Sifa linganishi za vipengele vya kikundi kidogo iva. Tabia za jumla za vipengele vya kikundi cha IVA. Mchanganyiko wa kaboni muhimu zaidi

Hotuba ya 8

MADA : Vipengele vya kikundi IVA.

Kaboni

Maswali yaliyosomwa kwenye mihadhara:

1. Kikundi cha IV.
2. Kaboni. Tabia za jumla za kaboni.
3. Tabia za kemikali za kaboni.
4. Misombo muhimu zaidi ya kaboni.

Tabia za jumla za vipengele Kikundi cha IV

Kwa vipengele vya kikundi kikuu IV makundi ni mali C, Si, Ge, Sn, P katika. Fomula ya kielektroniki ya kiwango cha valence ya nje nS 2 np 2 , yaani, wana elektroni 4 za valence na hizi ni vitu vya p, kwa hivyo ziko kwenye kikundi kikuu. Kikundi cha IV.

││││

│↓│np

Katika hali ya ardhi ya atomi, elektroni mbili zimeunganishwa na mbili hazijaoanishwa. Ganda la nje la kaboni lina elektroni 2, silicon ina 8, na Ge, Sn, P ina elektroni 18. Ndiyo maana Ge, Sn, P c zimeunganishwa katika kikundi kidogo cha germanium (hizi ni analogi kamili za elektroniki).

Katika kikundi hiki kidogo cha vitu vya p, kama katika vikundi vingine vya vitu vya p, mali ya atomi ya vitu hubadilika mara kwa mara:

Jedwali 9

Kwa hivyo, kutoka juu hadi chini katika kikundi, radius ya atomi huongezeka, hivyo nishati ya ionization hupungua, hivyo uwezo wa kuchangia elektroni huongezeka, na tabia ya kukamilisha shell ya elektroni ya nje kwa pweza hupungua kwa kasi, hivyo kutoka C hadi Pb, sifa za kupunguza na sifa za metali huongezeka, na sifa zisizo za metali hupungua. Carbon na silicon ni kawaida isiyo ya metali, Ge Mali ya metali tayari yanaonekana na kwa kuonekana inaonekana kama chuma, ingawa ni semiconductor. Kwa bati, mali ya metali tayari hutawala, na risasi ni chuma cha kawaida.

Kuwa na elektroni 4 za valence, atomi katika misombo yao inaweza kuonyesha hali ya oxidation kutoka kiwango cha chini (-4) hadi kiwango cha juu (+4), na zinajulikana na hata S.O.: -4, 0, +2, +4; S.O. = -4 ni kawaida kwa C na Si na metali.

Asili ya uhusiano na vitu vingine.Carbon huunda vifungo vya ushirika tu, silicon pia huunda vifungo vya ushirika. Kwa bati na risasi, haswa katika S.O. = +2, asili ya ionic ya dhamana ni tabia zaidi (kwa mfano, Рв( NO 3 ) 2).

ushirikiano imedhamiriwa na muundo wa valence wa atomi. Atomi ya kaboni ina obiti 4 za valence na upeo wa juu wa covalence ni 4. Kwa vipengele vingine, ushirikiano unaweza kuwa zaidi ya nne, kwa kuwa kuna valence. d ngazi ndogo (kwa mfano, H 2 [SiF 6]).

Mseto . Aina ya mseto imedhamiriwa na aina na idadi ya obiti za valence. Carbon ina tu S - na obiti za p-valence, hivyo inaweza kuwa Sp (carbine, CO 2 , CS 2 ), Sp 2 (graphite, benzene, COCl 2 ), Sp 3 mseto (CH 4 , almasi, CCl 4 ) Kwa silicon, tabia zaidi Uchanganyaji wa Sp 3 (SiO 2, SiCl 4 ), lakini ina valence d -Sublevel, hivyo kuna pia Sp 3 d 2 - mseto, kwa mfano, H 2 [SiF 6].

IV kundi la PSE ni katikati ya jedwali la D.I. Mendeleev. Hapa, mabadiliko makali ya mali kutoka kwa yasiyo ya metali hadi metali yanaonekana wazi. Wacha tuzingatie kaboni kando, kisha silicon, kisha vitu vya kikundi kidogo cha germanium.

Kaboni. Tabia za jumla za kaboni

Maudhui ya kaboni kwenye ukoko wa dunia ni ya chini (takriban 0.1%). Nyingi zake zimo katika muundo wa kaboni zenye mumunyifu kidogo (CaCO 3 , MgCO 3 ), mafuta, makaa ya mawe, gesi asilia. Maudhui ya CO 2 angani ni ndogo (0.03%), lakini jumla ya misa yake ni takriban tani milioni 600. Carbon ni sehemu ya tishu za viumbe vyote vilivyo hai (sehemu kuu ya ulimwengu wa mimea na wanyama). Carbon pia hupatikana katika hali ya bure, hasa kwa namna ya grafiti na almasi.

Kwa asili, kaboni inajulikana kama isotopu mbili thabiti: 12 C (98.892%) na 13 C (1.108%). Chini ya hatua ya mionzi ya cosmic, kiasi fulani cha isotopu ya βradioactive pia huundwa katika anga. 14 KUTOKA:. Kwa yaliyomo 14 Na katika mabaki ya mimea, umri wao unahukumiwa. Isotopu za mionzi zilizo na nambari za wingi kutoka 10 hadi 16 pia zimepatikana.

Tofauti na F 2, N 2, O 2 vitu rahisi vya kaboni vina muundo wa polymeric. Kwa mujibu wa aina za tabia ya mseto wa obiti za valence, atomi za C zinaweza kuunganishwa katika muundo wa polymeric wa muundo wa tatu-dimensional (almasi, sp 3 ), muundo wa pande mbili au tabaka (graphite, Sp 2 ) na polima ya mstari (carbine, sp).

Tabia za kemikali za kaboni

Kemikali, kaboni ni ajizi sana. Lakini inapokanzwa, ina uwezo wa kuingiliana na metali nyingi na zisizo za metali, huku ikionyesha mali zote za vioksidishaji na kupunguza.

Almasi + 2 F 2 → CF 4 , na grafiti huunda floridi ya grafiti CF

(na kisha + F 2 → CF 4 ) Mojawapo ya njia za kutenganisha almasi kutoka kwa grafiti inategemea mtazamo tofauti kuelekea fluorine. Carbon haina kuguswa na halojeni nyingine. Na oksijeni (O 2 ) kaboni yenye ukosefu wa oksijeni hutengeneza CO, na ziada ya oksijeni hutengeneza CO 2 .

2C + O 2 → 2CO; C + O 2 → CO 2.

Katika joto la juu, kaboni humenyuka pamoja na metali kuunda carbidi za chuma:

Ca + 2C \u003d CaC 2.

Inapokanzwa, humenyuka na hidrojeni, sulfuri, silicon:

t o

C + 2 H 2 \u003d CH 4 C + 2S ↔ CS 2

C + Si = SiC.

Kaboni pia humenyuka pamoja na vitu changamano. Wakati mvuke wa maji hupitishwa kupitia makaa ya mawe yenye joto, mchanganyiko wa CO na H huundwa. 2 gesi ya maji (kwa joto zaidi ya 1200 kuhusu C):

C + HOH \u003d CO + H 2.

Mchanganyiko huu hutumiwa sana kama mafuta ya gesi.

Kwa joto la juu, kaboni ina uwezo wa kupunguza metali nyingi kutoka kwa oksidi zao, ambazo hutumiwa sana katika metallurgy.

ZnO + C → Zn + CO

Mchanganyiko wa kaboni muhimu zaidi

1. carbudi za chuma.

Kwa kuwa ni kawaida kwa kaboni kuunda homochains, muundo wa carbides nyingi haufanani na hali ya oxidation ya kaboni sawa na (-4). Kulingana na aina ya dhamana ya kemikali, carbudi za covalent, ionic-covalent na chuma zinajulikana. Katika hali nyingi, carbides hupatikana kwa kupokanzwa kwa nguvu kwa vitu rahisi vinavyolingana au oksidi zao na kaboni

T o

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

Katika kesi hii, carbides ya utungaji tofauti hupatikana.

Kabidi zinazofanana na chumvi au ionic hizi ni misombo ya amilifu na baadhi ya metali zingine: Kuwa 2 C, CaC 2, Al 4 C 3, Mn 3 C . Katika misombo hii, dhamana ya kemikali ni ya kati kati ya ionic na covalent. Chini ya hatua ya maji au asidi ya dilute, ni hidrolisisi na hidroksidi na hidrokaboni zinazofanana zinapatikana:

CaC 2 + 2HON → Ca (OH) 2 + C 2 H 2;

Al 4 C 3 + 12HOH → 4Al(OH) 3 + 3CH 4 .

