Az iva alcsoport elemeinek összehasonlító jellemzői. Az IVA csoport elemeinek általános jellemzői. A legfontosabb szénvegyületek

8. előadás

TÉMA : Csoportelemek IVA.

Szén

Az előadáson vizsgált kérdések:

1. IVA csoport.
2. Szén. A szén általános jellemzői.
3. A szén kémiai tulajdonságai.
4. A szén legfontosabb vegyületei.

Az elemek általános jellemzői IVA csoport

A fő alcsoport elemeihez IV csoportok tartoznak C, Si, Ge, Sn, P ban ben. A külső vegyértékszint elektronikus képlete nS 2 np 2 , azaz 4 vegyértékelektronjuk van és ezek p elemek, ezért a fő alcsoportba tartoznak IV csoport.

││││

│↓│np

Egy atom alapállapotában két elektron párosul, kettő pedig párosítatlan. A szén külső héja 2 elektronot tartalmaz, a szilícium 8, ill Ge, Sn, P c – egyenként 18 elektron. Ezért Ge, Sn, P in germánium alcsoportba egyesülnek (ezek teljes elektronikus analógok).

Ebben a p-elemek alcsoportjában, akárcsak a p-elemek többi alcsoportjában, az elemek atomjainak tulajdonságai periodikusan változnak:

9. táblázat

Így az alcsoportban felülről lefelé az atom sugara növekszik, így az ionizációs energia csökken, így növekszik az elektrondonor képesség, és a külső elektronhéj oktettre való kiteljesedésének hajlama meredeken csökken, így C-ről Pb, a redukáló tulajdonságok és a fémes tulajdonságok nőnek, és a nemfémes tulajdonságok csökkennek. A szén és a szilícium tipikus nemfémek, Ge A fémes tulajdonságok már megjelennek, és látszólag fémnek tűnik, bár félvezető. Az ónnál a fémes tulajdonságok már túlsúlyban vannak, és az ólom tipikus fém.

A 4 vegyértékelektronnal rendelkező atomok vegyületeikben a minimumtól (-4) a maximumig (+4) oxidációs állapotot mutathatnak, és akár S.O. is jellemzi őket: -4, 0, +2, +4; ÍGY. = -4 jellemző C és Si fémekkel.

A más elemekkel való kapcsolat jellege.A szén csak kovalens kötéseket képez, a szilícium is túlnyomórészt kovalens kötéseket. Ónhoz és ólomhoz, különösen az S.O. = +2, a kötés ionos jellege jellemzőbb (például Рв( NEM 3) 2).

kovalencia az atom vegyértékszerkezete határozza meg. A szénatomnak 4 vegyértékpályája van, a maximális kovalencia pedig 4. Más elemeknél a kovalencia négynél nagyobb is lehet, mivel van vegyérték. d alszint (pl. H 2 [SiF 6 ]).

Hibridizáció . A hibridizáció típusát a vegyértékpályák típusa és száma határozza meg. A szén csak S - és p-valencia pályák, szóval lehet Sp (karbin, CO 2, CS 2), Sp 2 (grafit, benzol, COCl 2), Sp 3 hibridizáció (CH 4, gyémánt, CCl 4 ). A szilíciumra a legjellemzőbb Sp 3 - hibridizáció (SiO 2, SiCl 4 ), de van vegyértéke d -alszint, tehát van is Sp 3 d 2 - hibridizáció, pl. H 2 [SiF 6 ].

IV a PSE csoport D. I. Mengyelejev táblázatának közepe. Itt jól látható a tulajdonságok éles változása a nemfémekről a fémekre. Külön megvizsgáljuk a szenet, majd a szilíciumot, majd a germánium alcsoport elemeit.

Szén. A szén általános jellemzői

A földkéreg széntartalma alacsony (körülbelül 0,1 tömeg%). A legtöbbet a nehezen oldódó karbonátok (CaCO 3, MgCO 3 ), olaj, szén, földgáz. CO-tartalom 2 a levegőben kicsi (0,03%), de össztömege megközelítőleg 600 millió tonna. A szén minden élő szervezet szövetének része (a növény- és állatvilág fő alkotóeleme). A szén szabad állapotban is megtalálható, főleg grafit és gyémánt formájában.

A természetben a szén két stabil izotópként ismert: 12C (98,892%) és 13 C (1,108%). A kozmikus sugárzás hatására bizonyos mennyiségű β-radioaktív izotóp is képződik a légkörben 14 TÓL TŐL: . Tartalom szerint 14 A növényi maradványokban az életkorukat értékelik. 10 és 16 közötti tömegszámú radioaktív izotópokat is előállítottak.

Ellentétben az F 2, N 2, O 2-vel A szén egyszerű anyagai polimer szerkezetűek. A vegyértékpályák hibridizációjának jellegzetes típusai szerint a C atomok egy háromdimenziós módosulat polimer képződményeivé egyesülhetnek (gyémánt, sp 3 ), kétdimenziós vagy réteges módosítás (grafit, Sp 2 ) és egy lineáris polimer (karabély, sp).

A szén kémiai tulajdonságai

Kémiailag a szén nagyon inert. De hevítéskor számos fémmel és nemfémmel kölcsönhatásba léphet, miközben oxidáló és redukáló tulajdonságokat is mutat.

Gyémánt + 2 F 2 → CF 4 , a grafit pedig grafitfluoridot képez CF

(majd + F 2 → CF 4 ). A gyémánt és a grafit elválasztásának egyik módja a fluorhoz való eltérő hozzáálláson alapul. A szén nem lép reakcióba más halogénekkel. Oxigénnel (O 2 ) a szén oxigénhiányban CO-t, oxigénfelesleggel CO-t képez 2 .

2C + O 2 → 2CO; C + O 2 → CO 2.

Magas hőmérsékleten a szén fémekkel reagál, és fémkarbidokat képez:

Ca + 2C \u003d CaC 2.

Melegítéskor reakcióba lép hidrogénnel, kénnel, szilíciummal:

t o t o

C + 2 H 2 \u003d CH 4 C + 2S ↔ CS 2

C + Si = SiC.

A szén összetett anyagokkal is reagál. Amikor a vízgőzt fűtött szénen vezetik át, CO és H keveréke képződik. 2 - vízgáz (1200 °C feletti hőmérsékleten C-ről):

C + HOH \u003d CO + H 2.

Ezt a keveréket széles körben használják gáznemű tüzelőanyagként.

Magas hőmérsékleten a szén számos fémet képes redukálni oxidjaiból, amit széles körben használnak a kohászatban.

ZnO + C → Zn + CO

A legfontosabb szénvegyületek

1. fém karbidok.

Mivel gyakran előfordul, hogy a szén homoláncokat képez, a legtöbb karbid összetétele nem felel meg a szén (-4) oxidációs állapotának. A kémiai kötés típusa szerint megkülönböztetünk kovalens, ionos-kovalens és fémkarbidokat. A legtöbb esetben a karbidokat a megfelelő egyszerű anyagok vagy oxidjaik szénnel való erős hevítésével állítják elő

T o t o

V 2 O 5 + 7C → 2VC + 5CO; Ca + 2 C → CaC 2.

Ebben az esetben különböző összetételű karbidokat kapunk.

A sószerű vagy ion-kovalens karbidok aktív és néhány más fém vegyületei: Be 2 C, CaC 2, Al 4 C 3, Mn 3 C . Ezekben a vegyületekben a kémiai kötés közbenső az ionos és a kovalens kötés között. Víz vagy híg savak hatására hidrolizálódnak, és hidroxidok és a megfelelő szénhidrogének keletkeznek:

CaC 2 + 2HON → Ca (OH) 2 + C 2 H 2;

Al 4 C 3 + 12HOH → 4Al(OH) 3 + 3CH 4.

