Profesor Li Quan de la Universidad de Jilin
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El método de drenaje es adecuado para gases que son insolubles en agua, y el método de escape hacia arriba es adecuado para gases más pesados que el aire (es decir, gases con un peso molecular relativo). masa mayor que 29, se puede usar oxígeno 32. El frasco se coloca en posición vertical y el tubo se extiende hasta el fondo de la botella. Debido a que el gas recolectado es más pesado que el aire, el aire se expulsa (el método de escape hacia abajo es). Adecuado para gases más ligeros que el aire, como el hidrógeno y el amoniaco. El tubo se extiende boca abajo. Frascos que van al fondo de la botella, etc.
El oxígeno se puede recoger mediante escape y drenaje hacia arriba.
El peróxido de hidrógeno puede producir oxígeno cuando se calienta, pero generalmente no se utiliza en laboratorios porque producirá una gran cantidad de vapor de agua. En el laboratorio, dado que el permanganato de potasio no produce gases impuros, calentarlo producirá permanganato de potasio, cloruro de manganeso y oxígeno. El laboratorio también puede calentar clorato de potasio y dióxido de manganeso (dióxido de manganeso como catalizador) para producir cloruro de potasio y oxígeno.
En la industria se utiliza el método de reducción de la presión del aire (el 80% del aire es nitrógeno y el 20% es oxígeno, y los puntos de ebullición de ambos son diferentes).
Los libros de texto de secundaria dicen que hay submarinos que utilizan peróxido de sodio y dióxido de carbono exhalados por las personas para producir oxígeno.
La pureza del oxígeno producida por el método de recolección de gas de drenaje es mucho mayor que la del método de escape.
El costo de descomposición del peróxido de hidrógeno es demasiado alto y se producirá vapor de agua durante el proceso de calentamiento y descomposición. Debido a que el permanganato de potasio es un sólido, al agregar el catalizador dióxido de manganeso se puede descomponer fácilmente para producir oxígeno.
Nota: Al calentar permanganato de potasio para producir oxígeno, utilice drenaje para recolectar oxígeno. La boca del tubo de ensayo para calentar permanganato de potasio debe inclinarse hacia abajo en un cierto ángulo para evitar que el agua vuelva a succionarse hacia el tubo de ensayo y provoque que el tubo explote. Hidrógeno:
El hidrógeno es el gas más ligero que se conoce en el mundo. Su densidad es muy pequeña, sólo 1/14 de la del aire, es decir, a presión atmosférica estándar y 0°C, la densidad del hidrógeno es 0,0899 g/L.
Resumen del editor sobre el hidrógeno: introducción
El hidrógeno es un gas industrial importante. Incoloro, insípido, inodoro e inflamable. A presión atmosférica, el punto de ebullición es -252,8 °C, la temperatura crítica es -239,9 °C, la presión crítica es 1,32 MPa y la densidad crítica es 30,1 g/L. Cuando el contenido en el aire es del 4% ~ 74% (volumen), se forma una mezcla explosiva gaseosa. La solubilidad del hidrógeno en varios líquidos es muy pequeña y es difícil de disolver en licuefacción. El hidrógeno líquido es un líquido transparente e incoloro con propiedades superconductoras. El hidrógeno es la sustancia más ligera y se combina con oxígeno, carbono y nitrógeno para formar agua, hidrocarburos, amoníaco, etc. Los campos de gas natural, los campos de carbón y la fermentación de materia orgánica también contienen pequeñas cantidades de hidrógeno.
El gas mixto de hidrógeno y monóxido de carbono es un importante gas de síntesis de materia prima química. La reacción entre hidrógeno y materia orgánica en presencia de un catalizador se llama hidrogenación, que es un proceso de reacción importante en la industria.
Descubrimiento del hidrógeno
Fue descubierto en 1766 por H. Cavendish de Inglaterra.
En la historia de la química, el descubrimiento del hidrógeno y el descubrimiento y prueba de que el agua es un compuesto hidróxido y no un elemento se atribuyen principalmente al químico y físico británico Cavendish (h. 1731-1810).
Cavendish, químico británico del siglo XVIII.
Cavendish es millonario, pero su vida es muy sencilla. Usó su propio dinero para construir un laboratorio a gran escala en su casa y dedicó su vida a la investigación científica. Un historiador de la ciencia dijo una vez: Cavendish "es el más rico entre los eruditos y el más erudito entre los ricos". Tiene una aguda observación de las cosas y es bueno en el diseño experimental. Sus resultados experimentales fueron bastante precisos y su investigación fue extensa. Hizo importantes descubrimientos en muchos problemas químicos, mecánicos y eléctricos, así como en el estudio de la densidad media de la Tierra. Pero creía en la teoría del flogisto, lo que le llevó a tomar algunos desvíos en la investigación química. Publicó sólo 18 artículos en cincuenta años, excepto un artículo teórico, los demás fueron experimentales y observacionales. Después de su muerte, se descubrió que había escrito una gran cantidad de artículos valiosos pero no los había publicado. Estos manuscritos suyos son valiosos documentos de investigación científica y posteriormente fueron compilados y publicados por el físico Maxwell y el químico Thorpe.
