 |
|
Углерод (С, атомный вес 12) — принадлежит к числу элементов, в
значительной степени распространенных в природе. Входя в состав растительных и
животных тканей (вместе с водородом, кислородом и азотом), У. играет важную роль
во всех жизненных процессах организмов. В воздухе углерод находится в малом
количестве, в виде окиси углерода, углекислоты, углеводородов и пр.; в воде рек
морей и пр. — в виде углекислоты и углекислых соединений кальция, магния, железа
и пр.; в земной коре — в виде каменного и бурого угля, антрацита, нефти,
асфальта, озокерита, углекислых солей и пр. Присутствие У. в небесных телах
показывает спектроскоп; кроме того, его находят в метеоритах. |
|
Свойства.
У. в кристаллическом виде известен в нескольких видоизменениях и в аморфном
виде. По предложению Люци, различают следующие разновидности У.: 1) алмаз, 2)
графит, 3) графитит и 4) аморфный У.
Алмаз,
по кристаллографической форме, принадлежит к правильной системе, бывает или
бесцветен, или окрашен в различные цвета: желтый, зеленый, синий, красный и
черный; наибольшее значение в технике имеют черные алмазы, назыв. карбонатами,
они попадаются величиною от горошины до кусков в 1 кг; при кристаллическом
строении они иногда очень пористы. Уд. вес их 3,012 — 3,416. Отличаясь большой
твердостью (больше, чем у обыкновенных алмазов), они идут для приготовления
алмазных инструментов, напр., для распиливания или бурения твердых горных пород;
в порошке они применяются для шлифовки драгоценных камней. Стоимость алмазов
сильно зависит от степени прозрачности их и цвета.
Бесцветный алмаз
имеет уд. в. около 3,51; по твердости он превосходит все тела, за исключением
алмазного бора. Самыми твердыми считаются ост-индские алмазы и наименее твердыми
— капские; в то же время алмаз хрупок и может истираться в порошок. Коэффициент
расширения алмаза по Физо 0,00000118; с темп. он увеличивается. Теплоемкость
алмаза значительно ниже той, которая требуется законом Дюлонга и Пти. С повышением темпер. она увеличивается
и приближается к нормальной. Алмаз обладает очень высоким коэффициентом
лучепреломления: для линии H он равен 2,51425; коэффициент светорассеяния у него
значительно выше, чем у многих прозрачных тел. Благодаря большой твердости
алмаза и связанной с ней способности воспринимать высокую степень полировки,
благодаря сильному светорассеянию, малому углу для полного внутреннего
отражения, алмаз имеет весьма сильный блеск и игру. Алмаз не проводит
электричества; под влиянием электрических разрядов в пустоте он начинает сильно
фосфоресцировать синим, зеленым и красным цветами. Действие высокой температуры
на алмаз было предметом многочисленных исследований. Опыт показывает, что алмаз
выдерживает сильное накаливание почти без изменения. В XVII ст. впервые Anselme
Bo высказал мнение, что алмаз может гореть; к тому же мнению пришел и Ньютон,
основываясь на значительной величине коэффициента преломления алмаза. В 1694 г.
флорентийские ученые Аверани и Фарджио показали, что алмаз сгорает при
накаливании солнечными лучами в фокусе вогнутого зеркала. Лавуазье нашел, что
при горении алмаза в кислороде образуется углекислота, как и при горении
обыкновенного угля, и таким образом была установлена химическая природа алмаза.
При горении алмаз оставляет золы 0,05 — 0,2%, которая состоит главн. образом из
кремнезема, окиси железа, извести и магнезия. Черные алмазы дают больше золы и
горят быстрее. Горение алмаза в кислороде начинается около 800°; при этом он не
плавится и не чернеет; горящий алмаз в воздухе гаснет. По Бертело, на 12 г
алмаза при горении выделяется 94,31 больших калорий. При накаливании без доступа
воздуха алмаз изменяется только при очень высокой температуре, напр., в
вольтовой дуге; алмаз при этом чернеет, уд. в. его уменьшается, и получается
вещество, похожее на графит. Смесь азотной кислоты и бертолетовой соли,
расплавленная селитра (Муассан), фтор при 1200° не действуют на алмаз.
