4 OCN = CO(NH 2) 2 με εξάτμιση ενός υδατικού διαλύματος.

Αυτό το γεγονός θεωρείται συνήθως ως η νίκη της συνθετικής χημείας έναντι της «βιταλιστικής θεωρίας».

Υπάρχει ένα ισομερές κυανικού οξέος - εκρηκτικό οξύ

H-O-N=C.
Τα άλατά του (υδράργυρος φουλμινικό Hg(ONC) 2) χρησιμοποιούνται σε κρουστικούς αναφλεκτήρες.

Σύνθεση ουρία(ουρία):

CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O. Στους 130 0 C και 100 atm.

Η ουρία είναι ένα αμίδιο ανθρακικού οξέος, υπάρχει επίσης το "ανάλογό του αζώτου" - η γουανιδίνη.

Ανθρακικά

Οι πιο σημαντικές ανόργανες ενώσεις άνθρακα είναι τα άλατα του ανθρακικού οξέος (ανθρακικά). Το H 2 CO 3 είναι ένα ασθενές οξύ (K 1 = 1,3 10 -4, K 2 = 5 10 -11). Στηρίγματα ανθρακικού ρυθμιστικού διαλύματος ισορροπία διοξειδίου του άνθρακαστην ατμόσφαιρα. Οι ωκεανοί του κόσμου έχουν τεράστια χωρητικότητα απομόνωσης επειδή είναι ανοιχτό σύστημα. Η κύρια αντίδραση ρυθμιστικού διαλύματος είναι η ισορροπία κατά τη διάσταση του ανθρακικού οξέος:

H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - .

Όταν μειώνεται η οξύτητα, λαμβάνει χώρα πρόσθετη απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα με το σχηματισμό οξέος:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 .

Καθώς αυξάνεται η οξύτητα, τα ανθρακικά πετρώματα (κοχύλια, κιμωλία και ασβεστολιθικά ιζήματα στον ωκεανό) διαλύονται. Αυτό αντισταθμίζει την απώλεια υδρογονανθρακικών ιόντων:

H + + CO 3 2- ↔ HCO 3 —

CaCO 3 (στερεό) ↔ Ca 2+ + CO 3 2-

Τα στερεά ανθρακικά μετατρέπονται σε διαλυτά διττανθρακικά. Είναι αυτή η διαδικασία χημικής διάλυσης της περίσσειας διοξειδίου του άνθρακα που εξουδετερώνει το «φαινόμενο του θερμοκηπίου» - υπερθέρμανση του πλανήτηλόγω της απορρόφησης της θερμικής ακτινοβολίας από τη Γη από το διοξείδιο του άνθρακα. Περίπου το ένα τρίτο της παγκόσμιας παραγωγής σόδας (ανθρακικό νάτριο Na 2 CO 3) χρησιμοποιείται στην παραγωγή γυαλιού.

Pb. Όλοι τους ανήκουν σε r-στοιχεία, αφού ολοκληρώνονται r-ηλεκτρονικό κέλυφος του εξωτερικού στρώματος (Πίνακας 15).

Κατανομή ηλεκτρονίων ανά ενεργειακά επίπεδα σε άτομα άνθρακα και πυριτίου Πίνακας 15

Στοιχείο	Βασική χρέωση	Αριθμός ηλεκτρονίων σε ενεργειακά επίπεδα							Ατομική ακτίνα, Å
									0,77 1,17 1,22 1,40 1,46

Καθώς το πυρηνικό φορτίο αυξάνεται, η ακτίνα του ατόμου αυξάνεται και η ηλεκτραρνητικότητα μειώνεται αισθητά. Από αυτή την άποψη, οι μεταλλικές ιδιότητες αυξάνονται αισθητά από άνθρακα σε μόλυβδο. Έτσι, έχει σαφώς καθορισμένες μεταλλικές ιδιότητες, ενώ θεωρείται αμέταλλο.
Το εξωτερικό στρώμα τεσσάρων ηλεκτρονίων και οι μικρές ατομικές ακτίνες άνθρακα και πυριτίου προάγουν το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών που είναι τυπικοί για αυτά τα στοιχεία. Ένα χαρακτηριστικό τόσο του άνθρακα όσο και του πυριτίου είναι η ικανότητα σχηματισμού μακρών αλυσίδων ατόμων με το ίδιο όνομα, γεγονός που οδηγεί σε μια μεγάλη ποικιλία οργανικών και οργανοπυριτιακών ουσιών. άνθρακα και μπορεί να σχηματίσει είτε δύο είτε τέσσερις δεσμούς σθένους. Η μέγιστη κατάσταση οξείδωσης των στοιχείων της κύριας υποομάδας της ομάδας IV είναι +4. Αυτό υποδηλώνει ότι είναι δυνατόν τα άτομά τους να δώσουν 4 ηλεκτρόνια. Στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής συμπεριφέρονται ως αναγωγικοί παράγοντες.

Τα υψηλότερα από αυτά τα στοιχεία παρουσιάζουν όξινες ιδιότητες. Αντιστοιχούν σε οξέα, τα οποία είναι πολύ αδύναμοι ηλεκτρολύτες. Αυτό υποδηλώνει ότι μεταξύ των κύριων υποομάδων των ομάδων IV-VII, η υποομάδα άνθρακα συνδυάζει στοιχεία με τις λιγότερο έντονες μη μεταλλικές ιδιότητες. Η ισχύς των πτητικών υδριδίων μειώνεται αισθητά από άνθρακα CH4 σε μόλυβδο PbH4. Είναι αδύνατο να μην σημειωθεί η φύση των ιδιοτήτων των οξειδίων στα οποία τα στοιχεία παρουσιάζουν κατάσταση οξείδωσης +2. Εάν ο άνθρακας σχηματίζει το οξείδιο CO που δεν σχηματίζει άλατα, το οξείδιο του μολύβδου PbO έχει έντονες επαμφοτερίζουσες ιδιότητες.

