Senyawa kimia apa yang mengandung karbon? Sifat fisik dan kimia karbon

Institusi pendidikan kota "Sekolah menengah Nikiforovsky No. 1"

Karbon dan senyawa anorganik utamanya

Abstrak

Diselesaikan oleh: siswa kelas 9B

Sidorov Alexander

Guru: Sakharova L.N.

Dmitrievka 2009

Perkenalan

Bab I. Semua tentang karbon

1.1. Karbon di alam

1.2. Modifikasi karbon alotropik

1.3. Sifat kimia karbon

1.4. Penerapan karbon

Bab II. Senyawa karbon anorganik

Kesimpulan

Literatur

Perkenalan

Karbon (lat. Carboneum) C adalah unsur kimia golongan IV sistem periodik Mendeleev: nomor atom 6, massa atom 12.011(1). Mari kita perhatikan struktur atom karbon. Tingkat energi terluar atom karbon mengandung empat elektron. Mari kita gambarkan secara grafis:

Karbon telah dikenal sejak zaman dahulu, dan belum diketahui nama penemu unsur ini.

Pada akhir abad ke-17. Ilmuwan Florentine Averani dan Tardgioni mencoba menggabungkan beberapa berlian kecil menjadi satu berlian besar dan memanaskannya dengan kaca yang terbakar menggunakan sinar matahari. Berliannya menghilang, terbakar di udara. Pada tahun 1772, ahli kimia Perancis A. Lavoisier menunjukkan bahwa ketika berlian dibakar, CO 2 terbentuk. Baru pada tahun 1797 ilmuwan Inggris S. Tennant membuktikan identitas sifat grafit dan batubara. Setelah pembakaran batu bara dan intan dalam jumlah yang sama, volume karbon monoksida (IV) ternyata sama.

Keanekaragaman senyawa karbon, yang dijelaskan oleh kemampuan atom-atomnya untuk bergabung satu sama lain dan atom-atom unsur lain dengan berbagai cara, menentukan kedudukan khusus karbon di antara unsur-unsur lainnya.

Bab SAYA . Semua tentang karbon

1.1. Karbon di alam

Karbon terdapat di alam, baik dalam keadaan bebas maupun dalam bentuk senyawa.

Karbon bebas terjadi dalam bentuk intan, grafit, dan karbina.

Berlian sangat langka. Berlian terbesar yang diketahui, Cullinan, ditemukan pada tahun 1905 di Afrika Selatan, memiliki berat 621,2 g dan berukuran 10x6,5x5 cm. Diamond Fund di Moskow menampung salah satu berlian terbesar dan terindah di dunia – “Orlov” (37,92 g) .

Berlian mendapatkan namanya dari bahasa Yunani. "adamas" - tak terkalahkan, tidak bisa dihancurkan. Deposit berlian paling signifikan terletak di Afrika Selatan, Brasil, dan Yakutia.

Deposit besar grafit berlokasi di Jerman, Sri Lanka, Siberia, dan Altai.

Mineral utama yang mengandung karbon adalah: magnesit MgCO 3, kalsit (kapur, batu kapur, marmer, kapur) CaCO 3, dolomit CaMg(CO 3) 2, dll.

Semua bahan bakar fosil - minyak, gas, gambut, batu bara dan batu bara coklat, serpih - dibuat berdasarkan karbon. Beberapa batubara fosil, yang mengandung hingga 99% C, memiliki komposisi yang mirip dengan karbon.

Karbon menyumbang 0,1% dari kerak bumi.

Dalam bentuk karbon monoksida (IV) CO 2, karbon masuk ke atmosfer. Sejumlah besar CO 2 terlarut dalam hidrosfer.

1.2. Modifikasi karbon alotropik

Karbon dasar membentuk tiga modifikasi alotropik: intan, grafit, karabin.

1. Intan adalah zat kristal transparan tidak berwarna yang membiaskan sinar cahaya dengan sangat kuat. Atom karbon dalam intan berada dalam keadaan hibridisasi sp3. Dalam keadaan tereksitasi, elektron valensi pada atom karbon berpasangan dan terbentuk empat elektron tidak berpasangan. Ketika ikatan kimia terbentuk, awan elektron memperoleh bentuk memanjang yang sama dan terletak di ruang angkasa sehingga sumbunya diarahkan ke simpul tetrahedron. Ketika puncak awan ini tumpang tindih dengan awan atom karbon lainnya, ikatan kovalen muncul pada sudut 109°28", dan kisi kristal atom terbentuk, karakteristik berlian.

Setiap atom karbon dalam berlian dikelilingi oleh empat atom karbon lainnya, yang terletak dari pusat tetrahedron ke simpul. Jarak antar atom pada tetrahedra adalah 0,154 nm. Kekuatan semua koneksi adalah sama. Dengan demikian, atom-atom dalam berlian “dikemas” dengan sangat rapat. Pada suhu 20°C, massa jenis intan adalah 3,515 g/cm 3 . Hal ini menjelaskan kekerasannya yang luar biasa. Berlian adalah konduktor listrik yang buruk.

Pada tahun 1961, Uni Soviet memulai produksi industri berlian sintetis dari grafit.

Sintesis industri berlian menggunakan tekanan ribuan MPa dan suhu dari 1500 hingga 3000°C. Proses tersebut dilakukan dengan adanya katalis, yang dapat berupa beberapa logam, misalnya Ni. Sebagian besar berlian yang terbentuk adalah kristal kecil dan debu berlian.

Ketika dipanaskan tanpa akses udara di atas 1000°C, berlian berubah menjadi grafit. Pada suhu 1750°C, transformasi intan menjadi grafit terjadi dengan cepat.

Struktur berlian

2. Grafit adalah zat kristal berwarna abu-abu kehitaman dengan kilau metalik, berminyak saat disentuh, dan kekerasannya lebih rendah bahkan dibandingkan kertas.

Atom karbon dalam kristal grafit berada dalam keadaan hibridisasi sp 2: masing-masing membentuk tiga ikatan kovalen dengan atom tetangga. Sudut antara arah ikatan adalah 120°. Hasilnya adalah kotak yang terdiri dari segi enam beraturan. Jarak antara inti atom karbon yang berdekatan di dalam lapisan adalah 0,142 nm. Elektron keempat di lapisan terluar setiap atom karbon dalam grafit menempati orbital p yang tidak ikut serta dalam hibridisasi.

Awan elektron non-hibrid dari atom karbon berorientasi tegak lurus terhadap bidang lapisan, dan saling tumpang tindih, membentuk ikatan terdelokalisasi. Lapisan-lapisan yang berdekatan dalam kristal grafit terletak pada jarak 0,335 nm satu sama lain dan terhubung secara lemah satu sama lain, terutama oleh gaya van der Waals. Oleh karena itu, grafit memiliki kekuatan mekanik yang rendah dan mudah terpecah menjadi serpihan, yang sangat kuat. Ikatan antar lapisan atom karbon pada grafit sebagian bersifat logam. Hal ini menjelaskan fakta bahwa grafit menghantarkan listrik dengan baik, tetapi tidak sebaik logam.

Struktur grafit

Sifat fisik grafit sangat bervariasi arahnya - tegak lurus dan sejajar dengan lapisan atom karbon.

Ketika dipanaskan tanpa akses udara, grafit tidak mengalami perubahan apa pun hingga 3700°C. Pada suhu tertentu, ia menyublim tanpa meleleh.

Grafit buatan dihasilkan dari batubara kualitas terbaik pada suhu 3000°C dalam tungku listrik tanpa akses udara.

Grafit stabil secara termodinamika pada rentang suhu dan tekanan yang luas, sehingga diterima sebagai keadaan standar karbon. Massa jenis grafit adalah 2,265 g/cm3.

3. Carbin adalah bubuk hitam kristal halus. Dalam struktur kristalnya, atom karbon dihubungkan melalui ikatan tunggal dan rangkap tiga secara bergantian dalam rantai linier:

−С≡С−С≡С−С≡С−

Zat ini pertama kali diperoleh oleh V.V. Korshak, A.M. Sladkov, V.I. Kasatochkin, Yu.P. Kudryavtsev di awal tahun 60an abad XX.

Selanjutnya ditunjukkan bahwa karbina dapat ada dalam berbagai bentuk dan mengandung rantai poliasetilen dan polikumulena yang atom karbonnya dihubungkan melalui ikatan rangkap:

C=C=C=C=C=C=

Belakangan, carbyne ditemukan di alam - dalam materi meteorit.

Carbyne memiliki sifat semikonduktor; bila terkena cahaya, konduktivitasnya meningkat pesat. Karena adanya berbagai jenis ikatan dan cara yang berbeda dalam meletakkan rantai atom karbon dalam kisi kristal, sifat fisik karbina dapat sangat bervariasi. Ketika dipanaskan tanpa akses ke udara di atas 2000°C, karabin stabil pada suhu sekitar 2300°C, transisinya menjadi grafit diamati.

Karbon alami terdiri dari dua isotop

Sebelumnya, diyakini bahwa arang, jelaga, dan kokas memiliki komposisi yang mirip dengan karbon murni dan berbeda sifat dari intan dan grafit, yang mewakili modifikasi karbon alotropik independen (“karbon amorf”). Namun, ditemukan bahwa zat ini terdiri dari partikel kristal kecil yang atom karbonnya terikat dengan cara yang sama seperti pada grafit.

4. Batubara – grafit yang digiling halus. Ini terbentuk selama dekomposisi termal senyawa yang mengandung karbon tanpa akses udara. Sifat-sifat batubara sangat bervariasi tergantung pada bahan pembuatnya dan metode produksinya. Mereka selalu mengandung kotoran yang mempengaruhi sifat-sifatnya. Jenis batubara yang paling penting adalah kokas, arang, dan jelaga.

Kokas diproduksi dengan memanaskan batu bara tanpa akses ke udara.

Arang terbentuk ketika kayu dipanaskan tanpa akses udara.

Jelaga adalah bubuk kristal grafit yang sangat halus. Dibentuk oleh pembakaran hidrokarbon (gas alam, asetilena, terpentin, dll) dengan akses udara terbatas.

