Rühma IVA elemendid. Suured süsiniku ühendid

IVA grupp keemilised elemendid Perioodiline süsteem D.I. Mendeleev hõlmab mittemetalle (süsiniku ja räni), samuti metalle (Saksamaa, tina, plii). Nende elementide aatomid sisaldavad nelja elektroni välise energia tasemel (NS 2 NP 2), millest kaks ei ole seotud. Seetõttu võivad nende elementide aatomid ühendites eksponeerida Valence II. Kontserni IVa elementide aatomid võivad jätkuda põnevil olekusse ja suurendada paaride arvu 4-ni ja seetõttu ühendites näitavad ühendites kõrgeim valents, mis on võrdne IV rühma arvuga. Ühendite süsinik näitab oksüdeerumise kraadi -4 kuni +4-ni, ülejäänud jaoks on oksüdatsiooni kraadi stabiliseerunud: -4, 0, +2, +4.

Süsinikdioksiidi aatomis, erinevalt kõigist teistest elementidest, valentsi elektronide arv on võrdne valentsi orbiidi arvuga. See on üks peamisi põhjuseid C-C jätkusuutlikkuse ja erakorralise süsinikdioksiidi kalduvus homoaced, samuti olemasolu suur number Süsinikuühendid.

Muutuses aatomite ja ühendite omaduste muutuses C-SI-GE-SN-PB seerias ilmneb sekundaarne perioodiline (tabel 5).

Tabel 5 - IV Grupi aatomite omadused

Sekundaarne perioodilisus (mitte-monotooniline muutus elementide omaduste omadustes rühmades) on tingitud väliste elektronide tungimise olemusest kernelile. Seega on aatomiraadiuse muutuse mittemonotoonilisus ränist kuni Saksamaale ülemineku ajal S-elektronide tungimise tõttu vastavalt S-elektronide tungimisele vastavalt ekraani 3D 10-electronitele Saksamaal ja kahes ekraanil 4F 14 - ja 5D 10 -Elektronid juhtpositsioonil. Kuna tungiv võime väheneb seeriatekste S\u003e p\u003e D, sisemine perioodilisus muutus omaduste muutuses kõige selgemalt väljendatakse omadused elemendid määratletud S-elektronid. Seetõttu on see kõige tüüpilisem nende ühendite jaoks perioodilise süsteemi elementide ühenditele, mis vastavad elementide kõrgeimale oksüdeerimisele.

Süsinik on oluliselt erinev teiste kõrge ionisatsiooni energia R-elementidest.

Süsiniku ja silikoonil on polümorfsed modifikatsioonid erinev hoone kristallvõrgud. Germanium viitab metallidele, hõbedale valgele värvile kollaka varjundiga, kuid tal on vastupidavast aatomi kristallvõre kovalentsed võlakirjad. TIN-il on kaks polümorfset modifikatsioone: metalli kristallvõrgu ja metalli sideme metallimudeldamine; Mittemetalse modifikatsioon aatomakristallilise võrku, mis on vastupidav temperatuuril alla 13,8 C. Plii on tumehall metall koos metalli tsentreerimine kuupmeetri kristallvõre. Struktuuri muutmine lihtsad ained Mitmes Saksamaal-tina-pli vastab nende füüsikaliste omaduste muutustele. Nii germanium ja mittemetallilised tina - pooljuhtide, metallist tina ja plii juhtmed. Keemilise sideme tüübi muutus eelistatult kovalentsest metallist on kaasas lihtsate ainete kõvaduse vähenemine. Niisiis, germanium on üsna tahke, plii on kergesti valtsitud õhukestele lehtedele.

Ühenditel elemente vesinikuga on valemiga ET 4: CH4 - metaan, Sih 4 - Silan, GEH 4 - Hermann, SNH 4 - Stannan, PBH 4 - plumban. Vees on lahustumatu. Vesinikuühendite rea ülevalt allapoole väheneb nende stabiilsus (plumban on nii ebastabiilne, et seda saab hinnata ainult kaudsete märkide abil).

Ühendid Hapnikuga elementidel on üldine valemite: EO ja EO 2. CO ja sioksiidid ei moodusta; GEO, SNO, PBO - amfoterioksiidid; CO 2, Si02 geo 2 - hape, SNO 2, PBO 2 - amfotic. Oksüdeerimise aste suurenemisega suureneb oksiidide happe omadused, põhilised omadused nõrgendavad. Samamoodi muudetakse vastavate hüdroksiidide omadusi.

