Войти
Оксиды углерода, или оксида углерода представляет собой химическое соединение, состоящее только из углерода и кислорода. Самыми простыми и распространенными оксоуглеродами являются оксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO 2 ). Известно много других стабильных (практически, если не термодинамически) или метастабильных оксидов углерода, но они редко встречаются, например, недокись углерода (C 3 O 2 или O = C = C = C = O) и ангидрид меллитовой кислоты (C 12 O 9 ).
 |  |  |  | ||||
| CO окись углерода | CO 2 Двуокись углерода | C 3 O 2 Недокись углерода | C 12 O 9 Меллитный ангидрид |
Сегодня известно много других оксидов, большинство из которых синтезируется с 1960-х годов. Некоторые из этих новых оксидов стабильны при комнатной температуре. Некоторые из них являются метастабильными или стабильными только при очень низких температурах, но при нагревании разлагаются на более простые оксоуглероды. Многие из них по своей природе нестабильны и могут наблюдаться только на мгновение в качестве промежуточных продуктов в химических реакциях или настолько реакционноспособны, что существуют только в газовой фазе или были обнаружены только путем выделения матрицы.
Существуют оксид графена и другие стабильные полимерные оксиды углерода с неограниченной молекулярной структурой.
Двуокись углерода (CO 2 ) широко распространена в природе и случайно вырабатывалась людьми с доисторических времен путем дыхания, сжигания углеродсодержащих веществ и ферментации таких продуктов, как пиво и хлеб. Он постепенно был признан химическим веществом, ранее называвшимся spiritus sylvestris («лесной дух») или «неподвижным воздухом», различными химиками 17 и 18 веков.
Окись углерода может происходить при горении, также, и была использована (хотя и не признается) с древними временами для плавок из железа из его руд. Как и диоксид, он был описан и изучен на Западе различными алхимиками и химиками со времен средневековья. Его истинный состав был обнаружен Уильямом Крукшенком в 1800 году.
Недоокись углерода была открыта Бенджамином Броди в 1873 году при пропускании электрического тока через двуокись углерода.
Четвертый «классический» оксид, ангидрид меллита (C 12 O 9 ), по-видимому, был получен Либихом и Велером в 1830 году при изучении меллита («медового камня»), но был охарактеризован только в 1913 году Мейером и Штайнером.
Броди также открыл в 1859 году пятое соединение, названное оксидом графита, состоящее из углерода и кислорода в соотношении от 2: 1 до 3: 1; но природа и молекулярная структура этого вещества оставались неизвестными до тех пор, пока несколько лет назад оно не было переименовано в оксид графена и стало предметом исследований в области нанотехнологий.
Яркими примерами нестабильных или метастабильных оксидов, которые были обнаружены только в экстремальных ситуациях, являются радикал монооксида углерода (: C = C = O), триоксид углерода (CO 3 ), четырехокись углерода ( CO 4 ), пятиокись углерода ( CO 5 ), гексоксид углерода ( CO 6 ) и 1,2-диоксетандион (C 2 O 4 ). Некоторые из этих реактивных оксидов углерода были обнаружены в пределах молекулярных облаков в межзвездной среде с помощью вращательной спектроскопии.
Многие гипотетические оксоуглероды были изучены теоретическими методами, но еще не обнаружены. Примеры включают ангидрид щавелевой кислоты (C 2 O 3 или O = (C 2 O) = O), этилендион (C 2 O 2 или O = C = C = O) и другие линейные или циклические полимеры монооксида углерода (-CO-) n ( поликетоны ) и линейные или циклические полимеры диоксида углерода (-CO 2 -) n, такие как димер 1,3-диоксетандион (C 2 O 4 ).
 |  |  | |||
| C 2 O 3 щавелевый ангидрид | С 2 О 2 Этилен дион | С 2 O 4 1,3-Dioxetane- дион |
Обычно углерод четырехвалентен, а кислород двухвалентен, и в большинстве оксоуглеродов (как и в большинстве других углеродных соединений) каждый атом углерода может быть связан с четырьмя другими атомами, а кислород может быть связан максимум с двумя. Более того, хотя углерод может соединяться с другими атомами углерода, образуя сколь угодно большие цепи или сети, цепочки из трех или более атомов кислорода наблюдаются редко, если вообще наблюдаются. Таким образом, известные электрически нейтральные оксоуглероды обычно состоят из одного или нескольких углеродных скелетов (включая циклические и ароматические структуры), соединенных и оканчивающихся оксидными (-O-, = O) или пероксидными (-OO-) группами.
Атомы углерода с неудовлетворенными связями обнаруживаются в некоторых оксидах, таких как бирадикал C 2 O или: C = C = O; но эти соединения обычно слишком реакционноспособны, чтобы выделять их в большом количестве. Потеря или усиление электронов может привести к образованию одновалентного отрицательного кислорода (- O - ), трехвалентный положительный кислород (≡ O + ) или трехвалентный отрицательный углерод (≡ C - ). Последние два находятся в оксиде углерода - C≡O +. Отрицательный кислород присутствует в большинстве оксоуглеродных анионов.
Одно семейство оксидов углерода имеет общую формулу C n O 2, или O = (C =) n O, а именно линейную цепочку атомов углерода, ограниченную атомами кислорода на обоих концах. Первые участники
Некоторые высшие представители этого семейства были обнаружены в следовых количествах в экспериментах с газовой фазой низкого давления и / или с криогенной матрицей, особенно для n = 7 и n = 17, 19 и 21.
Другим семейством оксоуглеродов являются линейные монооксиды углерода C n O. Первый член, обычный монооксид углерода CO, кажется, единственный, который практически стабилен в чистом состоянии при комнатной температуре (хотя он не является термодинамически стабильным при стандартной температуре и давление, см. реакцию Будуара ). Фотолиз линейных диоксидов углерода в криогенной матрице приводит к потере CO, что приводит к обнаруживаемым количествам монооксидов с четными номерами, таких как C 2 O, C 4 O и C 6 O. Члены до n = 9 также были полученный электрическим разрядом на газообразном C 3 O 2, разбавленном аргоном. Первые три члена были обнаружены в межзвездном пространстве.
Когда n четно, считается, что молекулы находятся в триплетном ( кумуленоподобном ) состоянии с атомами, соединенными двойными связями и незаполненной орбиталью в первом углероде - как в: C = C = O,: C = C = C = C = O, и в общем случае: (C =) n = O. При п нечетно, структура триплет, как полагают, резонируют с синглетного ( ацетилена -типа) полярное состояние с отрицательным зарядом на конце углерода и положительной на конце кислорода, как и в - С ≡-C≡O +, - C≡C − C≡C − C≡O +, и, вообще говоря, - (C≡C−) ( n −1) / 2 C≡O +. Сам Окись углерода следует этой схеме: ее преобладающей формой, как полагают, - C≡O +.
Другое семейство оксоуглеродов, привлекшее особое внимание, - это циклические оксоуглероды радиаленового типа C n O n или (CO) n. Их можно рассматривать как циклические полимеры окиси углерода, или п - кратные кетоны из п -carbon циклоалканов. Сам по себе окись углерода (СО) может рассматриваться как первый член. Теоретические исследования показывают, что этилендион (C 2 O 2 или O = C = C = O) и циклопропантрион C 3 O 3 не существуют. Следующие три члена - C 4 O 4, C 5 O 5 и C 6 O 6 - теоретически возможны, но, как ожидается, будут весьма нестабильными, и до сих пор они были синтезированы только в следовых количествах.
| |  |  |  |  | |||||
| (СО) 2 Этилен дион | (СО) 3 Cyclopropane- трион | (СО) 4 Cyclobutane- тетрона | (CO) 5 Циклопентан- пентон | (CO) 6 Циклогексан- гексон |
С другой стороны, анионы этих оксоуглеродов довольно стабильны, а некоторые из них известны с XIX века. Они есть
Циклический оксид C 6 O 6 также образует стабильные анионы тетрагидрокси-1,4-бензохинона (C 6 O 6 4-) и бензолгексола (C 6 O 6 6-). Ароматичность этих анионов была изучена теоретическими методами..
С 1960-х годов было синтезировано много новых стабильных или метастабильных оксидов, таких как:
 |  |  | |||
| C 10 O 8 Бензохинон- тетракарбоновой диангидрид | С 6 О 6 этилен- тетракарбоновая диангидрида | C 10 O 10 Тетрагидрокси- 1,4-бензохинон бисоксалат | |||
 |  |  | |||
| C 8 O 8 тетрагидрокси- 1,4-бензохинон бикарбонат | С 4 O 6 диоксана tetraketone | C 12 O 12 Гексагидроксибензол трисоксалат | |||
 |  |  | |||
| C 9 O 9 Гексагидроксибензол трискарбонат | C 24 O 6 Трис (3,4-диалкинил- 3-циклобутен- 1,2-дион) | C 32 O 8 Тетракис (3,4-диалкинил- 3-циклобутен- 1,2-дион) | |||
 | |||||
| C 12 O 6 Гексаоксотрицикло- бутабензол |
Многие родственники этих оксидов были исследованы теоретически, и ожидается, что некоторые из них будут стабильными, например, другие карбонатные и оксалатные эфиры тетрагидрокси-1,2-бензохинона и родизоновой, кроконовой, квадратной и дельтовой кислот.
Недокись углерода самопроизвольно полимеризуется при комнатной температуре в углеродно-кислородный полимер с атомным соотношением углерод: кислород 3: 2. Полагают, что полимер представляет собой линейную цепь конденсированных шестичленных лактоновых колец с непрерывной углеродной цепью с чередующимися одинарными и двойными связями. Физические измерения показывают, что среднее количество единиц на молекулу составляет около 5–6, в зависимости от температуры пласта.
 |  |  |  | ||||||
| Завершающие и повторяющиеся звенья полимерного C 3 O 2. | |||||||||
 |  |  |  | ||||||
| Олигомеры C 3 O 2 от 3 до 6 звеньев. | |||||||||
Окись углерода, сжатая до 5 ГПа в ячейке с алмазной наковальней, дает похожий красноватый полимер с немного более высоким содержанием кислорода, который является метастабильным в комнатных условиях. Считается, что CO диспропорционирует в ячейке до смеси CO 2 и C 3 O 2 ; последний образует полимер, аналогичный описанному выше (но с более нерегулярной структурой), который улавливает часть CO 2 в своей матрице.
Другой углеродно-кислородный полимер с соотношением C: O 5: 1 или выше - это классический оксид графита и его однослойный вариант оксида графена.
Известно более 20 оксидов и озонидов фуллерена :
и другие.
