Көміртек

Оқулық: Оспанова М.Қ., Аухадиева Қ.С., Белоусова Т.Г. Химия: 8-сынып. — Алматы: Мектеп, 2018. Мәтін — оқулық тақырыптары бойынша өз сөзімізбен жазылған конспект. Жақшадағы бет — параграфтың басталатын беті.

§51. Көміртекке жалпы сипаттама (8-сынып, 183-б.)

Көміртек (C) — 2-период, 14(IVA) топ элементі, Z = 6, Ar = 12. Электрондық құрылысы 2, 4 (1s²2s²2p²). Сыртқы деңгейінде 4 электрон бар, сондықтан оған электрон беру де, қосып алу да тиімсіз — көбіне коваленттік байланыс түзеді.

Тотығу дәрежелері: −4 (CH₄, Al₄C₃), 0 (C), +2 (CO), +4 (CO₂, H₂CO₃, карбонаттар). Қозған күйде 2s-электрондардың бірі 2p-ге ауысып, атомда 4 жұптаспаған электрон болады — сондықтан көміртек органикалық қосылыстарда әрдайым төрт валентті.

Көміртек атомдарының бір-бірімен ұзын тізбектер, тармақтар және циклдер түзе алу қабілеті миллиондаған органикалық қосылыстардың болуының себебі. Көміртек — тіршіліктің негізгі элементі.

Табиғатта: бос күйінде — алмаз, графит; қосылыстар түрінде — көмір, мұнай, табиғи газ, әктас, мәрмәр, бор (CaCO₃), доломит, малахит, ауадағы CO₂, барлық тірі ағзалар. Жер қыртысындағы үлесі шамамен 0,1%.

Табиғаттағы көміртек айналымы: атмосферадағы CO₂ фотосинтез арқылы органикалық заттарға айналады; тыныс алу, шіру, жану нәтижесінде қайтадан CO₂ түзіледі; бір бөлігі ұзақ уақыт әктас пен қазба отын түрінде сақталады.

§52. Көміртектің аллотропиялық түрөзгерістері (8-сынып, 186-б.)

Алмаз — атомдық кристалдық торы бар, әр көміртек атомы тетраэдр төбелерінде тұрған төрт атоммен байланысқан. Ең қатты табиғи зат, түссіз, мөлдір, жарықты күшті сындырады, ток өткізбейді. Қолданылуы: бұрғылау, шыныны кесу, тегістеу құралдары, зергерлік бұйымдар (бриллиант).

Графит — қабатты құрылымды: әр қабатта атомдар алты бұрышты торлар түзеді, қабаттар арасындағы байланыс әлсіз. Сондықтан графит жұмсақ, майлы, қағазда із қалдырады, қара-сұр түсті, металдық жылтыры бар, электр тогын жақсы өткізеді. Қолданылуы: қарындаш, электродтар, балқытуға арналған тигельдер, майлау материалы, ядролық реакторларда нейтрондарды баяулатқыш.

Карбин — сызықтық тізбекті құрылымды, қара ұнтақ; фуллерендер — көміртек атомдарынан тұратын тұйық сфералық молекулалар (C₆₀ — футбол добына ұқсас); графен — графиттің бір атомдық қабаты, өте берік әрі жоғары өткізгіш; көміртекті нанотүтікшелер.

Аморфты көміртек (кокс, ағаш көмірі, күйе) — ұсақ кристалды графит түрлері. Ағаш көмірі мен белсендірілген көмір кеуекті, беті өте үлкен, сондықтан газдар мен еріген заттарды бетіне сіңіреді — бұл адсорбция құбылысы. Қолданылуы: противогаздар (Н.Д. Зелинский), суды және ауаны тазарту, медицинада уланғанда (белсендірілген көмір таблеткасы), қантты тазарту.

Алмазды жасанды жолмен графиттен өте жоғары қысым мен температурада алады.

§53. Көміртектің химиялық қасиеттері. Көміртек қосылыстары (8-сынып, 191-б.)

Қалыпты жағдайда көміртек белсенді емес, қыздырғанда белсенділігі артады.