Inertse gaaside elektroonilised valemid:

• Ta - 1s 2;
• Ne - 1s 2 2S 2 2 pp 6;
• Ar - 1s 2 2s 2 2 pp 6 3S 2 3P 6;
• KR - 3D 10 4S 2 4p 6;
• XE - 4D 10 5S 2 5p 6;

Joonis fig. Süsinikuaatomi struktuur.

Kontsernis 14 (IVA, rühm vana klassifikatsiooni) perioodilise tabeli keemiliste elementide D. I. Mendeleev sisaldab 5 elementi: süsinik, räni, germanium, tina, plii (vt tabel eespool). Süsinik ja räni on mittemetallid, Saksamaa on aine, mis avaldub metallist omadused, tina ja plii tüüpilised metallid.

Maa kooriku (IVa) kõige levinum element on räni (teine \u200b\u200bpärast hapniku elementi maapealsele hapnikule) (27,6 massiprotsenti), seejärel liikuge: süsiniku (0,1%), plii (0,0014%), tina (0,00022%) Saksamaa (0,00018%).

Silicon, erinevalt süsiniku, ei leitud vabas vormis looduses, seda võib leida ainult seotud kujul:

• Si02 - ränidioksiid, esineb kvartsis (osa paljudest kividest, liivast, savist) ja selle sortidest (ahhaat, ametüst, mäekristall, jasper jne);
• silikaadid on Rich Silicon: talk, asbesti;
• aluminosilikaadid: põllu ploomid, sloud, Kaolin.

Germanium, tina ja plii ei leitud ka vabas vormis looduses, kuid on osa mõningatest mineraalidest:

• saksamaa: (CU 3 (Fe, GE) S 4) - mineraalne Saksa ";
• tina: SNO 2 - kassiterit;
• plii: PBS - Galenit; PBSO 4 - inglise keel; PBCO 3 - koorimine.

Kõik elemendid 14 (IVAS) gruppide kasutamata riigi välise energia tasandil on kaks kaugnenud p-elektron (Valents on 2, näiteks CO). Kui lülitute põnevil olekusse (protsess nõuab energiakulusid) Üks paaris S-elektronide välise taseme "hüppab" vaba P-orbiidile, moodustades seega 4 "ühe" elektroni (üks S-Supro ja kolm PP- supel), mis ulatub valents võimalused Elemendid (valents võrdub 4: näiteks CO 2).

Joonis fig. Süsinikuaatomi üleminek põnevil olekusse.

Ülaltoodud põhjusel võivad grupi elemendid 14 (IVAS) eksponeerida oksüdatsiooni aste: +4; +2; 0; -Four.

Kuna elektron elektronega s-su-p-super reas süsiniku plii, üha enam energiat on vaja (süsinikuaatomi ergutamiseks, on vaja palju vähem energiat kui pliiaatomi ergutamiseks ), süsinik "kes" on rohkem valmis "ühendite sisestamine, kus neli valents eksponeerib; Ja plii - kaks.

Sama võib öelda oksüdeerimise kraadi kohta: süsinikast pärinevast reas, et oksüdeerimiskraadi ilming on +4 ja -4 väheneb ja oksüdatsiooni aste on +2 suureneb.

Kuna süsinik ja räni on mittemetallid, võivad nad näidata nii positiivseid kui ka negatiivne kraad Oksüdatsioonid, sõltuvalt ühendist (ühendites, millel on rohkem elektronegaalseid elemente C ja SI-ga, annavad elektronile ja saadakse ühendused vähem elektronegatiivsete elementidega):

C +2 O, C +4 O2, SI +4 Cl 4 C -4 H4, Mg 2 Si -4

GE, SN, PB, kuna ühendused metallid annavad alati oma elektronile:

GE +4 Cl 4, SN +4 Br 4, PB +2 Cl 2

Süsiniku rühma elemendid moodustavad järgmised ühendid:

• ebastabiilne lenduvad vesinikuühendid (Üldvalem EH 4), millest ainult metaani CH4 on püsiv ühend.
• mitte-moodustavad oksiidid - madalamad oksiidid CO ja SIO;
• happeoksiidid - kõrgem CO 2 ja Si02 oksiidid - see vastab hüdroksiididele, mis on nõrgad happed: H2CO 3 (söehape), H2 SiO3 (ränihape);
• amfoterioksiidid - GEO, SNO, PBO ja GEO 2, SNO 2, PBO 2 - Viimane vastab hüdroksiidide (IV) Germenium GE (OH) 4, Strontsium SN (OH) 4, pb (OH) 4;

Abstraktse märksõnad: süsinik, räni, elemendid IVA-rühma elemendid elementide, teemantide, grafiidi, karbiinide, fullereeni omadused.

