탄소란 무엇인가요?

카본(carbon)의 영어 이름은 라틴어 "carbo"(숯)에서 유래되었습니다. 탄소는 자연에서 자연적으로 발생하기 때문에 인간이 인식한 최초의 화학 원소 중 하나입니다. 철, 황, 구리, 은, 주석, 안티몬, 금, 수은, 납 등과 함께 고대 사람들이 오랫동안 인식해 온 화학 원소입니다. 탄소는 자연계에 가장 널리 분포되어 있는 기본 원소 중 하나입니다. 자연계에 자유상태로 존재하는 탄소에는 다이아몬드, 흑연, 석탄 등이 있습니다. 탄소원소의 발견과 확인은 길고도 험난한 과정을 거쳐 왔으며 과학기술 발전사에서 중요한 성과이다. 원소 탄소의 존재는 약 50만년 전 베이징 저우커우뎬(Zhoukoudian) 지역의 유적에서 찾아볼 수 있다. 신석기시대부터 인간이 도자기를 만들기 시작한 이래로 카본블랙은 흑자기를 만드는 검은색 안료로 사용되어 왔다. 전국시대(기원전 403년~기원전 221년)에 우리 나라는 이미 철을 만드는 데 숯을 사용했습니다. 금속산업이 발전하면서 사람들은 숯보다 값싼 연료를 찾다가 석탄을 발견하게 되었습니다. "한수지리"에 따르면 "위장현(현재 장시성 난창시 근처)에서 생산된 돌은 연료로 태울 수 있습니다." 한 왕조 문서 "소금과 철 이론"에는 다음과 같이 명시되어 있습니다. 소금 제련은 모두 철탄을 기반으로 한다.” 중국 고고학자들이 산동성 핑링현의 한 초기 철 제련소에서 석탄을 발견한 것은 한나라 초기, 즉 19세기에 철을 만드는 데 석탄이 사용되었음을 나타냅니다. 기원전 200년. 탄소를 뜻하는 한자는 '숯'에서 유래됐다. 우리나라는 옛날에 석탄을 '숯'이라고 불렀기 때문에 '탄소'라고 불렀습니다. 19세기 초에 과학자들은 탄소가 생명체를 구성하는 가장 기본적인 원소라는 사실을 발견했습니다. 검색 범위를 선택해 주세요?회사 카탈로그?제품 카탈로그?중고 장비?구매 정보?예비 부품?업계 정보?업계 논문?기술 특허?업계 표준?업계 서적?회사 채용?인사?친절한 링크?사업 관리? 업계 포럼 회원 등록?|?2차 도메인 이름 신청?|?무엇을 할 수 있나요?|?웹사이트 매뉴얼?|?계약 다운로드?|?광고 예약?|?기업 우체국?|?표준 라이브러리?|?소개 우리?

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게시물 주제: 소개 탄소원소?

Owner: shaoys?[2006-3-18?PM?02:49:53] 탄소원소 소개 Carbon, CARBON은 숯인 carbo에서 유래한 물질입니다. 위 그림에서 볼 수 있듯이 매우 초기에 발견되었습니다. 다이아몬드, 탄소, 돌 검정의 세 가지 자연 형태로 표시됩니다. 카본의 셀 수 없이 많은 화합물은 나일론, 휘발유, 향수, 플라스틱, 구두약, DDT, 폭발물에 이르기까지 우리 일상 생활에 필수적입니다.

탄소 발견의 간략한 역사

탄소는 인간이 접촉한 최초의 원소 중 하나라고 할 수 있으며, 또한 가장 초기의 원소 중 하나이기도 합니다. 인간이 활용해 온 것. 인간은 지구에 등장한 이후부터 탄소와 접촉해 왔다. 번개가 나무를 태우면 숯이 남는다. 인간이 불을 피우는 법을 배운 뒤에는 탄소가 남는다. 영구적인 "파트너"이므로 탄소는 고대부터 알려진 원소입니다. 탄소가 발견된 정확한 연대를 알 수는 없으나 1789년 라부아지에(Lavoisier A.L. 1743-1794 France)가 편찬한 『원소표』를 보면 탄소가 원소로 등장했음을 알 수 있다. 탄소는 탄소가 원소가 아니라 순수한 플로지스톤이라는 고대 플로지스톤 이론의 발전에 중요한 역할을 했습니다. 라부아지에는 처음으로 탄소가 원소임을 지적했습니다.

자연에는 다이아몬드, 흑연, C60 등 세 가지 탄소 동소체가 있습니다.