Katika carbides za chuma, atomi za kaboni huchukua voids ya octahedral katika miundo ya metali (vikundi vidogo vya upande). IV VIII vikundi). Hizi ni vitu vikali sana, vya kinzani na visivyo na joto, vingi vinaonyesha mali ya metali: conductivity ya juu ya umeme, luster ya metali. Muundo wa carbides vile hutofautiana juu ya aina mbalimbali. Kwa hivyo, carbides ya titani ina muundo TiC 0.6 1.0 .

Carbides ya covalent SiC na B 4 C. Wao ni polymeric. Dhamana ya kemikali ndani yao inakaribia ile iliyo sawa, kwani boroni na silicon ni majirani wa kaboni katika PSE na ziko karibu nayo kwa suala la radius ya atomi na OEO. Wao ni ngumu sana na ajizi ya kemikali. Methane CH pia inaweza kuzingatiwa kama carbudi rahisi zaidi ya covalent. 4 .

1. Halidi za kaboni

Carbon huunda misombo mingi na halojeni, ambayo ni rahisi zaidi ambayo ina fomula C H al 4 , yaani tetrahalides kaboni. Ndani yao S.O. kaboni ni +4, sp 3 -mseto wa atomi C, hivyo molekuli C Н al 4 tetrahedra. gesi ya CF 4, kioevu cha CCl 4, Cbr 4 na CJ 4 yabisi. Pekee CF4 kupatikana moja kwa moja kutoka F2 na C, kaboni haina kuguswa na halojeni nyingine. Tetrakloridi ya kaboni hupatikana kwa klorini ya disulfidi kaboni:

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

Yote C H al 4 Hakuna katika maji, lakini mumunyifu katika vimumunyisho vya kikaboni.

t o, Kat

C H al 4 (g) + 2HON (g) \u003d CO 2 + 4HNa l (d) (hidrolisisi hutokea kwa joto kali na mbele ya kichocheo). Ya umuhimu wa vitendo CF 4 , SS l 4 .

CF4 , pamoja na misombo mingine ya kaboni ya fluorinated, kwa mfano CF2Cl2 (difluorodichloromethane) hutumiwa kama vitu vya kufanya kazi vya mashine za friji.

CCl 4 hutumika kama kutengenezea kisichoweza kuwaka kwa vitu vya kikaboni (mafuta, mafuta, resini), na vile vile kioevu kwa vizima moto.

1. Monoxide ya kaboni (P).

Monoksidi kaboni (P) CO ni gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu, ambayo huyeyuka kidogo katika maji. Sumu sana (monoxide ya kaboni): himoglobini ya damu inayohusishwa na CO hupoteza uwezo wake wa kuunganishwa na O 2 na kuwa mtoaji wake.

Monoxide ya kaboni (P) hupatikana:

• na oxidation isiyo kamili ya kaboni 2C + O 2 = 2CO;

• katika tasnia, hupatikana kwa majibu: CO 2 + C = 2CO;
• wakati wa kupitisha mvuke wa maji yenye joto kali juu ya makaa ya moto:

C + HOH \u003d CO + H 2 t o

• mtengano wa carbonyls Fe (CO) 5 → Fe + 5 CO;
• katika maabara, CO hupatikana kwa kutenda kwenye asidi ya fomu na vitu vinavyoondoa maji ( H 2 SO 4, P 2 O 5):

HCOOH → CO + HOH.

Hata hivyo, CO sio anhidridi ya fomu, kwani katika CO kaboni ni trivalent, na katika HCOOH ni tetravalent. Kwa hivyo, CO ni oksidi isiyo ya kutengeneza chumvi.

Umumunyifu wa CO katika maji ni mdogo na hakuna mmenyuko wa kemikali hutokea. Katika molekuli ya CO, kama katika molekuli N 2 dhamana mara tatu. Kulingana na njia ya vifungo vya valence, vifungo 2 huundwa kwa sababu ya kuunganishwa kwa p mbili ambazo hazijafungwa - elektroni C na O (ya kila atomi), na ya tatu kulingana na utaratibu wa wafadhili wa kupokea kwa sababu ya obiti ya bure ya 2p ya C. atomu na jozi ya elektroni 2p ya atomi ya oksijeni: C ≡ O Bondi ya CO triple ina nguvu sana na nishati yake ni kubwa sana (1066 kJ/mol) zaidi ya in N 2 . Kwa monoksidi kaboni (P), aina tatu zifuatazo za athari ni tabia:

1. athari za oksidi. CO ni kinakisishaji chenye nguvu, hata hivyo, kutokana na dhamana thabiti ya mara tatu katika molekuli, miitikio ya redoksi inayohusisha CO huendelea haraka kwenye joto la juu pekee. Kupunguza oksidi kwa msaada wa CO wakati wa joto ni muhimu sana katika madini.

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

CO inaweza kuoksidishwa na oksijeni: t o

2CO + O 2 \u003d 2CO 2.

1. Tabia nyingine ya kemikali ya CO ni tabia yamajibu ya nyongeza, ambayo ni kutokana na kutoweka kwa valence ya kaboni katika CO (katika athari hizi, kaboni hupita katika hali ya tetravalent, ambayo ni tabia zaidi kuliko trivalence ya kaboni katika CO).

Kwa hivyo, CO humenyuka pamoja na klorini kuunda fosjini COC l2 :

CO + Cl 2 \u003d COCl 2 (katika majibu haya, CO pia ni wakala wa kupunguza). Mwitikio huo huharakishwa na hatua ya mwanga na kichocheo. Fosjini hudhurungi gesi, sumu kali sana dutu sumu. Polepole haidrolisisi COCl 2 + 2 HOH → 2 HCl + H 2 CO 3.

Phosgene hutumiwa katika uundaji wa vitu anuwai na ilitumika katika Vita vya Kwanza vya Kidunia kama wakala wa vita vya kemikali.

Inapokanzwa, kaboni dioksidi humenyuka pamoja na salfa na kutengeneza kaboni sulfoxide COS :

CO + S = COS (gesi).

Inapokanzwa kwa shinikizo, CO humenyuka pamoja na hidrojeni kuunda methanoli

t o, uk

CO + 2H 2 ↔ CH 3 OH.

Mchanganyiko wa methanoli kutoka CO na H 2 moja ya uzalishaji muhimu zaidi wa kemikali.

1. tofauti na michanganyiko mingine mingi ya kaboni, molekuli ya CO ina jozi ya elektroni isiyoshirikiwa kwenye atomi C. Kwa hiyo, molekuli ya CO inaweza kutenda. ligand katika complexes mbalimbali. Hasa nyingi ni bidhaa za kuongeza CO kwa atomi za chuma, ambazo huitwa carbonyls. Takriban carbonyl 1000 zinajulikana, ikiwa ni pamoja na carbonyl zilizo na ligandi zingine kando na CO. Kabonili (changamano) hupokea:

T, p t, uk

Fe + 5CO → Ni + 4CO → .

Kuna carbonyls ya gesi, kioevu na imara, ambayo chuma ina hali ya oxidation ya 0. Inapokanzwa, carbonyls hutengana na metali za unga wa kiwango cha juu sana cha usafi hupatikana:

t o

Ni(CO) 4 → Ni + 4CO.

Carbonyl hutumiwa katika syntheses na kupata metali safi sana. Kaboni zote, kama CO, ni sumu kali.

1. Monoxide ya kaboni (IV).

Molekuli ya CO 2 ina muundo wa mstari (O = C = O), Sp mseto wa atomi ya kaboni. Vifungo viwili vya aina ya σ hutokea kwa sababu ya mwingiliano wa mbili Sp obiti mseto wa atomi C na mbili 2p X obiti za atomi mbili za oksijeni zilizo na elektroni ambazo hazijaoanishwa. Vifungo vingine viwili vya aina ya π hutokea wakati wa kuingiliana 2p y - na 2p z - obiti za atomi ya C (isiyo ya mseto) na 2p inayolingana y - na 2p z - obiti za atomi za oksijeni.

Kupata CO 2:

- katika sektakupatikana kwa kuchoma chokaa

CaCO 3 → CaO + CO 2;

Katika maabara iliyopatikana katika kifaa cha Kipp kulingana na majibu

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + CO 2 + HOH.

