Dövri sistemdə yeri, atomun quruluşu və təbiətdə yayılması

Karbonun sıra nömrəsi $6$ -dır, o, 2-ci dövrdə, IV qrupun əsas yarımqrupunda yerləşir. Elektron formulu $1s^2 2s^2 2p^2$ , xarici təbəqədə $4$ elektron var. Həyəcanlanmış halda bir $2s$ elektronu $2p$ yarımsəviyyəsinə keçir ( $2s^1 2p^3$ ), ona görə birləşmələrdə karbon adətən IV valentlidir. Əsas oksidləşmə dərəcələri: $-4$ ( $\mathrm{CH_4}$ , $\mathrm{Al_4C_3}$ ), $0$ , $+2$ ( $\mathrm{CO}$ ), $+4$ ( $\mathrm{CO_2}$ , karbonatlar).

Təbiətdə karbon sərbəst halda almaz və qrafit şəklində olur. Birləşmələr halında karbona karbonatlarda (əhəngdaşı, təbaşir və mərmər $\mathrm{CaCO_3}$ , maqnezit $\mathrm{MgCO_3}$ , dolomit $\mathrm{CaCO_3 \cdot MgCO_3}$ ), daş kömürdə, neftdə, təbii qazda, havada ( $\mathrm{CO_2}$ ) və bütün canlı orqanizmlərdə rast gəlinir.

Allotropik şəkildəyişmələri

Almaz: hər atom $4$ qonşu atomla tetraedr üzrə birləşir ( $sp^3$ ), atom kristal qəfəsi əmələ gəlir. Ən bərk təbii maddədir, rəngsiz və şəffafdır, elektrik cərəyanını keçirmir. Şüşəkəsənlərdə və qazma alətlərində işlədilir, cilalanmış almaz brilyantdır.
Qrafit: atomlar altıbucaqlılardan ibarət laylar əmələ gətirir ( $sp^2$ ), laylar arasında əlaqə zəifdir. Boz-qara rəngli, metal parıltılı, yumşaq maddədir, elektrik cərəyanını keçirir. Ondan elektrodlar, karandaş içliyi və sürtkü materialları hazırlanır.
Karbin (xətti zəncirlər, $sp$ ) və fullerenlər ( $\mathrm{C_{60}}$ , $\mathrm{C_{70}}$ kimi kürəvi molekullar) sonradan kəşf olunmuşdur.

His, odun kömürü və koks amorf karbon adlanır, əslində xırda qrafit kristallarından ibarətdir. Odun kömürü və aktivləşdirilmiş kömür məsaməli olduğu üçün qazları və həll olmuş maddələri səthində saxlayır. Bu hadisə adsorbsiya adlanır (əleyhqazlar, suyun təmizlənməsi). Bütün allotroplar oksigendə yandıqda yalnız $\mathrm{CO_2}$ əmələ gəlir: bu, onların eyni elementdən ibarət olduğunu sübut edir.

Karbonun kimyəvi xassələri

Adi şəraitdə karbon passivdir, qızdırıldıqda fəallaşır. Reaksiyaların çoxunda reduksiyaedicidir:

oksigenlə: $\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}$ (oksigen artıq olduqda), $\mathrm{2C + O_2 \rightarrow 2CO}$ (oksigen çatışmadıqda);
metal oksidləri ilə: $\mathrm{ZnO + C \xrightarrow{t} Zn + CO}$ , $\mathrm{2CuO + C \xrightarrow{t} 2Cu + CO_2}$ ;
su buxarı ilə: $\mathrm{C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2}$ (su qazı);
qatı turşularla: $\mathrm{C + 2H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + 2SO_2 + 2H_2O}$ , $\mathrm{C + 4HNO_3 \rightarrow CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O}$ .

Hidrogen və metallarla karbon oksidləşdiricidir: $\mathrm{C + 2H_2 \xrightarrow{t,\ \text{kat.}} CH_4}$ , $\mathrm{4Al + 3C \xrightarrow{t} Al_4C_3}$ , $\mathrm{Ca + 2C \xrightarrow{t} CaC_2}$ .

