School

Атомни характеристики

• $[\mathrm{He}]2\mathrm{s}{}^{2}2\mathrm{p}{}^2$
• II период, 14. (IVA) група
• междинни стойности на йонизационната енергия
• трудно обрязва йони: $\mathrm{C}{}^{4-}$ (карбид)
• постоянна четвърта валентност
• добър редуктор, но може да е и окислител
• относително ниска химическа активност

Алотропни форми

а) природни

• диамант - атомна кристална решетка с тетраедри, $\mathrm{sp}{}^3$ хибридизация, много здрави ковалентни връзки; безцветно, много твърдо вещество, пречупващо светлината; не провежда ел. ток; топлопроводим; използва се в бижутерията и за режещи инструменти
• графит - атомна кристална решетка със слоеста структура от шестоъгълници, $\mathrm{sp}{}^2$ хибридизация, три сигма- и една делокализирана пи-връзка, обхващаща целия кристал; електропроводим, но с ниска топлопроводимост; черно-сиво, твърдо, мазно вещество с метален блясък; използва се за направата на електроди, средства за писане и за изработка на смазочни масла
• аморфен въглерод (видоизменен графит) - въглища, активен въглен, кокс

б) синтетични

• фулерени
• карбини
• въглеродни нанотръби
• графен

Разпространение и свойства

а) разпространение

• 19-ти по разпространение в земната кора
• образува милиони органични съединения
• среща се под формата на прости вещества - диамант, графит, въглища
• среща се под формата на съединения - нефт, природен газ, доломит, варовик, въглероден диоксид

б) химични свойства - слаба химическа активност, реагира само при нагряване; добър редуктор - отнема кислород от съединения

$$\mathrm{C}+\mathrm{O}{}_2\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }\mathrm{CO}/\mathrm{CO}{}_2$$

$$\mathrm{C}+2\mathrm{F}{}_2\to \mathrm{CF}{}_4$$

$$\mathrm{C}+2\mathrm{S}\to \mathrm{CS}{}_2$$

$$\mathrm{C}+\mathrm{CO}{}_2\stackrel{\mathrm{t}°}{\rightleftharpoons }2\mathrm{CO}$$

$$\mathrm{C}+\mathrm{CuO}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }\mathrm{Cu}+\mathrm{CO}$$

$$\mathrm{CaO}+3\mathrm{C}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }\mathrm{CaC}{}_2+\mathrm{CO}$$

$$4\mathrm{Al}+3\mathrm{C}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }\mathrm{Al}{}_4\mathrm{C}{}_3$$

Съединения на кислород

а) въглероден оксид

• неутрален оксид - не реагира с вода, киселини и основи
• кръвна отрова
• продукт на горене при недостиг на кислород
• безцветен газ, без вкус и мирис, с маса почти колкото на въздуха
• получаване

$$\mathrm{H}{}_2\mathrm{C}{}_2\mathrm{O}{}_4\stackrel{к\cdot \mathrm{H}{}_2\mathrm{SO}{}_4}{\to }\mathrm{CO}+\mathrm{CO}{}_2+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$$

• приложение - използва се като гориво, редуктор в металургията

$$2\mathrm{CO}+\mathrm{O}{}_2\to 2\mathrm{CO}{}_2$$

$$\mathrm{Fe}{}_2\mathrm{O}{}_3+3\mathrm{CO}\to 2\mathrm{Fe}+3\mathrm{CO}{}_2$$

б) въглероден диоксид

• киселинен оксид - реагира с вода, основи и киселини
• продукт на пълно изгаряне
• получаване

$$\mathrm{CaCO}{}_3\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }\mathrm{CaO}+\mathrm{CO}{}_2$$

$$\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}{}_{12}\mathrm{O}{}_6\stackrel{цимаза}{\to }2\mathrm{C}{}_2\mathrm{H}{}_5\mathrm{OH}+2\mathrm{CO}{}_2$$

$$\mathrm{CO}{}_3{}^{2-}+2\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\to \mathrm{CO}{}_2+3\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$$

• безцветен газ, без вкус и миризма
• сравнително добра разтворимост във вода - газирани напитки
• при атмосферно налягане сублимира
• не гори и не поддържа горенето
• парников газ
• участва във фотосинтезата и дишането
• причината за естествената киселинност на световния океан

в) въглеродна киселина и солите й

• изключително слаба и нетрайна - съществува само във воден разтвор
• образува се при разтварянето на въглероден диоксид във вода

$$\mathrm{CO}{}_2+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{H}{}_2\mathrm{CO}{}_3\rightleftharpoons \mathrm{CO}{}_3{}^{2-}+2\mathrm{H}{}^{+}$$

$$\mathrm{CO}{}_3{}^{2-}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{HCO}{}_3{}^{-}+\mathrm{OH}{}^{-}$$ $$\mathrm{HCO}{}_3{}^{-}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{H}{}_2\mathrm{CO}{}_3+\mathrm{OH}{}^{-}$$

г) въглероден дисулфид (серовъглерод) $\mathrm{CS}{}_2$

$$\mathrm{C}+2\mathrm{S}\to \mathrm{CS}{}_2$$

• безцветна течност с остра, неприятна миризма
• по-тежък от водата
• добър неполярен разтворител
• използва се за целофан

д) тетрахлорометан $\mathrm{CCl}{}_4$

$$\mathrm{CH}{}_4+4\mathrm{Cl}{}_2\to \mathrm{CCl}{}_4+4\mathrm{HCl}$$

• неполярна, тетраедрична молекула
• течност
• неполярен, апротонен разтворител
• използва се в химическото чистене
• канцерогенен

е) карбиди

$$\mathrm{CaC}{}_2+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to \mathrm{C}{}_2\mathrm{H}{}_2+\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}){}_2$$

$$\mathrm{Al}{}_4\mathrm{C}{}_3+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }4\mathrm{Al}(\mathrm{OH}){}_3+3\mathrm{CH}{}_4$$

• ацетилениди - $\mathrm{C}{}^{2-}$
• метаниди - $\mathrm{C}{}^{4-}$

ж) цианиди $\mathrm{CN}{}^{-}$

• получаване

$$\mathrm{NaNH}{}_2+\mathrm{C}\to \mathrm{NaCN}+\mathrm{H}{}_2$$

• силни основи

$$\mathrm{CN}{}^{-}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{HCN}+\mathrm{OH}{}^{-}$$

• циановодород $\mathrm{HCN}$ - безцвете газ с миризма на горчиви бадеми; силно отровен (0,05 грама за фатални); използва се за получаването на полимери и пластмаси