Меню

Каким цветом горит углерод



Углерод

Углерод

Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.

Общая характеристика элементов IVa группы

От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 2 :

  • C — 2s 2 2p 2
  • Si — 3s 2 3p 2
  • Ge — 4s 2 4p 2
  • Sn — 5s 2 5p 2
  • Pb — 6s 2 6p 2

Природные соединения

В природе углерод встречается в виде следующих соединений:

  • Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
  • MgCO3 — магнезит
  • CaCO3 — кальцит (мел, мрамор)
  • CaCO3*MgCO3 — доломит

Получение

Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.

Химические свойства

При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

2С + O2 → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)

С + O2 → (t) CO2 (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)

Реакции с металлами

При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)

Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)

Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:

Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

SiO2 + C → (t) Si + CO

Может восстановить и собственный оксид:

Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

Реакции с кислотами

В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

Оксид углерода II — СO

Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.

В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

FeO + CO → Fe + CO2

Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.

Оксид углерода IV — CO2

Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.

В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.

В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.

Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

    Реакция с водой

В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.

Реакции с основными оксидами и основаниями

В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания), кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)

KOH + CO2 → KHCO3 (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)

При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

Zn + CO2 → (t) ZnO + CO

Угольная кислота

Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха.

Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа — помутнение исчезало.

Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.

Чтобы сделать из средней соли (карбоната) — кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу H2CO3 — ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.

Li2CO3 + CO2 + H2O → LiHCO3 (средняя соль + кислота = кислая соль)

Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.

Нагревание солей угольной кислоты

При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также:  Как узнать цвет автомобиля иномарки

Источник

Горение углерода

Химический механизм горения углерода в достаточной мере еще не рас­крыт. Однако в последнее время установлено, что в результате реагирования углерода с кислородом одновременно образуются оба окисла углерода СО и СО2, но в разных соотношениях. При t = 1200 °С образуются оба окисла и в одинаковом количестве. При t= 1600 °С СО образуется вдвое больше, чем С02.

Горение твердого углерода является гетерогенной реакцией, происходя­щей на поверхности.

Прямая реакция горения углерода:

С + О2 —^ СО2 (основная), но протекают и побочные реакции:

С + С02 —» 2СО (экзотермические реакции);

2СО +02 2С02 (экзотерм.);

2С + 02 -> 2СО (экзотерм.).

Кроме того, в присутствии водяных паров на раскаленной поверхности углерода происходит газификация твердого углерода по реакции

С + Н20 —» СО + Н2 (высокотемпературная область);

С +2Н20 —» С02 + 2Н2 (низкотемпературная область).

Так как реакция горения углерода является гетерогенной, то скорость ее протекания зависит от организации подвода кислорода к поверхности углеро­да и скорости химической реакции. Подвод О2 осуществляется за счет турбу­лентной и молекулярной диффузии. Происходящие побочные реакции (обра­зование СО за счет восстановления СО2 и догорания СО в СО2) оказывают влияние на итоговую скорость горения углерода. Наиболее вероятна такая схема: на поверхности углерода образуется СО2, затем С + СО2 —» 2СО; далее в зоне с большим содержанием кислорода 2СО +О2 —» 2СО2.

Интенсификация процесса горения может быть осуществлена улучшени­ем газообмена у поверхности углерода (рис. 5.2).

5.3.5. Диффузная и кинетическая области гетерогенного горения

При низких температурах скорость химического взаимодействия горючего и окислителя мала. Она намного меньше скорости их взаимной диф­фузии, которая поэтому почти не влияет на ход процесса. Считается, что про­цесс горения протекает в кинетической области и его следует рассматривать как чисто химический процесс.

Область Область избытка

недостатка боздиха (се >/>

Поток бозйуха, омывающий углеродную поверхность

Рис. 5.2. Изменение концентрации газов у поверхности частицы горящего углерода

При высоких температурах или ухудшенных условиях массообмена ско­рость реакции намного опережает скорость диффузии, которая в данном слу­чае определяет ход процесса. Можно считать, что процесс горения развивается в диффузной области и его следует рассматривать с чисто физической сторо-

Наиболее подробно исследования горения углерода сделаны советскими учеными — школой чл.-корр. АН СССР А. С. Предводителева Дальнейшее раз­витие исследования гетерогенных процессов в натуральном топливе проводил Г. Ф. Кнорре.

