Курс лекций по дисциплине «неорганическая химия» (для студентов инженерно технологического факультета) (стр. 11 из 24)

Подобно N₂ - СО обладает высокой энергией диссоциации (1069 кДж), плохо растворим в воде, инертен в химическом отношении. СО – газ без цвета и запаха, безразличный несолеобразующий, не взаимодействует с кислотными щелочами и водой при обычных условиях. Ядовит, т.к. взаимодействует с железом, входящим в состав гемоглобина. При повышении температуры или облучении проявляет свойства восстановителя.

Получение:

в промышленности

в лаборатории:

;

.

В реакции СО вступает лишь при высоких температурах.

Молекула СО имеет большое сродство к кислороду, горит образуя СО₂:

СО + 1/2О₂ = СО₂ + 282 кДж/моль.

Из-за большого сродства к кислороду СО используется как восстановитель оксидов многих тяжелых металлов (Fe, Co, Pb и др.).

СO + Cl₂ = COCl₂ (фосген)

Наибольший интерес представляют карбонилы металлов (используются для получения чистых металлов). Химическая связь по донорно-акцепторному механизму, имеет место p-перекрывание по дативному механихму.

(пентакарбонил железа)

Все карбонилы – диамагнитные вещества, характеризуются невысокой прочностью, при нагревании карбонилы разлагаются

[Ni(CO)₄] → 4CO + Ni (карбонил никеля).

Как и СО карбонилы металлов – токсичны.

Химическая связь в молекуле СО₂

В молекуле СО₂sp-гибридизация атома углерода. Две sp-гибридные орбитали образуют 2 s-связи с атомами кислорода, а оставшиеся негибридизованными р-орбитали углерода дают с двумя р-орбиталями атомов кислорода p-связи, которые располагаются в плоскостях перпендикулярных друг другу.

О ═ С ═ О

Под давлением 60 атм. и комнатной температуре СО₂ сгущается в бесцветную жидкость. При сильном охлаждении жидкая СО₂ застывает в белую снегоподобную массу, возгоняющуюся при Р = 1 атм и t = 195К(-78°). Спрессованная твердая масса называется сухим льдом, СО₂ не поддерживает горения. В нем горят лишь вещества, у которых сродство к кислороду выше чем у углерода: например,

2Mg + CO₂ ® 2MgO + C.

СО₂ реагирует с NH₃:

(карбамид мочевина)

2СО₂ + 2Na₂O₂ ® 2Na₂CO₃+O₂

Мочевина разлагается водой:

CO(NH₂)₂ + 2H₂O ® (NH₄)₂CO₃ → 2NH₃ + СО₂

фотосинтез

.

СО₂ получают в технике:

из кокса

В лаборатории (в аппарате Киппа):

.

Угольная кислота и ее соли

Растворяясь в воде, углекислый газ частично взаимодействует с ней, образуя угольную кислоту H₂CO₃; при этом устанавливаются равновесия:

К₁ = 4×10^-7 К₂ = 4,8×10^-11 – слабая, неустойчивая, кислородсодержащая, двухосновная кислота. Гидрокарбонаты растворимы в Н₂О. Карбонаты нерастворимы в воде, кроме карбонатов щелочных металлов, Li₂CO₃ и (NH₄)₂CO₃. Кислые соли угольной кислоты получают, пропуская избыток СО₂ в водный раствор карбоната:

,

либо постепенным (по каплям) добавлением сильной кислоты в избыток водного раствора карбоната:

Na₂CO₃ + HNO₃® NaHCO₃ + NaNO₃

При взаимодействии со щелочами или нагревании (прокаливании) кислые соли переходят в средние:

Соли гидролизуются по уравнению:

I ступень

Из-за полного гидролиза из водных растворов нельзя выделить карбонаты Gr³⁺, Al³⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺ и др.

Практическое значение имеют соли - Na₂CO₃ (сода), CaCO₃ (мел, мрамор, известняк), K₂CO₃ (поташ), NaHCO₃ (питьевая сода), Са(НСО₃)₂ и Mg(HCO₃)₂ обусловливают карбонатную жесткость воды.

Сероуглерод (CS₂)

При нагревании (750-1000°С) углерод реагирует с серой, образуя сероуглерод, органический растворитель (бесцветная летучая жидкость, реакционноспособное вещество), огнеопасен и летуч.

Пары CS₂ – ядовиты, применяется для фумигации (окуривания) зернохранилищ против насекомых - вредителей, в ветеринарии служит для лечения аскаридоза лошадей. В технике – растворитель смол, жиров, йода.

С сульфидами металлов CS₂ образует соли тиоугольной кислоты – тиокарбонаты.

.

Эта реакция аналогична процессу

.

Тиокарбонаты – желтые кристаллические вещества. При действии на них кислот выделяется свободная тиоугольная кислота.

Она более стабильна чем Н₂СО₃ и при низкой температуре выделяется из раствора в виде желтой маслянистой жидкости, легко разлагающейся на:

Соединения углерода с азотом (СN)₂ или С₂N₂ – дициан, легко воспламеняющийся бесцветный газ. Чистый сухой дициан получают путем нагревания сулемы с цианидом ртути (II).

HgCl₂ + Hg(CN)₂® Hg₂Cl₂ + (С N)₂

Другие способы получения:

4HCN_г + О₂

2(CN)₂ +2H₂O

2HCN_г + Сl₂

(CN)₂ + 2HCl

Дициан по свойствам похож на галогены в молекулярной форме X₂. Так в щелочной среде он, подобно галогенам, диспропорционирует:

(С N)₂ + 2NaOH = NaCN + NaOCN

Циановодород - НСN (

), ковалентное соединение, газ, растворяющийся в воде с образованием синильной кислоты (бесцветная жидкость и ее соли чрезвычайно ядовиты). Получают:

Циановодород получают в промышленности по каталитическим реакциям.

.

Соли синильной кислоты – цианиды, подвержены сильному гидролизу. CN^- - ион изоэлектронный молекуле СО, входит как лиганд в большое число комплексов d-элементов.

Обращение с цианидами требует строгого соблюдения мер предосторожности. В сельском хозяйстве применяют для борьбы с особо опасными насекомыми – вредителями.

Цианиды получают:

.