IV Grupi elemendid on süsiniku, räni, Saksamaa, tina ja plii. Võtame üksikasjalikumalt süsiniku ja räni omadused. Tabel näitab nende elementide kõige olulisemaid omadusi.

Peaaegu kõik selle ühendid, süsinik ja ränik quadras Nende aatomid on põnevil olekus. Süsinikuaatomi valentsi kihi konfiguratsioon aatomi muutuste ergutamisel:

Sarnaselt muutuste ränikiaatomi konfiguratsioon muutustega räniaatomi konfiguratsiooni:

Süsiniku välise energiatasandil on räni aatomid 4 paaritute elektronid. Radius räni aatomi on suurem, tema valentsi kihil on vaba 3 d.See põhjustab erinevusi silikooni aatomite moodustavate linkide olemuses erinevusi.

Süsiniku oksüdatsiooni astet vahemikus -4 kuni +4-ni.

Süsiniku iseloomulik tunnus on selle võime moodustada ahelaid: süsinikuaatomid on ühendatud üksteisega ja moodustavad stabiilsed ühendused. Sarnased ränühendid on ebastabiilsed. Carbon võime kett moodustumise määrab olemasolu tohutu arvu orgaanilised ühendid .

Et anorgaanilised ühendid Süsinik sisaldab selle oksiide, kivisöe, karbonaatide ja bikarbonaatide, karbiide. Ülejäänud süsinikuühendid on orgaanilised.

Süsinikuelemendi jaoks on iseloomulik allotroopTema allotroopsed muudatused on diamond, grafiit, Carbin, Fullerene. Samuti on teada muud allotroopsete süsiniku modifikatsioonid.

Söe ja lõuna võib pidada amorfne Grafiidi sordid.

Silicon moodustab lihtsa aine - kristalliline räni. Seal on amorfne räni - valge pulber (ilma lisanditeta).

Teemantide, grafiidi ja kristallilise räni omadused on toodud tabelis.

Selgete erinevuste põhjuseks füüsikalised omadused grafiit ja teemant erinevate kristallvõrgu struktuur . Diamond kristallis, iga süsinikuaatom (välja arvatud need, mis on kristallide pinnal) vormid neli Võrdsed tugevad ühendused naaberriikide süsinikuaatomitega. Need võlakirjad suunatakse tetraeedri ülaosadele (nagu CH4 molekulis). Seega ümbritseb teemantkristallis iga süsinikuaatomit nelja sama aatomiga, mis asuvad tetraeedri ülaosas. Sümmeetria ja tugevus C-C-võlakirjade teemantkristallis määrata erakordne tugevus ja puudumine elektroonilise juhtivuse.

Sisse kristall-grafiit Iga süsinikuaatom moodustab kolm tugevat samaväärset sidet ühes tasapinnas külgnevate süsinikuaatomitega 120 ° nurga all. Selles tasapinnas moodustub kiht, mis koosneb korterist kuueliikmelisest rõngast.

Lisaks on iga süsinikuaatom Üks paarideta elektron. Need elektronid moodustavad üldise elektroonilise süsteemi. Ühendus kihtide vahel viiakse läbi suhteliselt nõrkade vahendite kulul. Kihid asuvad ühe võrreldes teisega nii, et ühe kihi süsinikuaatom on teise kihi kuusnurkist kõrgemal. Kihi sees C - C pikkus on 0,142 nM, kihtide vaheline kaugus on 0,335 nm. Ühendus kihtide vahel on palju vähem vastupidav kui aatomite vahelised seosed kihi sees. See põhjus omadused grafiit: See on pehme, kergesti imelik, on hall värv ja metalli läige, elektriliselt juhtiv ja keemiliselt aktiivne kui teemant. Crystal Lattetsite mudelite teemant ja grafiidi mudelid on näidatud joonisel.

Kas Grafiit on võimalik teemandil muuta? Selline protsess viiakse läbi jäigas tingimustes - rõhul umbes 5000 MPa ja temperatuuril 1500 ° C kuni 3000 ° C katalüsaatorite (NI) juuresolekul. Toodete peamine mass on väikesed kristallid (1 kuni mitu mm) ja teemant tolmu.

