Соединения с водородом

Метан получается при разложении органических веществ без доступа О₂², поэтому он является составной частью (60-90%) природных газов (рудничных, болотных и др.), а также коксового. Будучи экзосоединением образуется из ИПВ в отличие от аналогов ЭН₄, которые получают косвенно, например, действием HCl на соединения Э с М.

Неполярность и слабая поляризуемость молекул метана является причиной малой растворимости его в воде, а также низких т.пл. и т.кип. Их значения к плюмбану возрастают, причем монтонно, в отличие от того, что наблюдалось в V-VII группах (?).

Вследствие снижения устойчивости в подгруппе ( разлагается выше 800⁰С, а – при н.у.) увеличивается их химическая активность. Так, при об.у. метан инертен (из-за координационной насыщенности C) и потому не реагирует ни с кислотами, ни со щелочами. А силан из-за меньшей прочности связи и отрицательной поляризации водорода взаимодействует с HCl:

,

а также (в отличие от ) с водой (но медленно):

.

Быстрее гидролиз идет в присутствии щелочи (даже следов), в то же время станнан реагирует лишь с концентрированным ее раствором или при сплавлении:

.

Немонотонное изменение активности вызвано особой прочностью ХС кремния (как и других элементов 3-го периода) с О (а также с F) из-за эффективного (р-d)-перекрывания.

Водородные соединения с гомоцепями состава , где , особенно устойчивы для углерода, поэтому n может принимать очень большие значения! Для остальных же элементов данной группы полимеры гораздо менее стабильны. Как следствие, для кремния , для германия , а для олова известен лишь дистаннан. Причем полисоединения более реакционноспособны, чем мономеры. Так, дисилан воспламеняется при комнатной температуре, а силан – при 140⁰С.

Подчеркнем, что с все гидриды данной группы реагируют с большим экзоэффектом ( – калорийное топливо!) и образуют с ним взрывоопасные смеси (этим объясняются взрывы в шахтах, где накапливаются природные газы).

Отметим, что из-за неэффективности (р-р)-перекрывания аналоги углерода (в отличие от него самого) не образуют гомоядерных полимеров с кратными связями.

Подчеркнем, что особое разнообразие соединений углерода с водородом и другими Э (для их изучения создана отдельная наука – органическая химия) объясняется способностью С максимально использовать свои валентные возможности.

Соединения с металлами

В соединениях р-элементов IV группы с металлами (в соответствии с значением разности ЭО компонентов) тип связи может меняться от ионно-ковалентного (в карбидах активных М, которые относятся к соленидам, что значит солеподобные, и ведут себя как диэлектрики) до металлического (в плюмбидах, являющихся проводниками и относящихся к интерметаллидам). А силициды и германиды (с промежуточным типом связи) являются металлидами (т.е. металлоподобными) и обладают полупроводниковыми свойствами. К металлидам относят также карбиды d‑элементов.

Состав соленидов обычно стехиометричен ( , ); они легко гидролизуются (с образованием метана и соответствующего гидроксида). Напротив, металлиды чаще имеют переменный состав, причем химически они более устойчивы, и тем устойчивее, чем меньше содержание в них металла. Так, подвергается гидролизу (продукты: , и ), а и TiC – нет.

Другой пример: растворяется в HF и в «царской водке», а лишь в смеси HF и , а также в щелочах. К тому же, дисилицид молибдена выдерживает нагрев в агрессивной среде до 1700⁰С, поэтому из него делают нагреватели электропечей.

Металлиды, как правило, более тугоплавки, чем исходные вещества. Например, т.пл. равна 2120⁰С, в то время как у Ti и Si – 1670 и 1420⁰С, соответственно. А сплав 20% HfC с 80% TаC плавится при рекордно высокой температуре (4400⁰С).

Из карбидов практическое значение имеет (который настолько тверд, что его порошком шлифуют алмазы) и SiC (карборунд), обладающий алмазоподобной структурой.

Карборунд получают из смеси песка и кокса при 2200⁰С. По твердости (~9,8) он немного уступает алмазу, но превосходит его по термостойкости¹, поэтому используется как абразивный (от лат. слова, означающего «сдираю») и огнеупорный материал, а также в качестве полупроводника.

Персоединения с металлами в случае Si неустойчивы и мало изучены, а перкарбиды ЩМ и ЩЗМ настолько прочны [8], что могут быть синтезированы из ИПВ, например:

, (но гидролизуются необратимо при об.у. (?)).