Тотықсыздандырғыш ретінде: оттекпен: C + O₂ → CO₂ (оттек жеткілікті болса); 2C + O₂ → 2CO (оттек жетіспесе); металл оксидтерімен: 2CuO + C → 2Cu + CO₂; Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO (металлургия негізі); CO₂-мен: CO₂ + C → 2CO (қыздырғанда); су буымен: C + H₂O → CO + H₂ (су газы). Тотықтырғыш ретінде: металдармен карбидтер (Ca + 2C → CaC₂; 4Al + 3C → Al₄C₃), сутекпен метан (C + 2H₂ → CH₄, катализатор, қыздыру).

Көміртек(II) оксиді CO (иіс газы) — түссіз, иіссіз, өте улы газ: қан гемоглобинімен берік қосылып, оттек тасымалдауды бұзады. Тұз түзбейтін оксид. Көкшіл жалынмен жанады: 2CO + O₂ → 2CO₂. Жақсы тотықсыздандырғыш: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (домна пеші).

Көміртек(IV) оксиді CO₂ (көмірқышқыл газы) — түссіз, иіссіз, ауадан 1,5 есе ауыр, жануды демейді. Қатты күйі — «құрғақ мұз». Қышқылдық оксид: CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃; CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O (әк суының лайлануы — анықтау реакциясы); артық CO₂ өткізгенде тұнба ериді: CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂. Зертханада алу: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Өнеркәсіпте — әктасты күйдіріп. Қолданылуы: газдалған сусындар, өрт сөндіргіштер, тоңазытқыштар (құрғақ мұз), жылыжайларда өсімдікті қоректендіру, сода өндірісі.

Көмір қышқылы H₂CO₃ — әлсіз, тұрақсыз екі негізді қышқыл, тек ерітіндіде болады. Тұздары: карбонаттар (Na₂CO₃ — сода, CaCO₃, K₂CO₃ — поташ) және гидрокарбонаттар (NaHCO₃ — ас содасы, Ca(HCO₃)₂). Карбонат ионына сапалық реакция — күшті қышқыл қосқанда «қайнау» (CO₂ бөлінуі), газ әк суын лайлайды.

6-практикалық жұмыс. Көміртектің физикалық және химиялық қасиеттері (8-сынып, 196-б.)

1-тәжірибе: көмір, графит (қарындаш өзегі) және белсендірілген көмірдің сыртқы түрін, түсін, қаттылығын, ұстағандағы сезімін салыстыру; мүмкін болса, белсендірілген көмірді микроскоппен қарау (кеуектері көрінеді).

2-тәжірибе: фуксин немесе сияның әлсіз ерітіндісіне белсендірілген көмір салып шайқағанда ерітінді түссізденеді — бояғыш көмір бетіне адсорбцияланды.

3-тәжірибе: тұтандырылған көмірді оттек толтырылған құтыға енгізгенде ол жарқырап жанады; содан кейін құтыға әк суын құйғанда лайланады — CO₂ түзілгенін дәлелдейді: C + O₂ → CO₂; CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O.

4-тәжірибе: мыс(II) оксидін көмір ұнтағымен араластырып қыздыру — қара қоспада қызыл мыс түйірлері пайда болады, бөлінген газ әк суын лайлайды: 2CuO + C → 2Cu + CO₂.

7-практикалық жұмыс. Көмірқышқыл газын алу және оның қасиеттерін зерттеу (8-сынып, 197-б.)

Сынауыққа бор немесе мәрмәр түйірлері салынып, үстіне тұз қышқылы құйылады: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Газ түтігі арқылы бөлінген CO₂ стақанға жиналады (ауадан ауыр, ыдыс аузы жоғары қаратылады).

Қасиеттерін зерттеу: жанып тұрған шырақты стақанға енгізгенде ол сөнеді — CO₂ жануды демейді; газды лакмусы бар суға өткізгенде лакмус қызғылт түске енеді — көмір қышқылы түзіледі; әк суынан өткізгенде алдымен лайланады, ал газды ұзақ өткізгенде гидрокарбонат түзіліп, лай қайта ериді.

Қорытындыда реакция теңдеулері жазылып, CO₂-нің ауадан ауыр, жануды демейтін қышқылдық оксид екені тұжырымдалады.