Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Uhlík Značka: C Latinsky: carboneum Anglicky: carbon.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Uhlík Značka: C Latinsky: carboneum Anglicky: carbon."— Transkript prezentace:

1 Uhlík Značka: C Latinsky: carboneum Anglicky: carbon

2 historie 2. polovina 18. st. – uhlík je prvek 1789 – pojmenován (A. L. Lavoisier: carbo – dřevěné uhlí), (Werner, Hartsen: graphein – psáti) 1796 – S. Tennant – spálením diamantu a zvážením vzniklého CO 2 dokázal, že jde o modifikaci uhlíku 1807 – J. J. Berzelius – rozdělení sloučenin na organické a anorganické 1874 – J. H. van‘t Hoff, J. A. Le Bel – koordinační číslo 4 a tetraedrická struktura 1961 – 12 C standard pro určení atomové hmotnosti

3

4 Izotopy a výskyt 12 C 13 C (nejběžneji 1,11 %) - spinové kvantové číslo jádra ½ → NMR 14 C (radioaktivní, t 1/2 = 5730 let) v zemské kůře: 180 ppm (17. místo) - volný a ve sloučeninách (uhličitany) dále: oxid v atm., ropa, …

5 Alotropické modifikace 6 krystalových forem: α- a β-grafit, diamant, lonsdaleit, chaoit, uhlík(VI) liší se: okolím uhlíkových atomů, skládáním vrstev v krystalu α-grafit hexagonální, nejstálejší β-grafit romboedrický → mletí (α na β), zahřívání nad 1025 °C (β na α)

6 diamant – kubická plošně centrovaná buňka; tetraedrické okolí každého atomu C (154,45 pm) - velké množství obsahuje dusík (0,05 – 0,25 %) lonsdaelit – vzácný, hexagonální, tetraedrická koordinace atomů C - tlakem podél osy c α-grafitu (stabilizace při 1000 °C)

7 chaoit – hexagonální, bílý - sublimační leptání pyrolytického grafitu za volného odpařování nad 2000 °C a 1,3*10 -2 Pa uhlík(VI) - odporové/zářivé zahřívání grafitického uhlíku na 2300 °C v argonové atmosféře při 1,3*10 -5 až 101,32 kPa odolnější vůči oxidaci a redukci než grafit, vlastnosti podobné diamantu základní stavební motiv karbinový

8 Další formy fullereny – sférické molekuly složené z pěti- a šesti-členných kruhů atomů uhlíku - odolné vůči vnějším fyzikálním vlivům - nejstabilnější – 60 atomů uhlíku - mohou obsahovat atom/y kovu v dutině - vypařování grafitu v elektrickém oblouku v atmosféře inertního plynu - supravodivost (s alkalickými kovy, 18 K)

9 nanotrubice - odvozené z fullerenů - k výrobě pevných lehkých kompozitních materiálů grafen - podobný grafitu - rovinná síť z jedné vrstvy

10 Vlastnosti vysoké ionizační energie kovalentní poloměr jednoduché vazby (z diamantu) = 77,2 pm; r dvojná = 66,7 pm; r trojná = 60,3 pm diamant – největší tepelná vodivost, jeden z nejnižších koeficientů tepelné roztažnosti; zanedbatelná elektrická vodivost

11 α-grafitdiamant hustota (g/cm 3 ) 2,2663,514 tvrdost (podle Mohse) < 110 index lomu (při 546 nm) 2,15; 1,81241 spalné teplo (kJ/mol) 393,51395, – 5: diamant připraven z α-grafitu při tlaku 10 Gpa a teplotě 1200 – 2800 K (kat.: roztavený Cr/Fe/Ni)

12 Výroba a použití grafit: - SiO C (koks) {SiC} Si(g) + C (grafit) (25 – 35 hodin) - přírodní: výroba oceli, žáruvzdorný materiál (kelímky), mazivo, tužky - umělý: elektrody, kelímky, moderátor neutronů (vysoká čistota!) - skelný: (příprava dlouhodobým vysokoteplotním rozkladem org. l. na povrchu normálního grafitu); odolnost, nízká pórovitost, vysoká hustota