Tabia za kimwili za CO 2 : ni gesi, nzito kuliko hewa, umumunyifu katika maji ni mdogo (saa 0 kuhusu C katika lita 1 ya maji hupasuka lita 1.7 za CO 2, na saa 15 o C huyeyusha lita 1 ya CO 2 ), wakati baadhi ya CO iliyofutwa 2 humenyuka pamoja na maji kutengeneza asidi kaboniki:

HOH + CO 2 ↔ H 2 CO 3 . Usawa huhamishiwa kushoto (←), kwa hivyo CO nyingi iliyoyeyushwa 2 katika mfumo wa CO 2 na sio asidi.

KATIKA kemikali CO 2 maonyesho: a) mali ya oksidi ya asidi na wakati wa kuingiliana na ufumbuzi wa alkali, carbonates huundwa, na kwa ziada ya CO. 2 bicarbonates:

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

b) mali ya oksidi, lakini mali ya oxidizing CO2 ni dhaifu sana, kwani S.O. = +4 hii ndiyo hali ya tabia zaidi ya oksidi ya kaboni. Wakati huo huo, CO 2 kupunguzwa kwa CO au C:

C + CO 2 ↔ 2CO.

C O 2 kutumika katika uzalishaji wa soda, kwa ajili ya kuzima moto, kuandaa maji ya madini, kama kati ya inert katika syntheses.

1. Asidi ya kaboni na chumvi zake

Asidi ya kaboni inajulikana tu katika ufumbuzi wa maji ya kuondokana. Imeundwa na mwingiliano wa CO 2 na maji. Katika suluhisho la maji, CO nyingi iliyoyeyushwa 2 katika hali ya unyevu na sehemu ndogo tu katika mfumo wa H 2 CO 3, HCO 3 -, CO 3 2- , ambayo ni, usawa umeanzishwa katika suluhisho la maji:

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

Msawazo umehamishwa sana upande wa kushoto (←) na nafasi yake inategemea joto, mazingira, nk.

Asidi ya kaboni inachukuliwa kuwa asidi dhaifu (K 1 = 4,2 ∙ 10 -7 ) Hii ni ionization inayoonekana mara kwa mara K na yeye. , inahusiana na jumla ya kiasi cha CO iliyoyeyushwa katika maji 2 , na si kwa mkusanyiko wa kweli wa asidi ya kaboniki, ambayo haijulikani hasa. Lakini kwa kuwa molekuli H 2 CO 3 katika suluhisho ni ndogo, basi kweli K na yeye. asidi ya kaboni ni zaidi ya ilivyoonyeshwa hapo juu. Kwa hivyo, inaonekana, thamani ya kweli ya K 1 ≈ 10 -4 , yaani, asidi kaboniki ya nguvu ya kati.

Chumvi (carbonates) kawaida huyeyuka kidogo katika maji. Kaboni hupasuka vizuri+ , Na + , R в + , Cs + , Tl +1 , NH 4 + . Bicarbonates, tofauti na kaboni, huyeyuka zaidi katika maji.

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

Inapokanzwa, carbonates hutengana, na kutengeneza oksidi ya chuma na CO 2 .Kadiri sifa za metali za kipengee zinazounda cation zinavyokuwa na nguvu, ndivyo kabonati inavyokuwa imara zaidi. Kwa hiyo, Na2CO3 huyeyuka bila kuoza; CaCO 3 hutengana kwa 825 o C, na Ag 2 CO 3 hutengana kwa 100 kuhusu C. Bicarbonates hutengana inapokanzwa kidogo:

2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O.

1. Urea na disulfidi ya kaboni.

Urea au urea hupatikana kwa hatua ya CO 2 kwa suluhisho la maji H 3 N kwa 130 o C na 1∙10 7 Pa.

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

Urea ni dutu nyeupe ya fuwele. Inatumika kama mbolea ya nitrojeni, kulisha mifugo, kwa utengenezaji wa plastiki, dawa (veronal, luminal).

Disulfidi ya kaboni (carbon disulfide) CS2 katika hali ya kawaida kioevu kisicho na rangi, chenye sumu. Safi CS2 ina harufu ya kupendeza kidogo, lakini inapogusana na hewa harufu ya kuchukiza ya bidhaa zake za oksidi. Disulfidi ya kaboni haiyeyuki ndani ya maji; inapokanzwa (150 kuhusu C) haidrolisisi hadi CO 2 na H 2 S :

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

Disulfidi ya kaboni hutiwa oksidi kwa urahisi na kuwaka kwa urahisi hewani na inapokanzwa kidogo: CS 2 + 3 O 2 \u003d CO 2 + 2 SO 2.

Disulfidi ya kaboni hutolewa na mwingiliano wa mvuke wa sulfuri na makaa ya mawe ya moto. Disulfidi ya kaboni hutumiwa kama kutengenezea vizuri kwa vitu vya kikaboni, fosforasi, sulfuri, iodini. Wingi CS2 Inatumika kupata hariri ya viscose na kama njia ya kupambana na wadudu katika kilimo.

1. Hydrocyanic, thiocyanate na asidi ya sianiki.

Asidi ya Hydrocyanic HCN (au asidi ya hydrocyanic) ina muundo wa mstari, ina aina 2 za molekuli katika usawa wa tautomeric, ambayo huhamishiwa kushoto kwa joto la kawaida:

H C ≡ N ↔ H N ≡ C

cyanide isocyanide

hidrojeni hidrojeni

HCN ni kioevu tete na harufu ya mlozi, mojawapo ya sumu kali, huchanganya na maji kwa uwiano wowote. katika suluhisho la maji HCN - asidi dhaifu (K = 7.9 ∙ 10-10 ), ambayo ni dhaifu sana kuliko asidi ya kaboni.

Katika sekta HCN kupatikana kwa majibu ya kichocheo:

t o, kat

CO + NH 3 → HCN + HOH.

Chumvi (cyanides) hupatikana kwa kupunguzwa kwa kaboni na kaboni inapokanzwa:

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

Sianidi ya hidrojeni hutumiwa katika awali ya kikaboni, na NaCN na KCN katika madini ya dhahabu, kupata cyanides tata, nk.

Cyanides ni msingi ( NaCN) na asidi (JCN ) Hydrolysis ya cyanide ya msingi:

NaCN + HOH ↔ NaOH + HCN (pH > 7).

Hydrolysis ya sianidi tindikali hutoa asidi mbili:

JCN + HOH = HJO + HCN.

sianidi d -vipengele haviyeyuki katika maji, lakini kwa sababu ya malezi tata huyeyushwa kwa urahisi mbele ya sianidi za kimsingi:

4KCN + Mn(CN) 2 = K 4 .

Cyanides tata ni imara sana.

Thiocyanate ya hidrojeni HSCN au HNCS ina muundo wa mstari na ina aina mbili za molekuli: HSC ≡ NauH – N = C = S. Katika thiocyanate ya fuweleNANCS, Ba(NCS) 2 ioni ya chuma iko karibu na atomi ya nitrojeni; katikaAgSCN, Hg(SCN) 2 ioni ya chuma karibu na atomi ya sulfuri.

Rhodanides au thiocyanates hupatikana kwa hatua ya sulfuri kwenye sianidi za chuma za alkali (suluhisho la kuchemsha na sulfuri):

to

KCN + S = KNCS.

Thiocyanate ya hidrojeni isiyo na maji hupatikana kwa kupokanzwa risasi (au zebaki) thiocyanate katika mkondo wa sasa.H2 S:

to

Rv(SCN)2 + H2 S →RvS↓ + 2HNCS.

HNCSkioevu cha mafuta kisicho na rangi na harufu kali, hutengana kwa urahisi. Inapasuka vizuri katika maji, katika suluhisho la majiHNCShuunda asidi ya thiocyanate yenye nguvu (K = 0.14). Rhodanides hutumiwa hasa katika rangi ya vitambaa, naNH4 Mfumo wa nevahutumika kama kitendanishi cha ioniFe3+ .

Pia inajulikana ni tautomeric cyanoic (HOCN) na isosianic (HNCO) asidi:

.

Usawa huu katika joto la kawaida huhamishiwa kushoto.

Saini za chumvi na isosianati hupatikana kwa oxidation ya sianidi: 2KCN + O2 = 2 KOCN. Asidi ya sianiki katika mmumunyo wa maji ni asidi yenye nguvu ya kati.

Kundi la IVA lina vitu muhimu zaidi, ambavyo bila ambayo hakutakuwa na sisi wala Dunia ambayo tunaishi. Hii ni kaboni - msingi wa maisha yote ya kikaboni, na silicon - "mfalme" wa ufalme wa madini.

