कार्बन ऑक्साइड (II) और (IV)

रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में एकीकृत पाठ

कार्य:कार्बन ऑक्साइड (II) और (IV) के बारे में ज्ञान का अध्ययन और व्यवस्थित ज्ञान; जीने और के बीच के संबंध को प्रकट करें निर्जीव प्रकृति; मानव शरीर पर कार्बन ऑक्साइड के प्रभाव के बारे में ज्ञान को समेकित करना; प्रयोगशाला उपकरणों के साथ काम करने की क्षमता के कौशल को मजबूत करने के लिए।

उपकरण:एचसीएल समाधान, लिटमस, सीए (ओएच) 2, सीएसीओ 3, कांच की छड़, घर का बना टेबल, पोर्टेबल बोर्ड, बॉल-एंड-स्टिक मॉडल।

कक्षाओं के दौरान

जीव विज्ञान शिक्षकपाठ के विषय और उद्देश्यों को संप्रेषित करता है।

रसायन विज्ञान शिक्षक।सहसंयोजक बंधन के सिद्धांत के आधार पर, कार्बन ऑक्साइड (II) और (IV) के इलेक्ट्रॉनिक और संरचनात्मक सूत्र बनाएं।

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) का रासायनिक सूत्र CO है, कार्बन परमाणु अपनी सामान्य अवस्था में है।

अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की जोड़ी के कारण, दो सहसंयोजक ध्रुवीय बंधन बनते हैं, और तीसरा सहसंयोजक बंधन दाता-स्वीकर्ता तंत्र द्वारा बनता है। दाता एक ऑक्सीजन परमाणु है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों की एक मुक्त जोड़ी प्रदान करता है; स्वीकर्ता एक कार्बन परमाणु है, क्योंकि एक मुक्त कक्षीय प्रदान करता है।

उद्योग में, कार्बन मोनोऑक्साइड (II) CO2 को गर्म कोयले के ऊपर से गुजरने पर प्राप्त किया जाता है उच्च तापमान... यह ऑक्सीजन की कमी के साथ कोयले के दहन के दौरान भी बनता है। ( ब्लैकबोर्ड पर प्रतिक्रिया समीकरण लिखने वाला छात्र)

प्रयोगशाला में फार्मिक अम्ल पर सांद्र H2SO4 की क्रिया द्वारा CO प्राप्त की जाती है। ( प्रतिक्रिया समीकरण शिक्षक द्वारा लिखा जाता है.)

जीव विज्ञान शिक्षक।तो, आप कार्बन मोनोऑक्साइड (II) के उत्पादन से परिचित हो गए। और कार्बन मोनोऑक्साइड (II) के भौतिक गुण क्या हैं?

विद्यार्थी।यह एक रंगहीन गैस है, जहरीली, गंधहीन, हवा से हल्की, पानी में खराब घुलनशील, क्वथनांक -191.5 डिग्री सेल्सियस, -205 डिग्री सेल्सियस पर जम जाती है।

रसायन विज्ञान शिक्षक।खतरनाक मात्रा में कार्बन मोनोऑक्साइड मानव जीवनकारों की निकास गैसों में निहित। इसलिए, गैरेज अच्छी तरह हवादार होना चाहिए, खासकर इंजन शुरू करते समय।

जीव विज्ञान शिक्षक।मानव शरीर पर कार्बन मोनोऑक्साइड का क्या प्रभाव पड़ता है?

विद्यार्थी।कार्बन मोनोऑक्साइड मनुष्यों के लिए अत्यंत विषैला होता है - यह इस तथ्य के कारण है कि यह कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन बनाता है। कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन एक बहुत मजबूत यौगिक है। इसके गठन के परिणामस्वरूप, रक्त हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन के साथ बातचीत नहीं करता है, और गंभीर विषाक्तता के मामले में, एक व्यक्ति ऑक्सीजन भुखमरी से मर सकता है।

जीव विज्ञान शिक्षक।कार्बन मोनोऑक्साइड विषाक्तता के मामले में किसी व्यक्ति को क्या प्राथमिक उपचार दिया जाना चाहिए?

छात्र।एम्बुलेंस को बुलाना जरूरी है, पीड़ित को सड़क पर ले जाना चाहिए, कृत्रिम श्वसन देना चाहिए, कमरा अच्छी तरह हवादार होना चाहिए।

रसायन विज्ञान शिक्षक।कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) का रासायनिक सूत्र लिखिए और बॉल-एंड-स्टिक मॉडल का उपयोग करके इसकी संरचना बनाइए।

कार्बन परमाणु उत्तेजित अवस्था में है। सभी चार सहसंयोजक ध्रुवीय बंध अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों को जोड़कर बनते हैं। हालांकि, इसकी रैखिक संरचना के कारण, इसका अणु आमतौर पर गैर-ध्रुवीय होता है।
उद्योग में, चूने के उत्पादन में कैल्शियम कार्बोनेट के अपघटन से CO2 प्राप्त होती है।
(छात्र प्रतिक्रिया समीकरण लिखता है.)

प्रयोगशाला में, CO2 अम्लों को चाक या मार्बल के साथ परस्पर क्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है।
(छात्र एक प्रयोगशाला प्रयोग करते हैं।)

जीव विज्ञान शिक्षक।शरीर में कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण किन प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप होता है?

विद्यार्थी।ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप शरीर में कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन होता है कार्बनिक पदार्थजो सेल बनाते हैं।

(छात्र एक प्रयोगशाला प्रयोग करते हैं।)

चूने का घोल बादल बन गया क्योंकि कैल्शियम कार्बोनेट बनता है। सांस लेने की प्रक्रिया के अलावा, किण्वन और क्षय के परिणामस्वरूप CO2 निकलता है।

जीव विज्ञान शिक्षक।क्या शारीरिक गतिविधि श्वास प्रक्रिया को प्रभावित करती है?