Karbiin - allotroopsete süsiniku alterf, milles süsinikuaatomid moodustavad tüübi lineaarse ahela:

-S-С≡С-s- (α-carbin, polüin) või \u003d C \u003d c \u003d c \u003d c \u003d c \u003d c \u003d (β-Carbin, poleeritud)

Nende ahelate vaheline kaugus on väiksem kui resti kihtide vahel, kuna tugevam intermolekulaarne interaktsiooni.

Karbiinid on must pulber, on pooljuht. Keemiliselt on see aktiivsem kui grafiit.

Fevreene - Allotroopse süsiniku modifikatsioon moodustavad molekulide moodustavad 60, 70 või 84. Molekuli sfäärilisel pinnal 60 süsinikuaatomiga ahju paiknevad parempoolse pentagonite parempoolse heksagoonide ja 12 tipustes. Kõik Fullereneres on suletud struktuurid süsinikuaatomitest. Fullereeni kristallid kuuluvad molekulaarse struktuuriga ainetele.

Silicon. On ainult üks stabiilne allotroopne räni muutmine, kristallrakk mis on sarnane teemantvõrega. Silicon - tahke, tulekindla ( t.° PL \u003d 1412 ° C), väga habras aine tumehall värvi metalli sära, standardsetes tingimustes - pooljuhtide.

Elemendid Süsinik Silicon SI, Germanium GE, TIN SN ja PROTE PB on perioodilise süsteemi IVA grupp D.I. Mendeleeva. Üldine elektrooniline valem valentsi aatomite tase nende elementide - n s. 2 N. p. 2, valitsedes elementide oksüdeerimise aste ühenduste +2 ja +4-ga. Elektronegatiivsuse järgi viitavad elemendid C ja SI mittemetallamile, GE, SN ja PB-le amfoticilementidele, mille metallomadused suurenevad järjestuse numbri suurenemisel. Seetõttu tina ühendites (IV) ja plii (IV) keemilised sidemed Kovalentne, plii jaoks (II) ja vähemal määral tina (II) ioonkristallide puhul on teada. Mitmetes elementides C-st PB, resistentsus oksüdatsiooni aste on +4 väheneb ja oksüdatsiooni aste on +2. Pliiühendid (IV) - tugevad oksüdeerijad, ühendid teiste elementide ühendid oksüdeerimiskraadiga +2 - tugevad redutseerivad ained.

Lihtsad ained Süsiniku, räni ja germanium on keemiliselt pigem inertsed ja ei reageeri vee ja mitteoksüdanthapetega. Tina ja plii ei reageeri ka veega, kuid mitteoksüdanthapete toimel liiguvad nad tina (II) detekteerimise vormis lahusesse ja plii (II) kujul. Leelis, süsinikule ei tõlgita, silikoon tõlgitakse raskustega ja Saksamaa reageerib leelisega ainult oksüdeerivate ainete juuresolekul. Tina ja plii reageerivad veega leeliselises keskkonnas, kolides tina (II) hüdroksamplekssetesse (II). Lihtsate ainete reaktiivsus IVA-grupi-pop-popiga suurendatakse temperatuuri suurendamisega. Niisiis, kuumutamisel reageerivad nad kõik metallide ja mittemetallidega, samuti oksüdeerivate hapetega (HNO3, H2S04 (konts.) Jne). Eelkõige kontsentreeritud lämmastikhape soojendamisel oksüdeerib süsinikku CO 2; Silicon lahustatakse keemiliselt HNO3 ja HF segus, pöörates vesiniku heksafluorosilikaat H2. Lahjendatud lämmastikhape tähendab tina tina nitraadiks (II) ja kontsentreeritud - hüdreeritud tinaoksiidi (IV) SNO 2 · n.H 2 O, kutsus β -Acid. Näidake kuuma lämmastikhappe vormide toime all plii nitraati (II), samas kui külm lämmastikhape passib selle metalli pind (moodustub oksiidi kile).

Süsinat vormis koksi kasutatakse metallurgiana tugeva redutseerija moodustunud õhu CO ja CO 2. See võimaldab teil saada vaba SN ja PB oma oksiididest - looduslikust SNO 2 ja PBO-st, mis saadakse plii sulfiidi sisaldava maagi röstiga. Silicon'i saab Si02-st magniatermilise meetodi abil (koos magneesiumi liiaga, moodustub Mg 2 SI silitsiidi).

Keemia süsinik - See on peamiselt keemia orgaanilised ühendid. Anorgaanilistest süsinikdioksiidi derivaatidest iseloomustavad karbiidid: soolalahus (näiteks CAC2 või AL 4C3), kovalentne (SIC) ja metallilaadne (näiteks FE 3 C ja WC). Paljud soolalahuse karbiidid hüdrolüüsitakse täielikult süsivesinike vabanemisega (metaan, atsetüleen jne).