다이아몬드와 흑연은 오랫동안 사람들에게 알려져 왔습니다. 라부아지에는 다이아몬드와 흑연 연소에 대한 실험을 수행한 후 두 물질 모두 연소 시 CO2를 생성한다는 사실을 확인하고 다이아몬드와 흑연이 탄소라는 동일한 "기초"를 포함하고 있다는 결론을 내렸습니다. 처음으로 주기율표에 탄소를 포함시킨 사람은 라부아지에였습니다. C60은 1985년 휴스턴 라이스 대학의 화학자 해리 크라우트(Harry Kraut)와 다른 사람들에 의해 발견되었습니다. 이는 60개의 탄소 원자로 구성된 구형의 안정적인 탄소 분자입니다. 이는 다이아몬드와 흑연 다음으로 세 번째 유형의 탄소입니다.

탄소의 라틴어 이름인 카르보늄(Carbonium)은 '석탄'을 뜻하는 Carbon이라는 단어에서 유래되었으며, 1787년 라부아지에 등이 편찬한 '화학명명법'이라는 책에 처음 등장했다. 탄소의 영어 이름은 Corbon입니다.

원소탄소 지각에 포함된 탄소의 질량분율은 0.027%로 자연계에 널리 분포되어 있다. 화합물의 형태로 존재하는 탄소에는 석탄, 석유, 천연가스, 동식물, 석회석, 백운석, 이산화탄소 등이 있습니다.

1998년 말 기준으로 세계 최대 화학 초록인 미국 화학 초록에 등록된 화합물의 총 수는 1,880만 개에 달하며, 그 중 대다수가 탄소 화합물이다.

우리 모두 알고 있듯이 생명의 기본 단위인 아미노산과 뉴클레오티드는 탄소를 골격으로 합니다. 처음에는 탄소 사슬이 하나씩 길어지면서 단백질과 핵산으로 진화했고, 그 다음에는 원시 단일 세포가 진화해 곤충, 물고기, 새, 짐승, 원숭이, 오랑우탄, 심지어 인간까지 진화했다. 이 30억~40억 년 생명의 교향곡의 주요 주제는 탄소의 화학적 진화입니다. 탄소가 없으면 생명도 없다고 할 수 있습니다. 탄소는 생명체의 중추입니다.

순수한 원소 탄소에는 다이아몬드, 흑연, C60의 세 가지 유형이 있습니다. 그들은 탄소의 세 가지 동소체입니다.

다이아몬드

흑연

카본 60

다이아몬드

다이아몬드는 수정처럼 맑고 아름답고 눈부십니다. 천연 광물 중 가장 단단한 광물입니다. 모든 물질 중에서 가장 단단합니다. 물질의 경도를 측정하는 특성화 방법은 다른 물질의 경도를 측정하기 위해 다이아몬드의 경도를 10으로 규정하고 있습니다. 예를 들어 Cr의 경도는 9, Fe는 4.5, Pb는 1.5, 나트륨은 0.4 등입니다. 모든 원소 중에서 녹는점이 가장 높아 3823K에 이릅니다.

다이아몬드 결정은 입방정계에 속하며 전형적인 원자 결정이다. 각 탄소 원자는 sp3 혼성 궤도에서 다른 4개의 탄소 원자와 원자가 결합을 형성하여 정사면체를 형성한다. 이것이 다이아몬드의 면심 입방 단위세포의 구조이다.

다이아몬드 결정체의 C-C 결합은 매우 강하기 때문에 모든 원자가 전자가 *** 원자가 결합 형성에 참여하고 결정에는 자유 전자가 없으므로 다이아몬드는 단단하고 단단할 뿐만 아니라 녹는점이 높지만 비전도성이기도 합니다.

상온에서 다이아몬드는 모든 화학 시약에 대해 불활성이지만 공기 중에서 약 1100K로 가열되면 CO2로 연소될 수 있습니다.

다이아몬드는 장식용으로 사용되는 것 외에도 주로 드릴 비트와 드릴링용 연삭 공구를 만드는 데 사용되며 중요한 현대 산업 원료이며 매우 비쌉니다.

흑연

흑연은 검고 부드러워 세상에서 가장 부드러운 광물입니다. 흑연의 밀도는 다이아몬드보다 작고 녹는점은 다이아몬드(3773K)보다 겨우 50K 낮습니다.

흑연 결정에서는 탄소 원자가 sp2 혼성 오비탈을 이용해 인접한 3개의 탄소 원자와 ***가 단일 결합을 형성해 육각형 평면 네트워크 구조를 형성하고, 이러한 네트워크 구조가 시트 형태로 연결된다. 층의 각 탄소 원자에는 sp2 혼성화에 참여하지 않은 나머지 p 오비탈이 있는데, 여기에는 짝을 이루지 않은 p 전자가 있습니다. 같은 층에 있는 이 탄소 원자의 m 전자는 m과 큰 ∏ 결합(결합)을 형성합니다. 중심 m 전자). 이러한 비편재화된 전자는 전체 탄소 원자 평면층을 통해 이동할 수 있으므로 흑연은 층 방향으로 우수한 전기 및 열 전도성 특성을 갖습니다.

