Хімічні властивості Карбону та його похідних .

Електронна формула атома карбону - 1s²2s²2р².

У більшості своїх сполук карбон має валентність IV і ступінь окислення +4.

Оскільки карбон володіє великою енергією іонізації і малою енергією спорідненості до електрона, для нього не характерне утворення іонних зв'язків. Зазвичай вуглець утворює ковалентні малополярні зв'язки.

Відмітною особливістю карбону є здатність його атомів з'єднуватися один з одним з утворенням вуглець-вуглецевих ланцюгів: лінійних, розгалужених і циклічних:

| | | | | | |

- C - C - C - C - - C - C - C -

| | | | | | |

- C -

|

Разом із звичайними одинарними зв'язками, між атомами вуглецю утворюються також подвійні і потрійні зв'язки:

> C = C < - C ≡ C -

Вільний вуглець - одна з перших простих речовин, з якими познайомилася людина. У вигляді вугілля і алмазів він відомий людству з незапам'ятних часів, але термін «вуглець» з'явився тільки в другій половині XVIII в.

Вільний вуглець існує в природі у вигляді таких алотропних модифікацій - алмазу і графіту, що різко розрізняються між собою по фізичних властивостях.

За змістом в організмі людини (21, 15%) вуглець відноситься до макроелементів. Він входить до складу всіх тканин і кліток у формі білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, гормонів.

Вуглець є основою для всіх органічних сполук, це органоген номер один. Входить до складу кліток і тканин, всіх біологічно активних сполук. У організмі гідрокарбонати натрію і калія з вугільною кислотою утворюють буферну систему, що бере участь в підтримці КОС (кислотний-основного стану організму). Гідрокарбонат натрію (питна сода) застосовується як антацидний засіб. Активоване вугілля як засіб, що сорбував, застосовують при метеоризмі, при отруєннях, а також при отруєннях алкалоїдами і солями важких металів.

Діоксид вуглецю (вуглекислий газ). Діоксид вуглецю (оксид вуглецю (IV), вуглекислий газ, вугільний ангідрид) СО₂ є за звичайних умов газом без кольору і запаху, важче за повітря в 1, 5 разу.

При кімнатній температурі під тиском близько 60 атм діоксид вуглецю концентрується в рідину, яку зберігають в сталевих балонах. При швидкому випаровуванні рідкого СО₂ поглинається так багато теплоти, що він перетворюється на тверду білу снігоподібну масу («сухий лід»).

«Сухий лід» при нормальному тиску переганяється (сублімація), тобто переходить з твердого в газоподібний стан, минувши рідку фазу. «Сухий лід» широко використовується для зберігання швидкопсувних продуктів. В порівнянні із звичайним льодом він має ряд переваг: продукти, що знаходяться у контакті з «сухим льодом», не промокають, а атмосфера вуглекислого газу затримує зростання бактерій та цвілевих грибків.

Вуглекислий газ не підтримує горіння і дихання, і в його атмосфері тварини гинуть не від отруєння, а від відсутності кисню.

Розчинність СО₂ у воді невелика: 1 об'єм води при 20 °С розчиняє 0, 88 об'єму СО₂.

При пониженні температури розчинність СО₂ (як і всіх інших газів) значно збільшується.

По хімічних властивостях діоксид вуглецю - типовий кислотний оксид і проявляє властивості даного класу з'єднань.

Взаємодія з водою:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ вугільна кислота

Ця реакція обратима, причому рівновага сильно зміщена вліво, тобто лише дуже невелика кількість СО₂ (менше 1 %) перетворюється на вугільну кислоту.

Взаємодія з лугами:

СО₂ + NaOH = NaHCO₃ гідрокарбонат натрію (питна сода)

Соду використовують для нейтралізації кислоти. При попаданні кислоти на тіло спочатку промивають водою, а потім розчином питної соди.

Вугільна кислота Н₂СО₃ існує тільки у водних розчинах, де її концентрація зникаюче мала, оскільки вона розпадається на Н₂О і СО₂. У цьому неважко переконатися, бо газована вода є не що інше як розчин вугільної кислоти.

Молекули Н₂СО₃ піддаються 2-х ступінчастій дисоціації. Унаслідок малої концентрації вугільної кислоти у водному розчині, вона є дуже слабким електролітом:

Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО^- К₁ = 4, 3 • 10^-7

НСО^- ↔ Н⁺ + С0₃^-2 К₂ = 5, 6 • 10^-11

Оскільки константа дисоціації по 1-у ступеню набагато більша, ніж по 2-ій, у водних розчинах переважають гидрокарбонат-аніони НСО^3-.

Будь-яка вода на Землі (річкова, морська, підземна і ін.) розчиняє в собі вуглекислий газ з навколишнього середовища, причому розчинність СО₂ в морській воді в кілька разів вище, чим в прісній. Рівновага в системі

Н₂О + СО₂ ↔ Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО^-

має дуже важливе значення в протіканні багатьох природних процесів.

Якісна реакція на газ, що виділився, - СО₂ буде пропускання його через вапняну воду, яка каламутніє унаслідок утворення осаду СаСО₃:

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃↓ + Н₂О