32

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Полтавський національний педагогічний університетімені В.Г. Короленка

Кафедра хімії та методики викладання хімії

Карбон та його сполуки

Курсова робота

студента групи П-31

природничого факультету

Шостака М.Ю.

Науковий керівник:

старший викладач кафедри хімії

та методики викладання хімії

Пустовіт С.В

Полтава – 2012

ЗМІСТ

Вступ.........................................................................................................................3

Розділ 1. Все про Карбон........................................................................................5

1.1 Карбон у живій природі.....................................................................7

1.2 Поширення Карбону в природі……………………………..……...8

1.3 Алотропні модифікації…………………………………………....10

1.4 Фізичні та хімічні властивості Карбону…………………..………15

1.5 Застосування Карбону………………….………………………….19

1.6 Паливо та його види………………………………….……………19

Розділ 2. Неорганічні сполуки Карбону………………………………………..22

2.1Карбон (II) оксид………………………………………………………23

2.2 Карбон(IV) оксид……………………………………………………...25

2.3 Карбонатна кислота та її солі………………………………………...26

2.4 Сполуки Карбону з Сульфуром і Нітрогеном……………...……….29

Висновок…………………………………………………… ……………….…..30

Список використаних джерел………………………………………………..…31

ВСТУП

Карбон (лат. Carboneum), С – хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва. Відомі два стабільних ізотопи ¹²С (98,892%) та ¹³С (1,108%).

Карбон відомий з глибокої давнини. Деревне вугілля служило для відновлення металів з руд, алмаз – як коштовний камінь. Значно пізніше стали застосовуватися графіт для виготовлення олівців.

Карбон – основний компонент твариного і рослиного світу.Внаслідок життєдіяльності організмів людей і тварин карбонові сполуки, що беруть участь у процесах обміну,окиснюються і частково виводяться назовні у вигляді Карбон (IV) оксиду, сечовини та інших продуктів.Після відмирання живих організмів складні органічні речовини, карбон озкладаючись, перетворюються у вуглекислий газ, воду та деякі інші сполуки.Отже, Карбон у природі здійснює колообіг: з атмосфери і води потрапляє у живі організми, а з них знову в атмосферу.

Карбон у природі перебуває у вільному стані і у вигляді численних сполук. Вільний карбон трапляється у вигляді алмазу і графіту. Алмази утворюють окремі кристали або невеликого розміру зростки. Маса кристалів звичайно лежить у межах від тисячних до десятих часток грама. Найбільший із знайдених алмазів важив 621,2г. Кристали нерідко мають забарвлення, спричинене домішками. Великі родовища алмазів є в Африці (Заїр, ПАР), Бразилії, Індії.[4]

Актуальніст теми полягає в тому, що атоми карбон мають унікальну здатність утворювати між собою з утворенням міцних і довгих ланцюгів і циклів, що призвело до виникнення величезного числа різноманітних з'єднань Карбону, що вивчаються органічною хімією.

Об'єкт дослідження – Карбон, його сполуки та їх властивості

Предмет дослідження –вивчення загальних властивостей Карбону його розповсюдження в природі,способи добування,фізичні і хімічні властивості.

Мета дослідження –є вивчення загальних властивостей Карбону, способи добування,хімічні властивості, його росповсюдження в природі.

Відповідно до мети, об’єкта і предмета курсової роботи визначено такі завдання:

1.місце Карбону в періодичній системі.

2.розкрити хімічні властивості про Карбон;

3.розкрити фізичні властивостіКарбону .

4.з’ясувати загальні способи добування Карбону.

5.Визначити практичне застосування Карбону.

6.Розглянути місце Карбону в природі.

7.Дати короткі історичні відомості про його відкриття.

Структура роботи. Робота складається з вступу, двох розділів, висновків списку використаних джерел. Повний обсяг курсової роботи –32 сторінки.

РОЗДІЛ 1. ВСЕ ПРО КАРБОН

Вуглець (лат.Carboneum), С – хімічний елемент IV групи періодичної системи Менделєєва. Відомі два стабільних ізотопи ¹²С (98,892%) та ¹³С (1,108%).

Карбон відомий з глибокої давнини. Деревне вугілля служило для відновлення металів з руд, алмаз – як коштовний камінь. Значно пізніше стали застосовуватися графіт для виготовлення олівців.

