Л. М. Түгелбаева Р. Ғ. Рысқалиева Р. К. Ашкеева
жүктеу/скачать 0,62 Mb.
|
Химия элемент китап
- Бұл бет үшін навигация:
- Элементтің сипаттамасы C Si Ge
IV A топшасы элементтерінің жалпы сипаттамасы
С → Si → Ge → Sn → Pb қатарында электрондық қабаттардың толтырылу ретінің жəне атом өлшемдерінің артуына байланысты ядроға сыртқы валентті электрондардың тартылуы əлсірейді, сондықтан топша элементтерінің бейметалдық қасиеті жоғарыдан төмен қарай əлсірейді де, металдық қасиеті күшейеді. Көміртек пен кремний бейметалдар, ал төменде орналасқан германий, қа- лайы жəне қорғасын металдар болып табылады. Табиғатта таралуы. Жер қыртысындағы көміртектің массалық үлесі 0,1 %-ды құрайды. Ол табиғатта дербес күйінде (алмаз, гра- фит) кездеседі. Көміртек жай зат түрінде жəне қосылыстар тү- рінде көптеген табиғи заттардың: сұр жəне тас көмірдің, торф- тың, мұнайдың, тау жыныстары мен минералдарының, мысалы əктастың СаСО3, магнезиттің MgCO3, сидериттің FeCO3 құрамына енеді. Барлық органикалық қосылыстар көміртек қосылыстары болып табылады. Көміртек атмосфералық ауаның құрамында СО2 түрінде болады (массалық үлесі – 0,012 %). Қасиеттері. Көміртектің үш аллотропиялық түр өзгерісі бар: алмаз, графит жəне карбин. Алмаз – түссіз, мөлдір, қатты кристалдық зат. Алмаздағы əрбір көміртек атомы тетраэдрдің ортасынан оның төбелеріне бағыт- тала орналасқан басқа төрт атоммен қоршалған. Əрбір атом төрт көрші атоммен берік ковалентті байланыстармен байланысқан. Алмаздың мұндай құрылымы оның беріктігін жоғарылатуға мүм- кіндік береді. Алмаз электр тогын мүлдем өткізбейді, диэлектрик болып табылады. Графит – металдық жылтыры бар, күңгірт сұр түсті кристал- дық зат. Графиттің құрылымы қабатты деп атауға болады: қа- баттағы əрбір атомның төртінші валентті электроны жылжығыш, көміртектің бір атомынан екінші атомына қарай ауысуы мүмкін. Осы электрондар арқылы металдық байланыс пайда болады. Осылайша, графиттің жақсы электрөткізгіштігі жəне оның жы- луөткізгіштігі мен металдық жылтыры түсіндіріледі. Графит қа- баттарының аралығы біршама кең, ал олардың арасындағы əре- кеттесу күші əлсіз болады. Карбин – қара түсті майда кристалды ұнтақ. Карбин кристал- дары жалқы жəне үш байланыспен кезектесе байланысқан кө- міртек атомдарының сызықты тізбегінен тұрады. Қаттылығы жа- ғынан карбин графиттен берік келеді, алайда алмаздан қатты емес. Жартылай өткізгіштік қасиеті бар. Ауасыз 2800°С-ге қыз- дырғанда графитке айналады. Жоғарыда қарастырылған негізгі аллотропиялық түр өзгеріс- терінен басқа көміртектің тағы бірнеше түрлері бар. Бұлар кө- міртекті материалдар деп аталады. Оларға көмір (кокс, ағаш көмі- рі), техникалық көміртек (күйе), шыны көміртек жатады. Көмір – құрамында майдаланған графит түріндегі көміртек болатын қара зат. Көмір құрамында көміртек бар қосылыстардың термиялық ыдырауы арқылы түзіледі. Мысалы, табиғи тас кө- мірді ауасыз ортада термиялық қайта өңдеуге ұшыратқанда кө- мірдің бір түрі – кокс түзіледі. Кокстағы көміртектің массалық үлесі 96-98 %-ды құрайды. Оттек жеткіліксіз жағдайда коксты қыздырғанда, ағаш көмірін алуға болады. Көптеген көміртек құрамды заттарды, мысалы табиғи газды термиялық ыдыратқанда, жұқа дисперсті қара ұнтақ – күйе