흑연의 층은 분자간의 힘으로 결합되어 있기 때문에 흑연은 층과 평행한 방향으로 쉽게 미끄러지거나 갈라집니다. 흑연은 부드럽고 윤활성이 있습니다.

흑연층에 자유전자가 존재하기 때문에 흑연의 화학적 성질은 다이아몬드보다 약간 더 활성이 높습니다.

흑연은 전기를 전도할 수 있고 화학적으로 불활성이며 고온에 강하고 성형 및 가공이 용이하기 때문에 흑연은 전극, 고온 열전대, 도가니, 브러시, 윤활제 및 연필심을 만드는 데 널리 사용됩니다. .

탄소 60

1980년대 중반에 사람들은 탄소의 세 번째 동소체인 C60을 발견했습니다. 다음 세 가지 측면에서 C60을 소개합니다

탄소 60의 발견과 구조적 특성

탄소 60의 제조

탄소 60의 용도

탄소 60의 발견과 구조적 특성

1996년 10월 7일, 스웨덴 왕립과학원은 1996년 노벨 화학상을 Robert FCurl, Jr(미국)와 Harold에게 수여하기로 결정했습니다. C60을 발견한 WKroto(영국)와 Richard E Malley(미국)

1995년 9월 초, 텍사스주 라이스대학교 스몰리 연구소에서 크로토 등은 N형 적색거성 근처 대기에서 탄소원자 클러스터가 형성되는 과정을 시뮬레이션하기 위해 흑연의 레이저 기화를 실시했다. 별. 얻은 질량 스펙트럼에서 짝수 개의 탄소 원자로 구성된 일련의 분자가 있음을 발견했으며, 그중 다른 피크보다 20~25배 강한 피크가 있습니다. 이 피크의 질량 수는 에 해당합니다. 60개의 탄소 원자로 구성된 질량.

C60 분자가 안정적이려면 어떤 구조를 가져야 하나요? 층상 흑연과 사면체 구조 다이아몬드는 두 가지 안정적인 탄소 형태입니다. 60개의 탄소 원자가 이 두 가지 형태 중 하나로 배열되면 매우 활성화되어 안정적인 질량 스펙트럼 신호가 나타나지 않습니다. 이는 C60 분자가 흑연이나 다이아몬드와는 전혀 다른 구조를 가지고 있음을 보여줍니다. 건축가 Buckminster Fuller의 오각형과 육각형으로 구성된 아치형 돔 건물에서 영감을 받아 Kroto 등은 C60이 60개의 탄소 원자로 구성된 구형 32면체, 즉 12개의 오각형으로 구성되어 있다고 믿습니다. 이런 식으로만 C60 분자에는 매달린 결합이 없습니다.

C60 분자에서 각 탄소 원자는 sp2 혼성 오비탈로 인접한 3개의 탄소 원자와 연결되어 있고, 혼성화되지 않은 나머지 p 오비탈은 C60 구형 껍질의 주변과 내부 공동에 위치하여 큰 구형을 형성합니다. ∏ 결합으로 인해 방향족 특성이 나타납니다. 풀러를 기념하기 위해 그들은 버크민스터풀러렌(Buckminsterfullerene)의 이름을 따서 C60이라는 이름을 제안했습니다. 이후 C60을 포함하여 짝수 개의 탄소를 포함하는 모든 분자를 총칭하여 풀러(Fullerene)라고 중국어로 번역했습니다.

카본식스티의 제조

순수 흑연을 전극으로 사용하고, 헬륨분위기에서 방전되면 아크에서 생성된 그을음이 수냉식 반응기 내벽에 퇴적된다. 이 그을음에는 C60과 C70과 같은 탄소 클러스터가 혼합되어 있습니다.

그을음에서 풀러렌을 분리, 정제하는 추출법을 이용한다. 그을음을 속슬렛 추출기에 넣고 톨루엔이나 벤젠으로 추출한다. 추출물의 주성분은 C60과 C70이며, 소량이다. C84 및 C78. 그런 다음 액체 크로마토그래피를 사용하여 추출물을 분리하여 순수한 C60 용액을 얻습니다. C60 용액은 자홍색을 띠며, 용매를 증발시키면 진한 빨간색의 C60 미세결정이 얻어진다.

