Окислительно-востановительные свойства углерода.
Вопрос 28
Углерод, его свойства и соединения. Круговорот углерода в природе.
Углерод(С)-главный из элементов органогенов т.к. образует скелеты всех органических молекул. В органических веществах углерод всегда четырёх валентен, что связано с наличием на внешнем уровне в возбуждённом состоянии четырёх не спаренных электронов на четырёх орбиталях.
С 1S2 2S2 2P2 
––> C * 1S2 2S1 2P3 
*-возбуждённое состояние. Равенство числа электронов и число орбиталей на внешнем уровне а также уникальное сочетание заряда ядра и радиуса атома сообщается с рядом специфических свойств:
1 в зависимости от природы атома с которым реагирует атом углерода, он может как отдавать так и принимать электроны проявляя в соединениях степень окисления от -4до +4.
2.Атомные орбитали на внешнем энергетическом уровне могут легко претерпевать различные типы гибридизации- sp; sp2; sp3, что позволяет атому углерода образовывать кратные связи (двойные, тройные, бензольное кольцо) это в свою очередь приводит к огромному числу органических молекул.
Кислотно-основные свойства углерода.Углерод образует два основных оксида: СО(несолеобразующий)-оксид углерода
СО2(кислотный)-диоксид углерода.
Также существует С3О2 (О=С=С=С=О)-триоксид углерода.
СО2умеренно растворим в воде. При температуре 00С в одном объёме воды растворяется 1объём СО2. В растворах СО2 присутствует сложное равновесие:
СО2+Н2О↔Н2СО3↔Н++НСО3-↔2Н++СО32- (при увеличении рН равновесие смещается вправо ).
Н2СО3- очень слабая кислота, образует 2 типа солей: кислые гидрокарбонаты и средние карбонаты (раствори соли щелочных Ме кроме Li2CО3 и аммония (NH4)2CО3). Так как это соли очень слабой кислоты то в растворах они подвергаются гидролизу по аниону:
НСО3-+Н2О↔ Н2СО3+ОН-
СО32--+Н2О↔ НСО3-+ОН- -среда растворов щелочная.
В момент образования Н2СО3 разлагается на СО2 и Н2О,поэтому такие соли, как питьевая вода (NaHCO3), мел (CaCO3) и магнезия (4MgCO ∙ Mg(OH)2- Н2О) применяются как антоцидные (нейтрализующие кислату) средства. Для снижения повышенной кислотности желудочного сока: NaHCO3+НCl--->NaCl+СО2↑ + Н2О
CaCO3+2 НCl--->CaCl2 +СО2↑+ Н2О
Угольная кислота гидрокарбонат иона НСО3- образует карбонатную буферную систему, главную систему плазмы крови, обеспечивает постоянство рН на уровне 7,4±0,05.
Содержащие в природной воде гидрокарбонаты Ca и Mg обуславливают её временную (карбонатную) жёсткость, которая удаляется при кипячении:
Са(НСО3)2-t-->СаСО3↓ + СО2+ Н2О
Mg(НСО3)2-t--> Mg(OH)2↓+2СО3↑
Окислительно-востановительные свойства углерода.
С Ме и Н2 углерод проявляет отрицательную степень окисления, а с атомами высокой электроотрицательности, галогенами, кислородом и азотом- положительную степень окисления. Таким образом степень окисления углерода может изменяться от -4(NН4) до +4 (СО2).
Соединения углерода в организме в различных процессах могут выступать как в качестве восстановителей (СО32-), так и окислителей. Восстановление может протекать как в частичной, так и в полной форме( при полном окислении конечными продуктами являются: СО2; Н2О, если присутствует азот, то N2)
CН3-CН2-ОН+ [О]--->CН3-СОН + Н2О
CН3-CН2-ОН+6 [О]--->2 СО2+3 Н2О
Окислительные свойства углерода проявляются при присоединении водорода по кратным связям.