түзі- леді, ол да жұқа ұнтақталған графиттен тұрады. Шыны көміртек қатты материал болып табылады. Оның құры- лымында ретсіз алмаз, графиттің жəне карбиннің құрылымдық қалдықтары байланысқан. Оның бірнеше бағалы қасиеттері бар: тығыздығы төмен, механикалық беріктігі жоғары, балқуы төмен, электрөткізгіштігі жоғары. Көміртек жоғары химиялық белсенділік көрсетпейді: оның қа- тысуымен көптеген химиялық реакциялар тек жоғары темпера- турада жүреді. Бейметалдармен əрекеттесуі. Көміртек ауада жанады. Реак- ция өнімі оттек мөлшеріне байланысты түзіледі. Оның артық мөлшерінде СО2 түзіледі, ал жетіспеген жағдайда СО түзіледі: С + О2 = СО2 2С + О2 = 2СО Қыздырғанда көміртек сутек пен күкіртпен əрекеттеседі: C + 2H2 = CH4 C + 2S = CS2 (күкірткөміртек) Галогендерден көміртек тікелей тек фтормен əрекеттеседі. Азотпен əрекеттесуі жоғары температурада жүреді: 2С + N2 = (CN)2 (дициан) Азотпен жəне сутекпен көміртек циансутек (циансутек немесе көгерткіш қышқылы) НCN түзеді. Бұл қосылысты көміртектің (II) оксидін аммиакпен əрекеттестіру арқылы алуға болады: СО + NН3 = НCN + Н2О Циансутек қышқылы бос күйінде жəне сұйық күйде кездеседі. Ол əлсіз қышқылдың қасиетін көрсетіп, иондарға диссоциация- ланады: НCN↔H+ + CN- Циансутек қышқылының тұздары цианидтер деп аталады, мысалы КCN – калий цианиді. Көгерткіш қышқылы мен оның тұздары улы болады. Көміртек азот, күкірт жəне сутекпен тиоциан қышқылын HNCS түзеді. Оның тұздары тиоцианаттар деп аталады, мысалы KNCS – калий тиоцианаты. Металдармен əрекеттесуі. Көміртек қыздырғанда металдар- мен əрекеттесіп, карбидтер түзеді, мысалы алюминий жəне каль- ций карбидтері: 4А1 + 3С = А14С3; Са + 2С = СаС2 Карбидтер – қатты əрі қиын балқитын заттар. Көміртектің тотықсыздандырғыштық қабілеті кейбір ме- талдарды алу реакцияларында көрінеді. Көміртек металл оксид- терімен де əрекеттеседі, мысалы: С + Sn = Sn + CO. Металдарды алудың мұндай əдісі карботермия деп аталады. Қолданылуы. Құрамында көміртек бар материалдар халық ша- руашылығында кеңінен қолданылады. Кокстың көптеген мөл- шері болат өндірісінде пайдаланылады. Бұл жерде кокс отын ре- тінде, темір кенінің тотықсыздандырғышы ретінде жəне шикізат қопсытқышы ретінде қызмет атқарады. Ағаш көмірін белсен- дірілген көмір өндірісінде, кремний алуда тотықсыздандырғыш ретінде пайдаланады. Əртүрлі көмір түрлерін карбидтер мен ме- талдар алуға қолданады. Күйені кейбір пластмассалар мен резеңке өндірісінде толық- тырғыш ретінде қолданады. Сонымен қатар оны баспа бояулары, көшірме қағаздары өндірісінде бояғыш ретінде қолданады. Электрөткізгіштік қабілеттігі бар графиттен электродтар мен жылытқыш элементтер дайындайды. Сонымен қатар графитті пластмасса, майлаушы материалдар, қарындаштың өзегі өндірі- сінде де қолданады. Ол ядролық реакторларда нейтронның баяу- латқышы ретінде де пайдаланады. Табиғатта кездесетін алмазды асыл тастар қатарына жатқыза- ды. Тегістелген жəне өңделген алмазды гауһар деп атайды. Олар- дан əшекейлік бұйымдар жасалады. Əртүрлі жолдармен жəне жоғары қысымда графиттен алынған жасанды алмазды өнер- кəсіптік мақсаттарға жұмсайды. Беріктігі жоғары жасанды ал- маздар өткір кесетін жəне өңдейтін құралдар жасауға да пайда- ланылады. Шыны көміртек электродтар