13 diamant: - umělý, práškový přírodní: řezání, vrtání, leštění - přírodní: šperky (Cullinan I, Hvězda Afriky, 530 karátů (105 g) z krystalu vážícího přes 600 g); (Excelsior, 971 karátů (194 g))

14 koks: - vysokoteplotní karbonizace uhlí - ocelářství (redukční činidlo), palivo saze: - neúplné spalovaní kapalných uhlovodíků nebo přírodního plynu - zpevňování pryže (pneumatiky), pigment

15 aktivní uhlí: - povrch 300 – 2000 m 2 /g - uhlíkatý materiál (piliny, rašelina) smíchán s látkami oxidujícími a dehydratujícími substrát při teplotě 500 – 900 °C - čištění chemikálií, plynů a vody; katalyzátor

16 Reaktivita grafit reaktivnější než diamant díky přístupnější vrstevnaté struktuře (i když je termodynamicky stabilnější) - oxidace horkou konc. kys. dusičnou → C 6 (COOH) 6 - suspenze chloristanu draselného ve směsi konc. kys. dusičné a sírové (1 : 2) → oxid grafitu (nestálý, světle citronový, proměnlivé složení) reakce s fluorem za vyšší teploty → fluoridy grafitu reakce se směsí HF a F 2 → inertní modročerná l. redukční činidlo

17 Interkalátové sloučeniny grafitu látky se včlení mezi vrstvy; často reverzibilní první: C 8 K (přímá syntéza při 300 °C) elektorlýza roztavených kovů s grafitovými elektrodami, reakce grafitu s roztokem kovu v kapalném amoniaku, … C 24 M, C 36 M, C 48 M, C 60 M, … (M = K, Rb, Cs) menší elektrický odpor, paramagnetické (grafit diamagnetický), odpor roste s teplotou (kovy)

18 s alkalickými kovy – velmi reaktivní (reaktivita klesá ve skupině), s vodou mohou explodovat n C 8 K + MX n C 8n M + n KX reakce grafitu s halogenidy – mohou přijímat elektronový pár (Lewisovy kyseliny) včlenění i oxidů, sulfidů, oxokyselin (→ soli grafitu)

19 Karbidy příprava: přímá syntéza nad 2000 °C; uhlík + oxid kovu (vyšší teplota); zahřátý kov + uhlovodík; acetylen + elektropozitivní kovy (v kapalném amoniaku) iontové, molekulární, intersticiální

20 methanidy – jednotlivé uhlíkové anionty; hydrolýzou vzniká methan - Be 2 C – cihlově červený, antifluoritová str. acetylidy = ethinidy – obsahují jednotky C 2 - M 2 C 2, MC 2, LnC 2, Ln 2 C 3 (= Ln 4 (C 2 ) 3 ) - I.B – výbušné - M 2 C 2 – prudká reakce s vodou; zahřátí na vzduchu → uhličitany - LnC 2 – slučují se se vzdušným kyslíkem, hydrolýza na směs uhlovodíků; kovové vodiče

21 CaC 2 - bezbarvá pevná látka (t t = 2300 °C), izolant, 4 krystalové modifikace - zdroj ethinu, sváření (kyslík-acetylen), hnojivo (CaCN 2 ) - výroba: CaO + 3 C CaC 2 + CO - příprava: Ca + 2 C 2 H 2 H 2 + CaC 2.C 2 H 2 CaC 2 + C 2 H 2

22 intersticiální: - netají, extrémně tvrdé (WC, TaC), žáruvzdorné (t t = °C) - nereagují s vodou; zahřívání nad 1000 °C → změna stechiometrie, rozklad konc. kys. dusičnou nebo fluorovodíkem - MC: C v oktaedrických mezerách (kovy s r ≥ 135 pm) - složitější struktura u kovů s r < 135 pm (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, …), reaktivnější (hydrolýza se zředěnými kyselinami/vodou); Fe 3 C = cementit (složka oceli)