Karbon aktif adalah adsorben industri berpori yang sebagian besar terdiri dari karbon. Adsorpsi adalah penyerapan gas dan zat terlarut oleh permukaan padatan. Karbon aktif diperoleh dari bahan bakar padat (gambut, batubara coklat dan keras, antrasit), kayu dan hasil olahannya (arang, serbuk gergaji, limbah kertas), limbah industri kulit, dan bahan hewani seperti tulang. Batubara, yang memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, dihasilkan dari tempurung kelapa dan kacang-kacangan lainnya, serta dari biji buah-buahan. Struktur batubara diwakili oleh pori-pori dengan berbagai ukuran, namun kapasitas adsorpsi dan laju adsorpsi ditentukan oleh kandungan mikropori per satuan massa atau volume butiran. Saat memproduksi karbon aktif, bahan awal pertama-tama mengalami perlakuan panas tanpa akses ke udara, akibatnya uap air dan sebagian resin dihilangkan darinya. Dalam hal ini, struktur batubara berpori besar terbentuk. Untuk mendapatkan struktur mikropori, aktivasi dilakukan melalui oksidasi dengan gas atau uap, atau dengan perlakuan dengan reagen kimia.

KARBON
DENGAN (karboneum), suatu unsur kimia non-logam dari subkelompok IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) dari sistem periodik unsur. Ditemukan di alam dalam bentuk kristal berlian (Gbr. 1), grafit atau fullerene dan bentuk lainnya dan merupakan bagian dari zat organik (batubara, minyak, organisme hewan dan tumbuhan, dll.) dan anorganik (batu kapur, soda kue, dll.). Karbon tersebar luas, namun kandungannya di kerak bumi hanya 0,19% (lihat juga DIAMOND; FULLEREN).

Karbon banyak digunakan dalam bentuk zat sederhana. Selain berlian berharga yang dijadikan perhiasan, berlian industri juga sangat penting untuk pembuatan alat gerinda dan pemotong. Arang dan bentuk karbon amorf lainnya digunakan untuk penghilangan warna, pemurnian, adsorpsi gas, dan di bidang teknologi yang memerlukan adsorben dengan permukaan yang dikembangkan. Karbida, senyawa karbon dengan logam, serta dengan boron dan silikon (misalnya, Al4C3, SiC, B4C) ditandai dengan kekerasan tinggi dan digunakan untuk pembuatan alat abrasif dan pemotong. Karbon merupakan bagian dari baja dan paduan dalam bentuk unsur dan dalam bentuk karbida. Kejenuhan permukaan coran baja dengan karbon pada suhu tinggi (sementasi) secara signifikan meningkatkan kekerasan permukaan dan ketahanan aus.
Lihat juga PADUAN. Ada banyak bentuk grafit yang berbeda di alam; beberapa diperoleh secara artifisial; Ada bentuk amorf (misalnya kokas dan arang). Jelaga, arang tulang, hitam lampu, dan hitam asetilena terbentuk ketika hidrokarbon dibakar tanpa adanya oksigen. Apa yang disebut karbon putih diperoleh dengan sublimasi grafit pirolitik di bawah tekanan rendah - ini adalah kristal transparan kecil dari daun grafit dengan tepi runcing.
Informasi sejarah. Grafit, intan, dan karbon amorf telah dikenal sejak jaman dahulu.
Telah lama diketahui bahwa grafit dapat digunakan untuk menandai bahan lain, dan nama “grafit” sendiri, yang berasal dari kata Yunani yang berarti “menulis”, diusulkan oleh A. Werner pada tahun 1789. Namun, sejarah grafit rumit; zat dengan sifat fisik eksternal serupa sering disalahartikan, seperti molibdenit (molibdenum sulfida), yang pernah dianggap grafit. Nama lain untuk grafit termasuk “timah hitam”, “besi karbida”, dan “timah perak”. Pada tahun 1779, K. Scheele menemukan bahwa grafit dapat dioksidasi dengan udara untuk membentuk karbon dioksida. Berlian pertama kali digunakan di India, dan di Brasil permata menjadi penting secara komersial pada tahun 1725; deposit di Afrika Selatan ditemukan pada tahun 1867. Pada abad ke-20. Produsen berlian utama adalah Afrika Selatan, Zaire, Botswana, Namibia, Angola, Sierra Leone, Tanzania dan Rusia. Berlian buatan, teknologi yang diciptakan pada tahun 1970, diproduksi untuk keperluan industri. Jika satuan struktur suatu zat (atom untuk unsur monoatomik atau molekul untuk unsur dan senyawa poliatomik) mampu bergabung satu sama lain dalam lebih dari satu bentuk kristal, fenomena ini disebut alotropi. Karbon memiliki tiga modifikasi alotropik - intan, grafit, dan fullerena. Pada intan, setiap atom karbon memiliki 4 tetangga yang terletak secara tetrahedral, membentuk struktur kubik (Gbr. 1a). Struktur ini sesuai dengan kovalen maksimum ikatan, dan keempat elektron dari setiap atom karbon membentuk ikatan C-C berkekuatan tinggi, yaitu. Tidak ada elektron konduksi dalam struktur. Oleh karena itu, berlian dicirikan oleh kurangnya konduktivitas, konduktivitas termal yang rendah, dan kekerasan yang tinggi; itu adalah zat yang paling sulit diketahui (Gbr. 2). Pemutusan ikatan C-C (panjang ikatan 1,54, maka jari-jari kovalen 1,54/2 = 0,77) dalam struktur tetrahedral memerlukan banyak energi, sehingga intan, selain kekerasannya yang luar biasa, ditandai dengan titik leleh yang tinggi (3550° C ).

Karbon yang terdispersi halus dalam oksigen berlebih dapat meledak jika dipanaskan atau karena percikan api. Selain oksidasi langsung, ada metode yang lebih modern untuk menghasilkan oksida. Karbon suboksida C3O2 dibentuk oleh dehidrasi asam malonat melalui P4O10:

C3O2 mempunyai bau yang tidak sedap dan mudah terhidrolisis sehingga membentuk asam malonat lagi.
Karbon monoksida (II) CO terbentuk selama oksidasi setiap modifikasi karbon dalam kondisi kekurangan oksigen. Reaksinya eksotermik, 111,6 kJ/mol dilepaskan. Kokas bereaksi dengan air pada suhu panas putih: C + H2O = CO + H2; campuran gas yang dihasilkan disebut "gas air" dan merupakan bahan bakar berbentuk gas. CO juga terbentuk selama pembakaran tidak sempurna produk minyak bumi; ditemukan dalam jumlah yang nyata di knalpot mobil; diperoleh selama disosiasi termal asam format:

Bilangan oksidasi karbon dalam CO adalah +2, dan karena karbon lebih stabil pada bilangan oksidasi +4, CO mudah dioksidasi oleh oksigen menjadi CO2: CO + O2 (r) CO2, reaksi ini sangat eksotermik (283 kJ/ mol). CO digunakan dalam industri dalam campuran dengan H2 dan gas mudah terbakar lainnya sebagai bahan bakar atau zat pereduksi gas. Ketika dipanaskan hingga 500°C, CO membentuk C dan CO2 hingga batas tertentu, tetapi pada 1000°C, kesetimbangan terbentuk pada konsentrasi CO2 yang rendah. CO bereaksi dengan klorin membentuk fosgen - COCl2, reaksi dengan halogen lain berlangsung serupa, dalam reaksi dengan sulfur diperoleh karbonil sulfida COS, dengan logam (M) CO membentuk karbonil dengan berbagai komposisi M(CO)x, yang merupakan senyawa kompleks. Karbonil besi terbentuk ketika hemoglobin darah bereaksi dengan CO, mencegah reaksi hemoglobin dengan oksigen, karena karbonil besi adalah senyawa yang lebih kuat. Akibatnya, fungsi hemoglobin sebagai pembawa oksigen ke sel terhambat, yang kemudian mati (dan sel-sel otak terutama terkena dampaknya). (Oleh karena itu nama lain untuk CO - “karbon monoksida”). Sudah 1% (vol.) CO di udara berbahaya bagi manusia jika berada di atmosfer seperti itu lebih dari 10 menit. Beberapa sifat fisik CO diberikan dalam tabel. Karbon dioksida, atau karbon monoksida (IV) CO2 terbentuk dari pembakaran unsur karbon dalam oksigen berlebih dengan pelepasan panas (395 kJ/mol). CO2 (nama sepelenya adalah “karbon dioksida”) juga terbentuk selama oksidasi lengkap CO, produk minyak bumi, bensin, minyak, dan senyawa organik lainnya. Ketika karbonat dilarutkan dalam air, CO2 juga dilepaskan sebagai hasil hidrolisis:

Reaksi ini sering digunakan dalam praktik laboratorium untuk menghasilkan CO2. Gas ini juga dapat diperoleh dengan kalsinasi logam bikarbonat:

Dalam interaksi fase gas uap super panas dengan CO:

Saat membakar hidrokarbon dan turunan oksigennya, misalnya:

Demikian pula, produk makanan dioksidasi dalam organisme hidup, melepaskan panas dan jenis energi lainnya. Dalam hal ini, oksidasi terjadi dalam kondisi ringan melalui tahap peralihan, tetapi produk akhirnya sama - CO2 dan H2O, seperti, misalnya, selama penguraian gula di bawah aksi enzim, khususnya selama fermentasi glukosa:

Produksi karbon dioksida dan oksida logam dalam skala besar dilakukan di industri melalui dekomposisi termal karbonat:

CaO digunakan dalam jumlah besar dalam teknologi produksi semen. Stabilitas termal karbonat dan konsumsi panas untuk penguraiannya menurut skema ini meningkat pada seri CaCO3 (lihat juga PENCEGAHAN KEBAKARAN DAN PERLINDUNGAN KEBAKARAN). Struktur elektronik karbon oksida. Struktur elektronik karbon monoksida apa pun dapat dijelaskan dengan tiga skema yang sama kemungkinannya dengan susunan pasangan elektron yang berbeda - tiga bentuk resonansi:

Semua karbon oksida memiliki struktur linier.
Asam karbonat. Ketika CO2 bereaksi dengan air, terbentuk asam karbonat H2CO3. Dalam larutan jenuh CO2 (0,034 mol/l), hanya beberapa molekul yang membentuk H2CO3, dan sebagian besar CO2 berada dalam keadaan terhidrasi CO2*H2O.
Karbonat. Karbonat terbentuk dari interaksi oksida logam dengan CO2, misalnya Na2O + CO2 -> NaHCO3 yang bila dipanaskan akan terurai menghasilkan CO2: 2NaHCO3 -> Na2CO3 + H2O + CO2 Natrium karbonat, atau soda, dihasilkan dalam soda industri dalam jumlah besar, terutama dengan metode Solvay:

Cara lain adalah dengan memperoleh soda dari CO2 dan NaOH

Ion karbonat CO32- mempunyai struktur datar dengan sudut O-C-O 120° dan panjang ikatan CO 1,31
(lihat juga PRODUKSI ALKALI).
Karbon halida. Karbon bereaksi langsung dengan halogen ketika dipanaskan membentuk tetrahalida, tetapi laju reaksi dan hasil produknya rendah. Oleh karena itu, karbon halida diperoleh dengan cara lain, misalnya dengan klorinasi karbon disulfida, diperoleh CCl4: CS2 + 2Cl2 -> CCl4 + 2S Tetraklorida CCl4 adalah zat yang tidak mudah terbakar, digunakan sebagai pelarut dalam proses dry cleaning, tetapi tidak disarankan untuk menggunakannya sebagai penahan api, karena pada suhu tinggi, fosgen beracun (zat beracun berbentuk gas) terbentuk. CCl4 sendiri juga beracun dan jika terhirup dalam jumlah banyak dapat menyebabkan keracunan hati. СCl4 juga dibentuk oleh reaksi fotokimia antara metana СH4 dan Сl2; dalam hal ini, pembentukan produk klorinasi metana yang tidak lengkap - CHCl3, CH2Cl2 dan CH3Cl - dimungkinkan. Reaksi terjadi serupa dengan halogen lainnya.
Reaksi grafit. Grafit, sebagai modifikasi karbon, ditandai dengan jarak yang jauh antara lapisan cincin heksagonal, mengalami reaksi yang tidak biasa, misalnya logam alkali, halogen dan beberapa garam (FeCl3) menembus di antara lapisan, membentuk senyawa seperti KC8, KC16 ( disebut senyawa interstitial, inklusi atau klatrat). Zat pengoksidasi kuat seperti KClO3 dalam lingkungan asam (asam sulfat atau nitrat) membentuk zat dengan volume kisi kristal yang besar (hingga 6 antar lapisan), yang dijelaskan dengan masuknya atom oksigen dan pembentukan senyawa pada permukaannya, sebagai hasil oksidasi, terbentuk gugus karboksil (-COOH) - senyawa seperti grafit teroksidasi atau asam melitik (benzena heksakarboksilat) C6(COOH)6. Dalam senyawa ini, rasio C:O dapat bervariasi dari 6:1 hingga 6:2,5.
Karbida. Karbon membentuk berbagai senyawa yang disebut karbida dengan logam, boron dan silikon. Logam paling aktif (subkelompok IA-IIIA) membentuk karbida mirip garam, misalnya Na2C2, CaC2, Mg4C3, Al4C3. Dalam industri, kalsium karbida diperoleh dari kokas dan batu kapur melalui reaksi berikut:

Karbida bersifat non-elektrik, hampir tidak berwarna, terhidrolisis membentuk hidrokarbon, misalnya CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2. Asetilen C2H2 yang dibentuk oleh reaksi berfungsi sebagai bahan baku dalam produksi banyak zat organik. Proses ini menarik karena merupakan peralihan dari bahan mentah yang bersifat anorganik ke sintesis senyawa organik. Karbida yang membentuk asetilena pada hidrolisis disebut asetilenida. Dalam silikon dan boron karbida (SiC dan B4C), ikatan antar atom bersifat kovalen. Logam transisi (elemen subkelompok B) bila dipanaskan dengan karbon juga membentuk karbida dengan komposisi bervariasi pada retakan pada permukaan logam; ikatan di dalamnya mendekati logam. Beberapa karbida jenis ini, misalnya WC, W2C, TiC dan SiC, memiliki kekerasan dan refraktori yang tinggi, serta memiliki konduktivitas listrik yang baik. Misalnya, NbC, TaC dan HfC adalah zat yang paling tahan api (mp = 4000-4200 ° C), diniobium karbida Nb2C adalah superkonduktor pada 9,18 K, TiC dan W2C memiliki kekerasan yang mendekati intan, dan kekerasan B4C (a analog struktural berlian ) adalah 9,5 pada skala Mohs (lihat Gambar 2). Karbida inert terbentuk jika jari-jari logam transisi Turunan nitrogen dari karbon. Golongan ini mencakup urea NH2CONH2 - pupuk nitrogen yang digunakan dalam bentuk larutan. Urea diperoleh dari NH3 dan CO2 dengan pemanasan di bawah tekanan:

Sianogen (CN)2 memiliki banyak sifat yang mirip dengan halogen dan sering disebut pseudohalogen. Sianida diperoleh dengan oksidasi ringan ion sianida dengan oksigen, hidrogen peroksida atau ion Cu2+: 2CN- -> (CN)2 + 2e. Ion sianida, sebagai donor elektron, dengan mudah membentuk senyawa kompleks dengan ion logam transisi. Seperti CO, ion sianida adalah racun, mengikat senyawa besi penting dalam organisme hidup. Ion kompleks sianida memiliki rumus umum []-0,5x, di mana x adalah bilangan koordinasi logam (zat pengompleks), yang secara empiris sama dengan dua kali bilangan oksidasi ion logam. Contoh ion kompleks tersebut adalah (struktur beberapa ion diberikan di bawah) ion tetracyanonickelate(II) []2-, hexacyanoferrate(III) []3-, dicyanoargentate []-:

Karbonil. Karbon monoksida mampu bereaksi langsung dengan banyak logam atau ion logam sehingga membentuk senyawa kompleks yang disebut karbonil, misalnya Ni(CO)4, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, []3, Mo(CO)6, [] 2. Ikatan pada senyawa ini mirip dengan ikatan pada kompleks siano yang dijelaskan di atas. Ni(CO)4 adalah zat mudah menguap yang digunakan untuk memisahkan nikel dari logam lain. Kemunduran struktur besi cor dan baja pada struktur sering dikaitkan dengan pembentukan karbonil. Hidrogen dapat menjadi bagian dari karbonil, membentuk karbonil hidrida, seperti H2Fe(CO)4 dan HCo(CO)4, yang menunjukkan sifat asam dan bereaksi dengan alkali: H2Fe(CO)4 + NaOH -> NaHFe(CO)4 + H2O Dikenal juga karbonil halida, misalnya Fe(CO)X2, Fe(CO)2X2, Co(CO)I2, Pt(CO)Cl2, dimana X adalah sembarang halogen
(lihat juga SENYAWA ORGANOMETALIK).
Hidrokarbon. Sejumlah besar senyawa karbon-hidrogen telah diketahui
(lihat KIMIA ORGANIK).
LITERATUR
Sunyaev Z.I. Karbon minyak bumi. M., 1980 Kimia karbon hiperkoordinasi. M., 1990

Ensiklopedia Collier. - Masyarakat Terbuka. 2000 .

Lihat apa itu "KARBON" di kamus lain:

Tabel nuklida Informasi umum Nama, simbol Karbon 14, 14C Nama alternatif radiokarbon, radiokarbon Neutron 8 Proton 6 Sifat nuklida Massa atom ... Wikipedia

Tabel nuklida Informasi umum Nama, simbol Karbon 12, 12C Neutron 6 Proton 6 Sifat nuklida Massa atom 12.0000000(0) ... Wikipedia

Tabel nuklida Informasi umum Nama, simbol Karbon 13, 13C Neutron 7 Proton 6 Sifat nuklida Massa atom 13.0033548378(10) ... Wikipedia

- (lat. Carboneum) C, kimia. unsur golongan IV sistem periodik Mendeleev, nomor atom 6, massa atom 12.011. Modifikasi kristal utama adalah berlian dan grafit. Dalam kondisi normal, karbon bersifat inert secara kimia; di tempat yang tinggi... ... Kamus Ensiklopedis Besar

Karbon mampu membentuk beberapa modifikasi alotropik. Ini adalah berlian (modifikasi alotropik paling inert), grafit, fullerene dan carbyne.

Arang dan jelaga adalah karbon amorf. Karbon dalam keadaan ini tidak memiliki struktur yang teratur dan sebenarnya terdiri dari pecahan-pecahan kecil lapisan grafit. Karbon amorf yang diolah dengan uap air panas disebut karbon aktif. 1 gram karbon aktif, karena banyaknya pori-pori di dalamnya, memiliki total permukaan lebih dari tiga ratus meter persegi! Karena kemampuannya dalam menyerap berbagai zat, karbon aktif banyak digunakan sebagai pengisi filter, serta enterosorben untuk berbagai jenis keracunan.

Dari sudut pandang kimia, karbon amorf adalah bentuk paling aktifnya, grafit menunjukkan aktivitas sedang, dan intan adalah zat yang sangat lembam. Oleh karena itu, sifat kimia karbon yang dibahas di bawah ini terutama harus dikaitkan dengan karbon amorf.

Mengurangi sifat karbon

Sebagai zat pereduksi, karbon bereaksi dengan nonlogam seperti oksigen, halogen, dan belerang.