В начальный период реакции, когда температура низка, скорость реак­ции незначительна, а концентрация кислорода у поверхности горящей частицы топлива велика. При этом скорость горения лимитируется скоростью протека­ния химической реакции окисления, т. е. кинетикой горения. Горение прохо­дит в кинетической области (рис. 5.3).

Промежуточная Дшррузиопная, область область

Рис. 5.3. Изменение скорости химической реакции в зависимости от температуры

По мере расходования кислорода его концентрация у поверхности час­тицы уменьшается. Одновременно с этим возрастает температура, а вместе с ней и скорость химической реакции. Кислорода начинает не хватать. Скорость горения начинает лимитироваться скоростью диффузии кислорода. Так горе­ние переходит в диффузную область. В диффузной области скорость горения не зависит от температуры. Между этими областями находится промежуточ­ная переходная область, где влияние кинетики и диффузии соизмеримы. При увеличении интенсивности газообмена у поверхности горящей частицы кривая сдвигается в область больших скоростей химической реакции.

Источник

От чего зависит цвет пламени? [contact-form-7 404 «Not Found»] Поделитесь данными о стоимости ▲▼ Добавить свою цену в базу Город * Стоимость (руб) * Комментарий СодержаниеЦвет пламени и химический с

От чего зависит цвет пламени

Нечто подобное происходит и с пламенем. Возьмем для примера свечу. Различные участки пламени свечи имеют разную температуру. Огню нужен кислород. Если свечу накрыть стеклянной банкой, огонь погаснет. Центральный, прилегающий к фитилю участок пламени свечи, потребляет мало кислорода, и выглядит темным. Верхушке и боковым участкам пламени достается больше кислорода, поэтому эти участки ярче.

По мере того как пламя продвигается по фитилю, воск тает и потрескивает, рассыпаясь на мельчайшие частички углерода. (Каменный уголь тоже состоит из углерода.) Эти частички увлекаются пламенем кверху и сгорают. Они очень горячие и светятся, как спираль вашей плитки. Но частички углерода намного горячее, чем спираль самой жаркой плитки (температура сгорания углерода примерно 1 400 градусов Цельсия). Поэтому свечение их имеет желтый цвет. Около горящего фитиля пламя еще горячее и светится синим цветом.

Интересно: Почему кожа на солнце темнеет, а волосы и одежда светлеют?


Температура огня на примере свечи

Пламя камина или костра в основном пестрого вида. Дерево горит при более низкой температуре, чем фитиль свечи, поэтому основной цвет костра — оранжевый, а не желтый. Некоторые частички углерода в пламени костра имеют довольно высокую температуру. Их немного, но они добавляют пламени желтоватый оттенок. Остывшие частички раскаленного углерода — это копоть, которая оседает на печных трубах. Температура горения дерева ниже температуры горения свечи. Кальций, натрий и медь, нагретые до высокой температуры, светятся разными цветами. Их добавляют в порох ракет для расцвечивания огней праздничных фейерверков.

Читайте также:  Количество грамматических основ он собрал желтых цветов


Зависимость цвета пламени от температуры

Цвет пламени

Нетрудно догадаться, что оттенок пламени определяется химическими веществами, сгорающими в нем, в том случае, если воздействие высокой температуры высвобождает отдельные атомы сгораемых веществ, окрашивая огонь. Чтобы определить влияние веществ на цвет огня, проводились различные эксперименты, о которых поговорим ниже.


С древних времен алхимики и ученые старались узнать, какие вещества сгорают, в зависимости от цвета, который приобретало пламя.

Пламя газовых колонок и плит, имеющихся во всех домах и квартирах, имеет голубой оттенок. Такой оттенок при сгорании дает углерод, угарный газ. Желто-оранжевый цвет пламени костра, который разводят в лесу, или бытовых спичек, обусловлен высоким содержанием солей натрия в природной древесине. Во многом благодаря этому цвет пожарной машины — красный. Пламя конфорки газовой плиты приобретет тот же цвет, если посыпать ее обыкновенной поваренной солью. При горении меди пламя будет зеленого цвета. Думаю, вы замечали, что при долгой носке кольца или цепочки из обычной меди, не покрытой защитным составом, кожа становится зеленого оттенка. То же самое происходит при процессе горения. Если содержание меди высокое, имеет место очень яркий зеленый огонь, практически идентичный белому. Это можно увидеть, если насыпать на газовую конфорку медной стружки.

