Углерод, кремний
3.
Электронно-графическая формула оксида углерода (II):
:
С
= О:
В молекуле СО три ковалентные полярные связи (1σ и 2π).
В молекуле СО две общие электронные пары смещаются в сторону более электроотрицательного атома кислорода. Образование третьей связи по донорно-акцепторному механизму приводит к смещению электронной плотности от атома кислорода к атому углерода настолько, что избыточная электронная плотность оказывается на атоме углерода, а не на атоме кислорода, как более электроотрицательном элементе. Таким образом переход не поделенной электронной пары от атома кислорода к атому углерода приводит к понижению полярности молекулы монооксида углерода.
Получение:
в промышленности
в лаборатории:
;
.
Для молекулы СО наиболее характерны восстановительные свойства. Так уже при комнатной температуре СО восстанавливает соединения некоторых благородных металлов, например:
PdCl2 + CO + H2O = Pd + CO2 + 2HCl
Однако, ввиду прочности связи в молекуле СО, ее восстановительные свойства проявляются обычно при высокой температуре. Оксид углерода как восстановитель широко используется в металлургической промышленности. Например, при получении железа протекает реакция:
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Температуры восстановления оксидов металлов, в зависимости от их природы, варьируют от 300 до 1500 оС.
В присутствии катализатора (активированного угля) СО окисляется хлором при комнатной температуре с образованием дихлороксоуглерода (фосгена):
CO + Cl2 = COCl2.
При нагревании СО окисляется серой с образованием тиооксида углерода
СО + S = COS.
COS – бесцветный газ, без запаха, хорошо растворим в воде и медленно с ней реагирует, как галогенангидрид:
COS + 2H2O = H2S + H2CO3
При нагревании СО реагирует с О2 с образованием диоксида углерода (углекислого газа).
СО + 0,5 О2 = СО2; ∆G0 = -256,9 кДж.
Наибольший интерес представляют карбонилы металлов (используются для получения чистых металлов).
(пентакарбонил
железа)
Степень окисления металла в карбонилах равна нулю. Химическая связь в них образуется по донорно-акцепторному механизму, причем имеет место σ- и π-связывание. Донорно-акцепторные σ-связи образуются за счет взаимодействия пар электронов заполненных связывающих молекулярных орбиталей молекул СО и свободных орбиталей металла (Ме → СО). Эта связь упрочняется образованием дополнительной π-дативной связи за счет неподеленных электронных пар металла, не участвующих в образовании σ-связей, и свободных π-орбиталей СО (Ме → СО).
Схема образования карбонила марганца Mn2(CO)10:
Все карбонилы – диамагнитные вещества, характеризуются невысокой прочностью, при нагревании карбонилы разлагаются
[Ni(CO)4] → 4CO + Ni (карбонил никеля).
Как и СО карбонилы металлов – токсичны.
СО чень ядовит (предельно допустимая концентрация составляет 3 мг/см3.
Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Признаки отравления: головная боль и головокружение; отмечается шум в ушах, одышка, сердцебиение, мерцание перед глазами, покраснение лица, общая слабость, тошнота, иногда рвота; в тяжёлых случаях судороги, потеря сознания, кома.
Токсическое действие оксида углерода(II) обусловлено образованием карбоксигемоглобина — значительно более прочного карбонильного комплекса с гемоглобином, в сравнении с комплексом гемоглобина с кислородом (оксигемоглобином), блокируя, таким образом, процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа.
Применение.
Оксид углерода(II) является промежуточным реагентом, используемым в реакциях с водородом в важнейших промышленных процессах для получения органических спиртов и неразветвлённых углеводородов.
Оксид углерода(II) применяется для обработки мяса животных и рыбы, придаёт им ярко-красный цвет и вид свежести, не изменяя вкуса. Допустимая концентрация CO равна 200 мг/кг мяса.
Оксид углерода(II) являет основным компонентом генераторного газа, использовавшегося в качестве топлива в газогенераторных автомобилях.
а) Уравнение реакции взаимодействия оксида кремния(IV) с карбонатом натрия:
t
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + СО2↑
Уравнение реакции взаимодействия оксохлорида углерода(IV) (фосгена) с водой:
COCl2 + H2O = 2HCl + H2CO3
Уравнение реакции взаимодействия карбоната кальция с оксидом углерода(IV) в водном растворе:
СаСО3 + CO2 + H2O = Са(НСО3)2
б) SiO2 → SiН4 → Na2SiO3 → SiCl4 → SiО2 → H2SiO3.
Уравнения реакций, соответствующих превращениям:
t
1) SiO2 + C = CO2 + Si
t
2Mg + Si = Mg2Si.
Mg2Si + 2H2SO4 = 2MgSO4 + SiH4
2) SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 4H2
3) Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3↓ + 2NaCl
t
H2SiO3 = H2O + SiO2
t
SiO2 + Mg = Si + MgO
t
Si + 2Cl2 = SiCl4
4) SiCl4 + 3H2O = H2SiO3+ 4HCl
t
H2SiO3 = H2O + SiO2
5) SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O
Na2SiO3 + H2SO4 = H2SiO3↓ + 2Na2SO4
Т е м а XV