Tergantung pada kelebihan atau kekurangan oksigen selama pembakaran batubara, pembentukan karbon monoksida CO atau karbon dioksida CO 2 dimungkinkan:

Ketika karbon bereaksi dengan fluor, karbon tetrafluorida terbentuk:

Ketika karbon dipanaskan dengan belerang, karbon disulfida CS 2 terbentuk:

Karbon mampu mereduksi logam setelah aluminium dalam rangkaian aktivitas dari oksidanya. Misalnya:

Karbon juga bereaksi dengan oksida logam aktif, tetapi dalam kasus ini, bukan reduksi logam yang diamati, tetapi pembentukan karbidanya:

Interaksi karbon dengan oksida non-logam

Karbon masuk ke dalam reaksi koproporsionasi dengan karbon dioksida CO 2:

Salah satu proses terpenting dari sudut pandang industri adalah apa yang disebut konversi batubara uap. Prosesnya dilakukan dengan melewatkan uap air melalui batubara panas. Reaksi berikut terjadi:

Pada suhu tinggi, karbon mampu mereduksi senyawa inert seperti silikon dioksida. Dalam hal ini, tergantung pada kondisinya, pembentukan silikon atau silikon karbida dimungkinkan ( karborundum):

Selain itu, karbon sebagai zat pereduksi bereaksi dengan asam pengoksidasi, khususnya asam sulfat dan nitrat pekat:

Sifat oksidatif karbon

Unsur kimia karbon tidak terlalu elektronegatif, sehingga zat sederhana yang dibentuknya jarang menunjukkan sifat pengoksidasi terhadap nonlogam lainnya.

Contoh reaksi tersebut adalah interaksi karbon amorf dengan hidrogen ketika dipanaskan dengan adanya katalis:

dan juga dengan silikon pada suhu 1200-1300 o C:

Karbon menunjukkan sifat pengoksidasi dalam kaitannya dengan logam. Karbon mampu bereaksi dengan logam aktif dan beberapa logam dengan aktivitas antara. Reaksi yang terjadi saat dipanaskan:

Sifat kimia silikon

Silikon dapat ada, seperti karbon, dalam bentuk kristal dan amorf dan, seperti halnya karbon, silikon amorf secara signifikan lebih aktif secara kimia daripada silikon kristal.

Kadang-kadang silikon amorf dan kristal disebut modifikasi alotropik, yang sebenarnya tidak sepenuhnya benar. Silikon amorf pada dasarnya adalah konglomerat partikel kecil silikon kristal yang terletak secara acak relatif satu sama lain.

Interaksi silikon dengan zat sederhana

non-logam

Dalam kondisi normal, silikon, karena kelembamannya, hanya bereaksi dengan fluor:

Silikon bereaksi dengan klor, brom, dan yodium hanya jika dipanaskan. Merupakan karakteristik bahwa, tergantung pada aktivitas halogen, diperlukan suhu yang berbeda:

Jadi dengan klorin reaksi terjadi pada 340-420 o C:

Dengan brom – 620-700 o C:

Dengan yodium – 750-810 o C:

Reaksi silikon dengan oksigen terjadi, tetapi memerlukan pemanasan yang sangat kuat (1200-1300 o C) karena lapisan oksida yang kuat membuat interaksi menjadi sulit:

Pada suhu 1200-1500 o C, silikon perlahan berinteraksi dengan karbon dalam bentuk grafit membentuk karborundum SiC - suatu zat dengan kisi kristal atom mirip dengan berlian dan kekuatannya hampir tidak kalah dengan itu:

Silikon tidak bereaksi dengan hidrogen.

logam

Karena elektronegativitasnya yang rendah, silikon hanya dapat menunjukkan sifat pengoksidasi terhadap logam. Dari logam-logam tersebut, silikon bereaksi dengan logam aktif (alkali dan alkali tanah), serta banyak logam dengan aktivitas antara. Sebagai hasil interaksi ini, silisida terbentuk:

Interaksi silikon dengan zat kompleks

Silikon tidak bereaksi dengan air meskipun direbus, namun silikon amorf berinteraksi dengan uap air super panas pada suhu sekitar 400-500 o C. Dalam hal ini, hidrogen dan silikon dioksida terbentuk:

Dari semua asam, silikon (dalam keadaan amorf) hanya bereaksi dengan asam fluorida pekat:

Silikon larut dalam larutan alkali pekat. Reaksi tersebut disertai dengan pelepasan hidrogen.

Isi artikel

KARBON, C (carboneum), suatu unsur kimia nonlogam golongan IVA (C, Si, Ge, Sn, Pb) dari tabel periodik unsur. Ditemukan di alam dalam bentuk kristal berlian (Gbr. 1), grafit atau fullerene dan bentuk lainnya dan merupakan bagian dari zat organik (batubara, minyak, organisme hewan dan tumbuhan, dll.) dan anorganik (batu kapur, soda kue, dll.).

Karbon tersebar luas, namun kandungannya di kerak bumi hanya 0,19%.

Karbon banyak digunakan dalam bentuk zat sederhana. Selain berlian berharga yang dijadikan perhiasan, berlian industri juga sangat penting untuk pembuatan alat gerinda dan pemotong.

Arang dan bentuk karbon amorf lainnya digunakan untuk penghilangan warna, pemurnian, adsorpsi gas, dan di bidang teknologi yang memerlukan adsorben dengan permukaan yang dikembangkan. Karbida, senyawa karbon dengan logam, serta dengan boron dan silikon (misalnya, Al 4 C 3, SiC, B 4 C) mempunyai kekerasan yang tinggi dan digunakan untuk pembuatan alat abrasif dan pemotong. Karbon merupakan bagian dari baja dan paduan dalam bentuk unsur dan dalam bentuk karbida. Kejenuhan permukaan coran baja dengan karbon pada suhu tinggi (sementasi) secara signifikan meningkatkan kekerasan permukaan dan ketahanan aus. Lihat juga PADUAN.

Ada banyak bentuk grafit yang berbeda di alam; beberapa diperoleh secara artifisial; Ada bentuk amorf (misalnya kokas dan arang). Jelaga, arang tulang, hitam lampu, dan hitam asetilena terbentuk ketika hidrokarbon dibakar tanpa adanya oksigen. Yang disebut karbon putih diperoleh dengan sublimasi grafit pirolitik di bawah tekanan rendah - ini adalah kristal transparan kecil dari daun grafit dengan tepi runcing.

Informasi sejarah.

Grafit, intan, dan karbon amorf telah dikenal sejak jaman dahulu. Telah lama diketahui bahwa grafit dapat digunakan untuk menandai bahan lain, dan nama “grafit” sendiri, yang berasal dari kata Yunani yang berarti “menulis”, diusulkan oleh A. Werner pada tahun 1789. Namun, sejarah grafit rumit; zat dengan sifat fisik eksternal serupa sering disalahartikan, seperti molibdenit (molibdenum sulfida), yang pernah dianggap grafit. Nama lain untuk grafit termasuk “timah hitam”, “besi karbida”, dan “timah perak”. Pada tahun 1779, K. Scheele menemukan bahwa grafit dapat dioksidasi dengan udara untuk membentuk karbon dioksida.

Berlian pertama kali digunakan di India, dan di Brasil permata menjadi penting secara komersial pada tahun 1725; deposit di Afrika Selatan ditemukan pada tahun 1867. Pada abad ke-20. Produsen berlian utama adalah Afrika Selatan, Zaire, Botswana, Namibia, Angola, Sierra Leone, Tanzania dan Rusia. Berlian buatan, teknologi yang diciptakan pada tahun 1970, diproduksi untuk keperluan industri.

Alotropi.

Jika satuan struktur suatu zat (atom untuk unsur monoatomik atau molekul untuk unsur dan senyawa poliatomik) mampu bergabung satu sama lain dalam lebih dari satu bentuk kristal, fenomena ini disebut alotropi. Karbon memiliki tiga modifikasi alotropik: intan, grafit, dan fullerena. Pada intan, setiap atom karbon memiliki 4 tetangga yang tersusun secara tetrahedral, membentuk struktur kubik (Gbr. 1, A). Struktur ini sesuai dengan kovalen maksimum ikatan, dan keempat elektron dari setiap atom karbon membentuk ikatan C–C berkekuatan tinggi, yaitu. Tidak ada elektron konduksi dalam struktur. Oleh karena itu, berlian dicirikan oleh kurangnya konduktivitas, konduktivitas termal yang rendah, dan kekerasan yang tinggi; itu adalah zat yang paling sulit diketahui (Gbr. 2). Pemutusan ikatan C–C (panjang ikatan 1,54 Å, maka jari-jari kovalen 1,54/2 = 0,77 Å) dalam struktur tetrahedral memerlukan energi dalam jumlah besar, sehingga intan, selain kekerasannya yang luar biasa, ditandai dengan titik leleh yang tinggi (3550 ° C).

Bentuk karbon alotropik lainnya adalah grafit, yang memiliki sifat sangat berbeda dari intan. Grafit merupakan zat berwarna hitam lembut yang terbuat dari kristal yang mudah terkelupas, ditandai dengan daya hantar listrik yang baik (hambatan listrik 0,0014 Ohm cm). Oleh karena itu, grafit digunakan pada lampu busur dan tungku (Gbr. 3), yang memerlukan suhu tinggi. Grafit dengan kemurnian tinggi digunakan dalam reaktor nuklir sebagai moderator neutron. Titik lelehnya pada tekanan tinggi adalah 3527°C. Pada tekanan normal, grafit menyublim (berubah dari padat menjadi gas) pada 3780°C.

Struktur grafit (Gbr. 1, B) adalah sistem cincin heksagonal yang menyatu dengan panjang ikatan 1,42 Å (jauh lebih pendek daripada intan), tetapi setiap atom karbon memiliki tiga (bukan empat, seperti pada intan) ikatan kovalen dengan tiga tetangganya, dan ikatan keempat ( 3.4 Å) terlalu panjang untuk ikatan kovalen dan lemah dalam mengikat lapisan grafit paralel satu sama lain. Elektron karbon keempatlah yang menentukan konduktivitas termal dan listrik grafit - ikatan yang lebih panjang dan kurang kuat ini membentuk grafit yang lebih kompak, yang tercermin dalam kekerasannya yang lebih rendah dibandingkan intan (kerapatan grafit 2,26 g/cm 3, intan - 3,51 gram/cm 3). Untuk alasan yang sama, grafit licin saat disentuh dan mudah memisahkan serpihan bahannya, itulah sebabnya grafit digunakan untuk membuat pelumas dan ujung pensil. Kemilau timah pada timah terutama disebabkan oleh adanya grafit.