En la historia de la química existe una interesante historia relacionada con estos trabajos. Cavendish realizó un experimento en 1785. Pasó una chispa eléctrica a través de una mezcla de aire ordinario y oxígeno en un intento de oxidar todo el nitrógeno que contenía. El dióxido de nitrógeno resultante fue absorbido por potasio cáustico.
El experimento duró tres semanas y finalmente quedó una pequeña burbuja que no se pudo oxidar. Su registro experimental se conserva en el manuscrito dejado, que dice: "El aire contaminado en el aire no es una sola sustancia (nitrógeno), sino que también hay un tipo de aire contaminado que no se combina con el aire defluorado (oxígeno). , y la cantidad total no supera 1/ 12. Más de cien años después, 65,438+0,892, físico L.1842-1919, Universidad de Cambridge, Inglaterra, resulta desconcertante que el nitrógeno obtenido del aire sea menor que el El nitrógeno producido por la descomposición oxidativa del amoníaco pesa 0,0064 gramos. El químico Ramsay (W.1852-1916) creía que el nitrógeno en el aire podía contener gases desconocidos más pesados. Se lo mencionaron. Inmediatamente tomaron prestados los materiales científicos de Cavendish para leer los experimentos mencionados anteriormente de Cavendish, un veterano de la Universidad de Cambridge, y Rayleigh repitió los experimentos de Cavendish y pronto consiguió una pequeña Burbuja. nuevo experimento. Después de eliminar el vapor de agua, el gas de ácido carbónico, el oxígeno y el nitrógeno, también se obtuvo este gas, que mediante examen espectroscópico se confirmó que era un nuevo elemento, llamado argón. De esta manera, el trabajo de Cavendish jugó un papel importante. descubrimiento del elemento argón en 1894. De esta historia, podemos ver el riguroso estilo de investigación científica de Cavendish y su gran influencia en la química. En 1871, la Universidad de Cambridge estableció un laboratorio de física que lleva el nombre de Cavendish. , que ha sido un importante centro de investigación de la física moderna en el mundo durante décadas
El descubrimiento del hidrógeno y la investigación sobre sus propiedades
Antes de finales del siglo XVIII, muchas personas. Había realizado experimentos para producir hidrógeno, por lo que es difícil decir quién descubrió el hidrógeno, incluso para el descubrimiento y la investigación del hidrógeno. Cavendish, quien hizo grandes contribuciones, también creía que el descubrimiento del hidrógeno no se debió solo a él. En el siglo XVI, el famoso médico suizo describió que las limaduras de hierro producían un gas cuando entraban en contacto con el ácido. El famoso médico químico belga Hermont (J.B.1579-1644) entró accidentalmente en contacto con este gas, pero no logró separarlo ni recolectarlo.
Aunque Boyle recogió accidentalmente este gas, no lo estudió. Sólo sabían que era inflamable y poco se sabía sobre él. Lemery (n.1645-1715) a la Academia de Ciencias de París en 1700. Fue recolectado por primera vez por Cavendish y estudió cuidadosamente sus propiedades.
En 1766, Cavendish presentó un informe de investigación "Experimentos de aire artificial". " a la Royal Society, describiendo su experimento con hierro y zinc y ácido sulfúrico diluido. El ácido clorhídrico diluido reaccionó para producir "aire combustible" (es decir, hidrógeno), que se recogió y estudió utilizando el método de recolección de gas de drenaje inventado por Priestley. Encontró que una cierta cantidad de cierto metal reaccionaba con una cantidad suficiente de diversos ácidos para producir aire inflamable. La cantidad de este gas es fija, independientemente del tipo y concentración del ácido. También descubrió que el gas hidrógeno explota cuando se mezcla con aire. y se encendió. También descubrió que el hidrógeno se combina con el oxígeno para formar agua, reconociendo así este gas a diferencia de otros gases conocidos. Sin embargo, debido a que es un devoto creyente en la teoría del flogisto, según su entendimiento: este gas se quema tan violentamente que debe ser rico en flogisto; el azufre se convierte en ácido sulfúrico después de quemarse, por lo que no hay flogisto en el ácido sulfúrico; Según la teoría del flogisto, los metales también contienen flogisto. Entonces pensó que el gas era descompuesto por metales, no por ácidos. Imaginó que cuando los metales se disolvían en ácidos, "el flogisto que contenían se liberaba y se formaba este aire inflamable". Incluso planteó durante un tiempo la hipótesis de que el hidrógeno era flogisto, conjetura que rápidamente fue respaldada por algunos de los principales químicos de la época, como Scheele y Kirwan (R.1735-1812). Debido a que el globo de vejiga está lleno de hidrógeno, el globo se eleva lentamente. Algunos partidarios de la teoría del flogisto utilizan este fenómeno como base para su "argumento" de que el flogisto tiene un peso negativo. Pero Cavendish era, después de todo, un científico extraordinario. Posteriormente calculó la flotabilidad del globo en el aire. Mediante estudios precisos se demostró que el hidrógeno tiene peso, pero es mucho más ligero que el aire. El experimento que realizó fue el siguiente: primero pesa el metal y el matraz que contiene el ácido, luego coloca el metal en el ácido, recolecta el gas hidrógeno usando el método de recolección de gas de drenaje y mide el volumen, y luego pesa el volumen total del matraz y su contenido después de la reacción. De esta forma determinó que la proporción de hidrógeno era sólo el 9% de la del aire. Pero estos químicos todavía se negaban a abandonar fácilmente la vieja teoría. Como el hidrógeno produce agua cuando se quema, dijeron que el hidrógeno es un compuesto de flogisto y agua.