A fémkarbidokban a szénatomok oktaéderes üregeket foglalnak el a fémek szerkezetében (oldalsó alcsoportok IV - VIII csoportok). Ezek nagyon kemény, tűzálló és hőálló anyagok, amelyek közül sok fémes tulajdonságokkal rendelkezik: nagy elektromos vezetőképesség, fémes fényesség. Az ilyen karbidok összetétele széles tartományban változik. Így a titán-karbidok ilyen összetételűek TiC 0,6-1,0.

Kovalens karbidok - SiC és B 4 C. Ezek polimerek. A bennük lévő kémiai kötés megközelíti a tisztán kovalens kötést, mivel a bór és a szilícium a szén szomszédja a PSC-ben, és közel áll hozzá az atom sugarát és az OEO-t tekintve. Nagyon kemények és kémiailag semlegesek. A metán CH a legegyszerűbb kovalens karbidnak is tekinthető. 4 .

1. Szén-halogenidek

A szén a halogénekkel sok vegyületet képez, amelyek közül a legegyszerűbbek képlete C H al 4 azaz szén-tetrahalogenidek. Bennük S.O. szén +4, sp 3 -a C atom hibridizációja, tehát a molekulák C Н al 4 - tetraéder. CF 4 - gáz, CCl 4 - folyékony, CBr 4 és CJ 4 - szilárd anyagok. Csak CF4 közvetlenül szerezték be F2 és C, szén nem lép reakcióba más halogénekkel. A szén-tetrakloridot szén-diszulfid klórozásával állítják elő:

CS 2 + 3Cl 2 \u003d CCl 4 + S 2 Cl 2.

Minden CH al 4 vízben nem oldódik, de szerves oldószerekben oldódik.

t o , Kat

CH al 4 (g) + 2HON (g) \u003d CO 2 + 4HNa l (d) (a hidrolízis erős melegítéssel és katalizátor jelenlétében megy végbe). Gyakorlati jelentőségű CF 4 , SS l 4 .

CF4 , valamint más fluorozott szénvegyületek, például CF2Cl2 (difluor-diklór-metán) freonként használják - hűtőgépek munkaanyagaként.

CCl 4 szerves anyagok (zsírok, olajok, gyanták) nem gyúlékony oldószereként, valamint tűzoltó készülékek folyadékaként használják.

1. Szén-monoxid (P).

A szén-monoxid (P) CO színtelen, szagtalan gáz, vízben gyengén oldódik. Nagyon mérgező (szén-monoxid): a CO-hoz kapcsolódó vér hemoglobin elveszíti O-val való kombinálódási képességét 2 és legyen a hordozója.

Szén-monoxidot (P) kapunk:

• a szén 2C + O nem teljes oxidációjával 2 = 2CO;

• az iparban a következő reakcióval nyerik őket: CO 2+C=2CO;
• ha túlhevített vízgőzt forró szénen vezetünk át:

C + HOH \u003d CO + H 2 t o

• karbonilok bomlása Fe (CO) 5 → Fe + 5 CO;
• laboratóriumban a CO-t úgy nyerik, hogy hangyasavra hatnak vízeltávolító anyagokkal ( H 2 SO 4, P 2 O 5):

HCOOH → CO + HOH.

A CO azonban nem a hangyasav anhidridje, mivel a CO-ban a szén háromértékű, a HCOOH-ban pedig négyértékű. Így a CO nem sóképző oxid.

A CO vízben való oldhatósága csekély, és nem megy végbe kémiai reakció. A CO molekulában, mint a molekulában N 2 - hármas kötés. A vegyértékkötés módszere szerint két párosítatlan p - C és O elektron (mindegyik atomnak) párosítása következtében 2 kötés jön létre, a harmadik pedig - a donor-akceptor mechanizmus szerint a szabad 2p - pálya miatt. az oxigénatom C atomja és 2p elektronpárja: C ≡ O A CO hármas kötés nagyon erős és energiája nagyon nagy (1066 kJ/mol) - több, mint N 2 . A szén-monoxidra (P) a következő három reakciótípus jellemző:

1. oxidációs reakciók. A CO erős redukálószer, azonban a molekulában lévő erős hármas kötés miatt a redox reakciók CO-val csak magas hőmérsékleten mennek gyorsan le. A kohászatban nagy jelentősége van az oxidok redukciójának CO segítségével hevítés közben.

Fe 2 O 3 + 3CO = 3CO 2 + 2Fe.

A CO oxigénnel oxidálható: nak nek

2CO + O 2 \u003d 2CO 2.

1. A CO másik jellemző kémiai tulajdonsága az a hajlamaddíciós reakciók, ami a szén vegyérték-telítetlenségének köszönhető a CO-ban (ezekben a reakciókban a szén négyértékű állapotba megy át, ami jellemzőbb rá, mint a szén trivalenciája a CO-ban).

Tehát a CO reakcióba lép a klórral, és foszgén COC-t képez l2:

CO + Cl 2 \u003d COCl 2 (ebben a reakcióban a CO egyben redukálószer is). A reakciót fény és katalizátor hatása gyorsítja. A foszgén barna gáz, nagyon mérgező - erős mérgező anyag. Lassan hidrolizál COCl 2 + 2 HOH → 2 HCl + H 2 CO 3.

A foszgént különféle anyagok szintézisében használják, és az első világháborúban vegyi harci szerként használták.

Hevítéskor a CO reagál a kénnel, és szén-szulfoxidot képez COS:

CO + S = COS (gáz).

Nyomás alatt hevítve a CO hidrogénnel reagálva metanolt képez

t o , p

CO + 2H 2 ↔ CH 3 OH.

Metanol szintézise CO-ból és H-ból 2 az egyik legfontosabb vegyipar.

1. A legtöbb más szénvegyülettől eltérően a CO-molekulában a szénatomon egy megosztott elektronpár található, ezért a CO-molekula képes hatni. ligandum különféle komplexekben. Különösen sok a CO-nak a fématomokhoz való addíciójának terméke, amelyeket karboniloknak neveznek. Körülbelül 1000 karbonilcsoport ismeretes, köztük olyan karbonilcsoport, amely a CO-n kívül más ligandumokat is tartalmaz. A karbonilok (komplexek) a következőket kapják:

T, p t, p

Fe + 5CO → Ni + 4CO → .

Léteznek gáznemű, folyékony és szilárd karbonilok, amelyekben a fém oxidációs foka 0. Melegítéskor a karbonilok lebomlanak, és nagyon nagy tisztaságú porított fémek keletkeznek:

nak nek

Ni(CO) 4 → Ni + 4CO.

A karbonilokat szintézisekben és nagy tisztaságú fémek előállítására használják. Minden karbonil, mint a CO, rendkívül mérgező.

1. Szén-monoxid (IV).

CO 2 molekula lineáris szerkezetű (O = C = O), sp - a szénatom hibridizációja. Két σ-típusú kötés keletkezik kettő átfedése miatt sp – a C atom és két 2р hibrid pályái x - két oxigénatom pályája, amelyeken párosítatlan elektronok találhatók. Két másik π-típusú kötés keletkezik, ha 2p átfed y - és 2p z - a C atom pályái (nem hibrid) a megfelelő 2p-vel y - és 2p z - oxigénatomok pályái.

CO 2 kinyerése:

- az iparbanmészkő pörkölésével nyerik

CaCO 3 → CaO + CO 2;

A laboratóriumban a reakció szerint a Kipp-készülékben kapjuk

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + CO 2 + HOH.

A CO fizikai tulajdonságai 2 : ez egy gáz, nehezebb a levegőnél, vízben való oldhatósága kicsi (0 ról ről C 1 liter vízben 1,7 liter CO-t old fel 2-án és 15 órakor A C 1 liter CO-t old 2 ), míg az oldott CO egy része 2 vízzel reagálva szénsavat képez:

HOH + CO 2 ↔ H 2 CO 3 . Az egyensúly balra tolódik el (←), így az oldott CO nagy része 2 CO 2 és nem sav formájában.