विद्यार्थी।अत्यधिक शारीरिक (मांसपेशियों) भार के साथ, मांसपेशियां रक्त की तुलना में तेजी से ऑक्सीजन का उपयोग करती हैं, और फिर वे किण्वन द्वारा अपने काम के लिए आवश्यक एटीपी को संश्लेषित करती हैं। मांसपेशियों में लैक्टिक एसिड C3H6O3 बनता है, जो रक्तप्रवाह में प्रवेश करता है। बड़ी मात्रा में लैक्टिक एसिड का जमा होना शरीर के लिए हानिकारक होता है। भारी शारीरिक परिश्रम के बाद, हम कुछ समय के लिए जोर से सांस लेते हैं - हम "ऑक्सीजन ऋण" का भुगतान करते हैं।

रसायन विज्ञान शिक्षक।जब जीवाश्म ईंधन जलाया जाता है तो कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) की एक बड़ी मात्रा वातावरण में छोड़ी जाती है। घर में, हम प्राकृतिक गैस का उपयोग ईंधन के रूप में करते हैं, और यह लगभग 90% मीथेन (CH4) है। मेरा सुझाव है कि आप में से एक ब्लैकबोर्ड पर जाएं, एक प्रतिक्रिया समीकरण लिखें और ऑक्सीकरण-कमी के संदर्भ में इसका विश्लेषण करें।

जीव विज्ञान शिक्षक।एक कमरे को गर्म करने के लिए गैस ओवन का उपयोग क्यों नहीं किया जा सकता है?

विद्यार्थी।मीथेन प्राकृतिक गैस का एक अभिन्न अंग है। जब यह जलता है, तो हवा में कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा बढ़ जाती है, और ऑक्सीजन कम हो जाती है। ( तालिका "सामग्री" के साथ काम करनासीओ 2 हवा में".)
जब हवा में ०.३% सीओ २ होता है, तो व्यक्ति तेजी से सांस लेने का अनुभव करता है; 10% पर - चेतना की हानि, 20% पर - तत्काल पक्षाघात और त्वरित मृत्यु। एक बच्चे को विशेष रूप से स्वच्छ हवा की आवश्यकता होती है, क्योंकि बढ़ते जीव के ऊतकों द्वारा ऑक्सीजन की खपत एक वयस्क की तुलना में अधिक होती है। इसलिए, कमरे को नियमित रूप से हवादार करना आवश्यक है। यदि रक्त में CO2 की अधिकता हो जाती है, तो श्वसन केंद्र की उत्तेजना बढ़ जाती है और श्वास अधिक बार-बार और गहरी हो जाती है।

जीव विज्ञान शिक्षक।पौधों के जीवन में कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) की भूमिका पर विचार करें।

विद्यार्थी।पौधों में प्रकाश में CO2 और H2O से कार्बनिक पदार्थों का निर्माण होता है, कार्बनिक पदार्थों के अतिरिक्त ऑक्सीजन का निर्माण होता है।

प्रकाश संश्लेषण वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड सामग्री को नियंत्रित करता है, जो ग्रह को बढ़ते तापमान से रोकता है। पौधे सालाना 300 अरब टन कार्बन डाइऑक्साइड को वायुमंडल से अवशोषित करते हैं। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में हर साल 200 अरब टन ऑक्सीजन वायुमंडल में छोड़ी जाती है। आंधी के दौरान ऑक्सीजन से ओजोन का निर्माण होता है।

रसायन विज्ञान शिक्षक।कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) के रासायनिक गुणों पर विचार करें।

जीव विज्ञान शिक्षक।श्वसन के दौरान मानव शरीर में कार्बोनिक अम्ल का क्या महत्व है? ( फिल्म पट्टी टुकड़ा.)
रक्त में एंजाइम कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बोनिक एसिड में परिवर्तित करते हैं, जो हाइड्रोजन और बाइकार्बोनेट आयनों में अलग हो जाते हैं। यदि रक्त में H + आयनों की अधिकता है, अर्थात। यदि रक्त की अम्लता बढ़ जाती है, तो कुछ H + आयन बाइकार्बोनेट आयनों के साथ मिलकर कार्बोनिक एसिड बनाते हैं और इस तरह रक्त को अतिरिक्त H + आयनों से मुक्त करते हैं। यदि रक्त में बहुत कम H + आयन होते हैं, तो कार्बोनिक एसिड अलग हो जाता है और रक्त में H + आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है। 37 डिग्री सेल्सियस पर, रक्त पीएच 7.36 है।
शरीर में, कार्बन डाइऑक्साइड को रक्त के रूप में ले जाया जाता है रासायनिक यौगिक- सोडियम और पोटेशियम बाइकार्बोनेट।

सामग्री की सुरक्षा

परीक्षण

फेफड़ों और ऊतकों में गैस विनिमय की प्रस्तावित प्रक्रियाओं से, पहले विकल्प का प्रदर्शन करने वालों को बाईं ओर सही उत्तरों के सिफर और दूसरे को दाईं ओर चुनना होगा।

(१) O २ का फेफड़ों से रक्त में स्थानांतरण। (१३)
(२) रक्त से ऊतक में O २ का स्थानांतरण। (चौदह)
(3) ऊतकों से रक्त में CO2 का स्थानांतरण। (१५)
(4) रक्त से फेफड़ों में CO2 का स्थानांतरण। (१६)
(५) एरिथ्रोसाइट्स द्वारा ओ २ का तेज। (१७)
(६) एरिथ्रोसाइट्स से ओ २ का विमोचन। (अठारह)
(७) धमनी रक्त का शिरापरक रक्त में रूपांतरण। (19)
(८) शिरापरक रक्त का धमनी रक्त में रूपांतरण। (बीस)
(९) ब्रेक रसायनिक बंधओ 2 हीमोग्लोबिन के साथ। (21)
(१०) हीमोग्लोबिन के लिए O २ का रासायनिक बंधन। (22)
(११) ऊतकों में केशिकाएँ। (२३)
(१२) पल्मोनरी केशिकाएँ। (२४)

