что представляет собой аморфный углерод

Типы аморфного углерода, свойства и применение

аморфный углерод это все тот аллотропный углерод со структурами, полными молекулярных дефектов и неровностей. Термин аллотроп относится к тому факту, что один химический элемент, такой как атом углерода, образует различные молекулярные структуры; некоторые кристаллические, а другие, как в этом случае, аморфные.

У аморфного углерода отсутствует кристаллическая структура с большим радиусом действия, которая характеризует алмаз и графит. Это означает, что структурный рисунок остается слегка постоянным, если вы визуализируете области твердого тела очень близко друг к другу; и когда они далеки, их различия становятся очевидными.

Характеристики или физические и химические свойства аморфного углерода также отличаются от свойств графита и алмаза. Например, у нас есть знаменитый древесный уголь, продукт сжигания древесины (верхнее изображение). Это не смазка и не блестящая.

Существует несколько типов аморфного углерода в природе, и эти разновидности также могут быть получены синтетически. Технический углерод, активированный уголь, сажа и древесный уголь относятся к числу различных форм аморфного углерода..

Аморфный углерод имеет важное применение на уровне энергетики, а также в текстильной и санитарной промышленности..

Типы аморфного углерода

Есть несколько критериев для их классификации, таких как их происхождение, состав и структура. Последнее зависит от связи между атомами углерода с sp-гибридизацией 2 и зр 3 ; то есть те, которые определяют плоскость или тетраэдр соответственно. Следовательно, неорганическая (минералогическая) матрица этих твердых веществ может стать очень сложной.

По происхождению

Существует аморфный углерод природного происхождения, поскольку он является продуктом окисления и форм разложения органических соединений. К этому типу углерода относятся сажа, углерод и углерод, полученные из карбидов..

Синтетический аморфный углерод получают методами катодного осаждения и катодного распыления. Синтетически, алмазный аморфный углерод или пленки аморфного углерода также производятся.

структура

Также аморфный углерод может быть сгруппирован в три больших типа в зависимости от пропорции sp. 2 или зр 3 присутствует. Существует аморфный углерод, который относится к так называемому элементарному аморфному углероду (aC), гидрированному аморфному углероду (aC: H) и тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C)..

Элементарный аморфный углерод

Часто сокращенно обозначаемый как С или С, он включает активированный уголь и технический углерод. Сорта этой группы получены неполным сгоранием животных и растительных веществ; то есть они горят при стехиометрическом дефиците кислорода.

У них более высокая доля sp-ссылок 2 в его молекулярной структуре или организации. Их можно представить как серию сгруппированных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, произведенных тетраэдрических атомов углерода, которые устанавливают неоднородность в целом.

Из них были синтезированы нанокомпозиты с использованием электронных приложений и материалов..

Аморфный гидрогенизированный углерод

Сокращенный как aC: H или HAC. Среди них сажа, дым, уголь, добываемый в виде битума, и асфальт. Сажу легко отличить, когда в горе, прилегающей к городу или городу, есть пожар, где он наблюдается в воздушных потоках, которые тянут его в виде хрупких черных листьев черного цвета..

Как следует из названия, он содержит водород, но ковалентно связан с атомами углерода, а не молекулярного типа (H₂). То есть есть ссылки C-H. Если водород выйдет из одной из этих связей, появится орбиталь с неспаренным электроном. Если два из этих неспаренных электронов находятся очень близко друг к другу, они будут взаимодействовать, вызывая так называемые оборванные связи (оборванные связи на английском языке).

С этим типом гидрогенизированных аморфных углеродных пленок или покрытий более низкой твердости, чем те, которые сделаны с та-C.

Тетраэдрический аморфный углерод

К этой классификации относятся пленки или покрытия из аморфного углерода, имеющие аморфную тетраэдрическую структуру. Им не хватает водорода, они обладают высокой твердостью, и многие их физические свойства аналогичны свойствам алмаза..

Молекулярно, он состоит из тетраэдрических атомов углерода, которые не имеют дальнего структурного рисунка; в то время как в алмазе порядок остается постоянным в разных областях кристалла. Та-C может представлять кристаллу определенный порядок или характерный рисунок, но только на небольшом расстоянии..

состав

Уголь организован в виде пластов черной породы, содержащих другие элементы, такие как сера, водород, азот и кислород. Отсюда возникают аморфные угли, такие как уголь, торф, антрацит и лигнит. Все эти антрациты имеют самый высокий углеродный состав..

свойства

Истинный аморфный углерод имеет π-связи, расположенные с отклонениями в межатомном интервале и изменением угла связи. Имеет sp гибридизированные ссылки 2 и зр 3 чьи отношения варьируются в зависимости от типа аморфного углерода.

Его физические и химические свойства связаны с его молекулярной организацией и микроструктурой..

В целом, он обладает свойствами высокой стабильности и высокой механической твердости, термостойкости и износостойкости. Кроме того, он характеризуется тем, что обладает высокой оптической прозрачностью, низким коэффициентом трения и устойчивостью к различным коррозийным агентам..

Аморфный углерод чувствителен к воздействию облучения, обладает высокой электрохимической стабильностью и электрической проводимостью, среди других свойств.

приложений

Каждый из различных типов аморфного углерода имеет свои особенности или свойства, и очень специфическое использование.

Уголь

Уголь является ископаемым топливом, и поэтому он является важным источником энергии, который также используется для выработки электроэнергии. Воздействие угольной промышленности на окружающую среду и ее использование на электростанциях сегодня широко обсуждается..

Активированный уголь

Полезно проводить процессы селективного поглощения или фильтрации загрязняющих веществ в питьевой воде, обесцвечивать растворы и даже могут поглощать газы серы.

Сажа

Технический углерод широко используется при производстве пигментов, печатных красок и различных красок. Этот углерод обычно улучшает прочность и сопротивление изделий из резины.

Поскольку наполнитель в шинах или шинах повышает его износостойкость и защищает материалы от деградации, вызванной солнечным светом.

Пленки аморфного углерода

Технологическое использование пленок или покрытий из аморфного углерода в разнообразных устройствах с плоским экраном и микроэлектронных устройствах растет. Доля sp ссылок 2 и зр 3 придает аморфным углеродным пленкам оптические и механические свойства различной плотности и твердости.

Кроме того, они используются в антиотражающих покрытиях, в покрытиях для радиологической защиты, среди других применений.

Источник

Аморфный углерод: виды, свойства и применение

Содержание:

В аморфный углерод Это все тот аллотропный углерод со структурами, полными молекулярных дефектов и неоднородностей. Термин аллотроп относится к тому факту, что один химический элемент, такой как атом углерода, образует разные молекулярные структуры; одни кристаллические, а другие, как в данном случае, аморфные.

Аморфный углерод не имеет кристаллической структуры с дальним радиусом действия, которая характерна для алмаза и графита. Это означает, что структурный узор остается немного постоянным, если вы просматриваете области твердого тела, расположенные очень близко друг к другу; а когда они далеки, их различия становятся очевидными.

Физические и химические характеристики или свойства аморфного углерода также отличаются от характеристик графита и алмаза. Например, знаменитый древесный уголь, продукт горения древесины (верхнее изображение). Это не смазывает и не блестит.

Аморфный углерод находит важное применение в электроэнергетике, а также в текстильной промышленности и здравоохранении.

Виды аморфного углерода

Есть несколько критериев для их классификации, например, их происхождение, состав и структура. Последнее зависит от соотношения атомов углерода с sp-гибридизацией. 2 и зр 3 ; то есть те, которые определяют плоскость или тетраэдр соответственно. Следовательно, неорганическая (минералогическая) матрица этих твердых веществ может стать очень сложной.

По своему происхождению

Есть аморфный углерод природного происхождения, потому что это продукт окисления и формы разложения органических соединений. Этот тип углерода включает сажу, уголь и углерод, полученный из карбидов.

Синтетический аморфный углерод получают методами катодно-дугового осаждения и распыления. Синтетическим способом также производятся алмазоподобные покрытия из аморфного углерода или пленки из аморфного углерода.

