Вуглець виявляє невисоку хімічну активність: більшість реакцій за його участю відбувається лише за високої температури.
Силіцій ще менш активний, ніж вуглець. За низьких температур він навіть хімічно інертний, а під час нагрівання його здатність до реагування різко зростає.
Найголовніша хімічна властивість вуглецю і силіцію — це їхня відновна здатність. У вуглецю вона виражена яскравіше, ніж у силіцію. Вуглець —один з найкращих відновників.
1. Взаємодія з оксидами металів. Під час нагрівання вуглець відновлює метали з їхніх оксидів:
У металургійній практиці, як правило, утворюється суміш газів СО і С02.
Такі процеси, що ґрунтуються на відновленні металів з їхніх оксидів вуглецем (коксом), називаютьсякарботермією.
Силіцій також виявляє відновні властивості, але вони виражені значно слабше, ніж у вуглецю. Наприклад, силіцій поводить себе як відновник у процесі виплавляння сталі: за високої температури він відновлює металічне залізо з оксиду феруму(ІІ), що міститься у брухті разом з іншими речовинами (Fe203 • xН20):
2. Взаємодія з киснем. Вуглець легко горить на повітрі. При цьому виділяється велика кількість теплоти, що свідчить про велику міцність зв'язків у молекулі оксиду карбо-ну(ІУ), який утворюється:
Продукт реакції горіння вуглецю залежить від температури. За порівняно невисоких температур горіння утворюється діоксид карбону С02, а за високих (понад 1000 °С) —поряд з СО, утворюється значна кількість оксиду карбону(ІІ) СО:
Саме така реакція (поряд з іншими) відбувається під час спалювання коксу, вугілля, бензину за високої температури та нестачі кисню. Тому вихлопні гази автомобільних двигунів, відхідні гази печей за умови поганої тяги, тютюновий дим обов'язково містять чадний газ СО і забруднюють повітря.
Силіцій за стандартних умов хімічно стійкий. Але під час сильного нагрівання (понад 400 °С) порошок силіцію згоряє, утворюючи оксид силіцію:
При цьому також виділяється велика кількість теплоти, що свідчить про велику міцність зв'язку між атомами Силіцію й Окснгену.
3. Взаємодія з водою. Якщо на розжарений вуглець подавати водяну пару, то внаслідок реакції утвориться так званий водяний газ —суміш оксиду карбону(ІІ) і водню:
Водяний газ використовують як сировину для синтезу хімічних продуктів.
4. Відношення до лугів та кислот. Вуглець стійкий до дії лугів та кислот. Лише концентровані сульфатна та нітратна кислоти за температури 100°С окиснюють його:
У наведеній схемі реакції розставте коефіцієнти іш підставі електронного балансу. Зазначте окисник і відновник.
5. Взаємодія з металами. Під час нагрівання вуглець може взаємодіяти з деякими металами, утворюючи карбіди:
Са + 2С = СаС2
4А1 + ЗС = А14С3
Карбіди —тверді і тугоплавкі речовини. У цих реакціях вуглець виступає як окисник, що для нього не характерно.
Силіцій також виявляє окисні властивості, але лише відносно деяких металів, утворюючи силіциди:
2Mg + Si = Mg2Si,
що для силіцію також не характерно.
6. Взаємодія з воднем. Вуглець може взаємодіяти з воднем. Реакція відбувається під час нагрівання до 500 °С за наявності порошку нікелю як каталізатора:
Утворюється органічна сполука—метан СН4 (головна складова частина природного газу).
• Який ступінь окиснення має атом Карбону в молекулі метану СН4? Як ви гадаете, окисником чи відновником у даному разі є вуглець. Чому для нього взаємодія з воднем нехарактерна?
Силіцій з воднем безпосередньо не взаємодіє. Його водневу сполуку SiH4 —силан добувають непрямим способом.
Завдання для самоконтролю
118. Порівняйте хімічні властивості простих речовин — вуглецю і силіцію. Напишіть необхідні рівняння реакцій.
119. Під час спалювання вуглецю масою 187,5 г утворився діоксид карбону об'ємом 336 л (н. у.). Масова частка Карбону у вуглеці становить
(а) 12 %; (в) 48 %;
(б) 24 (г) 96 %.
120. За певних умов окиснили 120 г вуглецю (тепловий ефект реакції 110,5 кДж/моль) до оксиду карбону(ІІ). Кількість теплоти, що виділилася в результаті реакції, становить
(а) 110, 5 кДж; (в) 1105 кДж;
(б) 221 кДж; (г) 2210 кДж.
121. Маса міді, яку можна добути, відновлюючи оксид купру-му(ІІ) за допомогою 24 кг вуглецю, враховуючи, що виробничі втрати міді становлять 5 %, дорівнює
