Сторінка
3

Р – елементи ІV групи

«Аморфний» карбон (вугілля). При нагріванні спо­лук, що містять карбон, без доступу повітря з них виділяється чорна маса, яка називається «аморфним» карбоном або просто вугіллям. Такий карбон скла­дається з дрібнесеньких кристаликів з розупорядкованою структурою графіту. Вугілля розчиняється у багатьох розплавлених металах, наприклад у залізі, нікелі, платині. Густина вугілля коливається від 1,8 до 2,1 г/см3.

Вугілля істотно розрізняється своїми властиво­стями залежно від способу добування і від того, з якої речовини його добуто. Крім того, воно завжди містить домішки, які дуже впливають на його власти­вості. Найважливіші технічні сорти вугілля такі: кокс, деревне вугілля, кісткове вугілля та сажа.

Кокс утворюється при сухій перегонці кам'яного вугілля, його застосовують, головним чином, в ме­талургії у процесі виплавляння металів з руд.

Деревне вугілля утворюється при нагріванні дерева без доступу повітря. При цьому вловлюють цінні продукти сухої перегонки — метиловий спирт, оцтову кислоту та ін. (Деревне вугілля застосовують у металургійній промисловості, в ковальській справі). Завдяки пористій будові, деревне вугілля має високу адсорбційну здатність.

Особливо добре вбирає гази активоване вугілля. Його застосовують для вбирання пари летких рідин з по­вітря і газових сумішей, як каталізатор у деяких хімічних виробницт­вах і в протигазах.

Вугілля має здатність адсорбувати не тільки гази, а й розчинені речовини. Цю його властивість відкрив наприкінці XVIII ст. росій­ський академік

Т. Є. Ловіц.

Кісткове вугілля утворюється за допомогою обвуглювання знежи­рених кісток. Воно містить від 7 до 11 % карбону, близько 80% фосфату кальцію та інші солі. Кісткове вугілля має дуже велику вбирну здат­ність, особливо щодо органічних барвників, і застосовується для ви­далення з розчинів різних барвників.

Сажа являє собою найчистіший «аморфний» карбон. У промисло­вості її добувають термічним розкладанням метану, а також спалю­ванням при недостатньому доступі повітря смоли, скипидару та ін­ших речовин, багатих на карбон. Сажу застосовують як чорну фарбу (туш, друкарська фарба), а також у виробництві гуми як складову частину гуми.

Хімічні властивості карбону. Карбіди. При низьких темпера­турах вугілля, графіт і особливо алмаз інертні. Якщо їх нагрівати, то активність збільшується: вугілля легко сполучається з киснем і є добрим відновником. Найважливіший процес металургії — виплавляння металів з руд здійснюється за допомогою відновлення окси­дів металів вугіллям (або оксидом карбону).

З киснем карбон утворює діоксид (або двоокис) карбону СО2, який часто також називають вуглекислим газом, і оксид карбону (II), або окис карбону, CO.

При дуже високих температурах карбон сполучається з гідрогеном, сульфуром, силіцієм, бором і багатьма металами; карбон вступає в реакції легше, ніж графіт, і тим більше, алмаз.

Сполуки карбону з металами та іншими елементами, які є електро­позитивними щодо карбону, називаються карбідами. Вони утво­рюються при прожарюванні з вугіллям металів або їхніх оксидів.

Карбіди — кристалічні тіла. Природа хімічного зв'язку у них може бути різна. Так, багато карбідів металів головних підгруп І, II і III груп періодичної системи — це солеподібні сполуки з пере­важанням іонного зв'язку. До них належать карбіди алюмінію А14С3 і кальцію СаС2. Перший з них можна розглядати як продукт заміщен­ня гідрогену на метал у метані СН4, а другий в ацетилені С2Н2.

Справді, при взаємодії карбіду алюмінію з водою утворюється ме­тан:

А14С3 + 12Н2О = 4А1 (ОН)3 + ЗСН4|,

а при взаємодії з водою карбіду кальцію — ацетилен:

СаС2 + 2Н2О = Са (ОН)2 + С2Н2|.

У карбідах силіцію SiC і бору В4С зв'язок між ато­мами ковалентний. Ці речовини характеризуються високою твердістю, тугоплавкістю, хімічною інертністю.

Більшість металів побічних підгруп IV—VIII груп періодичної системи утворюють карбіди, зв'язок у яких близький до металічного внаслідок чого ці карбіди де в чому схожі на метали, на­приклад, мають значну електропровідність. Вони також мають високу твердість і тугоплавкість; (карбіди цієї групи застосовують у ряді га­лузей промисловості)

Більшість цінних властивостей чавунів і сталей зумовлені наяв­ністю в них карбіду феруму Fе3С.

Діоксид карбону. Карбонатна кислота. Діоксид карбону СО2 весь час утворюється в природі при окисленні органічних речовин (гниття рослинних і тваринних залишків, дихання, згоряння палива). У великій кількості СО2 виділяється з вулканічних тріщин і з води мінеральних джерел.

У лабораторіях діоксид карбону звичайно добувають, діючи на мармур СаСО3 хлоридною кислотою в апараті Кіппа:

СаСО3 + 2НС1 = СаС12 + Н2О + C02

У промисловості велику кількість діоксиду карбону добувають при випалюванні вапна:

СаСО3 = СаО + СО2Т.

Діоксид карбону за звичайних умов — безбарвний газ, приблиз­но в 1,5 раза важчий за повітря, завдяки чому його можна переливати як рідину, з однієї посудини в іншу. Маса 1 л СО2 за нормальних умов становить 1,98 г. Розчинність діоксиду карбону у воді невелика: 1 об'єм води при 20° С розчиняє 0,88 об'єму СО2, а при 0° С — 1,7 об'єму. Застосовується діоксид карбону у виробництві соди за аміач­нохлоридним способом , для синтезу карбаміду, добування солей карбонатної кислоти, а також газування фруктових і мінеральних вод та інших напоїв.