■ 1. Μεταξύ των στοιχείων της ομάδας άνθρακα, αναφέρετε:
α) το στοιχείο με τη μικρότερη ατομική ακτίνα·
β) ένα στοιχείο με τις πιο έντονες μεταλλικές ιδιότητες.
γ) τύπους ανώτερων οξειδίων στοιχείων της ομάδας άνθρακα.
δ) τύποι οξέων υψηλότερου οξυγόνου που αντιστοιχούν στα ονομαζόμενα οξείδια.
ε) τύποι κατώτερων οξειδίων.
στ) αλλαγή στη σταθερότητα των πτητικών ενώσεις υδρογόνου(γράψτε μια σειρά τύπων και χρησιμοποιήστε ένα βέλος για να υποδείξετε την κατεύθυνση της φθίνουσας σταθερότητας).

Ανθρακας

Το ατομικό βάρος του άνθρακα είναι 12,011. Το εξωτερικό στρώμα ηλεκτρονίων του ατόμου άνθρακα έχει 4 ηλεκτρόνια, η ηλεκτρονική του διαμόρφωση είναι 2s 2 2p 2, η κατανομή των ηλεκτρονίων μεταξύ των τροχιακών.

Μεταξύ των στοιχείων της υποομάδας, ο άνθρακας έχει υψηλότερη τιμήηλεκτραρνητικότητα.
Ο άνθρακας έχει τρεις αλλοτροπικές τροποποιήσεις - και τον άμορφο άνθρακα. και βρίσκονται στη φύση, και ο άμορφος άνθρακας μπορεί να ληφθεί μόνο τεχνητά.
- στερεή κρυσταλλική ουσία, πυρίμαχη και χημικά ανενεργή. Το καθαρό διαμάντι είναι άχρωμοι διαφανείς κρύσταλλοι. Μεταξύ των ορυκτών, το διαμάντι έχει την υψηλότερη σκληρότητα, ίση με 10, και η πυκνότητά του είναι 3.514. Τέτοια υψηλή σκληρότητα εξηγείται από τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος ατομικού τύπου, στο οποίο τα άτομα άνθρακα βρίσκονται στην ίδια απόσταση μεταξύ τους (βλ. Εικ. 11).
Λόγω της σκληρότητάς του, το διαμάντι χρησιμοποιείται ευρέως για την κοπή γυαλιού, τη διάτρηση σκληρών πετρωμάτων, τις μηχανές έλξης σύρματος, τους δίσκους λείανσης κ.λπ. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται διαμάντια μολυσμένα με διάφορες ακαθαρσίες.
Καθαρός άχρωμοι κρύσταλλοικομμένο και γυαλισμένο με σκόνη διαμαντιών και μετατράπηκε σε διαμάντια. Όσο περισσότερες όψεις, τόσο καλύτερα «παίζει» το διαμάντι. Τα διαμάντια είναι συνήθως μικρά, το βάρος τους μετριέται σε καράτια (1 καράτι ισούται με 0,2 g). Υπάρχουν όμως και μεγάλα διαμάντια.
- ένα λεπτό κρυσταλλικό ορυκτό, στο κρυσταλλικό πλέγμα του οποίου η απόσταση μεταξύ των ατόμων είναι ίδια μόνο σε δύο κατευθύνσεις και στην τρίτη είναι πολύ μεγαλύτερη. Αυτό κάνει τους κρυστάλλους γραφίτη εύθραυστους και το ίδιο το ορυκτό μαλακό. Η σκληρότητα του γραφίτη είναι 1, η πυκνότητα είναι 2,22 και το σημείο τήξης είναι περίπου 3000°. Ο γραφίτης έχει καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, επομένως χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτροδίων και πλακών για ηλεκτρολυτικά λουτρά. Η σκόνη γραφίτη αναμεμειγμένη με ορυκτέλαιο είναι ένα καλό λιπαντικό. Δεδομένου ότι ο γραφίτης είναι πιο μαλακός από το χαρτί και μπορεί να αφήσει σημάδι πάνω του, χρησιμοποιείται για την κατασκευή μολυβιών, μελάνης, μελάνης εκτύπωσης και χαρτιού αντιγραφής. Η υψηλή αντοχή στη θερμότητα του γραφίτη επιτρέπει τη χρήση του για την κατασκευή πυρίμαχων χωνευτηρίων. Ο γραφίτης μπορεί να ληφθεί τεχνητά - με θέρμανση οπτάνθρακα στους 2500-3000°.

■ 2. Τι είδους κρυσταλλικά πλέγματα έχουν το διαμάντι και ο γραφίτης;

3. Εξηγήστε από την άποψη της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης των στιβάδων ηλεκτρονίων γιατί ο άνθρακας μπορεί να σχηματίσει είτε δύο είτε τέσσερις δεσμούς σθένους.