Расплавленный поташ или сода, хромовая смесь при 180° — 230° окисляют алмаз. С
железом он соединяется около 1100°, с серой — около 1000°. Благодаря высокой
стоимости алмазов, издавна ведутся попытки получать их искусственным путем из
других видов У. — Депрэ указал, что при получении вольтовой дуги между пучком
платиновых проволок и углем, уголь обращается в пар и садится в виде мелких
кристаллов, которые иногда бывают прозрачны и по своему блеску и способности
полировать рубин напоминают алмаз. Результаты его опытов оспаривались многими;
по Муассану, это могли быть углеродистые кремний или бор. Обширные опыты
получения алмазов искусственным путем были произведены Муассаном в 90-х годах
прошлого столетия. Муассан растворял У. в расплавленном серебре, алюминии,
железе, хроме, никеле и др. металлах, но при застывании металла в обыкновенных
условиях У. всегда выделялся в виде графита. Накаливая уголь в вольтовой дуге,
Муассан не нашел и следов плавления, хотя У. видимо испарялся, и пришел к
заключению, что У. при обыкновенном давлении обращается в парообразное
состояние, не плавясь (подобно мышьяку); исследование налета, образовавшегося от
охлаждения паров У., показало, что он состоит из графита; в него же перешел и
взятый уголь. Если сопоставить эти результаты с тем фактом, что сам алмаз при
накаливании в вольтовой дуге переходит в графит, то можно придти к заключению,
что графит есть наиболее стойкая разновидность У. при высоких температурах под
обыкновенным давлением. После таких неудачных попыток получить алмаз Муассан
пришел к убеждению, что необходимым условием для выделения У. в форме алмаза,
кроме высокой температуры, должно являться давление. При сильном давлении и
высокой температуре У. будет плавиться и, переходя из жидкого состояния в
твердое, будет кристаллизоваться в форме алмаза. Все эти требования известным
образом выполняются при быстром охлаждении расплавленного чугуна. Если охладить
чугун очень быстро, вливая в воду или в расплавленный свинец, он затвердевает с
поверхности, оставаясь еще жидким внутри. Жидкая масса при дальнейшем охлаждении
в свою очередь затвердевает, выделяя растворенный У., но так как чугун при
переходе из жидкого состояния в твердое увеличивается в объеме, а здесь такому
увеличению объема мешает образовавшаяся вначале твердая кора, то выделившийся У.
должен испытывать большие давления. Растворяя полученный таким образом чугун,
Муассан нашел в нем алмазы до 0,5 мм величиной. Россель показал, что такие же
алмазы находятся в стали, застывающей под большим давлением. По указанию Руссо,
черные алмазы получаются при разложении ацетилена в вольтовой дуге. Для
распознавания алмаза, кроме состава, служит его твердость, удельный вес, а также
отношение к рентгеновским лучам, которых он не пропускает. О месторождениях,
добыче алмазов и пр. — см. Алмаз, Бриллиант и Драгоценные камни. Другая
кристаллическая разновидность У. — графит — находится на земной поверхности, в
большем количестве, чем алмаз, и искусственным путем она получается легче
последнего.