Ikiwa kaboni na silicon ni metali zisizo za kawaida, na bati na risasi ni metali, basi germanium inachukua nafasi ya kati. Vitabu vingine vya kiada vinaiainisha kama isiyo ya chuma, wakati zingine huainisha kama chuma. Ina rangi nyeupe ya fedha na inaonekana kama chuma, lakini ina kimiani kama kioo cha almasi na ni semiconductor, kama silikoni.

Kutoka kwa kaboni hadi risasi (na kupungua kwa sifa zisizo za metali):

w uthabiti wa hali hasi ya oksidi hupungua (-4)

w utulivu wa hali ya juu zaidi ya oxidation hupungua (+4)

w huongeza utulivu wa hali ya chini ya oxidation chanya (+2)

Carbon ni sehemu kuu ya viumbe vyote. Kwa asili, kuna vitu vyote rahisi vinavyotengenezwa na kaboni (almasi, grafiti) na misombo (kaboni dioksidi, carbonates mbalimbali, methane na hidrokaboni nyingine katika muundo wa gesi asilia na mafuta). Sehemu kubwa ya kaboni katika makaa ya mawe ngumu hufikia 97%.
Atomi ya kaboni katika hali ya ardhi inaweza kuunda vifungo viwili vya ushirikiano na utaratibu wa kubadilishana, lakini misombo hiyo haijaundwa chini ya hali ya kawaida. Atomu ya kaboni, ikienda katika hali ya msisimko, hutumia elektroni zote nne za valence.
Carbon hufanya marekebisho machache ya allotropiki (ona Mchoro 16.2). Hizi ni almasi, grafiti, carbine, fullerenes mbalimbali.

Katika vitu vya isokaboni, hali ya oxidation ya kaboni ni + II na + IV. Kuna oksidi mbili zilizo na hali hizi za oksidi za kaboni.
Monoxide ya kaboni (II) ni gesi yenye sumu isiyo na rangi, isiyo na harufu. Jina lisilo na maana ni monoksidi kaboni. Inaundwa wakati wa mwako usio kamili wa mafuta yenye kaboni. Kwa muundo wa kielektroniki wa molekuli yake, angalia ukurasa wa 121. Kwa upande wa sifa za kemikali, CO ni oksidi isiyo ya kutengeneza chumvi, inapokanzwa, inaonyesha sifa za kupunguza (hupunguza oksidi nyingi za metali zisizo hai sana hadi chuma).
Monoxide ya kaboni(IV) ni gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu. Jina lisilo na maana ni dioksidi kaboni. Oksidi ya asidi. Ni mumunyifu kidogo katika maji (kimwili), kwa sehemu humenyuka nayo, na kutengeneza asidi ya kaboni H2CO3 (molekuli za dutu hii zipo tu katika miyeyusho ya maji iliyoyeyushwa sana).
Asidi ya kaboni ni asidi dhaifu ya dibasic ambayo huunda safu mbili za chumvi (carbonates na bicarbonates). carbonates nyingi hazipatikani katika maji. Kati ya bicarbonates, chuma cha alkali tu na bicarbonates za amonia zipo kama vitu vya mtu binafsi. Ioni ya kaboni na ioni ya hidrokaboni ni chembe za msingi, kwa hivyo, kabonati na hidrokaboni katika miyeyusho ya maji huathiriwa na hidrolisisi ya anion.
Ya carbonates, muhimu zaidi ni carbonate ya sodiamu Na2CO3 (soda, soda ash, soda ya kuosha), bicarbonate ya sodiamu NaHCO3 (soda ya kuoka, soda ya kuoka), carbonate ya potasiamu K2CO3 (potashi) na kalsiamu carbonate CaCO3 (chaki, marumaru, chokaa).
Mmenyuko wa ubora kwa uwepo wa dioksidi kaboni kwenye mchanganyiko wa gesi: malezi ya mvua ya kaboni ya kalsiamu wakati gesi ya majaribio inapitishwa kupitia maji ya chokaa (suluhisho lililojaa la hidroksidi ya kalsiamu) na kufutwa kwa mvua na kupita zaidi kwa gesi. . Majibu yanayotokea:

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

Katika pharmacology na dawa, misombo mbalimbali ya kaboni hutumiwa sana - derivatives ya asidi kaboniki na asidi ya carboxylic, heterocycles mbalimbali, polima na misombo mingine. Kwa hivyo, carbolene (kaboni iliyoamilishwa) hutumiwa kunyonya na kuondoa sumu mbalimbali kutoka kwa mwili; grafiti (kwa namna ya marashi) - kwa ajili ya matibabu ya magonjwa ya ngozi; isotopu za mionzi za kaboni - kwa utafiti wa kisayansi (uchambuzi wa radiocarbon).

Carbon ni msingi wa vitu vyote vya kikaboni. Kila kiumbe hai kimeundwa kwa kiasi kikubwa na kaboni. Carbon ni msingi wa maisha. Chanzo cha kaboni kwa viumbe hai kwa kawaida ni CO 2 kutoka angahewa au maji. Kama matokeo ya usanisinuru, huingia katika minyororo ya chakula ya kibiolojia ambayo viumbe hai hula kila mmoja au mabaki ya kila mmoja na hivyo kutoa kaboni ili kuunda miili yao wenyewe. Mzunguko wa kibayolojia wa kaboni huisha na oxidation na kurudi kwenye angahewa, au kwa utupaji kwa njia ya makaa ya mawe au mafuta.

Athari za uchanganuzi carbonate - ion CO 3 2-

Kaboni ni chumvi za asidi ya kaboni isiyo imara, dhaifu sana ya kaboni H 2 CO 3, ambayo katika hali ya bure katika ufumbuzi wa maji haina utulivu na hutengana na kutolewa kwa CO 2: H 2 CO 3 - CO 2 + H 2 O.

Ammoniamu, sodiamu, rubidiamu, kabonati za cesium huyeyuka katika maji. Lithium carbonate ni mumunyifu kidogo katika maji. Kabonati zingine za chuma huyeyuka kidogo katika maji. Hydrocarbons kufuta katika maji. Carbonate - ions katika ufumbuzi wa maji haina rangi, hupitia hidrolisisi. Suluhisho la maji ya bicarbonates za chuma za alkali hazina doa wakati tone la suluhisho la phenolphthaleini linaongezwa kwao, ambayo inafanya uwezekano wa kutofautisha suluhisho la kaboni kutoka kwa suluhisho la bicarbonate (mtihani wa pharmacopoeia).

1. Mmenyuko na kloridi ya bariamu.

Ba 2+ + COz 2 - -> BaCO 3 (fuwele nyeupe laini)

Mvua sawa za carbonates hutoa cations ya kalsiamu (CaCO 3) na strontium (SrCO 3). Mvua huyeyuka katika asidi ya madini na katika asidi asetiki. Katika suluhisho la H 2 SO 4 mvua nyeupe BaSO 4 huundwa.

Suluhisho la HC1 huongezwa polepole kwa mkondo hadi mvua itayeyushwa kabisa: BaCO3 + 2 HC1 -> BaC1 2 + CO 2 + H 2 O

2. Mmenyuko na sulfate ya magnesiamu (pharmacopoeia).

Mg 2+ + CO3 2 - -> MgCO 3 (nyeupe)

Bicarbonate - HCO 3 ioni - hutengeneza mvua ya MgCO 3 na salfati ya magnesiamu inapochemka tu: Mg 2+ + 2 HCO3- -> MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

Mvua ya MgCO 3 huyeyuka katika asidi.

3. Mmenyuko na asidi ya madini (pharmacopoeia).

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

CO 2 ya gesi iliyobadilishwa hugunduliwa na uchafu wa baritone au maji ya chokaa kwenye kifaa cha kuchunguza gesi, Bubbles za gesi (CO 2), katika tube ya mtihani - mpokeaji - uchafu wa suluhisho.

4. Mmenyuko na uranyl hexacyanoferrate (II).

2CO 3 2 - + (UO 2) 2 (kahawia) -> 2 UO 2 CO 3 (isiyo na rangi) + 4 -

Suluhisho la kahawia la uranyl hexacyanoferrate (II) linapatikana kwa kuchanganya suluhisho la acetate ya uranyl (CH 3 COO) 2 UO 2 na suluhisho la hexacyanoferrate ya potasiamu (II):

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

Kwa suluhisho linalosababishwa huongezwa kwa njia ya kushuka kwa suluhisho la Na 2 CO 3 au K 2 CO 3 na kuchochea mpaka rangi ya kahawia itatoweka.

