Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
По свойствам они похожи на соли надугольной кислоты
|
|
Кроме воды, СО2 способен присоединять аммиак уже при обычных условиях с образованием карбаминовокислого аммония:
СО2 + 2 NH3 = CO(NH2)ONH4.
Эта нестойкая соль неизвестной в свободном состоянии аминоугольной кислоты при нагревании до 190 °С под давлением около 200 атм отщепляет молекулу воды и переходит в карбамид:
СО(NH2)ONH4 + 29 кДж = Н2О + СО(NH2)2.
Карбамид (иначе мочевина) представляет собой бесцветные кристаллы (т. пл. 133 °С), хорошо растворимые в воде (приблизительно 1: 1 по массе при обычных условиях). В расплавленном состоянии он является хорошим растворителем многих неорганических веществ, а с солями ряда металлов способен образовывать комплексные соединения. Взаимодействие карбамида с пиросерной кислотой по реакции:
СО(NH2)2 + H2S2O7 = CO2 + 2 H2NSO3H
Является удобным методом получения сульфаминовой кислоты.
Основные свойства карбамида выражены крайне слабо (К = 2·10-14), но соли его с кислотами получены. Примерами могут служить СО(NH2)2·HNO3 и СО(NH2)2· H3PO4.
Карбамид постоянно содержится в моче животных (отсюда его другое название). Он является прекрасным азотным удобрением и хорошим частичным заменителем растительных белковых кормов для жвачных животных (но ядовит для остальных).
В водном растворе (и особенно в почве под воздействием бактерий) карбамид медленно присоединяет две молекулы воды и переходит в углекислый аммоний:
СО(NH2)2 + 2 H2O = (NH4)2CO3.
Оксид углерода (II) (угарный газ)CO образуется при сгорании углерода в недостатке кислорода. Чаще всего он получается в результате взаимодействия углекислого газа с раскалённым углём:
СО2 + С + 171 кДж = 2 СО.
Реакция эта обратима, причём равновесие её ниже 400 °С практически нацело смещено влево, а выше 1000 °С — вправо. Однако с заметной скоростью оно устанавливается лишь при высоких температурах. Поэтому в обычных условиях СО вполне устойчив.
Молекула СО характеризуется d(СО) = 113 пм, энергия его диссоциации 1070 кДж/моль, что больше, чем у других двухатомных молекул. Рассмотрим электронное строение СО, где атомы связаны между собой двойной ковалентной связью и одной донорно-акцепторной, причём кислород является донором, а углерод акцептором.
Небольшие количества СО удобно получать разложением муравьиной кислоты:
НСООН = Н2О + СО
Реакция эта легко протекает при взаимодействии НСООН с горячей крепкой серной кислотой.
Удобным методом лабораторного получения СО могут служить нагревание с концентрированной серной кислотой щавелевой кислоты или железосинеродистого калия. В первом случае реакция протекает по схеме:
Н2С2О4 = СО + СО2 + Н2О.
Монооксид углерода представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ, малорастворимый в воде и химически с ней не взаимодействующий. Не реагирует СО также со щелочами и кислотами. Он чрезвычайно ядовит.
С химической стороны оксид углерода(II) характеризуется главным образом склонностью к реакциям присоединения и своими восстановительными свойствами. Однако обе эти тенденции обычно проявляются лишь при повышенных температурах. В этих условиях СО соединяется с кислородом, хлором, серой, некоторыми металлами и т. д. Вместе с тем оксид углерода при нагревании восстанавливает до металлов многие оксиды, что весьма важно для металлургии.
Наряду с нагреванием повышение химической активности СО часто вызывается его растворением. Так, в растворе он способен восстанавливать соли Au, Pt и некоторых других элементов до свободных металлов уже при обычных температурах.
При повышенных температурах и высоких давлениях имеет место взаимодействие СО с водой и едкими щелочами: в первом случае образуется НСООН, а во втором — муравьинокислый натрий. Последняя реакция протекает при 120 °С, давлении 5 атм и находит техническое использование.
