Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Вследствие высокой = 347 кДж/моль), С2Н4 (Е 438 Сравнительно недавно получена новая модификация углерода фуллерен. Молекулы фуллерена состоят из 60, 70 атомов, образук>щнх сферу — геодезический купол (рис. 176). Сфера сшита из 5-и и 6-и угольников атомов углерода. Фуллерен получен при испарении графита и конденсации его паров в атмосфере гелия при высоком давлении. Фуллерен химически стоек.
Благодаря сферической форме молекул Ссш Сэс фуллерен весьма тверд. Он может служить в качестве твердой смазки. Строение молекул фуллерена позволяет вводить в их внутреннюю полость другие вещества, создавая тем самым принципиально новые, в частности, сверхтвердые материалы Фуллерен можно использовать для удаления токсичных и радиоактивных веществ.
Соединения с отрицательной степенью окисления. С менее электро- отрицательными, чем он сам, элементами углерод дает ха1эбээдээ. Поскольку для углерода характерно образовывать гомоцепи, состав большинства карбидов не отвечает степени окисления углерода — 4. По типу химической связи можно выделить ковалентные, ионно-ковалентные и металлические карбиды. Ковалентные карбиды кремния ЯС и бора ВэС вЂ” полимерные вещества. Они характеризуются очень высокой твердостью. тугоплавкостью и химической инертностью.
В качестве простейшего ковалеитного карбида можно рассматривать метан СНо Его молекула (см. рис ацетилен С2Н2 в обычных условиях— прочности связи С2На (Е,, СС 598 кДж/моль) и С2Н2 (Е, СС 429 = 811 кДж/моль) в отличие от НгОг, ХгНв и в особенности ХгНг вполне устойчивы и химически малоактивны. Расстояния 4 при одинарной, двойной и тройной связях между атомами углерода равны 0,154, 0,135 и 0,120 нм соответственно. В зависимости от типа вязи СН состааляги риди б эации валентных орбиталей атома углерода длина свя 0,1057 нм ет: 0,1093 нм (зрз-гибридизация), 0,1071 нм (врг-гибридизация), 0,1 нм (вр-гибридизация).
Межъядерное расстояние в ионе С ион Сг составляет 0,119— 0,124 нм. Ионно — ковалентные карбиды — это кристаллические солеподобные вещества. При действии воды или разбавленной кислоты они разрушаются с выделением углеводородов. Поэтому карбиды подобного типа можно рассматривать как производные соответствующих углеводородов. В качестве производных метана — жстанндов — можно рассматриплавкие кристаллические вешегтва, Согласно рентгеноструктурным исследованиям в их кристаллах атомы углерода между собой не связаны. Метаниды разлагаются водой, выделяя метан: А14Сз(к) + 12НгО(ж) = 4А!(ОН)з(к) + ЗСНв(г), Аг' вв — — 1770 кДж Иэ солеподобных перкарбидов отяосительно лучше изучены ацети+г +з лиды типа МгСг, МСг и Мг(Сг)з.
Ацетилиды наиболее характерны для з- и 4 элементов 1 и П группы, а также для алюминия. Ацетилиды образуются по обменным реакциям в растворах 2АЗХОз + НгСг — АЗгСг + 2НХОз или непосредственным взаимодействием СгНг с некоторыми металлами при нагревании: 2А! + ЗНгСг = А!г(Сз)з + ЗНг 2 +Нгсгжхсг+Н Имеющий наибольшее значение ацетилид кальция Са .г ( С Г (обычно называемый карбидом) получают нагреванием СаО с углем в электро- печах. СаО 1. ЗС = СаСг + СО, ЛНгзв 462 кДж, Л5гзз = ~~~ Д~г 430 Ацетилиды более или менее легко разлагаются водой СаСг + 2НгО = Са(ОН)г + СгНг с образованием ацетилена. Эта реакция используется в технике для получения ацетилена.