Serat karbon mempunyai kekuatan tinggi dan dapat digunakan untuk membuat rayon atau benang karbon tinggi lainnya.

Pada tekanan dan suhu tinggi dengan adanya katalis seperti besi, grafit dapat berubah menjadi intan. Proses ini diterapkan untuk produksi industri berlian buatan. Kristal berlian tumbuh di permukaan katalis. Kesetimbangan grafit-berlian terjadi pada 15.000 atm dan 300 K atau pada 4000 atm dan 1500 K. Berlian buatan juga dapat diperoleh dari hidrokarbon.

Bentuk karbon amorf yang tidak membentuk kristal antara lain arang, diperoleh dengan memanaskan kayu tanpa akses udara, jelaga lampu dan gas, terbentuk selama pembakaran hidrokarbon suhu rendah dengan kekurangan udara dan mengembun pada permukaan dingin, arang tulang - an campuran kalsium fosfat dalam proses penghancuran jaringan tulang, serta batubara (bahan alami dengan pengotor) dan kokas, residu kering yang diperoleh dari kokas bahan bakar dengan metode distilasi kering batubara atau residu minyak bumi (batubara bitumen) , yaitu pemanasan tanpa akses udara. Kokas digunakan untuk peleburan besi cor dan metalurgi besi dan non-besi. Selama kokas, produk gas juga terbentuk - gas oven kokas (H 2, CH 4, CO, dll.) dan produk kimia, yang merupakan bahan mentah untuk produksi bensin, cat, pupuk, obat-obatan, plastik, dll. Diagram peralatan utama untuk produksi kokas - oven kokas - ditunjukkan pada Gambar. 3.

Berbagai jenis batubara dan jelaga memiliki permukaan yang berkembang dan oleh karena itu digunakan sebagai adsorben untuk memurnikan gas dan cairan, serta katalis. Untuk memperoleh berbagai bentuk karbon, digunakan metode teknologi kimia khusus. Grafit buatan diproduksi dengan mengkalsinasi antrasit atau kokas minyak bumi antara elektroda karbon pada 2260 ° C (proses Acheson) dan digunakan dalam produksi pelumas dan elektroda, khususnya untuk produksi elektrolitik logam.

Struktur atom karbon.

Inti dari isotop karbon paling stabil, bermassa 12 (kelimpahan 98,9%), memiliki 6 proton dan 6 neutron (12 nukleon), tersusun dalam tiga kuartet, masing-masing berisi 2 proton dan dua neutron, mirip dengan inti helium. Isotop karbon stabil lainnya adalah 13 C (sekitar 1,1%), dan dalam jumlah kecil terdapat di alam sebuah isotop tidak stabil 14 C dengan waktu paruh 5730 tahun, yang memiliki B- radiasi. Ketiga isotop tersebut berpartisipasi dalam siklus karbon normal makhluk hidup dalam bentuk CO 2 . Setelah kematian suatu organisme hidup, konsumsi karbon dihentikan dan benda-benda yang mengandung C dapat ditentukan umurnya dengan mengukur tingkat radioaktivitas 14 C B-14 Radiasi CO 2 sebanding dengan waktu yang telah berlalu sejak kematian. Pada tahun 1960, W. Libby dianugerahi Hadiah Nobel untuk penelitian karbon radioaktif.

Dalam keadaan dasar, 6 elektron karbon membentuk konfigurasi elektron 1 S 2 2S 2 2hal x 1 2hal y 1 2hal 0 . Empat elektron tingkat kedua adalah valensi, yang sesuai dengan posisi karbon dalam golongan IVA tabel periodik ( cm. SISTEM PERIODIK ELEMEN). Karena diperlukan energi yang besar untuk melepaskan elektron dari atom dalam fase gas (kira-kira 1070 kJ/mol), karbon tidak membentuk ikatan ionik dengan unsur lain, karena hal ini memerlukan pelepasan elektron untuk membentuk ion positif. Memiliki keelektronegatifan 2,5, karbon tidak menunjukkan afinitas elektron yang kuat dan, karenanya, bukan merupakan akseptor elektron aktif. Oleh karena itu, tidak mudah membentuk partikel bermuatan negatif. Tetapi beberapa senyawa karbon ada dengan sifat ikatan sebagian ionik, misalnya karbida. Dalam senyawa, karbon menunjukkan bilangan oksidasi 4. Agar empat elektron dapat berpartisipasi dalam pembentukan ikatan, diperlukan pasangan 2 S-elektron dan lompatan salah satu elektron tersebut sebanyak 2 hal-orbital; dalam hal ini terbentuk 4 ikatan tetrahedral dengan sudut antara keduanya 109°. Dalam senyawa, elektron valensi karbon hanya ditarik sebagian, sehingga karbon membentuk ikatan kovalen yang kuat antara atom C–C yang berdekatan menggunakan pasangan elektron bersama. Energi putusnya ikatan tersebut adalah 335 kJ/mol, sedangkan untuk ikatan Si–Si hanya 210 kJ/mol, sehingga rantai –Si–Si– yang panjang tidak stabil. Sifat ikatan kovalen dipertahankan bahkan dalam senyawa halogen yang sangat reaktif dengan karbon, CF 4 dan CCl 4. Atom karbon mampu menyumbangkan lebih dari satu elektron dari setiap atom karbon untuk membentuk ikatan; Ini adalah bagaimana ikatan rangkap C=C dan rangkap tiga CєC terbentuk. Unsur-unsur lain juga membentuk ikatan antar atomnya, tetapi hanya karbon yang mampu membentuk rantai panjang. Oleh karena itu, terdapat ribuan senyawa yang dikenal dengan karbon, yang disebut hidrokarbon, yang mana karbon tersebut terikat pada hidrogen dan atom karbon lainnya membentuk rantai panjang atau struktur cincin. Cm. KIMIA ORGANIK.

Dalam senyawa ini, hidrogen dapat digantikan dengan atom lain, paling sering dengan oksigen, nitrogen, dan halogen untuk membentuk berbagai senyawa organik. Diantaranya adalah fluorokarbon yang penting - hidrokarbon di mana hidrogen digantikan oleh fluor. Senyawa tersebut sangat lembam, dan digunakan sebagai plastik dan pelumas (fluorokarbon, yaitu hidrokarbon yang seluruh atom hidrogennya digantikan oleh atom fluor) dan sebagai zat pendingin bersuhu rendah (klorofluorokarbon, atau freon).

Pada tahun 1980-an, fisikawan AS menemukan senyawa karbon yang sangat menarik di mana atom karbon dihubungkan menjadi 5 atau 6-gon, membentuk molekul C 60 dalam bentuk bola berongga dengan simetri sempurna seperti bola sepak. Karena desain ini adalah dasar dari "kubah geodesik" yang ditemukan oleh arsitek dan insinyur Amerika Buckminster Fuller, golongan senyawa baru disebut "buckminsterfullerenes" atau "fullerenes" (dan juga lebih singkatnya "phasyballs" atau "buckyballs"). Fullerene - modifikasi ketiga dari karbon murni (kecuali berlian dan grafit), yang terdiri dari 60 atau 70 (atau bahkan lebih) atom - diperoleh dengan aksi radiasi laser pada partikel karbon terkecil. Fullerene dengan bentuk yang lebih kompleks terdiri dari beberapa ratus atom karbon. Diameter molekul C adalah 60 ~ 1 nm. Di tengah molekul semacam itu terdapat ruang yang cukup untuk menampung atom uranium yang besar.

Massa atom standar.

Pada tahun 1961, Persatuan Internasional Kimia Murni dan Terapan (IUPAC) dan Fisika mengadopsi massa isotop karbon 12 C sebagai satuan massa atom, menghapuskan skala massa atom oksigen yang sudah ada sebelumnya. Massa atom karbon dalam sistem ini adalah 12,011, karena merupakan rata-rata tiga isotop karbon alami, mengingat kelimpahannya di alam. Cm. MASSA ATOM.

Sifat kimia karbon dan beberapa senyawanya.

Beberapa sifat fisik dan kimia karbon diberikan dalam artikel UNSUR KIMIA. Reaktivitas karbon bergantung pada modifikasi, suhu, dan dispersinya. Pada suhu rendah, semua bentuk karbon cukup lembam, tetapi ketika dipanaskan, karbon teroksidasi oleh oksigen atmosfer, membentuk oksida:

Karbon yang terdispersi halus dalam oksigen berlebih dapat meledak jika dipanaskan atau karena percikan api. Selain oksidasi langsung, ada metode yang lebih modern untuk menghasilkan oksida.

Karbon suboksida

C 3 O 2 dibentuk oleh dehidrasi asam malonat menjadi P 4 O 10:

C 3 O 2 mempunyai bau yang tidak sedap dan mudah terhidrolisis sehingga membentuk asam malonat lagi.

