Elementi skupine IVa. Glavne spojine ogljika

Skupina IVA. kemični elementi Periodični sistem D.I. MendelEV vključuje ne-kovine (ogljik in silicij), kot tudi kovine (Nemčija, kositer, svinec). Atomi teh elementov vsebujejo štiri elektrone na ravni zunanje energije (NS 2 NP 2), od katerih sta dva nista seznanjena. Zato lahko atomi teh elementov v spojinah kažejo Valence II. Atomi Elementov IVa skupine lahko nadaljujejo z vzbujenim stanjem in povečajo število neparskih elektronov na 4 in v skladu s tem, v spojinah kažejo najvišjo valenco, ki je enaka številu skupine IV. Ogljik v spojinah prikazuje stopnje oksidacije od -4 do +4, do konca, se stopnje oksidacije stabilizirajo: -4, 0, +2, +4.

V atomu ogljika, v nasprotju z vsemi drugimi elementi, je število valenčnih elektronov enako številu valenty orbital. To je eden od glavnih razlogov za trajnost C-C in izjemnega naklona ogljika na oblikovanje homocednega, kot tudi obstoj veliko število Ogljikove spojine.

V spremembi lastnosti atomov in spojin v seriji C-SI-GE-SN-PB se sekundarni periodični kaže (tabela 5).

Tabela 5 - Značilnosti atomov elementov IV Group

Sekundarna periodičnost (nenenotonske spremembe v lastnostih elementov v skupinah) je posledica narave penetracije zunanjih elektronov na jedro. Tako je ne-monotoničnost spremembe v atomskem radij med prehodom iz silicija v Nemčijo in iz kositra na svinec, je posledica prodiranja S-Electronov, pod zaslonom 3D 10 -Ementroni v Nemčiji in Dvojni zaslon 4F 14 - in 5d 10-Elektroni pri svincu. Ker se sposobnost prodora zmanjšuje v serijo S\u003e p\u003e d, se notranja periodičnost v spremembi lastnosti najbolj jasno kaže v lastnosti elementov, ki jih določa S-elektronov. Zato je najbolj značilna za spojine elementov skupin periodičnega sistema, ki ustrezajo najvišji oksidaciji elementov.

Ogljik se bistveno razlikuje od drugih R-elementov skupine visoke ionizacijske energije.

Ogljik in silicij imata polimorfne modifikacije drugačna stavba kristalne rešetke. Germanium se nanaša na kovine, srebrno-belo barvo z rumenkasto odtenkom, vendar ima diamantno kot atomsko kristalno mrežo s trajnim kovalentne vezi. TIN ima dve polimorfni modifikaciji: modifikacija kovine s kovinsko kristalno mrežo in kovinsko vezjo; Nekovinska sprememba z atomsko kristalno mrežo, ki je odporna na temperature pod 13,8 ° C, je svinca temna siva kovina s kovinsko središče kubične kristalne greri. Spreminjanje strukture preproste snovi V številnih nemških-kositrnih voditeljih ustreza spremembi njihovih fizikalnih lastnosti. Torej germanija in nekovinske kositra - polprevodniki, kovinski kositer in vodilni vodniki. Sprememba vrste kemične vezi od prednostno kovalentne do kovinske kovine spremlja zmanjšanje trdote preprostih snovi. Torej, germanij je precej trden, svinca se zlahka valja na tanke pločevine.

Spojine elementov z vodikom imajo formulo EN 4: CH 4 - metan, SIH 4 - Silan, Geh 4 - Hermann, SNH 4 - Stannan, PBH 4 - PBH 4 - PBHAN. V vodi je netopna. Od zgoraj navzdol v vrsti vodikovih spojin se njihova stabilnost zmanjša (Plumban je tako nestabilen, da ga lahko presojajo samo posredni znaki).

Spojine elemente s kisikom imajo splošne formule: EO in EO 2. CO in Sio Oksidi ne oblikujejo; GEO, SNO, PBO-amfoterski oksidi; CO 2, SIO 2 GEO 2 - kislina, SNO 2, PBO 2 - amfoter. S povečanjem stopnje oksidacije, kislinske lastnosti oksidov povečujejo, osnovne lastnosti oslabijo. Podobno se spremenijo lastnosti posameznih hidroksidov.

