Aber wenn sich Moleküle aus denselben Atomen so sehr unterscheiden, welche Vielfalt muss es zwischen Molekülen aus verschiedenen Atomen geben! Schauen wir noch einmal in die Luft – vielleicht finden wir dort auch solche Moleküle? Natürlich werden wir!
Wissen Sie, welche Moleküle Sie in die Luft ausatmen? (Natürlich nicht nur Sie - alle Menschen und alle Tiere.) Moleküle Ihres alten Freundes - Kohlendioxid! Kohlensäurebläschen prickeln angenehm auf der Zunge, wenn Sie Sprudelwasser oder Limonade trinken. Auch Trockeneisstücke, die in Eiscremeschachteln gesteckt werden, bestehen aus solchen Molekülen; Trockeneis ist festes Kohlendioxid.
In einem Kohlendioxidmolekül sind zwei Sauerstoffatome von gegenüberliegenden Seiten an ein Kohlenstoffatom gebunden. "Carbon" bedeutet "derjenige, der Kohle gebiert". Aber aus Kohlenstoff entsteht mehr als nur Kohle. Wenn Sie mit einem einfachen Bleistift zeichnen, bleiben kleine Graphitflocken auf dem Papier – sie bestehen ebenfalls aus Kohlenstoffatomen. Diamant und gewöhnlicher Ruß werden aus ihnen „gemacht“. Wieder die gleichen Atome - und völlig unterschiedliche Substanzen!
Wenn sich Kohlenstoffatome nicht nur untereinander, sondern auch mit "fremden" Atomen verbinden, dann entstehen so viele verschiedene Substanzen, dass es schwierig ist, sie zu zählen! Besonders viele Substanzen entstehen, wenn sich Kohlenstoffatome mit Atomen des leichtesten Gases der Welt verbinden - Wasserstoff.All diese Substanzen werden mit einem gemeinsamen Namen bezeichnet - Kohlenwasserstoffe, aber jeder Kohlenwasserstoff hat seinen eigenen Namen.
Vom einfachsten der Kohlenwasserstoffe wird in den Versen gesprochen, die Sie kennen: „Aber wir haben Gas in unserer Wohnung – das ist es!“ Der Name des Gases, das in der Küche brennt, ist Methan. Das Methanmolekül hat ein Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatome. In der Flamme eines Küchenbrenners werden Methanmoleküle zerstört, ein Kohlenstoffatom verbindet sich mit zwei Sauerstoffatomen und es entsteht das bereits bekannte Kohlendioxidmolekül. Wasserstoffatome verbinden sich auch mit Sauerstoffatomen, und als Ergebnis werden Moleküle der wichtigsten und notwendigsten Substanz der Welt erhalten!
Moleküle dieser Substanz befinden sich auch in der Luft - dort gibt es viele davon. Daran sind Sie übrigens ein Stück weit beteiligt, denn Sie atmen diese Moleküle zusammen mit Kohlendioxidmolekülen in die Luft aus. Was ist diese Substanz? Wenn Sie es nicht erraten haben, atmen Sie auf das kalte Glas, und hier ist es vor Ihnen - Wasser!

Interessant:
Das Molekül ist so winzig, dass, wenn wir hundert Millionen Wassermoleküle aneinanderreihen würden, diese ganze Linie locker zwischen zwei benachbarte Lineale in Ihrem Notizbuch passen würde. Trotzdem gelang es den Wissenschaftlern herauszufinden, wie ein Wassermolekül aussieht. Hier ist ihr Porträt. Es stimmt, es sieht aus wie der Kopf eines Bärenjungen Winnie the Pooh! Schau, wie du die Ohren gespitzt hast! Natürlich sind dies keine Ohren, sondern zwei Wasserstoffatome, die am „Kopf“ - dem Sauerstoffatom - befestigt sind. Aber Witze sind Witze, aber wirklich – haben diese „Ohren oben“ etwas mit den außergewöhnlichen Eigenschaften von Wasser zu tun?

DEFINITION

Kohlendioxid(Kohlenmonoxid (IV), Kohlendioxid, Kohlendioxid) ist unter normalen Bedingungen ein farbloses Gas, schwerer als Luft, thermisch stabil, und wenn es komprimiert und abgekühlt wird, geht es leicht in einen flüssigen und festen („Trockeneis“) Zustand über.