पहला विकल्प प्रश्न

1. ऊतकों में गैस विनिमय की प्रक्रियाएँ।
2. शारीरिक प्रक्रियाएंगैस विनिमय के दौरान।

दूसरा विकल्प प्रश्न

1. फेफड़ों में गैस विनिमय प्रक्रियाएं।
2. गैस विनिमय के दौरान रासायनिक प्रक्रियाएं

टास्क

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) का आयतन निर्धारित करें जो ५० ग्राम कैल्शियम कार्बोनेट के अपघटन के दौरान निकलता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV), कार्बोनिक एसिड और उनके लवण

मॉड्यूल का जटिल उद्देश्य:कार्बन (IV) ऑक्साइड और हाइड्रॉक्साइड के उत्पादन के तरीकों को जान सकेंगे; उनके भौतिक गुणों का वर्णन कर सकेंगे; अम्ल-क्षार गुणों की विशेषताओं को जान सकेंगे; रेडॉक्स गुणों को चिह्नित करने के लिए।

कार्बन उपसमूह के सभी तत्व सामान्य सूत्र EO 2 के साथ ऑक्साइड बनाते हैं। 2 और SiО 2 अम्लीय गुण प्रदर्शित करते हैं, GeО 2, SnО 2, PbО 2 प्रदर्शन उभयचर गुणअम्लीय की प्रबलता के साथ, और उपसमूह में ऊपर से नीचे तक, अम्लीय गुण कमजोर हो जाते हैं।

कार्बन और सिलिकॉन के लिए ऑक्सीकरण अवस्था (+4) बहुत स्थिर है, इसलिए यौगिक के ऑक्सीकरण गुणों को दिखाना बहुत मुश्किल है। जर्मेनियम उपसमूह में, उच्चतम ऑक्सीकरण अवस्था के अस्थिर होने के कारण यौगिकों (+4) के ऑक्सीकरण गुण बढ़ जाते हैं।

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV), कार्बोनिक एसिड और उनके लवण

कार्बन डाइआक्साइडसीओ 2 (कार्बन डाइऑक्साइड) - सामान्य परिस्थितियों में यह एक रंगहीन और गंधहीन गैस है, थोड़ा खट्टा स्वाद, हवा से लगभग 1.5 गुना भारी, पानी में घुलनशील, आसानी से तरल हो जाता है - कमरे के तापमान पर इसे दबाव में तरल में परिवर्तित किया जा सकता है लगभग ६० १० ५ पा. 56.2 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने पर, तरल कार्बन डाइऑक्साइड जम जाता है और बर्फ जैसे द्रव्यमान में बदल जाता है।

सभी में कुल राज्यगैर-ध्रुवीय रैखिक अणुओं से मिलकर बनता है। रासायनिक संरचना CO2 केंद्रीय कार्बन परमाणु के sp-संकरण और अतिरिक्त p . के गठन से निर्धारित होता है पी-पी-कनेक्शन: ओ = सी = ओ

वसीयत में घुले CO2 का कुछ भाग इसके साथ परस्पर क्रिया करके कार्बोनिक एसिड बनाता है

सीओ 2 + एच 2 ओ - सीओ 2 एच 2 ओ - एच 2 सीओ 3।

कार्बोनेट और बाइकार्बोनेट बनाने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड बहुत आसानी से क्षार समाधानों द्वारा अवशोषित किया जाता है:

सीओ 2 + 2नाओएच = ना 2 सीओ 3 + एच 2 ओ;

CO2 + NaOH = NaHCO3.

CO2 अणु बहुत ऊष्मीय रूप से स्थिर होते हैं, अपघटन केवल 2000єС के तापमान पर शुरू होता है। इसलिए, कार्बन डाइऑक्साइड जलती नहीं है और पारंपरिक ईंधन के दहन का समर्थन नहीं करती है। लेकिन इसके वातावरण में कुछ हैं सरल पदार्थजिनमें से परमाणु ऑक्सीजन के लिए एक महान आत्मीयता दिखाते हैं, उदाहरण के लिए, मैग्नीशियम, गर्म होने पर, CO 2 के वातावरण में प्रज्वलित होता है।

कार्बोनिक एसिड और उसके लवण

कार्बोनिक एसिड एच 2 सीओ 3 एक नाजुक यौगिक है, यह केवल जलीय घोल में मौजूद होता है। पानी में घुली अधिकांश कार्बन डाइऑक्साइड हाइड्रेटेड सीओ 2 अणुओं के रूप में होती है, एक छोटा हिस्सा कार्बोनिक एसिड बनाता है।

सीओ 2 वातावरण के साथ संतुलन में जलीय घोल अम्लीय होते हैं: = 0.04 एम और पीएच? 4.

कार्बोनिक एसिड डिबासिक है, कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स से संबंधित है, चरणबद्ध रूप से अलग हो जाता है (के 1 = 4, 4 10? 7; के 2 = 4, 8 10? 11)। CO2 को पानी में घोलने से निम्नलिखित गतिशील संतुलन स्थापित होता है:

एच 2 ओ + सीओ 2 - सीओ 2 एच 2 ओ - एच 2 सीओ 3 - एच + + एचसीओ 3?