NÁL NÉL vegyileg CO 2 a) a savas oxid tulajdonságait mutatja, és ha lúgos oldatokkal kölcsönhatásba lép, karbonátok képződnek, és feleslegben CO 2 - szénhidrogének:

2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O NaOH + CO 2 → NaHCO 3.

b) oxidáló tulajdonságok, de oxidáló tulajdonságok CO2 nagyon gyengék, mivel S.O. = +4 a szén legjellemzőbb oxidációs állapota. Ugyanakkor a CO 2 CO-ra vagy C-ra redukálva:

C + CO 2 ↔ 2CO.

C O 2 szóda előállításához, tüzek oltásához, ásványvíz előállításához, szintézisek inert közegeként használják.

1. Szénsav és sói

A szénsav csak híg vizes oldatokban ismert. A CO kölcsönhatása során keletkezik 2 vízzel. Vizes oldatban az oldott CO nagy része 2 hidratált állapotban és csak kis része H formájában 2 CO 3, HCO 3 -, CO 3 2- azaz vizes oldatban egyensúly jön létre:

CO 2 + HOH ↔ H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - ↔ 2H + + CO 3 2-.

Az egyensúly erősen balra tolódik (←), helyzete függ a hőmérséklettől, a környezettől stb.

A szénsavat gyenge savnak tekintik (K 1 = 4,2 ∙ 10 -7 ). Ez a látszólagos ionizációs állandó Kés ő. , ez összefügg a vízben oldott CO teljes mennyiségével 2 , és nem a szénsav valódi koncentrációjára, ami nem pontosan ismert. De mivel a molekulák H 2 CO 3 oldatban kicsi, akkor az igazi Kés ő. a szénsav sokkal több, mint a fentebb jelzett. Tehát úgy tűnik, a K valódi értéke 1 ≈ 10 -4 , vagyis a szénsav közepes erősségű sav.

A sók (karbonátok) általában vízben gyengén oldódnak. A karbonátok jól oldódnak+ , Na + , R в + , Cs + , Tl +1 , NH 4 + . A bikarbonátok a karbonátokkal ellentétben többnyire vízben oldódnak.

Sóhidrolízis: Na 2 CO 3 + HOH ↔ NaHCO 3 + NaOH (pH> 7).

Hevítéskor a karbonátok lebomlanak, fém-oxidot és CO-t képezve 2 .Minél erősebbek a kationt alkotó elem fémes tulajdonságai, annál stabilabb a karbonát. Így, Na2CO3 bomlás nélkül megolvad; CaCO 3 825-nél bomlik o C és Ag 2 CO 3 100-nál lebomlik ról ről C. A bikarbonátok enyhe melegítés hatására lebomlanak:

2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O.

1. Karbamid és szén-diszulfid.

A karbamidot vagy karbamidot a CO hatására nyerik 2 vizes oldathoz H 3 N 130 o C-on és 1,10 7 Pa nyomáson.

CO 2 + 2H 3 N \u003d CO (NH 2) 2 + H 2 O.

A karbamid fehér kristályos anyag. Nitrogén műtrágyaként, állati takarmányozásra, műanyagok, gyógyszerek (veronal, luminal) előállítására használják.

Szén-diszulfid (szén-diszulfid) - CS2 normál körülmények között - illékony, színtelen folyadék, mérgező. Tiszta CS2 Enyhén kellemes illata van, de levegővel érintkezve undorító szaga van az oxidációs termékeinek. A szén-diszulfid nem oldódik vízben; hevítés közben (150 ról ről C) CO-vá hidrolizál 2 és H2S:

CS 2 + 2HOH = CO 2 + 2H 2 S.

A szén-diszulfid könnyen oxidálódik, és enyhe melegítés hatására levegőn könnyen meggyullad: CS 2 + 3 O 2 \u003d CO 2 + 2 SO 2.

A szén-diszulfid kéngőz és forró szén kölcsönhatása révén keletkezik. A szén-diszulfidot szerves anyagok, foszfor, kén, jód jó oldószereként használják. A tömeg CS2 Viskózselyem előállítására és a mezőgazdaságban a kártevők elleni küzdelemre használják.

1. Hidrociánsav, tiocianát és ciánsav.

Hidrociánsav HCN (vagy hidrogén-cianid) lineáris szerkezetű, 2 típusú tautomer egyensúlyban lévő molekulából áll, amely szobahőmérsékleten balra tolódik:

H - C ≡ N ↔ H - N ≡ C

cianid izocianid

hidrogén hidrogén

HCN - Ez egy illékony, mandula illatú folyadék, az egyik legerősebb méreg, vízzel bármilyen arányban keveredik. vizes oldatban HCN - gyenge sav (K = 7,9 ∙ 10-10 ), amely sokkal gyengébb, mint a szénsav.

Az iparban HCN katalitikus reakcióval kapott:

t o , kat

CO + NH 3 → HCN + HOH.

A sókat (cianidokat) a karbonátok szénnel való redukálásával állítják elő hevítés közben:

Na 2 CO 3 + C + 2NH 3 \u003d 2NaCN + 3H 2 O.

A hidrogén-cianidot szerves szintézisben használják, ill NaCN és KCN - arany kitermelésénél, komplex cianidok előállításánál stb.

A cianidok bázikusak ( NaCN) és sav (JCN ). Bázikus cianid hidrolízise:

NaCN + HOH ↔ NaOH + HCN (pH > 7).

A savas cianid hidrolízise során két sav keletkezik:

JCN + HOH = HJO + HCN.

cianidok d -az elemek nem oldódnak vízben, de a komplexképződés miatt könnyen oldódnak bázikus cianidok jelenlétében:

4KCN + Mn(CN)2 = K4.

A komplex cianidok nagyon stabilak.

Hidrogén-tiocianát HSCN vagy HNCS lineáris szerkezetű, és kétféle molekulából áll: H-S-C≡ NvagyH – N = C = S. Kristályos tiocianátbanNaNCS, Ba(NCS) 2 a fémion a nitrogénatom közelében található; ban benAgSCN, hg(SCN) 2 fémion - a kénatom közelében.

A rodanidokat vagy tiocianátokat a kén alkálifém-cianidokon (forrásban lévő kéntartalmú oldatok) történő hatására állítják elő:

to

KCN + S = KNCS.

A vízmentes hidrogén-tiocianátot ólom (vagy higany) tiocianát áramban történő hevítésével állítják előH2 S:

to

Rv(SCN)2 + H2 S →RvS↓ + 2HNCS.

HNCS- színtelen olajos, szúrós szagú folyadék, könnyen lebomlik. Vízben, vizes oldatban jól oldódikHNCSerős tiocianátsavat képez (K = 0,14). A rodanidokat főleg szövetek festésére használják, illNH4 CNSionreagensként használjákFe3+ .

Ismeretesek a tautomer cianosavak isHOCN) és izocianát (HNCO) savak:

.

Ez az egyensúly szobahőmérsékleten balra tolódik el.

Sók - cianátok és izocianátok cianidok oxidációjával keletkeznek: 2KCN + O2 = 2 KOCN. A ciánsav vizes oldatban közepes erősségű sav.

Az IVA csoport tartalmazza a legfontosabb elemeket, amelyek nélkül nem léteznénk sem mi, sem a Föld, amelyen élünk. Ez a szén - minden szerves élet alapja, a szilícium pedig az ásványi birodalom "uralkodója".

Ha a szén és a szilícium tipikus nemfémek, az ón és az ólom pedig fémek, akkor a germánium köztes helyet foglal el. Egyes tankönyvek a nem fémek közé sorolják, míg mások a fémek közé sorolják. Ezüstfehér színű, és úgy néz ki, mint egy fém, de van egy gyémántszerű kristályrácsa, és félvezető, mint a szilícium.