Süsiniku vormid Kaks oksiidi: CO ja CO 2. Süsinikmonooksiidi kasutatakse pürometallurgiana tugeva redutseerijana (tõlgib metalloksiidide metallide). CO puhul iseloomustavad ka manuse reaktsioonid karbonüülkomplekside moodustumisega. Süsinikmonooksiid on mittekattekoksiid; Ta on mürgine (ditch gaas "). Süsinikdioksiid on happeline oksiid, vesilahuses eksisteeritakse monohüdraadi CO 2H2O ja nõrga kaheaastase söe-söel H2C C3 kujul. Sallable süsinikhappe soolad - karbonaadid ja süsivesinikud - hüdrolüüsi tõttu on neil pH\u003e 7.

Ränik Moodustab mitmeid vesinikuühendeid (silaanid), mis eristatakse kõrge volatiilsuse ja reaktiivsusega (iseettepanek õhus). Silaanide saamiseks kasutatakse silitsiide (näiteks magneesiummellid MG 2 SI) koostoimet vee või hapetega.

Silicon et oksüdatsiooni aste +4 on osa SiO 2 ja väga palju ja sageli väga keeruline struktuuri ja koostisega silikaatide (Si04 4-; Si2O 7 6-; SI4 O 11 6-; SI 4 O 12 8-, jne), mille elementaarne fragment on tetraeedri rühm. Silikoondioksiid on happeline oksiid, see reageerib leelisega, kui sulanduvad (moodustavad polümetasis-adoate) ja lahuses (ortosüülivate ioonide moodustumisega). Silicon Si02 Silicon Hydrate Silicon Si02 vabastatakse leelismetalli silikaatide lahendustest n.H2O, tasakaaluga, mille nõrk orto-ränihape H4 SiO4 on alati lahuses väikeses kontsentratsioonis. Vesilahused Hüdrolüüsi tõttu leelismetalli silikaadid on pH\u003e 7.

Tina ja juhtima Oksüdeerimise aste on +2 moodustavad SNO ja RBO oksiidid. Oxide tina (II) on termiliselt ebastabiilne ja lagunenud SNO 2 ja SN. Pliioksiidi (II), vastupidi, on väga stabiilne. See on moodustatud juhtpositsiooni põlemisel õhus ja leitakse looduses. TIN-i (II) ja plii (II) amfoternate obroksiidid.

Tina (II) vesinikatsioonil on tugevad happelised omadused ja seetõttu stabiilsed ainult pH-s< 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.

Tina (IV) ja plii (IV) amfoternad happeliste omaduste domineerimisega. Neile vastatakse EO 2 polühüdraatide · n.H2O, kolimine lahusesse hüdroksamentide kujul ülemäärase leelise toimel. Oksiidi tina (IV) on moodustatud tina põlemisel õhus ja pliioksiidi (IV) võib saada ainult pliiühenditel (II) tugevad oksüdeerijad (Näiteks kaltsiumhüpoklorit).

Tina (IV) kovalentne kloriidi hüdrolüüsitakse täielikult SNO2 vabanemisega veega ja pliiakloriidi (IV) on painduv veega, rõhutades kloori ja taastada plii kloriidiks (II).

Tin (ii) ühenditel (II) on asendusomadused, eriti tugevad leeliselises keskkonnas ja pliiühendid (IV) - oksüdatiivsed omadused, eriti happelises keskkonnas. Ühine pliiühend on selle topeltoksiid (PB2 II PB IV) O4. Seda ühendit lämmastikhappe lagunemise all on plii (ii) lahusesse katiooni kujul ja pliioksiidi (IV) sadestuma. Topeltoksiidi plii (IV) asub selle ühendi tugevad oksüdatiivsed omadused.

Saksamaa sulfide (IV) ja tina (IV) Nende elementide amfootersuse tõttu naatriumsulfiidi liigse liiaga lahustuva triosoli lisamisega, näiteks Na2 GES 3 või Na2 SNS 3 lisamisega. Sama tiossooli tina (IV) võib saada tina (II) SNS-i sulfiidist selle oksüdeerimisega NAT-RIYAL polüsulfiidi oksüdatsiooniga. Thiosoli hävitatakse tugevate hapete toimega gaasiliste H2S-i ja GES2 või SNS2 sademisega. Sulfiidi plii (II) ei reageeri polüsulfiididega ja pliidi sulfiidi (IV) ei ole teada.