जब कार्बन डाइऑक्साइड के जलीय घोल को गर्म किया जाता है, तो गैस की घुलनशीलता कम हो जाती है, घोल से CO2 निकल जाती है और संतुलन बाईं ओर शिफ्ट हो जाता है।

कार्बोनिक एसिड लवण

द्विक्षारकीय होने के कारण, कार्बोनिक अम्ल लवणों की दो श्रृंखलाएँ बनाता है: मध्यम लवण (कार्बोनेट) और अम्लीय (हाइड्रोकार्बोनेट)। अधिकांश कार्बोनिक एसिड लवण रंगहीन होते हैं। कार्बोनेटों में से केवल लवण ही जल में विलेय होते हैं क्षारीय धातुऔर अमोनियम।

पानी में, कार्बोनेट हाइड्रोलिसिस से गुजरते हैं, और इसलिए उनके समाधान में क्षारीय प्रतिक्रिया होती है:

ना 2 CO 3 + H 2 O - NaHCO 3 + NaOH।

सामान्य परिस्थितियों में कार्बोनिक एसिड के गठन के साथ आगे हाइड्रोलिसिस व्यावहारिक रूप से नहीं होता है।

पानी में हाइड्रोकार्बन का विघटन भी हाइड्रोलिसिस के साथ होता है, लेकिन बहुत कम हद तक, और माध्यम कमजोर क्षारीय (पीएच 8) होता है।

अमोनियम कार्बोनेट (एनएच 4) 2 सीओ 3 ऊंचे और यहां तक ​​कि सामान्य तापमान पर अत्यधिक अस्थिर है, विशेष रूप से जल वाष्प की उपस्थिति में, जो मजबूत हाइड्रोलिसिस का कारण बनता है

मजबूत एसिड और यहां तक ​​कि कमजोर एसिटिक एसिड कार्बोनेट से कार्बोनिक एसिड को विस्थापित करता है:

के 2 सीओ 3 + एच 2 एसओ 4 = के 2 एसओ 4 + एच 2 ओ + सीओ 2 ^।

अधिकांश कार्बोनेट के विपरीत, सभी बाइकार्बोनेट पानी में घुलनशील होते हैं। वे एक ही धातु के कार्बोनेट की तुलना में कम स्थिर होते हैं और गर्म होने पर आसानी से विघटित हो जाते हैं, संबंधित कार्बोनेट में बदल जाते हैं:

2केएचसीओ 3 = के 2 सीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2 ^;

सीए (एचसीओ 3) 2 = सीएसीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2 ^।

मजबूत एसिड कार्बोनेट की तरह बाइकार्बोनेट को विघटित करते हैं:

केएचसीओ 3 + एच 2 एसओ 4 = केएचएसओ 4 + एच 2 ओ + सीओ 2

कार्बोनिक एसिड के लवण से उच्चतम मूल्यहै: सोडियम कार्बोनेट (सोडा), पोटेशियम कार्बोनेट (पोटाश), कैल्शियम कार्बोनेट (चाक, संगमरमर, चूना पत्थर), सोडियम बाइकार्बोनेट (बेकिंग सोडा) और बेसिक कॉपर कार्बोनेट (CuOH) 2 CO 3 (मैलाकाइट)।

पानी में कार्बोनिक एसिड के मूल लवण व्यावहारिक रूप से अघुलनशील होते हैं और गर्म होने पर आसानी से विघटित हो जाते हैं:

(क्यूओएच) 2 सीओ 3 = 2 क्यूओ + सीओ 2 + एच 2 ओ।

सामान्य तौर पर, कार्बोनेट्स की थर्मल स्थिरता उन आयनों के ध्रुवीकरण गुणों पर निर्भर करती है जो कार्बोनेट बनाते हैं। कार्बोनेट आयन पर धनायन का ध्रुवीकरण प्रभाव जितना अधिक होता है, नमक का अपघटन तापमान उतना ही कम होता है। यदि धनायन को आसानी से विकृत किया जा सकता है, तो कार्बोनेट आयन का भी धनायन पर ध्रुवीकरण प्रभाव पड़ेगा, जिससे नमक के अपघटन तापमान में तेज कमी आएगी।

सोडियम और पोटेशियम कार्बोनेट बिना अपघटन के पिघल जाते हैं, जबकि अधिकांश अन्य कार्बोनेट गर्म होने पर धातु ऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड में विघटित हो जाते हैं।

(चतुर्थ) (सीओ 2कार्बन डाइऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड)एक रंगहीन, गंधहीन और स्वादहीन गैस है जो हवा से भारी होती है और पानी में घुलनशील होती है।

सामान्य परिस्थितियों में, ठोस कार्बन डाइऑक्साइड तरल अवस्था को दरकिनार करते हुए सीधे गैसीय अवस्था में चली जाती है।

बहुत अधिक कार्बन मोनोऑक्साइड से लोगों का दम घुटने लगता है। 3% से अधिक की एकाग्रता तेजी से सांस लेने की ओर ले जाती है, और 10% से अधिक चेतना और मृत्यु का नुकसान होता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड के रासायनिक गुण।

कार्बन मोनोआक्साइड - यह कार्बोनिक एनहाइड्राइड है एच 2 सीओ 3।

यदि कार्बन मोनोऑक्साइड को कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड (चूने के पानी) से गुजारा जाता है, तो एक सफेद अवक्षेप देखा जाता है:

सीए(ओह) 2 + सीओ 2 = CaCO 3 ↓ + एच 2 ओह,

यदि कार्बन डाइऑक्साइड को अधिक मात्रा में लिया जाता है, तो बाइकार्बोनेट का निर्माण देखा जाता है, जो पानी में घुल जाता है:

सीएसीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2 = सीए (एचसीओ 3) 2,

जो गर्म करने पर विघटित हो जाते हैं:

2केएनसीओ 3 = के 2 सीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2

कार्बन मोनोऑक्साइड का अनुप्रयोग।

विभिन्न उद्योगों में कार्बन डाइऑक्साइड का प्रयोग करें। रासायनिक उद्योग में, इसका उपयोग सर्द के रूप में किया जाता है।

खाद्य उद्योग में, इसका उपयोग परिरक्षक E290 के रूप में किया जाता है। हालांकि इसे "सशर्त रूप से सुरक्षित" सौंपा गया था, वास्तव में ऐसा नहीं है। डॉक्टरों ने साबित कर दिया है कि E290 के लगातार सेवन से एक जहरीले जहरीले यौगिक का संचय होता है। इसलिए, आपको उत्पादों पर लेबल को ध्यान से पढ़ने की जरूरत है।

कार्बन (सी)- ठेठ गैर-धातु; वी आवधिक प्रणाली IV समूह की दूसरी अवधि में है, मुख्य उपसमूह। परमाणु क्रमांक 6, Ar = 12.011 amu, नाभिकीय आवेश +6।

भौतिक गुण:कार्बन कई रूपों एलोट्रोपिक संशोधन: हीरा- सबसे कठोर पदार्थों में से एक ग्रेफाइट, कोयला, कालिख.

एक कार्बन परमाणु में 6 इलेक्ट्रॉन होते हैं: 1s 2 2s 2 2p 2 . अंतिम दो इलेक्ट्रॉन अलग-अलग p-कक्षकों पर स्थित होते हैं और अयुग्मित होते हैं। सिद्धांत रूप में, यह जोड़ी एक कक्षीय पर कब्जा कर सकती है, लेकिन इस मामले में इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण बहुत बढ़ जाता है। इस कारण से, उनमें से एक 2p x लेता है, और दूसरा, या 2p y , या 2p z-कक्षक।

बाहरी परत के s- और p-उप-स्तरों की ऊर्जाओं के बीच का अंतर छोटा है; इसलिए, परमाणु आसानी से एक उत्तेजित अवस्था में चला जाता है, जिसमें 2s कक्षीय से दो इलेक्ट्रॉनों में से एक मुक्त में चला जाता है। 2पी.विन्यास 1s 2 2s 1 2p x 1 2p y 1 2p z 1 . के साथ एक संयोजकता अवस्था . यह कार्बन परमाणु की यह अवस्था है जो हीरे की जाली की विशेषता है - हाइब्रिड ऑर्बिटल्स की टेट्राहेड्रल स्थानिक व्यवस्था, समान बंधन लंबाई और ऊर्जा।

इस घटना को कहा जाता है एसपी 3-संकरण,और उत्पन्न होने वाले फलन एसपी 3-हाइब्रिड . हैं . चार sp3 बंधों का निर्माण कार्बन परमाणु को तीन . से अधिक स्थिर अवस्था प्रदान करता है पी-पी-और एक एस-एस-लिंक। कार्बन परमाणु में एसपी 3 संकरण के अलावा, एसपी 2 और एसपी संकरण भी मनाया जाता है . पहले मामले में, आपसी ओवरलैप है एस-और दो पी-ऑर्बिटल्स। तीन समतुल्य एसपी 2 - हाइब्रिड ऑर्बिटल्स बनते हैं, जो एक विमान में एक दूसरे से 120 ° के कोण पर स्थित होते हैं। तीसरा कक्षीय p अपरिवर्तित है और विमान के लंबवत निर्देशित है सपा 2.

एसपी-संकरण के दौरान, एस और पी ऑर्बिटल्स ओवरलैप करते हैं। दो गठित समतुल्य संकर कक्षकों के बीच 180° का कोण उत्पन्न होता है, जबकि प्रत्येक परमाणु के लिए दो p-कक्षक अपरिवर्तित रहते हैं।

कार्बन की एलोट्रॉपी। हीरा और ग्रेफाइट

ग्रेफाइट क्रिस्टल में, कार्बन परमाणु समानांतर विमानों में स्थित होते हैं, उनमें नियमित हेक्सागोन्स के शिखर होते हैं। प्रत्येक कार्बन परमाणु तीन आसन्न sp 2 -संकर बंधों से बंधा होता है। समानांतर विमानों के बीच संबंध वैन डेर वाल्स बलों द्वारा किया जाता है। प्रत्येक परमाणु के मुक्त p-कक्षकों को सहसंयोजक बंधों के तलों के लंबवत निर्देशित किया जाता है। उनका अतिव्यापन कार्बन परमाणुओं के बीच अतिरिक्त -आबंध की व्याख्या करता है। तो से संयोजकता अवस्था जिसमें किसी पदार्थ में कार्बन परमाणु स्थित होते हैं, इस पदार्थ के गुण निर्भर करते हैं.

कार्बन के रासायनिक गुण

सबसे विशिष्ट ऑक्सीकरण अवस्थाएँ +4, +2 हैं।

कम तापमान पर, कार्बन निष्क्रिय होता है, लेकिन गर्म होने पर इसकी गतिविधि बढ़ जाती है।

एक कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्बन:

- ऑक्सीजन के साथ
सी 0 + ओ 2 - टी डिग्री = सीओ 2 कार्बन डाइऑक्साइड
ऑक्सीजन की कमी के साथ - अधूरा दहन:
2C 0 + O 2 - t ° = 2C +2 O कार्बन मोनोऑक्साइड

- फ्लोरीन के साथ
सी + 2 एफ 2 = सीएफ 4

- जल वाष्प के साथ
सी 0 + एच 2 ओ - 1200 डिग्री = सी +2 ओ + एच 2 पानी गैस

- धातु आक्साइड के साथ। इस प्रकार, अयस्क से धातु को गलाया जाता है।
सी 0 + 2 क्यूओ - टी डिग्री = 2 सीयू + सी +4 ओ 2

- एसिड के साथ - ऑक्सीकरण एजेंट:
सी 0 + 2 एच 2 एसओ 4 (संक्षिप्त) = सी +4 ओ 2 + 2 एसओ 2 + 2 एच 2 ओ
सी 0 + 4 एचएनओ 3 (संक्षिप्त) = सी +4 ओ 2 + 4एनओ 2 + 2 एच 2 ओ

- सल्फर के साथ कार्बन डाइसल्फ़ाइड बनाता है:
सी + 2 एस 2 = सीएस 2।

ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्बन:

- कुछ धातुओं के साथ कार्बाइड बनाता है

४अल + ३सी ० = अल ४ सी ३

सीए + 2सी 0 = सीएसी 2 -4

- हाइड्रोजन के साथ - मीथेन (साथ ही बड़ी मात्रा में) कार्बनिक यौगिक)

सी 0 + 2 एच 2 = सीएच 4

- सिलिकॉन के साथ, कार्बोरंडम बनाता है (एक इलेक्ट्रिक भट्टी में 2000 डिग्री सेल्सियस पर):