La síntesis de agua desmiente la visión errónea de que el agua es un elemento. En la antigua Grecia, Empédocles propuso que sólo había cuatro elementos en el universo, a saber, fuego, aire, agua y tierra, que constituían todas las cosas. Desde entonces hasta la década de 1970, la gente pensaba que el agua era un elemento. En 1781, Priestley puso hidrógeno y aire en una botella de vidrio sellada y la detonó con una chispa eléctrica. Aparecieron gotas de rocío en el interior de la botella. Ese mismo año, Cavendish también repitió el experimento utilizando mezclas de hidrógeno y aire en diferentes proporciones, confirmando que las gotas de rocío eran agua pura, lo que indica que el hidrógeno era un componente del agua. En ese momento, se descubrió el oxígeno. Cavendish usó oxígeno puro en lugar de aire para realizar experimentos. No solo demostró que el hidrógeno y la oxidación sintetizaban agua, sino que también confirmó que aproximadamente 2 partes en volumen de hidrógeno y 1 parte en volumen de oxígeno. agua sintetizada (publicada en 1784). Estos resultados experimentales demostraron sin duda que el agua es un compuesto de hidrógeno y oxígeno y no un elemento, pero Cavendish, como Priestley, todavía insistía en que el agua es un elemento, el oxígeno es agua sin flogisto y el hidrógeno es agua con exceso de flogisto. Utilizó la siguiente fórmula para expresar la combustión del "aire combustible" (hidrógeno):
(Agua+flogisto)+(agua-flogisto)-→agua
Aire combustible (hidrógeno ) es la combustión en el aire (oxígeno)
En 1782, Lavoisier repitió su experimento, utilizando un barril al rojo vivo para descomponer el vapor de agua, y llegó claramente a la conclusión correcta: el agua no es un elemento, sino un hidróxido. compuesto, corrigiendo la idea errónea del agua como elemento durante más de dos mil años. En 1787, llamó a este gas "H-hidro gne", que significa "productor de agua", y confirmó que se trataba de un elemento.
Hidrógeno - El nombre proviene del griego hydro +genes, que significa "la sustancia que produce agua".
En chino, "hidrógeno" se llamaba originalmente "gas ligero", y "hidrógeno" es un nuevo carácter fonético.
Los japoneses y coreanos siguen el significado original del griego y lo llaman "elemento agua". Distribución de hidrógeno
Hay muy poco hidrógeno libre en la Tierra y en la atmósfera terrestre. En la corteza terrestre, el hidrógeno representa sólo el 1% del peso total si se calcula en peso y el 17% si se calcula en porcentaje atómico. El hidrógeno está ampliamente distribuido en la naturaleza y el agua es el "almacén" del hidrógeno: el agua contiene un 11% de hidrógeno en peso; el suelo contiene aproximadamente un 1,5% de hidrógeno, el gas natural, los animales y las plantas también contienen hidrógeno; No hay mucho hidrógeno en el aire y representa alrededor de la mitad de su volumen total. El hidrógeno es el elemento con mayor porcentaje atómico de todo el universo. Según la investigación, el porcentaje atómico de hidrógeno en la atmósfera del sol representa el 93%. Hay aproximadamente 100 veces más átomos de hidrógeno en el espacio que todos los demás elementos combinados.
