6.1.1. Карбон

Етапи вивчення Карбону. Історія хімії Карбону. Особливості будови атома, здатність утворювати зв'язки С-С різної кратності. Особливості хімічних зв'язків, що утворюються атомами Карбону (IV). Різноманіття сполук Карбону, його валентні форми.

Розповсюдженість та форми знаходження Карбону в природі. Ізотопи Карбону. Найважливіші мінерали. Біологічна роль Карбону.

Принципи отримання вуглецю. Виробництво графіту. Виробництво алмазів, коксу, сажі, активованого вугілля. Отримання фулеренів та фулериту. Фулерит як вихідний матеріал для отримання алмазу.

Фізичні властивості. Фазова діаґрама Карбону. Алотропні модифікації Карбону: алмаз, графіт, карбін, фулерит. Особливості їх будови. Фулерени – молекулярна форма Карбону. Структура та види фулеренів. Аморфні форми Карбону: вугілля, сажа, скло вуглець. Нанотрубки – молекулярні структури із графітових шарів. Провідність та надпровідність фулеренів.

Хімічні властивості простої речовини. Оксидаційно-відновні властивості. Реакційна здатність. Відношення до кисню, металів, води, кислот і лугів. Взаємодія з кремнієм, фосфором, сіркою, хлором. Сполуки включення графіту (інтеркальовані сполуки). Графітиди. Відмінність хімії алмазу від хімії графіту. Хімічна поведінка фулеренів. Фулерид калію К₆С₆₀.

Гідриди типу С_nН_m. Будова молекул. Зміна міцности зв'язку Карбон-Карбон у ряді вуглеводнів з одинарним, подвійним і потрійним зв'язками. Приклади металоорґанічних сполук – речовин, що містять зв'язок метал-Карбон (метиллітій, тетраетилплюмбум, диметилмеркурій). Зміна температур плавлення і кипіння в ряду метан – плюмбум гідрид порівняно із зміною в рядах гідридів р-елементів V, VI і VII груп. Хімічні властивості. Реакційна здатність. Причини інертності метану. Гідроліз гідридів. Загальні принципи отримання гідридів.

Сполуки з металами. Карбіди металів. Методи синтезу карбідів. Типи карбідів: йонні, ковалентні, металоподібні (карбіди вкорінення). Характер хімічних зв'язків в карбідах. Відношення карбідів різних типів до води і кислот. Карбіди Сульфуру (сірковуглець), Нітроґену (диціан), Силіцію (карборунд), Феруму, Вольфраму, Ґафнію, Торію та ін. Застосування карбідів в техніці і хімічній промисловости як тугоплавких, жаростійких, високотвердих матеріалів, складових конструкційних матеріалів, сталей і стопів, застосування в синтезі (кальцій карбід та ін.). Металокарбоедрени (меткари) – новий тип бінарних карбідів металів.

Оксиди Карбону. Субоксид Карбону С₃О₂. Отримання і властивості. Карбон (II) оксид. Хімічний зв'язок в молекулі з позицій теорій ВЗ і МО. Отримання. Відновні властивості. Реакції приєднання. Карбоніли перехідних металів – координаційні сполуки карбон (II) оксиду. Токсичність карбон (II) оксиду. Застосування. Карбоніл-сульфід СОS. Карбон (IV) оксид. Будова молекули. Фазова діаґрама СО₂. Фізичні і хімічні властивості. Відношення до води, лугів. Отримання. Застосування. Вплив вуглекислого газу на довкілля. Епоксид фулерену С₆₀О.

Карбонатна кислота і її солі. Рівновага в розчині карбон (IV) оксиду. Будова молекули карбонатної кислоти і карбонат-йону. Дисоціація в розчині. Розклад карбонатної кислоти – приклад автокаталітичного процесу. Солі: карбонати, гідрокарбонати, основні карбонати. Гідроліз карбонатів. Особливості осадження важкорозчинних карбонатів з водних розчинів. Термічна стійкість карбонатів. Застосування. Похідні карбонатної кислоти: карбамати, сечовина, тіосечовина, дитіокарбамати. Отримання і застосування карбаміду (сечовини).

Сполуки із Сульфуром. Моно- і дисульфіди. Їх будова. Карбон дисульфід СS₂ (сірковуглець). Тіосполуки (кислоти і солі). Тіокарбонатна кислота і тіокарбонати. Диродан (SCN)₂.

Сполуки Карбону з Нітроґеном. Диціан (СN)₂. Карбону нітрид С₃N₄. Ціаногідроґен НСN. Будова молекули. Ціанідна (синильна) кислота. Дисоціація кислоти. Ціаніди. Ціанід-йон – як ліґанд. Ціанокомплекси. Особливості осадження ціанідів важких металів. Гідроліз ціанідів. Токсичність ціаногідроґену і ціанідів. Ціанатна НОСN і ізоціанатна кислоти (таутомерні форми). Ціанати. Фульмінова кислота НСNO – ізомер ціанатної кислоти. Фульмінати. Ціанаміди лужних і лужноземельних елементів. Тіоціанатна (роданідна) кислота та тіоціанати (роданіди). Механізм окиснення тіоціанат-йону гідроґен пероксидом в кислому розчині. Роданокомплекси.

Галоґеніди Карбону – карбону тетрахлорид, хлороформ, флуорпохідні Карбону і їх практичне застосування (фреони, фторопласти). Порівняльна стійкість. Типи галоґенідів. Їх гідроліз. Оксогалоґеніди Карбону. Фосген. Псевдогалоґеніди і псевдогалоґени.

Застосування простої речовини та сполук Карбону. Вугілля як паливо. Застосування алмазів, графіту, сажі, коксу. Активоване вугілля як поглинач газів, пари і розчинених речовин. Застосування фулеренів. Токсичність сполук Карбону.