प्रकृति में कार्बन ढूँढना

मुक्त कार्बन हीरे और ग्रेफाइट के रूप में होता है। यौगिकों के रूप में, कार्बन खनिजों की संरचना में है: चाक, संगमरमर, चूना पत्थर - CaCO 3, डोलोमाइट - MgCO 3 * CaCO 3; हाइड्रोकार्बन - Mg (HCO 3) 2 और Ca (HCO 3) 2, CO 2 हवा का हिस्सा है; कार्बन प्राकृतिक कार्बनिक यौगिकों का मुख्य घटक है - गैस, तेल, कोयला, पीट; यह कार्बनिक पदार्थों, प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट, अमीनो एसिड का एक हिस्सा है जो जीवित जीवों को बनाते हैं।

अकार्बनिक कार्बन यौगिक

किसी भी सामान्य रासायनिक प्रक्रिया के तहत न तो C 4+ और न ही C 4- आयन बनते हैं: कार्बन यौगिकों में होता है सहसंयोजक बांडअलग ध्रुवीयता।

कार्बन मोनोऑक्साइड (द्वितीय)सीओ

कार्बन मोनोआक्साइड; रंगहीन, गंधहीन, पानी में थोड़ा घुलनशील, कार्बनिक सॉल्वैंट्स में घुलनशील, जहरीला, टी ° गठरी = -192 ° C; टी पीएल। = -205 डिग्री सेल्सियस।

प्राप्त
1) उद्योग में (गैस जनरेटर में):
सी + ओ 2 = सीओ 2

2) प्रयोगशाला में - एच 2 एसओ 4 (सांद्र) की उपस्थिति में फॉर्मिक या ऑक्सालिक एसिड के थर्मल अपघटन द्वारा:
एचसीओओएच = एच 2 ओ + सीओ

एच 2 सी 2 ओ 4 = सीओ + सीओ 2 + एच 2 ओ

रासायनिक गुण

सामान्य परिस्थितियों में CO निष्क्रिय है; गर्म होने पर - एक कम करने वाला एजेंट; गैर-नमक बनाने वाला ऑक्साइड।

1) ऑक्सीजन के साथ

2सी +2 ओ + ओ 2 = 2सी +4 ओ 2

2) धातु आक्साइड के साथ

सी +2 ओ + क्यूओ = क्यू + सी +4 ओ 2

3) क्लोरीन के साथ (प्रकाश में)

सीओ + सीएल 2 - एचएन = सीओसीएल 2 (फॉस्जीन)

4) क्षार गलनांक (दबाव में) के साथ अभिक्रिया करता है

CO + NaOH = HCOONa (सोडियम फॉर्मेट)

5) संक्रमण धातुओं के साथ कार्बोनिल बनाता है

नी + 4CO - टी ° = नी (CO) 4

Fe + 5CO - t ° = Fe (CO) 5

कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO2

कार्बन डाइऑक्साइड, रंगहीन, गंधहीन, पानी में घुलनशीलता - 0.9V CO 2 1V H 2 O (सामान्य परिस्थितियों में) में घुल जाता है; हवा से भारी; t ° pl। = -78.5 ° C (ठोस CO 2 को "सूखी बर्फ" कहा जाता है); दहन का समर्थन नहीं करता है।

प्राप्त

1. कार्बोनिक एसिड लवण (कार्बोनेट) का थर्मल अपघटन। चूना पत्थर भूनना:

CaCO 3 - t ° = CaO + CO 2

1. कार्य मजबूत अम्लकार्बोनेट और हाइड्रोकार्बन के लिए:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

रासायनिकगुणसीओ2
अम्लीय ऑक्साइड: कार्बोनिक एसिड लवण बनाने के लिए मूल ऑक्साइड और क्षार के साथ प्रतिक्रिया करता है

ना 2 ओ + सीओ 2 = ना 2 सीओ 3

2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O

NaOH + CO 2 = NaHCO 3

ऊंचे तापमान पर ऑक्सीकरण गुण प्रदर्शित कर सकते हैं

+4 ओ 2 + 2 एमजी - टी डिग्री = 2 एमजी +2 ओ + सी 0

गुणात्मक प्रतिक्रिया

चूने के पानी की मैलापन:

सीए (ओएच) 2 + सीओ 2 = सीएसीओ 3 (सफेद अवक्षेप) + एच 2 ओ

चूने के पानी के माध्यम से CO2 के लंबे समय तक गुजरने से यह गायब हो जाता है, क्योंकि अघुलनशील कैल्शियम कार्बोनेट घुलनशील बाइकार्बोनेट में बदल जाता है:

सीएसीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2 = सीए (एचसीओ 3) 2

कार्बोनिक एसिड और उसकेनमक

एच 2सीओ 3 -एसिड कमजोर है, केवल जलीय घोल में मौजूद है:

सीओ 2 + एच 2 ओ ↔ एच 2 सीओ 3

दो-आधार:
एच 2 सीओ 3 ↔ एच + + एचसीओ 3 - अम्लीय लवण- बाइकार्बोनेट, हाइड्रोकार्बन
एचसीओ 3 - ↔ एच + + सीओ 3 2- मध्यम लवण - कार्बोनेट

अम्ल के सभी गुण अभिलक्षणिक होते हैं।

कार्बोनेट और हाइड्रोकार्बन को एक दूसरे में परिवर्तित किया जा सकता है:

2नाहको 3 - टी ° = ना 2 सीओ 3 + एच 2 ओ + सीओ 2

ना 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 = 2NaHCO 3

ऑक्साइड बनाने के लिए गर्म होने पर धातु कार्बोनेट (क्षार धातुओं को छोड़कर) डीकार्बोक्सिलेट:

CuCO 3 - t ° = CuO + CO 2

गुणात्मक प्रतिक्रिया- एक मजबूत एसिड की कार्रवाई के तहत "उबलते":

ना 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2

सीओ 3 2- + 2 एच + = एच 2 ओ + सीओ 2

कार्बाइड

कैल्शियम कार्बाइड:

सीएओ + 3 सी = सीएसी 2 + सीओ

सीएसी 2 + 2 एच 2 ओ = सीए (ओएच) 2 + सी 2 एच 2।

जब जस्ता, कैडमियम, लैंथेनम और सेरियम कार्बाइड पानी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं तो एसिटिलीन निकलता है:

2 एलएसी 2 + 6 एच 2 ओ = 2 ला (ओएच) 3 + 2 सी 2 एच 2 + एच 2।

बी 2 सी और अल 4 सी 3 मीथेन बनाने के लिए पानी के साथ विघटित हो जाते हैं:

अल 4 सी 3 + 12 एच 2 ओ = 4 अल (ओएच) 3 = 3 सीएच 4।

प्रौद्योगिकी में, टाइटेनियम कार्बाइड TiC, टंगस्टन W 2 C (हार्ड मिश्र धातु), सिलिकॉन SiC (कार्बोरंडम - एक अपघर्षक और हीटर के लिए एक सामग्री के रूप में) का उपयोग किया जाता है।

साइनाइड

अमोनिया और कार्बन मोनोऑक्साइड के वातावरण में सोडा को गर्म करने से प्राप्त होता है:

ना 2 CO 3 + 2 NH 3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H 2 O + H 2 + 2 CO 2

हाइड्रोसायनिक एसिड एचसीएन रासायनिक उद्योग का एक महत्वपूर्ण उत्पाद है और व्यापक रूप से कार्बनिक संश्लेषण में उपयोग किया जाता है। इसका विश्व उत्पादन प्रति वर्ष 200 हजार टन तक पहुंचता है। इलेक्ट्रॉनिक संरचनासाइनाइड आयन कार्बन मोनोऑक्साइड (II) के समान है, ऐसे कणों को आइसोइलेक्ट्रोनिक कहा जाता है:

सी = ओ: [: सी = एन:] -

साइनाइड्स (0.1-0.2% पानी का घोल) सोने के खनन में उपयोग किया जाता है:

2 एयू + 4 केसीएन + एच 2 ओ + 0.5 ओ 2 = 2 के + 2 केओएच।

जब सायनाइड के घोल को सल्फर के साथ उबालते हैं या ठोस पदार्थों का संलयन करते हैं, थियोसाइनेट्स:
केसीएन + एस = केएससीएन।

जब कम सक्रियता वाली धातुओं के साइनाइड को गर्म किया जाता है, तो सायनोजेन प्राप्त होता है: एचजी (सीएन) 2 = एचजी + (सीएन) 2. साइनाइड विलयन का ऑक्सीकरण होता है साइनेट्स:

2 केसीएन + ओ 2 = 2 केओसीएन।

साइनिक एसिड दो रूपों में आता है:

एच-एन = सी = ओ; एच-ओ-सी = एन:

1828 में, फ्रेडरिक वोहलर (1800-1882) ने अमोनियम साइनेट से यूरिया प्राप्त किया: NH 4 OCN = CO (NH 2) 2 एक जलीय घोल के वाष्पीकरण द्वारा।

इस घटना को आमतौर पर "जीवनवादी सिद्धांत" पर सिंथेटिक रसायन विज्ञान की जीत के रूप में देखा जाता है।

सायनिक अम्ल का समावयवी होता है - ऑक्सीहाइड्रोजन

एच-ओ-एन = सी।
इसके लवण (विस्फोटक पारा एचजी (ONC) 2) का उपयोग इम्पैक्ट इग्निटर में किया जाता है।

संश्लेषण यूरिया(यूरिया):

सीओ 2 + 2 एनएच 3 = सीओ (एनएच 2) 2 + एच 2 ओ। 130 0 और 100 एटीएम पर।

यूरिया कार्बोनिक एसिड का एक एमाइड है, इसका "नाइट्रोजन एनालॉग" भी है - गुआनिडीन।

कार्बोनेट्स

सबसे महत्वपूर्ण अकार्बनिक कार्बन यौगिक कार्बोनिक एसिड लवण (कार्बोनेट) हैं। एच 2 सीओ 3 एक कमजोर एसिड है (के 1 = 1.3 · 10 -4; के 2 = 5 · 10 -11)। कार्बोनेट बफर समर्थन करता है कार्बन डाइऑक्साइड संतुलनवातावरण में। महासागरों में एक विशाल बफर क्षमता है क्योंकि वे एक खुली प्रणाली हैं। मुख्य बफर प्रतिक्रिया कार्बोनिक एसिड के पृथक्करण में संतुलन है:

एच 2 सीओ 3 एच + + एचसीओ 3 -।

अम्लता में कमी के साथ, अम्ल के निर्माण के साथ वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड का अतिरिक्त अवशोषण होता है:
सीओ 2 + एच 2 ओ ↔ एच 2 सीओ 3।

अम्लता में वृद्धि के साथ, कार्बोनेट चट्टानों (गोले, चाक और समुद्र में चूना पत्थर जमा) का विघटन होता है; यह हाइड्रोकार्बोनेट आयनों के नुकसान की भरपाई करता है:

एच + + सीओ 3 2- एचसीओ 3 -

CaCO 3 (ठोस) Ca 2+ + CO 3 2-

ठोस कार्बोनेट घुलनशील हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित हो जाते हैं। यह अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड के रासायनिक विघटन की प्रक्रिया है जो "ग्रीनहाउस प्रभाव" का प्रतिकार करती है - कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा पृथ्वी से थर्मल विकिरण के अवशोषण के कारण ग्लोबल वार्मिंग। विश्व के सोडा उत्पादन का लगभग एक तिहाई (सोडियम कार्बोनेट Na 2 CO 3) कांच के उत्पादन में उपयोग किया जाता है।

सामान्य परिस्थितियों में कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) (कार्बन डाइऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड) एक रंगहीन गैस होती है, जो हवा से भारी होती है, ऊष्मीय रूप से स्थिर होती है, और जब संपीड़ित और ठंडा किया जाता है, तो यह आसानी से एक तरल और ठोस अवस्था में बदल जाती है।

घनत्व - 1.997 ग्राम / एल। ठोस CO2, जिसे शुष्क बर्फ कहा जाता है, कमरे के तापमान पर उदात्त हो जाती है। यह पानी में खराब रूप से घुल जाता है, इसके साथ आंशिक रूप से प्रतिक्रिया करता है। अम्लीय गुण प्रदर्शित करता है। सक्रिय धातुओं, हाइड्रोजन और कार्बन के साथ कम।

कार्बन मोनोऑक्साइड का रासायनिक सूत्र 4
कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) CO2 का रासायनिक सूत्र। यह दर्शाता है कि इस अणु में एक कार्बन परमाणु (Ar = 12 amu) और दो ऑक्सीजन परमाणु (Ar = 16 amu) हैं। रासायनिक सूत्र द्वारा, आप गणना कर सकते हैं आणविक वजनकार्बन मोनोऑक्साइड (IV):

मिस्टर (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O);

श्रीमान (CO2) = १२+ २ × १६ = १२ + ३२ = ४४।

समस्या समाधान के उदाहरण
उदाहरण 1
कार्य जब 26.7 ग्राम अमीनो एसिड (CxHyOzNk) को ऑक्सीजन की अधिकता में जलाया जाता है, तो 39.6 ग्राम कार्बन मोनोऑक्साइड (IV), 18.9 ग्राम पानी और 4.2 ग्राम नाइट्रोजन बनता है। अमीनो एसिड सूत्र निर्धारित करें।
हल आइए हम एक ऐमीनो अम्ल की दहन अभिक्रिया के लिए एक योजना बनाते हैं, जिसमें कार्बन परमाणुओं, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन की संख्या को क्रमशः "x", "y", "z" और "k" द्वारा दर्शाया जाता है:
CxHyOzNk + Oz → CO2 + H2O + N2।

आइए हम इस पदार्थ को बनाने वाले तत्वों के द्रव्यमान का निर्धारण करें। से लिए गए सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान का मान आवर्त सारणीडि मेंडेलीव, पूर्णांक तक पूर्णांक: Ar (C) = 12 amu, Ar (H) = 1 amu, Ar (O) = 16 amu, Ar (N) = 14 amu

एम (सी) = एन (सी) × एम (सी) = एन (सीओ 2) × एम (सी) = × एम (सी);

एम (एच) = एन (एच) × एम (एच) = 2 × एन (एच 2 ओ) × एम (एच) = × एम (एच);

आइए कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के दाढ़ द्रव्यमान की गणना करें। जैसा कि आप जानते हैं, अणु का दाढ़ द्रव्यमान उन परमाणुओं के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के योग के बराबर होता है जो अणु बनाते हैं (एम = श्री):

M (CO2) = Ar (C) + 2 × Ar (O) = 12+ 2 × 16 = 12 + 32 = 44 g / mol;

M (H2O) = 2 × Ar (H) + Ar (O) = 2 × 1 + 16 = 2 + 16 = 18 g / mol।

एम (सी) = एक्स 12 = 10.8 ग्राम;

एम (एच) = 2 × 18.9 / 18 × 1 = 2.1 ग्राम।

M (O) = m (CxHyOzNk) - m (C) - m (H) - m (N) = 26.7 - 10.8 - 2.1 - 4.2 = 9.6 g।

हम परिभाषित करते हैं रासायनिक सूत्रअमीनो अम्ल:

X: y: z: k = m (C) / Ar (C): m (H) / Ar (H): m (O) / Ar (O): m (N) / Ar (N);

एक्स: वाई: जेड: के = 10.8 / 12: 2.1 / 1: 9.6 / 16: 4.2 / 14;

एक्स: वाई: जेड: के = 0.9: 2.1: 0.41: 0.3 = 3: 7: 1.5: 1 = 6: 14: 3: 2।

माध्यम सरल सूत्रअमीनो एसिड C6H14O3N2।

उत्तर C6H14O3N2
उदाहरण २
कार्य एक यौगिक का सबसे सरल सूत्र तैयार करें जिसमें तत्वों के द्रव्यमान अंश लगभग बराबर हों: कार्बन - 25.4%, हाइड्रोजन - 3.17%, ऑक्सीजन - 33.86%, क्लोरीन - 37.57%।
समाधान संरचना HX के एक अणु में तत्व X के द्रव्यमान अंश की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:
(X) = n × Ar (X) / M (HX) × १००%।

आइए हम अणु में कार्बन परमाणुओं की संख्या को "x", हाइड्रोजन के नाइट्रोजन परमाणुओं की संख्या को "y", ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या को "z" से और क्लोरीन परमाणुओं की संख्या को "k" से निरूपित करें।

आइए हम कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और क्लोरीन (डी.आई. मेंडेलीव की आवर्त सारणी से लिए गए सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के मान, पूर्ण संख्याओं के लिए) के संबंधित सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान का पता लगाएं।

एआर (सी) = 12; एआर (एच) = 14; एआर (ओ) = 16; एआर (सीएल) = ३५.५।

हम तत्वों के प्रतिशत को संबंधित सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान से विभाजित करते हैं। इस प्रकार, हम यौगिक के अणु में परमाणुओं की संख्या के बीच का अनुपात ज्ञात करेंगे:

एक्स: वाई: जेड: के = ω (सी) / एआर (सी): ω (एच) / एआर (एच): (ओ) / एआर (ओ): ω (सीएल) / एआर (सीएल);

एक्स: वाई: जेड: के = 25.4 / 12: 3.17 / 1: 33.86 / 16: 37.57 / 35.5;

एक्स: वाई: जेड: के = 2.1: 3.17: 2.1: 1.1 = 2: 3: 2: 1।

इसका मतलब है कि कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और क्लोरीन के यौगिक के लिए सबसे सरल सूत्र C2H3O2Cl होगा।