Dəm qazı və karbon qazı

Karbon monooksid $\mathrm{CO}$ (dəm qazı) rəngsiz, iysiz, çox zəhərli qazdır: hemoqlobinlə möhkəm birləşib qanın oksigen daşımasına mane olur. Havadan bir qədər yüngüldür ( $M = 28$ ), suda pis həll olur. Duz əmələ gətirməyən oksiddir: adi şəraitdə su, turşu və qələvilərlə reaksiyaya girmir.

Laboratoriyada: $\mathrm{HCOOH \xrightarrow{H_2SO_4\ (\text{qatı}),\ t} CO\uparrow + H_2O}$ ; sənayedə közərmiş koksdan $\mathrm{CO_2}$ keçirirlər: $\mathrm{CO_2 + C \xrightarrow{t} 2CO}$ .
Göy alovla yanır: $\mathrm{2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2}$ . Güclü reduksiyaedicidir: $\mathrm{Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO_2}$ . Həmçinin $\mathrm{CO + Cl_2 \rightarrow COCl_2}$ (fosgen), $\mathrm{CO + 2H_2 \xrightarrow{t,\ p,\ \text{kat.}} CH_3OH}$ .
Tətbiqi: qaz yanacağı, metallurgiyada reduksiyaedici, metanol sintezi.

Karbon dioksid $\mathrm{CO_2}$ (karbon qazı) rəngsiz, iysiz qazdır, havadan təxminən $1{,}5$ dəfə ağırdır ( $\frac{44}{29} \approx 1{,}52$ ). Yanmanı saxlamır, lakin maqnezium onda yanır: $\mathrm{2Mg + CO_2 \rightarrow 2MgO + C}$ . Təzyiq altında asanlıqla mayeləşir, bərk $\mathrm{CO_2}$ «quru buz» adlanır. Turşu oksididir.

Laboratoriyada (Kipp aparatında): $\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O}$ ; sənayedə əhəngdaşını yandırırlar: $\mathrm{CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2}$ .
Xassələri: $\mathrm{CO_2 + H_2O \rightleftarrows H_2CO_3}$ , $\mathrm{CaO + CO_2 \rightarrow CaCO_3}$ ; qələvi artıq olduqda $\mathrm{CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}$ , $\mathrm{CO_2}$ artıq olduqda $\mathrm{CO_2 + NaOH \rightarrow NaHCO_3}$ .
Tətbiqi: yanğınsöndürənlər, qazlı içkilər, quru buzla soyutma, soda və karbamid istehsalı.

Karbonat turşusu, onun duzları və təyini reaksiyaları

$\mathrm{H_2CO_3}$ zəif, davamsız ikiəsaslı turşudur, yalnız məhlulda mövcuddur və asanlıqla $\mathrm{CO_2}$ və suya parçalanır. Pilləli dissosiasiya edir: $\mathrm{H_2CO_3 \rightleftarrows H^+ + HCO_3^-}$ , $\mathrm{HCO_3^- \rightleftarrows H^+ + CO_3^{2-}}$ . İki sıra duz əmələ gətirir: karbonatlar ( $\mathrm{Na_2CO_3}$ kalsinasiya olunmuş soda, $\mathrm{K_2CO_3}$ potaş, $\mathrm{CaCO_3}$ ) və hidrokarbonatlar ( $\mathrm{NaHCO_3}$ içməli soda, $\mathrm{Ca(HCO_3)_2}$ ). Natrium, kalium və ammonium karbonatları suda yaxşı həll olur, digər karbonatların çoxu praktiki olaraq həll olmur.

Qızdırdıqda: $\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$ , $\mathrm{2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$ , $\mathrm{Ca(HCO_3)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + CO_2 + H_2O}$ ; $\mathrm{Na_2CO_3}$ və $\mathrm{K_2CO_3}$ isə parçalanmadan əriyir. Duzlar bir-birinə çevrilə bilir: $\mathrm{Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow 2NaHCO_3}$ , $\mathrm{NaHCO_3 + NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}$ .