탄소 60의 용도

C60이 발견된 지 불과 10여년 만에 풀러렌은 물리학, 화학, 재료과학, 전자공학, 생물학, 의학 등 다양한 분야에 폭넓게 영향을 미쳤습니다. 과학 이론을 크게 풍부하게 하고 개선했으며, 응용 가능성도 큰 잠재력을 보여준 분야입니다.

보고에 따르면 C60 분자는 C60 분자가 케이지 내부 또는 외부의 다른 원자나 그룹을 포획하여 C60 유사 유도체를 형성하도록 도핑됩니다. 예를 들어 C60F60은 C60 분자를 완전히 불소화하고 C60 구형 표면에 불소 원자를 추가하여 C60 구형 껍질의 모든 전자를 "고정"하여 다른 분자와 결합하지 않음을 보여줍니다. C60보다 윤활성이 좋아 초고온성 윤활제로 사용됩니다. 또 다른 예를 들어, C60 분자 케이지에 K, Cs, Tl 및 기타 금속 원자를 추가하면 초전도 특성을 가질 수 있습니다. 이 소재로 제작된 모터는 로터를 계속 회전시키는 데 소량의 전기만 필요합니다. 또한 C60H60과 같은 탄화수소는 상대분자량이 커서 발열량이 매우 높아 로켓 연료로 활용될 수 있다. 등.

탄소의 결합 특성

탄소는 주기율표에서 IVA족의 첫 번째 원소로, 가장 비금속성 할로겐 원소이자 가장 금속성이 강한 알칼리 원소에 속합니다. 금속 사이. 원자가 전자층 구조는 2s22p2이며, 화학 반응에서 전자를 잃거나 전자를 얻기가 쉽지 않으며, 대신에 독특한 *** 원자가 결합을 형성합니다. 아무래도 4.

탄소 원자의 Sp3 혼성화

탄소 원자의 Sp2 혼성화

탄소 원자의 Sp 혼성화-1

탄소 원자의 Sp 혼성화 -2

탄소 원자의 Sp3 혼성화

탄소 원자의 sp3 혼성화는 4개의 δ 결합을 생성하여 정사면체 구성을 형성할 수 있습니다. 예를 들어, 다이아몬드, 메탄 CH4, 사염화탄소 CCl4, 에탄 C2H6 등

메탄 분자는 C 원자와 4개의 H 원자의 4개의 sp3 혼성 오비탈이 4개의 δ*** 원자가 결합을 생성하며, 분자 구성은 정사면체 구조를 이루고 있다.

탄소 원자의 Sp2 혼성화

탄소 원자의 sp2 혼성화는 3개의 δ 결합, 1개의 ∏ 결합 및 평면 삼각형 구성을 생성합니다. 예를 들어 흑연, COCl2, C2H4, C6H6 등

COCl2 분자에서 C 원자는 3개의 sp2 혼성 오비탈을 사용하여 각각 2개의 Cl 원자와 1개의 O 원자와 1개의 δ*** 원자가 결합을 생성하며 짝을 이루지 않은 p는 혼성화에 참여하지 않습니다. O 원자의 p 궤도에 있는 전자는 동일한 대칭을 갖습니다. p 궤도에 있는 p 전자는 ∏*** 원자가 결합을 생성하므로 C와 O 원자 사이에 *** 원자가, 분자 구성이 있습니다. 평면삼각형이다.

탄소 원자 -1의 Sp 혼성화

2개의 δ 결합, 2개의 ∏ 결합, 선형 구성을 생성합니다. 예를 들어 CO2, HCN, C2H2 등이 있습니다.

CO2 분자에서 C 원자는 2개의 sp 혼성 궤도를 사용하여 각각 2개의 O 원자와 2개의 δ*** 원자가 결합을 형성하고, 혼성화되지 않은 2개의 p 궤도는 2개의 p 전자가 2개의 큰 ∏를 형성합니다. 동일한 대칭성을 갖는 두 O 원자의 두 P 궤도에 있는 세 개의 p 전자와 각각 세 개의 중심과 네 개의 전자와 결합하므로 CO2는 두 개의 이중 결합입니다.

HCN 분자에는 C 원자가 H 원자와 N 원자와 각각 1개의 δ*** 원자가 결합을 생성하는 것 외에도 N 원자와 2개의 법선 ∏*** 원자가 결합을 생성하므로 1개가 있습니다. HCN 분자의 단일 결합과 하나의 삼중 결합.

