1.8 Характеристика елементів - неметалів ivа-групи

Значення розділу. Елементи IVА-групи Карбон, Силіцій є неметалами, а Германій вважається напівметалом. Важливість знань про ці елементи для матеріалознавця зумовлена практичною значущістю матеріалів, що виготовляються з їх сполук. Наведемо лише декілька прикладів щодо алотропних модифікацій Карбону: графіт використовується як матеріал для електродів, алмаз – як абразивний матеріал. Останніми роками продовжується інтенсивний пошук шляхів застосування фулеренів у різних галузях людської діяльності, вчені розглядають можливість їх використання як наноструктурних матеріалів. На основі інших елементів IVА-групи – Силіцію та Германію – виготовляються напівпровідникові матеріали.

Цілі вивчення розділу:

- розвиток уявлень про закономірності змінювання властивостей хімічних елементів у підгрупах на прикладі елементів IVА-групи;

- поглиблення знань про залежність властивостей речовин від їх будови на прикладі вуглецю, кремнію та германію;

- формування знань про властивості вуглецю, силіцію, германію;

- розгляд прикладів застосування матеріалів, що містять сполуки елементів Карбону, Силіцію, Германію.

Результати вивчення розділу

Необхідно знати:

1 Особливості електронної будови атомів елементів IVА-групи і закономірності зміни їх властивостей.

2 Будову кристалічних ґраток графіту, алмазу, кремнію, германію, особливості будови карбіну та фулерену.

3 Характеристику алотропних модифікацій Карбону (властивості, застосування).

4 Характеристику кремнію (властивості, застосування).

5 Характеристику германію (властивості, застосування).

Необхідно вміти:

1 Порівнювати електронну будову атомів елементів IVА-групи і закономірності зміни їх властивостей.

2 Описувати особливості будови кристалічних ґраток графіту, алмазу, кремнію, германію.

3 Складати рівняння хімічних реакцій, які ілюструють хімічні властивості вуглецю, кремнію, германію.

5 Пояснювати властивості та галузі використання сполук елементів IVА-групи , спираючись на їх властивості.

Література для підготовки теоретичного матеріалу

Опрацювати розділ 5.7 посібника [3].

План вивчення розділу

1 Характеристика елементів IVА-групи: електронна будова, розміщення у ПС, формули типових сполук.

2 Алотропні модифікації Карбону: кристалічна будова, фізичні властивості, хімічні властивості, застосування.

3 Силіцій та германій: будова, властивості, застосування.

4 Приклади розв’язання типових задач і виконання завдань.

5 Завдання для самоперевірки.

Приклади розв’язання типових задач і виконання завдань

Приклад 1 Скласти рівняння хімічних реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

діоксид силіцію кремній діоксид силіцію натрій силікат силікатна кислота

Розв’язання: 1)

2)

3)

4)

Приклад 2 Складіть по два рівняння хімічних реакцій, в яких вуглець є: а)відновником; б) окисником.

Розв’язання: а)

б)

Приклад 3 Схарактеризуйте відношення силіцій(IV) оксиду до: а) води; б) кислот; в) лугів.

Розв’язання: а) cиліцій(IV) оксид є нерозчинним оксидом, тому не взаємодіє з водою;

б) оскільки належить до кислотних оксидів, він не реагує з кислотами, окрім плавикової:

.

Однак практично з розчинів плавикової кислоти силіцій флуорид не виділяється, тому що починає одразу взаємодіяти з надлишком кислоти з утворенням осаду гексафлуоросилікатної кислоти:

в) завдяки міцній кристалічній ґратці та невисокій хімічній активності силіцій(IV) оксид виявляє стійкість до розчинів лугів, незважаючи на те, що належить до кислотних оксидів. Але при сплавленні за високих температур SiO₂ реагує з лугами:

Приклад 4 Який об’єм 4,5 % розчину сульфатної кислоти ( г/мл) необхідний для взаємодії з 50 г технічного натрій карбонату, який містить 16% домішок, що не реагують з кислотами.

Розв’язання. Масова частка натрій карбонату у технічному зразку становить:

.

Тоді маса чистого натрій карбонату в зразку є такою:

Знаходимо кількість речовини натрій карбонату:

Складаємо рівняння хімічної реакції:

.

За рівнянням реакції встановлюємо, що:

Розраховуємо об’єм розчину сульфатної кислоти:

Завдання для самоперевірки

Завдання №1-15 мають чотири варіанти відповіді, з яких тільки одна правильна.