5. Ugunduzi tofauti wa carbonate - ions na bicarbonate - ions kwa athari na cations ya kalsiamu na amonia.

Ikiwa suluhisho wakati huo huo lina carbonate - ions na bicarbonate - ions, basi kila mmoja wao anaweza kufunguliwa tofauti.

Kwa kufanya hivyo, kwanza, ziada ya ufumbuzi wa CaCl 2 huongezwa kwenye suluhisho la kuchambuliwa. Katika kesi hii, CO3 2 - inanyesha kwa njia ya CaCO 3:

COz 2 - + Ca 2+ \u003d CaCO 3

Bicarbonate - ions kubaki katika ufumbuzi, tangu Ca (HCO 3) 2 ufumbuzi katika maji. Mvua hutenganishwa na suluhisho na suluhisho la amonia huongezwa kwa mwisho. HCO 2 - -anioni zilizo na amonia na kalsiamu hunyesha tena CaCO 3: HCO s - + Ca 2+ + NH 3 -> CaCO3 + NH 4 +

6. Majibu mengine ya carbonate - ion.

Kabonati - ioni inapoguswa na kloridi ya chuma (III) FeCl 3 huunda unyevu wa hudhurungi Fe (OH) CO 3, na nitrati ya fedha - mvua nyeupe ya carbonate ya fedha Ag 2 CO3, mumunyifu katika HbTO3 na kuoza inapochemka kwenye maji hadi giza. precipitate Ag 2 O ISO 2: Ag 2 CO 3 -> Ag 2 O + CO 2

Athari za uchambuzi wa acetate - ion CH 3 COO "

Acetate - ion CH 3 COO- - anion ya asidi ya asetiki dhaifu ya monobasic CH 3 COOH: isiyo na rangi katika ufumbuzi wa maji, hupitia hidrolisisi, haina mali ya redox; ligand yenye ufanisi mzuri na huunda muundo wa acetate thabiti na cations nyingi za chuma. Wakati wa kukabiliana na pombe katika kati ya tindikali, hutoa esta.

Ammoniamu, alkali na acetati nyingine nyingi za chuma huyeyuka sana katika maji. Aseti ya fedha CH 3 COOAg na zebaki (I) haziyeyuki katika maji kuliko aseti za metali nyingine.

1. Mmenyuko na kloridi ya chuma (III) (pharmacopoeia).

Katika pH = 5-8, acetate - ion na cations Fe (III) huunda nyekundu giza mumunyifu (rangi ya chai kali) acetate au chuma (III) hydroxyacetate.

Katika suluhisho la maji, ni sehemu ya hidrolisisi; acidification ya suluhisho na asidi ya madini huzuia hidrolisisi na inaongoza kwa kutoweka kwa rangi nyekundu ya suluhisho.

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

Wakati wa kuchemka, mvua ya hudhurungi-nyekundu ya asetate ya msingi ya chuma (III) hutoka kwa suluhisho:

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

Kulingana na uwiano wa viwango vya chuma (III) na ioni za acetate, muundo wa mvua unaweza kubadilika na kuendana, kwa mfano, na fomula: Fe OH (CH 3 COO) 2, Fe 3 (OH) 2 O. 3 (CH 3 COO), Fe 3 O (OH) (CH 3 COO) 6 au Fe 3 (OH) 2 (CH 3 COO) 7.

Mwitikio huo unaingiliwa na anions CO 3 2 -, SO 3 "-, PO 4 3 -, 4, ambayo huunda maji na chuma (III), na vile vile anions SCN- (ikitoa rangi nyekundu na cations Fe 3+), iodidi - ion G, oxidizing kwa iodini 1 2, kutoa ufumbuzi wa rangi ya njano.

2. Mmenyuko na asidi ya sulfuriki.

Acetate - ioni katika mazingira yenye asidi nyingi hubadilika kuwa asidi dhaifu ya asetiki, mvuke ambayo ina harufu ya tabia ya siki:

CH 3 COO- + H +<- СН 3 СООН

Mmenyuko huo unazuiwa na anions NO 2 \ S 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 -, ambayo pia hutoa bidhaa za gesi na harufu ya tabia katika kati ya H 2 SO4 iliyokolea.

3. Mmenyuko wa malezi ya acetic ethyl ether (pharmacopoeia).

Mmenyuko unafanywa kwa kati ya asidi ya sulfuriki. Pamoja na ethanol:

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

Acetate ya ethyl iliyotolewa hugunduliwa na tabia ya harufu ya kupendeza. Chumvi za fedha huchochea majibu haya, kwa hivyo inashauriwa kuongeza kiasi kidogo cha AgNO 3 wakati wa majibu.

Vile vile, wakati wa kukabiliana na pombe ya amyl C 5 HcOH, acetate ya amyl yenye harufu nzuri CH 3 COOC 5 Ni (-pear-) pia huundwa.Harufu ya tabia ya acetate ya ethyl inaonekana, ambayo huongezeka kwa joto la makini la mchanganyiko.

Tartrate ya athari za uchanganuzi - ROS ion - CH(OH) - CH(OH) - COMP. Ioni ya tartrate - anion ya asidi dhaifu ya dibasic tartaric:

HO-CH-COOH

HO-CH-COOH

Tartrate - ion ni mumunyifu sana katika maji. Katika ufumbuzi wa maji, ioni za tartrate hazina rangi, hupitia hidrolisisi, na zinakabiliwa na malezi magumu, kutoa tata za tartrate na cations za metali nyingi. Asidi ya tartari huunda safu mbili za chumvi - tartrates za kati zilizo na tartrate ya chaji mbili - COCH (OH) CH (OH) COO - ion, na tartrates za asidi - tartrates za hydro zilizo na tartrate ya hydro inayochajiwa moja - HOOOCH (OH) CH (OH) COO - ion. Potasiamu hidrotartrate (-tartar-) KNS 4 H 4 O 6 ni kivitendo hakuna katika maji, ambayo hutumiwa kufungua cations potasiamu. Chumvi ya kalsiamu ya wastani pia huyeyuka kidogo katika maji. Wastani wa chumvi ya potasiamu K 2 C 4 H 4 O 6 huyeyuka sana katika maji.

I. Mmenyuko na kloridi ya potasiamu (pharmacopoeia).

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

2. Mmenyuko na resorcinol katika kati ya tindikali (pharmacopoeia).

Tartrates, inapokanzwa na meta ya resorcinol - C 6 H 4 (OH) 2 katika kati ya asidi ya sulfuriki iliyokolea, huunda bidhaa za majibu nyekundu ya cherry.

14) Majibu na tata ya amonia ya fedha. Mvua nyeusi ya fedha ya metali huanguka.

15) Mmenyuko na chuma (II) sulfate na peroxide ya hidrojeni.

Ongezeko la suluhisho la maji la kuondokana la FeSO 4 na H 2 O 2 kwa suluhisho iliyo na tartrates. inaongoza kwa kuundwa kwa tata ya chuma isiyo imara ya rangi iliyovunjika. Matibabu ya baadaye na ufumbuzi wa alkali wa NaOH husababisha rangi ya bluu ya tata.

Athari za uchambuzi wa ioni ya oxalate C 2 O 4 2-

Oxalate ion C 2 O 4 2- - anion ya dibasic oxalic acid H 2 C 2 O 4 ya nguvu ya wastani, kiasi mumunyifu katika maji. Ioni ya oxalate katika miyeyusho ya maji haina rangi, haina hidrolisisi kwa sehemu, wakala wa kupunguza nguvu, ligand yenye ufanisi - huunda tata za oxalate zilizo na cations za metali nyingi. Oxalates ya metali za alkali, magnesiamu na amonia huyeyuka katika maji, wakati metali nyingine huyeyuka kidogo katika maji.

1 Mmenyuko na kloridi ya bariamu Ba 2+ + C 2 O 4 2- \u003d BaC 2 O 4 (nyeupe) Mvua huyeyuka katika asidi ya madini na katika asidi asetiki (wakati wa kuchemsha). 2. Mwitikio na kloridi ya kalsiamu (pharmacopoeia): Ca 2+ + C 2 O 4 2 - = CaC 2 O 4 (nyeupe)

Mvua huyeyuka katika asidi ya madini lakini haiyeyuki katika asidi asetiki.

