Химические свойства простых веществ

Атомы углерода, имея среднее значение ЭО, примерно в одинаковой степени склонны и отдавать, и присоединять электроны. Поэтому простые вещества С (в частности, графит) обладают соответственно как восстановительными, так и окислительными свойствами.

Окисляются графитом в основном металлы. При этом продукты реакций со ЩМ и ЩЗМ являются карбидами с ионной решеткой (как, например, Na₄C или Ca₂C). А соединения C с d-металлами (в частности, Fe₃C) относятся к веществам с ковалентной координационной решеткой. Окисляются графитом (но в жестких условиях) также кремний (продукт – карборунд SiC) и водород.

При взаимодействии с остальными неметаллами как С, так и тем более Si являются восстановителями. Однако при об.у. они инертны: реагируют лишь со фтором (образуя ЭF₄), а с другими веществами – только при высокой температуре. Так, при сильном нагревании кремний окисляется (до +4) даже азотом (давая Si₃N₄), серой (SiS₂) и т.п.

Графит в раскаленном состоянии вступает в реакцию с серой (получается CS₂), а также с хлором (продукт CCl₄) и с парами воды. Но даже при нагревании графит не взаимодействует с растворами щелочей и разбавленными кислотами, а окисляется лишь концентрированными H₂SO₄ и HNO₃ (до CO₂).

Алмаз еще более пассивен: загорается на воздухе выше 900 °С, в то время как графит – при 700 °С. Для сгорания кремния нужен меньший нагрев (600 °С); и в щелочах Si (в отличие от графита) растворяется:

.

Однако к кислотам кремний более устойчив: на него действует только смесь концентрированных HNO₃ и HF:

.

Эти кислоты как бы объединяют свои «усилия»: HNO₃ окисляет Si до Si⁴⁺, точнее до SiO₂, а HF растворяет SiO₂, образуя фторокремниевую кислоту H₂SiF₆. И только при таком двойном действии кислот кремний реагирует с ними. Поэтому добавки его к металлам (в частности, к железу) повышают их кислотостойкость.

Метан

Метан СН₄ (бесцветный газ) можно синтезировать по реакции, используя кроме нагрева еще и катализатор (Ni):

.

Однако на практике метан выделяют из природных газов (содержащих 60-90 % СН₄), что гораздо дешевле.

Природные газы – это, например, рудничные, а также болотные. (Они получаются при разложении останков растений и животных в отсутствии кислорода).Входит СН₄ и в состав коксового газа (образующегося при нагревании угля без доступа воздуха). Во многих странах действуют установки получения метана анаэробной тепловой (40-60 °С) переработкой отходов животноводства. При этом одновременно гибнут болезнетворные микробы и исчезает неприятный запах навоза; таким образом, он превращается в безвредное и очень ценное удобрение для полей.

Молекула СН₄ является тетраэдром (sp³-гибридизация орбиталей углерода), т.е. симметричной частицей, поэтому (несмотря на полярность связей) неполярной. Как следствие, метан имеет низкую температуру сжижения (–162 °С), практически не растворяется в воде и при об.у. химически достаточно инертен – не взаимодействует с растворами кислот и щелочей.

Однако его смеси с воздухом взрывоопасны, что часто бывает причиной несчастных случаев на угольных шахтах. Используется метан в основном как топливо, а также для получения водорода реакцией с парами воды (второй продукт – СО).