탄소 원자-2의 Sp 혼성화

1개의 δ 결합, 1개의 ∏ 결합, 1개의 배위 ∏ 결합 및 1개의 비공유 전자쌍을 생성하는 선형 구성 . 예를 들어, CO 분자에서는 C 원자와 O 원자 사이에 δ*** 원자가 결합과 정상적인 ∏*** 원자가 결합을 생성하는 것 외에도 C 원자의 비혼성화 비혼성 p 오비탈은 다음과 같은 한 쌍의 O 원자의 고독전자쌍은 배위∏ 결합을 형성하므로 CO 분자 내 C와 O 사이에는 삼중결합이 존재하고, 고독전자쌍도 한 쌍 존재한다.

탄소 원자는 단일 결합, 이중 결합, 삼중 결합을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 탄소 원자 사이에 긴 선형 사슬, 고리 사슬, 분지 사슬 등을 형성할 수도 있습니다. 교차되고 끝없이 변화하며 수소, 산소, 황, 인 및 금속 원자와 결합하여 다양한 탄소 화합물을 형성합니다.

이산화탄소

CO2는 무색, 무취의 가스로 대기 중 약 0.03%, 해양 중 0.014%를 차지하며 화산 분출물에도 존재하며 봄에도 일부 존재합니다. 물. 지상의 CO2 가스는 주로 석탄, 석유, 천연가스 및 기타 탄소 함유 화합물의 연소, 탄산칼슘 광석의 분해, 동물 호흡 및 발효 과정에서 발생합니다. 햇빛이 대기를 통과할 때 CO2는 13~17nm 파장의 적외선을 흡수하는데, 이는 지구를 거대한 플라스틱 필름으로 덮은 것과 같이 따뜻한 적외선을 가두어 유실되지 않게 하여 지구를 온도가 낮은 곳으로 만든다. 낮과 밤의 차이는 그리 크지 않습니다. CO2의 온실효과는 생활에 쾌적한 생활환경을 제공합니다. 또한 생명의 기본 물질을 제공하며, 녹색 식물이 빛합성을 수행하는 원료이기도 합니다. 매년 녹색 식물은 빛의 작용을 통해 대기 중 CO2에 포함된 1조 5천억 톤의 탄소를 셀룰로오스, 전분, 단백질로 전환하고 동물과 인간이 소비할 수 있는 O2 가스를 방출합니다.

녹색 식물은 항상 대기 중 O2와 CO2의 균형을 유지해 왔지만, 최근 전 세계적으로 산업이 급속히 발전하고 그에 따른 해양 오염이 발생하면서 CO2가 점점 더 많아지고 있습니다. 대기 중 증가량은 연간 약 2~4ppm으로 추정됩니다.

이는 세계 기온의 전반적인 상승에 중요한 요인으로 생각됩니다.

CO2에 대해 구조, 특성 및 준비의 세 가지 측면에서 소개합니다.

이산화탄소의 구조

이산화탄소의 특성

이산화탄소의 준비

이산화탄소의 구조

CO2 분자에서 탄소 원자는 sp 하이브리드 궤도를 사용하여 산소 원자와 결합합니다.

C 원자의 두 sp 하이브리드 궤도는 각각 O 원자와 두 개의 델타 결합을 생성합니다. C 원자의 혼성화되지 않은 두 개의 p 오비탈은 sp 혼성 오비탈과 직각을 이루며 산소 원자의 p 오비탈과 나란히 겹쳐서 3개의 중심과 4개의 전자를 갖는 2개의 비편재화된 결합을 형성합니다. 따라서 탄소와 산소 원자 사이의 거리가 짧아져 CO2의 탄소-산소 결합이 어느 정도 삼중 결합 특성을 갖게 됩니다. 분자의 모양을 결정하는 것은 sp 혼성 오비탈이고, CO2는 선형 분자이다.

이산화탄소의 성질

CO2 분자는 극성이 없으므로 분자간 힘이 작고 녹는점과 끓는점이 낮으며 결합에너지가 크고 원자간 힘이 강하다 , 분자는 열 안정성이 높습니다. 예를 들어, 2273K에서 CO2는 1.8%만 분해됩니다.

CO2는 임계 온도가 높고 가압 시 쉽게 액화됩니다. 액체 CO2의 기화열은 25.1kJ·mol-1로 매우 높습니다. 217K에서. 액체 CO2가 자유롭게 증발할 때, CO2의 일부는 일반적으로 "드라이아이스"로 알려진 눈송이 같은 고체로 응축됩니다. 분자 결정입니다. 상압에서 드라이아이스는 녹지 않고 194.5K에서 직접 승화, 기화하므로 냉매로 많이 사용된다.

CO2는 산성 산화물이며 알칼리와 반응할 수 있습니다. 산업적으로 소다회 Na2CO3, 베이킹소다 NaHCO3, 중탄산 암모니아 NH4HCO3, 납백색안료 Pb(OH)22PbCO3, 맥주, 음료, 드라이아이스 등을 생산하는 과정에서 많은 양의 CO2가 소비됩니다.