В ряду à — Π— Х вЂ” С повышается способность к образованию соединений с делокализованной связью, вплоть до металлической. Металлическими являюзся карбиды 3-элементов !Ч вЂ” ЧП! групп. Карбиды этого типа представляют собой соединения включения; в них атомы углерода занимают октаэдрические пустоты в плотноупакованных структурах атомов металлов. Металлические карбиды весьма разнообразны. Чаще всего встречаются карбиды среднего состава МС (Т1С, 2гС, Н!С, ЧС, ХЪС, ТаС), МгС (МогС, ЧУгС), МзС (МпзС, ГезС, СозС). Зги карбиды проявляют металлические признаки: металлический блеск, высокую электрическую проводимость, уменьшающуюся с повыгпением температуры, легкость образования твердых растворов с металлами и др. Состав карбидов 4-элементов изменяется в широких пределах.
Например, в зависимости от условий получения карбиды титана и ванадия имеют состав Т!Солвч,о и Чсо,вв-! о. Карбиды 3-элементов обладакп высокой твердостью, жаропрочностью, обычно более высокой температурой плавления, чем исходные металлы, на- пример: Металл...... Т1 Хг Н! Ч ХЬ Та Мо ЧЧ Мп Ге Т. пл., ' Г ....1668 1852 2200 1919 2460 3000 2620 3380 1244 1539 Карбид...... Т1С ЕгС Н!С ЧС ХЬС ТаС МогС ЧЧгС МпзС ГезС Т. пл., ' С .....3!50 3580 3670 2800 3500 3880 2690 2800 1520 !650 Карбиды состава МС (Т!С, ЧС, ХЬС) и МгС (МогС, ЧЧгС) наряду с исключительной жаростойкостью и тугоплавкостью (2000 — 3500 "С) характеризуются высокой коррозионной стойкостью. Карбиды состава МзС (МпзС, ГезС, СозС) термически и химически менее устойчивы.
Так, они разлагаются разбавленными кислотами, выделяя смесь углеводородов. Карбиды получают прокзливанием при высоких температурах смеси порошков металлов или их оксидов с углем в электрических печах: ЧгОв + 7С = 2ЧС + 5СО Металлические карбиды входят в состав чугунов и сталей, прида- вая им твердость, износоустойчивость и другие ценные качества. На 431 СГ4 СС!4 СВ«С1,< -23 94 17! (разл.) 77 187 ва я 0,176 О,!94 О 215 Т.пл., С.. -184 †1 0,136 340 285 214 79 67 260 †1 -б! На! На! С=О С=В Г На1 Па! эр<цгибрнднзапия На! На) Г С На! Н а) эрэ-гибридизация В=С=В эр-гибридизация СО.+Н;О=НСО„ СОС!г + 2НэО = Н СОз + 2НС! СНз + ЗС1, = СС1, -1- 52С!э 2КОН + СО, = К,соэ + Н,О углерода прн- основе карбидов вольфрама, титана и тантала производят сверхтвердые и тугоплавкие сплавы, применяемые для скорост р : ной об аботки металлов.
'1'акие сплавы изготовляют методами порошковой металлургии (спрессовыванием составных частей при нагревании). . В качестве Ц ементирук>щего материала чаще всего нспользу ют кобальт и никель. Сплав, состоящий из 20% Н(С и 80% ТаС. — самый тугоплавкий нз известных веществ (т,пл. 4400'С). Соединения углерода (!Н). Степень окисления углерода +4 проявляется в его соединениях с более электроотрицательными, чем он сам, неметаллическими элементами: СНа!< СОНа!э СО7 СОН СВг СННа!э СО'-,' СОН"', СН2 В соответствии с гибридным состоянием валентных арбиталей у тлерода молекулы его галогенидов СНа1< имеют тетраэдрическую, молекулы оксида СОэ и сульфида Сэз — линейную, а оксо- и сульфидогалогенидов СО Н а1м СН Н а1э — треугольную <.труктуру: В обычных условиях некоторые из указанных соединений — газы (СГ<, СОж СОа, СОС12), другие — жидкости (СС1,, СВ,) или легкоплавкие твердые вещества (СВгж С14-иодид).
