Węgiel jako pierwiastek chemiczny

Węgiel W przyrodzie występuje głównie w postaci węglanów oraz obecnego w atmosferze i rozpuszczonego w hydrosferze tlenku węgla(IV). Skorupa ziemska obfituje również w różnorodne związki organiczne. Węgiel jest podstawowym składnikiem wszystkich organizmów. W stanie wolnym występuje m.in. w postaci diamentu i grafitu

Podstawowe informacje o węglu Z informacji zamieszczonych w układnie okresowym można się dowiedzieć, że węgiel: -należy do 14 grupy węglowców -znajduję się w 2 okresie układu okresowego Ma liczbę atomową Z=6 Ma średnią masę atomową równą 12,0107 u Ma liczbę elektronów walencyjnych równą 4 Ma liczbę powłok elektronowych równą 2 Konfigurację atomu węgla można zapisać za pomocą: -symboli literowych K2L4 -rysunku

Właściwości fizyczne Jest ciałem stałym Ma zabarwienie czarne Nie posiada smaku i zapachu Jest nierozpuszczalny w wodzie

Właściwości chemiczne węgla i jego podstawowych związków Węgiel jest niemetalem Węgiel z tlenem tworzy tlenki o wzorach CO i CO2. CO to tlenek węgla(II), który jest obojętny wobec wody. CO2, czyli tlenek węgla(IV), jest tlenkiem kwasowym. Węgiel tworzy kwas tlenowy o wzorze H2CO3. Sole kwasu węglowego nazywamy węglanami. Węgiel z wodorem tworzy wodorek obojętny o wzorze CH4 (metan) ulega reakcji spalania 2C + O2 -> 2 CO - tlenek węgla(II) C + O2 -> CO2 - tlenek węgla(IV) - tworzy tlenki kwasowe

Węgiel występuje w trzech odmianach alotropowych Fulereny Grafit Diament oszlifowany – brylant Diament, grafit i fulereny są ciałami stałymi, zbudowanymi wyłącznie z atomów węgla, które w każdej odmianie alotropowej są inaczej rozmieszczone i połączone ze sobą. Różna struktura odmian alotropowych powoduje odmienne właściwości.

Właściwości i zastosowanie grafitu Kryształy mają budowę warstwową Jest ciemnoszary, nieprzezroczysty z metalicznym połyskiem Jest miękki, łupliwy, „tłusty” w dotyku Dobrze przewodzi ciepło i prąd elektryczny W obrębie warstwy każdy atom węgla jest połączony pojedynczymi wiązaniami z trzema sąsiednimi atomami węgla Niesparowane elektrony walencyjne mogą poruszać się głownie w obrębie warstwy sieciowej Jest wykorzystywany do produkcji naczyń ognioodpornych, smarów, farb, elektrod, ołówków W technice jądrowej używa się prętów grafitowych, które pełnią funkcje moderatora.

Właściwości i zastosowanie diamentu Przezroczysty i bezbarwny Jest minerałem o największej twardości Nie przewodzi prądu elektrycznego, ale jest dobrym przewodnikiem ciepła W krysztale każdy atom węgla jest połączony z czterema atomami węgla za pomocą jednakowych wiązań kowalencyjnych Oszlifowane diamenty ( brylanty) stosuje się w jubilerstwie do wyrobu biżuterii i ozdób. Z diamentu wytwarza się łożyska i ostrza narzędzi do cięcia szkła, a także ostrza narzędzi wiertniczych

Właściwości i zastosowanie fulerenów Czarne ciała stałe o metalicznym połysku Cząsteczki tworzą zamkniętą, pustą w środku bryłę. Można je otrzymać w procesie odparowania grafitu Cząsteczki fulerenów mogą składać się z różnej liczby atomów węgla Atomy węgla w tych cząsteczkach połączone są z trzema innymi atomami. Są wykorzystywane w medycynie m.in. Do leczenia AIDS, choroby Parkinsona W połączeniu z metalami tworzą półprzewodniki i nadprzewodniki

W sieciach diamentu i grafitu wiązania brzegowe kryształu są „wysycane” innymi pierwiastkami, najczęściej atomami wodoru. Fullereny i nanorurki stanowią czysto węglowe odmiany alotropowe węgla.

Węgiel- składnik wszystkich związków organicznych Węgiel występuje w każdym organizmie żywym oraz jest podstawą chemii organicznej. Węglowodory to grupa palnych związków które odgrywają istotną rolę w przemyśle polimerowym, petrochemicznym oraz paliw kopalnych. Węgiel ma zdolność do tworzenia bardzo długich łańcuchów zawierających wiązanie C-C. Zdolność ta nosi nazwę katenacji. Wiązanie węgiel-węgiel jest bardzo silne i stabilne. Ta zdolność pozwala węglowi tworzyć praktycznie nieskończoną ilość związków. Ilość związków zawierających węgiel w swojej strukturze jest większa niż wszystkich pozostałych związków nie zawierających węgla (nie licząc związków zawierających wodór, gdyż praktycznie każdy związek organiczny zawiera atom wodoru). Najprostszymi związkami organicznymi są węglowodory- związki zawierające w swojej strukturze tylko atomy węgla i wodoru. Długość łańcucha, boczne łańcuchy oraz grupy funkcyjne wpływają na właściwości związku.

Nieorganiczne związki węgla to głównie: Tlenki – tlenek węgla(II) i tlenek węgla(IV) CO2 Kwasy – węglowy H2co3, cyjanowy HNCO, cyjanowodorowy HCN i ich sole

Tlenki Tlenek węgla(II), potocznie zwany czadem, jest bezbarwny, bezwonny i nierozpuszczalnym w wodzie gazem. Jest nazywany „cichym zabójcą”, ponieważ jest silnie toksyczny i niewyczuwalny w powietrzu. Często powoduje zatrucia i śmierć w wyniku tzw. Zaczadzenia. Tlenek węgla(II) powstaje podczas spalania węgla przy ograniczonym dostępie tlenu: 2C + O2 -> 2 CO Jeśli spalanie węgla przebiga przy nieograniczonym dostępie tlenu, tworzy się tlenek węgla(IV) CO2, nazywamy dwutlenkiem węgla: C + O2 -> CO2 Tlenek węgla(IV) to gaz bezbarwny i bezwonny o gęstości większej od gęstości powietrza. Jest niepalny i nie podtrzymuje palenia. Dobrze rozpuszcza się w wodzie. Podczas rozpuszczania w wodzie procesowi fizycznego towarzyszy reakcja chemiczna z wodą, a jej produktem jest kwas węglowy H2CO3

Kwasy: Kwas węglowy, H2CO3, jest kwasem bardzo słabym, powstającym podczas rozpuszczania tlenku węgla(IV) w wodzie. Kwas cyjanowodorowy HCN jest bezbarwną cieczą o zapachu gorzkich migdałów, jedną z najsilniej działających trucizn Jest bardzo słaby, słabszy od kwasu węglowego. Kwas cyjanowy HNCO jest cieczą, kwasem bardzo słabym,

Bibliografia http://pl.wikipedia.org/wiki/W%C4%99giel_%28pierwiastek%29#Zwi.C4.85zki_organiczne Repetytorium Operon 2010 Podręcznik Chemia cz.1 WSiP Podręcznik Chemia1 Operon