Elektronske formule inertnih plinov:

• On-1S 2;
• NE - 1S 2 2S 2 2P 6;
• AR-1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6;
• KR - 3D 10 4S 2 4P 6;
• XE - 4D 10 5S 2 5P 6;

Sl. Strukturo atoma ogljika.

V skupini 14 (IVA, skupina stare klasifikacije) periodične tabele kemijskih elementov D. I. MENDELEEV vključuje 5 elementov: ogljik, silicije, germanij, kositer, svinec (glej zgornjo tabelo). Ogljik in silicij sta nekovina, Nemčija je snov, ki manifestira kovinske lastnosti, kositra in svinca - tipične kovine.

Najpogostejši element v zemeljski skorji (IVA) je silicij (drugi po kisiknem elementu za razširjenost na zemlji) (27,6% po teži), nato po: ogljik (0,1%), svinec (0,0014%), kositer (0,00022%) , Nemčija (0,00018%).

Silicon, za razliko od ogljika, se ne najde v prosti obliki v naravi, je mogoče najti samo v povezani obliki:

• Sio 2 - Silicijev dioksid se pojavi v kvarcu (del številnih kamnin, peska, gline) in njegovih sort (agate, ametist, gorski kristal, jasper, itd);
• silikati so bogat s silicijem: smukec, asbesti;
• aLUMIMINOSILICATES: PLUM, SLOUD, KAOLIN.

Germanij, kositer in svinec niso našli v prosti obliki v naravi, vendar so del nekaterih mineralov:

• nemčija: (Cu 3 (Fe, GE) S 4) - Mineralni Germanit;
• tin: Sno 2 - Casiteritis;
• svinec: PBS - Galenit; PBSO 4 - angleščina; PBCO 3 - makust.

Vsi elementi 14 (IV) skupin v neznani državi na zunanji energetski ravni imajo dva unpaired P-Electron (Valence je na primer, na primer CO). Pri prehodu na navdušeno stanje (postopek zahteva stroške energije) En seznanjen S-Electron zunanja raven "skokov" na prosti P-orbital, s čimer se oblikuje, tako 4 "enojne" elektrone (ena na S-Suro in tri na PP- SUPEL) Kaj sega valence priložnosti Elementi (Valence je enaka 4: na primer, CO 2).

Sl. Prehod ogljikovega atoma v navdušeno stanje.

Na zgornjem delu razloga lahko elementi 14 (IV) skupine kažejo stopnjo oksidacije: +4; +2; 0; -Four.

Ker je elektron z elektronom z S-SU-P-Superder zaporedoma iz ogljika do svinca, je potreben več in več energije (za vzbujanje ogljikovega atoma, veliko manj energije je potrebna večja energija kot za vzbujanje svinčevega atoma ), ogljik "kdo" je bolj pripravljen "vstopajoče spojine, v katerih kaže štiri valence; In vodi - dva.

Enako lahko rečemo o stopnjah oksidacije: zapored iz ogljika do svinca, manifestacija oksidacijskih stopenj je +4 in -4 zmanjšuje, stopnja oksidacije pa se poveča +2.

Ker sta ogljik in silicij ne-kovine, lahko kažejo kot pozitivno in negativna stopnja Oksidacije, odvisno od spojine (v spojinah z več elektronskimi elementi C in SI, dajejo elektrone in jih dobimo v povezavah z manj elektronegativnimi elementi):

C +2 O, C +4 O 2, SI +4 CL 4 C -4 H 4, Mg 2 SI -4

GE, SN, PB, kot kovine v povezavah vedno dajejo svoje elektrone:

GE +4 CL 4, SN +4 BR 4, PB +2 CL 2

Elementi skupine ogljika tvorijo naslednje spojine:

• nestabilen hlapne vodikove spojine (splošna formula EH 4), od katerih je samo metan CH4 stacionarna spojina.
• oksidi brez oblikovanja - nižji oksidi CO in Sio;
• kislinske okside. - Višji CO 2 in SIO 2 oksidi - ustreza hidroksidom, ki so šibke kisline: H 2 CO 3 (koalična kislina), H 2 SIO 3 (silicijska kislina);
• amfoterski oksidi - GEO, SNO, PBO in GEO 2, SNO 2, PBO 2 - slednje ustrezajo hidroksidom (IV) Germanom GE (OH) 4, Stroncij SN (OH) 4, Svinec PB (OH) 4;

Ključne besede povzetka: ogljik, silicij, elementi IVa-skupine, lastnosti elementov, diamant, grafit, ogrbin, Fulered.