Széntől ólomig (csökkenő nemfémes tulajdonságokkal):

w a negatív oxidációs állapot stabilitása csökken (-4)

w a legmagasabb pozitív oxidációs állapot stabilitása csökken (+4)

w növeli az alacsony pozitív oxidációs állapot stabilitását (+2)

A szén minden élőlény fő alkotóeleme. A természetben a szénből (gyémánt, grafit) és vegyületekből (szén-dioxid, különféle karbonátok, metán és egyéb szénhidrogének a földgáz és az olaj összetételében) egyaránt előfordulnak egyszerű anyagok. A szén tömeghányada a kőszénben eléri a 97%-ot.
Az alapállapotban lévő szénatom a cseremechanizmussal két kovalens kötést tud kialakítani, de ilyen vegyületek normál körülmények között nem jönnek létre. A gerjesztett állapotba kerülő szénatom mind a négy vegyértékelektront használja.
A szén jó néhány allotróp módosulatot képez (lásd 16.2. ábra). Ezek a gyémánt, grafit, karabély, különféle fullerének.

A szervetlen anyagokban a szén oxidációs állapota + II és + IV. A szénnek két ilyen oxidációs állapotú oxidja van.
A szén-monoxid (II) színtelen, mérgező gáz, szagtalan. A triviális név szén-monoxid. A széntartalmú tüzelőanyag tökéletlen égése során keletkezik. Molekulájának elektronszerkezetét lásd a 121. oldalon. Kémiai tulajdonságait tekintve a CO nem sóképző oxid, hevítve redukáló tulajdonságokat mutat (a nem túl aktív fémek sok oxidját fémmé redukálja).
A szén-monoxid (IV) színtelen, szagtalan gáz. A triviális név szén-dioxid. Sav oxid. Vízben (fizikailag) gyengén oldódik, részben reagál vele, szénsavat képezve H2CO3 (ennek az anyagnak a molekulái csak nagyon híg vizes oldatokban léteznek).
A szénsav egy nagyon gyenge kétbázisú sav, amely két sósorozatot (karbonátokat és bikarbonátokat) képez. A legtöbb karbonát vízben oldhatatlan. A bikarbonátok közül egyedül az alkálifém- és ammónium-hidrogén-karbonátok léteznek egyedi anyagként. Mind a karbonátion, mind a szénhidrogén-ion a bázis részecskéi, ezért a vizes oldatokban mind a karbonátok, mind a szénhidrogének anionhidrolízisnek vannak kitéve.
A karbonátok közül a nátrium-karbonát Na2CO3 (szóda, szóda, mosószóda), nátrium-hidrogén-karbonát NaHCO3 (szódabikarbóna, szódabikarbóna), kálium-karbonát K2CO3 (kálium) és kalcium-karbonát CaCO3 (kréta, márvány, mészkő) a legfontosabbak.
Kvalitatív reakció szén-dioxid jelenlétére a gázelegyben: kalcium-karbonát csapadék képződése, amikor a vizsgálati gázt mészvízen (telített kalcium-hidroxid-oldat) vezetjük át, majd a csapadék feloldódása a gáz további áthaladásával . Lezajló reakciók:

Ca2 + 2OH + CO2 = CaCO3 + H2O;
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2 + 2HCO3 .

A farmakológiában és az orvostudományban széles körben használnak különféle szénvegyületeket - szénsav- és karbonsav-származékokat, különféle heterociklusokat, polimereket és egyéb vegyületeket. Tehát a karbolént (aktív szén) különféle méreganyagok felszívására és eltávolítására használják a szervezetből; grafit (kenőcsök formájában) - bőrbetegségek kezelésére; a szén radioaktív izotópjai - tudományos kutatáshoz (radiokarbon elemzés).

A szén minden szerves anyag alapja. Minden élő szervezet nagyrészt szénből áll. A szén az élet alapja. Az élő szervezetek szénforrása általában a légkörből vagy vízből származó CO 2. A fotoszintézis eredményeként olyan biológiai táplálékláncokba kerül, amelyekben az élőlények egymást vagy egymás maradványait eszik, és ezáltal szenet vonnak ki saját testük felépítéséhez. A szén biológiai körforgása vagy oxidációval és a légkörbe való visszatéréssel, vagy szén vagy olaj formájában történő ártalmatlanítással ér véget.

Analitikai reakciók karbonát - ion CO 3 2-

A karbonátok egy instabil, nagyon gyenge szénsav H 2 CO 3 sói, amely vizes oldatokban szabad állapotban instabil és CO 2 felszabadulásával bomlik: H 2 CO 3 - CO 2 + H 2 O

Az ammónium-, nátrium-, rubídium- és cézium-karbonátok vízben oldódnak. A lítium-karbonát vízben gyengén oldódik. Más fém-karbonátok vízben gyengén oldódnak. A szénhidrogének vízben oldódnak. A karbonát-ionok vizes oldatokban színtelenek, hidrolízisen mennek keresztül. Az alkálifém-hidrogén-karbonátok vizes oldatai nem festenek, ha egy csepp fenolftalein oldatot adnak hozzájuk, ami lehetővé teszi a karbonát oldatok és a hidrogén-karbonát oldatok megkülönböztetését (gyógyszerkönyvi teszt).

1. Reakció bárium-kloriddal.

Ba 2+ + COz 2 - -> BaCO 3 (fehér finom kristályos)

Hasonló karbonátcsapadékok kalciumkationt (CaCO 3) és stronciumot (SrCO 3) adnak. A csapadék ásványi savakban és ecetsavban oldódik. H 2 SO 4 oldatban fehér BaSO 4 csapadék képződik.

A csapadékhoz lassan cseppenként HC1 oldatot csepegtetünk, amíg a csapadék teljesen fel nem oldódik: BaCO3 + 2 HC1 -> BaC1 2 + CO 2 + H 2 O

2. Reakció magnézium-szulfáttal (gyógyszerkönyv).

Mg 2+ + CO3 2 - -> MgCO 3 (fehér)

Bikarbonát - HCO 3 ion - csak forraláskor képződik MgCO 3 csapadék magnézium-szulfáttal: Mg 2+ + 2 HCO3- -> MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

A MgCO 3 csapadéka savakban oldódik.

3. Reakció ásványi savakkal (gyógyszerkönyv).

CO 3 2- + 2 H 3 O \u003d H 2 CO 3 + 2H 2 O

HCO 3 - + H 3 O + = H 2 CO 3 + 2H 2 O

H 2 CO 3 -- CO 2 + H 2 O

A fejlődő gáznemű CO 2 -t a bariton vagy mészvíz zavarosságával detektálják gázokat, gázbuborékokat (CO 2) érzékelő készülékben, kémcsőben - vevőben - az oldat zavarosságát.

4. Reakció uranil-hexaciano-ferráttal (II).

2CO 3 2 - + (UO 2) 2 (barna) -> 2 UO 2 CO 3 (színtelen) + 4 -

Az uranil-hexaciano-ferrát (II) barna oldatát uranil-acetát (CH 3 COO) 2 UO 2 oldatának kálium-hexaciano-ferrát (II) oldatával összekeverve nyerjük:

2 (CH 3 COO) 2 GO 2 + K 4 -> (UO 2) 2 + 4 CH 3 SÜTÉS

A kapott oldathoz cseppenként hozzáadjuk Na 2CO 3 vagy K 2 CO 3 oldatát keverés közben, amíg a barna szín el nem tűnik.

5. Karbonát - ionok és bikarbonát - ionok elkülönített felfedezése kalcium kationokkal és ammóniával való reakciók segítségével.

Ha az oldat egyidejűleg tartalmaz karbonát-ionokat és bikarbonát-ionokat, akkor mindegyik külön-külön kinyitható.