Υπάρχει η άποψη ότι ο τεχνητά παραγόμενος άμορφος άνθρακας (αιθάλη, κάρβουνο) δεν είναι μια ανεξάρτητη αλλοτροπική τροποποίηση, καθώς η μικροκρυσταλλική του δομή είναι ίδια με αυτή του γραφίτη.
Ο άμορφος άνθρακας με τη μορφή ξυλάνθρακα λαμβάνεται με ξηρή απόσταξη ξύλου με τη μορφή πολύ ελαφριάς, εύθραυστης, πορώδης μάζας. Η δομή του άμορφου άνθρακα είναι πολύ παρόμοια με τη δομή του γραφίτη, αλλά οι κρύσταλλοι σε αυτόν είναι διατεταγμένοι τυχαία.
Η τεράστια επιφάνεια του κάρβουνου προκαλεί το χαρακτηριστικό φαινόμενο προσρόφησής του. Τα μόρια άνθρακα που βρίσκονται στην επιφάνεια ενός κομματιού άνθρακα προσελκύουν μόρια ουσιών από το περιβάλλον του, υπερνικώντας την ενέργεια της θερμικής κίνησης των μορίων. Είναι σαφές ότι όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια, τόσο πιο δυνατή είναι, οπότε το θρυμματισμένο προσροφητικό απορροφάται καλύτερα. Εάν τρίψετε καλά τα κάρβουνα και στη συνέχεια τα τοποθετήσετε κάτω από μια κουκούλα που περιέχει ατμό βρωμίου, θα παρατηρήσετε πώς το χρώμα του βρωμίου σταδιακά εξασθενεί και τελικά εξαφανίζεται.

Εάν η σκόνη άνθρακα ανακινηθεί σε δοκιμαστικό σωλήνα με διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου, φουξίνης ή βάμματος τσαγιού, τότε αυτά τα διαλύματα σύντομα αποχρωματίζονται. Εάν βράσετε το προσροφητικό μαζί με την ουσία που έχει προσροφηθεί στην επιφάνειά του καθαρό νερό, τότε εμφανίζεται και πάλι το χρώμα του διαλύματος, αφού αυξάνεται η θερμική κίνηση των μορίων και αποσπώνται από την επιφάνεια του προσροφητικού – επέρχεται εκρόφηση.
Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι το φαινόμενο της κατάλυσης, το οποίο συζητήθηκε παραπάνω, σχετίζεται στενά με το φαινόμενο της προσρόφησης.

■ 4. Ποιο φαινόμενο ονομάζεται προσρόφηση;
5. Πού αλλού λαμβάνει χώρα το φαινόμενο της προσρόφησης, εκτός από τις διεργασίες που σχετίζονται με το κάρβουνο;
6. Δώστε μια εξήγηση για το φαινόμενο της εκρόφησης και αναφέρετε τους λόγους που συμβάλλουν σε αυτό το φαινόμενο.

Όταν υποβάλλεται σε επεξεργασία με υπερθερμασμένο ατμό νερού, οι ξένες ακαθαρσίες που μερικές φορές υπάρχουν εκεί απομακρύνονται από τους πόρους του άνθρακα και το πορώδες του άνθρακα αυξάνεται. Αυτός ο τύπος άνθρακα ονομάζεται ενεργός άνθρακας.

Ο ενεργός άνθρακας χρησιμοποιείται πολύ ευρέως, ιδίως σε μια μάσκα αερίου, που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Ακαδημαϊκό. N. D. Zelinsky για την προστασία της αναπνευστικής οδού από τοξικά αέρια στον αέρα. Για πρώτη φορά μια τέτοια μάσκα αερίου χρησιμοποιήθηκε κατά τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο (Εικ. 64). Μια μάσκα αερίων αποτελείται από μια ελαστική μάσκα ή κράνος που εφαρμόζει σφιχτά γύρω από το πρόσωπο και το κεφάλι, έναν κυματοειδές ελαστικό σωλήνα που συνδέει τη μάσκα με ένα κουτί που περιέχει παράγοντες καθαρισμού του αέρα.

Το σύστημα βαλβίδων επιτρέπει τον εισπνεόμενο αέρα στη μάσκα μόνο μέσω του κουτιού και τον εκπνεόμενο αέρα απευθείας στον περιβάλλοντα χώρο. Το κουτί μάσκας αερίου περιέχει ένα στρωμένο φίλτρο κατά του καπνού που παγιδεύει στερεά και σταγονίδια σωματίδια, έναν απορροφητή χημικών που δεσμεύει χημικά τις δηλητηριώδεις ουσίες που εισέρχονται στο κουτί και τον ενεργό άνθρακα.
Ο ενεργός άνθρακας χορηγείται μερικές φορές ως εναιώρημα σε νερό από το στόμα σε περίπτωση εισόδου τοξικών ουσιών στο στομάχι. Το κάρβουνο χρησιμοποιείται επίσης για την παρασκευή μαύρης σκόνης.
Ο άμορφος άνθρακας με τη μορφή οπτάνθρακα χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία. Ο οπτάνθρακας παράγεται σε φούρνους οπτάνθρακα από άνθρακα. Είναι μια στερεή, πορώδης ουσία που είναι σχεδόν καθαρός άνθρακας. Ο οπτάνθρακας είναι ένα εξαιρετικό καύσιμο και ένας καλός αναγωγικός παράγοντας.

Ρύζι. 64.Συσκευή μάσκας αερίου από τον N. D. Zelinsky. 1-κράνος; 2 - κυματοειδές σωλήνας. 3 - βαλβίδα εκπνοής. 4 - κιβώτιο φίλτρου. 5 - ενεργός άνθρακας. 6 - χημικός απορροφητής. 7 - φίλτρο κατά του καπνού.

Η αιθάλη παράγεται με την καύση αερίων ουσιών με υψηλό ποσοστό περιεκτικότητας σε άνθρακα. Με τη μορφή αιθάλης, ο άμορφος άνθρακας χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία καουτσούκ και στη βιομηχανία εκτύπωσης για την παραγωγή μελανιού εκτύπωσης. αιθάλη περισσότερο υψηλής ποιότηταςπου λαμβάνονται με την καύση αερίων καυσίμων όπως η ακετυλίνη.

