Химические свойства углерода. Реакционная способность повышается в ряду алмаз – графит – карбин – аморфный углерод. Алмаз и графит инертны, устойчивы к действию кислот и щелочей.
1.Алмаз и графит сгорают в чистом кислороде при высоких температурах с образованием углекислого газа:
C + O2 (800° C)® CO2.
Аморфные модификации сгорают уже на воздухе. При недостатке кислорода образуется угарный газ:
2C + O2 ® 2CO.
2.Непосредственно из галогенов с аморфным углеродом реагирует лишь фтор:
C + 2F2 ® CF4.
С остальными галогенами реакция происходит лишь при нагревании.
3.При температуре 500° С на никелевом катализаторе идет реакция с водородом:
C + 2H2 (500° C Ni)® CH4.
4.При высоких температурах углерод взаимодействует также с такими неметаллами, как сера, при пропускании ее паров через уголь:
C + 2S (900° C)® CS2,
а также с азотом с образованием бесцветного ядовитого газа дициана:
2C + N2 (2000° C)® C2N2.
5.С металлами, металлоидами и оксидами некоторых металлов углерод образует соответствующие карбиды:
2C + Ca (550° С) ® CaC2,
4 Al + 3C (1500-1700° С) ® Al4C3,
Si + C (1200-1300° С) ® SiC + Q,
3C + CaO (1900-1950° С) ® CaC2 + 2CO.
6.Однако наиболее характерные реакции для углерода со сложными веществами – реакции восстановления, применимые в металлургии для получения металлов из их руд:
2C + SiO2 (1300° С, вак.) ® Si + 2CO,
C + FeO (>1000° C)® Fe + CO,
C + 2CuO (1200° C)® 2Cu + CO2,
C + H2O (800-1000° C)« CO + H2,
2C + Na2SO4 (600° C)® Na2S + 2CO2,
2C + Na2CO3 (900-1000° C)® 2Na + 3CO,
C + CO2 (>1000° C)« 2CO.
Концентрированные серная и азотная кислоты при нагревании окисляют углерод до углекислого газа:
C + 2 H2SO4 (t )® CO2 + 2 SO2 + H2O,
C + 4HNO3 (t )® 3CO2 + 4NO2 + 2H2O.
7.Порох сгорает по реакции:
2KNO3 + S + 3C ® K2S + N2 + 3CO2.
8.Углерод взаимодействует с раствором дихромата калия в концентрированной серной кислоте:
3C + 8H2SO4 + 2K2Cr2O7 ® 3CO2 + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 8H2O.