ПОДГРУППА УГЛЕРОДА

 

 

 

Углерод

 

Кремний

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОДГРУППА УГЛЕРОДА

 

УГЛЕРОД

 

Аллотропия

 

Алмаз

 

Кристаллическое вещество, прозрачное, сильно преломляет лучи света, очень твёрдое, не проводит электрический ток, плохо проводит тепло, r = 3,5 г/см3; tпл. = 3730C; tкип. =═ 4830C.

Атомы углерода находятся в sp3- гибридизации и образуют атомную кристаллическую решётку с прочными ковалентными s- связями.

Можно получить из графита при p > 50 тыс. атм; t = 1200C.

 

Применение

 

Шлифовальный порошок, буры, стеклорезы, после огранки - бриллианты.

 

 

Графит

 

Кристаллическое вещество, слоистое, непрозрачное, тёмно-серое, обладает металлическим блеском, мягкое, проводит электрический ток; r = 2,5 г/см3.

В кристаллической решётке атомы углерода находятся в sp2- гибридном состоянии и образуют слои из шестичленных колец; между слоями действуют межмолекулярные силы.

 

Применение

 

Электроды, карандашные грифели, замедлитель нейтронов в ядерных реакторах, входит в состав некоторых смазочных материалов.

 

Карбин

 

Чёрный порошок; r = 2 г/см3; полупроводник.

Состоит из линейных цепочек═ CºCCºC═ и═ =С=С=С=С=; атомы углерода находятся в sp- гибридном состоянии.

При нагревании переходит в графит.

 

Адсорбция

 

Адсорбция - поглощение газообразных или растворённых веществ поверхностью твёрдого вещества.

Обратный процесс - выделение этих поглощённых веществ - десорбция.

 

Применение адсорбции

 

Очистка от примесей (в производстве сахара и др.), для защиты органов дыхания (противогазы), в медицине (таблетки "Карболен") и др.

 

Химические свойства

 

Углерод - малоактивен, на холоде реагирует только со фтором; химическая активность проявляется при высоких температурах.

 

Восстановительные свойства

 

1)     с кислородом

C0 + O2═ √tCO2 углекислый газ

 

при недостатке кислорода наблюдается неполное сгорание:

 

2C0 + O2═ √t2C+2O угарный газ

 

2)     со фтором

С + 2F2 CF4

 

3)     с водяным паром

C0 + H2O═ √1200С+2O + H2 водяной газ

 

4)     с оксидами металлов

C0 + 2CuO═ √t═ 2Cu + C+4O2

 

5)     с кислотами √ окислителями:

 

C0 + 2H2SO4(конц.) С+4O2 + 2SO2 + 2H2O

С0 + 4HNO3(конц.) С+4O2 + 4NO2 + 2H2O

 

Окислительные свойства

 

6)     с некоторыми металлами образует карбиды

 

4Al + 3C0 Al4C3

Ca + 2C0 CaC2-4

 

7)     с водородом

C0 + 2H2 CH4

 

Оксид углерода (II) CO

 

Угарный газ; бесцветный, без запаха, малорастворим в воде, растворим в органических растворителях, ядовит, tкип = -192C; t пл. = -205C.

 

Получение

 

1)     В промышленности (в газогенераторах):

 

C + O2 CO2

CO2 + C 2CO

 

2)     В лаборатории - термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H2SO4(конц.):

 

HCOOH H2O + CO

H2C2O4 CO + CO2 + H2O

 

Химические свойства

 

При обычных условиях CO инертен; при нагревании √ восстановитель; несолеобразующий оксид.

 

1)     с кислородом

2C+2O + O2 2C+4O2

 

2)     с оксидами металлов

C+2O + CuO Сu + C+4O2

 

3)     с хлором (на свету)

CO + Cl2═ √hnCOCl2(фосген)

 

4)     реагирует с расплавами щелочей (под давлением)

 

CO + NaOH HCOONa(муравьинокислый натрий (формиат натрия))

 

5)     с переходными металлами образует карбонилы

 

Ni + 4CO═ √tNi(CO)4

Fe + 5CO═ √tFe(CO)5

 

Оксид углерода (IV) СO2

 

Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде - в 1V H2O растворяется 0,9V CO2 (при нормальных условиях); тяжелее воздуха; tпл.= -78,5C (твёрдый CO2 называется "сухой лёд"); не поддерживает горение.

 

 

O=C=O

 

Получение

 

1.       Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка:

 

CaCO3═ √t═ CaO + CO2

 

2.       Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты:

 

CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2

NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2

 

Способы собирания

 

вытеснением воздуха

 

Химические свойства

 

Кислотный оксид: реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты

 

Na2O + CO2 Na2CO3

2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O

NaOH + CO2 NaHCO3

 

При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства

 

С+4O2 + 2Mg═ √t═ 2Mg+2O + C0

 

Качественная реакция

 

Помутнение известковой воды:

 

Ca(OH)2 + CO2═ CaCO3¯(белый осадок) + H2O

 

Оно исчезает при длительном пропускании CO2 через известковую воду, т.к. нерастворимый карбонат кальция переходит в растворимый гидрокарбонат:

 

CaCO3 + H2O + CO2 Сa(HCO3)2

 

Угольная кислота и её соли

 

H2CO3

 

 

Кислота слабая, существует только в водном растворе:

 

CO2 + H2O H2CO3

 

Двухосновная:

H2CO3 H+ + HCO3-

HCO3- H+ + CO32-

 

Характерны все свойства кислот.