дайындауға, сонымен бірге əрі жеңіл, əрі берік бұйымдар жасауға қолданылады. Мұндай бұйым- дар ұшақтар мен машина жасау өндірісінде қажет. Көмірдің сорып алу қабілеті жоғары, ал оны əрі қарай жоға- рылату үшін белсендіреді: барлық қуыстарын су буында қызды- рып, тазартады. Осы əдіспен белгілі бір заттар адсорбцияланған көмірдің регенерациясын жүргізуге болады. Ағаш көмірінен алынған белсендірілген көмір кең қолданы- лады. Оны көптеген өнімдерді, мысалы қантты тазарту үшін, газқағарда ауадан уландырғыш заттарды сіңіріп алу үшін, меди- цинада ағзадан у-ды шығару үшін қолданады. Көміртектің оттекті қосылыстары. Көміртектің (II) оксиді немесе көміртек монооксиді, немесе тұншықтырғыш газ СО – иіссіз, түссіз газ. Ол өте улы, қанда- ғы гемоглобинмен Hb – темірқұрамды ақуыз – қандағы О2 тасы- малдаушымен байланысып, берік комплекс карбоксигемоглобин HbСО түзетіндіктен, адам ағзасына қауіп төндіреді. Оттек жетіс- пеген жағдайда əртүрлі отынның (табиғи газ, бензин, көмір, ағаш) жануы нəтижесінде бөлінеді. Көміртектің (II) оксиді ауада жəне оттекте көп мөлшерде жылу бөле жанады: 2СО + О2 = 2СО2. Оны отын ретінде қолдану осыған негізделген. Ол генератор газы (СО-нің азотпен қоспасы) жəне сулы газ (СО-нің сутекпен қоспасы) сияқты газды жанғыш қоспалардың құрамына кіреді. Көміртектің (II) оксиді күшті тотықсыздандырғыш болып та- былады, сондықтан оны өнеркəсіпте темір кендерін тотықсыз- дандыру үшін қолданады: Fe2O3 +3CO = 2Fe + 3CO2 Бұл оксидтің қызықты қасиеттерінің бірі ретінде оның кейбір металдармен əрекеттесіп, карбонилдер түзуін атауға болады, мы- салы никель тетракарбонилінің түзілуі: Ni + 4CO = Ni(CO)4, бұл əдіспен өте таза металдар алуға болады. Көміртек (II) оксиді тұз түзбейтін оксидтерге жатады, ол қыш- қылдармен де, сілтілермен де кəдімгі жағдайда əрекеттеспейді. Өнеркəсіпте СО-н көміртектің (IV) оксидін СО2 көмірден қызды- ру арқылы өткізіп, алуға болады: СО2 + С =2СО. Көміртек (IV) оксиді немесе көміртек диоксиді (көмір қышқыл газы СО2) – түссіз, иіссіз газ. Төменгі температурада немесе жо- ғары қысымда СО2 сұйық немесе қатты күйге оңай ауысады. Қатты көміртек (IV) оксидін құрғақ мұз деп те атайды. Тірі ағ- заға көп мөлшерде көміртектің (IV) оксиді түссе, ол өте қауіпті, тұншықтыруы мүмкін. Алайда СО2 газының тірі ағзаға кері əсері емес, оның ИҚ-сəулелерін сіңіруі мен жылыжайлы эффект түзуі ерекше көңіл аударады. Бұл газ жануды қолдамайды. Көміртек диоксиді суда еріп, кө- мір қышқылын түзеді: СО2 + Н2О↔H2CO3 Бұл қышқылдық оксид, сондықтан ол негіздік оксидтермен жəне негіздермен əрекеттесіп, тұз түзеді: СО2 + ВаО = ВаСО3↓ СО2 + 2КОН = К2СО3 + Н2О СО2 + КОН = КНСО3 Өнеркəсіпте көміртектің (IV) оксидін көмірді жағу арқылы немесе əктасты қыздыру арқылы алады: СаСО3 = СаО + СО2↑ Зертханада СО2-ні көмір қышқылының тұздарына қышқылмен əсер ету арқылы алады: Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + CO2↑ + H2O Көміртек (IV) оксиді қант, сода өндірісінде, газдалған сусындар дайындау үшін, от сөндіргіштерді толтыруға қолданылады. Қатты СО2 салқындатқыш ретінде қолданысқа ие. Көмір қышқылын көміртек диоксидін суда еріту арқылы ала- ды. Бұл қышқыл тек еріген күйде ғана бола алады. Көмір қыш- қылы əлсіз қышқылдардың қатарына жатады, оның иондарға диссоциациялануы, əсіресе екінші сатыда өте нашар жүреді: Н СО ↔ Н+ + НСО- – I саты 2 3 3 НСО -↔ Н+ + СО 2- – II саты 3 3 Көмір қышқылы анық қышқылдық қасиет көрсетеді, ерітінді- де сілтілермен жəне көптеген тұздармен əрекеттеседі: H2CO3 + 2NaOH = Na2CO3 + 2H2O H2CO3 + BaCl2 = BaCO3 + 2HCl Екі негізді қышқыл ретінде Н2СО3 екі түрлі тұз түзеді: орта тұздар – карбонаттар жəне қышқылдық тұздар – гидрокарбо- наттар. Көптеген карбонаттар (натрий, калий жəне аммоний карбонат- тарынан басқасы) суда аз ериді. Карбонаттар ерітінділері сілтілік реакция береді: СО 2- + Н О ↔ НСО - + ОН- 3 2 3 Карбонаттарға жəне олардың ерітінділеріне қышқылдармен əсер еткенде ерітіндіден көпіршіктер бөлінгенін байқауға болады, ол көміртек диоксиді бөлінгенін білдіреді: CaCO3 + 2HCl2 = CaCl2 + CO2↑ + H2O Көміртек диоксидінің негіздік оксидтермен əрекеттесуі нə- тижесінде немесе тұз жəне сілті ерітінділері арқылы СО2-ні жі- бергенде, карбонаттар түзіледі: СО2 + ВаС12 + Н2О = ВаСО3↓ + 2НС1 СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3↓ + Н2О 3 Соңғы реакция көміртек диоксидін жəне карбонат иондарды анықтауға сапалық реакция ретінде қолданылады: құрамында CO2 ионы бар анықталатын үлгіге қышқылмен əсер етеді де, бөлінген СО2-ні əк суы Са(ОН)2 арқылы өткізеді, ерімейтін кальций карбонатының түзілуі нəтижесінде ерітінді лайланады. Көптеген карбонаттардың практикалық маңызы зор. Натрий карбонатының кристалгидраты Na2CO3∙10Н2О немесе сода жəне соданы қыздыру арқылы алынған кальцийленген сода Na2CO3 шыны, сабын жəне жуғыш заттар, бояғыштар өндірісінде, металдар алуда кендерді қайта өңдеу үшін қолданылады. Натрий гидрокарбонаты немесе ас содасы NaНCO3 тамақ өнеркəсібінде, медицинада, тұрмыста кеңінен қолданылады. Ас содасы от сөндіргіштерге арналған препараттар құрамына кіреді. Калий карбонаты немесе поташ К2CO3 шыны, сабын жəне сурет шығару өндірісінде қолданылады. Кальций карбонаты СaCO3 табиғи материалдардың: əктастың, бордың, мəрмəрдің не- гізгі құрам бөлігі болып табылады. Бұл заттар құрылыста пайда- ланылады, əктасты топырақтың сапасын жоғарылату үшін жəне оның қышқылдығын азайту үшін қолданады. Табиғаттағы көміртек айналымы. Көміртек құрамына кіре- тін табиғи қосылыстар өзгерістерге ұшырап отырады, нəтижесін- де көміртек айналымы жүзеге асады. Жер амосферасының құрамына кіретін көміртек диоксидінің бұл айналымдағы алатын орны ерекше. Осы газ атмосфераға көптеген үдерістер: вулкандар атқылауы, отынның жануы, тірі ағзалардың тыныс алуы, шіру жəне органикалық заттардың ыды- рауы нəтижесінде түседі. Ауадағы СО2-н аз мөлшерде өсімдіктер сіңіреді. Тірі ағзалардың қорегі болатын өсімдіктерден көміртек ағзаға өтеді де, сосын тыныс алу барысында көмір қышқыл газы күйінде бөлінеді. Жанғыш қазбалар отын ретінде қолданылады, оның жануы нəтижесінде СО2 қайтадан атмосфераға өтеді. Атмосферадағы көмір қышқыл газын дүниежүзілік мұхит та сіңіреді, бұзылған тау жыныстарымен əрекеттесіп, əктастар, доломиттер жəне басқа да карбонаттар түзіледі. Мұндай үдеріс- тердің алуантүрлілігі табиғаттағы көміртек айналымының тұрақ- ты жүруін қамтамасыз етеді. жүктеу/скачать 0,62 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|