Ehhez először feleslegben CaCl 2 oldatot adunk a vizsgált oldathoz. Ebben az esetben a CO3 2 - CaCO 3 formájában válik ki:

COz 2 - + Ca 2+ \u003d CaCO 3

A bikarbonát - ionok oldatban maradnak, mivel a Ca (HCO 3) 2 vízben oldódik. A csapadékot elválasztjuk az oldattól, és az utóbbihoz ammóniaoldatot adunk. HCO 2 - anionok ammóniával és kalcium kationokkal ismét kicsapják a CaCO 3 -ot: HCO s - + Ca 2+ + NH 3 -> CaCO3 + NH 4 +

6. A karbonát-ion egyéb reakciói.

A karbonát - az ionok vas(III)-kloriddal reagálva FeCl 3 barna csapadékot képeznek Fe (OH) CO 3, ezüst-nitráttal - ezüst-karbonát Ag 2 CO3 fehér csapadék, amely HbTO3-ban oldódik és vízben forralva sötétre bomlik. csapadék Ag 2 O ISO 2: Ag 2 CO 3 -> Ag 2 O + CO 2

Acetát-ion CH 3 COO analitikai reakciói

Acetát - ion CH 3 COO- - gyenge egybázisú ecetsav anionja CH 3 COOH: vizes oldatokban színtelen, hidrolízisen megy keresztül, redox tulajdonságokkal nem rendelkezik; meglehetősen hatékony ligandum, és sok fémkationnal stabil acetát komplexeket képez. Ha savas közegben alkoholokkal reagál, észtereket képez.

Az ammónium, lúg és a legtöbb egyéb fém-acetát vízben jól oldódik. A CH 3 COOAg ezüst-acetátok és a higany (I) kevésbé oldódnak vízben, mint más fémek acetátjai.

1. Reakció vas(III)-kloriddal (gyógyszerkönyv).

pH = 5-8 értéken az acetát-ion a Fe (III) kationokkal oldható sötétvörös (erős tea színű) acetátot vagy vas (III) hidroxi-acetátot képez.

Vizes oldatban részlegesen hidrolizálódik; az oldat ásványi savakkal történő savanyítása gátolja a hidrolízist és az oldat vörös színének eltűnéséhez vezet.

3 CH3COOH + Fe --> (CH 3 COO) 3 Fe + 3 H +

Forrás közben az oldatból bázikus vas-acetát (III) vörösbarna csapadék válik ki:

(CH 3 COO) 3 Fe + 2 H 2 O<- Fe(OH) 2 CH 3 COO + 2 СН 3 СООН

A vas (III) és az acetát - ionok koncentrációjának arányától függően a csapadék összetétele változhat, és megfelelhet például a következő képleteknek: Fe OH (CH 3 COO) 2, Fe 3 (OH) 2 O 3 (CH 3 COO), Fe 3 O (OH) (CH 3 COO) 6 vagy Fe 3 (OH) 2 (CH 3 COO) 7.

A reakciót CO 3 2 -, SO 3 "-, PO 4 3 -, 4 anionok zavarják, amelyek vassal (III) csapadékot képeznek, valamint SCN-anionok (vörös komplexeket képeznek Fe 3+ kationokkal), jodid - G ion, 1 2 jóddá oxidálódik, így az oldat sárga színt kap.

2. Reakció kénsavval.

Acetát - egy ion erősen savas környezetben gyenge ecetsavvá alakul, amelynek gőzei jellegzetes ecetszagúak:

CH 3 COO- + H +<- СН 3 СООН

A reakciót a NO 2 \ S 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 - anionok akadályozzák, amelyek tömény H 2 SO4 közegben is jellegzetes szagú gáznemű termékeket bocsátanak ki.

3. Az ecetsav-etil-éter képződésének reakciója (gyógyszerkönyv).

A reakciót kénsavas közegben hajtjuk végre. Etanollal:

CH 3 COO- + H + -- CH 3 COOH CH 3 COOH + C 2 H 5 OH \u003d CH 3 COOS 2 H 4 + H 2 O

A felszabaduló etil-acetátot jellegzetes kellemes szag érzékeli. Az ezüstsók katalizálják ezt a reakciót, ezért javasolt kis mennyiségű AgNO 3 hozzáadása a reakció során.

Hasonlóan amil-alkohol C 5 HcOH-val reagálva kellemes illatú amil-acetát CH 3 COOC 5 Ni (-körte-) is képződik, jellegzetes etil-acetátszag érezhető, ami a keverék gondos melegítésével fokozódik.

Analitikai reakciók tartarát - ROS ion - CH(OH) - CH(OH) - COMP. Tartarát ion – gyenge kétbázisú borkősav anionja:

HO-CH-COOH

HO-CH-COOH

Tartarát – egy ion vízben jól oldódik. Vizes oldatokban a tartarát ionok színtelenek, hidrolízisen mennek keresztül, és hajlamosak komplexképződésre, így stabil tartarát komplexeket képeznek számos fém kationjával. A borkősav két sósorozatot képez - közepes tartarátokat, amelyek kéttöltéses tartarátot tartalmaznak - COCH (OH) CH (OH) COO - iont, és savas tartarátokat - egyszeres töltésű hidrotartarátot tartalmazó hidrotartarátokat - HOOOCH (OH) CH (OH) COO - ion. A kálium-hidrotartarát (-tartar-) KNS 4 H 4 O 6 gyakorlatilag nem oldódik vízben, amit a káliumkationok felnyitására használnak. Az átlagos kalciumsó is kevéssé oldódik vízben. Az átlagos káliumsó K 2 C 4 H 4 O 6 jól oldódik vízben.

I. Reakció kálium-kloriddal (gyógyszerkönyv).

C 4 H 4 O 6 2 - + K + + H + -> KNS 4 H 4 O 6 1 (fehér)

2. Reakció rezorcinollal savas közegben (gyógyszerkönyv).

A tartarátok rezorcin meta - C 6 H 4 (OH) 2-vel tömény kénsav közegben hevítve cseresznyevörös reakciótermékeket képeznek.

14) Reakciók az ezüst ammónia komplexével. Fekete fémes ezüst csapadék hullik ki.

15) Reakció vas(II)-szulfáttal és hidrogén-peroxiddal.

FeSO 4 és H 2 O 2 híg vizes oldatának hozzáadása a tartarátokat tartalmazó oldathoz. zúzott színű instabil vaskomplex kialakulásához vezet. Az ezt követő NaOH-oldattal végzett kezelés a komplex kék elszíneződését eredményezi.

Az oxalát ion C 2 O 4 2- analitikai reakciói

Oxalátion C 2 O 4 2- - kétbázisú oxálsav H 2 C 2 O 4 anionja közepes erősségű, vízben viszonylag jól oldódik. Az oxalát ion vizes oldatokban színtelen, részben hidrolizált, erős redukálószer, hatékony ligandum - stabil oxalát komplexeket képez számos fém kationjával. Az alkálifémek, a magnézium és az ammónium oxalátjai vízben oldódnak, míg a többi fém gyengén oldódik vízben.

1 Reakció bárium-kloriddal Ba 2+ + C 2 O 4 2- \u003d BaC 2 O 4 (fehér) A csapadék feloldódik ásványi savakban és ecetsavban (forralva). 2. Reakció kalcium-kloriddal (gyógyszerkönyv): Ca 2+ + C 2 O 4 2 - = CaC 2 O 4 (fehér)

A csapadék oldódik ásványi savakban, de nem oldódik ecetsavban.

