Kimyo · Elementlar kimyosi · 9-sinf

Uglerod va uning birikmalari

Olmos ham, grafit ham — uglerod; is gazi esa nega shunchalik xavfli?

Vaziyat

Olmos uzukdagi eng qattiq tosh, qalamdagi grafit esa qog‘ozda iz qoldiradigan darajada yumshoq — holbuki ikkalasi ham faqat ugleroddan iborat. Qishda ko‘p uylarda sandal va ko‘mir pechkasi yoqiladi; har yili kimdir is gazidan zaharlanadi, vaholanki bu gaz rangsiz va hidsiz. Gazlangan suvdagi pufakchalar, g‘orlardagi stalaktitlar va choynakdagi quyqa ham uglerod birikmalari. Bitta element qanday qilib shunchalik turli moddalar hosil qiladi va is gazidan qanday saqlanish kerak?

Mavzu

Uglerod va uning birikmalari. Olmos, grafit va faollashtirilgan ko‘mir; sandal va pechkadagi is gazi xavfi; gazlangan suv va g‘orlardagi stalaktit

Asosiy tushunchalar

Allotropiya va adsorbsiya
CO va CO₂
Karbonat va gidrokarbonatlar

Formulalar

C + O_{2} \overset{}{\to} CO_{2} 2 C + O_{2} \overset{}{\to} 2 CO

To‘liq yonish — CO₂; kislorod yetishmasa — is gazi CO. Qizigan ko‘mir qatlamida: $C + CO_{2} \overset{}{\to} 2 CO$ .

\frac{[COHb]}{[O_{2} H b]} = M \frac{p (CO)}{p (O_{2})}, M \approx 218

Xoldeyn tenglamasi: gemoglobin CO ni kisloroddan taxminan 200–250 marta kuchliroq bog‘laydi.

CaCO_{3} + 2 HCl \overset{}{\to} CaCl_{2} + H_{2} O + CO_{2} ↑

Laboratoriyada CO₂ olish (1-amaliy ish): marmar + xlorid kislota.

Ca (OH)_{2} + CO_{2} \overset{}{\to} CaCO_{3} ↓ + H_{2} O CaCO_{3} + CO_{2} + H_{2} O \overset{}{\to} Ca (HCO_{3})_{2}

Ohak suvi sinovi: avval loyqalanadi; CO₂ ortiqcha bo‘lsa, cho‘kma eriydi.

2 NaHCO_{3} \overset{}{\to} Na_{2} CO_{3} + H_{2} O + CO_{2} ↑

Gidrokarbonat qizdirilganda parchalanadi; karbonat ioniga sifat reaksiya: $CO_{3}^{2 -} + 2 H^{+} \overset{}{\to} H_{2} O + CO_{2} ↑$ .

Nazariya

Uglerod guruhi va uglerodning kimyoviy xossalari

IV A guruh: uglerod, kremniy, germaniy, qalay, qo‘rg‘oshin. Tashqi qavatida 4 ta elektron ( $n s^{2} n p^{2}$ ), oksidlanish darajalari −4 dan +4 gacha. Guruhda yuqoridan pastga atom radiusi ortadi, metallmaslik xossasi kamayadi: C va Si — metallmaslar, Ge — yarimo‘tkazgich, Sn va Pb — metallar; vodorodli birikmalar ( $EH_{4}$ ) barqarorligi kamayadi. Uglerod tabiatda erkin holda (olmos, grafit), toshko‘mir, neft, gaz, karbonatlar (ohaktosh, marmar, bo‘r) va havodagi CO₂ (≈ 0,04 %) tarkibida uchraydi; O‘zbekistondagi eng yirik ko‘mir koni — Angren qo‘ng‘ir ko‘mir koni, ochiq usulda qaziladi. Uglerod — qaytaruvchi: $C + O_{2} \overset{}{\to} CO_{2}$ , $C + 2 CuO \overset{}{\to} 2 Cu + CO_{2}$ ; kislorod yetishmaganda $2 C + O_{2} \overset{}{\to} 2 CO$ . Yuqori haroratda metallar bilan karbidlar ( $4 Al + 3 C \overset{}{\to} Al_{4} C_{3}$ ), vodorod bilan metan ( $C + 2 H_{2} \overset{}{\to} CH_{4}$ ) hosil qiladi.

Allotropiya va adsorbsiya

Allotropiya — bitta element bir nechta oddiy modda hosil qilishi. Olmosda har bir uglerod atomi 4 ta qo‘shnisi bilan tetraedr bo‘ylab bog‘langan (sp³, C–C 154 pm) — uch o‘lchamli mustahkam to‘r: eng qattiq tabiiy modda (Moos shkalasi bo‘yicha 10), zichligi 3,51 g/sm³, tok o‘tkazmaydi. Grafitda atomlar yassi oltiburchakli qatlamlar hosil qiladi (sp², C–C 142 pm), qatlamlar orasi 335 pm va ularni kuchsiz kuchlar ushlaydi — qatlamlar oson siljiydi, qalam iz qoldiradi; har bir atomning to‘rtinchi elektroni qatlam bo‘ylab erkin harakatlanadi — grafit tok o‘tkazadi, zichligi ≈ 2,26 g/sm³. Fulleren C₆₀ — 12 ta beshburchak va 20 ta oltiburchakdan iborat «futbol to‘pi» molekulasi (1985). Grafen — bir atom qalinlikdagi grafit qatlami. Ko‘mir, qurum, koks — mayda kristalli grafitga yaqin «amorf» uglerod. Faollashtirilgan ko‘mir juda g‘ovak: 1 g ining ichki sirti odatda 500–1500 m² — u gaz va bo‘yoq molekulalarini sirtiga yutadi (adsorbsiya): suv filtrlari, protivogaz, zaharlanishda ichiladigan dorilar.

Is gazi CO: hosil bo‘lishi va xavfi

Uglerod(II) oksid — rangsiz, hidsiz, suvda kam eriydigan, havodan biroz yengil gaz (n.sh. da ρ = 1,25 g/l), tuz hosil qilmaydigan oksid. U yoqilg‘i chala yonganda hosil bo‘ladi: sandalda cho‘g‘ ko‘rpa ostida kislorod yetishmasdan yonadi, pechka mo‘risi cho‘g‘ so‘nmasdan yopilsa, qizigan ko‘mir qatlamida $C + CO_{2} \overset{}{\to} 2 CO$ boradi. CO ko‘k alanga bilan yonadi ( $2 CO + O_{2} \overset{}{\to} 2 CO_{2}$ ) va metallurgiyada qaytaruvchi: $Fe_{2} O_{3} + 3 CO \overset{}{\to} 2 Fe + 3 CO_{2}$ . Zaharliligi: CO qondagi gemoglobin bilan kisloroddan taxminan 200–250 marta mustahkam bog‘lanadi (Xoldeyn tenglamasi, $M \approx 218$ ) — karboksigemoglobin COHb hosil bo‘lib, qon kislorod tashiy olmaydi. Havoda atigi 100 ppm (0,01 %) CO bo‘lsa, uzoq nafas olganda COHb ≈ 15 % ga yetadi. 10–20 % da bosh og‘riydi, 30–40 % da odam hushini yo‘qotishi mumkin, 50–60 % dan yuqorisi hayot uchun xavfli. Birinchi yordam: zudlik bilan toza havoga chiqarish, tez yordam (103) chaqirish; toza havoda COHb ning yarmi taxminan 4–5 soatda, toza kislorodda ≈ 1–1,5 soatda chiqib ketadi. Saqlanish: yopiq xonada sandal yoki manqal bilan uxlamang, cho‘g‘ to‘liq so‘nmaguncha mo‘rini yopmang, xonani shamollating, CO datchigi o‘rnating.

CO₂ va karbonat kislota (1-amaliy ish)

Uglerod(IV) oksid laboratoriyada marmar va xlorid kislotadan olinadi: $CaCO_{3} + 2 HCl \overset{}{\to} CaCl_{2} + H_{2} O + CO_{2} ↑$ . U havodan 1,5 marta og‘ir (n.sh. da 1,98 g/l, havo 1,29 g/l), shuning uchun idishga og‘zini yuqoriga qaratib, havoni siqib chiqarib yig‘iladi va stakanning tubidan to‘ladi — pastdagi sham birinchi o‘chadi. CO₂ yonishga yordam bermaydi (o‘t o‘chirgichlar), rangsiz va hidsiz. Aniqlash: yonib turgan cho‘p o‘chadi; ohak suvi loyqalanadi: $Ca (OH)_{2} + CO_{2} \overset{}{\to} CaCO_{3} ↓ + H_{2} O$ . 20 °C da 1 l suvda ≈ 1,7 g CO₂ eriydi; eritma kuchsiz nordon — lakmus qizaradi (pH ≈ 4): $CO_{2} + H_{2} O \overset{}{⇌} H_{2} CO_{3}$ , $H_{2} CO_{3} \overset{}{⇌} H^{+} + HCO_{3}^{-}$ . Karbonat kislota beqaror va kuchsiz, faqat eritmada mavjud; gazlangan suv ochilganda CO₂ uchib chiqadi. Qattiq CO₂ — «quruq muz» — normal bosimda −78,5 °C da suyuqlanmasdan bug‘lanadi. Tabiatda o‘simliklar fotosintezda CO₂ yutadi: $6 CO_{2} + 6 H_{2} O \overset{}{\to} C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2}$ ; nafas olish va yonish uni qaytaradi — uglerodning aylanishi. Xavfsizlik: kislota bilan himoya ko‘zoynagida ishlang; yonib turgan sham yonida sochni yig‘ing.