Было проведено много экспериментов с участием обыкновенной газовой горелки и различных минералов. Таким образом определялся их состав. Нужно взять минерал пинцетом и поместить в пламя. Цвет, который приобретет огонь, может указать на различные примеси, имеющиеся в элементе. Пламя зеленого цвета и его оттенков говорит о присутствии меди, бария, молибдена, сурьмы, фосфора. Бор дает сине-зеленый цвет. Селен придает пламени синий оттенок. В красный пламя окрашивается при наличии стронция, лития и кальция, в фиолетовый — калия. Желто-оранжевый цвет получается во время горения натрия.

Исследования минералов для определения их состава проводятся с использованием бунзеновской горелки. Цвет ее пламени ровный и бесцветный, он не мешает ходу опыта. Бунзен изобрел горелку в середине XIX века.

Он и придумал метод, позволяющий определить состав вещества по оттенку пламени. Подобные эксперименты ученые пытались проводить и до него, но они не обладали бунзеновской горелкой, бесцветное пламя которой не мешало ходу эксперимента. Он помещал в огонь горелки разные элементы на проволоке из платины, так как при внесении этого металла пламя не окрашивается. На первый взгляд метод кажется хорошим, можно обойтись без трудоемкого химического анализа. Достаточно лишь поднести элемент к огню и увидеть из чего он состоит. Но вещества в чистом виде можно встретить в природе крайне редко. Обычно в них в большом количестве содержатся различные примеси, которые изменяют окраску пламени.

Бунзен пытался выделить цвета и оттенки различными методами. К примеру, с помощью цветных стекол. Допустим, если смотреть через синее стекло, не будет виден желтый цвет, в который огонь окрашивается при горении наиболее часто встречающихся солей натрия. Тогда становится различимым лиловый или малиновый оттенок искомого элемента. Но даже такие ухищрения приводили к верному определению состава сложного минерала в очень редких случаях. Большего такая технология не смогла добиться.

В наши дни такую горелку используют только для пайки.

Цвет пламени и химический состав

Цвет пламени может меняться в зависимости от химических примесей, содержащихся в поленьях или другом горючем веществе. В пламени может находиться, например, примесь натрия. Натрий — это составная часть поваренной соли. Если натрий раскалить, он окрашивается в ярко – желтый цвет. В огонь может попасть кальций.


Цвет пламени и химический состав

Мы все знаем, что кальция много в молоке. Это металл. Раскаленный кальций окрашивается в яркий красный цвет. Если в огне горит фосфор, то пламя окрасится в зеленоватый цвет. Все эти элементы или содержатся в дереве, или попадают в огонь с другими веществами. Смешение цветов пламени, как и смешение цветов радуги, может дать белый цвет, поэтому в пламени костра или камина видны белые участки.

Описание:

Смачивая медную пластинку в соляной кислоте и поднося к пламени горелки, замечаем интересный эффект – окрашивание пламени. Огонь переливается красивыми сине-зелеными оттенками. Зрелище довольно впечатляющее и завораживающее.

Медь придает пламени зеленый оттенок. При высоком содержании меди в сгораемом веществе пламя имело бы яркий зеленый цвет. Окислы же меди дают изумрудно-зеленое окрашивание. Например, как видно из ролика, при смачивании меди соляной кислотой пламя окрашивается в голубой цвет с зеленоватым оттенком. А прокаленные медьсодержащие соединения, смоченные в кислоте, окрашивают пламя в лазурно-голубой цвет.

Для справки: Зеленый цвет и его оттенки огню придают также барий, молибден, фосфор, сурьма.

Читайте также:  Чем отчистить шариковую ручку с кожзама белого цвета

Объяснение:

Почему пламя видимое? Или чем определяется его яркость?

Некоторое пламя почти не видно, а другое наоборот светит очень ярко. Например, водород горит почти совершенно бесцветным пламенем; пламя чистого спирта тоже светит весьма слабо, а свеча и керосиновая лампа горят ярким светящимся пламенем.

Дело в том, что большая или меньшая яркость всякого пламени зависит от присутствия в нем раскаленных твердых частичек.

В топливе в большем или меньшем количестве содержится углерод. Частички углерода, раньше чем сгореть, накаливаются, — оттого-то пламя газовой горелки, керосиновой лампы и свечи светит – т.к. его подсвечивают раскаленные частицы углерода.

Таким образом, можно и несветящееся или слабо светящееся пламя сделать ярким, обогащая его углеродом или раскаляя им негорючие вещества.