Графит. Теплота горения графита на 1 г 7901,2
б. к. (Бертело и Пти). Графит применяется для приготовления карандашей, тиглей;
в гальванопластике им покрываются предметы, не проводящие электрического тока,
чтобы сделать их проводниками; им пользуются как смазочным материалом, для
полировки, окраски и пр. Продажный природный графит содержит большее или меньшее
количество примесей (по анализам Мена — до 74,2%). Достоинство графита
определяется процентным содержанием в нем У. Для определения У. графит или
сжигается в струе кислорода, или окисляется хромовой кисл. При анализе графита
необходимо иметь в виду следующие обстоятельства. Графит обыкновенно содержит
воду, которая не выделяется даже при 150°; для удаления ее требуется слегка
накалить пробу без доступа воздуха. С другой стороны, в графите часто находится
колчедан и известняк; образовавшийся при горении серы сернистый газ и
выделившаяся при разложении известняка углекислота могут значительно изменить
результаты анализа. Для устранения этого графит промывается слабой соляной
кислотой, и в трубку для сожжения кладется слой хромовокислого свинца. Трудность
анализа графита зависит еще от того, что иногда частицы его при горении
облекаются расплавленными шлаками, которые защищают его от доступа кислорода.
Графит, как и другие разновидности У., отделяется от алмаза окислением азотной
кислотой с бертолетовой солью. На существование особой разновидности графита —
графитита — указано Люци, по исследованиям которого графитит бывает
кристаллический в аморфный. Графитит отличается от графита по действию на них
азотной кисл.: графит, смоченный крепкой азотной кисл., при нагревании
вспучивается, и крупинки его принимают червеобразный вид; графитит не показывает
этого явления. При окислении графита и графитита смесью азотной кислоты и
бертолетовой соли получаются продукты (окиси графита и графитита), отличающиеся
между собой по своему составу.
Аморфный графитит
отличается от аморфного У. своим высоким уд. весом, около 2,21 — 2,26, и
способностью давать при окислении нелетучую окись, не растворимую в воде. Аморфный
углерод.
получается действием магния на углекислоту или ее соли, фосфора на расплавленный
поташ, соду или цианистый калий, при разложении органических веществ, напр., при
неполном горении их (сажа), при сухой перегонке или накаливании их без доступа
воздуха и пр. Полученный тем или другим способом У. содержит большее или меньшее
количество примесей и обыкновенно называется углем.
Свойства угля, вообще говоря, бывают различны, в зависимости как от материала, из
которого он получен, так и от способа получения. Отличие углей от алмаза и
графита составляет уд. вес, обыкновенно меньше 2, и большая склонность к
химическим превращениям. Из наиболее чистых сортов аморфного У.,
встречающихся в природе, можно указать на минерал
шунгит, найденный в Олонецкой
губ., в Повенецком у. По Иностранцеву, он в отборных образцах содержит У.
98,11%, водорода 0,43%, азота 0,43% и золы 1,09%. В Саксонии найден минерал
графитоид, содержащий, по анализу Люци, 98,82 — 99,02% У. Для получения
аморфного У. в чистом виде иногда берут порошок древесного угля или угля из
молочного сахара и обрабатывают его соляной кислотой, едким кали и водой; затем
нагревают его в струе хлора; полученный продукт содержит, однако, некоторое
количество золы. Лучшие результаты получаются с сажей. Обширные опыты для
получения аморфного У. были произведены Муассаном. Он прибегал к неполному
горению керосина, ацетилена, разложению четырехйодистого У. различными
способами, восстановлению углекислоты бором и пр. При этом избегали действия
высокой температуры. Наилучшие результаты получились при детонации ацетилена.
Аморфный У. в этом случае получается в виде рыхлого порошка уд. в. 1,76, легко
окисляющегося и полимеризующегося; при накаливании в вольтовой дуге аморфный У.