Состав

Также аморфный углерод можно разделить на три больших типа в зависимости от доли sp-связей. 2 или sp 3 подарок. Существует аморфный углерод, который принадлежит к так называемому элементарному аморфному углероду (aC), гидрированному аморфному углероду (aC: H) и тетраэдрическому аморфному углероду (ta-C).

Элементарный аморфный углерод

Часто обозначаемый сокращенно BC или BC, он включает активированный уголь и технический углерод. Сорта этой группы получены при неполном сжигании веществ животного и растительного происхождения; то есть горят при стехиометрическом дефиците кислорода.

У них более высокая доля sp-ссылок 2 по своей структуре или молекулярной организации. Их можно представить как серию сгруппированных плоскостей с различной ориентацией в пространстве, продукт тетраэдрических атомов углерода, которые создают неоднородность в целом.

На их основе были синтезированы нанокомпозиты с электронными приложениями и разработкой материалов.

Гидрированный аморфный углерод

Сокращенно BC: H или HAC. Среди них сажа, дым, добытый уголь, например битум, и асфальт. Сажу легко различить, когда в горах недалеко от города или поселка происходит пожар, где она наблюдается в воздушных потоках, которые несут ее в виде хрупких черных листьев.

Как следует из названия, он содержит водород, но ковалентно связанный с атомами углерода, а не молекулярного типа (H₂). То есть есть связи C-H. Если по одной из этих связей высвобождается водород, это будет орбиталь с неспаренным электроном. Если два из этих неспаренных электронов находятся очень близко друг к другу, они будут взаимодействовать, вызывая так называемые оборванные связи.

С этим типом гидрогенизированного аморфного углерода получаются пленки или покрытия с меньшей твердостью, чем те, которые сделаны с та-С.

Тетраэдрический аморфный углерод

Аморфные углеродные пленки или покрытия с аморфной тетраэдрической структурой относятся к этой классификации. В них отсутствует водород, они обладают высокой твердостью, а многие их физические свойства аналогичны свойствам алмаза.

Молекулярно он состоит из тетраэдрических атомов углерода, не имеющих структурной структуры с большим радиусом действия; тогда как в алмазе порядок остается постоянным в разных областях кристалла. Та-С может представлять определенный порядок или структуру, характерную для кристалла, но только на небольшом расстоянии.

Сочинение

Свойства

Истинный аморфный углерод имеет локализованные π-связи с отклонениями в межатомном расстоянии и изменением угла связи. Имеет sp гибридные ссылки 2 и зр 3 соотношение которых варьируется в зависимости от типа аморфного углерода.

Его физические и химические свойства связаны с его молекулярной организацией и микроструктурой.

В целом он обладает свойствами высокой стабильности и высокой механической твердости, термостойкости и износостойкости. Кроме того, он отличается высокой оптической прозрачностью, низким коэффициентом трения и стойкостью к различным агрессивным агентам.

Аморфный углерод чувствителен к воздействию облучения, помимо других свойств обладает высокой электрохимической стабильностью и электропроводностью.

Приложения

Каждый из различных типов аморфного углерода имеет свои собственные характеристики или свойства и очень специфическое применение.

Уголь

Уголь является ископаемым топливом и поэтому является важным источником энергии, которая также используется для производства электроэнергии. Влияние угольной промышленности на окружающую среду и ее использование на электростанциях сегодня горячо обсуждается.

Активированный уголь

Он полезен для избирательного поглощения или фильтрации загрязняющих веществ из питьевой воды, обесцвечивающих растворов и даже может поглощать газы серы.

Черный карбон

Технический углерод широко используется для изготовления пигментов, печатных красок и различных красок. Этот углерод обычно улучшает прочность и сопротивление резиновых изделий.

В качестве наполнителя в ободах или шинах он увеличивает их износостойкость и защищает материалы от разрушения под действием солнечного света.

Аморфные углеродные пленки

Технологическое использование аморфных углеродных пленок или покрытий в разновидностях плоских панелей и микроэлектронных устройств увеличивается. Доля sp ссылок 2 и зр 3 заставляет аморфные углеродные пленки обладать оптическими и механическими свойствами переменной плотности и твердости.

Точно так же они используются в антибликовых покрытиях, в покрытиях для радиологической защиты, среди прочего.