Preparación: El carbón puede reaccionar con el vapor de agua a altas temperaturas para generar gas de agua. Los componentes principales del gas agua son el monóxido de carbono y el hidrógeno, y la ecuación de reacción es: C+H2O=CO+H2. Luego, el hidrógeno se puede separar mediante tecnología de separación para producir hidrógeno. El proceso principal consiste en rociar vapor sobre el carbón ardiendo y recolectar agua y gas en el otro lado. Pregunte qué es un dispositivo analizador de estimulación y cómo funciona. Puedes consultar esto en la Enciclopedia Baidu. En pocas palabras, así como el carbón activado absorbe gases nocivos como el benceno y el formaldehído en el aire, utiliza la diferencia de peso molecular (tamaño molecular) de diferentes gases para eliminar uno de los dos componentes. Para aumentar la cantidad de adsorción, es necesario aumentar la presión del gas; después de la adsorción hasta una cierta cantidad, los componentes adsorbidos se liberan a presión reducida, de modo que el adsorbente pueda reciclarse. Por eso se llama adsorción por oscilación de presión. c: Definición de términos científicos
Nombre chino: Carbono Nombre inglés: carbono Definición: Símbolo C, 12 elementos en la tabla periódica, con un peso atómico de 12, se combina con otros elementos para formar una gran familia de compuestos orgánicos. El carbono en la atmósfera se presenta principalmente en forma de hollín formado por la combustión incompleta de materia orgánica.
El carbono es un elemento no metálico situado en el segundo grupo periódico de la tabla periódica de elementos. La palabra latina es Carbonium, que significa "carbón, carbón vegetal". El carácter chino "carbono" se compone del carácter "carbono" y del carácter "石" para carbón vegetal. El carbono es un elemento muy común que se encuentra en diversas formas en la atmósfera y la corteza terrestre. La comprensión y utilización del carbono simple tiene una larga historia, y una serie de compuestos orgánicos de carbono son la base de la vida. El carbono es un componente del arrabio, el hierro forjado y el acero. El carbono puede combinarse químicamente consigo mismo para formar una gran cantidad de compuestos y es una molécula importante en biología y negocios. La mayoría de las moléculas de los organismos vivos contienen carbono.
Información básica
Radical: Shiwai Parte del trazo: 9 Trazos totales: 14 Pronunciación en chino: tàn Nombre en inglés: Carbon Wubi 86: dmdo Wubi 98: dmdo Cangjie: número de cuatro esquinas MRUKF :12689 significa: un elemento no metálico, sólido inodoro. El carbono amorfo incluye coque y carbón vegetal, mientras que el carbono cristalino incluye diamante y grafito. Se necesita coque para fabricar hierro y acero. El carbono y sus compuestos se utilizan ampliamente en la industria y la medicina.
Edite la introducción de elementos de carbono en este párrafo
Los compuestos de carbono generalmente se obtienen a partir de combustibles fósiles, luego se separan y se sintetizan en diversos productos necesarios para la producción de vida, como el etileno, Plástico, etc. El carbono se presenta en diversas formas, como el carbono elemental cristalino, como el diamante y el grafito; el carbono amorfo, como el carbón; los compuestos orgánicos complejos, como los animales y las plantas, y los carbonatos, como el mármol. Las propiedades físicas y químicas del carbono elemental dependen de su estructura cristalina. El diamante muy duro y el grafito blando tienen diferentes estructuras cristalinas, cada una con su propia apariencia, densidad y punto de fusión. A temperatura ambiente, el carbono elemental es químicamente inactivo e insoluble en agua, ácidos diluidos, álcalis diluidos y disolventes orgánicos. Reacciona de manera diferente con el oxígeno a diferentes temperaturas altas y puede generar dióxido de carbono o monóxido de carbono. Entre los halógenos, solo el flúor puede reaccionar directamente. carbono elemental. Reacción; bajo calentamiento, el carbono elemental se oxida fácilmente con ácido; a altas temperaturas, el carbono también puede reaccionar con muchos metales para formar carburos metálicos. El carbono es reducible y puede utilizarse para fundir metales a altas temperaturas. Símbolo químico: C Peso atómico del elemento: 12,438+0 Uso