уплотняется, уд. вес его становится около 2,12 и он показывает все свойства
графита. Теплота горения на 1 г 8137,4 (Бертело). |
Соединения
углерода — У. дает соединения с водородом, кислородом, серою, азотом,
галоидами и пр., причем в частицы этих соединений может входить самое
разнообразное число его атомов. В соединениях своих У. является 4-атомным, так
что предельный тип для частицы с одним атомом У. выражается формулой СХ4, где Χ
одноатомный элемент или группа. Благодаря способности атомов У. соединяться
между собою, образуя сложную частицу в виде открытой или закрытой цепи, получается чрезвычайно большое число разнообразных углеводородистых соединений, которые составляют предмет так наз. органической
химии. Так как были получены углеводородистые соединения, которые при
одном и том же составе и одной и той же частичной формуле обладали различными
физическими и химическими свойствами, то был выдвинут вопрос о строении частиц,
о взаимном соотношении различных атомов, входящих в частицу, и пр., разработка
которого чрезвычайно расширила область современной химии. У. прямо соединяется
со многими телами (обыкновенно берется аморфный У.). При получении вольтовой
дуги в струе водорода образуется углеводород ацетилен:
2C + H2 = C2H2;
соединяясь в тех же самых условиях с азотом У. дает циан:
C2 + N2 = C2N2. |
При горении в кислороде получается окись У. СО и углекислота СО2. Из галоидов У.
прямо соединяется только с одним фтором, затем он непосредственно соединяется с
серой, кремнием, бором и многими металлами: железом, хромом, марганцем, магнием,
кальцием, алюминием, барием, платиной и пp. Из соединений У. здесь будут
рассмотрены только окислы и углеродистые металлы, о прочих же см. Хлористый,
Бромистый, Йодистый и Фтористый У., Циан, Сероуглерод, Фосген, Родановая и
синильная кисл., Мочевина, Карбаминовая и Циановая кисл., Углеводороды, Спирты и
пр. органические вещества.
Окись С (СО) была получена впервые в 1776 г. Ласонном при накаливании угля с
окисью цинка; в 1796 г. ее приготовил Пристли, накаливая смесь угля с железной
окалиной; он принимал ее за углеводород. Истинная натура СО была установлена
Клеманом и Дезормом. Окись У. образуется вместе с углекислотой СО2 при горении
угля и органических веществ. Благоприятными условиями для ее образования
является высокая температура и недостаток кислорода (для полного окисления У. в
СО2). Углекислота при 1300° или при пропускании электрических искр распадается
на окись У. и кислород:
СО2 = СО + О.
Углекислота также и мн. др. способами восстанавливается до окиси У., напр., при
накаливании с углем, с цинком, железом и пр., напр.:
СО2 + С = 2CO;
также относятся и углекислые соли. СО получается при пропускании водяного пара
через раскаленный уголь, причем рядом образуется водород:
C + H2O = CO + H2.
|
Для получения окиси У. в чистом виде пользуются обыкновенно
разложением щавелевой кисл. крепкой серной кислотой при
легком нагревании:
C2H2O4 = CO + CO2 + H2O;
для освобождения от углекислоты газ пропускается через щелочь и затем
высушивается. Для той же цели, по предложение Бутлерова, может служить
разложение желтой соли серной кисл. по ур.:
К4Fе(CN)6 + 6Н2SО4 + 6Н2O = 2К2SО4 + FeSO4 + 3(NH4)2SO4 + 6CO.
Берут 1 ч. желтой соли на 9 ч. крепкой серной кислоты; так как масса пенится, то
реакцию ведут в объемистой колбе при легком нагревании. Полученный газ
пропускается через щелочь для удаления следов углекислоты и сернистой кислоты.
Окись У. представляет бесцветный газ; плотность его по отношению к воздуху 0,967
(Leduc). При охлаждении СО сгущается в бесцветную жидкость, кипящую при — 193°
при обыкн. давлении. Критическая темпер. — 139,5° и критическое давление 35,5 атм. (Ольшевский).
Жидкая окись У. при — 211° и уменьшенном давлении (ок. 100 мм) затвердевает в
снегообразную или прозрачную массу. Теплоемкость окиси У. при постоянном
давлении в промежутке 23° — 99° равна 0,2425 (Видеман). Отношение теплоемкости
при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме при 0° = 1,4032.
Окись У. мало растворима в воде. По Бунзену, 1 объем воды при температуре t
растворяет v объемов СО, где
v = 0,032874 — 0,00081632t + 0,000016421t2.
Спирт при темп. 0° — 25° растворяет 0,20443 объема окиси У. Молекулярная теплота
горения окиси У., по Бертело = 68,25 б. кал. Молекулярная теплота образования из
аморфного У., по Бертело и Пти = 29,74 б. кал. При высокой темпер. СО отчасти
разлагается, выделяя уголь и образуя углекислоту:
2СО = С + СО2.
|
При действии
электрических искр
или тихого разряда получается твердое бурое вещество состава С4O3. Окись У. способна прямо соединяться с кислородом, образуя
углекислоту. Смесь СО с кислородом, содержащая некоторое количество влажности,
взрывается при накаливании или при пропускании электрических искр. Температура
воспламенения смеси, в зависимости от процентного состава газов, лежит между
630° — 725°. При взрыве двух объемов СО и одного объема кислорода давление
возрастает в 10,1 раз и температура в момент горения достигает 3334° (Бертело и Вьель). Скорость распространения взрыва в такой смеси равна 1089 м, по опытам
Бертело и Вьеля. Диксон показал, что способность СО соединяться с кислородом
зависит от присутствия паров воды; газы, тщательно высушенные фосфорным
ангидридом, не взрывают от электрической искры; при пропускании ряда искр
соединение происходит, но не идет до конца. По опытам Л. Мейера, здесь имеет
значение характер искры; при сильной искре смесь рассматриваемых сухих газов
взрывает, хотя не сполна, причем давление газов облегчает их соединение.
Различные окислители, напр. хамелеон, хромовая кислота, дымящая азотная кислота,
переводят окись У. в углекислоту. Озон и перекись водорода при обыкновенной
температуре не действуют на нее, но перекись водорода в присутствии палладия и
воды окисляет ее. Многие окиси при нагревании, напр. окись меди, окись железа,
окись свинца и пр., восстанавливаются окисью У. до металла, напр.:
CuO + CO = Cu + CO2.
При накаливании смеси СО с водяным паром происходит отчасти разложение воды и
окисление СО в углекислоту:
СО + Н2O = СО2 + Н2;
причем устанавливается известная равновесная система между H2O,
Н2, СО и
СО2.
Многие металлы при накаливании поглощают СО, напр. железо 4,15 объема, серебро
0,15 и пр.; этим можно объяснить способность окиси У. проникать через накаленное
железо. Металлический калий при 80° соединяется с СО, образуя K6C6O6. Никель
дает Ni(CO)4, железо Fe(CO)5 и
Fe2(CO)7. Щелочи поглощают окись У., превращаясь
в муравьинокислые соли, напр.:
КОH + СО = КНСО2.
Окись У. на свету соединяется с хлором и дает летучую жидкость, фосген (кипит
при 8°):
СО + Сl2 = СОСl2.
|
С бромом не происходит подобного соединения. Окись У. поглощается раствором
полухлористой меди в аммиаке или в соляной кислоте (этим пользуются при анализе
газов, содержащих СО; см. Газовый анализ), причем образуется соединение СО с
полухлористой медью. Из солянокислого раствора получают кристаллическое вещество
состава 4Cu2Cl3CO8H2O или, может быть,
Cu2Cl2CO2H2O. При пропускании газа,
содержащего СО, в аммиачный раствор азотнокислого серебра происходит образование
серебряного зеркала или, при небольшом содержании СО, побурение раствора. Эта
реакция может служить для качественного определения СО при отсутствии в смеси
других газов, восстанавливающих азотнокислое серебро. Окись У. очень ядовита. Для качественного определения окиси У., кроме указанной реакции
восстановления аммиачного раствора азотнокислого серебра, служит способность СО
поглощаться гемоглобином крови, при этом кровь показывает характерный спектр
поглощения. Как известно, обыкновенно кровь дает в спектре поглощения две черные
линии между фраунгоферовыми линиями E и D. При прибавлении к крови сернистого
аммония они исчезают; кровь же, поглотившая окись У., дает в спектре поглощения
эти линии в присутствии сернистого аммония. Для опыта берут кровь, сильно
разбавляют ее водой, прибавляют сернистого аммония и энергично взбалтывают с
газом, содержащим окись У., затем кровь наливают в стеклянный сосуд с
параллельными стенками и исследуют в спектроскопе. Для количественного
определения окиси У., при сравнительно большом содержании ее и отсутствии других
углеродистых соединений, можно сжигать ее в углекислоту и определять количество
последней по обычным приемам органического анализа; можно также определять
ее, поглощая аммиачным или соляно-кислым раствором полухлористой меди или
взрывая ее в эвдиометре. Самый лучший метод для определения
CO в очень разбавленных газовых смесях основан на способности окиси У.
окисляться йодноватой кислотой, именно:
5CO + 2HJO3 = 5СО2 + J2 + H2О;
в результате определяется углекислота или йод. По предложению Niclaux, анализ
ведется следующим образом. Исследуемый газ медленно (не более 10 куб. см в
минуту) пропускается через 3 U-образные трубки; из них первая содержит кусочки
едкого кали для поглощения СО2,
Н2S и т. п. газов, вторая трубка — пемзу,
смоченную серной кислотой, для высушивания газов, и третья 30 — 40 г безводной
йодноватой кислоты. Эта последняя трубка нагревается в масляной бане до 150°. За
йодноватой кислотой следует трубка Билля, в которую наливают 5 куб. см раствора
едкого натра уд. в. 1,2 и 5 куб. см воды. Она служит для поглощения паров йода,
образовавшегося из йодноватой кислоты и уносимого газом. Для опыта достаточно
пропустить 1 литр газа при содержании СО не менее 1/20000; пропустив исследуемый
газ, для удаления последних его следов просасывают через прибор немного
атмосферного воздуха. Жидкость из трубки Билля и промывные воды выливают в узкую
пробирку емкостью в 100 куб. см с пришлифованной пробкой; получают объем всей
жидкости в 40 — 50 куб. см, прибавляют сюда серной кислоты до заметно кислой
реакции, 5 куб. см хлороформа и несколько сантиграммов азотистокислого натрия.
Поглощенный йод выделяется и окрашивает хлороформ в розовый цвет, более или
менее интенсивный. Этот оттенок сравнивают с окраской хлороформа, содержащего
определенное количество йода. Для этой цели в другую пробирку наливают 40 куб.
см воды, 5 куб. см едкого натра, серной кислоты, 5 куб. см хлороформа,
азотистого натрия и известный объем раствора йодистого калия определенной
крепости, напр. 0,0001 г в 1 куб. см. Равенство оттенков раствора, полученного
при анализе и синтетически составленного, указывает на одинаковое содержание в
них йода. Предложенный способ годен для смеси, содержащей окиси У. до 1/50000 по
объему. Водород и болотный газ не дают указанной реакции; но вообще нужно
избегать присутствия органических веществ, так как они тоже могут выделять йод
из йодноватой кислоты.
|
Углекислота СО2. Впервые на выделение углекислоты из минеральных вод было
указано Либавиусом в 1597 г. Ван-Гельмонт показал, что при действии кислот на
известняки и щелочи (углекислые), при горении угля, из минеральных вод, при
брожении, из Собачьей пещеры близ Неаполя выделяется газ, "gas silvestre", в
котором животные дохнут и который не поддерживает горения. Гофманн нашел, что он
окрашивает лакмусовую бумагу, подобно слабой кислой. Блэк указал, что этот газ
отличается от воздуха способностью поглощаться щелочами и назвал его l'air fixe.
Истинная природа СО2 была раскрыта Лавуазье. Углекислота очень распространена в
природе; она служит нормальной составною частью воздуха и является
необходимым элементом для жизни растений. Углекислота находится в речной и
морской воде в свободном состоянии или в виде углекислых солей. Значительное
количество ее выделяется из земли в вулканических местностях из расщелин,
минеральных источников и пр. В пустотах многих минералов находят жидкую
углекислоту, напр. в кварцах, топазах, сапфирах и пр.; она входит в состав
многих горных пород, образующих земную кору, напр. известняка, мрамора, мела,
доломита. Углекислота образуется при дыхании и горении, гниении и брожении
органических веществ. Относительно физических свойств углекислоты и способов
получения ее в технике см. Углекислота. В лабораториях обыкновенно готовят
углекислоту, действуя соляной кисл. на мрамор, по уравн.:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O.
|
Для этой цели применяется несколько типов приборов, которые, будучи раз
снаряжены, позволяют иметь углекислоту во всякое время. Полученный газ промывают водой или
раствором соды для удержания следов соляной кислоты, уносимой током газа, и
затем газ высушивается. Необходимо обратить внимание на то, что многие сорта
мрамора при разложении соляной кислотой дают некоторое количество сероводорода.
Лучший способ получения чистой углекислоты состоит в разложении насыщенного
раствора соды крепкой серной кислотой, которая предварительно насыщается
углекислотой для удаления растворенного воздуха. Углекислота при накаливании
разлагается отчасти на окись У. и кислород:
СО2 = СО + О. |
Давление уменьшает диссоциацию. Углекислота вообще не поддерживает горения, но
зажженный магний, калий, натрий горят в ней, выделяя уголь. Жидкая углекислота
не растворяет серу, фосфор, стеарин, парафин; натрий и амальгама натрия на нее
не действуют. Жидкая углекислота не окрашивает сухой лакмусовой бумаги.
Углекислота с водой ниже 0° и при давлении 16 атм. дает кристаллический гидрат
СО28Н2O. Будучи кислотным ангидридом, она соединяется с основаниями, образуя
соли, которые отвечают обыкновенно гидрату состава Н2CО3. Щелочные соли
растворимы в воде, причем средние соли более растворимы, чем кислые; они имеют
щелочную реакцию на лакмус. Кислые при нагревании выделяют углекислоту и воду,
напр.:
2NaHCO3 = Na2СO3 + H2O + CO2.
|
Средние соли
при накаливании не разлагаются.
Углекислые соли
щелочноземельных металлов в воде не растворимы; в присутствии углекислоты они
несколько переходят в раствор и вновь выделяются, когда углекислота удаляется.
При накаливании они более или менее легко теряют углекислоту и дают окиси; это
разложение зависит от температуры и давления углекислоты, см. Диссоциация.
Углекислые соли других металлов все не растворимы в воде. Они лучше всего
получаются двойным разложением с углекислыми щелочами, хотя здесь иногда
вследствие того, что получаемая соль непрочна, происходит разложение ее и
выделяется гидрат окиси, напр.:
Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 3Nа2SО4 + 2Аl(НО)3 + 3CO2.
При накаливании они выделяют углекислоту.
Углекислые соли легко разлагаются даже слабыми кислотами с выделением
углекислоты.
|
При действии тихого разряда на чистую углекислоту или на смесь ее с кислородом
происходит образование, по Бертело, ангидрида надугольной кислоты СО3. Надугольной кислоте H2CO4 приписывают важную роль в процессе ассимиляции У. из
углекислоты хлорофиллоносными частями растений под влиянием солнечного света. По
мнению А. Баха, гидрат углекислоты Н2СО3 может распадаться в этих условиях по
уравнению:
3H2COЗ = 2H2CO4 + H2O + C
а затем надугольная кислота Н2СO4 может разлагаться на углекислоту и перекись
водорода:
2H2CO4 = 2CO2 + 2H2O2 = 2СО2 + 2Н2O + О2.
Пропуская ток углекислоты через 1,5% раствор уксусно-кислого урана, А. Бах
действительно констатировал образование перекиси под влиянием солнечного света.
|
Муассаном были изучены многочисленные соединения У. с металлами и металлоидами,
так наз. карбиды. Для приготовления их брались чаще всего окислы, смешивались с
углем и накаливались в вольтовой дуге в так назыв. электрической печке Муассана.
Углеродистый кальций,
стронций и
барий имеют состав СаС2, SrC2, ВаС2. Все это —
кристаллические вещества, уд. вес которых, если идти от кальция к барию,
повышается, именно: 2,22, 3,19, 3,75, а температура плавления понижается. Водой
на холоду они разлагаются, образуя чистый ацетилен, напр.:
СаС2 + Н2O = СаОС2H2
С углеродистым кальцием схожи углеродистые стронций и барий;
литий дает соединение Li2C2, которое с водой тоже
выделяет чистый ацетилен. Церий образует СеС2; при разложении
его водой или слабой кислотой получается смесь ацетилена (до 80%) с
метаном (до 21%), с некоторыми количествами этилена, также жидких и
твердых углеводородов. Процентный состав продуктов разложения меняется в
зависимости от условий опыта. Лантан с У. образует карбид LaC2, с водой,
как и карбид церия, он дает ацетилен, метан, следы этилена и жидких и
твердых углеводородов; метана получается больше, чем при разложении СеС2.
Алюминий дает карбид Аl4С3 уд. в. 2,36; с водой он
образует чистый метан. Марганец образует Μn3C, уд. в. 6,89;
при 17°, разлагаясь водой, он дает газ, состоящий из метана и водорода
почти в равной пропорции.
Уран с У. образует соединение Ur2C3,
уд. в. 11,28 при 18°. При разложении водой он выделяет только 1/3 своего
У. в виде газообразных продуктов, состоящих главным образом из метана
(около 80%), этилена, ацетилена и водорода; остальная часть У. образует
жидкие и твердые углеводороды. С бором У. образует соединение Br6С уд.
в. 2,51, вещество очень стойкое; кислоты не разлагают его. Хлор и
кислород действуют на него при 1000°. Оно обладает большой твердостью и
может полировать алмаз. Углеродистый титан имеет состав TiC уд. в. 4,25.
Соляная кислота на него не действует, а царская водка медленно окисляет
его. Кремний с У. дает карбид SiC, который называется карборундом, уд.
в. 3,12. Кислоты серная, соляная, азотная на него не действуют.
Благодаря своей твердости (чертит рубин) карборунд применяется в технике
для полирования и шлифования. О соединении железа с У. см. Закалка,
Сталь, Чугун, Железо. Золото, висмут и олово не растворяют У. при
высокой температуре; мед растворяет его немного. Серебро растворяет его,
но выделяет при охлаждении. Карбиды играли, по-видимому, важную роль в
истории земли. При образовании земли У. существовал, вероятно, в виде
карбидов, которые при разложении водой дали образование углеводородам.
Этим объясняют, между прочим, происхождение нефти. Разница между средней
плотностью земли и плотностью земной коры на поверхности указывает на
существование в недрах земли тяжелых пород, вероятно, карбидов.
|
Атомный вес С
был установлен, главным образом, Дюма и Стасом. Берцелиус
определял его косвенным путем, по анализу углекислого и щавелевокислого свинца.
Дюма и Стас вывели его из исследования процентного состава углекислоты. Они
брали определенную навеску У., сжигали ее в кислороде и определяли вес
полученной углекислоты, поглощая ее щелочью. Для опытов брался природный графит,
искусственный графит и алмаз, которые предварительно подвергались очистке; при
этом принималась в расчет зола, остающаяся после сожжения. Кроме того, Стас
определил образование углекислоты из окиси У. и кислорода. Для этой цели он
пропускал окись У. через накаленную окись меди, предварительно взвешенную,
определял вес образовавшейся углекислоты и вес израсходованного кислорода по
потере в весе окиси меди. В результате оказалось, что атомный вес У., данный
Берцелиусом, отличался от полученного Дюма и Стасом почти на 2%. Эти
исследования и послужили поводом для Стаса произвести свои знаменитые работы над
атомными весами.
С. П. Вуколов. |