Karbon(II) monoksida CO terbentuk selama oksidasi setiap modifikasi karbon dalam kondisi kekurangan oksigen. Reaksinya eksotermik, 111,6 kJ/mol dilepaskan. Kokas bereaksi dengan air pada suhu panas putih: C + H 2 O = CO + H 2 ; campuran gas yang dihasilkan disebut “gas air” dan merupakan bahan bakar berbentuk gas. CO juga terbentuk selama pembakaran tidak sempurna produk minyak bumi; ditemukan dalam jumlah yang nyata di knalpot mobil; diperoleh selama disosiasi termal asam format:

Bilangan oksidasi karbon dalam CO adalah +2, dan karena karbon lebih stabil pada bilangan oksidasi +4, CO mudah dioksidasi oleh oksigen menjadi CO 2: CO + O 2 → CO 2, reaksi ini sangat eksotermik (283 kJ /mol). CO digunakan dalam industri dalam campuran dengan H2 dan gas mudah terbakar lainnya sebagai bahan bakar atau zat pereduksi gas. Ketika dipanaskan hingga 500°C, CO membentuk C dan CO2 hingga batas tertentu, tetapi pada 1000°C, kesetimbangan terbentuk pada konsentrasi CO2 yang rendah. CO bereaksi dengan klorin membentuk fosgen - COCl 2, reaksi dengan halogen lain berlangsung serupa, dalam reaksi dengan sulfur diperoleh karbonil sulfida COS, dengan logam (M) CO membentuk karbonil dengan berbagai komposisi M(CO) X, yang merupakan senyawa kompleks. Karbonil besi terbentuk ketika hemoglobin darah bereaksi dengan CO, mencegah reaksi hemoglobin dengan oksigen, karena karbonil besi adalah senyawa yang lebih kuat. Akibatnya, fungsi hemoglobin sebagai pembawa oksigen ke sel terhambat, yang kemudian mati (dan sel-sel otak terutama terkena dampaknya). (Oleh karena itu nama lain untuk CO – “karbon monoksida”). Sudah 1% (vol.) CO di udara berbahaya bagi manusia jika berada di atmosfer seperti itu lebih dari 10 menit. Beberapa sifat fisik CO diberikan dalam tabel.

Karbon dioksida, atau karbon monoksida (IV) CO 2 terbentuk dari pembakaran unsur karbon dalam oksigen berlebih dengan pelepasan panas (395 kJ/mol). CO 2 (nama sepelenya adalah “karbon dioksida”) juga terbentuk selama oksidasi lengkap CO, produk minyak bumi, bensin, minyak dan senyawa organik lainnya. Ketika karbonat dilarutkan dalam air, CO2 juga dilepaskan sebagai hasil hidrolisis:

Reaksi ini sering digunakan dalam praktik laboratorium untuk menghasilkan CO 2 . Gas ini juga dapat diperoleh dengan kalsinasi logam bikarbonat:

selama interaksi fase gas dari uap super panas dengan CO:

ketika membakar hidrokarbon dan turunan oksigennya, misalnya:

Demikian pula, produk makanan dioksidasi dalam organisme hidup, melepaskan panas dan jenis energi lainnya. Dalam hal ini, oksidasi terjadi dalam kondisi ringan melalui tahap peralihan, tetapi produk akhirnya sama - CO 2 dan H 2 O, seperti, misalnya, selama penguraian gula di bawah aksi enzim, khususnya selama fermentasi gula. glukosa:

Produksi karbon dioksida dan oksida logam dalam skala besar dilakukan di industri melalui dekomposisi termal karbonat:

CaO digunakan dalam jumlah besar dalam teknologi produksi semen. Stabilitas termal karbonat dan konsumsi panas untuk penguraiannya menurut skema ini meningkat pada seri CaCO 3 ( lihat juga PENCEGAHAN KEBAKARAN DAN PERLINDUNGAN KEBAKARAN).

Struktur elektronik karbon oksida.

Struktur elektronik karbon monoksida apa pun dapat dijelaskan dengan tiga skema yang sama kemungkinannya dengan susunan pasangan elektron yang berbeda - tiga bentuk resonansi:

Semua karbon oksida memiliki struktur linier.

Asam karbonat.

Ketika CO 2 bereaksi dengan air, terbentuk asam karbonat H 2 CO 3. Dalam larutan jenuh CO 2 (0,034 mol/l), hanya sebagian molekulnya yang membentuk H 2 CO 3, dan sebagian besar CO 2 berada dalam keadaan terhidrasi CO 2 CHH 2 O.

Karbonat.

Karbonat terbentuk dari interaksi oksida logam dengan CO 2, misalnya Na 2 O + CO 2 Na 2 CO 3.

Kecuali logam alkali karbonat, sisanya praktis tidak larut dalam air, dan kalsium karbonat larut sebagian dalam asam karbonat atau larutan CO 2 dalam air di bawah tekanan:

Proses-proses ini terjadi pada air tanah yang mengalir melalui lapisan batu kapur. Dalam kondisi tekanan dan penguapan rendah, CaCO 3 mengendap dari air tanah yang mengandung Ca(HCO 3) 2. Beginilah stalaktit dan stalagmit tumbuh di dalam gua. Warna formasi geologi yang menarik ini dijelaskan oleh adanya pengotor ion besi, tembaga, mangan, dan kromium di perairan. Karbon dioksida bereaksi dengan logam hidroksida dan larutannya membentuk bikarbonat, misalnya:

CS 2 + 2Cl 2 ® CCl 4 + 2S

CCl 4 tetraklorida merupakan bahan yang tidak mudah terbakar, digunakan sebagai pelarut dalam proses dry cleaning, namun tidak disarankan untuk digunakan sebagai penahan api, karena pada suhu tinggi fosgen toksik (zat gas beracun) akan terbentuk. CCl 4 sendiri juga beracun dan jika terhirup dalam jumlah banyak, dapat menyebabkan keracunan hati. CCl 4 juga dibentuk oleh reaksi fotokimia antara metana CH 4 dan Cl 2; dalam hal ini, pembentukan produk klorinasi metana yang tidak lengkap - CHCl 3, CH 2 Cl 2 dan CH 3 Cl - dimungkinkan. Reaksi terjadi serupa dengan halogen lainnya.

Reaksi grafit.

Grafit sebagai modifikasi karbon, ditandai dengan jarak yang jauh antara lapisan cincin heksagonal, mengalami reaksi yang tidak biasa, misalnya logam alkali, halogen dan beberapa garam (FeCl 3) menembus antar lapisan, membentuk senyawa seperti KC 8, KC 16 (disebut interstisial, inklusi, atau klatrat). Zat pengoksidasi kuat seperti KClO 3 dalam lingkungan asam (asam sulfat atau nitrat) membentuk zat dengan volume kisi kristal yang besar (hingga 6 Å antar lapisan), yang dijelaskan oleh masuknya atom oksigen dan pembentukan senyawa pada permukaannya, sebagai hasil oksidasi, terbentuk gugus karboksil (–COOH) ) – senyawa seperti grafit teroksidasi atau asam melitik (benzena heksakarboksilat) C 6 (COOH) 6. Dalam senyawa ini, rasio C:O dapat bervariasi dari 6:1 hingga 6:2,5.

Karbida.

Karbon membentuk berbagai senyawa yang disebut karbida dengan logam, boron dan silikon. Logam paling aktif (subkelompok IA–IIIA) membentuk karbida mirip garam, misalnya Na 2 C 2, CaC 2, Mg 4 C 3, Al 4 C 3. Dalam industri, kalsium karbida diperoleh dari kokas dan batu kapur melalui reaksi berikut:

Karbida bersifat non-elektrik, hampir tidak berwarna, terhidrolisis menjadi hidrokarbon, misalnya

CaC 2 + 2H 2 O = C 2 H 2 + Ca(OH) 2

Asetilen C 2 H 2 yang terbentuk sebagai hasil reaksi berfungsi sebagai bahan awal dalam produksi banyak zat organik. Proses ini menarik karena merupakan peralihan dari bahan mentah yang bersifat anorganik ke sintesis senyawa organik. Karbida yang membentuk asetilena pada hidrolisis disebut asetilenida. Dalam silikon dan boron karbida (SiC dan B 4 C), ikatan antar atom bersifat kovalen. Logam transisi (elemen subkelompok B) bila dipanaskan dengan karbon juga membentuk karbida dengan komposisi bervariasi pada retakan pada permukaan logam; ikatan di dalamnya mendekati logam. Beberapa karbida jenis ini, misalnya WC, W 2 C, TiC dan SiC, memiliki kekerasan dan refraktori yang tinggi, serta memiliki konduktivitas listrik yang baik. Misalnya, NbC, TaC dan HfC adalah zat yang paling tahan api (mp = 4000–4200° C), diniobium karbida Nb 2 C adalah superkonduktor pada 9,18 K, TiC dan W 2 C memiliki kekerasan yang mendekati intan, dan kekerasan B 4 C (analog struktural berlian) adalah 9,5 pada skala Mohs ( cm. beras. 2). Karbida inert terbentuk jika jari-jari logam transisi

Turunan nitrogen dari karbon.

Golongan ini mencakup urea NH 2 CONH 2 - pupuk nitrogen yang digunakan dalam bentuk larutan. Urea diperoleh dari NH 3 dan CO 2 dengan pemanasan di bawah tekanan:

Sianogen (CN) 2 memiliki banyak sifat yang mirip dengan halogen dan sering disebut pseudohalogen. Sianida diperoleh dengan oksidasi ringan ion sianida dengan oksigen, hidrogen peroksida atau ion Cu 2+: 2CN – ® (CN) 2 + 2e.

Ion sianida, sebagai donor elektron, dengan mudah membentuk senyawa kompleks dengan ion logam transisi. Seperti CO, ion sianida adalah racun, mengikat senyawa besi penting dalam organisme hidup. Ion kompleks sianida memiliki rumus umum –0,5 X, Di mana X– bilangan koordinasi logam (zat pengompleks), yang secara empiris sama dengan dua kali bilangan oksidasi ion logam. Contoh ion kompleks tersebut adalah (struktur beberapa ion diberikan di bawah) ion tetracyanonickelate(II) 2–, hexacyanoferrate(III) 3–, dicyanoargentate –:

Karbonil.

Karbon monoksida mampu bereaksi langsung dengan banyak logam atau ion logam sehingga membentuk senyawa kompleks yang disebut karbonil, misalnya Ni(CO) 4, Fe(CO) 5, Fe 2 (CO) 9, 3, Mo(CO) 6, 2 . Ikatan pada senyawa ini mirip dengan ikatan pada kompleks siano yang dijelaskan di atas. Ni(CO) 4 adalah zat mudah menguap yang digunakan untuk memisahkan nikel dari logam lain. Kemunduran struktur besi cor dan baja pada struktur sering dikaitkan dengan pembentukan karbonil. Hidrogen dapat menjadi bagian dari karbonil, membentuk karbonil hidrida, seperti H 2 Fe (CO) 4 dan HCo (CO) 4, yang menunjukkan sifat asam dan bereaksi dengan alkali:

H 2 Fe(CO) 4 + NaOH → NaHFe(CO) 4 + H 2 O

Karbonil halida juga dikenal, misalnya Fe(CO)X 2, Fe(CO) 2 X 2, Co(CO)I 2, Pt(CO)Cl 2, dengan X adalah sembarang halogen.