Источник

§ 1. Углерод

Свободный углерод встречается в– виде двух простых веществ – алмаза и графита. С некоторой натяжкой (ввиду наличия примесей) к этим двум формам можно прибавить и третью – так называемый аморфный углерод, важнейшими представителями которого являются сажа и древесный уголь. По внешним свойствам алмаз резко отличается от обеих других модификаций. Он бесцветен, прозрачен, имеет плотность 3,5 и является самым твердым из всех минералов. Графит представляет собой серую, непрозрачную и жирную на ощупь массу с плотностью 2,2.

В противоположность алмазу он очень мягок – легко царапается ногтем и при трении оставляет серые полосы на бумаге. «Аморфный» углерод по свойствам довольно близок к графиту. Плотность его колеблется обычно в пределах 1,8– 2,1. У некоторых разновидностей «аморфного» углерода сильно выражена способность к адсорбции (т. е. поглощению на поверхности) газов, паров и растворенных вешеств.

1) Как видно из рис. 129, каждый атом углерода в алмазе соединен с четырьмя другими, причем расстояние от его центра до центра любого из соседних одинаково (1,54 А). По отношению к каждому атому С четыре соседних расположены в углах охватывающего его правильного тетраэдра (рис. 124).

Решетка алмаза имеет атомный характер (III, § 7). Этим и определяется ряд его свойств: несмотря на свою твердость, алмаз хрупок, он практически не проводит электрический ток и отличается плохой теплопроводностью.

Алмазы встречаются в наносных пластах, образовавшихся за счет разрушения горных пород, Их ежегодная мировая добыча составляет около 4 т. Недавно алмазы удалось получить искусственно.

Исключительная твердость алмаза обусловливает его ценность для техники. Алмазы применяются при буровых работах («алмазное бурение»), резке стекла, вытягивании тонкой проволоки и т. д. Наиболее красивые кристаллы шлифуют и под названием бриллиантов (рис. 130) употребляют в качестве украшений. Для их расценки служит применяемая к драгоценным камням единица веса – карат (0,2 г).

2) Каждый атом углерода в графите (рис. 131), как и в алмазе, соединен с четырьмя другими, и расстояния от него до трех других приблизительно одинаковы (1,42 А), однако от четвертого своего соседа он уже значительно более удален (3,35 А). В результате связь по последнему направлению гораздо слабее, чем по остальным. Внешне это выражается в легкой расщепляемость графита по показанной на рис. 131 линией АБ плоскости спайности кристалла на отдельные тонкие слои («чешуйки»).

Связи между углеродами одной и той же плоскости в решетке графита имеют ковалентный характер, а между углеродами разных плоскостей – металлический. Наличием металлических связей обусловлена высокая электропроводность графита (0,1 от электропроводности ртути) и его хорошая теплопроводность (в три раза больше, чем у ртути). Вместе с тем структура графита имеет отношение и к молекулярному типу, так как наличие в кристалле плоскостей спайности позволяет рассматривать его как ряд гигантских плоских частиц, сравнительно слабо связанных друг с другом межмолекулярными силами.

Кристаллическая структура «аморфного» углерода во всех исследованных случаях оказывалась тождественной со структурой графита. Можно поэтому думать, что «аморфный» углерод состоит в основном из очень мелких и беспорядочно расположенных кристаллов графита.

Месторождения графита нередко обладают большой мощностью, оцениваемой миллионами тонн. Обычным исходным материалом для его образования служили останки растительности очень древних эпох. Графит может быть получен и искусственно путем кристаллизации «аморфного» углерода при высоких температурах. Его потребителями являются многие отрасли промышленности.

Тройной точке на диаграмме состояния углерода отвечает температура около 3700 °С и давление около 100 ат. Поэтому при нагревании поднормальным давлением (в отсутствие воздуха) углерод не плавится, а около 3500 °С возгоняется.

В обычных условиях углерод весьма инертен. Напротив, при достаточно высоких температурах он становится химически активным по отношению к большинству металлов и многим металлоидам. «Аморфный» углерод значительно более реакционноспособен, чем обе основные формы этого элемента.