3. Mmenyuko na nitrate ya fedha.

2 Ag + + C 2 O 4 2 -> Ag2C2O 4 .|.(curdled) Jaribio la umumunyifu. Sediment imegawanywa katika sehemu 3:

a). Ongeza myeyusho wa HNO 3 kwa njia ya kushuka kwa bomba la kwanza la majaribio na mvua kwa kukoroga hadi mvua itayeyuka;

b). Katika bomba la pili la mtihani na precipitate, ufumbuzi wa amonia uliojilimbikizia huongezwa kwa njia ya kushuka kwa kuchochea hadi mvua itapasuka; ndani). Ongeza matone 4-5 ya suluhisho la HCl kwenye bomba la tatu la mtihani na sediment; mvua nyeupe ya kloridi ya fedha inabaki kwenye bomba la majaribio:

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

4. Mmenyuko na permanganate ya potasiamu. Ioni za oxalate na KMPO 4 katika mazingira ya tindikali hutiwa oksidi na kutolewa kwa CO 2; suluhisho la KMnO 4 huwa halina rangi kwa sababu ya kupunguzwa kwa manganese (VII) hadi manganese (II):

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

Suluhisho la dilute la KMPO 4 . Mwisho umebadilika rangi; kuna kutolewa kwa Bubbles za gesi - CO 2 .

38 Vipengele vya kikundi cha VA

Tabia za jumla za kikundi cha VA cha Jedwali la Periodic. kwa fomu s x p y usanidi wa umeme wa kiwango cha nishati ya nje ya vipengele vya kikundi cha VA.

Arseniki na antimoni zina marekebisho tofauti ya allotropiki: zote mbili na lati za fuwele za molekuli na metali. Walakini, kwa kuzingatia uthabiti wa fomu za cationic (Kama 3+, Sb 3+), arseniki imeainishwa kama isiyo ya chuma, na antimoni kama chuma.

majimbo ya oxidation thabiti kwa vipengele vya kikundi cha VA

Kutoka kwa nitrojeni hadi bismuth (pamoja na kupungua kwa sifa zisizo za metali):

w inapunguza utulivu wa hali mbaya ya oxidation (-3) (m. mali ya misombo ya hidrojeni)

w utulivu wa hali ya juu zaidi ya oxidation hupungua (+5)

w huongeza utulivu wa hali ya chini ya oxidation chanya (+3)

kujua

• nafasi ya kaboni na silicon katika meza ya mara kwa mara, uwepo katika asili na matumizi ya vitendo;
• muundo wa atomiki, valency, majimbo ya oxidation ya kaboni na silicon;
• njia za kupata na mali ya vitu rahisi - grafiti, almasi na silicon; aina mpya za allotropiki za kaboni;
• aina kuu za misombo ya kaboni na silicon;
• vipengele vya vipengele vya kikundi kidogo cha germanium;

kuweza

• tengeneza hesabu za athari za kupata vitu rahisi vya kaboni na silicon na athari zinazoonyesha mali ya kemikali ya vitu hivi;
• kulinganisha mali ya vipengele katika kundi la kaboni;
• sifa ya misombo muhimu ya kaboni na silicon;
• kufanya mahesabu kulingana na equations ya athari ambayo kaboni na silicon hushiriki;

mwenyewe

Ujuzi wa kutabiri mwendo wa athari zinazohusisha kaboni, silicon na misombo yao.

Muundo wa atomi. Kuenea kwa asili

Kundi la IVA la jedwali la upimaji lina vipengele vitano vyenye hata nambari za atomiki: kaboni C, silikoni Si, germanium Ge, bati Sn na risasi Pb (Jedwali 21.1). Kwa asili, vipengele vyote vya kikundi ni mchanganyiko wa isotopu imara. Carbon ina isogone mbili - *|С (98.9%) na *§С (1.1%). Kwa kuongeza, katika asili kuna athari za isotopu ya mionzi "|C na t t= miaka 5730. Inaundwa kila wakati wakati wa mgongano wa nyutroni za mionzi ya cosmic na viini vya nitrojeni kwenye angahewa ya dunia:

Jedwali 21.1

Tabia za vipengele vya kikundi cha IVA

* Kipengele cha biogenic.

Isotopu kuu ya kaboni ni muhimu sana katika kemia na fizikia, kwani inategemea kitengo cha misa ya atomiki, ambayo ni. { /2 sehemu ya wingi wa atomi ‘ICO Ndiyo).

Silicon ina isotopu tatu katika asili; kati yao, ya kawaida ni ^)Si (92.23%). Ujerumani ina isotopu tano (j^Ge - 36.5%). Bati - isotopu 10. Hii ni rekodi kati ya vipengele vya kemikali. Ya kawaida ni 12 5 gSn (32.59%). Risasi ina isotopu nne: 2 SgPb (1.4%), 2 S|Pb (24.1%), 2S2βL (22.1%), na 2S2βL (52.4%). Isotopu tatu za mwisho za risasi ni bidhaa za mwisho za kuoza kwa isotopu za asili za mionzi za urani na thoriamu, na kwa hivyo yaliyomo kwenye ukoko wa dunia yameongezeka katika uwepo wote wa Dunia.

Kwa upande wa kuenea katika ukoko wa dunia, kaboni ni kati ya vipengele kumi vya juu vya kemikali. Inatokea kwa namna ya grafiti, aina nyingi za makaa ya mawe, kama sehemu ya mafuta, gesi asilia inayoweza kuwaka, tabaka za chokaa (CaCO e), dolomite (CaCO 3 -MgC0 3) na carbonates nyingine. Almasi ya asili, ingawa inaunda sehemu ndogo ya kaboni inayopatikana, ni ya thamani sana kama madini mazuri na magumu zaidi. Lakini, bila shaka, thamani ya juu ya kaboni iko katika ukweli kwamba ni msingi wa kimuundo wa vitu vya bioorganic vinavyounda miili ya viumbe vyote vilivyo hai. Carbon inachukuliwa kuwa ya kwanza kati ya vitu vingi vya kemikali muhimu kwa uwepo wa maisha.

Silicon ni kipengele cha pili kwa wingi katika ukoko wa dunia. Mchanga, udongo, na miamba mingi unayoona imeundwa na madini ya silicon. Isipokuwa aina za fuwele za oksidi ya silicon, misombo yake yote ya asili ni silicates, i.e. chumvi za asidi mbalimbali za silicic. Asidi hizi wenyewe hazijapatikana kama vitu vya mtu binafsi. Orthosilicates ina SiOj ~ ions, metasilicates hujumuisha minyororo ya polima (Si0 3 ") w. Silikati nyingi zimejengwa juu ya mfumo wa silicon na atomi za oksijeni, kati ya ambayo atomi za metali yoyote na zisizo za metali (florini) zinaweza kupatikana. madini ya silicon inayojulikana ni pamoja na quartz Si0 2, feldspars (orthoclase KAlSi 3 0 8), micas (muscovite KAl 3 H 2 Si 3 0 12) Kwa jumla, zaidi ya madini ya silicon 400 yanajulikana. Misombo ya silicon ni zaidi ya nusu ya kujitia na kujitia na mawe ya mapambo Mfumo wa oksijeni-silicon husababisha umumunyifu mdogo wa madini ya silicon katika maji.Ni kutoka kwa chemchemi za maji moto chini ya ardhi, zaidi ya maelfu ya miaka, ukuaji na ukoko wa misombo ya silicon inaweza kuwekwa.Jasper ni mali ya miamba ya aina hii.

Hakuna haja ya kuzungumza juu ya wakati wa ugunduzi wa kaboni, silicon, bati na risasi, kwa kuwa wamejulikana kwa namna ya vitu rahisi au misombo tangu nyakati za kale. Germanium iligunduliwa na K. Winkler (Ujerumani) mwaka 1886 katika madini adimu ya argyrodite. Hivi karibuni ikawa wazi kuwa uwepo wa kitu kilicho na mali kama hiyo ulitabiriwa na D. I. Mendeleev. Kutajwa kwa kipengele kipya kulizua utata. Mendeleev, katika barua kwa Winkler, aliunga mkono kwa nguvu jina hilo germanium.