Hidrokarbon.

Sejumlah besar senyawa karbon-hidrogen telah diketahui

Karbon dalam tabel periodik unsur terletak pada periode kedua golongan IVA. Konfigurasi elektronik atom karbon ls 2 2s 2 2p 2 . Ketika tereksitasi, keadaan elektronik mudah dicapai di mana terdapat empat elektron tidak berpasangan di empat orbital atom terluar:

Hal ini menjelaskan mengapa karbon dalam senyawa biasanya bersifat tetravalen. Kesetaraan jumlah elektron valensi dalam atom karbon dengan jumlah orbital valensi, serta rasio unik muatan inti dan jari-jari atom, memberikannya kemampuan untuk mengikat dan melepaskan elektron dengan mudah. , bergantung pada properti mitra (Pasal 9.3.1). Akibatnya, karbon dicirikan oleh berbagai bilangan oksidasi dari -4 hingga +4 dan kemudahan hibridisasi orbital atomnya sesuai dengan jenisnya. sp 3, sp 2 Dan sp 1 selama pembentukan ikatan kimia (bagian 2.1.3):

Semua ini memberi karbon peluang untuk membentuk ikatan tunggal, rangkap dua, dan rangkap tiga tidak hanya satu sama lain, tetapi juga dengan atom unsur organogenik lainnya. Molekul yang terbentuk dalam hal ini dapat memiliki struktur linier, bercabang atau siklik.

Karena mobilitas elektron bersama -MO yang terbentuk dengan partisipasi atom karbon, mereka bergeser ke arah atom unsur yang lebih elektronegatif (efek induktif), yang mengarah pada polaritas tidak hanya ikatan ini, tetapi juga molekul sebagai a utuh. Namun, karbon, karena nilai elektronegativitas rata-rata (0E0 = 2,5), membentuk ikatan polar lemah dengan atom unsur organogenik lainnya (Tabel 12.1). Jika terdapat sistem ikatan terkonjugasi dalam molekul (Bagian 2.1.3), delokalisasi elektron bergerak (MO) dan pasangan elektron bebas terjadi dengan pemerataan kerapatan elektron dan panjang ikatan dalam sistem ini.

Dari sudut pandang reaktivitas senyawa, polarisasi ikatan memegang peranan penting (Bagian 2.1.3). Semakin besar polarisasi suatu ikatan, semakin tinggi reaktivitasnya. Ketergantungan polarisasi ikatan yang mengandung karbon pada sifatnya tercermin dalam rangkaian berikut:

Semua data yang dipertimbangkan tentang sifat-sifat ikatan yang mengandung karbon menunjukkan bahwa karbon dalam senyawa, di satu sisi, membentuk ikatan kovalen yang cukup kuat satu sama lain dan dengan organogen lain, dan di sisi lain, pasangan elektron yang sama dari ikatan ini adalah cukup labil. Akibatnya, peningkatan reaktivitas ikatan ini dan stabilisasi dapat terjadi. Ciri-ciri senyawa yang mengandung karbon inilah yang menjadikan karbon sebagai organogen nomor satu.

Sifat asam basa senyawa karbon. Karbon monoksida (4) adalah oksida asam, dan hidroksida yang bersangkutan - asam karbonat H2CO3 - adalah asam lemah. Molekul karbon monoksida(4) bersifat non-polar, sehingga sulit larut dalam air (0,03 mol/l pada 298 K). Dalam hal ini, pertama-tama hidrat CO2 H2O terbentuk dalam larutan, di mana CO2 terletak di rongga asosiasi molekul air, dan kemudian hidrat ini secara perlahan dan reversibel berubah menjadi H2CO3. Sebagian besar karbon monoksida (4) yang terlarut dalam air berbentuk hidrat.

Di dalam tubuh, dalam sel darah merah, di bawah aksi enzim karboanhidrase, keseimbangan antara CO2 hidrat H2O dan H2CO3 terbentuk dengan sangat cepat. Hal ini memungkinkan kita untuk mengabaikan keberadaan CO2 dalam bentuk hidrat di eritrosit, tetapi tidak di plasma darah, di mana tidak ada karbonat anhidrase. H2CO3 yang dihasilkan dalam kondisi fisiologis terdisosiasi menjadi anion hidrokarbonat, dan dalam lingkungan yang lebih basa menjadi anion karbonat:

Asam karbonat hanya ada dalam larutan. Ini membentuk dua rangkaian garam - hidrokarbonat (NaHCO3, Ca(HC0 3)2) dan karbonat (Na2CO3, CaCO3). Hidrokarbonat lebih larut dalam air dibandingkan karbonat. Dalam larutan berair, garam asam karbonat, terutama karbonat, mudah terhidrolisis pada anion, menciptakan lingkungan basa:

Zat seperti baking soda NaHC03; kapur CaCO3, magnesia putih 4MgC03 * Mg(OH)2 * H2O, dihidrolisis membentuk lingkungan basa, digunakan sebagai antasida (penetral asam) untuk mengurangi peningkatan keasaman sari lambung:

Kombinasi asam karbonat dan ion bikarbonat (H2CO3, HCO3(-)) membentuk sistem buffer bikarbonat (bagian 8.5) - sistem buffer plasma darah yang bagus, yang menjamin pH darah konstan pada pH = 7,40 ± 0,05.

Terbentuknya Mg(OH)2 disebabkan oleh hidrolisis sempurna kation magnesium, yang terjadi pada kondisi tersebut karena kelarutan Mg(0H)2 lebih rendah dibandingkan dengan MgC03.

Dalam praktik medis dan biologi, selain asam karbonat, kita harus berurusan dengan asam lain yang mengandung karbon. Ini terutama berbagai macam asam organik yang berbeda, serta asam hidrosianat HCN. Dilihat dari sifat asamnya, kekuatan asam ini berbeda-beda:

Perbedaan-perbedaan ini disebabkan oleh pengaruh timbal balik atom-atom dalam molekul, sifat ikatan disosiasi, dan stabilitas anion, yaitu kemampuannya untuk mendelokalisasi muatan.

Asam hidrosianat, atau hidrogen sianida, HCN - cairan tidak berwarna dan sangat mudah menguap (T kip = 26 °C) dengan aroma almond pahit, dapat larut dengan air dalam perbandingan berapa pun. Dalam larutan air ia berperilaku sebagai asam yang sangat lemah, garamnya disebut sianida. Sianida logam alkali dan alkali tanah larut dalam air, tetapi mereka terhidrolisis pada anion, itulah sebabnya larutan berairnya berbau seperti asam hidrosianat (bau almond pahit) dan memiliki pH > 12:

Akibat reaksi ini, kalium sianida (kalium sianida) dan larutannya kehilangan toksisitasnya selama penyimpanan jangka panjang. Anion sianida adalah salah satu racun anorganik yang paling kuat, karena merupakan ligan aktif dan mudah membentuk senyawa kompleks yang stabil dengan enzim yang mengandung Fe 3+ dan Cu2(+) sebagai ion pengompleks (Bagian. 10.4).

Sifat redoks. Karena karbon dalam senyawa dapat menunjukkan bilangan oksidasi dari -4 hingga +4, selama reaksi karbon bebas dapat menyumbangkan dan memperoleh elektron, masing-masing bertindak sebagai zat pereduksi atau zat pengoksidasi, bergantung pada sifat reagen kedua:

Dalam kondisi oksidasi anaerobik dengan kekurangan atau kekurangan oksigen, atom karbon suatu senyawa organik, tergantung pada kandungan atom oksigen dalam senyawa tersebut dan kondisi luarnya, dapat berubah menjadi C0 2, CO, C bahkan CH 4, dan lain-lain. organogen berubah menjadi H2O, NH3 dan H2S.

Di dalam tubuh, oksidasi sempurna senyawa organik dengan oksigen dengan adanya enzim oksidase (oksidasi aerobik) dijelaskan dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi oksidasi yang diberikan jelas bahwa dalam senyawa organik hanya atom karbon yang mengubah bilangan oksidasinya, sedangkan atom organogen lain mempertahankan bilangan oksidasinya.

Selama reaksi hidrogenasi, yaitu penambahan hidrogen (zat pereduksi) ke ikatan rangkap, atom karbon yang membentuknya mengurangi bilangan oksidasinya (bertindak sebagai zat pengoksidasi):

Reaksi substitusi organik dengan munculnya ikatan antarkarbon baru, misalnya pada reaksi Wurtz, juga merupakan reaksi redoks dimana atom karbon berperan sebagai zat pengoksidasi dan atom logam berperan sebagai zat pereduksi:

Hal serupa diamati pada reaksi pembentukan senyawa organologam:

Sebagai hasil dari reaksi penambahan reagen polar ke substrat melalui ikatan interkarbon ganda, salah satu atom karbon menurunkan bilangan oksidasi, menunjukkan sifat-sifat zat pengoksidasi, dan yang lainnya meningkatkan bilangan oksidasi, bertindak sebagai a agen pereduksi:

Dalam kasus ini, terjadi reaksi oksidasi-reduksi intramolekul atom karbon substrat, yaitu proses dismutasi, di bawah pengaruh reagen yang tidak menunjukkan sifat redoks.

Reaksi khas dismutasi intramolekul senyawa organik karena atom karbonnya adalah reaksi dekarboksilasi asam amino atau asam keto, serta reaksi penataan ulang dan isomerisasi senyawa organik, yang telah dibahas pada bagian ini. 9.3. Contoh reaksi organik yang diberikan, serta reaksi dari Sekte. 9.3 secara meyakinkan menunjukkan bahwa atom karbon dalam senyawa organik dapat menjadi zat pengoksidasi dan zat pereduksi.