При нагревании «аморфного» углерода на воздухе он энергично взаимодействует с кислородом, причем по реакции:

образуется двуокись углерода (иначе, углекислый газ). Алмаз и графит сгорают лишь в кислороде (при нагревании до 700–800 °С). В лабораторных условиях СО₂ удобно получать по реакции:

Молекула О = С = О линейна [d(CO) = 1,15 А]. Двуокись углерода представляет собой бесцветньх газ со слегка кисловатым запахом и вкусом. Под давлением около 60 ат она уже при обычных температурах сгущается в бесцветную жидкость (которую хранят и перевозят в стальных баллонах). При сильном охлаждении СО₂ застывает в белую снегообразною массу, под нормальным давлением возгоняющуюся при –78 °С. Предварительно спрессованная твердая двуокись углерода испаряется довольно медленно, причем окружающее пространство сильно охлаждается. На этом основано ее применение в качестве «сухого льда».

Углекислый газ (иначе, «углекислота») не поддерживает горения обычных видов топлива (т. е. углерода и его соединений). Горят в углекислом газе лишь такие вещества, сродство которых к кислороду значительно больше, чем у углерода. Примером может служить металлический магний, при 600°С загорающийся в углекислом газе и сгорающий по уравнению:

Атмосфера содержит в среднем 0,03% СО₂ по объему. В воде углекислый газ растворим довольно хорошо (приблизительно 1 : 1 по объему). При растворении происходит его частичное взаимодействие с водой, ведущее к образованию угольной кислоты:

При нагревании СО₂ улетучивается и равновесия смещаются влево; напротив, при прибавлении щелочи происходит связывание ионов водорода и равновесия смещаются вправо.

Будучи двухосновной кислотой, Н₂ СО₃ дает два ряда солей: средние (с анионом СО₃ ) и кислые (с анионом НСО₃ ). Первые называются углекислыми (иначе, карбонатами), вторые – кислыми углекислыми (бикарбонатами). Подобно самим анионам угольной– кислоты, большинство ее солей бесцветно.

В противоположность большинству карбонатов все бикарбонаты в воде растворимы. Наиболее важной кислой солью угольной кислоты является NaHCO₃ («двууглекислая», или «питьевая», сода). Гидролиз ее при обычных условиях незначителен, но при нагревании заметно увеличивается. Сильными кислотами бикарбонаты разлагаются аналогично карбонатам, например, по реакции:

5) Содержащийся в карбонатах ион СО₃ 2– имеет структуру равностороннего треугольника с атомом С в центре [d(СО) = 1,23 А]. Значения рН для 0,1 и 1,0 н. растворов Na₂ CO₃ равны соответственно 10,9 и 12,3.

6) Растворы NaНСО₃ характеризуются значениями рН около 8,4. Одно из важных применений этой соли связано с изготовлением огнетушителей.

Кроме углекислого газа, характерным для С окислом является окись углерода (СО). Она образуется в тех случаях, когда сгорание углерода или его соединений идет при недостатке кислорода. Чаще всего она получается в результате взаимодействия Углекислого газа с раскаленным углем:

СО₂ + С + 41 ккал = 2СО

Реакция эта обратима, причем равновесие ее ниже 400°С практически нацело смещено влево, выше 1000°С – вправо (рис. 133). Однако с заметной скоростью оно устанавливается лишь при высоких температурах. Поэтому в обычных условиях СО вполне устойчива.

Небольшие количества окиси углерода удобно получать разложением муравьиной кислоты по уравнению:

Реакция эта легко протекает при взаимодействии НСООН с горячей концентрированной серной кислотой.

Окись углерода представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ (т. пл. – 205 °С, т. кип. –192 °С), малорастворимый в воде (2,5: 100 по объему) и химически с ней не взаимодействую щий. Не реагирует СО также со щелочами и кислотами. Окись углерода чрезвычайно ядовита.

12) Часто применяется в практике также смешанный газ. Процесс его получения сводится к одновременному продуванию сквозь слой раскаленного угля воздуха и паров воды, т. е. к комбинированию обоих описанных выше методов. Поэтому и состав смешанного газа является промежуточным между генераторным и водяным.