■ 7. Δημιουργήστε και συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα:

Χημικές ιδιότητες του άνθρακα

Πρέπει να σημειωθεί ότι η κύρια ιδιότητα του άνθρακα είναι η αναγωγική του ικανότητα. Ο άνθρακας είναι ένας από τους καλύτερους αναγωγικούς παράγοντες. Μειώνει εύκολα τα οξείδια τους όταν θερμαίνεται:

και καίγεται εύκολα σε οξυγόνο για να σχηματίσει μονοξείδιο του άνθρακα ή διοξείδιο του άνθρακα
2C + O2 = 2СО —

C + O2 = CO2
Όταν κραματώνεται με μέταλλα, ο άνθρακας σχηματίζει καρβίδια, τα οποία έχουν μια πολύ μοναδική μοριακή δομή. Για παράδειγμα, το καρβίδιο του ασβεστίου CaC2, το οποίο χρησιμοποιείται ιδιαίτερα ευρέως στην τεχνολογία, έχει την ακόλουθη δομή:

Ο άνθρακας ενώνεται με το υδρογόνο μόνο σε θερμοκρασία περίπου 1200°, σχηματίζοντας την οργανική ένωση μεθανίου CH4:
C + 2H2 = CH4

■ 8. Υπολογίστε πόσο χαλκό μπορεί να αναχθεί από το οξείδιο του CuO χρησιμοποιώντας 24 kg άνθρακα αν η απώλεια χαλκού είναι 5%.

Όταν υπερθερμασμένοι υδρατμοί διέρχονται μέσω καυτού άνθρακα, ο τελευταίος μειώνεται από το νερό, με αποτέλεσμα το σχηματισμό αερίου νερού:
C + H2O = CO + Na
αέριο νερού
Παρά την υψηλή αναγωγική ικανότητα του άνθρακα, η χρήση του ως αναγωγικού παράγοντα δεν είναι πάντα βολική, καθώς είναι στερεή ουσία. Είναι πολύ πιο βολικό να χρησιμοποιείτε αέρια αναγωγικά μέσα. Τότε η επαφή μεταξύ του αναγωγικού παράγοντα και της υπό αναγωγή ουσίας γίνεται πιο πλήρης. Από αυτή την άποψη, συνιστάται η μετατροπή του άνθρακα σε μονοξείδιο του άνθρακα, το οποίο διατηρεί τις αναγωγικές του ιδιότητες και είναι ταυτόχρονα μια αέρια ουσία.

■ 9. Τι όγκο αερίου νερού (κανονικές συνθήκες) μπορεί να ληφθεί περνώντας υδρατμούς από άτομα άνθρακα 5 γραμμαρίων;
10. Ο νιτρικός χαλκός πυρώθηκε σε πλήρης παύσηαπελευθέρωση καφέ αερίου, μετά την οποία αναμίχθηκε με θρυμματισμένο άνθρακα και πυρώθηκε ξανά. Τι συνέβη ως αποτέλεσμα της αντίδρασης; Δώστε την απάντησή σας, αιτιολογώντας την με εξισώσεις αντίδρασης.

Οξείδια του άνθρακα

Υπάρχουν δύο γνωστά οξείδια του άνθρακα στα οποία εμφανίζει διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης: CO και CO2.
Το μονοξείδιο του άνθρακα (II) CO, ή μονοξείδιο του άνθρακα όπως ονομάζεται, είναι ένα άχρωμο, άοσμο αέριο. Σημείο βρασμού -191,5º. Είναι ελαφρώς ελαφρύτερο από τον αέρα και εξαιρετικά δηλητηριώδες. Η τοξικότητα του μονοξειδίου του άνθρακα εξηγείται από το γεγονός ότι σε συνδυασμό με την αιμοσφαιρίνη στο αίμα, με την οποία έρχεται σε επαφή όταν εισέρχεται στους πνεύμονες, σχηματίζει καρβοξυαιμοσφαιρίνη, η οποία είναι μια ισχυρή ένωση που δεν έχει την ικανότητα να αντιδρά με το οξυγόνο. . Έτσι, η αιμοσφαιρίνη στο αίμα καταστρέφεται και σε περίπτωση σοβαρής δηλητηρίασης, ένα άτομο μπορεί να πεθάνει από πείνα με οξυγόνο. Το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να εισέλθει σε ένα δωμάτιο που θερμαίνεται από σόμπες εάν η καμινάδα κλείνει πολύ νωρίς και άκαυστο μονοξείδιο του άνθρακα εισέλθει στο σαλόνι.

Οι χημικές ιδιότητες του μονοξειδίου του άνθρακα είναι πολύ διαφορετικές. Είναι ένα εύφλεκτο αέριο που καίγεται εύκολα με μια μπλε φλόγα σε οξυγόνο και αέρα για να σχηματίσει διοξείδιο του άνθρακα:
2CO + O2 = 2CO2
Ο άνθρακας σε αυτή την αντίδραση οξειδώνεται, μετακινούμενος από C +2 σε C +4, δηλαδή εμφανίζει αναγωγικές ιδιότητες. Ως εκ τούτου, το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναγωγικός παράγοντας. Πράγματι, το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να αναχθεί από τα οξείδια:
FeO + CO = CO2 + Fe

Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένα οξείδιο που δεν σχηματίζει άλατα.