Es ist in Wasser schlecht löslich und reagiert teilweise damit.

Die wichtigsten Kohlendioxidkonstanten sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Tabelle 1. Physikalische Eigenschaften und Dichte von Kohlendioxid.

Kohlendioxid spielt eine wichtige Rolle bei biologischen (Photosynthese), natürlichen (Treibhauseffekt) und geochemischen (Auflösung in den Ozeanen und Bildung von Karbonaten) Prozessen. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, verrottende Abfälle usw. gelangt es in großen Mengen in die Umwelt.

Chemische Zusammensetzung und Struktur des Kohlendioxidmoleküls

Die chemische Zusammensetzung eines Kohlendioxidmoleküls wird durch die Summenformel CO 2 ausgedrückt. Das Kohlendioxidmolekül (Abb. 1) ist linear, was der minimalen Abstoßung bindender Elektronenpaare entspricht, die Länge der C=H-Bindung beträgt 0,116 nm und seine mittlere Energie 806 kJ/mol. Im Rahmen der Methode der Valenzbindungen werden zwei σ-Bindungen C-O durch das sp-hybridisierte Orbital des Kohlenstoffatoms und 2p z - Orbitale von Sauerstoffatomen gebildet. Die 2p x - und 2p y -Orbitale des Kohlenstoffatoms, die nicht an der sp-Hybridisierung teilnehmen, überlappen mit ähnlichen Orbitalen von Sauerstoffatomen. In diesem Fall werden zwei π-Orbitale gebildet, die in zueinander senkrechten Ebenen liegen.

Reis. 1. Die Struktur des Kohlendioxidmoleküls.

Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Sauerstoffatome ist das CO 2 -Molekül unpolar, daher ist das Dioxid in Wasser leicht löslich (ein Volumen CO 2 in einem Volumen H 2 O bei 1 atm und 15 o C). Die Nichtpolarität des Moleküls führt zu schwachen intermolekularen Wechselwirkungen und einer niedrigen Temperatur des Tripelpunkts: t = -57,2 ° C und P = 5,2 atm.

Kurze Beschreibung der chemischen Eigenschaften und der Dichte von Kohlendioxid

Kohlendioxid ist chemisch inert, was auf die hohe Energie der O=C=O-Bindungen zurückzuführen ist. Mit starken Reduktionsmitteln bei hohen Temperaturen zeigt Kohlendioxid oxidierende Eigenschaften. Mit Kohle wird es zu Kohlenmonoxid CO reduziert:

C + CO 2 \u003d 2 CO (t \u003d 1000 ° C).

An der Luft entzündetes Magnesium brennt in einer Kohlendioxidatmosphäre weiter:

CO 2 + 2 Mg \u003d 2 MgO + C.

Kohlenmonoxid (IV) reagiert teilweise mit Wasser:

CO 2 (l) + H 2 O \u003d CO 2 × H 2 O (l) ↔ H 2 CO 3 (l).

Zeigt saure Eigenschaften:

CO 2 + NaOH verdünnt = NaHCO 2 ;

CO 2 + 2 NaOH conc \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O;

CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 ↓ + H 2 O;

CO 2 + BaCO 3 (s) + H 2 O \u003d Ba (HCO 3) 2 (l).

Beim Erhitzen auf eine Temperatur über 2000 o C zersetzt sich Kohlendioxid:

2 CO 2 \u003d 2 CO + O 2.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

BEISPIEL 2

Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid sind alles Namen für die gleiche Substanz, die wir als Kohlendioxid kennen. Was sind also die Eigenschaften dieses Gases und was sind seine Anwendungen?

Kohlendioxid und seine physikalischen Eigenschaften

Kohlendioxid besteht aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Die Formel für Kohlendioxid ist CO₂. In der Natur entsteht es bei der Verbrennung oder Zersetzung von organischem Material. Auch in den Luft- und Mineralquellen ist der Gasgehalt recht hoch. außerdem setzen Menschen und Tiere beim Ausatmen Kohlendioxid frei.