Karbonatlar va gidrokarbonatlar (1-laboratoriya ishi)

Karbonat kislota ikki xil tuz beradi: karbonatlar (CaCO₃, Na₂CO₃) va gidrokarbonatlar (Ca(HCO₃)₂, NaHCO₃). Ishqoriy metallar va ammoniy karbonatlari hamda gidrokarbonatlar suvda eriydi, boshqa karbonatlar (CaCO₃, MgCO₃, BaCO₃) amalda erimaydi. Ular bir-biriga aylanadi: $CaCO_{3} + CO_{2} + H_{2} O \overset{}{\to} Ca (HCO_{3})_{2}$ — CO₂ li yer osti suvlari ohaktoshni eritadi; qizdirilganda yoki bosim pasayganda teskari reaksiya boradi: $Ca (HCO_{3})_{2} \overset{}{\to} CaCO_{3} ↓ + CO_{2} ↑ + H_{2} O$ — g‘orlardagi stalaktit va stalagmitlar, choynakdagi quyqa shunday hosil bo‘ladi. Ichimlik sodasi qizdirilganda parchalanadi: $2 NaHCO_{3} \overset{}{\to} Na_{2} CO_{3} + H_{2} O + CO_{2} ↑$ (xamir ko‘pchishi), kalsinatsiyalangan soda Na₂CO₃ esa barqaror (851 °C da suyuqlanadi). Karbonat ioniga sifat reaksiya: kislota ta’sirida CO₂ ajraladi va u ohak suvini loyqalantiradi: $CO_{3}^{2 -} + 2 H^{+} \overset{}{\to} H_{2} O + CO_{2} ↑$ . Xlorid va sulfatlar bunday «vishillamaydi».

Xavfsizlik va model

Xavfsizlik: spirt lampani gugurt bilan yoqing va qalpoq bilan o‘chiring; qizdirilayotgan probirka og‘zini o‘zingizga va boshqalarga qaratmang; gaz o‘tkazgich naychani ohak suvidan avval chiqarib, so‘ng qizdirishni to‘xtating (aks holda suyuqlik qaynoq probirkaga so‘riladi). Xlorid kislota bilan ko‘zoynakda ishlang. Model: xonadagi CO bir jinsli aralashgan deb olingan (bitta «quti» modeli); isitgichlardan chiqadigan CO miqdori (sandal ≈ 8 g/soat, mo‘ri erta yopilgan pechka ≈ 25 g/soat) — taxminiy model qiymatlari, real holat yoqilg‘i, xona va shamollatishga juda bog‘liq; COHb Xoldeyn muvozanatiga yarim davri ≈ 4 soat bilan yaqinlashadi (tinch holat). Xonada vaqt tezlashtirilgan: 1 s ≈ 10 min. Nuqtalar — CO ning sxematik tasviri: haqiqiy gaz ko‘rinmaydi. Stakandagi CO₂ havo bilan aralashmay qatlam bo‘lib yig‘iladi deb olingan; ohak suvi va lakmusli suv CO₂ ni to‘liq yutadi (lakmusli suv — to‘yinguncha), qizdirilgan sodadan chiqqan gazning ≈ 10 % i ohak suvida yutiladi. Panjara modellari real masofalarda, ≈ 10⁸ marta kattalashtirilgan.

Bilasizmi?

C₆₀ fullerenini 1985-yilda Garri Kroto, Robert Kerl va Richard Smolli kashf etishgan (1996-yil Nobel mukofoti); uning molekulasi futbol to‘piga o‘xshaydi — 12 ta beshburchak va 20 ta oltiburchak.
Grafenni — grafitning bir atom qalinlikdagi qatlamini — 2004-yilda Andrey Geym va Konstantin Novoselov oddiy yopishqoq lenta yordamida ajratib olishgan; ular 2010-yilda fizika bo‘yicha Nobel mukofotiga sazovor bo‘lishgan.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Xlor va xlorid kislota — 8-sinf
Kislorod guruhi va oltingugurt — 8-sinf
Sulfat kislota va kontakt usuli — 8-sinf
Azot, ammiak va nitrat kislota — 8-sinf
Fosfor va mineral o‘g‘itlar — 8-sinf
Kremniy va silikatlar — 9-sinf
Cho‘yan va po‘lat olish — 9-sinf
Metallar va qotishmalar — 9-sinf
Ishqoriy metallar va soda — 9-sinf
Alyuminiy va uning birikmalari — 9-sinf