Vipengele vya kikundi cha IVA vina elektroni nne za valence upande wa nje s- na p-sublevels:

Njia za kielektroniki za atomi:

Katika hali ya chini, vitu hivi ni tofauti, na katika hali ya msisimko huwa tetravalent:

Carbon na silicon huunda misombo ya kemikali machache sana katika hali ya divalent; katika karibu misombo yote imara ni tetravalent. Zaidi chini ya kikundi, kwa germanium, bati, na risasi, utulivu wa hali ya divalent huongezeka na utulivu wa hali ya tetravalent hupungua. Kwa hivyo, misombo ya risasi (IV) hufanya kama vioksidishaji vikali. Mchoro huu pia unaonyeshwa katika kundi la VA. Tofauti muhimu kati ya kaboni na vitu vingine vya kikundi ni uwezo wa kuunda vifungo vya kemikali katika majimbo matatu tofauti ya mseto - sp, sp2 na sp3. Silicon ina takriban hali moja tu ya mseto iliyobaki. sp3. Hii inaonyeshwa wazi wakati wa kulinganisha mali ya misombo ya kaboni na silicon. Kwa mfano, monoksidi kaboni CO 2 ni gesi (kaboni dioksidi), na oksidi ya silicon Si0 2 ni dutu ya kinzani (quartz). Dutu ya kwanza ni gesi kwa sababu saa sp-mseto wa kaboni, vifungo vyote vya ushirika vimefungwa kwenye molekuli ya CO 2:

Mvuto kati ya molekuli ni dhaifu, na hii huamua hali ya jambo. Katika oksidi ya silicon, obiti nne za mseto za silicon 5p 3 haziwezi kufungwa kwenye atomi mbili za oksijeni. Atomu ya silicon inaunganishwa kwa atomi nne za oksijeni, ambayo kila moja inaunganishwa kwa atomi nyingine ya silicon. Inageuka muundo wa sura na nguvu sawa ya vifungo kati ya atomi zote (tazama mchoro, vol. 1, p. 40).

Misombo ya kaboni na silicon yenye mseto sawa, kama vile methane CH 4 na silane SiH 4, ni sawa katika muundo na mali ya kimwili. Dutu zote mbili ni gesi.

Elektronegativity ya vipengele vya IVA ni ya chini ikilinganishwa na vipengele vya kikundi cha VA, na hii inaonekana hasa katika vipengele vya kipindi cha 2 na 3. Metali ya vitu katika kundi la IVA hutamkwa zaidi kuliko katika kikundi cha VA. Carbon kwa namna ya grafiti ni conductor. Silicon na germanium ni semiconductors, wakati bati na risasi ni metali halisi.

Muhtasari wa maneno: kaboni, silicon, vipengele vya kikundi cha IVA, mali ya vipengele, almasi, grafiti, carbine, fullerene.

Vipengele vya kundi la IV ni kaboni, silicon, germanium, bati na risasi. Hebu tuangalie kwa karibu mali ya kaboni na silicon. Jedwali linaonyesha sifa muhimu zaidi za vipengele hivi.

Katika karibu misombo yao yote, kaboni na silicon tetravalent , atomi zao ziko katika hali ya msisimko. Usanidi wa safu ya valence ya atomi ya kaboni hubadilika wakati atomi inasisimka:

Usanidi wa safu ya valence ya atomi ya silicon hubadilika vile vile:

Ngazi ya nishati ya nje ya atomi za kaboni na silicon ina elektroni 4 ambazo hazijaoanishwa. Radi ya atomi ya silicon ni kubwa zaidi; safu yake ya valence haina nafasi 3 d-orbitals, hii husababisha tofauti katika asili ya vifungo vinavyounda atomi za silicon.

Hali za oksidi za kaboni hutofautiana katika safu kutoka -4 hadi +4.

Kipengele cha tabia ya kaboni ni uwezo wake wa kuunda minyororo: atomi za kaboni zimeunganishwa kwa kila mmoja na kuunda misombo imara. Misombo ya silicon sawa haina msimamo. Uwezo wa kaboni kwa malezi ya mnyororo huamua uwepo wa idadi kubwa misombo ya kikaboni .

Kwa misombo isokaboni kaboni ni pamoja na oksidi zake, asidi kaboniki, carbonates na bicarbonates, carbides. Misombo ya kaboni iliyobaki ni ya kikaboni.

Kipengele cha kaboni kina sifa ya alotropi, marekebisho yake ya allotropiki ni almasi, grafiti, carbine, fullerene. Marekebisho mengine ya allotropiki ya kaboni sasa yanajulikana.

Makaa ya mawe na masizi inaweza kuzingatiwa kama amofasi aina za grafiti.

Silicon huunda dutu rahisi - silicon ya fuwele. Kuna silicon ya amorphous - poda nyeupe (bila uchafu).

Mali ya almasi, grafiti na silicon ya fuwele hutolewa katika meza.

Sababu ya tofauti dhahiri katika mali ya kimwili ya grafiti na almasi ni kutokana na tofauti muundo wa kimiani kioo . Katika fuwele ya almasi, kila atomi ya kaboni (bila kujumuisha zile zilizo juu ya uso wa fuwele) huunda nne vifungo vikali sawa na atomi za kaboni jirani. Vifungo hivi vinaelekezwa kwa wima ya tetrahedron (kama katika molekuli CH 4). Kwa hivyo, katika fuwele ya almasi, kila atomi ya kaboni imezungukwa na atomi nne kati ya zile zile ziko kwenye vipeo vya tetrahedron. Ulinganifu na nguvu za vifungo vya C-C katika fuwele ya almasi huamua nguvu za kipekee na kutokuwepo kwa conductivity ya kielektroniki.

KATIKA kioo cha grafiti kila atomi ya kaboni huunda vifungo vitatu vikali sawa na atomi za kaboni jirani katika ndege sawa kwa pembe ya 120 °. Katika ndege hii, safu huundwa, inayojumuisha pete za gorofa za wanachama sita.

Kwa kuongeza, kila atomi ya kaboni ina elektroni moja ambayo haijaunganishwa. Elektroni hizi huunda mfumo wa kawaida wa kielektroniki. Uunganisho kati ya tabaka unafanywa kwa sababu ya nguvu dhaifu za intermolecular. Tabaka zimepangwa kwa jamaa moja hadi nyingine kwa njia ambayo atomi ya kaboni ya safu moja iko juu ya katikati ya hexagon ya safu nyingine. Urefu wa dhamana ya C-C ndani ya safu ni 0.142 nm, umbali kati ya tabaka ni 0.335 nm. Matokeo yake, vifungo kati ya tabaka ni dhaifu sana kuliko vifungo kati ya atomi ndani ya safu. Hii husababisha mali ya grafiti: Ni laini, ni rahisi kuchubua, ina rangi ya kijivu na mng'ao wa metali, inapitisha umeme na inafanya kazi zaidi kemikali kuliko almasi. Mifano ya latti za kioo za almasi na grafiti zinaonyeshwa kwenye takwimu.

Je, inawezekana kugeuza grafiti kuwa almasi? Mchakato kama huo unaweza kufanywa chini ya hali mbaya - kwa shinikizo la karibu 5000 MPa na kwa joto kutoka 1500 ° C hadi 3000 ° C kwa masaa kadhaa mbele ya vichocheo (Ni). Wingi wa bidhaa ni fuwele ndogo (kutoka 1 hadi mm kadhaa) na vumbi la almasi.

Carbine- marekebisho ya allotropiki ya kaboni, ambayo atomi za kaboni huunda minyororo ya mstari wa aina:

–С≡СС≡С≡С(α-carbine, polyyne) au =C=C=C=C=C=C=(β-carbine, polyene)

Umbali kati ya minyororo hii ni chini ya kati ya tabaka za grafiti kutokana na mwingiliano wenye nguvu wa intermolecular.

Carbin ni poda nyeusi, ni semiconductor. Kemikali, inafanya kazi zaidi kuliko grafiti.

fullerene- muundo wa allotropiki wa kaboni unaoundwa na C 60, C 70 au C 84 molekuli. Kwenye uso wa duara wa molekuli ya C 60, atomi za kaboni ziko kwenye wima ya hexagoni 20 za kawaida na pentagoni 12 za kawaida. Fullerenes zote ni miundo iliyofungwa ya atomi za kaboni. Fuwele za Fullerene ni vitu vilivyo na muundo wa Masi.

Silikoni. Kuna marekebisho moja tu ya allotropic ya silicon, kimiani ya fuwele ambayo ni sawa na ile ya almasi. Silicon - ngumu, kinzani ( t° pl \u003d 1412 ° C), dutu dhaifu sana ya rangi ya kijivu giza na sheen ya chuma, chini ya hali ya kawaida - semiconductor.

