Сравнительная характеристика водородных соединений элементов IV группы главной подгруппы

Наиболее изучены простейшие гидриды состава ЭН₄, которые соответственно называют метан, силан, герман, станнан, плюмбан.

Строение и свойства гидридов элементов IV группы

Свойство	CH4	SiH4	GeH4	SnH4	PbH4
Длина связи Э–Н, пм	109	148	153	170	–
Энергия связи, кДж/моль	414	318	309	297	205
Температура плавления, ºС	–182	–185	–165	–146
Температура кипения, ºС	–162	–112	–88	–52
Стандартная энтальпия образования , кДж/моль	–75,2	33,4	90,2	163	250

В IV группе главной подгруппе сверху вниз орбитальный радиус увеличивается, поэтому длина связи Н – Э возрастает, а энергия связи Н – Э уменьшается.

Молекулы ЭН₄ представляют собой тетраэдры, поэтому их дипольный момент равен нулю.

В ряду от CH₄ к SnH₄ температуры плавления и кипения возрастают. Температуры плавления и кипения зависят от величины энергии межмолекулярного взаимодействия. Это возрастание объясняется увеличением поляризуемости вследствие увеличения длины химической связи и общего числа электронов.

Термическая устойчивость в ряду от CH₄ к PbH₄ уменьшается, что объясняется увеличением длины связи и уменьшением прочности связи Н – Э. Плюмбан был получен лишь в следовых количествах и не охарактеризован.

Свойства метана рассматриваются в органической химии.

Кислородные соединения углерода

Известно несколько кислородных соединений углерода – CO, CO₂, C₃O₂, C₅O₂, C₆O₉ и циклические соединения C₁₂O₁₂ и (С₄О₃)_n. Наиболее распространенными из этих оксидов являются оксид углерода (II) и оксид углерода (IV).

Оксид углерода (II) (монооксид углерода) СО – бесцветный, малорастворимый в воде газ, без запаха ( , ). Очень ядовитый газ. Мало растворим в воде (2,32 мл в 100 г воды при 20 ºС) . Гемоглобин крови образует комплекс с оксидом углерода (II) (который в 300 раз устойчивее аналогичного комплекса с кислородом), после чего гемоглобин утрачивает способность соединяться с кислородом и быть его переносчиком. Наступает «кислородное голодание клеток». Предельно допустимая концентрация СО в воздухе 0,02 мг/л.

В молекуле оксида углерода (II) тройная связь. С точки зрения метода валентных связей две связи образованы путем перекрывания неспаренных 2р-электронов углерода и кислорода, а третья связь – по донорно-акцепторному механизму за счет свободной 2р атомной орбитали атома углерода и электронной пары атома кислорода. Таким образом, метод валентных связей объясняет наличие тройной связи и донорные свойства молекулы оксида углерода (II).

Особенности химической связи и свойства оксида углерода (II) можно объяснить с помощью метода молекулярных орбиталей. Порядок связи в молекуле СО равен 3, что согласуется с методом валентных связей. Тройная связь прочная, ее энергия равна 1070 кдж/моль, что превышает энергию тройной связи в молекуле азота (939 кДж/моль). Молекула СО не содержит неспаренных электронов, является диамагнитной.

Молекул СО сочетает свойства донора и акцептора. Донорные свойства связаны с наличием неподеленной электронной пары на связующей молекулярной орбитали. С другой стороны две вакантные -орбитали могут принимать d-электроны переходного металла и образовывать -связи Me – C. Такое донорно-акцепторное взаимодействие объясняет большую прочность химической связи в карбонилах переходных металлов. Карбонилы образуются при взаимоедйствии СО с переходными металлами: