Химия элементов Лекция Общая характеристика элементов IVA-группы Углерод

Химия элементов. Лекция Общая характеристика элементов IVA-группы. Углерод и кремний

Общая электронная формула внешнего слоя +6 С )2)4 +14 Si )2)8)4 +32 Ge )2)8)18)4 +50 Sn )2)8)18)18)4 +82 Pb )2)8)18)32)18)4 S 2 P 2 ↑↓ ↑ Р - элементы ↑

Изменение свойств в группе На внешнем слое 4 электрона, значит, являются неметаллами С Si Ge Sn Pb Металлические свойства увеличиваются

Элементы IVА-группы C Si Ge Sn Pb z Ar 6 14 32 50 82 12 28, 1 72, 6 118, 7 207, 2 2, 50 2, 25 2, 02 1, 72 1, 55 Неметаллы Амфотерные элементы Рост металличности

Общая электронная формула: […] ns 2 (n– 1)d 10 np 2 nd 0 ns 2 np 2 Валентные возможности: С: 2, 4; Si, Ge, Sn, Pb: 2 6 Степени окисления: –IV, 0, +II, +IV Устойчивые ст. ок. : С, Si, Ge, Sn: +IV (Pb. IV – сильн. окисл. ). Уст. ок. : Pb: +II

Оксиды элементов IVА-группы Ge. O 2(т) уст. Sn. O 2(т) уст. Pb. O 2(т) с. окисл. Si. O Ge. O Sn. O Pb. O уст. Амфот. оксиды Si. O 2(т) уст. CO Восстан. св-ва CO 2(г) уст. Кислотные оксиды Несолеобр. оксиды +II +IV

Водородные соединения элементов СH 4 Si. H 4 Ge. H 4 Sn. H 4 Устойчивость падает IVА-группы Pb. H 4 неуст. Склонность к катенации (образование цепей состава Э—Э—Э ) в ряду C Si Ge Sn Pb уменьшается

Простые вещества Аллотропия w Углерод: алмаз (sp 3), графит (sp 2), карбин (sp), фуллерен. w Олово «белое» и «серое» . Структура алмаза и графита Олово белое Олово серое Алмаз Графит

Химические свойства При комн. темп. w С, Si, Ge + H 2 O w Sn, Pb + H 2 O Олово Кремний Германий Свинец

Химические свойства w. С(т) + KOH w. Si + 4 Na. OH = Na 4 Si. O 4 + 2 H 2

Распространение в природе и важнейшие минералы 2. Si 25, 80% (27, 72% в литосфере) 13. C 0, 087% (0, 032% в литосфере) 31. Sn 0, 0035% 35. Pb 0, 0018% 46. Ge 6 · 10– 4% (РРЭ) Аметист Агат Кремний: кварц, яшма, агат, опал, силикаты, алюмосиликаты Кварц Опал Каолинит

Углерод: графит, алмаз, каменный уголь, нефть, природный газ, орг. в-ва, карбонаты Графит Кальцит Алмаз Газодобыча Каменный уголь

Германий, олово и свинец Касситерит Sn. O 2 Галенит Pb. S Германит (Fe. IICu 6 IGe 2)S 8

Шкала степеней окисления углерода +IV CO 2, CO 32 , H 2 CO 3, Na 2 CO 3, CS 2, CF 4, CCl 2 O, C(NH 2)2 O +II CO, HCN, C 2 F 4 0 IV C (графит, алмаз, карбин, фуллерен) СH 4, Be 2 C, Al 4 C 3, Si. C

Графит w Т. пл. 3800 С, т. кип. 4000 С, плотность 2, 27 г/см 3, электропроводен, устойчив. w Типичный восст-ль (реагирует с водородом, кислородом, фтором, серой, металлами).

Углерод 0 Окислитель восстанавливается + 4ē С -4ē Восстановитель окисляется Al + C → C + O 2 → H 2 + C → C + F 2 →

Аллотропные модификации углерода графит алмаз фуллерен

АЛМАЗ

Алмаз «Шах» Звезда ордена Св. Андрея Первозванного Скипетр императорский

Большая императорская корона Малая императорская корона

ГРАФИТ Применение графита: • Электроды для электролиза • Облицовка сопел ракетных двигателей • Смазка для трущихся поверхностей, работающих при очень высоких и очень низких температурах • Стержни для карандашей

ПОЧЕМУ А Л М А З - очень твердый, Г Р А Ф И Т – очень мягкий ? Алмаз имеет атомную кристаллическую решетку. Это очень симметричная и прочная решетка. Графит имеет слоистую структуру. Связи между слоями малопрочны.

Угольные фильтры В бытовых фильтрах, в промышленном производстве, на очистных сооружениях – уголь поглощает вредные вещества из воды

Поверхность стали под микроскопом Карбиды Карбид кальция Солеобразные (Ca. C 2, Al 4 C 3) Ковалентные (Si. C) Ca. C 2 + 2 H 2 O = = Ca(OH)2 + C 2 H 2 Al 4 C 3 + 12 H 2 O = = 4 Al(OH)3 + 3 CH 4 Карбид кремния Резец из победита (сплав на основе WC)

Водородные соединения. Метан CH 4 sp 3 w СН 4 – газ без цвета и запаха, горюч, главная сост. часть природного газа. w Получение в лаборатории: CH 3 COONa + Na. OH (+t) = = Na 2 CO 3 + CH 4 w Горение: CH 4 + O 2 = С + 2 H 2 O CH 4 + 2 O 2 (изб. ) = = СO 2 + 2 H 2 O

Монооксид углерода CO – несолеобразующий оксид w Бесцветный газ, без запаха, легче воздуха, малорастворим в воде, w ядовит ( «угарный газ» ). w Восстановительные свойства (t): 4 CO + Fe 3 O 4 = 3 Fe + 4 CO 2 (пирометаллургия)

Диоксид углерода CO 2 (кислотный оксид) «Сухой лед» w Бесцветный газ, без запаха, тяжелее воздуха, умеренно растворим в воде (при комн. т-ре в 1 л воды – около 1, 7 л CO 2). w В тв. Сост. «сухой лёд»

Моногидрат CO 2. H 2 O и угольная кислота H 2 CO 3 w В водном растворе: CO 2 (г) + H 2 O CO 2. H 2 O H 2 CO 3 w H 2 CO 3 – слабая двухосновная кислота: H 2 CO 3 + H 2 O HCO 3– + H 3 O+ ; HCO 3– + H 2 O CO 32– + H 3 O+ ; w. Соли – карбонаты и гидрокарбонаты M 2 CO 3 и MHCO 3 подвергаются гидролизу (р. Н > 7). w Термическое разложение гидрокарбонатов: 2 Na. HCO 3 = Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O

Псевдогалогениды Fe : C: : : N– Циановодород HCN w В водн. р-ре – слабая «синильная кислота» : HCN + H 2 O CN– + H 3 O+; w Цианид-ион CN : донорные св-ва, образует прочные комплексы, ядовит. w

Псевдогалогениды w Тиоцианат водорода HNCS ( «родановодород» ) не ядовит. w В водном растворе HNCS - сильная к-та w Ион NCS : слабые донорные свойства M H N sp 2 C sp . . S: HNCS : NCS– тиоцианато-N M : SCN– тиоцианато-S

Кремний обладает меньшим значением электроотрицательности и большим радиусом атома, в отличие от углерода, что связано с большим количеством электронных слоёв.

аллотропия КРЕМНИЯ Кристаллический кремний Аморфный кремний

Нахождение в природе Si. O 2 Al 2 O 3∙ 2 Si. O 2∙ 2 H 2 O кремнезём (песок) каолинит (глина) По распространенности занимает второе место после кислорода (26%)

ПРИМЕНЕНИЕ КРЕМНИЯ Кремнистые стали Фотоэлементы Силиконовый каучук Силиконовый герметик

Получение кремния Si. O 2 + 2 C = Si + 2 CO Si. O 2 + 2 Mg = 2 Mg. O + Si

Водородные соединения Sin. H 2 n+2 (силаны) w Моносилан Si. H 4: w Si. H 4 + 2 O 2 = Si. O 2 + 2 H 2 O Получение силанов: w Si. O 2 + 4 Mg(изб) = Mg 2 Si + 2 Mg. O (силицид магния)

СОЕДИНЕНИЯ КРЕМНИЯ Si СОЛИ КРЕМНЕВОЙ КИСЛОТЫ ОКСИД КРЕМНИЯ Si. O 2 КРЕМНЕВАЯ КИСЛОТА H 2 Si. O 3 СИЛИКАТЫ

ОКСИД КРЕМНИЯ - Si. O 2 песок аметист горный (кварц

Взаимодействие кремния с кислородом Si + O 2 = Si. O 2

Кислородные соединения Si. O 2 оксид кремния Si. O 2 + 2 Na. OH = Na 2 Si. O 3 + H 2 O (силикат натрия)

Травление стекла w Si. O 2 + 6 HF (изб. ) = H 2[Si. F 6] + 2 H 2 O (гексафторосиликат водорода) Травление — в технике, растворение поверхности твёрдых тел с практической целью

КРЕМНЕВАЯ КИСЛОТА H 2 SIO 3 Кремниевая кислота — это слабая двухосновная кислота, которая в реакциях выпадает в осадок в виде студенистого вещества, которое иногда заполняет весь объём раствора, превращая его в массу похожую на студень, желе. Получение: Na 2 Si. O 3 + 2 HCl = 2 Na. Cl + H 2 Si. O 3 ↓ кремневая кислота

Получение кремниевой кислоты w https: //www. youtube. com/watch? v=h. B 6 GOz NFEa. A

СОЛИ КРЕМНЕВОЙ КИСЛОТЫ Растворимые силикаты натрия и калия называют жидким стеклом