Número de protones: 6 Número atómico: 6 Periodo: 2 Grupo: IVA Distribución de la capa electrónica: 2-4 Volumen atómico: 4,58 centímetros cúbicos/mol átomo Radio (valor calculado): 70 (67) pm *** Radio de valencia: 77 pm Radio de Van der Waals: 170 pm Configuración electrónica: 1s22s22p2 Disposición electrónica de cada nivel de energía: 2, 4 Valencia de oxidación (óxido): 4, 3 , 2 (ácido débil) Color y apariencia: carbón negro (grafito), incoloro (diamante), carbón activado, estado material del carbono Contenido de 23 elementos en la superficie del Océano Pacífico en la corteza terrestre: (ppm) Dureza Mohs 4800 : grafito 1-2, Diamante 10 estado de oxidación: principalmente -4,, C+2, C+4 (y otros estados de oxidación) energía del enlace químico: (kJ/mol) C-h 411c-c348c = C 614c≡c839c = n 615c5438 +0pmα = 90 β = 90 γ = 120 Energía de ionización: (kJ/mol)M-M+1086.2M+-m2+2352 m2+-m3+4620 m3+-M4+622 M4+-M5+37827 M5+-M6+47270Densidad del elemento: 3,513 g/cm3 (diamante). 20℃) Electronegatividad: 2,55 (escala de Pauling) Calor específico: 710J/(kg·k) Conductividad eléctrica: 0,061×10-6/(m·Ohm) Conductividad térmica: 129 w/(m·k·Mol) La tercera ionización La energía de ionización es 4620,5 kJ/mol, la cuarta energía de ionización es 6222,7 kJ/mol y la quinta energía de ionización es 37836544. Enlace: los átomos de carbono son generalmente tetravalentes y requieren cuatro electrones individuales, pero sus estados fundamentales solo tienen dos electrones únicos, por lo que la hibridación siempre es necesario al formar enlaces. El método de hibridación más común es la hibridación sp3, que aprovecha al máximo cuatro electrones de valencia y los distribuye uniformemente en cuatro órbitas, lo que es una hibridación isotrópica. Esta estructura es completamente simétrica. Una vez formado el enlace, es un enlace σ estable. No hay repulsión del par de electrones solitarios y es muy estable. Todos los átomos de carbono del diamante están unidos de esta forma mixta. Los átomos de carbono de los alcanos también entran en esta categoría. Los átomos de carbono también se pueden hibridar con sp2 o sp según sea necesario. Ambos métodos ocurren en el caso de un nuevo enlace. El orbital P no hibridado es perpendicular al orbital híbrido y forma un enlace π con el orbital P del átomo adyacente. Los átomos de carbono que conectan los dobles enlaces de los alquenos tienen hibridación sp. Debido a que la hibridación sp2 puede hacer que los átomos * * se enfrenten, cuando aparecen múltiples dobles enlaces, todos los orbitales P perpendiculares al plano molecular pueden superponerse entre sí, formando un sistema de yugo * * *. El benceno es el sistema de yugo más típico y ha perdido algunas propiedades del doble enlace. Todos los átomos de carbono del grafito se encuentran en un gran sistema de yugo, uno en cada capa.
Edita los isótopos de carbono en esta sección.
Existen doce isótopos conocidos * * *, del carbono 8 al carbono 19, de los cuales el carbono 12 y el carbono 13 son estables, y los demás son radiactivos.
Entre ellos, la vida media del carbono 14 es de más de 5.000 años y los demás, de menos de media hora. En la naturaleza de la Tierra, el Carbono 12 representa el 98,93% de todo el carbono, mientras que el Carbono 13 representa el 1,07%. El peso atómico del C es el promedio ponderado de la abundancia de los carbonos 12 y 13, y generalmente se toma como 12,05438+0 en los cálculos. El carbono-12 es una escala de moles definida en el Sistema Internacional de Unidades. El número de átomos contenidos en 12 gramos de carbono-12 es 1 mol. El carbono-14 se utiliza ampliamente para datar antigüedades debido a su larga vida media.
Edite la forma del carbono elemental en este párrafo
Los dos elementos más comunes son el diamante de alta dureza y el grafito blando. Sus estructuras cristalinas y tipos de enlaces son diferentes. Cada carbono en el diamante tiene una coordenada 4 tetraédrica, similar a un compuesto alifático; cada carbono en el grafito tiene una coordenada 3 triangular, que puede verse como infinitos anillos de benceno fusionados. Las propiedades químicas del carbono elemental son relativamente estables a temperatura ambiente e insolubles en agua, ácidos diluidos, álcalis diluidos y disolventes orgánicos.
1. Diamante
Diagrama de estructura en rombo
La estructura de carbono más fuerte, en la que los átomos de carbono están dispuestos en una estructura cristalina, con cada átomo de carbono conectado a cuatro. otros Los átomos de carbono están estrechamente combinados para formar una estructura de red espacial, formando en última instancia un sólido con alta dureza y poca actividad. El punto de fusión del diamante supera los 3500°C, lo que equivale a la temperatura de la superficie de algunas estrellas. Funciones principales: decoración, corte de materiales metálicos, etc.
2. Grafito
El grafito es un sólido de escamas finas opaco metálico de color gris oscuro. Suave, grasoso y con excelente conductividad eléctrica. Los átomos de carbono del grafito están unidos en una estructura de capas planas. El enlace entre las capas es frágil, por lo que las capas se separan fácilmente mediante deslizamiento. Funciones principales: fabricar lápices, electrodos, alambres de tranvía, etc.
3. Fullereno, C60, C72, etc. )
C60
fue descubierto en 1985 por científicos de la Universidad Ross en Texas, EE. UU. Los átomos de carbono de los fullerenos se mantienen unidos en una estructura de cúpula esférica.