■ 11. Το στοιχείο μόλυβδος Pb, το οποίο επίσης ανήκει στην κύρια υποομάδα της ομάδας IV, μπορεί να σχηματίσει ένα οξείδιο στο οποίο εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης +2. Ο άνθρακας μπορεί επίσης να σχηματίσει ένα οξείδιο, όπου εμφανίζει την ίδια κατάσταση οξείδωσης. Συγκρίνω χημικές ιδιότητεςαυτά τα δύο οξείδια και να τα απεικονίσετε με εξισώσεις αντίδρασης.

Η ευφλεκτότητα του μονοξειδίου του άνθρακα, καθώς και οι αναγωγικές του ιδιότητες, το καθιστούν πολύτιμο καύσιμο και αναγωγικό παράγοντα σε πολλές βιομηχανικές διεργασίες, ειδικά στη μεταλλουργία, γι' αυτό το μονοξείδιο του άνθρακα παράγεται ειδικά σε φούρνους που ονομάζονται γεννήτριες αερίων (Εικ. 65).

Ρύζι. 65. Κύκλωμα γεννήτριας αερίου

Η γεννήτρια αερίου είναι ένας κλίβανος στον οποίο χύνεται οπτάνθρακας από πάνω. Ο οπτάνθρακας καίγεται από κάτω και ο αέρας παρέχεται από κάτω για να διατηρείται η καύση του κωκ. Όταν το οξυγόνο του αέρα έρχεται σε επαφή με τον καυτό άνθρακα, ο τελευταίος καίγεται για να σχηματίσει διοξείδιο του άνθρακα:
C + O2 = CO2
Περνώντας από τα επόμενα άλατα άνθρακα, το διοξείδιο του άνθρακα ανάγεται σε μονοξείδιο του άνθρακα: CO2 + C = 2CO
Ως αποτέλεσμα, αέριο γεννήτριας της ακόλουθης σύνθεσης εξέρχεται από τη γεννήτρια αερίου: CO + CO2 + N2 (αέρας). Αυτό το αέριο ονομάζεται αέρας. Το αέριο αέρα περιέχει μόνο μία εύφλεκτη ουσία, το CO, και το διοξείδιο του άνθρακα, το CO2, είναι έρμα. Για να εξασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει έρμα στο αέριο, υπερθερμασμένοι υδρατμοί διέρχονται μέσω της γεννήτριας, ο οποίος, αντιδρώντας με άνθρακα, σχηματίζει αέριο νερού:
C + H2O ⇄ CO + H2

Το αέριο νερού δεν έχει έρμα, αφού το μονοξείδιο του άνθρακα καίγεται και είναι καλός αναγωγικός παράγοντας, αλλά όταν οι υδρατμοί διέρχονται από τον άνθρακα για μεγάλο χρονικό διάστημα, ο τελευταίος ψύχεται και σταματά να λειτουργεί. Για να αποφευχθεί αυτό, ο αέρας και οι υδρατμοί διέρχονται εναλλάξ μέσω της γεννήτριας αερίου, με αποτέλεσμα ένα μικτό αέριο.
Τα αέρια παραγωγής χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία.

Ρύζι. 66. Σχέδιο υπόγειας αεριοποίησης άνθρακα.

■ 12. Τι όγκο αερίου νερού θα παραχθεί περνώντας υδρατμούς από 36 κιλά άνθρακα;
13. Να γράψετε τις εξισώσεις για τις αντιδράσεις που συμβαίνουν κατά την αναγωγή του οξειδίου του σιδήρου (III) με το αέριο νερό.
14. Πώς μπορείτε να διαχωρίσετε τα αέρια που απαρτίζουν το αέριο της γεννήτριας αέρα;
15. Το αέριο της γεννήτριας αέρα διήλθε μέσω ενός διαλύματος ασβεστίου. Πώς έχει αλλάξει η σύσταση του μείγματος αερίων; Επιβεβαιώστε με εξισώσεις αντίδρασης.
16. Σε τι διαφέρει το μικτό αέριο από το αέριο αέρα; Αναφέρετε τη σύνθεση των συστατικών του μικτού αερίου.

Το 1888, ο D.I Mendeleev πρότεινε μια μέθοδο για την υπόγεια αεριοποίηση του άνθρακα. Συνίσταται στα εξής. Στη ραφή άνθρακα (Εικ. 66), ανοίγονται δύο φρεάτια από την επιφάνεια προς τα κάτω σε απόσταση 25-30 m το ένα από το άλλο. Χρησιμοποιώντας ηλεκτρικές θερμάστρες, η ραφή άνθρακα από κάτω καίγεται. Όταν ο αέρας διοχετεύεται στο φρεάτιο φυσήματος, καίγεται ένα κανάλι μεταξύ αυτού και του φρεατίου εξόδου αερίου, μέσω του οποίου τα αέρια ρέουν στο φρεάτιο εξόδου αερίου και ανεβαίνουν στην επιφάνεια κατά μήκος του. Στο χαμηλότερο μέρος της ραφής, όπως σε μια γεννήτρια αερίου, ο άνθρακας καίγεται σε διοξείδιο του άνθρακα. Κάπως υψηλότερα, το διοξείδιο του άνθρακα μειώνεται σε μονοξείδιο του άνθρακα και ακόμη υψηλότερα, υπό την επίδραση της θερμότητας μιας θερμαινόμενης ραφής άνθρακα, πραγματοποιείται ξηρή απόσταξη, τα προϊόντα της οποίας αφαιρούνται επίσης μέσω ενός φρεατίου εξόδου αερίου. Τα προϊόντα ξηράς απόσταξης είναι πολύ πολύτιμα. Στη συνέχεια, το αέριο που διαφεύγει διαχωρίζεται από αυτά, μετά το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προορισμό του.