Легко идущее в растворе восстановление хлористого палладия по суммарной схеме:
PdCl2 + H2O + CO = CO2 + 2 HCl + Pd
служит наиболее часто применяемой реакцией открытия монооксида углерода в смеси газов. Уже очень небольшие количества СО легко обнаруживаются по лёгкому окрашиванию раствора вследствие выделения мелко раздробленного металлического палладия. Количественное определение СО основывается на реакции:
5 СО + I2O5 = 5 CO2 + I2.
Окисление СО в растворе часто идёт с заметной скоростью лишь в присутствии катализатора. При подборе последнего основную роль играет природа окислителя. Так, KMnO4 быстрее всего окисляет СО в присутствии мелкораздробленного серебра, K2Cr2O7 — в присутствии солей ртути, КСlO3 — в присутствии OsO4. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород, причём активность его при обычных условиях выше, чем у последнего. Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.
На воздухе СО загорается около 700 °С и сгорает синим пламенем до СО2:
2 СО + О2 = 2 СО2 + 564 кДж.
Сопровождающее эту реакцию значительное выделение тепла делает монооксид углерода ценным газообразным топливом. Пламя СО может иметь температуру до 2100 °С.
Сгорание толстых слоёв угля в печах идёт в три стадии:
1) С + О2 = СО2 ; 2) СО2 + С = 2 СО; 3) 2 СО + О2 = 2 СО2.
При преждевременном закрытии трубы в печи создаётся недостаток кислорода, что может вызвать распространение СО по отапливаемому помещению и привести к отравлениям (угар). Следует отметить, что запах “угарного газа” обусловлен не СО, а примесями некоторых органических веществ.
При действии СО на металлический К при 80 °С образуется бесцветное кристаллическое очень взрывчатое соединение состава К6С6О6. Вещество это с отщеплением калия легко переходит в оксид углерода С6О6 (“трихинон”), который можно рассматривать как продукт полимеризации СО. Строение его отвечает шестичленному циклу, образованному атомами углерода, каждый из которых соединён двойной связью с атомами кислорода.
Ещё один оксид углерода (“недооксид”) состава С3О2 может быть получен отнятием воды от малоновой кислоты СН2(СООН)2 при помощи Р2О5.. Это бесцветный газ с резким запахом (т. пл. -107 °С, т. кип. +7 °С). Строение его молекулы отвечает линейной структуре О=С=С=С=О. При нагревании С3О2 легко полимеризуется с образованием красного полимера и почти так же легко разлагается на СО2 и С2 (с дальнейшим переходом молекул углерода в графит). На воздухе он горит синим пламенем с выделением копоти, а при взаимодействии с водой даёт малоновую кислоту.
Тиооксид углерода СОS. (О=С=S) образуется при взаимодействии СО с серой по реакции:
СО + S = COS + 29 кДж
быстро идёт лишь при высоких температурах. Тиооксид углерода представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ (т. пл. -139, т. кип. -50 °С). В воде он довольно хорошо растворим (1: 2 по объёму) и постепенно гидролизуется по схеме:
СОS + H2O = CO2 + H2S.
Фосген COCl2. Взаимодействие СО с хлором по уравнению:
СО + Сl2 Û СОСl2 + 113 кДж
в присутствии катализатора (активированного угля) довольно быстро идёт уже при комнатной температуре. Получающийся бесцветный газ, очень ядовит, имеет характерный запах, малорастворим в воде, но постепенно разлагающийся ею по схеме:
Оксид углерода (II) способен непосредственно соединяться с некоторыми металлами. В результате образуются карбонилы металлов [Fe(CO)5, Ni(CO)4, Mo(CO)6 и др.], которые следует рассматривать как комплексные соединения.
Карбонилы металлов представляют собой летучие жидкие или твёрдые вещества, нерастворимые в воде, но хорошо растворяющиеся во многих органических растворителях. Все они весьма ядовиты, а при нагревании легко распадаются на соответствующий металл и оксид углерода(II).
Сероуглерод. В технике сероуглерод (СS2) получают пропусканием паров серы сквозь слой раскалённого угля.
В противоположность сильно экзотермическому процессу образования СО2 из элементов, реакция соединения углерода с серой является эндотермической:
С + 2 S + 88 кДж = СS2.