23 Halogenidy CF 4 - stálý plyn, - příprava: SiC + F 2 - průmysl: elektrolýza MF s uhlíkovou anodou - vazba C-F (515 kJ/mol) silnější než C-H (435 kJ/mol) → vzrůst tepelné stálosti a chemické odolnosti (CF 4 ) n - teflon

24 CCl 4 - příprava: CS 2 + Cl 2 - toxický, rozpouštědlo, k přípravě freonů CBr 4 - světle žlutá pevná látka - méně stálý než chlorid a fluorid - příprava: bromace methanu CI 4 - jasně červená krystalická látka - příprava: CCl 4 + EtI (kat.: AlCl 3 )

25 Halogenid-oxidy reaktivní plyny, těkavé kapaliny; planární struktura i smíšené COI 2 – není znám, ale COIF ano COF 2 – podléhá hydrolýze; příprava z CO a AgF 2 ; k přípravě org. fluorovaných sloučenin COCl 2 = fosgen – (phos – světlo; genes – vznikat); toxický; k přípravě izokyanatanů

26 Oxidy C 3 O 2 – suboxid uhlíku; páchnoucí plyn; lineární - vznik: dehydratace kyseliny malonové za sníženého tlaku nad P 4 O 10 – (140 °C) - polymerizuje: žlutý (normální teplota), rubínově červený (nad 100 °C), fialový (400 °C)

27 C 12 O 9 – bílý sublimující; anhydrid kys. mellitové CO, CO 2 – pevná vazba C-O; chemicky reaktivní - vznik oxidací uhlíku - CO – palivo (vodní plyn, generátorový plyn) - CO 2 – méně reaktivní; chladivo (desublimace při -78,5 °C), výroba nápojů, výroba močoviny, …

28 Sulfidy CS – nestálý radikál - vznik: vysokofrekvenční výboj na CS 2 (g) C 3 S 2 – červená kapalina, pomalá polymerizace - vznik: elektrický výboj v CS 2 (g nebo l) CS 2 – bezbarvá, těkavá, hořlavá kapalina, jedovatý, čistý voní - výroba: CH S CS H 2 S - výroba viskózového hedvábí, celofánu

29 Sloučeniny s vazbou C-N pseudohalogeny: CN, OCN, SCN, SeCN, … - tvorba aniontů X -, hydrogenkyselin HX (CN) 2 = dikyan – bezbarvý, jedovatý, tepelně stálý plyn; nečistý nad 300 °C polymerizuje na parakyan (tmavá pevná látka) HCN – bezbarvá, lehce těkavá kapalina - výroba (dle Andrussowa): CH 4 + NH 3 + 1,5 O 2 HCN + 3 H 2 O - výroba acetonitrilu, NaCN

30 XCN (halogenidy) – bezbarvé, těkavé, reaktivní CaNCN = kyanamid vápenatý - vznik: nitrogenace CaC 2 (1000 °C) - hnojivo, herbicid HOCN = kys. kyanatá – rychlý rozklad - isokyanatá (HNCO) – trimerizace na kys. kyanurovou (SCN) 2 = dithiokyan – bílé krystaly - při -7 °C polymeruje na parathiokyan (pevný, cihlově červený) (SeCN) 2 – žlutý prášek, polymerizace na červenou pevnou látku

31 Skleníkový efekt Stoupání teploty na Zemi v důsledky zachycování tepelného záření molekulami oxidu uhličitého.

32 zdroje Greenwood N. N., Earnshaw A.: Chemie prvků I


Stáhnout ppt "Uhlík Značka: C Latinsky: carboneum Anglicky: carbon."

Podobné prezentace


Reklamy Google