Το αέριο παραγωγής χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία, στην παραγωγή γυαλιού και κεραμικών, σε αεριοστρόβιλους και κινητήρες εσωτερικής καύσης και στην καθημερινή ζωή.
Το μονοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία οργανικής σύνθεσης - στην παραγωγή αμμωνίας, υδροχλωρίου, τεχνητού καυσίμου, απορρυπαντικών κ.λπ.

■ 17. Υπολογίστε την κατανάλωση άνθρακα στη γεννήτρια αερίου εάν το αποτέλεσμα είναι 112 λίτρα αερίου νερού.

Το διοξείδιο του άνθρακα CO2 είναι το υψηλότερο οξείδιο του άνθρακα, τα 44 cu. ε. (είναι πάνω από μιάμιση φορά βαρύτερο από τον αέρα). Σημείο βρασμού (εξάχνωση) -78,5°.
Όταν ψύχεται έντονα, το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε μια στερεή μάζα που μοιάζει με χιόνι - «ξηρός πάγος», ο οποίος σε κανονική πίεση δεν μετατρέπεται σε υγρό, αλλά εξαχνώνεται, κάτι που είναι πολύ βολικό κατά την αποθήκευση ευπαθών προϊόντων: πρώτον, δεν υπάρχει υγρασία και δεύτερον, η ατμόσφαιρα Το διοξείδιο του άνθρακα αναστέλλει την ανάπτυξη βακτηρίων και μούχλας. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα τυπικό όξινο οξείδιο που έχει όλες τις χαρακτηριστικές ιδιότητες.

■ 18. Να γράψετε τις εξισώσεις χημικές αντιδράσεις, χαρακτηρίζοντας τις ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα ως όξινου οξειδίου.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι αρκετά διαλυτό στο νερό: ένας όγκος CO2 διαλύεται σε έναν όγκο νερού. Σε αυτή την περίπτωση, αλληλεπιδρά με το νερό για να σχηματίσει πολύ ασταθές ανθρακικό οξύ: H2O + CO2 ⇄ H2CO3
Καθώς η πίεση αυξάνεται, το διοξείδιο του άνθρακα αυξάνεται απότομα. Αυτή είναι η βάση για τη χρήση του CO2 στην παραγωγή ανθρακούχων ποτών.

■ 19. Γνωρίζοντας τα μοτίβα των μετατοπίσεων ισορροπίας, υποδείξτε σε ποια κατεύθυνση μπορεί να μετατοπιστεί η ισορροπία σε μια αντίδραση
CO2+ H2O ⇄ H2CO3
α) αύξηση της αρτηριακής πίεσης. β) αύξηση της θερμοκρασίας.

Το διοξείδιο του άνθρακα δεν υποστηρίζει την καύση ή την αναπνοή και στην ατμόσφαιρά του τα ζώα πεθαίνουν όχι από δηλητηρίαση, αλλά από έλλειψη οξυγόνου. Μόνο η καύση σε πολύ υψηλή θερμοκρασία μπορεί να καεί σε διοξείδιο του άνθρακα, να το αποσυνθέσει και να μειώσει έτσι τον άνθρακα:
2Mg + CO2 = 2MgO + C
Ταυτόχρονα, το διοξείδιο του άνθρακα είναι απαραίτητο πράσινα φυτάγια τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Ο εμπλουτισμός της ατμόσφαιρας με διοξείδιο του άνθρακα στα θερμοκήπια ενισχύει τον σχηματισμό οργανικής ύλης από τα φυτά.
Η ατμόσφαιρα της γης περιέχει 0,04% διοξείδιο του άνθρακα. Μια μικρή ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα διεγείρει τη δραστηριότητα του αναπνευστικού κέντρου.
Το διοξείδιο του άνθρακα λαμβάνεται συνήθως με την αντίδραση αλάτων ανθρακικού οξέος κάποιων περισσότερων ισχυρό οξύ:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2CO3
Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται στο εργαστήριο σε μια συσκευή Kipp, φορτίζοντας την με μάρμαρο και υδροχλωρικό οξύ.

Ρύζι. 67. Πυροσβεστήρας αφρού. 1-δεξαμενή με υδατικό διάλυμα σόδας. 2 - αμπούλα με θειικό οξύ. 3 - ντράμερ? 4 - πλέγμα σιδήρου. 5 - έξοδος? β - λαβή

Μια παρόμοια μέθοδος για την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα χρησιμοποιείται στους λεγόμενους πυροσβεστήρες αφρού (Εικ. 67). Αυτός ο πυροσβεστήρας είναι ένας χαλύβδινος κύλινδρος γεμάτος με διάλυμα σόδας Na2CO3. Σε αυτό το διάλυμα τοποθετείται μια γυάλινη αμπούλα που περιέχει θειικό οξύ. Πάνω από την αμπούλα τοποθετείται ένας επιθετικός, ο οποίος, εάν είναι απαραίτητο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σπάσει η αμπούλα και στη συνέχεια θα αρχίσει να αλληλεπιδρά με τη σόδα σύμφωνα με την εξίσωση:
Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2CO3

Το διοξείδιο του άνθρακα που απελευθερώνεται σε μεγάλες ποσότητες σχηματίζει άφθονο αφρό, ο οποίος αποβάλλεται με πίεση αερίου μέσω μιας οπής στο πλευρικό τοίχωμα και, καλύπτοντας το αντικείμενο που καίγεται, σταματά την πρόσβαση του οξυγόνου του αέρα σε αυτό.

Για βιομηχανικούς σκοπούς, το διοξείδιο του άνθρακα λαμβάνεται από την αποσύνθεση του ασβεστόλιθου:
CaCO3 = CaO + CO2
Το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται όταν καίγεται ο άνθρακας και απελευθερώνεται επίσης κατά τη ζύμωση των σακχάρων και άλλες διεργασίες.