13) Генераторный и водяной газы являются одним из основных источников получения азото–водородной смеси для синтеза аммиака. При пропускании их совместно с водяным паром над нагретым до 500 °С катализатором (главным образом Fe₂ O₃ ) окись углерода вступает во взаимодействие с водой по обратимой реакции Н₂ О + СО СО₂ + H₂ +10 ккал, равновесие которой сильно смещено вправо. Образовавшийся углекислый газ удаляют затем промыванием смеси водой (под давлением), а остаток СО – посредством аммиачного раствора солей меди. Регулируя исходные количества генераторного и водяного газов, можно получить N₂ и Н₂ в требуемом соотношении. Перед подачей в колонну синтеза газовую смесь подвергают тщательной сушке и очистке от отравляющих катализатор примесей.

Взаимодействие СО с хлором по уравнению:

в присутствии катализатора (активированного угля) идет довольно быстро уже при комнатной температуре. Получающийся фосген представляет собой бесцветный газ (т. пл. –128°С, т. кип. +8°С) с характерным запахом, малорастворимый в воде, но постепенно разлагающийся ею по схеме:

Он является, следовательно, хлорангидридом угольной кислоты. Фосген чрезвычайно ядовит и значительно тяжелее воздуха. Ввиду большой реакционной способности он находит широкое использование при органических синтезах.

Карбонилы металлов представляют собой, как правило, легколетучие жидкие или твердые вещества, нерастворимые в воде, но хорошо растворяющиеся во многих органических растворителях. Все они весьма ядовиты, а при нагревании легко распадаются на соответствующий металл и окись углерода.

14) Из уже рассмотренных элементов образование карбонильных производных наиболее характерно для членов подгруппы хрома. Они отвечают формуле Э(СО)₆ и представляют собой бесцветные, легко возгоняющиеся кристаллы, которые начинают разлагаться уже выше 120 °С.

В противоположность сильно экзотермическому процессу образования СО₂ из элементов, реакция соединения углерода с серой является эндотермической:

C + 2S + 15 ккал = CS₂

В технике сероуглерод (CS₂ ) получают пропусканием паров серы сквозь слой раскаленного угля.

Чистый сероуглерод представляет собой весьма летучую (т. кип. 46°С) бесцветную жидкость с довольно приятным запахом, но обычно он содержит незначительные примеси, сообщающие ему желтый цвет и отвратительный запах. В воде сероуглерод почти нерастворим. Пары его ядовиты и очень легко воспламеняются. Сгорание их идет по уравнению:

Сероуглерод является прекрасным растворителем жиров, масел, смол и т. п. На этом основано его применение для извлечения подобных веществ из различных природных материалов. Он используется также для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

15) Молекула S = C = S линейна [d(CS) = l,54. А]. Гидролиз сероуглерода (т. пл. –109 °С) по схеме

протекает лишь выше 150 °С.

16) Промежуточная по составу между СО₂ и CS₂ сероокись углерода (S = C = O) представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ (т. пл. –139 °С, т. кип, –48 °С). В воде она довольно хорошо растворима и постепенно гидролизуется по схеме: COS + H₂ O = CO₂ + H₂ S.

Реакция соединения углерода с азотом сильно эндотермична и частично протекает только при очень высоких температурах. Из простейших азотистых производных углерода наиболее важна цианистоводородная кислота (Н–C = N) которая может быть получена из СО и аммиака по реакции

в присутствии ТhО₂ (как катализатора), достаточно быстро идущей уже около 500 °С.

Цианистоводородная (иначе синильная) кислота представляет собой очень летучую бесцветную жидкость со слабым своеобразным запахом (т. пл. –13 °С, т. кип. 26 °С). С водой HCN смешивается в любых соотношениях. Ее кислотные свойства выражены крайне слабо, и поэтому она легко выделяется из солей (цианистых, или цианидов) действием более сильных кислот.

Синильная кислота применяется главным образом для синтезов органических веществ, а ее соли (NaCN, KCN) – при добыче золота. И сама кислота и ее соли чрезвычайно ядовиты. Подобно самому иону CN», большинство цианидов бесцветно. Соли наиболее активных металлов хорошо растворимы в воде, а менее активных, как правило, малорастворимы.