Təyini. $\mathrm{CO_2}$ əhəng suyundan keçirildikdə ağ bulanıqlıq əmələ gəlir: $\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O}$ . $\mathrm{CO_2}$ artıq olduqda bulanıqlıq yox olur: $\mathrm{CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca(HCO_3)_2}$ . Karbonat ionuna güclü turşu əlavə etdikdə «qaynama» müşahidə olunur: rəngsiz, iysiz qaz ayrılır və əhəng suyunu bulandırır: $\mathrm{CO_3^{2-} + 2H^+ \rightarrow CO_2\uparrow + H_2O}$ .

Yadda saxla

$1s^2 2s^2 2p^2$ ; oksidləşmə dərəcələri $-4$ , $0$ , $+2$ , $+4$ ; birləşmələrdə karbon adətən IV valentlidir.
Almaz ( $sp^3$ ) ən bərk maddədir və cərəyan keçirmir; qrafit ( $sp^2$ ) yumşaqdır və cərəyan keçirir.
$\mathrm{CO}$ duz əmələ gətirməyən, zəhərli, reduksiyaedici oksiddir; $\mathrm{CO_2}$ turşu oksididir və yanmanı saxlamır.
$n(\mathrm{NaOH}) : n(\mathrm{CO_2}) = 2 : 1$ olduqda $\mathrm{Na_2CO_3}$ , $1 : 1$ olduqda $\mathrm{NaHCO_3}$ , aralıq nisbətdə hər iki duz alınır.
$\mathrm{CO_2}$ əhəng suyu ilə, karbonat ionu güclü turşu ilə təyin edilir.

Həll olunmuş misallar

Misal 1
Kütləcə $80\%$ $\mathrm{CaCO_3}$ olan $250$ q əhəngdaşı tam yandırıldı (qatışıqlar parçalanmır). Ayrılan $\mathrm{CO_2}$ -nin həcmini (n.ş.) və alınan söndürülməmiş əhəngin kütləsini tapın. ( $A_r$ : Ca $40$ , C $12$ , O $16$ )
Həlli
1. Tənlik: $\mathrm{CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2}$ .
2. $m(\mathrm{CaCO_3}) = 250 \cdot 0{,}8 = 200$ q; $M(\mathrm{CaCO_3}) = 100$ q/mol, $n = \frac{200}{100} = 2$ mol.
3. Bütün əmsallar $1$ -dir: $n(\mathrm{CO_2}) = n(\mathrm{CaO}) = 2$ mol.
4. $V(\mathrm{CO_2}) = 2 \cdot 22{,}4 = 44{,}8$ l; $m(\mathrm{CaO}) = 2 \cdot 56 = 112$ q.
5. Yoxlama: $112 + 2 \cdot 44 = 200$ q, yəni kütlə saxlanır.
Cavab: $44{,}8$ l; $112$ q.
Misal 2
$4{,}48$ l (n.ş.) $\mathrm{CO_2}$ tərkibində $12$ q $\mathrm{NaOH}$ olan məhluldan keçirildi. Hansı duzlar və nə qədər kütlədə alınır? ( $A_r$ : Na $23$ , O $16$ , H $1$ , C $12$ )
Həlli
1. $n(\mathrm{CO_2}) = \frac{4{,}48}{22{,}4} = 0{,}2$ mol; $n(\mathrm{NaOH}) = \frac{12}{40} = 0{,}3$ mol.
2. Nisbət $\frac{0{,}3}{0{,}2} = 1{,}5$ : $1$ ilə $2$ arasındadır, deməli hər iki duz alınır.
3. $x$ mol $\mathrm{Na_2CO_3}$ və $y$ mol $\mathrm{NaHCO_3}$ götürək. Karbona görə $x + y = 0{,}2$ , natriuma görə $2x + y = 0{,}3$ . Çıxsaq: $x = 0{,}1$ , onda $y = 0{,}1$ .
4. $m(\mathrm{Na_2CO_3}) = 0{,}1 \cdot 106 = 10{,}6$ q; $m(\mathrm{NaHCO_3}) = 0{,}1 \cdot 84 = 8{,}4$ q.
Cavab: $10{,}6$ q $\mathrm{Na_2CO_3}$ və $8{,}4$ q $\mathrm{NaHCO_3}$ .

Özünü yoxla

Əvvəl özün həll et, sonra cavaba bax.

Hansı birləşmədə karbonun oksidləşmə dərəcəsi $-4$ -dür?
1. $\mathrm{CO_2}$
2. $\mathrm{CaC_2}$
3. $\mathrm{Al_4C_3}$
4. $\mathrm{CO}$
5. $\mathrm{Na_2CO_3}$
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: C $\mathrm{Al_4C_3}$
$\mathrm{Al_4C_3}$ -də dörd alüminium atomunun yükü $4 \cdot (+3) = +12$ -dir, üç karbon atomu birlikdə $-12$ olmalıdır, yəni hər biri $-4$ . $\mathrm{CaC_2}$ -də karbon $-1$ , $\mathrm{CO}$ -da $+2$ , $\mathrm{CO_2}$ və $\mathrm{Na_2CO_3}$ -də $+4$ -dür.
$21$ q natrium hidrokarbonat tam parçalanana qədər qızdırıldı. Ayrılan karbon qazının həcmi (n.ş.) nə qədərdir? ( $A_r$ : Na $23$ , H $1$ , C $12$ , O $16$ )
1. $5{,}6$ l
2. $2{,}8$ l
3. $1{,}4$ l
4. $11{,}2$ l
5. $4{,}48$ l
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: B $2{,}8$ l
$\mathrm{2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O}$ . $M(\mathrm{NaHCO_3}) = 84$ q/mol, $n = \frac{21}{84} = 0{,}25$ mol. Tənliyə görə $n(\mathrm{CO_2}) = \frac{0{,}25}{2} = 0{,}125$ mol, $V = 0{,}125 \cdot 22{,}4 = 2{,}8$ l.
$\mathrm{Na_2CO_3}$ və $\mathrm{Na_2SO_4}$ məhlullarını hansı reagentlə fərqləndirmək olar?
1. $\mathrm{BaCl_2}$
2. $\mathrm{NaOH}$
3. $\mathrm{KNO_3}$
4. $\mathrm{HCl}$
5. $\mathrm{NaCl}$
Cavabı göstərCavabı gizlət
Düzgün cavab: D $\mathrm{HCl}$
Xlorid turşusu karbonatla qaz verir: $\mathrm{Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O}$ , sulfat məhlulunda isə dəyişiklik olmur. $\mathrm{BaCl_2}$ hər iki məhlulda ağ çöküntü ( $\mathrm{BaCO_3}$ və $\mathrm{BaSO_4}$ ) verir, $\mathrm{NaOH}$ , $\mathrm{KNO_3}$ və $\mathrm{NaCl}$ isə heç birində görünən dəyişiklik yaratmır.

Tipik səhvlər

$\mathrm{CO}$ -nu turşu oksidi hesab etmək: o, duz əmələ gətirməyən oksiddir, adi şəraitdə su və qələvi ilə duz vermir.
Əhəng suyundan artıq $\mathrm{CO_2}$ keçirdikdə bulanıqlığın yox olduğunu unutmaq: həll olan $\mathrm{Ca(HCO_3)_2}$ əmələ gəlir.
$\mathrm{CO_2}$ ilə qələvi məsələlərində maddə miqdarlarının nisbətini yoxlamadan həmişə $\mathrm{Na_2CO_3}$ yazmaq; həmçinin $\mathrm{Na_2CO_3}$ -ün də $\mathrm{NaHCO_3}$ kimi qızdırdıqda parçalandığını düşünmək.

Hələ də tam aydın deyil?

Mövzunu sənə səsli dərs kimi izah edir, lövhədə yazır və suallarla yoxlayır.

Bu mövzunu Canlı Müəllimlə öyrən Məsələni şəkillə həll et