1 Виберіть електронну формулу Силіцію:

А Б

В Г

2 Виберіть тип гібридизації атомних орбіталей Карбону в алмазі:

А Б В Г

3 Виберіть хімічний елемент атом якого має найменший радіус:

А Б В Г

4 Яка кількість - зв’язків міститься в молекулі :

А чотири; Б три; В два; Г жодного?

5 Назвіть формулу сполуки, в якій Карбон має негативне значення ступеня окиснення:

А Б В Г

6 Який тип кристалічної ґратки притаманний для сполуки SiO₂:

А металічний; Б йонний; В атомний; Г молекулярний?

7 Яка властивість алмазу зумовлює його застосування як абразивного матеріалу:

А тугоплавкість; Б електрична провідність;

В теплопровідність; Г висока твердість.

8 Як можна розрахувати енергетичний перехід

А на підставі даних дослідження кристалічних ґраток графіту та алмазу;

Б на підставі даних про теплові ефекти згоряння графіту та алмазу;

В експериментально в калориметрі, шляхом вимірювання теплового ефекту переходу

Г на підставі порівняння густини графіту та алмазу.

9 Реакція відбувається за схемою: . Назвіть сумарне число всіх атомів у формульній одиниці продукту реакції, що містить Силіцій:

А 2; Б 3; В 5; Г 6.

10 Реакція відбувається за схемою: . Назвіть сумарне число усіх атомів у формульній одиниці продукту реакції, що містить Германій:

А 9; Б 15; В 17; Г 10.

11 Реакція відбувається за схемою: . Назвіть сумарне число усіх атомів у формульній одиниці продукту реакції, що містить Карбон:

А 2; Б 3; В 5; Г 6.

12 Складіть рівняння хімічної реакції за наведеною схемою. . Назвіть суму всіх коефіцієнтів у рівнянні хімічної реакції:

А 10; Б 9; В 8; Г 7.

13 Складіть рівняння хімічної реакції за наведеною схемою. . Назвіть суму коефіцієнтів у рівнянні хімічної реакції:

А 2; Б 4; В 6; Г 8.

14 Назвіть формулу речовини, яка може бути використана для розпізнавання карбонатів:

А Б

В Г

15 Виберіть елемент, сполуки якого застосовують у сонячних батарейках, комп’ютерних чипах:

А Б В Г

Завдання № 16-20 мають на меті встановлення відповідності. До кожного рядка, позначеного цифрою, необхідно добрати відповідь, позначену буквою.

16 Установіть відповідність між електронною формулою елемента та його ступенем окиснення:

Електронна формула	Ступінь окиснення
1 ;	А ;
2 ;	Б ;
3 ;	В ;
4 .	Г .

17 Установіть відповідність між тривіальними назвами та формулами сполук:

Тривіальна назва сполуки	Формула сполуки
1 питна сода;	А ;
2 кварц;	Б ;
3 каситерит;	В ;
4 кальцинована сода.	Г .

18 Установіть відповідність між речовиною та твердженням про неї:

Назва речовини	Твердження про речовину
1 графіт;	А «сухий лід»;
2 карбон(ІІ) оксид;	Б за наявності окисників розчиняється в лугах;
3 вуглекислий газ;	В провідник;
4 германій.	Г відновник.

19 Установіть відповідність між рівнянням реакції, в якому є карбон(ІІ) оксид і характеристикою карбон (ІІ) оксиду у реакції:

Рівняння хімічної реакції	Характеристика карбон (ІІ) оксиду
1 ;	А ліганд;
2 ;	Б відновник;
3 ;	В продукт реакції;
4 .	Г окисник.

20 Установіть відповідність між речовиною та використанням:

Назва речовини	Характер використання речовини
1 алмаз;	А матеріал електродів;
2 діоксид силіцію;	Б абразивний матеріал;
3 германій;	В кварцове волокно;
4 графіт.	Г напівпровідниковий матеріал.

Завдання № 21-25 мають на меті розташування відповідей у певному порядку згідно із запропонованим завданням.

21 Розташуйте елементи у послідовності зростання неметалічних властивостей:

А Б В Г

22 Розташуйте оксиди у послідовності зростання кислотних властивостей:

А Б В Г

23 Розташуйте елементи у послідовності збільшення атомного радіуса:

А Б В Г

24 Розташуйте елементи у послідовності зростання поширеності у земній корі:

А Б В Г

25 Розташуйте речовини у послідовності зростання твердості кристалічної ґратки:

А карборунд; Б кварц; В алмаз; Г графіт.