Для ионов CN – весьма характерно вхождение во внутреннюю сферу комплексных соединений. Общим методом получения комплексных цианидов является действие избытка KCN (или NaCN) на соли соответствующих металлов. Первоначально выпадающие при этом осадки простых цианидов растворяются затем в избытке осадителя вследствие образования растворимых комплексных цианидов. Реакции идут, например, по схемам:

Устойчивость цианистых комплексов сильно зависит от природы комплексообразователя.

18) Синильная кислота содержит смесь молекул Н–C = N (нормальная форма) и Н–N≡C (изоформа). Обе фЪрмы способны переходить друг в друга (путем перескока протона). Поэтому они находятся между собой в динамическом равновесии, положение которого зависит от температуры. При обычных условиях синильная кислота находится почти исключительно в виде нормальной формы, а при сильном нагревании равновесие смещается в пользу изоформы. Органические производные – нитрилы (RCN) и изонитрилы (RNC)–известны для обеих форм синильной кислоты.

Наличие у вещества двух (или более) различных по атомной структуре форм, находящихся в динамическом равновесии друг с другом, отмечают, говоря о таутомерии данного вещества, а сами различные его модификации называют таутомерными. В настоящее время установлено, что таутомерия представляет собой значительно более распространенное явление, чем полагали раньше. Особенно это относится к таким соединениям, у которых в основе таутомерии лежит миграция протона, т. е. внутримолекулярное перемещение водородного ядра от одного из атомов к другому.

При нагревании циановой ртути по реакции

19) Взаимодействие циана со щелочами протекает аналогично подобным же реакциям галоидов – с одновременным образованием солей синильной и циановой (Н– N = C = O) кислот:

(CN)₂ + 2KOH = KCN + KNCO + H₂ O

Тот же элементарный состав, что и циановая, имеет гремучая кислота (Н–О–N ≡> C), отличающаяся от циановой расположением атомов в молекуле. Обе они очень неустойчивы. Из их солей наиболее важна гремучая ртуть [Hg(ONC)₂ ]. Она взрывается при ударе и применяется в качестве детонатора. Распад ее идет по схеме:

Кипячение раствора цианистого калия с серой (или сплавление обоих веществ) сопровождается образованием соли роданисто–водородной кислоты (Н–N = C = S) по схеме:

Свободная HNCS устойчива лишь в разбавленном растворе. Диссоциирована она довольно сильно. Большинство ее солей (называемых роданистыми или род анида ми) бесцветно и хорошо растворимо в воде. Наиболее обычны соли аммония и калия. В отличие от цианидов они не ядовиты.

20) Свободный родам [(SCN)₂ ] представляет собой мало устойчивые бесцветные кристаллы (т. пл. –2°С). В воде он хорошо растворим, но быстро разлагается ею. По химическим свойствам родан похож на галоиды (бром и иод).

Наиболее практически важен четыреххлористый углерод (ССl₄ ). Он представляет собой тяжелую бесцветную жидкость со слабым характерным запахом, кипящую при 77 °С. В воде ССl₄ почти нерастворим. С химической стороны он характеризуется главным образом своей инертностью. Так, при обычных условиях ССl₄ не взаимодействует ни с кислотами ни со щелочами.

Четыреххлористый углерод прекрасно растворяет жиры, масла, смолы, многие краски и т. п. и может поэтому служить хорошим средством для вывода пятен. Так как он не горюч, при работе с ним не возникает пожар ной опасности, что дает ССl₄ значительное преимущество перед более дешевым растворителем перечисленных выше веществ – сероуглеродом.

21) Четыреххлористый углерод (т. пл. –24 °С) получают обычно по уравнению:

Ведущее к образованию метана (СН₄ ) непосредственное соединение углерода (аморфного) с водородом по реакции

Получаемый газ подвергается затем вторичной обработке водяным паром (доп. 13).

На территории СССР известны многочисленные месторождения природных газов, часто содержащих свыше 90% метана. В 1962 г. по СССР было получено 75,2 млрд. м 3 газа (против 3,4 млрд. м 3 в 1940 г. и 0,017 млрд. м 3 в 1913 г.).

25) При сжигании светильного газа в обычных газовых горелках «несветящееся» пламя слагается из трех конусов (рис. 137). Внутренний образован струей смешанного с воздухом газа, и горения в нем вовсе не происходит. В следующем конусе имеется избыток горючего материала и недостаток кислорода. Поэтому сгорание в нем происходит не полностью и пламя этой зоны является «восстановительным». Наконец, во внешнем конусе осуществляется полное сгорание при избытке кислорода воздуха, вследствие чего пламя здесь «окислительное». Приблизительное распределение температур отдельных точек пламени показано на рис. 137. Приведенные цифры могут рассматриваться только как ориентировочные (ввиду их сильной зависимости от состава газа).

С металлами углерод вступает во взаимодействие лишь при высоких температурах. Из образующихся соединений (называемых карбидами) наибольшее практическое значение имеет карбид кальция (СаС₂ ). Весьма важны также производные вольфрама (W₂ C и WC), чрезвычайная твердость которых позволяет во многих случаях использовать их в качества заменителей алмаза. По свойствам карбиды в общем похожи на нитриды.

Они тугоплавки, нелетучи и нерастворимы ни в одном растворителе.

26) По отношению к воде и разбавленным кислотам все карбиды распадаются на две большие группы: разлагаемые этими веществами и ими не разлагаемые. Последние обычно очень устойчивы также по отношению к другим химическим воздействиям. Все они могут быть, однако, разрушены сплавлением со щелочами при доступе воздуха, например, по реакции:

Большинство карбидов удобнее получать накаливанием с углем не самих металлов, а их окислов. При высоких температурах происходит восстановление окисла, причем металл соединяется с углеродом. Накаливанием в электрической печи смеси угля с окисью кальция получают и карбид кальция:

Технический продукт окрашен в серый цвет примесью свободного углерода. Чистый СаС₂

представляет собой бесцветные кристаллы, образованные ионами Са 2+ иС 2– (рис. 138).

27) Электродами в схематически показанной на рис. 139 электрической печи получения СаС₂ служат заполняющий ее дно толстый слой графита (А) опускающийся сверху массивный угольный блок (Б). Около стенок работающей печи, сохраняется корка из исходной смеси, пробиваемая при выпуске расплавленного карбида у отверстия В. Получение каждой тонны CaС₂ требует затраты 3 тыс. киловатт–часов. Его ежегодная мировая выработка составляет около 5 млн. т.

С водой (даже ее следами) карбид кальция энергично реагирует, образуя ацетилен (Н–С≡С–Н) по уравнению:

Ацетилен служит исходным продуктом для синтеза очень многих более сложных органических соединений. Эта область его использования и является в настоящее время самой обширной. Другое важное применение ацетилена основано на протекающей с большим выделением тепла реакции его сгорания: 2С₂ Н₂ + 5О₂ = 4СО₂ + 2Н₂ О +601 жал

Развивающейся при горении ацетилена в смеси с кислородом высокой температурой (3000 °С) пользуются для «автогенной» сварки и резки металлов. На воздухе ацетилен горит белым пламенем, сильно коптящим вследствие неполного сгорания углерода.

28) Образование ацетилена (т. возг. –84 °С) из элементов идет лишь выше 2000 °С. Будучи сильно эндотермичным соединением, ацетилен способен разлагаться со взрывом. Такой распад в обычных условиях не происходит, но под давлением (и особенно при жидком или твердом состоянии ацетилена) может произойти от самых ничтожных воздействий.

Из рассмотренного выше материала вытекает, что во всех своих более или менее устойчивых соединениях углерод четырехвалентен. Единственным исключением является окись углерода, но и она, как уже отмечалось, склонна к реакциям присоединения, сопровождающимся переходом углерода в четырехвалентное состояние. Кроме СО, известно лишь очень немного производных углерода с валентностью его иной, чем четыре (а именно, 2 и 3), но подобные соединения при обычных условиях малоустойчивы. Таким образом, характерная валентность углерода – четыре.

Источник