3. Reakció ezüst-nitráttal.

2 Ag + + C 2 O 4 2 - -> Ag2C2O 4 .|. (alvasztott) Oldhatósági vizsgálat. Az üledék 3 részre oszlik:

a) Adjunk hozzá cseppenként HNO 3 oldatot a csapadékkal együtt az első kémcsőbe, keverés közben, amíg a csapadék fel nem oldódik;

b). Cseppenként tömény ammóniaoldatot adjunk a második kémcsőbe csapadékkal, keverés közben, amíg a csapadék fel nem oldódik; ban ben). Adjunk 4-5 csepp HCl-oldatot a harmadik kémcsőbe üledékkel; fehér ezüst-klorid csapadék marad a kémcsőben:

Ag 2 C 2 O 4 + 2 HC1 -> 2 AC1 (fehér) + H 2 C 2 O 4

4. Reakció kálium-permanganáttal. Az oxalátionok KMPO 4-gyel savas környezetben oxidálódnak CO 2 felszabadulásával; a KMnO 4 oldat színtelenné válik a mangán (VII) mangánná (II) redukálása következtében:

5 C 2 O 4 2 - + 2 MnO 4 "+ 16 H + -> 10 CO 2 + 2 Mp 2+ + 8 H 2 O

A KMPO 4 híg oldata. Ez utóbbi elszíneződött; gázbuborékok szabadulnak fel – CO 2 .

38 A VA csoport elemei

A periódusos rendszer VA csoportjának általános jellemzői. s x p y formában a VA csoport elemeinek külső energiaszintjének elektronikus konfigurációja.

Az arzén és az antimon különböző allotróp módosulatokkal rendelkezik: molekuláris és fémes kristályrácsokkal egyaránt. A kationos formák (As 3+ , Sb 3+) stabilitásának összehasonlítása alapján azonban az arzén a nemfémek közé, az antimon pedig a fémek közé sorolható.

az oxidációs állapotok stabilak a VA csoport elemei számára

A nitrogéntől a bizmutig (csökkenő nemfémes tulajdonságokkal):

w csökkenti a negatív oxidációs állapot stabilitását (-3) (hidrogénvegyületek m. tulajdonságai)

w a legmagasabb pozitív oxidációs állapot stabilitása csökken (+5)

w növeli az alacsony pozitív oxidációs állapot stabilitását (+3)

tudni

• a szén és a szilícium helyzete a periódusos rendszerben, jelenléte a természetben és gyakorlati alkalmazása;
• a szén és a szilícium atomszerkezete, vegyértéke, oxidációs állapota;
• egyszerű anyagok - grafit, gyémánt és szilícium - beszerzési módszerei és tulajdonságai; a szén új allotróp formái;
• a szén- és szilíciumvegyületek fő típusai;
• a germánium alcsoport elemeinek jellemzői;

képesnek lenni

• egyenleteket készít a szén és a szilícium egyszerű anyagainak előállítási reakcióira, valamint ezen anyagok kémiai tulajdonságait jellemző reakciókra;
• hasonlítsa össze a széncsoport elemeinek tulajdonságait;
• jellemezze a szén és a szilícium gyakorlatilag fontos vegyületeit;
• számításokat végezni azon reakcióegyenletek szerint, amelyekben szén és szilícium vesz részt;

saját

Szén, szilícium és vegyületeik reakcióinak előrejelzésének készsége.

Az atomok szerkezete. Elterjedtség a természetben

A periódusos rendszer IVA csoportja öt páros rendszámú elemből áll: szén C, szilícium Si, germánium Ge, ón Sn és ólom Pb (21.1. táblázat). A természetben a csoport minden eleme stabil izotópok keveréke. A szénnek két izogonja van: *|С (98,9%) és *§С (1,1%). Ezenkívül a természetben a "|C" radioaktív izotóp nyomai is megtalálhatók t t= 5730 év. Folyamatosan keletkezik a kozmikus sugárzás neutronjainak a föld légkörében lévő nitrogénmagokkal való ütközésekor:

21.1. táblázat

Az IVA csoport elemeinek jellemzői

* Biogén elem.

A szén fő izotópja különösen fontos a kémiában és a fizikában, mivel az atomtömeg egységén alapul, { /2 egy atom tömegének része „ICO Igen).

A szilíciumnak három izotópja van a természetben; közöttük a legelterjedtebb a ^)Si (92,23%). A germániumnak öt izotópja van (j^Ge - 36,5%). Ón – 10 izotóp. Ez rekord a kémiai elemek között. A leggyakoribb a 12 5 gSn (32,59%). Az ólomnak négy izotópja van: 2 SgPb (1,4%), 2 S|Pb (24,1%), 2S2βL (22,1%) és 2S2βL (52,4%). Az ólom utolsó három izotópja az urán és a tórium természetes radioaktív izotópjainak bomlásának végterméke, ezért tartalmuk a földkéregben a Föld teljes létezése során megnövekedett.

A földkéregben való elterjedtségét tekintve a szén a tíz legfontosabb kémiai elem közé tartozik. Grafit, sokféle szén, olaj, természetes éghető gáz, mészkőrétegek (CaCO e), dolomit (CaCO 3 -MgC0 3) és egyéb karbonátok formájában fordul elő. Bár a természetes gyémánt a rendelkezésre álló szén jelentéktelen részét teszi ki, rendkívül értékes, mint egy gyönyörű és legkeményebb ásvány. De természetesen a szén legnagyobb értéke abban rejlik, hogy ez az összes élő szervezet testét alkotó bioorganikus anyagok szerkezeti alapja. A szén joggal tekinthető az elsőnek az élet létezéséhez szükséges számos kémiai elem közül.

A szilícium a második legelterjedtebb elem a földkéregben. A homok, agyag és sok kőzet szilícium ásványokból áll. A szilícium-oxid kristályos fajtáinak kivételével minden természetes vegyülete az szilikátok, azaz különféle kovasavak sói. Magukat a savakat nem különálló anyagokként kapták. Az ortoszilikátok SiOj ~ ionokat tartalmaznak, a metaszilikátok polimer láncokból (Si0 3 ") w. A legtöbb szilikát szilícium- és oxigénatomok vázára épül, amelyek között bármely fém és néhány nemfém (fluor) atomjai elhelyezkedhetnek. ismert szilíciumos ásványok közé tartozik a kvarc Si0 2, a földpátok (ortoklász KAlSi 3 0 8), a csillámok (muskovit KAl 3 H 2 Si 3 0 12) Összesen több mint 400 szilíciumos ásvány ismeretes A szilíciumvegyületek az ékszerek több mint fele, ill. díszkövek.Az oxigén-szilícium váz alacsony oldhatóságú szilíciumos ásványokat okoz a vízben.Csak a földalatti forró forrásokból, több ezer év alatt rakódhatnak ki szilíciumvegyületek növedékei és kérgei.A jáspis az ilyen típusú kőzetek közé tartozik.

A szén, a szilícium, az ón és az ólom felfedezésének idejéről nem kell beszélni, hiszen egyszerű anyagok vagy vegyületek formájában már ősidők óta ismertek. A germániumot K. Winkler (Németország) fedezte fel 1886-ban a ritka argyrodit ásványban. Hamar világossá vált, hogy egy ilyen tulajdonságokkal rendelkező elem létezését D. I. Mengyelejev jósolta. Az új elem elnevezése vitákat váltott ki. Mengyelejev Winklernek írt levelében határozottan támogatta a nevet germánium.

Az IVA csoport elemeinek külső része négy vegyértékelektronnal rendelkezik s-és p-alszintek:

Az atomok elektronikus képlete:

Alapállapotban ezek az elemek kétértékűek, gerjesztett állapotban pedig négyértékűek:

A szén és a szilícium nagyon kevés kémiai vegyületet képez kétértékű állapotban; szinte minden stabil vegyületben négyértékűek. A csoportban lejjebb a germánium, az ón és az ólom esetében a kétértékű állapot stabilitása nő, a négyértékű állapot stabilitása pedig csökken. Ezért az ólom(IV)-vegyületek erős oxidálószerként viselkednek. Ez a minta a VA csoportban is megnyilvánul. Fontos különbség a szén és a csoport többi eleme között az a képesség, hogy a hibridizáció három különböző állapotában képesek kémiai kötéseket létrehozni - sp, sp2és sp3. A szilíciumnak gyakorlatilag egyetlen hibrid állapota maradt. sp3. Ez egyértelműen megmutatkozik a szén- és szilíciumvegyületek tulajdonságainak összehasonlításakor. Például a szén-monoxid CO 2 egy gáz (szén-dioxid), a szilícium-oxid Si0 2 pedig egy tűzálló anyag (kvarc). Az első anyag gáz halmazállapotú, mert at sp-szén hibridizációja, minden kovalens kötés zárva van a CO 2 molekulában:

A molekulák közötti vonzás gyenge, és ez határozza meg az anyag állapotát. A szilícium-oxidban négy hibrid 5p 3 szilíciumpálya nem zárható le két oxigénatomon. Egy szilíciumatom négy oxigénatomhoz kapcsolódik, amelyek mindegyike egy másik szilíciumatomhoz kapcsolódik. Kiderül, hogy egy keretszerkezet az összes atom között azonos erősségű kötésekkel (lásd diagram, 1. kötet, 40. oldal).

Az azonos hibridizációval rendelkező szén- és szilíciumvegyületek, mint például a metán CH 4 és a szilán SiH 4 szerkezetükben és fizikai tulajdonságaikban hasonlóak. Mindkét anyag gáz.

Az IVA elemek elektronegativitása alacsonyabb a VA csoport elemeihez képest, és ez különösen a 2. és 3. periódus elemeiben szembetűnő. Az IVA csoport elemeinek fémessége kifejezettebb, mint a VA csoportban. A grafit formájában lévő szén vezető. A szilícium és a germánium félvezető, míg az ón és az ólom valódi fémek.

Absztrakt kulcsszavak: szén, szilícium, az IVA csoport elemei, az elemek tulajdonságai, gyémánt, grafit, karabély, fullerén.

A IV. csoport elemei az szén, szilícium, germánium, ón és ólom. Nézzük meg közelebbről a szén és a szilícium tulajdonságait. A táblázat ezen elemek legfontosabb jellemzőit mutatja be.

Szinte minden vegyületükben, szénben és szilíciumban négyértékű , atomjaik gerjesztett állapotban vannak. A szénatom vegyértékrétegének konfigurációja megváltozik, amikor az atomot gerjesztik:

A szilícium atom vegyértékrétegének konfigurációja hasonlóan változik:

A szén- és szilíciumatomok külső energiaszintjén 4 párosítatlan elektron található. A szilícium atom sugara nagyobb, vegyértékrétege üres 3 d–pályák, ez eltéréseket okoz a szilíciumatomokat alkotó kötések jellegében.

A szén oxidációs foka –4 és +4 között változik.

A szén jellegzetes tulajdonsága, hogy láncot alkot: a szénatomok egymással kapcsolatban állnak, és stabil vegyületeket képeznek. A hasonló szilíciumvegyületek instabilak. A szén láncképző képessége hatalmas szám létezését határozza meg szerves vegyületek .

Nak nek szervetlen vegyületek szén oxidjai, szénsav, karbonátok és bikarbonátok, karbidok. A fennmaradó szénvegyületek szervesek.

A szén elemet az jellemzi allotrópia, allotróp módosulatai azok gyémánt, grafit, karabély, fullerén. A szén más allotróp módosulatai is ismertek.

Szénés korom nek tekinthető amorf grafit fajtái.

A szilícium egyszerű anyagot képez - kristályos szilícium. Van amorf szilícium - fehér por (szennyeződések nélkül).

A gyémánt, a grafit és a kristályos szilícium tulajdonságait a táblázat tartalmazza.

A grafit és a gyémánt fizikai tulajdonságai közötti nyilvánvaló különbségek oka az eltérő a kristályrács szerkezete . A gyémántkristályban minden szénatom (a kristály felületén lévők kivételével) kialakul négy ekvivalens erős kötések a szomszédos szénatomokkal. Ezek a kötések a tetraéder csúcsaira irányulnak (mint a CH 4 molekulában). Így egy gyémántkristályban minden szénatomot négy ugyanolyan atom vesz körül, amelyek egy tetraéder csúcsaiban helyezkednek el. A gyémántkristályban lévő C-C kötések szimmetriája és erőssége határozza meg a kivételes szilárdságot és az elektronikus vezetőképesség hiányát.

NÁL NÉL grafit kristály minden szénatom három erős ekvivalens kötést képez a szomszédos szénatomokkal ugyanabban a síkban, 120°-os szögben. Ebben a síkban lapos hattagú gyűrűkből álló réteg képződik.

Ezenkívül minden szénatom rendelkezik egy párosítatlan elektron. Ezek az elektronok közös elektronikus rendszert alkotnak. A rétegek közötti kapcsolat viszonylag gyenge intermolekuláris erők miatt jön létre. A rétegek egymáshoz képest úgy helyezkednek el, hogy az egyik réteg szénatomja a másik réteg hatszögének középpontja felett van. A rétegen belüli C–C kötés hossza 0,142 nm, a rétegek közötti távolság 0,335 nm. Ennek eredményeként a rétegek közötti kötések sokkal gyengébbek, mint a rétegen belüli atomok közötti kötések. Ez okoz grafit tulajdonságai: Puha, könnyen hámlasztható, szürke színű és fémes fényű, elektromosan vezető és kémiailag reaktívabb, mint a gyémánt. A gyémánt és grafit kristályrácsok modelljei az ábrán láthatók.

Lehetséges a grafitból gyémántot alakítani? Egy ilyen eljárás zord körülmények között - körülbelül 5000 MPa nyomáson és 1500 ° C és 3000 ° C közötti hőmérsékleten - több órán át katalizátorok (Ni) jelenlétében hajtható végre. A termékek nagy része apró kristályok (1-től több mm-ig) és gyémántpor.

Karabély- a szén allotróp módosulata, amelyben a szénatomok a következő típusú lineáris láncokat alkotják:

–С≡С–С≡С≡С(α-karabély, poliin) ill =C=C=C=C=C=C=(β-karabély, polién)

E láncok közötti távolság kisebb, mint a grafitrétegek között, az erősebb intermolekuláris kölcsönhatás miatt.

A Carbin egy fekete por, egy félvezető. Kémiailag aktívabb, mint a grafit.

fullerén- C 60, C 70 vagy C 84 molekulák által képzett szén allotróp módosulása. A C 60 molekula gömbfelületén a szénatomok 20 szabályos hatszög és 12 szabályos ötszög csúcsaiban helyezkednek el. Minden fullerén zárt szénatomos szerkezet. A fullerén kristályok molekuláris szerkezetű anyagok.

Szilícium. A szilíciumnak egyetlen stabil allotróp módosulata van, amelynek kristályrácsa hasonló a gyémánthoz. Szilícium - kemény, tűzálló ( t° pl \u003d 1412 ° C), nagyon törékeny, sötétszürke színű anyag, fémes fényű, normál körülmények között - félvezető.

Elemek szén C, szilícium Si, germánium Ge, ón Sn és ólom Pb alkotják a D.I. periódusos rendszerének IVA csoportját. Mengyelejev. Ezen elemek atomjainak vegyértékszintjének általános elektronikus képlete n s 2n p 2, az elemek túlnyomó oxidációs állapotai +2 és +4 vegyületekben. Az elektronegativitás szerint a C és Si elemek a nemfémek közé, a Ge, Sn és Pb pedig az amfoter elemek közé sorolhatók, amelyek fémes tulajdonságai a sorozatszám növekedésével nőnek. Ezért az ón(IV) és ólom(IV) vegyületekben a kémiai kötések kovalensek, az ólom(II) és kisebb mértékben az ón(II) esetében ionos kristályok ismertek. A C-től Pb-ig terjedő elemek sorozatában a +4 oxidációs állapot stabilitása csökken, a +2 oxidációs állapot pedig nő. Az ólom(IV) vegyületek erős oxidálószerek, más elemek +2 oxidációs állapotú vegyületei erős redukálószerek.

Egyszerű anyagok A szén, a szilícium és a germánium kémiailag meglehetősen közömbösek, és nem lépnek reakcióba vízzel és nem oxidáló savakkal. Az ón és az ólom szintén nem lép reakcióba vízzel, de nem oxidáló savak hatására ón(II)- és ólom(II)-víz formájában oldódnak. A lúgok nem adják át a szenet oldatba, a szilícium nehezen, a germánium pedig csak oxidálószerek jelenlétében lép reakcióba lúgokkal. Az ón és az ólom lúgos közegben vízzel reagál, ón(II) és ólom(II) hidroxo-komplexeivé alakulva. Az IVA csoportba tartozó egyszerű anyagok reakcióképessége a hőmérséklet emelkedésével nő. Tehát hevítéskor mindegyik reakcióba lép fémekkel és nemfémekkel, valamint oxidáló savakkal (HNO 3, H 2 SO 4 (konc.) stb.). Különösen a tömény salétromsav hevítéskor a szenet CO 2 -dá oxidálja; A szilícium kémiailag feloldódik HNO 3 és HF keverékében, és hidrogén-hexafluor-szilikát H 2 -dá alakul. A híg salétromsav az ónt ón(II)-nitráttá, a tömény salétromsavat pedig hidratált ón(IV)-oxiddá SnO 2-vé alakítja. n H 2 O, ún β - ónsav. Az ólom forró salétromsav hatására ólom(II)-nitrátot képez, míg a hideg salétromsav passziválja ennek a fémnek a felületét (oxidfilm képződik).

A koksz formájú szenet a kohászatban erős redukálószerként használják, amely CO-t és CO 2 -t képez a levegőben. Ez lehetővé teszi, hogy szabad Sn-t és Pb-t nyerjenek oxidjaikból - természetes SnO 2-ból és PbO-ból, amelyeket ólom-szulfidot tartalmazó ércek pörkölésével nyernek. A szilícium magnézium-termikus módszerrel nyerhető SiO 2-ből (magnéziumfelesleggel Mg 2 Si szilicid is képződik).

Kémia szén főként a szerves vegyületek kémiája. A szén szervetlen származékai közül a karbidok jellemzőek: sószerűek (például CaC 2 vagy Al 4 C 3), kovalensek (SiC) és fémszerűek (például Fe 3 C és WC). Sok sószerű karbid teljesen hidrolizálódik szénhidrogének (metán, acetilén stb.) felszabadulásával.

A szén két oxidot képez: CO és CO 2 . A szén-monoxidot a pirometallurgiában erős redukálószerként használják (a fémoxidokat fémekké alakítja). A CO-t addíciós reakciók is jellemzik, például karbonil-komplexek képződésével. A szén-monoxid nem sóképző oxid; mérgező ("szén-monoxid"). A szén-dioxid egy savas oxid, vizes oldatban CO 2 · H 2 O monohidrát és gyenge kétbázisú szénsav H 2 CO 3 formájában létezik. A szénsav oldható sóinak - karbonátok és bikarbonátok - a hidrolízis következtében pH-értéke >7.

Szilícium több hidrogénvegyületet (szilánt) képez, amelyek erősen illékonyak és reakcióképesek (levegőn öngyulladnak). Szilánok előállításához szilicidek (például magnézium-szilicid Mg2Si) vízzel vagy savakkal való kölcsönhatását alkalmazzák.

A +4 oxidációs állapotú szilícium a SiO 2-ban található, és nagyon sok, szerkezetében és összetételében gyakran nagyon összetett szilikátiont tartalmaz (SiO 4 4–; Si 2 O 7 6–; Si 3 O 9 6–; Si 4 O 11 6– ; Si 4 O 12 8– stb.), melynek elemi töredéke tetraéderes csoport. A szilícium-dioxid savas oxid, olvadáskor (polimetaszilikátokat képez) és oldatban (ortoszilikát ionokat képezve) reagál lúgokkal. Alkálifém-szilikátok oldataiból savak vagy szén-dioxid hatására szilícium-dioxid-hidrát SiO 2 csapadék képződik n H 2 O, egyensúlyban, amellyel egy gyenge orto-kovasav H 4 SiO 4 mindig kis koncentrációban van oldatban. Az alkálifém-szilikátok vizes oldatainak pH-ja >7 a hidrolízis következtében.

Ónés vezet+2 oxidációs állapotban SnO és PbO oxidokat képeznek. Az ón(II)-oxid termikusan instabil, és SnO 2 -re és Sn-re bomlik. Az ólom(II)-oxid viszont nagyon stabil. Az ólom levegőben történő égése során keletkezik, és megtalálható a természetben. Az ón(II)- és ólom(II)-hidroxidok amfoterek.

Az ón(II)-vízkezelés erős savas tulajdonságokat mutat, ezért csak pH-n stabil< 1 в среде хлорной или азотной кислот, анионы которых не обладают заметной склонностью вхо­дить в состав комплексов олова(II) в качестве лигандов. При раз­бавлении таких растворов выпадают осадки основных солей раз­личного состава. Галогениды олова(II) – ковалентные соединения, поэтому при растворении в воде, например, SnCl 2 протекает внача­ле гидратация с образованием , а затем гидролиз до выпадения осадка вещества условного состава SnCl(OH). При наличии избытка хлороводородной кислоты, SnCl 2 нахо­дится в растворе в виде комплекса – . Большинство солей свинца(II) (например, иодид, хлорид, сульфат, хромат, карбонат, сульфид) малорастворимы в воде.

Az ón(IV) és ólom(IV) oxidok amfoterek, túlnyomórészt savas tulajdonságokkal. Ezekre az EO 2 polihidrátok válaszolnak n H 2 O, amely hidroxo-komplexek formájában oldatba megy át feleslegben lévő lúgok hatására. Ón(IV)-oxid képződik az ón égése során a levegőben, és ólom(IV)-oxid csak erős oxidálószerek (például kalcium-hipoklorit) ólom(II)-vegyületekre gyakorolt ​​hatására nyerhető.

A kovalens ón(IV)-kloridot a víz teljesen hidrolizálja SnO 2 felszabadulásával, és az ólom(IV)-klorid víz hatására bomlik, klór szabadul fel, és ólom(II)-kloriddá redukálódik.

Az ón(II)-vegyületek redukáló tulajdonságokat mutatnak, különösen erősek lúgos környezetben, az ólom(IV)-vegyületek pedig oxidáló tulajdonságokat mutatnak, különösen erősen savas környezetben. Gyakori ólomvegyület a kettős oxidja (Рb 2 II Рb IV)О 4 . Ez a vegyület salétromsav hatására bomlik, és az ólom (II) kation formájában oldatba megy át, és az ólom (IV)-oxid kicsapódik. A kettős oxidban jelenlévő ólom(IV) felelős a vegyület erős oxidáló tulajdonságaiért.

A germánium(IV)- és ón(IV)-szulfidok ezen elemek amfoter jellege miatt feleslegben lévő nátrium-szulfid hozzáadásakor oldható tiosókat képeznek, például Na 2 GeS 3 vagy Na 2 SnS 3 . Ugyanezt az ón(IV)-tiosótot az SnS ón(II)-szulfidból is előállíthatjuk nátrium-poliszulfiddal történő oxidációval. A tiosók erős savak hatására gázhalmazállapotú H 2 S felszabadulásával és GeS 2 vagy SnS 2 lerakódással tönkremennek. Az ólom(II)-szulfid nem lép reakcióba poliszulfidokkal, az ólom(IV)-szulfid pedig ismeretlen.