Најважније из лекције
Положај и својства: Угљеник (\( Z=6 \), 2. периода, 14. група) са 4 валентна електрона гради једноструке/вишеструке везе и ланце.
Алотропске модификације: Графит (слојевит, мек, проводи струју), Дијамант (тетраедарски, најтврђи природни материјал, изолатор), Фулерени (\( \text{C}_{60} \)), Аморфни угљеник (активни угаљ, чађ, кокс).
Оксиди: \( \text{CO} \) – гас без боје и мириса, врло отрован, неутралан оксид (настаје непотпуним сагоревањем).
\( \text{CO}_2 \) – гас тежи од ваздуха, не гори и не подржава горење, анхидрид угљене киселине \( \text{H}_2\text{CO}_3 \).
Доказивање: Увођењем \( \text{CO}_2 \) у бистру кречну воду \( \text{Ca(OH)}_2 \) настаје замућење због таложења белог \( \text{CaCO}_3 \).
Алотропске модификације: Графит (слојевит, мек, проводи струју), Дијамант (тетраедарски, најтврђи природни материјал, изолатор), Фулерени (\( \text{C}_{60} \)), Аморфни угљеник (активни угаљ, чађ, кокс).
Оксиди: \( \text{CO} \) – гас без боје и мириса, врло отрован, неутралан оксид (настаје непотпуним сагоревањем).
\( \text{CO}_2 \) – гас тежи од ваздуха, не гори и не подржава горење, анхидрид угљене киселине \( \text{H}_2\text{CO}_3 \).
Доказивање: Увођењем \( \text{CO}_2 \) у бистру кречну воду \( \text{Ca(OH)}_2 \) настаје замућење због таложења белог \( \text{CaCO}_3 \).
Симбол: \( \text{C} \), атомски број: \( Z = 6 \), електронска конфигурација: \( \text{K}(2), \text{L}(4) \)
Угљеник се налази у 2. периоди и 14. групи Периодног система елемената.
Јединственост атома угљеника: Са 4 валентна електрона, атоми угљеника могу градити једноструке, двоструке и троструке ковалентне везе, као и дугачке отворене или затворене, разгранате и неразгранате ланце. Због тога постоји више десетина милиона органских једињења угљеника.
Неорганска једињења угљеника обухватају елементарни угљеник, оксиде угљеника (\( \text{CO} \) и \( \text{CO}_2 \)), угљену киселину (\( \text{H}_2\text{CO}_3 \)) и њене соли (карбонате).
Угљеник се у природи јавља у облику више алотропских модификација и аморфних облика:
| Облик угљеника | Структура и својства | Примена |
|---|---|---|
| Графит | Крта супстанца тамносиве боје са слојевитом кристалном структуром. Једини је неметал који проводи електричну струју. Због слабих веза међу слојевима, слојеви лако клизе и остављају траг на папиру. | Графитне оловке (са глином), електроде, посуде за топљење метала. |
| Дијамант | Безбојна супстанца правилног кристалног решеткастог распореда. Најтврђа позната природна супстанца, јако прелама светлост, не проводи електричну струју. | Брушење и сечење тврдих материјала и стакла, накит (брилијанти), стоматолошки инструменти. |
| Фулерени | Синтетизовани молекули у облику шупљих лопти (нпр. \( \text{C}_{60} \) у облику фудбалске лопте). | Нанотехнологија и савремени материјали. |
| Аморфни угљеник | Нема кристалну структуру (активни угаљ, чађ, кокс, природни угљеви). | Горива, филтери, металургија, производња гума и боја. |
Угљеник(II)-оксид (\( \text{CO} \), угљен-моноксид):
\[ 2\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO} \]
Једначина непотпуног сагоревања угљеника
\( \text{CO} \) је гас без боје, мириса и укуса. Не раствара се у води и не реагује са њом (неутрални оксид). Изузетно је отрован за људе (везује се за хемоглобин). Користи се као индустријско гориво и редукционо средство у металургији.
Угљеник(IV)-оксид (\( \text{CO}_2 \), угљен-диоксид):
\[ \text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 \]
Једначина потпуног сагоревања угљеника
\[ 2\text{CO} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO}_2 \]
Једначина сагоревања угљеник(II)-оксида
\( \text{CO}_2 \) је гас без боје и мириса, тежи од ваздуха, не гори и не подржава горење. Настаје дисањем живих бића и сагоревањем фосилних горива, а троши се у фотосинтези. Користи се за гашење пожара, производњу газираних пића и конзервирање хране.
\( \text{CO}_2 \) је кисели оксид (анхидрид угљене киселине). Реакцијом са водом даје нестабилну угљену киселину.
\[ \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{H}_2\text{CO}_3 \]
Грађење угљене (карбонатне) киселине
Увођењем гасовитог \( \text{CO}_2 \) у бистру кречну воду (раствор калцијум-хидроксида, \( \text{Ca(OH)}_2 \)), раствор се мути услед стварања белог, слабо растворног талога калцијум-карбоната (\( \text{CaCO}_3 \)):
\[ \text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O} \]
Реакција доказивања угљеник(IV)-оксида у издахнутом ваздуху или гасним смешама
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Која алотропска модификација угљеника проводи електричну струју и зашто графит оставља траг при писању по папиру?
Графит је једина алотропска модификација угљеника (и једини неметал) која проводи електричну струју. Оставља траг на папиру зато што има слојевиту кристалну структуру у којој су везе између слојева веома слабе, па слојеви лако клизе један преко другог и љуште се при притиску.
Задатак 2 (средњи): На основу физичких и хемијских особина угљеник(IV)-оксида, објасни:
а) Зашто балон напуњен са \( \text{CO}_2 \) пада на под?
б) Зашто се пламен свеће гаси када се преко ње сипа \( \text{CO}_2 \)?
а) Зашто балон напуњен са \( \text{CO}_2 \) пада на под?
б) Зашто се пламен свеће гаси када се преко ње сипа \( \text{CO}_2 \)?
а) Балон пада на под јер је \( \text{CO}_2 \) гас веће густине (тежи) од ваздуха.
б) Пламен се гаси јер \( \text{CO}_2 \) не гори и не подржава горење, па истискује кисеоник неопходан за процес горења.
б) Пламен се гаси јер \( \text{CO}_2 \) не гори и не подржава горење, па истискује кисеоник неопходан за процес горења.
Задатак 3 (средњи): Напиши хемијске једначине за следеће промене:
а) Непотпуно сагоревање угљеника
б) Реакција настајања угљене киселине растварањем одговарајућег оксида у води
в) Реакција угљеник(IV)-оксида са кречном водом
а) Непотпуно сагоревање угљеника
б) Реакција настајања угљене киселине растварањем одговарајућег оксида у води
в) Реакција угљеник(IV)-оксида са кречном водом
а) \( 2\text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow 2\text{CO} \)
б) \( \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{H}_2\text{CO}_3 \)
в) \( \text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O} \)
б) \( \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{H}_2\text{CO}_3 \)
в) \( \text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O} \)
Задатак 4 (тежак): Израчунај масу угљеник(IV)-оксида која настаје потпуним сагоревањем \( 120\text{ g} \) угља у коме је масени удео угљеника \( 80\% \). Резултат заокружи на цео број.
Подаци: \( M(\text{C}) = 12\text{ g/mol} \), \( M(\text{CO}_2) = 44\text{ g/mol} \).
Подаци: \( M(\text{C}) = 12\text{ g/mol} \), \( M(\text{CO}_2) = 44\text{ g/mol} \).
1. Корак: Израчунавање масе чистог угљеника у угљу:
\[ m(\text{C}) = 120\text{ g} \cdot 0{,}80 = 96\text{ g} \]
2. Корак: Постављање једначине реакције и стехиометријског односа:
\[ \text{C} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 \]
\[ 12\text{ g (C)} : 44\text{ g (CO}_2\text{)} = 96\text{ g (C)} : m(\text{CO}_2) \]
3. Корак: Израчунавање непознате масе:
\[ m(\text{CO}_2) = \frac{96\text{ g} \cdot 44\text{ g}}{12\text{ g}} = 8 \cdot 44\text{ g} = 352\text{ g} \]
Одговор: Потпуним сагоревањем настаје \( 352\text{ g} \) угљеник(IV)-оксида.