В твердом состоянии все они< имеют молекулярные ре<нетки. По химической природе эти соединения утлерода (1Н) являются кислотными. Некоторые из них взаимодействуют с водой, образуя кислоты: и < основными соединениями, образуя соли. Некоторые константы т е т р а г а л о г е н и д о в неданы ниже: 432 Т. кип., "С........... ИС Е, кДж/моль...... СНа1 <ьа /, кДж/моль ь< Ц,,м кДж/моль.....
В обычных условиях СГэ — газ, СС1< — жидкость, а СВг< и С1з— твердые вещества. Первые два галогенида бесцветны, СВг< — блгдпожелтое и С1< — светло-красное вещества. Все зти соединения в нада практически нерастворимы, но растворяются в органических растворителях. Теграфторид углерода чрезвычайно у<тойчив к пагревангна и химическим реагентам, тетрахлорид углерода несколько маны устойчив, однако не разлагается щелочами и кислотами. Ега гндрализ протекает лишь при высокой температуре в присутствии каэчсызаторов. Изменение энергии Гиббса в реакции СНа!<(г) + 2НгО(г) = СОэ(г) + 4ННа1(г) свидетельствует о термодинамической вероятности гидролиза СГ< (<УС.;„= — 150 кДж/моль) и СС1< (ЬО'э„ж — 250 кДж/моль).
Отсутс<- вне гидролиза при обычных условиях обусловливается кинетичшкнм фактором: координационно насыщенный атом углерода нс складок присоединять молекулы воды (акцептировать электронные нары ат молекул Н О для инициирования гидролнза). По мере увеличения длины и ослабления прочности связи С вЂ” На) в ряду СГ4 — СС!< — СВг< — С1< устойчивость соединении снижается и возрастает химическая активность. Тетрафторид углерода можно получить непосредственным взаимодействием простых веществ или по обменной реакции между С1,'1.< и А8Г при 300 'С. Тетрахлорид получают хлорированием СН в при<.уэствии катализатора: Из тетрагалогенидов наибольшее применение получил СС1< а ка- честве негорючего растворителя органических веществ, а также жид- кости для огнетушителей.
Смешанный фторид-хлорид углерода 433 СОС12 СОВг2 — 118 +8 +05 0,175 СОР, -114 -83 0,1З1 0,117 30 0,1 17 зг и структурной формуле Их молекулы имеют форму плоского треугольника. Поскольку связи в них неравноценны, молекулы СОНа12 обладают полярностью.
Все оксодигалагениды (карбонилгалогениды) зна сительно более реакционноспособиы, чем тетрагалогениды; в частности, они легка гидролизуются: :О=С=-О: СОС)2(г) + Н20(ж) = СО2(г) + 2НС!(р); с20' = — 209кДж Наибольшее применение находит СОС12 (фосгся, глористый харбоя444). Его широко используют в органическом синтезе. Это ч р е з в ы— чайно ядовитый газ. Из анионных комплексов углерода (1Ъ) — карбенап2ое — простейшими являются СО2, Сзз и СМ2: О О ~Ф С !',' О 8 ~Ф С !' 8 [14=С=14) 2- триоксокарбонат-нон (арэ-гибридизация орбиталей углерода) Оксокарбонаты получают взаимодействием С02 с растворами щелоь чей или по обменным реакциям.
Растворимы в воде лишь карбонаты натрия и элементов подгруппы калия. При действии С02 на карбонаты в присутствии воды образуются гидрокарбонаты; СаСО2(т) + С02 + Н20 Са(НС02)2(р) Гидрокарбонаты в отличие от карбонатов в большинстве своем растворимы в воде. Триоксокарбонат водорода Н2С02 неустойчив в свободном состоянии.
Угольная кислота образуется при взаимодействии СО2 с водой. В водном растворе большая часть растворенного С02 находится в гидра- 435 '81 СС!222 — фреен (т.кип. — 30 С) применяется в качестве хладагента в холодильных машинах и установках. Молекула д и о к с и д а углерода СО2 имеет линейную форму (41 = 0,1162 нм, д = О). С учетом гэ-электронов двух атомов кисло- СО рода это отвечает электронной конфигурации 2,2 2 2 4 2Л 24В Диоксид углерода (т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