일반적으로 CO2는 연소를 지원하지 않습니다. 공기 중 CO2 함량이 2.5%에 도달하면 불꽃이 꺼집니다. 따라서 CO2는 현재 널리 사용되는 소화제입니다. 그러나 연소 중인 마그네슘 막대는 CO2 가스로 계속 연소될 수 있습니다. 이는 CO2가 연소를 지원하지 않는다는 것을 의미합니다.

CO2는 활성이 아니지만 탄소 또는 다음과 같은 활성 금속과 반응할 수 있습니다. 고온의 마그네슘과 납:

CO2는 무독성이지만 공기 중 함량이 너무 높으면 산소 부족으로 인해 질식할 수 있습니다. 지하실에 들어갈 때 촛불을 들고 있어야 합니다. 촛불이 꺼지면 지하실의 CO2 농도가 너무 높아 일시적으로 들어가기에 적합하지 않다는 의미입니다.

이산화탄소 제조

산업에서는 소성된 석회석을 사용하여 석회를 생산할 수 있으며, 양조 산업을 통해 다량의 CO2 부산물을 얻을 수 있습니다.

실험실에서는 CO2를 제조하는 데 일반적으로 탄산염과 염산이 사용됩니다.

일산화탄소

CO도 무색, 무취의 기체입니다. 구조, 특성 및 준비 방법.

CO의 구조

CO의 성질

CO의 제조

CO의 구조

혼성화에 따른 궤도 이론에 따르면 CO 분자에서 탄소 원자는 sp 혼성화를 채택하여 산소 원자와 결합합니다.

C 원자의 두 p 전자는 O 원자의 두 단일 p 전자와 δ 결합 및 ∏ 결합을 형성할 수 있습니다. O 원자의 쌍을 이루는 p 전자는 다음과 δ 결합을 형성할 수도 있습니다. C 원자에 있는 두 개의 단일 p 전자는 빈 2p 오비탈이 배위 결합을 형성합니다. (배위 결합의 정의: 두 원자가 사용할 전자쌍을 제공하는 하나의 원자에 의해 형성된 원자가 결합을 배위 결합이라고 합니다). 결합을 나타내려면 ←를 사용하고, 여기서 결합을 형성하는 전자쌍은 O 원자만으로 제공되며, C 원자는 전자쌍을 받아들이는 빈 궤도를 제공합니다. 그 구조식은 다음과 같이 표현될 수 있다.

분자 궤도 이론에 따르면 CO 분자의 분자 궤도 에너지 준위 다이어그램에서 C 원자 핵 외부에 4개의 원자가 전자가 있음을 알 수 있으며, 전자 구조식은 2s22p2이고, 6개의 원자가 전자가 있으며, 그 전자 구조식은 2s22p4입니다. C와 O 원자의 해당 원자 궤도 에너지가 유사하기 때문에 서로 겹쳐서 CO 분자의 분자 궤도를 형성합니다. CO 분자의 원자가 결합 구조식은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

[1] 식의 화살표는 두 원자를 사용하기 위해 일방적으로 전자쌍을 제공하는 산소에 의해 형성된 원자가 결합을 나타냅니다. 조정결합이라 부른다.

[2] 식에서는 ∏배위결합을 의미하며, 두 점이 한쪽에 있으면 전자가 원자상태에서 산소원자 궤도에 있다는 뜻이다. CO 분자, 또한 상대적으로 산소 핵에 가깝습니다.

이 배위 결합을 포함하는 삼중 결합 구조는 결합 에너지가 크고 결합 길이가 짧으며 쌍극자 모멘트가 거의 0에 가깝다는 사실을 만족스럽게 설명할 수 있습니다. 배위결합이 없다면 O 원자의 전기음성도가 C 원자의 전기음성도보다 훨씬 크기 때문에 CO는 매우 극성인 분자여야 합니다. 원자가 음전하를 띠면 두 요소가 서로 상쇄되므로 CO의 쌍극자 모멘트는 거의 0과 같습니다.

CO 분자와 N2 분자는 각각 10개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 이들은 등전자 분자라고도 알려진 등전자체입니다. 등전자 분자 오비탈의 전자 구성과 결합 조건 및 특성은 매우 유사합니다.

CO 분자에서 C 원자는 약간의 음전하를 갖고 있기 때문에 이 C 원자가 빈 궤도를 가진 다른 원자에 전자쌍을 제공하여 배위 결합을 형성하고 많은 카르보닐 화합물을 생성하기가 더 쉽습니다. 이는 CO 분자의 결합 에너지가 N2 분자의 결합 에너지보다 크지만 더 활동적인 이유 중 하나이기도 합니다.

CO의 특성

(1) CO는 우수한 환원제입니다.

고온에서 CO는 많은 금속 산화물에서 흡수될 수 있습니다. 산소는 금속을 감소시킵니다. 코크스는 야금 산업에서 환원제로 사용되지만 CO는 실제로 중요한 역할을 합니다.

상온에서 CO는 일부 화합물의 금속 이온을 환원할 수도 있습니다. 예: CO는 이염화팔라듐 용액과 암모니아은 용액을 검은색으로 바꿀 수 있습니다. 이 반응은 매우 민감하며 미량의 CO 존재를 감지하는 데 사용될 수 있습니다.

CO는 다음과 상호작용할 수 있는 중요한 리간드입니다. 많은 전이금속을 첨가하면 금속 카르보닐 화합물이 생성됩니다. 예를 들어 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Cr(CO)6 등이 있습니다. 카르보닐 화합물의 결합 특성을 설명하기 위해 Ni(CO)4를 예로 들어 보겠습니다.

금속 카르보닐 화합물에서 CO는 C와 금속에 연결됩니다. 우리는 이미 CO의 분자 궤도 에너지 준위 다이어그램을 통해 CO에는 델타 배위 결합을 형성하기 위해 금속 원자의 빈 궤도에 제공될 수 있는 비결합 전자쌍(고독 전자쌍)이 있다는 것을 이미 알고 있습니다. 반면 CO에는 금속 원자의 d 전자쌍을 수용하고 금속 원자의 d 궤도와 겹쳐서 ∏ 결합을 형성할 수 있는 빈 반결합 ∏ 채널도 있습니다. 이 ∏ 결합은 금속 원자가 리간드(CO)의 빈 궤도에 전자쌍을 일방적으로 기증하는 것이므로 피드백 결합 또는 배위 ∏ 결합이라고 합니다. 피드백 결합은 델타 결합의 형성으로 인해 금속 원자에 과도한 음전하가 축적되는 것을 줄일 수 있습니다.

카르보닐 화합물에서 금속은 산화 상태가 낮고 원자가 전자가 더 많아 피드백 결합 형성에 도움이 됩니다. 예를 들어, Ni(CO)4에서 Ni 원자는 원자가가 0이고 원자가 전자는 3d84s2입니다. Ni 원자는 sp3 하이브리드 궤도를 채택하여 4 CO에 의해 제공되는 비결합 전자 쌍을 수용하여 델타 배위 결합을 형성합니다. 또한, Ni 원자의 d 전자쌍은 CO의 빈 반결합 ∏* 궤도로 피드백되어 피드백 결합을 생성합니다. δ 배위 결합과 피드백 결합의 두 가지 결합 상호작용이 동시에 이루어지기 때문에 금속과 CO에 의해 생성된 카르보닐 화합물은 높은 안정성을 갖는다.

카르보닐 화합물은 일반적으로 독성이 매우 높습니다. 동물과 인간에 대한 CO의 높은 독성은 혈액 내 헴(Fe 복합체)과 결합하여 카르보닐 화합물을 형성하여 혈액의 산소 운반 기능을 상실하여 조직 저산소증을 유발할 수 있기 때문입니다. 증상은 혈액 속 헴의 50%가 CO와 결합하면 심근괴사를 일으킬 수 있다. 공기 중의 CO 부피 비율이 1/800이면 사람은 30분 안에 사망할 수 있습니다. (1aroman?, CO는 반응성이 매우 높으며 O, S, H 및 할로겐 F2, Cl2, Br2와 쉽게 결합할 수 있습니다.

①CO는 공기 중에서 연소되어 CO2를 생성하고 많은 열을 방출할 수 있습니다.

②CO는 H2와 반응하여 메탄올 및 특정 유기 화합물을 생성합니다.

3CO는 S와 반응하여 카르보닐 황화물을 생성합니다.

4CO는 할로겐 F2 및 Cl2, Br2와 반응합니다. 반응을 통해 할로겐화 카르보닐이 생성될 수 있으며, 이는 물에 의해 쉽게 분해되고 암모니아와 반응하여 요소를 형성합니다.

'포스겐'이라고도 알려진 염화카르보닐은 톨루엔을 만들기 위해 대량으로 생성됩니다. 폴리우레탄 플라스틱 생산의 중간체인 디이소시아네이트.

CO 준비

실험실에서 CO 가스를 준비하는 방법:

(1) 탈수를 위해 뜨거운 농축 황산에 포름산을 적가합니다.< /p >

(2) 옥살산 결정과 진한 황산 가열:

반응에서 생성된 혼합가스를 고체 NaOH에 부어 CO2를 흡수하고 순수한 CO 가스를 얻습니다.

산업에서 CO 가스를 준비하는 방법:

산업에서 CO의 주요 배출원은 수성 가스, 발전기 가스 및 석탄 가스입니다.

수성 가스는 CO와 H2의 등분자 혼합물로, 적열 탄소층에 공기와 수증기가 교대로 통과하면서 얻어집니다.

생성 가스는 CO와 H2입니다. N2 혼합물(CO 부피의 1/2)은 뜨겁게 달궈진 탄소층을 통해 제한된 양의 공기를 반응시켜 얻습니다.

석탄 가스는 CO, H2, CH4 및 CO2의 혼합물입니다. 수성 가스, 생산자 가스 및 석탄 가스는 모두 중요한 산업용 가스 연료입니다.

탄산과 탄산염

CO2는 물에 용해되어 탄산 H2CO3을 형성할 수 있습니다. 탄산은 수용액에만 존재하는 약산으로 pH는 약 4입니다.

H2CO3는 이염기산이며 탄산염과 중탄산염이라는 두 가지 유형의 염을 생성할 수 있습니다.

두 이온 모두 C 원자가 sp2 하이브리드 궤도를 채택해 4개의 외부 전자와 4개의 결합을 생성하며 이온은 평면 삼각형이다. 물에서 이 두 가지 유형의 염의 용해도, 가수분해성 및 열 안정성을 이해하는 것이 중요합니다.

용해성

가수분해성

열 안정성

용해성

탄산염: 암모늄 및 알칼리 금속의 탄산염(제외 Li)은 물에 쉽게 용해됩니다. 다른 금속의 탄산염은 물에 잘 녹지 않습니다. 예를 들어 (NH4)2CO3, Na2CO3, K2CO3 등은 물에 쉽게 녹고, CaCO3, MgCO3 등은 물에 잘 녹지 않습니다.

중탄산염: 불용성 탄산염의 경우 해당 중탄산염의 용해도가 더 높습니다. 예를 들어, CO2와 물이 장기간 침식되면 불용성 탄산칼슘 광석은 부분적으로 Ca(HCO3)2로 변환되어 용해될 수 있습니다.

쉽게 용해되는 탄산염의 경우 해당 탄산 수소염은 다음과 같습니다. 상대적으로 용해도가 낮습니다. 예를 들어, CO2를 농축된 탄산암모늄 용액에 포화될 때까지 통과시키면 NH4HCO3가 침전될 수 있으며, 이는 탄산암모늄 비료의 산업적 생산의 기초가 됩니다.

비정상적인 용해도는 수소 결합을 통한 HCO3- 이온에 의한 이합체 또는 고분자 사슬의 형성으로 인해 발생합니다.

가수분해성

알칼리 금속 및 암모늄 탄소 둘 다 산 염과 중탄산염은 수용액의 가수분해로 인해 각각 강알칼리성과 약알칼리성이 됩니다.

CO32- 이온을 금속염 용액(알칼리 금속 및 암모늄염 제외)에 첨가하면 생성물은 탄산염이 될 수 있습니다. 염기성 탄산염과 수산화물 중 어느 제품인가요? 일반적으로 말하면:

(1) 알칼리성이 강한 수산화물 이온, 즉 가수분해되지 않는 금속 이온은 탄산염으로 침전될 수 있습니다. 예:

(2) 수산화물은 Cu2+, Zn2+, Pb2+, Mg2+ 등과 같은 약알칼리성 이온입니다. 수산화물과 탄산염의 용해도는 비슷하므로 알칼리로 침전될 수 있습니다. .공식 탄산염. 예:

(3) 강하게 가수분해되는 금속 이온, 특히 Al3+, Cr3+, Fe3+ 등과 같이 수산화물 용해도 곱이 작은 양쪽성 금속 이온은 수산화물로 침전됩니다. 예를 들어:

그래서 탄산나트륨과 탄산암모늄은 금속 이온의 침전제로 자주 사용됩니다.

열 안정성

열 불안정성은 탄산염의 중요한 특성입니다. 일반적으로 열 안정성의 순서는 다음과 같습니다.

알칼리 금속 탄산염>알칼리 토류. 금속 탄산염>아족 원소 및 전이 원소의 탄산염

알칼리 금속 및 알칼리 토금속족에서 양이온 반경이 ​​큰 탄산염>양이온 반경이 ​​작은 탄산염.

탄산염의 열분해 용이성은 양이온의 분극화와도 관련이 있다.