Чистый сероуглерод представляет собой весьма летучую бесцветную жидкость с довольно приятным запахом, но обычно он содержит незначительные примеси продуктов частичного разложения, сообщающие ему жёлтый цвет и отвратительный запах. Растворимость сероуглерода в воде составляет всего 0, 15 вес. %. Гидролиз его по схеме:
СS2 + 2 H2O = CO2 + 2 H2S + 50 кДж.
протекает лишь выше 150 °С.
Пары его ядовиты и очень легко воспламеняются. Сгорание их идёт по уравнению:
СS2 + 3 O2 = CO2 + 2 SO2 + 1100 кДж.
Молекула S=C=S линейна,
Под давлением 45 тыс. атм сероуглерод при 200 °С превращается в чёрную твёрдую полимерную массу. Полимер имеет низкую диэлектрическую проницаемость (4, 0), обладает полупроводниковыми свойствами и нерастворим в органических растворителях. В обычных условиях он устойчив, но при 70 °С размягчается, а при 170 °С разлагается на элементы.
При взаимодействии СS2 с крепким раствором Na2S образуется Na2CS3 – соль тиоугольной кислоты H2CS3/ Тиокарбонаты наиболее активных металлов (а также NH4+) устойчивы, тогда как производные остальных более или менее легко разлагаются. В твёрдом виде большинство солей Н2СS3 жёлтого цвета, а растворы их обычно имеют красную окраску. Хорошо растворимы в воде лишь немногие тиокарбонаты, в частности, производные Na, K и NH4. Тиокарбонат калия применяется для борьбы с вредителями сельского хозяйства (главным образом с филлоксерой).
Свободная тиоугольная кислота может быть получена действием сильных кислот на крепкие растворы её солей: в начале происходит переход от красного цвета к жёлтому, а затем в виде маслянистой жидкости частично выделяется тиоугольная кислота (т. пл. -27 °С). Она постепенно разлагается на CS2 и Н2S, но всё же она несравненно устойчивее угольной кислоты. Её кислотные свойства (К1 = 2·10-3, К2 = 7·10-9) также выражены гораздо более сильно.
Синильная кислота и цианиды. Реакция соединения углерода с азотом сильно эндотермична и частично протекает только при очень высоких температурах. Из простейших азотистых производных углерода наиболее важен цианистый водород (НСN). Он может быть получен из СО и аммиака по реакции:
СО + NH3 + 46 кДж = Н2О + НСN
в присутствии ThO2 (как катализатора), достаточно быстро идущей уже около 500 °С. Цианистый водород представляет собой очень летучую бесцветную жидкость со слабым своеобразным запахом и вкусом (горького миндаля).
С водой НСN смешивается в любых соотношениях, образуя цианистоводородную (синильную) кислоту. Её кислотные свойства выражены крайне слабо, и поэтому она легко выделяется из своих солей (цианидов) действием более сильных кислот.
Синильная кислота применяется главным образом для синтезов органических веществ, а её соли (NaCN, KCN) – при добыче золота. Синильная кислота и её соли чрезвычайно ядовиты. Подобно самому иону СN-, большинство цианидов бесцветно. Производные наиболее активных металлов хорошо растворимы в воде, а менее активных, как правило, малорастворимы.
Обычная синильная кислота содержит смесь молекул Н–Сº N (нормальная форма) и Н–Nº C (изоформа). Обе формы способны легко переходить друг в друга. Поэтому они находятся между собой в динамическом равновесии, положение которого зависит от температуры. При обычных условиях синильная кислота находится почти исключительно (примерно на 99, 5%) в виде нормальной формы, а при нагревании равновесие несколько смещается в пользу изоформы.
Наличие у веществ двух (или более) различных по атомной структуре форм, находящихся в динамическом равновесии друг с другом, говорит о таутомерии данного вещества, а сами формы являются таутомерными его модификациями.
Молекула НСN линейна. В твёрдом и жидком состоянии цианистый водород ассоциирован за счёт образования водородных связей по схеме ···НСN···HCN···. Частично такая ассоциация сохраняется в парах. При поджигании на воздухе они сгорают фиолетовым пламенем с образованием Н2О, СО2 и N2
|
|