IV Elementi skupine so ogljik, silicij, Nemčija, Tin in svinca. Podrobneje razmislimo o lastnostih ogljika in silicija. Tabela prikazuje najpomembnejše značilnosti teh elementov.

Skoraj vse njegove spojine, ogljik in silicije quadras. Njihovi atomi so v navdušeni državi. Konfiguracija valenčnega sloja atoma ogljika med vzbujanjem atoma se spremeni:

Podobno se spremeni konfiguracija silicijevega atoma silicijevih spremenljivk:

Na zunanji energetski ravni ogljika in silicijevih atomov so 4 neparski elektroni. Polmer atoma silicijevega atoma je večji, na svojem valenčnem sloju 3 d.To povzroča razlike v naravi povezav, ki tvorijo silicijeve atome.

Stopnja ogljikovega oksidacije se spremeni v območju od -4 do +4.

Značilnost ogljika je njegova zmožnost oblikovanja verig: atomi ogljika so med seboj povezani in oblikujejo stabilne povezave. Podobne silicijeve spojine so nestabilne. Oblikovanje ogljika za tvorbo verige določa obstoj velikega števila organske spojine .

TO anorganske spojine Ogljik vključuje njegove okside, premogovna kislina, karbonate in bikarbonate, karbide. Preostale ogljikove spojine so ekološke.

Za ogljikov element je značilen alotropy.Njegove alotropične spremembe so diamond, grafit, Carbin, Fulered. Znane so tudi druge allotropne spremembe ogljika.

Premoga in južno lahko obravnavamo kot amorfno Grafitne sorte.

Silicon tvori preprosto snov - kristalinični silicije. Obstaja amorfni silicij - bel prah (brez nečistoč).

V tabeli so prikazane lastnosti diamantov, grafita in kristaliničnega silicija.

Vzrok za izrecne razlike v fizične lastnosti grafit in diamant zaradi različnih struktura kristalne mreže . V diamantnem kristalu, vsak atom ogljika (razen tistih, ki so na površini kristalnih) obrazcev štiri Enake močne povezave s sosednjimi atomi ogljika. Te obveznice so usmerjene na vrhove tetraedra (kot v molekuli CH4). Tako je v diamantni kristalu vsak atom ogljika obdan s štirimi istemi atomi, ki se nahajajo na vrhovih tetraedra. Simetrija in moč C-C-C-vezi v diamantnem kristalu določajo izjemno moč in pomanjkanje elektronske prevodnosti.

At. crystal Graphite. Vsak atom ogljika tvori tri močne enakovredne vezi s sosednjimi atomi ogljika v eni ravnini pod kotom 120 °. V tej ravnini se tvori plast, sestavljena iz ravnih šest-členskih obročev.

Poleg tega ima vsak atom ogljika en neparski elektron. Ti elektroni tvorijo splošen elektronski sistem. Povezava med plasti se izvede na račun relativno šibkih intermolekularnih sil. Plasti se nahajajo eno glede na drugo na tak način, da je atom ogljika ene plasti nad središčem šesteroga drugega sloja. Dolžina C-C v plasti je 0,142 nm, razdalja med plastmi 0,335 nm. Povezava med plasti je veliko manj trpežna kot povezave med atomi znotraj plaste. To povzroča lastnosti grafita: Je mehka, lahko čudna, ima siva barva in kovinski sijaj, električno prevodna in kemično aktivna kot diamant. Na sliki so prikazani Diamond in grafit.

Ali je mogoče obrniti grafit v diamantu? Tak postopek se izvede v togih pogojih - pri tlaku okoli 5000 MPa in pri temperaturi od 1500 ° C do 3000 ° C nekaj ur v prisotnosti katalizatorjev (NI). Glavna masa izdelkov je majhna kristale (od 1 do več mm) in diamantni prah.

Karbin. - allotropno ogljikovo obotavljanje, v katerem ogljikovi atomi tvorijo linearne vezice tipa:

-S-С≡С-S- (α-karbin, poliin) ali \u003d C \u003d C \u003d C \u003d C \u003d C \u003d C \u003d C \u003d C \u003d (β-karbin, poliran)

Razdalja med temi verigami je manjša kot med rešetko, zaradi močnejše intermekularne interakcije.

