Курсовая работа: р елементи ІV групи

Сполуки карбону з металами та іншими елементами, які є електро­позитивними щодо карбону, називаються карбідами. Вони утво­рюються при прожарюванні з вугіллям металів або їхніх оксидів.

Карбіди — кристалічні тіла. Природа хімічного зв'язку у них може бути різна. Так, багато карбідів металів головних підгруп І, II і III груп періодичної системи — це солеподібні сполуки з пере­важанням іонного зв'язку. До них належать карбіди алюмінію А1₄ С₃ і кальцію СаС₂ . Перший з них можна розглядати як продукт заміщен­ня гідрогену на метал у метані СН₄ , а другий в ацетилені С₂ Н₂ .

Справді, при взаємодії карбіду алюмінію з водою утворюється ме­тан:

А1₄ С₃ + 12Н₂ О = 4А1 (ОН)₃ + ЗСН₄ |,

а при взаємодії з водою карбіду кальцію — ацетилен:

СаС₂ + 2Н₂ О = Са (ОН)₂ + С₂ Н₂ |.

У карбідах силіцію SiC і бору В₄ С зв'язок між ато­мами ковалентний. Ці речовини характеризуються високою твердістю, тугоплавкістю, хімічною інертністю.

Більшість металів побічних підгруп IV—VIII груп періодичної системи утворюють карбіди, зв'язок у яких близький до металічного внаслідок чого ці карбіди де в чому схожі на метали, на­приклад, мають значну електропровідність. Вони також мають високу твердість і тугоплавкість; (карбіди цієї групи застосовують у ряді га­лузей промисловості)

Більшість цінних властивостей чавунів і сталей зумовлені наяв­ністю в них карбіду феруму Fе₃ С.

Діоксид карбону. Карбонатна кислота. Діоксид карбону СО₂ весь час утворюється в природі при окисленні органічних речовин (гниття рослинних і тваринних залишків, дихання, згоряння палива). У великій кількості СО₂ виділяється з вулканічних тріщин і з води мінеральних джерел.

У лабораторіях діоксид карбону звичайно добувають, діючи на мармур СаСО₃ хлоридною кислотою в апараті Кіппа:

СаСО₃ + 2НС1 = СаС1₂ + Н₂ О + C0₂

У промисловості велику кількість діоксиду карбону добувають при випалюванні вапна:

СаСО₃ = СаО + СО₂ Т.

Діоксид карбону за звичайних умов — безбарвний газ, приблиз­но в 1,5 раза важчий за повітря, завдяки чому його можна переливати як рідину, з однієї посудини в іншу. Маса 1 л СО₂ за нормальних умов становить 1,98 г. Розчинність діоксиду карбону у воді невелика: 1 об'єм води при 20° С розчиняє 0,88 об'єму СО₂ , а при 0° С — 1,7 об'єму. Застосовується діоксид карбону у виробництві соди за аміач­нохлоридним способом , для синтезу карбаміду, добування солей карбонатної кислоти, а також газування фруктових і мінеральних вод та інших напоїв.

Під тиском близько 0,6 МПа діоксид карбону при кімнатній тем­пературі перетворюється в рідину. Рідкий діоксид карбону зберіга­ють у стальних балонах. При швидкому виливанні його з балона, вна­слідок випаровування вбирається так багато теплоти, що СО₂ пере­творюється на тверду білу снігоподібну масу, яка, не розтоплюючись, сублімується при —78,5° С. Твердий діоксид карбону під назвою «сухий лід» застосовують для охолодження продуктів, що швидко псуються, для виробництва і зберігання морозива, а також у багатьох інших випадках, коли потрібна низька температура.

Розчин СО₂ у воді має кислуватий смак і виявляє слабкокислу ре­акцію, зумовлену наявністю в розчині невеликої кількості карбонатної кислоти Н₂ СО₃ , що утворюється за такою оборотною реакцією:

СО₂ + Н₂ О =Н₂ СО₃ .

Отже, діоксид карбону є ангідридом карбонатної кислоти.

Рівновага цієї реакції дуже зміщена вліво, тому лише незначна кількість розчиненого СО₂ перетворюється на карбонатну кислоту.

Карбонатна кислота Н₂ СО₃ може існувати лише у водному розчині. При нагріванні розчину діоксид карбону звітрюється, рівновага реак­ції утворення Н₂ СО₃ зміщується вліво і врешті-решт лишається чиста вода.

Карбонатна кислота дуже слабка. У розчині вона дисоціює, голов­ним чином, на іони Н⁺ і НСО3 і лише в мізерній кількості утворює іони СОз

Н₂ СО₃ = Н⁺ + HCO₃ ^- = 2 Н⁺ + CO₃ ^2-

Константа дисоціації карбонатної кислоти у першому ступені, що враховує рівновагу іонів з усією кількістю діоксиду карбону в розчині (у формі СО₂ і у вигляді карбонатної кислоти), виражається співвідношенням:

Константа дисоціації у другому ступені:

Як двохосновна кислота, карбонатна кислота утворює два ряди со­лей — середні і кислі; середні солі називаються карбонатами, кислі -гідрокарбонатами.

Солі карбонатної кислоти можна добути або дією діоксид карбону на луги, або за допомогою обмінних реакцій між розчинними солями карбонатної кислоти та солями інших кислот. Наприклад:

NaOH + СО₂ = NaHCO₃ ;

NaHCO₃ + NaOH = Na₂ CO₃ + H₂ O;

ВаС1₂ + Na₂ CO₃ = BaCO₃ | + 2NaCl.

З слабкими основами карбонатна кислота здебільшого дає основні со­лі, прикладом яких може бути гідроксокарбонат купруму (СuОН)₂ СО₃ . Мінерал такого складу існує в природі і називається малахітом.

При дії кислот, навіть таких слабких, як оцтова, всі карбонати розкладаються з виділенням діоксиду карбону. Цією реакцією часто користуються для відкриття карбонатів, оскільки виділення СО₂ лег­ко виявити за характерним шипінням.