1 / 32

Uhlík

Uhlík. Značka: C Latinsky: carboneum Anglicky: carbon. historie. 2. polovina 18. st. – uhlík je prvek 1789 – pojmenován (A. L. Lavoisier: carbo – dřevěné uhlí), (Werner, Hartsen: graphein – psáti)

bobby
Download Presentation

Uhlík

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  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 CO2 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 – 12C standard pro určení atomové hmotnosti

  3. Izotopy a výskyt • 12C • 13C (nejběžneji 1,11 %) - spinové kvantové číslo jádra ½ → NMR • 14C (radioaktivní, t1/2 = 5730 let) • v zemské kůře: 180 ppm (17. místo) - volný a ve sloučeninách (uhličitany) • dále: oxid v atm., ropa, …

  4. 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)

  5. 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 cα-grafitu (stabilizace při 1000 °C)

  6. 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

  7. 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)

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

  9. Vlastnosti • vysoké ionizační energie • kovalentní poloměr jednoduché vazby (z diamantu) = 77,2 pm; rdvojná = 66,7 pm; rtrojná = 60,3 pm • diamant – největší tepelná vodivost, jeden z nejnižších koeficientů tepelné roztažnosti; zanedbatelná elektrická vodivost

  10. α-grafit diamant hustota (g/cm3) 2,266 3,514 tvrdost (podle Mohse) < 1 10 index lomu (při 546 nm) 2,15; 1,81 241 spalné teplo (kJ/mol) 393,51 395,41 • 1953 – 5: diamant připraven z α-grafitu při tlaku 10 Gpa a teplotě 1200 – 2800 K (kat.: roztavený Cr/Fe/Ni)

  11. Výroba a použití • grafit: - SiO2 + 2 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

  12. 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))

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

  14. aktivní uhlí: - povrch 300 – 2000 m2/g - uhlíkatý materiál (piliny, rašelina) smíchán s látkami oxidujícími a dehydratujícími substrát při teplotě 500 – 900 °C - čištění chemikálií, plynů a vody; katalyzátor

  15. Reaktivita • grafit reaktivnější než diamant díky přístupnější vrstevnaté struktuře (i když je termodynamicky stabilnější) - oxidace horkou konc. kys. dusičnou → C6(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 F2 → inertní modročerná l. • redukční činidlo

  16. Interkalátové sloučeniny grafitu • látky se včlení mezi vrstvy; často reverzibilní • první: C8K (přímá syntéza při 300 °C) • elektorlýza roztavených kovů s grafitovými elektrodami, reakce grafitu s roztokem kovu v kapalném amoniaku, … • C24M, C36M, C48M, C60M, … (M = K, Rb, Cs) • menší elektrický odpor, paramagnetické (grafit diamagnetický), odpor roste s teplotou (kovy)

  17. s alkalickými kovy – velmi reaktivní (reaktivita klesá ve skupině), s vodou mohou explodovat • n C8K + MXn C8nM + n KX • reakce grafitu s halogenidy – mohou přijímat elektronový pár (Lewisovy kyseliny) • včlenění i oxidů, sulfidů, oxokyselin (→ soli grafitu)

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

  19. methanidy – jednotlivé uhlíkové anionty; hydrolýzou vzniká methan - Be2C – cihlově červený, antifluoritová str. • acetylidy = ethinidy – obsahují jednotky C2 - M2C2, MC2, LnC2, Ln2C3 (= Ln4(C2)3) - I.B – výbušné - M2C2 – prudká reakce s vodou; zahřátí na vzduchu → uhličitany - LnC2 – slučují se se vzdušným kyslíkem, hydrolýza na směs uhlovodíků; kovové vodiče

  20. CaC2 - bezbarvá pevná látka (tt = 2300 °C), izolant, 4 krystalové modifikace - zdroj ethinu, sváření (kyslík-acetylen), hnojivo (CaCN2) - výroba: CaO + 3 C CaC2 + CO - příprava: Ca + 2 C2H2 H2 + CaC2.C2H2 CaC2 + C2H2

  21. intersticiální: - netají, extrémně tvrdé (WC, TaC), žáruvzdorné (tt = 3000 - 4000 °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); Fe3C = cementit (složka oceli)

  22. Halogenidy • CF4 - stálý plyn, - příprava: SiC + F2 - 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 • (CF4)n - teflon

  23. CCl4 - příprava: CS2 + Cl2 - toxický, rozpouštědlo, k přípravě freonů • CBr4 - světle žlutá pevná látka - méně stálý než chlorid a fluorid - příprava: bromace methanu • CI4 - jasně červená krystalická látka - příprava: CCl4 + EtI (kat.: AlCl3)

  24. Halogenid-oxidy • reaktivní plyny, těkavé kapaliny; planární struktura • i smíšené • COI2 – není znám, ale COIF ano • COF2 – podléhá hydrolýze; příprava z CO a AgF2 ; k přípravě org. fluorovaných sloučenin • COCl2 = fosgen – (phos – světlo; genes – vznikat); toxický; k přípravě izokyanatanů

  25. Oxidy • C3O2 – suboxid uhlíku; páchnoucí plyn; lineární - vznik: dehydratace kyseliny malonové za sníženého tlaku nad P4O10 – (140 °C) - polymerizuje: žlutý (normální teplota), rubínově červený (nad 100 °C), fialový (400 °C)

  26. C12O9 – bílý sublimující; anhydrid kys. mellitové • CO, CO2 – pevná vazba C-O; chemicky reaktivní - vznik oxidací uhlíku - CO – palivo (vodní plyn, generátorový plyn) - CO2 – méně reaktivní; chladivo (desublimace při -78,5 °C), výroba nápojů, výroba močoviny, …

  27. Sulfidy • CS – nestálý radikál - vznik: vysokofrekvenční výboj na CS2 (g) • C3S2 – červená kapalina, pomalá polymerizace - vznik: elektrický výboj v CS2 (g nebo l) • CS2 – bezbarvá, těkavá, hořlavá kapalina, jedovatý, čistý voní - výroba: CH4 + 4 S CS2 + 2 H2S - výroba viskózového hedvábí, celofánu

  28. 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): CH4 + NH3 + 1,5 O2 HCN + 3 H2O - výroba acetonitrilu, NaCN

  29. XCN (halogenidy) – bezbarvé, těkavé, reaktivní • CaNCN = kyanamid vápenatý - vznik: nitrogenace CaC2 (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

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

  31. zdroje • http://cs.wikipedia.org/wiki/ • Greenwood N. N., Earnshaw A.: Chemie prvků I

More Related