Karbine je črni prah, je polprevodnik. Kemično je bolj aktivna kot grafit.

Fulered. - alotropna modifikacija ogljika, ki jo tvorijo molekule s 60, od 70 ali od 84. Na sferični površini molekule s 60 atomi ogljika se nahajajo v vozliščih 20 od desnih šestkotnikov in 12 desnih pentagonov. Vse Fulereneres so zaprte strukture od ogljikovih atomov. Crystals Crystals pripadajo snovi z molekularno strukturo.

Silicon. Obstaja samo ena stabilna alotropna silicijska sprememba, kristalna celica ki je podobna diamantni rešetki. Silicon - trdno, ognjevarno ( t.° PL \u003d 1412 ° C), zelo krhka snov temno sive barve s kovinskim bleščicami, pod standardnimi pogoji - polprevodniški.

Elemente Ogljik z, Silicon Si, germanom GE, TIN TIN SN in Svinec PB sta skupina IVa periodičnega sistema D.I. MendelEva. Splošna elektronska formula za raven valence atomov teh elementov - N s. 2 N. str. 2, prevladujoče stopnjo oksidacije elementov v povezavah +2 in +4. Elektronegrativnost, elementi C in SI se nanašajo na NONMETALAM, GE, SN in PB za amfoterne elemente, katerih kovinske lastnosti povečujejo, ko se število zaporedja poveča. Zato v kositrnih spojinah (IV) in svinec (IV) kemijske vezi Kovalent, za svinec (II) in v manjši meri za kositer (II) Ionski kristali so znani. V številnih elementih C do PB je odpornost stopnje oksidacije +4 zmanjša, stopnja oksidacije pa +2. Svinčeve spojine (IV) - močni oksidangi, spojine drugih elementov v oksidacijsko stopnjo +2 - močne redukcije.

Preproste snovi Ogljik, silicij in germanij so kemično precej inertna in se ne odzivajo z vodo in ne-oksidacijskimi kislinami. Tin in svinca se prav tako ne reagirata z vodo, temveč pod delovanjem ne-oksidacijskih kislin, se gibljejo v raztopino v obliki predzadovanja kositra (II) in svinec (II). Alkali, ogljik se ne prevede v raztopino, silicij se prevede s težavo, in Nemčija reagira z alkalijem le v prisotnosti oksidacijskih sredstev. Tin in svinčnik reagira z vodo v alkalnem mediju, ki se premakne na kositra (ii) hidroksampleksi (II). Reaktivnost preprostih snovi Iva-Group-POP je okrepljena s povečanjem temperature. Torej, pri segrevanju, vsi reagirajo s kovinami in ne-kovini, kot tudi z oksidacijskimi kislinami (HNO 3, H2 SO 4 (CONC) itd.). Zlasti koncentrirana dušikova kislina med ogrevanjem oksidira ogljik do CO 2; Silicon je kemično raztopljen v mešanici HNO 3 in HF, ki se spreminja v vodik heksafluoroorosilikat H 2. Razredčena dušična kislina prevaja TIN v kositrarni nitrat (II) in koncentrirano - v hidriranem tin oksid (IV) SNO 2 · n.H 2 O, poklican β -OD kislina. Vožnja pod delovanjem vroče netrarske kisline, ki vodi nitrat (II), medtem ko hladna dušikova kislina pasivira površino te kovine (tvorjen oksidni film).

Ogljik v obliki koksa se uporablja v metalurgiji kot močno redukcijsko sredstvo, oblikovano v Air CO in CO 2. To vam omogoča, da dobite FREE SN in PB iz njihovih oksidov - naravni SNO 2 in PBO, ki ga dobimo z pekostjo rud, ki vsebuje svinec sulfida. Silicon lahko dobimo z magniatermično metodo SIO 2 (s presežkom magnezija, MG 2 SI Silicid se oblikuje).

Kemija carbon. - To je predvsem kemijska organska spojina. Od anorganskih derivatov ogljika so značilni karbidi: slanica (kot je CAC 2 ali AL 4 C3), kovalentna (SIC) in kovinski (na primer FE 3 C in WC). Veliko slanih karbidov je popolnoma hidrolizirano z izdajo ogljikovodikov (metan, acetilen, itd).

