РОЗДІЛ II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

9. Неметалічні елементи та їхні сполуки. Неметали

9.5. Елементи IV групи

9.5.3. Оксиди Карбону

Карбон утворює два оксиди — карбон(ІІ) оксид СО та карбон(ІV) оксид СO₂ зі ступенями окиснення Карбону відповідно +2 та +4.

Карбон(ІІ) оксид, карбон монооксид

Атом Карбону в цьому оксиді перебуває в основному стані (₆С 1s²2s²2p²) і має одну вакантну р-орбіталь. У його молекулі є два зв’язки між атомами С та О, що утворюються за обмінним механізмом, і ще один зв’язок — за донорно-акцепторним механізмом:

Отже, валентність Карбону й Оксигену в CO — III. Молекула лінійна і малополярна (причому частковий негативний заряд зосереджено на атомі Карбону, а позитивний — на атомі Оксигену, хоча його електронегативність і вища).

Карбон(ІІ) оксид — це газ, без кольору і запаху (а тому дуже небезпечний¹), без смаку, отруйний, оскільки з гемоглобіном крові швидко утворює стабільну сполуку — карбоксигемоглобін.

Добування карбон(ІІ) оксиду

У лабораторії добувають при нагріванні мурашиної кислоти за наявності концентрованої сульфатної кислоти:

У промисловості добувають кількома способами:

Хімічні властивості карбон(ІІ) оксиду

Карбон(ІІ) оксид СО — несолетворний оксид, не розчиняється у воді, у розчинах лугів і кислот. Типовий відновник:

• горить синім полум’ям з утворенням вуглекислого газу:

• реагує з водяною парою:

• чадний газ легко відновлює метали з оксидів металічних елементів:

• відновлює солі Ag, Pd, Pt, Au. Так, реакцію взаємодії паладій (II) хлориду PdCl₂ з чадним газом використовують для виявлення СО (утворюється чорний осад паладію):

• із твердим натрій гідроксидом СО взаємодіє під тиском, утворюючи натрій форміат:

• при нагріванні і дії тиску чадний газ СО сполучається з аміаком, утворюючи синильну кислоту:

Карбон(ІV) оксид

Карбон(ІVУ) оксид (карбон діоксид, вуглекислий газ, вугільний ангідрид) СO₂. Структурна формула: 0=С=0. Молекула утворюється за допомогою ковалентного полярного зв’язку. Карбон(ІV) оксид — газ без кольору і запаху, важчий за повітря, погано розчиняється у воді. За атмосферного тиску у рідкому стані не існує: при -78,5 °С твердне — утворюється сухий лід, який має молекулярні кристалічні ґратки. Сухий лід не плавиться, а переходить у газоподібний стан (сублімує). Температура плавлення (під тиском) — ------------------------- 57 °С.

Добування карбон(ІV) оксиду

У природі вуглекислий газ утворюється постійно при повільному окисненні під час біохімічних процесів, а саме дихання, бродіння, гниття.

У лабораторії вуглекислий газ добувають дією на вапняк хлоридної кислоти:

Можливе і використання інших карбонатів, зокрема гідрогенкарбонатів:

У промисловості вуглекислий газ добувають випалюванням вапняку:

Збирають вуглекислий газ, добутий у лабораторії, способом витіснення повітря, використовуючи склянку, яка розміщена дном донизу, тому що він важчий за повітря.

Хімічні властивості карбон(ІV) оксиду

СO₂ — кислотний оксид зі слабо вираженими (при дуже високих температурах) окислювальними властивостями. Має загальні властивості кислотних оксидів:

• при розчиненні у воді утворюється невелика кількість карбонатної кислоти:

• взаємодіє з лугами, утворюючи кислі або середні солі:

Для виявлення вуглекислого газу проводять реакцію з вапняною водою:

а далі при пропусканні вуглекислого газу осад зникає, бо утворюється розчинна у воді кисла сіль (якісна реакція на карбон(IV) оксид):

• взаємодіє з розчинами карбонатів, силікатів:

• взаємодіє з основними та амфотерними оксидами:

• взаємодіє з деякими активними металами (Mg, К) за дуже високих температур (С0₂ виступає як слабкий окисник):

• взаємодіє з розжареним коксом:

СO₂ + С = 2СО

• при підвищеному тиску та при нагріванні сполучається з аміаком, утворюючи карбамід (сечовину):

• вуглекислий газ використовують зелені рослини під час фотосинтезу:

Карбон(ІV) оксид використовують у виробництві соди, цукру, мінерального добрива карбаміду; для гасіння пожеж, зберігання харчових продуктів (сухий лід), приготування газованих напоїв.

________________________________________________________________

¹ Через що він отримав свою тривіальну назву чадний газ. У недалекому минулому, коли палили у грубках, через передчасне закриття заслінки димоходу нерідко траплялися масові отруєння (вчадіння) і навіть смерті. Адже концентрація в повітрі > 0,1 % призводить до смерті за одну годину. Зараз для запобігання отруєнню цим газом пожежні, крім звичайного протигазу, застосовують гопкалітові патрони, які містять каталітичну суміш (оксидів Мангануму, Купруму й Аргентуму) і сприяють перетворенню чадного газу на вуглекислий.