У 1778 К. Шеєле, нагріваючи графіт з селітрою, виявив, що при цьому, виділяється вуглекислий газ. Хімічний склад алмаза був встановлений в результаті дослідів А. Лавуазьє (1772) по вивчення горіння алмаза на повітрі і досліджень С. Теннанта (1797), довів, що однакові кількості алмаза і вугілля дають при окисленні рівні кількості вуглекислого газу. Карбон як хімічний елемент був визнаний тільки в 1789р А. Лавуазье. Латинська назва сarboneum карбон отримав від сarbo – вугілля.

Карбон у природі перебуває у як у вільному стані так і вигляді різних сполук. Вміст Карбону у земній корі становить 0,14%. Основна маса Карбону входить до складу карбонатів(CaCO₃, МgCO₃), нафти, кам’яного та бурого вугілля, сланців, природного газу.Карбон є складовою частиною тканин усіх живих організмів. Вміст СО₂ в атмосфері невеликий(~0,03%), але його загальна маса становить близько 600 млн.т.[12]

Карбон – основний компонент твариного і рослиного світу.Внаслідок життєдіяльності організмів людей і тварин карбонові сполуки, що беруть участь у процесах обміну,окиснюються і частково виводяться назовні у вигляді Карбон (IV) оксиду, сечовини та інших продуктів.Після відмирання живих організмів складні органічні речовини, розкладаючись, перетворюються у вуглекислий газ,воду та деякі інші сполуки.Отже,Карбон у природі здійснює колообіг: з атмосфери і води потрапляє у живі організми, а з них знову в атмосферу.

Щодо чисельності і різноманітності своїх сполук Карбон займає серед інших елементів особливе положення. Число вивчених сполук Карбону оцінюють тепер приблизно в два мільйони, тоді як сполуки всіх інших елементів, разом взяті, обчислюються лиш сотнями тисяч.

Різноманітність сполук Карбону пояснюється здатністю його атомів зв’язуватися між собою з утворенням довгих ланцюгів або кілець.

Карбон – неметал. Але по деяким характеристикам, зокрема по теплопровідності, електропровідності гафіт є «металоподібним». Карбон – неметал, але він є одним з важливих для металургії елементів.Саме завдяки йому зовсім не придатне в якості конструктивного матеріала м’яке,слабке залізо стає чавуном і сталлю. В останні дисятиліття отримали поширення так звані графітизовані сталі, в структірі яких є вільні мікрокристали. В основному ці сталі ідуть на виробництво інструментів,колінчатих валів, штампів і поршнів,тому що їм властива більша,ніж іншим легованим сталям,міцність і твердість. Як відновник Карбон використовують для виробництва кольорових металів, зокрема алюмінію.

1.1 Карбон у живій природі

Карбон у природі перебуває у вільному стані і у вигляді численних сполук. Вільний карбон трапляється у вигляді алмазу і графіту. Алмази утворюють окремі кристали або невеликого розміру зростки. Маса кристалів звичайно лежить у межах від тисячних до десятих часток грама. Найбільший із знайдених алмазів важив 621,2 г. Кристали нерідко мають забарвлення, спричинене домішками. Великі родовища алмазів є в Африці (Заір, ПАР), Бразилії, Індії.[4]

Найбільші родовища графіту утворилися внаслідок дії високих температур і тиску на кам'яне вугілля.

Вугілля, яке також складається з карбону, утворюється штучно. Проте в природі є речовини, що наближаються за своїм складом до вугілля. Такими є різні види викопного вугілля, що утворюють у багатьох місцях земної кулі потужні відклади. Деякі з видів викопного вугілля містять до 99% карбону.

Сполуки карбону дуже поширені. Крім викопного вугілля, у надрах Землі є великі скупчення нафти, що є складною сумішшю різних сполук, які містять карбон, переважно вуглеводнів. У земній корі трапляються у величезній кількості солі карбонової кислоти, особливо карбонат кальцію. У повітрі завжди є діоксид карбону. Нарешті, рослинні і тваринні організми складаються з речовин, з утворенні яких головну участь бере карбон. Отже, цей елемент один з найпоширеніших на Землі, хоча загальний вміст його у земній корі становить лише близько 0,1% (мас).[13]

Щодо численності і різноманітності своїх сполук карбон займає серед інших елементів особливе положення. Число вивчених сполук карбону оцінюють тепер приблизно в два мільйони, тоді як сполуки всіх інших елементів, разом взяті, обчислюються лиш сотнями тисяч.