Atom karbon dalam suatu senyawa- zat pengoksidasi, jika sebagai akibat dari reaksi jumlah ikatannya dengan atom unsur yang kurang elektronegatif (hidrogen, logam) meningkat, karena dengan menarik elektron persekutuan dari ikatan ini ke dirinya sendiri, atom karbon yang bersangkutan menurunkan oksidasinya negara.

Atom karbon dalam suatu senyawa- zat pereduksi jika sebagai akibat dari reaksi jumlah ikatannya dengan atom unsur yang lebih elektronegatif meningkat(C, O, N, S), karena dengan mendorong elektron bersama dari ikatan ini, atom karbon tersebut meningkatkan bilangan oksidasinya.

Jadi, banyak reaksi dalam kimia organik, karena dualitas redoks atom karbon, adalah redoks. Namun, tidak seperti reaksi serupa dalam kimia anorganik, redistribusi elektron antara zat pengoksidasi dan zat pereduksi dalam senyawa organik hanya dapat disertai dengan perpindahan pasangan elektron yang sama dari ikatan kimia ke atom yang bertindak sebagai zat pengoksidasi. Dalam hal ini, hubungan ini dapat dipertahankan, tetapi dalam kasus polarisasi yang kuat, hubungan ini dapat diputus.

Sifat kompleks senyawa karbon. Atom karbon dalam senyawa tidak memiliki pasangan elektron bebas, dan oleh karena itu hanya senyawa karbon yang mengandung ikatan rangkap dengan partisipasinya yang dapat bertindak sebagai ligan. Yang paling aktif dalam proses pembentukan kompleks adalah elektron dari ikatan rangkap tiga polar karbon monoksida (2) dan anion asam hidrosianat.

Dalam molekul karbon monoksida (2), atom karbon dan oksigen membentuk ikatan satu dan satu karena saling tumpang tindih dua orbital atom 2p sesuai dengan mekanisme pertukaran. Ikatan ketiga, yaitu ikatan lain, terbentuk menurut mekanisme donor-akseptor. Akseptornya adalah orbital atom 2p bebas dari atom karbon, dan donornya adalah atom oksigen, yang menyediakan pasangan elektron bebas dari orbital 2p:

Peningkatan rasio ikatan memberikan molekul ini stabilitas dan kelembaman yang tinggi dalam kondisi normal dalam hal asam-basa (CO adalah oksida yang tidak membentuk garam) dan sifat redoks (CO adalah zat pereduksi pada T > 1000K). Pada saat yang sama, ia menjadikannya ligan aktif dalam reaksi kompleksasi dengan atom dan kation logam-d, terutama dengan besi, yang dengannya ia membentuk besi pentakarbonil, cairan beracun yang mudah menguap:

Kesetimbangan ini bergeser ke arah pembentukan karboksihemoglobin ННbСО, yang stabilitasnya 210 kali lebih besar dibandingkan oksihemoglobin ННbО2. Hal ini menyebabkan akumulasi karboksihemoglobin dalam darah dan, akibatnya, penurunan kemampuannya untuk membawa oksigen.

Anion asam hidrosianat CN- juga mengandung elektron yang mudah terpolarisasi, itulah sebabnya ia secara efektif membentuk kompleks dengan logam-d, termasuk logam kehidupan yang merupakan bagian dari enzim. Oleh karena itu, sianida merupakan senyawa yang sangat beracun (Bagian 10.4).

Siklus karbon di alam. Siklus karbon di alam terutama didasarkan pada reaksi oksidasi dan reduksi karbon (Gbr. 12.3).

Tumbuhan mengasimilasi (1) karbon monoksida (4) dari atmosfer dan hidrosfer. Bagian dari massa tumbuhan dikonsumsi (2) oleh manusia dan hewan. Respirasi hewan dan pembusukan sisa-sisanya (3), serta respirasi tumbuhan, pembusukan tumbuhan mati dan pembakaran kayu (4) mengembalikan CO2 ke atmosfer dan hidrosfer. Proses mineralisasi sisa-sisa tumbuhan (5) dan hewan (6) dengan terbentuknya gambut, fosil batubara, minyak, gas menyebabkan peralihan karbon menjadi sumber daya alam. Reaksi asam-basa (7) beroperasi dalam arah yang sama, terjadi antara CO2 dan berbagai batuan dengan pembentukan karbonat (sedang, asam dan basa):

Bagian siklus anorganik ini menyebabkan hilangnya CO2 di atmosfer dan hidrosfer. Aktivitas manusia dalam pembakaran dan pengolahan batu bara, minyak, gas (8), kayu bakar (4), sebaliknya, memperkaya lingkungan dengan karbon monoksida (4). Sudah lama ada keyakinan bahwa berkat fotosintesis, konsentrasi CO2 di atmosfer tetap konstan. Namun, saat ini peningkatan kandungan CO2 di atmosfer akibat aktivitas manusia tidak dikompensasi oleh penurunan alaminya. Total pelepasan CO2 ke atmosfer meningkat secara eksponensial sebesar 4-5% per tahun. Menurut perhitungan, pada tahun 2000 kandungan CO2 di atmosfer akan mencapai sekitar 0,04%, bukan 0,03% (1990).

Setelah mempertimbangkan sifat dan karakteristik senyawa yang mengandung karbon, peran utama karbon harus ditekankan kembali

Beras. 12.3. Siklus karbon masuk alam

Organogen No. 1: pertama, atom karbon membentuk kerangka molekul senyawa organik; kedua, atom karbon memainkan peran kunci dalam proses redoks, karena di antara atom-atom semua organogen, karbonlah yang paling bercirikan dualitas redoks. Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai sifat-sifat senyawa organik, lihat modul IV “Dasar-Dasar Kimia Bioorganik”.

Karakteristik umum dan peran biologis elemen p kelompok IVA. Analog elektronik karbon adalah unsur golongan IVA: silikon Si, germanium Ge, timah Sn dan timbal Pb (lihat Tabel 1.2). Jari-jari atom unsur-unsur ini secara alami meningkat seiring dengan bertambahnya nomor atom, dan energi ionisasi serta elektronegativitasnya menurun secara alami (Bagian 1.3). Oleh karena itu, dua unsur pertama dari golongan ini: karbon dan silikon adalah tipikal non-logam, dan germanium, timah, dan timbal adalah logam, karena ciri-cirinya paling banyak adalah hilangnya elektron. Pada deret Ge – Sn – Pb sifat logamnya meningkat.

Dilihat dari sifat redoksnya, unsur C, Si, Ge, Sn dan Pb dalam kondisi normal cukup stabil terhadap udara dan air (logam Sn dan Pb - karena terbentuknya lapisan oksida di permukaan. ). Pada saat yang sama, senyawa timbal (4) merupakan oksidator kuat:

Sifat pengompleks merupakan ciri yang paling khas dari timbal, karena kation Pb 2+ merupakan zat pengompleks yang kuat dibandingkan dengan kation unsur p lain dari golongan IVA. Kation timbal membentuk kompleks kuat dengan bioligan.

Unsur-unsur golongan IVA sangat berbeda baik dalam kandungannya dalam tubuh maupun dalam peran biologisnya. Karbon memegang peranan penting dalam kehidupan tubuh, dimana kandungannya sekitar 20%. Kandungan unsur golongan IVA lain dalam tubuh berada pada kisaran 10 -6 -10 -3%. Pada saat yang sama, jika silikon dan germanium tidak diragukan lagi memainkan peran penting dalam kehidupan tubuh, maka timah dan terutama timbal bersifat racun. Jadi, dengan meningkatnya massa atom unsur golongan IVA, toksisitas senyawanya meningkat.

Debu yang terdiri dari partikel batu bara atau silikon dioksida SiO2, bila terkena paru-paru secara sistematis, menyebabkan penyakit - pneumokoniosis. Dalam kasus debu batu bara, ini adalah antrakosis, penyakit akibat kerja para penambang. Jika debu yang mengandung Si02 terhirup, terjadilah silikosis. Mekanisme perkembangan pneumokoniosis belum diketahui. Diasumsikan bahwa dengan kontak yang terlalu lama antara butiran pasir silikat dengan cairan biologis, asam polisilat Si02 yH2O terbentuk dalam keadaan seperti gel, yang pengendapannya di dalam sel menyebabkan kematiannya.

Efek racun timbal telah diketahui umat manusia sejak lama. Penggunaan timbal untuk membuat piring dan pipa air menyebabkan keracunan besar-besaran pada manusia. Saat ini, timbal terus menjadi salah satu polutan lingkungan utama, karena pelepasan senyawa timbal ke atmosfer mencapai lebih dari 400.000 ton setiap tahunnya. Timbal terakumulasi terutama di kerangka dalam bentuk fosfat Pb3(PO4)2 yang sulit larut, dan ketika tulang mengalami demineralisasi, ia mempunyai efek toksik yang teratur pada tubuh. Oleh karena itu, timbal tergolong racun kumulatif. Toksisitas senyawa timbal terutama disebabkan oleh sifat pengompleksannya dan afinitasnya yang tinggi terhadap bioligan, terutama yang mengandung gugus sulfhidril (-SH):

Pembentukan senyawa kompleks ion timbal dengan protein, fosfolipid dan nukleotida menyebabkan denaturasinya. Seringkali ion timbal menghambat metaloenzim EM 2+, menggantikan kation logam kehidupan darinya:

Timbal dan senyawanya merupakan racun yang bekerja terutama pada sistem saraf, pembuluh darah, dan darah. Pada saat yang sama, senyawa timbal mempengaruhi sintesis protein, keseimbangan energi sel dan peralatan genetiknya.

Dalam pengobatan, antiseptik eksternal berikut digunakan sebagai astringen: timbal asetat Pb(CH3COO)2 ZH2O (lotion timbal) dan timbal(2) oksida PbO (plester timbal). Ion timbal dari senyawa ini bereaksi dengan protein (albumin) di sitoplasma sel dan jaringan mikroba, membentuk albuminat seperti gel. Pembentukan gel membunuh mikroba dan, terlebih lagi, mempersulit penetrasi mereka ke dalam sel jaringan, sehingga mengurangi respons inflamasi lokal.