4. Otras estructuras de carbono
Los diamantes hexagonales (también llamados diamantes hexagonales) tienen el mismo tipo de enlace que los diamantes, excepto que los átomos están dispuestos en forma hexagonal.
Grafeno (es decir, grafito de una sola capa), nanotubos de carbono (con características estructurales huecas en capas típicas), carbono superduro monoclínico (el carbono tipo M, la fase de alta presión del grafito a baja temperatura, tiene una estructura, su dureza es cercana a la del diamante) Carbono amorfo (amorfo, no realmente extraño, la estructura interna es grafito) Grafito Zhao (es decir, pirofilita, que se produce cuando el grafito choca con meteoritos, tiene una disposición atómica en un patrón hexagonal) Estructura de mineral de cobre y mercurio (Schwarzita, la estructura imaginaria de una silla de montar con capas hexagonales retorcidas en una "curvatura negativa" debido a la aparición de heptágonos) Fibra de carbono (carbono filamentoso, fibras formadas a partir de pequeños trozos apilados en largas cadenas) Pegamento de condensación de gas de carbono (estructura porosa de densidad extremadamente baja, similar al conocido aerogel de silicio) Nanoespuma de carbono (en forma de telaraña, con estructura fractal, densidad 1% del aerogel de carbono, ferromagnética).
Compuestos del elemento carbono
Entre los compuestos del carbono, sólo los siguientes compuestos son sustancias inorgánicas: Óxidos de carbono, sulfuros: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), carbono disulfuro (CS2), carbonato, bicarbonato, cianuro, una serie de pseudohalógenos y sus pseudohaluros, pseudohaluros: cianógeno (CN)2, óxido de cianógeno y tiocianato. Otros compuestos que contienen carbono son los compuestos orgánicos. Dado que los enlaces formados por los átomos de carbono son relativamente estables, el número y la disposición de los carbonos en los compuestos orgánicos, así como los tipos y posiciones de los sustituyentes, son muy arbitrarios, lo que da como resultado una gran cantidad de compuestos orgánicos. Entre los compuestos descubiertos por el hombre hasta ahora, los compuestos orgánicos representan la gran mayoría. Las propiedades de los compuestos orgánicos son muy diferentes a las de los compuestos inorgánicos. Generalmente son inflamables, insolubles en agua y tienen mecanismos de reacción complejos. Ahora han formado una rama independiente: la química orgánica. El carbono distribuido existe en la naturaleza (como el diamante y el grafito) y es el componente más importante del carbón, el petróleo, el asfalto, la piedra caliza, otros carbonatos y todos los compuestos orgánicos. Su contenido en la corteza terrestre es aproximadamente del 0,027% (calculado mediante diferentes métodos de análisis). el contenido es diferente). Los elementos con mayor contenido en la corteza terrestre son: O 46,6%, Si 27,7% y Al 8,1%. El carbono es el elemento que representa la mayor proporción del peso seco de los organismos vivos. El carbono también circula en la atmósfera y la estratosfera de la Tierra como dióxido de carbono. En la mayoría de los cuerpos celestes y sus atmósferas, existen fenómenos de quema de carbono, valores de calor de combustión y ecuaciones de calor de combustión.
1. El carbono se quema en oxígeno
Emite un fuerte calor y emite una luz blanca deslumbrante. Es un gas incoloro e inodoro que puede enturbiar la solución de hidróxido de calcio (agua de cal clara).
2. El carbón se quema en el aire
Libera calor, emite luz roja y produce un gas incoloro e inodoro que puede enturbiar la solución de hidróxido de calcio (agua clara de cal); , Cuando sea suficiente, es decir, cuando la cantidad de oxígeno sea insuficiente, se producirá monóxido de carbono.
3. Ecuación del calor de combustión
c(s)+O2(g)= CO2(g)ΔH =-393,5 kj/mol
4. de combustión
393,5 kilojulios/mol
Historia del descubrimiento del carbono
Los diamantes y el grafito se conocen desde tiempos prehistóricos. El fullereno fue descubierto en 1985, seguido de una serie de elementos de carbono en diferentes disposiciones. El isótopo carbono-14 fue descubierto por los científicos estadounidenses Martin Kamen y Samuel Rubin en 1940. Los diamantes hexagonales fueron descubiertos en 1967 por los científicos estadounidenses Gafford Rondiller y Ursula Marvin. El carbono superduro monoclínico fue descubierto por los científicos estadounidenses Band-Aid y Casper en 1967, y su estructura cristalina fue determinada teóricamente por el Dr. Li Quan de la Universidad de Jilin y su mentor, el profesor Ma Yanming, en 2009. En 2004, Andre K. Geim de la Universidad de Manchester en el Reino Unido preparó grafeno. Heim y sus colegas dieron con un método nuevo y sencillo. Separaron a la fuerza el grafito en fragmentos más pequeños, quitaron una fina capa de escamas de grafito de los fragmentos y luego usaron una cinta plástica especial para unir los dos lados de las escamas. Cuando se despegó la cinta, las escamas se dividieron en dos. . Medio. Repitiendo este proceso, se pueden obtener escamas de grafito cada vez más delgadas, y algunas muestras constan de solo una capa de átomos de carbono: han producido grafeno. co;
El monóxido de carbono (CO) es un gas incoloro, inodoro y no irritante. La solubilidad en agua es muy baja, pero fácilmente soluble en amoníaco. Después de que el monóxido de carbono ingresa al cuerpo humano, se combinará con la hemoglobina en la sangre, lo que hará que la hemoglobina no pueda combinarse con el oxígeno, lo que provocará hipoxia en el tejido corporal, lo que provocará asfixia y muerte. Por tanto, el monóxido de carbono es venenoso. Es común en el caso de mala ventilación en las habitaciones familiares, fugas de gas o gasoductos licuados e inhalación de carbón o gas industrial y monóxido de carbono en las minas, lo que provoca intoxicación.
Resumen del editor Monóxido de carbono: propiedades físicas
Gas incoloro, inodoro e insípido.
Presión de vapor (kpa): 309 kpa/-180 ℃
Solubilidad: baja solubilidad en agua, pero fácilmente absorbida por el amoníaco.
Compuestos prohibidos: agentes oxidantes fuertes y álcalis.
Productos de descomposición: Se descompone en carbono y dióxido de carbono a 400 ~ 700°C.
Características peligrosas: Es un gas inflamable y explosivo. La mezcla con aire puede formar una mezcla explosiva, que puede provocar combustión y explosión cuando se expone a llamas abiertas y alta energía térmica. El límite de explosión de las mezclas de aire es del 12 % al 75 %.
Otras propiedades físicas: Punto de autoignición 608,89℃.
Monóxido de carbono - propiedades químicas La valencia del elemento carbono en la molécula de monóxido de carbono es 12, que puede convertirse en +4 mediante oxígeno, lo que hace que el monóxido de carbono sea inflamable y reducible. El monóxido de carbono se quema en el aire o en el oxígeno para producir dióxido de carbono: 2co+O2 = fuego = 2CO+O2=.
Al arder emite una llama azul y desprende una gran cantidad de calor. Por tanto, el monóxido de carbono se puede utilizar como combustible gaseoso.
Como agente reductor, el monóxido de carbono puede reducir muchos óxidos metálicos a metales elementales a altas temperaturas, por lo que se utiliza a menudo en la fundición de metales. Por ejemplo: reducir el óxido de cobre negro a cobre metálico rojo y reducir el óxido de zinc a zinc metálico;
CO+CuO=Cu+CO2
Cobalto+óxido de zinc=zinc+dióxido de carbono
En los hornos de fundición de hierro pueden ocurrir reacciones de reducción de varios pasos:
CO+3Fe2O3= 2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO= 3FeO+CO2
FeO+CO=Fe+CO2
En condiciones de calentamiento y presión, puede reaccionar con algunos metales simples para formar compuestos moleculares. Como Ni (CO) 4 (tetracarbonilo de níquel), Fe (CO) 5 (pentacarbonilo de hierro), etc. Es inestable y se descompone inmediatamente en los metales correspondientes y monóxido de carbono cuando se calienta. Este es uno de los métodos para purificar metales y preparar monóxido de carbono puro.
El mecanismo de formación del monóxido de carbono
El monóxido de carbono es el contaminante más distribuido y abundante en la atmósfera, y también es uno de los contaminantes importantes que se producen durante el proceso de combustión. La principal fuente de CO en la atmósfera son los gases de escape de los motores de combustión interna, seguidos de las calderas que queman combustibles fósiles.
El monóxido de carbono es un producto intermedio que se produce durante la combustión de combustibles que contienen carbono. Todo el carbono originalmente presente en el combustible forma monóxido de carbono. La formación y descomposición del monóxido de carbono está controlada por el mecanismo cinético de reacción química, que es una de las reacciones básicas en el proceso de combustión de combustibles de hidrocarburos. El mecanismo de formación es el siguiente:
RH → R → RO2 → RCHO → RCO → CO
Donde r es un radical hidrocarbonado. Durante la reacción, el grupo atómico RCO genera principalmente CO a través de descomposición térmica y también puede oxidar el grupo hidrocarburo R para generar CO. Durante el proceso de combustión, la velocidad a la que el monóxido de carbono se oxida a dióxido de carbono es menor que la velocidad a la que Se genera monóxido de carbono, por lo que la función básica del monóxido de carbono en las llamas de hidrocarburos es La reacción de oxidación es la siguiente:
Monóxido de carbono + hidroxilo → dióxido de carbono + H2
El monóxido de carbono es uno de los productos de la combustión incompleta. Si el proceso de combustión puede organizarse bien, es decir, hay suficiente oxígeno, suficiente mezcla, temperatura suficientemente alta y tiempo de residencia prolongado, el CO intermedio eventualmente se quemará y producirá CO2 o H2O. Por tanto, controlar las emisiones de CO no es un intento de suprimir su formación, sino de procurar su completa combustión.
Las investigaciones muestran que en una llama de combustión premezclada de combustible de hidrocarburos y aire, debido a la rápida tasa de generación de CO, la concentración de CO en el área de la llama aumenta rápidamente al valor máximo, que suele ser mayor que el mezcla de reacción durante la combustión adiabática. valor de equilibrio, y luego la concentración de CO disminuye lentamente hasta el valor de equilibrio. Por tanto, el contenido de CO detectado en los gases de escape del equipo de combustión es inferior al valor máximo en la cámara de combustión, pero significativamente superior al valor de equilibrio en el estado de escape. Esto sugiere que la cinética de las reacciones químicas controla la formación y destrucción de CO.
Monóxido de carbono - peligro para la salud
Clasificación de peligro (GB 5044-85): Nivel 2 (altamente peligroso).
1. Toxicidad aguda
CL50: ratones 2300 ~ 5700 mg/m3, cobayas 1000 ~ 3300 mg/m3, conejos 4600 ~ 17200 mg/m3, gatos 4600 ~ 45800 mg. /m3, perros 34400 ~ 45800 mg/m3.
2. Toxicidad subaguda y crónica
Después de la inhalación de 0,047~0,053 mg/L/L, 4~8 h/d, 30 días después, el crecimiento de las ratas fue lento. y la cantidad de hemoglobina y glóbulos rojos. Se destruyen las actividades aumentadas de succinato deshidrogenasa y citocromo oxidasa del hígado. Los monos inhalaron 0,11 mg/L causaron daño al miocardio después de 3 a 6 meses.
3. Metabolismo
Después de inhalar el monóxido de carbono con el aire, ingresa a la circulación sanguínea a través de los alvéolos y se mezcla con la hemoglobina en la sangre y algunas otras ferritinas fuera de la sangre (como como mioglobina de hierro divalente), proteínas y citocromo, etc.) forman una combinación reversible. ). Entre ellos, más del 90% del monóxido de carbono se combina con la Hb para formar carboxihemoglobina, aproximadamente el 7% del monóxido de carbono se combina con la mioglobina para formar carboximioglobina y sólo una pequeña cantidad de monóxido de carbono se combina con el citocromo. Los experimentos muestran que el monóxido de carbono no se acumula en el cuerpo. Los animales inhalaron 200 ppm de monóxido de carbono durante un mes. El monóxido de carbono se descargó por completo 24 horas después de que cesó la intoxicación, el 98,5% se expulsó a través de los pulmones en su forma original y solo el 1% se oxidó en dióxido de carbono en el cuerpo. La absorción y descarga de monóxido de carbono dependen de la presión parcial de monóxido de carbono en el aire y de la saturación de HbCO en la sangre (es decir, el porcentaje de Hb unida al monóxido de carbono con respecto a la Hb total). Los factores secundarios son el tiempo de exposición y la ventilación pulmonar; esta última está directamente relacionada con la intensidad del trabajo.
4. Mecanismo de intoxicación
Es causado por la combinación reversible de monóxido de carbono y hemoglobina. Generalmente se cree que la afinidad del monóxido de carbono y la hemoglobina es de 230 a 270 veces mayor que la de la hemoglobina. la afinidad del oxígeno y la hemoglobina, por lo que el oxígeno de la oxihemoglobina en la sangre se exprime para formar oxihemoglobina (HbCO). La disociación de la oxihemoglobina es 3600 veces más lenta que la de la oxihemoglobina, por lo que la oxihemoglobina es más estable que la oxihemoglobina. La carboxihemoglobina no sólo no tiene función de transporte de oxígeno, sino que también afecta la disociación de la carboxihemoglobina, por lo que el tejido está sujeto a una doble hipoxia. En última instancia, esto conduce a hipoxia tisular y retención de dióxido de carbono, lo que resulta en síntomas de intoxicación.
El sistema nervioso central es el más sensible a la hipoxia y es el primero en verse afectado tras una intoxicación por monóxido de carbono. Especialmente la sustancia blanca de la corteza cerebral y el globo pálido son los más graves. Desde el punto de vista patológico, los vasos sanguíneos cerebrales se contraen primero y luego se expanden, con diversos grados de aumento de la permeabilidad, edema cerebral y reblandecimiento focal.
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