Vipengele kaboni C, silicon Si, germanium Ge, bati Sn na lead Pb huunda kundi la IVA la Jedwali la Periodic la D.I. Mendeleev. Fomula ya jumla ya kielektroniki ya kiwango cha valence ya atomi za vitu hivi ni n s 2n uk 2, hali kuu za oksidi za vipengele katika misombo ya +2 ​​na +4. Kwa uwezo wa kielektroniki, vipengele C na Si vimeainishwa kuwa visivyo vya metali, na Ge, Sn na Pb vimeainishwa kama vipengele vya amphoteric, sifa za metali ambazo huongezeka kwa kuongezeka kwa nambari ya serial. Kwa hiyo, katika misombo ya bati (IV) na risasi (IV), vifungo vya kemikali ni covalent, kwa risasi (II) na, kwa kiasi kidogo, kwa bati (II), fuwele za ionic zinajulikana. Katika mfululizo wa vipengele kutoka C hadi Pb, utulivu wa hali ya oxidation +4 hupungua, na hali ya oxidation +2 huongezeka. Misombo ya risasi (IV) ni mawakala wa vioksidishaji vikali, misombo ya vipengele vingine katika hali ya oxidation ya +2 ​​ni mawakala wa kupunguza nguvu.

Dutu rahisi kaboni, silicon na germanium ni kemikali badala ajizi na wala kuguswa na maji na zisizo vioksidishaji asidi. Bati na risasi pia hazifanyiki na maji, lakini chini ya hatua ya asidi zisizo za oksidi hupita kwenye suluhisho kwa namna ya maji ya bati (II) na risasi (II). Alkali hazihamishi kaboni kwenye suluhisho, silicon huhamishwa kwa shida, na germanium humenyuka na alkali tu mbele ya mawakala wa vioksidishaji. Bati na risasi huguswa na maji katika kati ya alkali, na kugeuka kuwa mchanganyiko wa hidroxo wa bati(II) na risasi(II). Reactivity ya dutu rahisi ya kikundi cha IVA huongezeka kwa joto la kuongezeka. Kwa hiyo, wakati wa joto, wote huguswa na metali na zisizo za metali, pamoja na asidi ya oksidi (HNO 3, H 2 SO 4 (conc.), nk). Hasa, asidi ya nitriki iliyojilimbikizia, inapokanzwa, oxidizes kaboni kwa CO 2; silicon kemikali huyeyuka katika mchanganyiko wa HNO 3 na HF, na kugeuka kuwa hidrojeni hexafluorosilicate H 2 . Punguza asidi ya nitriki hubadilisha bati kuwa bati(II) nitrati, na asidi ya nitriki iliyokolea hadi bati iliyotiwa maji (IV) oksidi SnO 2 n H 2 O, iliyoitwa β - asidi ya bati. Kuongoza chini ya hatua ya asidi ya nitriki ya moto huunda risasi (II) nitrate, wakati asidi ya nitriki baridi hupita uso wa chuma hiki (filamu ya oksidi huundwa).

Carbon katika mfumo wa coke hutumiwa katika madini kama wakala wa kupunguza nguvu ambao huunda CO na CO 2 hewani. Hii inafanya uwezekano wa kupata Sn na Pb bila malipo kutoka kwa oksidi zao - SnO 2 na PbO asilia, zinazopatikana kwa kuchoma ores zenye sulfidi ya risasi. Silicon inaweza kupatikana kwa njia ya mafuta ya magnesiamu kutoka kwa SiO 2 (pamoja na ziada ya magnesiamu, silicide ya Mg 2 Si pia huundwa).

Kemia kaboni ni hasa kemia ya misombo ya kikaboni. Ya derivatives isokaboni ya kaboni, carbides ni tabia: chumvi-kama (kama vile CaC 2 au Al 4 C 3), covalent (SiC) na chuma-kama (kwa mfano, Fe 3 C na WC). Carbides nyingi za chumvi hutiwa hidrolisisi kabisa na kutolewa kwa hidrokaboni (methane, asetilini, nk).

Kaboni huunda oksidi mbili: CO na CO 2. Monoxide ya kaboni hutumiwa katika pyrometallurgy kama wakala wa kupunguza nguvu (hubadilisha oksidi za chuma kuwa metali). CO pia ina sifa ya athari za kuongeza na malezi ya complexes ya carbonyl, kwa mfano. Monoxide ya kaboni ni oksidi isiyo ya kutengeneza chumvi; ni sumu ("carbon monoxide"). Dioksidi kaboni ni oksidi ya asidi, katika mmumunyo wa maji hupatikana katika mfumo wa CO 2 · H 2 O monohidrati na asidi dhaifu ya dibasic kaboni H 2 CO 3. Chumvi mumunyifu ya asidi ya kaboni - carbonates na bicarbonates - kutokana na hidrolisisi huwa na pH> 7.

Silikoni huunda misombo kadhaa ya hidrojeni (silanes), ambayo ni tete na tendaji (kujiwasha hewani). Ili kupata silanes, mwingiliano wa silicides (kwa mfano, silicide ya magnesiamu Mg 2 Si) na maji au asidi hutumiwa.

Silicon katika hali ya oxidation ya +4 imejumuishwa katika SiO 2 na nyingi sana na mara nyingi ngumu sana katika muundo na utungaji wa ioni za silicate (SiO 4 4-; Si 2 O 7 6-; Si 3 O 9 6-; Si 4 O 11 6– ; Si 4 O 12 8–, nk), kipande cha msingi ambacho ni kikundi cha tetrahedral. Silicon dioksidi ni oksidi ya asidi, humenyuka pamoja na alkali wakati wa kuunganishwa (kutengeneza polymetasilicates) na katika suluhisho (kutengeneza ioni za orthosilicate). Kutoka kwa ufumbuzi wa silicates za chuma za alkali, chini ya hatua ya asidi au dioksidi kaboni, mvua ya silicon dioksidi hydrate SiO 2 n H 2 O, kwa usawa ambayo asidi dhaifu ya ortho-silicic H 4 SiO 4 daima iko katika suluhisho katika mkusanyiko mdogo. Suluhu zenye maji za silikati za chuma za alkali zina pH> 7 kutokana na hidrolisisi.

Bati na kuongoza katika hali ya oksidi ya +2 ​​huunda oksidi za SnO na PbO. Oksidi ya bati(II) haina uthabiti wa joto na hutengana na kuwa SnO 2 na Sn. Oksidi ya risasi (II), kwa upande mwingine, ni thabiti sana. Inaundwa wakati wa mwako wa risasi katika hewa na hupatikana katika asili. Bati (II) na hidroksidi za risasi (II) ni amphoteric.

Uwekaji maji wa Tin(II) huonyesha sifa za asidi kali na kwa hivyo ni thabiti katika pH pekee< 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.

Oksidi za bati(IV) na risasi(IV) ni za amphoteric zenye sifa nyingi za asidi. Wanajibiwa na EO 2 polyhydrates n H 2 O, kupita kwenye suluhisho kwa namna ya tata za hydroxo chini ya hatua ya ziada ya alkali. Oksidi ya bati(IV) huundwa wakati wa mwako wa bati hewani, na oksidi ya risasi(IV) inaweza kupatikana tu kwa hatua ya vioksidishaji vikali (kwa mfano, hypochlorite ya kalsiamu) kwenye misombo ya risasi(II).

Kloridi ya bati ya Covalent(IV) huwekwa hidrolisisi kabisa na maji kwa kutolewa kwa SnO 2, na kloridi ya risasi(IV) hutengana chini ya hatua ya maji, ikitoa klorini na kupunguzwa kuwa kloridi ya risasi(II).

Michanganyiko ya bati(II) huonyesha sifa za kupunguza, hasa zenye nguvu katika mazingira ya alkali, na misombo ya risasi(IV) huonyesha sifa za vioksidishaji, hasa zenye nguvu katika mazingira ya asidi. Mchanganyiko wa kawaida wa risasi ni oksidi yake mbili (Рb 2 II Рb IV)О 4. Kiwanja hiki hutengana chini ya hatua ya asidi ya nitriki, na risasi (II) hupita kwenye suluhisho kwa namna ya cation, na oksidi ya risasi (IV) hupanda. Risasi(IV) iliyopo katika oksidi mara mbili inawajibika kwa sifa za oksidi kali za kiwanja hiki.

Gerinium (IV) na sulfidi za bati (IV), kutokana na asili ya amphoteric ya vipengele hivi, wakati ziada ya sulfidi ya sodiamu imeongezwa, huunda thiosalts mumunyifu, kwa mfano, Na 2 GeS 3 au Na 2 SnS 3 . Thiosalt sawa ya bati(IV) inaweza kupatikana kutoka bati(II) salfidi SnS kwa uoksidishaji wake na polisulfidi ya sodiamu. Thiosalts huharibiwa chini ya hatua ya asidi kali na kutolewa kwa gesi H 2 S na amana ya GeS 2 au SnS 2. Sulfidi ya risasi(II) haifanyi pamoja na polisulfidi, na sulfidi ya risasi(IV) haijulikani.