■ 20. Είναι δυνατόν να γεμίσετε έναν πυροσβεστήρα αφρού με διάλυμα άλλου ανθρακικού αντί για διάλυμα σόδας; θειικό οξύαντικαταστήστε με άλλο οξύ. Δώστε παραδείγματα.
21. Μίγμα αερίων που αποτελείται από διοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο και διοξείδιο του θείου. Ποια είναι η σύσταση του μείγματος αερίων στην έξοδο; Τι υπάρχει στη λύση;
22. Τι όγκος διοξειδίου του άνθρακα θα παραχθεί από την καύση 112 λίτρων μονοξειδίου του άνθρακα;
23. Τι όγκος μονοξειδίου του άνθρακα σχηματίζεται κατά την οξείδωση 4 γραμμομορίων άνθρακα;

24. Πόσο διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να ληφθεί από την αποσύνθεση 250 g ασβεστόλιθου που περιέχει 20% ακαθαρσίες, εάν η απόδοση CO2 είναι 80% της θεωρητικής;
25. Πόσο ζυγίζει 1 m 3 ενός μείγματος αερίων που αποτελείται από 70% μονοξείδιο του άνθρακα και 30% διοξείδιο του άνθρακα;

Ανθρακικό οξύ και τα άλατά του

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ανθρακικός ανυδρίτης. Το ίδιο το H2CO3 είναι μια πολύ εύθραυστη ουσία. Υπάρχει μόνο σε υδατικά διαλύματα. Όταν προσπαθείτε να το απομονώσετε από αυτά τα διαλύματα, διασπάται εύκολα σε νερό και διοξείδιο του άνθρακα:
H2CO3 ⇄ H2O + CO2
H2CO3 ⇄ H + + HCO - 3 ⇄ 2H + + CO 2 3 -
είναι πολύ αδύναμος ηλεκτρολύτης. Ωστόσο, όντας διβασικό, σχηματίζει δύο σειρές αλάτων: μέτρια - και όξινα - διττανθρακικά. Τα άλατα διοξειδίου του άνθρακα είναι ενδιαφέροντα επειδή όταν εκτίθενται σε οξύ, απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα:
K2CO3 + 2HCl = 2KCl + H2CO3

■ 26. Γράψτε την παραπάνω εξίσωση σε ιοντική μορφή και δώστε επίσης δύο ακόμη εξισώσεις αντίδρασης που απεικονίζουν την επίδραση των οξέων.
27. Να γράψετε την εξίσωση αντίδρασης για τη δράση του υδροχλωρικού οξέος στο διττανθρακικό μαγνήσιο σε μοριακή και ιοντική μορφή.

Όταν υποβάλλονται σε επεξεργασία με διοξείδιο του άνθρακα και νερό μετατρέπονται σε διττανθρακικά. Όταν θερμαίνεται, εμφανίζεται ο αντίστροφος μετασχηματισμός:
φυσιολογικές συνθήκες
CaCO3 + CO2 + H2O ⇄ Ca(HCO3)2
θέρμανση
Η μετάβαση του αδιάλυτου ανθρακικού σε διαλυτό διττανθρακικό οδηγεί στην έκπλυση του ανθρακικού από τον φλοιό της γης, με αποτέλεσμα τη δημιουργία κενών – σπηλαίων. Τα ανθρακικά είναι ως επί το πλείστον αδιάλυτα στο νερό, με εξαίρεση τα ανθρακικά αλκαλιμέταλλα και το αμμώνιο. Τα διττανθρακικά είναι πιο διαλυτά.

Μεταξύ των ανθρακικών, το CaCO3 αξίζει ιδιαίτερης προσοχής, το οποίο εμφανίζεται σε τρεις μορφές: μάρμαρο, ασβεστόλιθο και κιμωλία. Επιπλέον, σε συνδυασμό με ανθρακικό μαγνήσιο, αποτελεί μέρος του πετρώματος δολομίτη MgCO3 · CaCO3. Παρά τα ίδια χημική σύνθεση, οι φυσικές ιδιότητες αυτών των πετρωμάτων είναι εντελώς διαφορετικές.
Το μάρμαρο είναι μια σκληρή, κρυσταλλική ουσία πυριγενούς προέλευσης. Σταδιακά κρυσταλλώθηκε μέσα στο ψυκτικό μάγμα. Το μάρμαρο συχνά χρωματίζεται με ακαθαρσίες σε διαφορετικά χρώματα. Το μάρμαρο είναι πολύ καλά γυαλισμένο και επομένως χρησιμοποιείται ευρέως ως υλικό φινιρίσματος για την επένδυση κτιριακών κατασκευών και στη γλυπτική.

Ο ασβεστόλιθος είναι ένα ιζηματογενές πέτρωμα οργανικής προέλευσης. Συχνά στον ασβεστόλιθο μπορείτε να βρείτε υπολείμματα αρχαίων ζώων, κυρίως μαλακίων σε ασβεστολιθικά κελύφη. Μερικές φορές είναι αρκετά μεγάλα και μερικές φορές είναι ορατά μόνο στο μικροσκόπιο. Για εκατομμύρια χρόνια, ο ασβεστόλιθος έχει συμπιεστεί και έχει γίνει τόσο σκληρός που χρησιμοποιείται ως οικοδομικό υλικό. Τώρα όμως σταδιακά αντικαθίσταται από φθηνότερα, ελαφρύτερα και πιο άνετα τεχνητά υλικά. Ο ασβεστόλιθος χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ασβέστη.