Різноманітність сполук карбону пояснюється здатністю його атомів зв'язуватися між собою з утворенням довгих ланцюгів або кілець.

Карбон – найважливіший біогенний елемент, що складає основу життя на Землі, структурна одиниця величезного числа органічних сполук, що беруть участьв побудові організмів і забезпеченні їх життєдіяльності (біополімери, а також численні низько молекулярн ібіологічно активні речовини – вітаміни, гормони, медіатори). Значну частину необхідної організмам енергії утвориться в клітках за рахунок окислення карбону. Виникнення життя на Землі розглядається в сучасній науці як складний процес еволюції карбонних сполук.[25]

Унікальна роль карбону в живій природі зумовлена його властивостями, якими в сукупності не володіє жоден інший елемент періодичної системи. Між атомами карбону, а також між карбоном і іншими елементами утворяться міцні хімічні зв'язки, які, однак, можуть бути розірвані в порівняно м'яких фізіологічних умовах (ці зв'язки можуть бути одинарними, подвійними і потрійними). Здатність карбону утворювати 4 рівнозначні валентні зв'язки з іншими атомами. Карбон створює можливість для побудови вуглецевих скелетів різних типів – лінійних, розгалужених, циклічних. Показово, що усього три елементи – С, О, Н – становлять 98% загальної маси живих організмів. Цим досягається певна економічність в живій природі: при практично безмежній структурній різноманітності карбонних сполук невелике число типів хімічних зв'язків дозволяє на багато скоротити кількість ферментів, необхідних для розщеплення і синтезу органічних речовин. Особливості будови атома карбону лежить в основі різних видів ізомерії органічних сполук (здатність до оптичної ізомерії виявилася такою, що вирішує в біохімічній еволюції амінокислот, вуглеводів і деяких алкалоїдів).[3]

Згідно з гіпотезою А. І. Опаріна, перші органічні сполуки на Землі мали абіогенне походження. Джерелами карбону служили (СН₄)і ціанистий гідроген (HCN), що містилися в первинній атмосфері Землі. З виникненням життя єдиним джерелом неорганічного карбону, за рахунок якого утвориться вся органічна речовина біосфери, є карбону двоокис (СО₂), що знаходиться в атмосфері, а також розчинений в природних водах у вигляді НСО₃. Найбільш могутній механізм засвоєння (асиміляція) карбону (в формі СО₂) – фотосинтез – здійснюється повсюдно зеленими рослинами. На Землі існує і еволюційне більш древній спосіб засвоєння СО₂ шляхом хемосинтезу; в цьому випадку мікроорганізми-хемосинтетики використовують не променисту енергію Сонця, а енергію окислення неорганічних сполук. Більшість тварин споживають карбон з їжею у вигляді вже готових органічних сполук. У залежності від способу засвоєння органічних сполук прийнято розрізнювати автотрофні організми і гетеротрофні організми. Застосування для біосинтез білка і інших поживних речовин мікроорганізмів, що використовують як єдине джерело карбону, вуглеводороди нафти,– одна з важливих сучасних науково-технічних проблем.[21]

Крім стабільних ізотопів карбону, в природі поширений радіоактивний ¹⁴С. З використанням ізотопів карбону в біологічних і медичних дослідженнях пов'язані багато великих досягнень у вивченні обміну речовин і кругообігу карбону в природі. Так, за допомогою радіокарбоновій мітки була доведена можливість фіксації Н₁₄СО₃ рослинами і тканинами тварин, встановлена послідовність реакції фотосинтезу, вивчений обмін амінокислот, прослідилися шляхи біосинтез багатьох біологічно активних сполук. Застосування ¹⁴С сприяло успіхам молекулярної біології у вивченні механізмів біосинтезу білка і передачі спадкової інформації. Визначення питомої активності ¹⁴С в органічних залишках, які містять карбон дозволяє судити про їх вік, що використовується в палеонтології і археології.