Reis. 1. Molekül Kohlendioxid.

Kohlendioxid ist ein völlig farbloses Gas und kann nicht gesehen werden. Es hat auch keinen Geruch. Bei seiner hohen Konzentration kann eine Person jedoch Hyperkapnie entwickeln, dh Erstickung. Ein Mangel an Kohlendioxid kann auch gesundheitliche Probleme verursachen. Infolge eines Mangels an diesem Gas kann sich der umgekehrte Erstickungszustand entwickeln - Hypokapnie.

Wenn Kohlendioxid niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird, kristallisiert es bei -72 Grad und wird wie Schnee. Daher wird Kohlendioxid im festen Zustand als "Trockenschnee" bezeichnet.

Reis. 2. Trockener Schnee ist Kohlendioxid.

Kohlendioxid ist 1,5 mal dichter als Luft. Seine Dichte beträgt 1,98 kg / m³ Die chemische Bindung im Kohlendioxidmolekül ist kovalent polar. Es ist polar, weil Sauerstoff einen höheren Elektronegativitätswert hat.

Ein wichtiges Konzept in der Untersuchung von Substanzen ist die Molekül- und Molmasse. Die Molmasse von Kohlendioxid beträgt 44. Diese Zahl ergibt sich aus der Summe der relativen Atommassen der Atome, aus denen das Molekül besteht. Die Werte der relativen Atommassen sind der Tabelle von D.I. Mendelejew und auf ganze Zahlen aufgerundet. Dementsprechend ist die Molmasse von CO₂ = 12+2*16.

Um die Massenanteile von Elementen in Kohlendioxid zu berechnen, muss die Formel zur Berechnung der Massenanteile jedes chemischen Elements in einer Substanz befolgt werden.

n ist die Anzahl der Atome oder Moleküle.
EIN r ist die relative Atommasse eines chemischen Elements.
Herr ist das relative Molekulargewicht der Substanz.
Berechnen Sie das relative Molekulargewicht von Kohlendioxid.

Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 oder 27 % Da Kohlendioxid zwei Sauerstoffatome enthält, ist n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 oder 73%

Antwort: w(C) = 0,27 oder 27 %; w(O) = 0,73 oder 73 %

Chemische und biologische Eigenschaften von Kohlendioxid

Kohlendioxid hat saure Eigenschaften, da es ein saures Oxid ist und in Wasser gelöst Kohlensäure bildet:

CO₂+H₂O=H₂CO₃

Es reagiert mit Alkalien, was zur Bildung von Carbonaten und Bicarbonaten führt. Dieses Gas ist nicht brennbar. Darin verbrennen nur einige aktive Metalle wie Magnesium.

Beim Erhitzen zerfällt Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff:

2CO₃=2CO+O₃.

Wie andere saure Oxide reagiert dieses Gas leicht mit anderen Oxiden:

СaO+Co₃=CaCO₃.

Kohlendioxid ist Bestandteil aller organischen Stoffe. Die Zirkulation dieses Gases in der Natur erfolgt mit Hilfe von Produzenten, Verbrauchern und Zersetzern. Im Laufe des Lebens produziert ein Mensch etwa 1 kg Kohlendioxid pro Tag. Wenn wir einatmen, bekommen wir Sauerstoff, aber in diesem Moment wird Kohlendioxid in den Lungenbläschen gebildet. An diesem Punkt findet ein Austausch statt: Sauerstoff tritt in das Blut ein und Kohlendioxid tritt aus.

Kohlendioxid entsteht bei der Herstellung von Alkohol. Außerdem ist dieses Gas ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Stickstoff, Sauerstoff und Argon. Die Verwendung von Kohlendioxid ist in der Lebensmittelindustrie erforderlich, wo Kohlendioxid als Konservierungsmittel wirkt und Kohlendioxid in Form einer Flüssigkeit in Feuerlöschern enthalten ist.

Reis. 3. Feuerlöscher.

Was haben wir gelernt?

Kohlendioxid ist eine Substanz, die unter normalen Bedingungen farb- und geruchlos ist. Neben seinem gebräuchlichen Namen Kohlendioxid wird es auch als Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid bezeichnet.

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