Η κιμωλία είναι ένα μαλακό ιζηματογενές πέτρωμα λευκό. Χρησιμοποιείται στις κατασκευές για άσπρισμα. Κατά την παρασκευή σκόνης δοντιών, η κιμωλία διαλύεται πρώτα σε οξύ και στη συνέχεια κατακρημνίζεται ξανά, καθώς η φυσική ουσία περιέχει μικροσκοπικά στερεά σωματίδια πυριτίου που μπορούν να χαράξουν το σμάλτο των δοντιών.
Το διττανθρακικό ασβέστιο Ca(HCO3)2 εμφανίζεται στη φύση σε διαλυμένη κατάσταση. Σχηματίζεται από τη δράση του νερού σε συνδυασμό με το διοξείδιο του άνθρακα στον ασβεστόλιθο. Η παρουσία αυτού του άλατος δίνει στο νερό προσωρινή (ανθρακική) σκληρότητα.
Εξαιρετικό ενδιαφέρον παρουσιάζει η σόδα Na2CO3, η οποία μερικές φορές εμφανίζεται φυσικά στις λεγόμενες λίμνες σόδας. Αλλά επί του παρόντος, η εξαγωγή σόδας από φυσικές πηγές αντικαθίσταται από φθηνότερη τεχνητή παραγωγή αυτού του προϊόντος. Αν η σόδα περιέχει νερό κρυστάλλωσης, τότε ονομάζεται κρυσταλλική σόδα Na2CО3 · 10Н2О, αλλά αν δεν περιέχει, τότε ονομάζεται ανθρακικό νάτριο. Η σόδα χρησιμοποιείται ευρέως στις βιομηχανίες σαπουνιού, κλωστοϋφαντουργίας, χαρτιού και γυαλιού.

Το διττανθρακικό σόδας, ή διττανθρακικό νάτριο ή μαγειρική σόδα, το NaHC03 χρησιμοποιείται σε προϊόντα ζαχαροπλαστικής ψησίματος ως διογκωτικός παράγοντας, καθώς και στην ιατρική για την υψηλή οξύτητα του στομάχου, την καούρα, τον διαβήτη κ.λπ.
Το ανθρακικό κάλιο K2CO3, ή ποτάσα, όπως η σόδα, χρησιμοποιείται στη βιομηχανία σαπουνιού και στην παραγωγή πυρίμαχου γυαλιού.
Πρέπει να σημειωθεί ότι ο άνθρακας σχηματίζει τις λεγόμενες οργανικές ενώσεις, ο αριθμός και η ποικιλία των οποίων υπερβαίνει κατά πολύ τις ενώσεις όλων των άλλων στοιχείων μαζί. Η λεπτομερής μελέτη των ενώσεων του άνθρακα χωρίζεται σε ένα ανεξάρτητο πεδίο που ονομάζεται οργανική χημεία.

■ 28. Πώς να ξεχωρίσετε το ανθρακικό νάτριο, που παρουσιάζεται σε στερεή μορφή, μεταξύ τους;
29. Τοποθέτησαν νιτρικό κάλιο σε ένα κύπελλο πορσελάνης, νιτρικό κάλιο σε ένα άλλο, και άρχισαν να το φρύνουν σε ένα τρίτο, ξεχνώντας να σημειώσουν ποιο κύπελλο περιείχε ποιο αλάτι. Πώς μπορείτε να αναγνωρίσετε τα άλατα που λαμβάνονται παρατηρώντας τη διαδικασία πύρωσης και μελετώντας τα προϊόντα αντίδρασης;
30. Πώς να πραγματοποιήσετε μια σειρά μετασχηματισμών:

31. Πώς γίνεται στη φύση η μετατροπή του ανθρακικού ασβεστίου σε διττανθρακικό;
32. Πυρώθηκαν 2 kg ανθρακικού ασβεστίου. Το βάρος του υπολείμματος μετά την πύρωση αποδείχθηκε ότι ήταν 1 kg 800 g Τι ποσοστό του ανθρακικού άλατος αποσυντέθηκε;
33. Πώς να απαλλαγείτε από ακαθαρσίες νιτρικού ασβεστίου;
34. Πώς, με μόνο υδροχλωρικό οξύ στη διάθεσή σας, μπορείτε να αναγνωρίσετε το ανθρακικό βάριο, το θειώδες βάριο και το θειικό βάριο;
35. Το οξείδιο του σιδήρου (III) ανάγεται με μονοξείδιο του άνθρακα που λαμβάνεται από 5 kg άνθρακα. Πόσο σίδηρο ελήφθη;

Ο άνθρακας είναι ένα ζωτικό στοιχείο για τα ζώα και τα φυτά. Τα φυτά χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα και ενέργεια από τον ήλιο για να δημιουργήσουν οργανική ύλη. Τα φυτοφάγα ζώα που τρέφονται με φυτά, χρησιμοποιώντας αυτές τις έτοιμες ουσίες, εξυπηρετούν με τη σειρά τους

Ρύζι. 68. Ο κύκλος του άνθρακα στη φύση

τροφή για αρπακτικά. Τα φυτά και τα ζώα πεθαίνουν, σαπίζουν, οξειδώνονται και εν μέρει μετατρέπονται σε διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο καταναλώνεται και πάλι από τα φυτά και μερικώς σταδιακά αποσυντίθεται στο έδαφος, σχηματίζοντας διαφορετικών τύπωνκαύσιμα. Όταν καίγεται καύσιμο, απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα και καταναλώνεται από τα φυτά (Εικ. 68).
Αυτός ο κύκλος μπορεί να συμβεί μόνο μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης.