Адсорбція. ПЛАН Положення Карбону та Силіцію в періодичній системі, будова атомів, валентність і ступінь окиснення

ПЛАН

1. Положення Карбону та Силіцію в періодичній системі, будова атомів, валентність і ступінь окиснення.
2. Алотропні модифікації Карбону: алмаз, графіт, карбін, фулерени. самостійно
3. Адсорбція.
4. Силіцій, його властивості, поширення в природі, застосування. самостійно
5. Хімічні властивості Карбону та Силіцію.
6. Фізичні властивості та методи одержання карбон оксидів та силіцій оксиду. Застосування. Самостійно
7. Хімічні властивості карбон оксидів та силіцій оксиду.

1. Положення Карбону та Силіцію в періодичній системі, будова атомів, валентність і ступінь окиснення.

За вмістом у земній корі Карбон займає 17-е місце. Зна­чення Карбону надзвичайно велике, оскільки його сполуки є основою усіх живих організмів. В середньому живі організми, що складають біосферу, на 18% (ваг.) складаються з Карбону (в тілі людини — 19, 37%).

Велика частина Карбону зосереджена у природних карбонатах (СаСО₃ — вапняк, мармур та крейда; СаСО₃•МgСО₃ — доломіт, МgСО₃ — магнезит) та горю­чих копалинах (нафта, природні горючі гази, кам'яне та буре вугілля, торф, горючі сланці). До складу атмосфери Карбон входить у вигляді вуглекислого газу СО₂ (0, 03 об. %). У розчиненому стані СО₂ міститься у природних водах. У гідросфері його в 60 разів більше, ніж в атмосфері.

Фізичні властивості простих речовин вуглецю і силіцію

Адсорбція.

Вугілля (особливо деревне) має велику ад­сорбційну здатність.

Адсорбцією називається властивість вугілля та інших твердих або рідких речовин утримувати на своїй поверхні пари, гази і розчинені речовини.

Речовини, на поверхні яких відбувається адсорбція, нази­ваються адсорбентами. Речовини, що адсорбуються, назива­ють адсорбатами. Якщо, наприклад, розчин чорнила збовта­ти з дрібно розтертим вугіллям, а потім суміш профільтрувати, то у фільтраті буде безбарвна рідина — вода. У цьому ви­падку вся розчинена фарба адсорбується вугіллям. Вугілля — адсорбент, фарба — адсорбат.

У техніці як адсорбенти застосовують алюмосилікати, син­тетичні смоли та інші речовини.

Адсорбційна здатність вугілля зумовлюється його пору­ватістю. Чим більше пор, тим більша поверхня вугілля і тим більша адсорбційна здатність. Звичайно пори деревного вугілля частково заповнені різними речовинами, що знижує його адсорбційну здатність. Для підсилення адсорбції вугілля спеціально обробляють — нагрівають у струмені водяної пари, щоб звільнити його пори від забруднюючих речовин. Оброб­лене таким способом вугілля називають активним.

Активне вугілля широко застосовується для очищення цук­рового сиропу від домішок, які надають йому жовтого кольо­ру, для очищення рослинних олій та жирів. У медицині таб­летки з активного вугілля (" карболен") використовують для видалення шкідливих речовин з організму. Активне вугілля за­стосовується у протигазах для поглинання отруйних речовин. Фільтруючий протигаз, створений М.Д. Зелінським, застосовувався у світову війну 1914-1918 рр., що дало змогу вряту­вати життя багатьом десяткам тисяч людей.

1. Силіцій, його властивості, поширення в природі, застосування.

Силіцій займає місце в IV підгрупі періодичної таблиці Д.І. Менделєєва безпосередньо перед Карбоном та є повним аналогом останнього. Подібно до Карбону,
Силіцій може як віддавати, так і приєднувати електрони, але його здатність до приєднання електронів виражена де­кілька слабкіше, ніж у Карбону. Найбільш типові для Силіцію, ті сполуки, в яких він виявляє ступінь окиснення +4,

Природний Силіцій зустрічається у вигляді силікатів — похідних кремнієвої кислоти:

польовий шпат (альбіт) NaAlSi₃O₈;

польовий шпат (ортоклаз) КА1Sі₃О₈;

глина (каолін) А1₂О₃ • 2SіO₂ • 2Н₂О;

азбест 3МgO • 2SіО₂ • 2Н₂О;

слюда КА1₃[Sі₃О₁₀] (ОН, F)₂;

тальк ЗМgО • 4SіО₂ • Н₂О;

нефелін Меt(А1SіО₄) (Меі —Na, К) та ін.