Ogljik oblikuje dva oksid: CO in CO 2. Ogljikov monoksid se uporablja v pirometalurgiji kot močan redukcijski agent (prevede kovinske okside kovinom). Za CO je značilna tudi reakcije pritrditve z tvorbo karbonilnih kompleksov, na primer. Ogljikov monoksid je ne-premazni oksid; On je strupena ("jat plin"). Ogljikov dioksid je kisla oksid, v vodni raztopini obstaja v obliki monohidrata CO 2 · H 2 O in šibke bienalne koalične kisline H 2 C3. SALUBLE Karbonske kislinske soli - karbonati in ogljikovodike - zaradi hidrolize imajo pH\u003e 7.

Silicije Oblikuje več vodikovih spojin (silanov), ki jih odlikuje visoka nestanovitnost in reaktivnost (samoposnetek v zraku). Za pridobitev silanov se uporablja interakcija silikocidov (na primer magnezijev silicid Mg 2 SI) z vodo ali kislinami.

Silicon do stopnje oksidacije +4 je del SIO 2 in zelo številnih in pogosto zelo zapletena na strukturi in sestavo silikatnih ionov (SIO 4 4-; SI 2 O 7 6-; SI 3 O 9 6-; SI 4 O 11 6-; SI 4 O 12 8-, itd.), Či katerega osnovna fragment je tetraedralna skupina. Silicijev dioksid je kisli oksid, ki reagira z alkalisom pri fiksiranju (tvorjenju polimetasis-liktate) in v raztopini (z tvorbo ortoziliranih ionov). Silicon Sio 2 Silicon Hydrarat Silicon SIO 2 se sprosti iz raztopin alkalijev n.H 2 O, v ravnovesju, s katerim je šibka ortokolicijska kislina H 4 SIO 4 vedno v raztopini v majhni koncentraciji. Vodne rešitve Alkalijske kovinske silikate zaradi hidrolize so pH\u003e 7.

Kositer in lead. Stopnja oksidacije je +2 oblika Sno in RBO okside. Oxide Tin (II) je termično nestabilen in razgrajen na SNO 2 in SN. Svižni oksid (II), nasprotno, je zelo stabilen. Oblikovana je med izgorevanjem svinca v zraku in se nahaja v naravi. Oobroksidi kositra (II) in svinca (II) Amfoterns.

Rikonkcija kositra (II) kaže močne kisle lastnosti in zato stabilne le pri pH< 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 kositra (IV) in svinca (IV) Amfoterns z prevlado kislih lastnosti. Odgovarjajo se z EO 2 polihidrati · n.H 2 O, ki se giblje v raztopino v obliki hidroksamov pod delovanjem odvečnih alkalijev. Oxide Tin (IV) se oblikuje med izgorevanjem kositra v zraku, in svinčevega oksida (IV) se lahko doseže le pod dejanjem na svinčevih spojinah (II) močni oksidanti (na primer kalcijev hipoklorit).

Kovalentni klorid kositra (IV) je popolnoma hidroliziran z vodo z izpustom SNO 2, vodni klorid (IV) pa se razpade z vodo, označen s klorom in obnavljanjem na vodni klorid (II).

TIN (II) Spojine (II) Razstavljajo nadomestne lastnosti, še posebej močne v alkalnem mediju, in svinčeve spojine (IV) - oksidativne lastnosti, zlasti v kislem mediju. Skupna svinčena spojina je njegov dvojni oksid (PB 2 II Pb IV) približno 4. Ta spojina pod delovanjem dušikove kisline razpade, svinca (II) gre v raztopino v obliki kation, in svinčni oksid (IV) pade v oborino. Nahaja se v dvojnem oksidnem svincu (IV), določa močne oksidativne lastnosti te spojine.

Nemčije sulfide (IV) in kositer (IV) na podlagi amferiranosti teh elementov z dodajanjem presežnega natrijevega sulfida, ki je topen tiosoli, na primer, na 2 GES 3 ali na 2 SNS 3. Isto tiozol kositer (IV) se lahko pridobi iz sulfida kositra (II) SNS z oksidacijo nat-riyal polisulfida. Thiosoli se uniči z delovanjem močnih kislin z izpustom plinastih H 2 s in oborine GE 2 ali SNS 2. Sulfidni svinec (ii) se ne odziva na polisulfide in vodi sulfid (IV) ni znan.