Курсовая работа «Химия биогенных элементов»

УГЛЕРОД. Природный углерод имеет 2 стабильных изотопа: ¹²С₆ - 98,9%, ¹³С₆ - 1,1%. Известны и радиоактивные изотопы. В литосфере углерода - 0,35%. В свободном состоянии углерод образует месторождения графита, алмазов. Много углерода имеется в составе углей, нефти, природного газа, минералов - известняка (CaCO₃), магнезита (MgCO₃), малахита - (CuOH)₂CO₃. В воздухе углерод присутствует в виде СО₂.
Химические свойства:
Химические свойства углерода обычно рассматриваются на примере графита или углей, поскольку алмаз химически неактивен. Углерод малоактивное вещество и в реакции вступает при нагревании или поджигании, что связано с затратами энергии для разрушения кристаллической решетки.
1. Взаимодействие с водородом происходит при высокой температуре и
наличии катализатора (Ni):
C + 2H₂ = CH₄
2. Взаимодействие с кислородом. При сгорании углей образуется
диоксид углерода (СО₂). Реакция экзотермична (∆H = -395 кДж/моль), хотя и требует инициации (поджигания). Если не хватает кислорода то часть несгоревшего угля взаимодействует с диоксидом углерода, образуя монооксид углерода. Для предотвращения образования токсического угарного газа, сжигание угля нужно вести в избытке кислорода:
C + O₂ = CO₂; С + СО₂ = 2СО (угарный газ)
3. Углерод непосредственно взаимодействует только с фтором. Соединения с хлором, бромом, йодом получают косвенным путем:
С + 2F₂ = CF₄
4. Углерод при нагревании соединяется с серой и азотом:
C + 2S = CS₂ (сероуглерод) (реакция идёт при нагревании)
Сероуглерод является хорошим растворителем жиров, смол, лаков.
5. При высокой температуре углерод образует с металлами карбиды:
2C + Ca = CaC₂
В карбидах углерод может иметь степени окисления, не отвечающие обычным представлениям.
6. При нагревании углерод окисляется азотной и конц. серной кислотами, хотя на холоду устойчив к действию этих и других кислот.
Применение углерода:
1. Сажу используют как наполнитель при производстве резины и как типографскую краску.
2. Соединения углерода - каменный уголь, природный газ, нефть - топливо.
3. Восстановитель в металлургии.
4. Адсорбент.
АЗОТ. Изотопы: ¹⁴N₇ - 99,6%, ¹⁵N₇ - 0,4%. Азот самый распространенный газ атмосферы (78 об. %). В земной коре азота мало и большая часть содержится в виде органических соединений, из минералов известны селитры.
Физические свойства азота:
Газ без цвета и запаха, плохо растворим в воде (до 1.5%). Молекула азота (N₂) необычайно прочна. Для разрыва связей требуются большие затраты энергии - ∆H = -946 кДж/моль. Поэтому молекулярный азот малоактивное вещество, подобное инертным газам. Он не взаимодействует с водой, галогенами, серой, углеродом, фосфором, щелочами, азотной, соляной и серной кислотой. Азот применяется для получения аммиака и создания инертной среды.
Химические свойства азота:
1. Взаимодействие с водородом;
2. Образование нитридов;
3. Взаимодействие с кислородом происходит при очень высокой
температуре;
4. При нагревании азота с карбидом кальция или коксом образуется цианамид кальция или дициан:
СаС₂ + N₂ = C + CaCN₂ (цианамид Ca); 2С + N2 = (CN)₂ (дициан)
Азотные удобрения:
1. Минеральные: твердые - селитры (нитраты натрия, калия, аммония), мочевина (СО(NH₂)₂), жидкие - аммиачная вода, жидкий аммиак.
2. Органические: навоз, компост, птичий помет.
3. Зеленые: растения, содержащие клубеньковые бактерии (бобовые) накапливают в почве азот.
ФОСФОР: Единственный стабильный изотоп - ¹⁵P . Существуют искусственные радиoактивные изотопы. На внешнем уровне атом фосфора имеет 5 электронов - 3s²3p³, из которых три электрона не спарены. Типичные степени окисления +3, +5 и -3, реже +1. Важнейшие минералы - фосфорит - Ca₃(PO₄)₂, апатит - 3Ca₃(PO₄)₂.