Как получить разноцветное пламя?

Для получения цветного пламени к горящему веществу прибавляют не углерод, а соли металлов, окрашивающих пламя в тот или иной цвет.

Стандартный способ окрашивания слабосветящегося газового пламени — введение в него соединений металлов в форме легколетучих солей — обычно, нитратов (соли азотной кислоты) или хлоридов (соли соляной кислоты):

желтое – соли натрия,

красное – соли стронция, кальция,

зеленое – соли цезия (или бора, в виде борноэтилового или борнометилового эфира),

голубое – соли меди (в виде хлорида).

В синий окрашивает пламя селен, а в сине-зеленый — бор.

Этой способностью горящих металлов и их летучих солей придавать определенную окраску бесцветному пламени пользуются для получения цветных огней (например, в пиротехнике).

Чем определяется цвет пламени (научным языком)

Цвет огня определяется температурой пламени и тем, какие химические вещества в нём сгорают. Высокая температура пламени дает возможность атомам перескакивать на некоторое время в более высокое энергетическое состояние. Когда атомы возвращаются в исходное состояние, они излучают свет с определённой длиной волны. Она соответствует структуре электронных оболочек данного элемента.

Как получить ровный цвет пламени?

Для исследования минералов и определения их состава используется бунзеновская горелка, дающая ровный бесцветный цвет пламени, не мешающий ходу эксперимента, изобретенная Бунзеном в середине XIX века.


Бунзеновская горелка

Бунзен был ярым поклонником огненной стихии, часто возился с пламенем. Его увлечением было стеклодувное дело. Выдувая из стекла различные хитрые конструкции и механизмы, Бунзен мог не замечать боли. Бывали, что его заскорузлые пальцы начинали дымиться от горячего еще мягкого стекла, но он не обращал на это внимания. Если боль уже выходила за грань порога чувствительности, то он спасался своим методом – сильно прижимал пальцами мочку уха, перебивая одну боль другой.

Именно он и был родоначальником метода определения состава вещества по цвету пламени. Конечно, и до него ученые пытались ставить такие эксперименты, но у них не было бунзеновской горелки с бесцветным пламенем, не мешающим эксперименту. Он вводил в пламя горелки различные элементы на платиновой проволоке, так как платина не влияет на цвет пламени и не окрашивает его.

Казалось бы, метод хороший, не нужен сложный химический анализ, поднес элемент к пламени – и сразу виден его состав. Но не тут то было. Очень редко вещества встречаются в природе в чистом виде, обычно они содержат большой набор различных примесей, изменяющих окраску.

Бунзен пробовал различные методы вычленения цветов и их оттенков. Например, пытался смотреть через цветные стекла. Скажем, синее стекло гасит желтый цвет, который дают наиболее распространенные соли натрия, и можно было различить малиновый или лиловый оттенок родного элемента. Но и с помощью этих ухищрений определить состав сложного минерала удавалось лишь раз из ста.

Это интересно! Благодаря свойству атомов и молекул испускать свет определенного цвета был разработан метод определения состава веществ, который называется спектральным анализом

. Ученые исследуют спектр, который испускает вещество, например, при горении, сравнивают его со спектрами известных элементов, и, таким образом, определяют его состав.

Видео

Физические свойства кальция и способы получения металла

В обычных условиях кальций находится в твердом агрегатном состоянии. Металл плавится при 842 °С. Кальций является хорошим электро- и теплопроводником. При нагревании он переходит сначала в жидкое, а затем в парообразное состояние и теряет металлические свойства. Металл является очень мягким и режется ножом. Кипит при 1484 °С.

Под давлением кальций теряет металлические свойства и способность к электропроводимости. Но затем металлические свойства восстанавливаются и проявляются свойства сверхпроводника, в несколько раз превышающего по своим показателям остальные элементы.

Кальций долго не удавалось получить без примесей: из-за высокой химической активности этот элемент не встречается в природе в чистом виде. Элемент был открыт в начале XIX века. Кальций как металл впервые синтезировал британский химик Гемфри Дэви. Ученый обнаружил особенности взаимодействия расплавов твердых минералов и солей с электрическим током. В наши дни электролиз солей кальция (смеси хлоридов кальция и калия, смеси фторида и хлорида кальция) остается самым актуальным способом получения металла. Кальций также извлекают из его оксида с помощью алюминотермии — распространенного в металлургии метода.

Источник

Adblock
detector