Cредние соли - карбонаты (СO32-).

Кислые соли - бикарбонаты, гидрокарбонаты (HCO3-).

Карбонаты и гидрокарбонаты могут превращаться друг в друга:

 

2NaHCO3═ √t═ Na2CO3 + H2O + CO2

Na2CO3 + H2O + CO2 2NaHCO3

 

Карбонаты металлов (кроме щелочных металлов) при нагревании декарбоксилируются с образованием оксида:

 

CuCO3═ √t═ CuO + CO2

Качественная реакция - "вскипание" при действии сильной кислоты:

 

Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2

CO32- + 2H+ H2O + CO2

 

 

 

МЕНЮ

ВПЕРЕД

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОДГРУППА УГЛЕРОДА

 

КРЕМНИЙ

 

Открыт Ж. Гей-Люссаком и Л.Тенаром в 1811г.

Второй по распространённости элемент в земной коре (27,6% по массе)

 

1s22s22p63s23p2

 

 

Возбуждённое

состояние

 

Степени окисления: +4, -4.

 

Аллотропия

 

Кристаллический √ тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; r = 2,33 г/см3, tпл. =1415C; tкип. = 2680C.

Имеет алмазоподобную структуру (sp3- гибридизация атомов кремния) и образует прочные ковалентные s- связи. Инертен.

 

Аморфный - бурый порошок, гигроскопичен, алмазоподобная структура, r = 2 г/см3, более реакционноспособен.

 

Получение

 

1)      

2С + Si+4O2═ √t═ Si0 + 2CO

 

2)      

2Mg + Si+4O2═ √t═ 2MgO + Si0

 

Химические свойства

 

Типичный неметалл, инертен.

 

Как восстановитель:

 

1)     С кислородом

Si0 + O2═ √t═ Si+4O2

 

2)     С фтором (без нагревания)

Si0 + 2F2 SiF4

 

3)     С углеродом

Si0 + C═ √t═ Si+4C

(SiC - карборунд -твёрдый; используется для точки и шлифовки)

 

4)     С водородом не взаимодействует. Силан (SiH4) получают разложением силицидов металлов кислотой:

 

Mg2Si + 2H2SO4 SiH4 + 2MgSO4

 

5)     С кислотами не реагирует. Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот:

 

3Si + 4HNO3 + 18HF 3H2[SiF6] + 4NO + 8H2O

 

6)     Со щелочами (при нагревании):

 

Si0 + 2NaOH + H2O Na2Si+4O3+ 2H2

 

Как окислитель:

 

7)     С металлами (образуются силициды):

 

Si0 + 2Mg═ √t═ Mg2Si-4

 

Силан SiH4

 

Бесцветный газ, ядовит, tпл. = -185C, tкип. = -112C.

 

Получение

 

Mg2Si + 4HCl 2MgCl2 + SiH4

 

Химические свойства

 

1)      

SiH4 + 2O2 SiO2 + 2H2O

 

2)      

SiH4 Si + 2H2

 

Оксид кремния (IV) (SiO2)n

 

SiO2 - кварц, горный хрусталь, аметист, агат, яшма,опал, кремнозём (основная часть песка)

 

 

Al2O3 2SiO2 ∙ 2H2O - каолинит (основная часть глины)

K2OAl2O3 ∙ 6SiO2 - ортоклаз (полевой шпат)

 

Физические свойства

 

Твёрдое, тугоплавкое вещество, tпл.= 1728C, tкип.= 2590C

 

Кислотный оксид

 

При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов:

 

1)     С основными оксидами:

SiO2 + CaO CaSiO3

 

2)     Со щелочами:

SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O

 

3)     С водой не реагирует

 

4)     С солями:

SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2

SiO2 + K2CO3 K2SiO3 + CO2

 

5)     С плавиковой кислотой:

SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O

SiO2 + 6HF H2[SiF6](гексафторкремниевая кислота) + 2H2O

(реакции лежат в основе процесса травления стекла).

 

Кремниевые кислоты

 

 

x ∙ SiO2 ∙ y H2O

 

x = 1, y = 1 H2SiO3 - метакремниевая кислота

x = 1, y = 2 H4SiO4 - ортокремниевая кислота и т.д.

 

H2SiO3 - очень слабая (слабее угольной), непрочная, в воде малорастворима (образует коллоидный раствор), не имеет кислого вкуса.

 

Получение

 

Na2SiO3 + 2HCl 2NaCl + H2SiO3¯

 

При нагревании разлагается:

H2SiO3═ √t═ H2O + SiO2

 

Соли кремниевой кислоты - силикаты.

 

Выветривание горных пород (разрушение минералов):

 

(K2OAl2O3 ∙ 6SiO2)(полевой шпат)+ CO2 + 2H2O
(Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O)(каолинит (глина)) + 4SiO2(кремнезём (песок)) + K2CO3

 

 

НАЗАД

МЕНЮ

 

 

КОНЕЦ РАЗДЕЛА