Сліди силіцію знайдені в організмах рослин та тварин.

Добування. У промисловості силіцій добувають відновленням дво­окису силіцію вугіллям в електричних печах:

SіО₂ + 2С = Sі + 2СО

Здобутий таким чином силіцій завжди містить домішки. Більш чистий силіцій добувають відновленням двоокису силіцію алюмінієм або відновленням 4-хлористого силіцію SіСl₄ цинком:

3SiO₂ + 4Al = 3Si + 2Al₂O₃

SiCl₄ + 2Zn = Si + ZnCl₂

Карбон, Алюміній та Цинк є відновниками, Силі­цій — окисником. В лабораторії як відновник використо­вують Магній.

1. Хімічні властивості Карбону та Силіцію.

Вуглець у вільному стані є типовим відновником. За нормальних умов вуглець хімічно інертний, але за високих температур дуже активний. Графіт більш здатний до реакцій, ніж інші модифікації.

1. Вуглець та силіцій взаємодіють з киснем:

2С + О₂ → 2СО

C + O₂ → CO₂

Si + O₂ → SiO₂

2. Карбон реагує з воднем:

С + 2Н₂ → СН₄

3. Карбон взаємодіє з вуглекислим газом:

С + СО₂ → 2СО – Q

4. Реагує з водою:

C + H₂O → CO + H₂

5. Карбон реагує з концентрованими Н₂SО₄ та НNО₃:

С + 2Н₂SО₄(конц.) = СО₂↑ + 2SО₂↑ + 2Н₂О

С + 4НNO₃(конц.) = СО₂↑ + 4NO₂↑ + 2Н₂О

6. Реагує з активними металами, утворюючи карбіди:

Ca + 2C → CaC₂

7. Силіцій реагує з хлором:

Si + 2Cl₂ → SiCl₄

8. Силіцій взаємодіє з сіркою:

Si + 2S → SiS₂

9. Силіцій реагує з лугами:

Si + 2NaOH → Na₂SiO₃ + 2H₂↑

1. Фізичні властивості та методи одержання карбон оксидів та силіцій оксиду. Застосування.

Оксид карбону (II) СО — чадний газ.

Добування. В лабораторних умовах оксид карбону (II) добувають, додаючи потрохи мурашину кислоту до нагрітої сірчаної кислоти. Остання віднімає від мурашиної кислоти воду, виділяючи оксид карбону:

HCOOH = СO + H₂O

У промисловості CO добувають, про­пускаючи кисень крізь розжарене вугілля. При цьому відбу­вається спочатку окиснення вугілля до оксиду карбону (IV), який, взаємодіючи з вугіллям, відновлюється до оксиду карбону (II).

С + О₂ = СО₂

СО₂ + С = СО

CO може утворюватися в печах при не­стачі повітря.

Оксид карбону (IV) СО₂ (вуглекислий газ) — за н.у. безбарвний газ із трохи кислуватим запахом та смаком, що застигає в білу снігоподібну масу при сильному охолодженні (сухий лід). Твердий СО₂ має молекулярну кристалічну решітку. Не підтримує горіння та дихання (вміст СО₂ у повітрі більше 10% призводить до смерті).

Добування СО₂. У природі СО₂ утворюється при гнитті різних органічних речовин, а також при диханні тварин та рослин, Хімічні рівняння реакцій, що протікають, співпа­дають із рівняннями горіння. Наприклад, процес окиснення глюкози в організмі:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О

В лабораторіях оксид карбону (IV) звичайно добувають, діючи на мармур СаСО₃ соляною кислотою:

СаСО₃ + 2НС1 = СаС1₂ + Н₂О + СО₂

У побуті СО₂ виділяється при згорянні різних видів палива, наприклад вугілля в печах або при­родного газу в газових плитах.

С + О₂ = СО₂

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

У промисловості велику кількість СО₂ отримують як бічний продукт при випалюванні вапна:

СаСО₃ = СаО + СО₂

або при відновленні вугіллям металів із їх оксидів:

2СuО + С = 2Сu + СO₂

2Fе₂О₃ + ЗС = 4Fе + 3СО₂

1. Хімічні властивості карбон оксидів та силіцій оксиду.