Введение

Углерод (C) — неметалл IV группы Периодической системы, один из важнейших элементов на Земле. Он является основой органической химии, биомолекул, топлива и материалов. Соединения углерода встречаются повсюду: в атмосфере (CO₂), в воде, почве, живых организмах, горных породах.

Изучение углерода позволяет:

• понять физические и химические свойства неметаллов;
• изучить аллотропные формы углерода;
• освоить кислородосодержащие соединения и реакции с водородом, галогенами и металлами;
• рассчитать массовые соотношения веществ;
• изучить промышленное применение углерода и его соединений.

---

1. Общие сведения об углероде

1.1 Положение в Периодической системе

• Группа: IV (14)
• Период: 2
• Символ: C
• Атомный номер: 6
• Электронная конфигурация: 1s²2s²2p²
• Углерод образует прочные ковалентные связи и способен к аллотропии.

---

1.2 Аллотропные формы углерода

• Аллотропные формы отличаются строением кристаллической решётки, химической активностью и физическими свойствами.

---

2. Физические свойства углерода

---

3. Химические свойства углерода

3.1 Взаимодействие с кислородом

• Углерод горит с образованием CO₂:

​

• При недостатке кислорода образуется CO:

3.2 Взаимодействие с водородом

• При высокой температуре образуются углеводороды:

​

• В лаборатории и промышленности образуются метан, этан и другие алканы.

3.3 Взаимодействие с галогенами

• При нагревании:

​

• Галогениды углерода применяются в органическом синтезе.

3.4 Реакции с металлами

• Образование карбидов:

​

• CaC₂ реагирует с водой, образуя ацетилен:

​

3.5 Реакции разложения

• При пиролизе органических веществ образуются углерод и газообразные продукты:

​

---

4. Получение углерода

4.1 Лабораторные методы

• Сжигание органических веществ без доступа воздуха → сажа:

• Разложение карбонатов:

• CO₂ можно восстановить углеродом до CO:

4.2 Промышленные методы

• Пиролиз древесины → древесный уголь
• Коксование каменного угля → кокс
• Производство графита и фуллеренов в лаборатории и промышленности

---

5. Соединения углерода

5.1 Карбиды

5.2 Оксиды углерода

5.3 Кислоты и соли

• Углекислота:

​

• Карбонаты и гидрокарбонаты: Na₂CO₃, CaCO₃, KHCO₃

5.4 Органические соединения

• Углерод — основа органической химии: алканы, алкены, алкины, спирты, карбоновые кислоты, эфиры и т. д.
• Применяются в качестве топлива, сырья для полимеров, лекарств, пищевых добавок.

---

6. Применение углерода и его соединений

---

7. Решение типовых задач

Пример 1: Получение CO₂ из CaCO₃

Задача: Сколько CO₂ выделится при нагревании 100 г CaCO₃?

• Молярная масса CaCO₃ = 100 г/моль
• 100 г = 1 моль → 44 г CO₂

---

Пример 2: Производство ацетилена

Задача: Сколько C₂H₂ выделится при реакции 52 г CaC₂ с водой?

​

• Молярная масса CaC₂ = 64 г/моль
• 52 г → 0,8125 моль → 0,8125 моль C₂H₂
• Молярная масса C₂H₂ = 26 г/моль
• Масса C₂H₂ = 0,8125 × 26 ≈ 21,1 г

---

Вопросы для самопроверки

Теоретические

1. Какие аллотропные формы углерода вы знаете?

2. Чем отличаются графит и алмаз по строению и свойствам?

3. Перечислите основные соединения углерода с кислородом.

4. Какие реакции характерны для карбидов?

5. Почему углерод — основа органической химии?

Практические

1. Напишите уравнение горения углерода в кислороде.
2. Рассчитайте массу CO₂, образующуюся из 100 г CaCO₃.
3. Составьте уравнение реакции CaC₂ с водой.
4. Определите продукты разложения Na₂CO₃ при нагревании.
5. Напишите реакцию получения H₂CO₃ из CO₂.