Элементы IV группы главной подгруппы
Свойства простых веществ:
С
неметаллические
Si свойства
Ge
Sn металлические свойства
Pb
Строение атома (на примере углерода):
Все элементы IV группы главной подгруппы являются р-элементами, так как в их атомах последним заполняется р-подуровень. Общая электронная конфигурация внешнего слоя в основном состоянии ns2np2.
Углерод
Основное состояние:
+6
2e 4e
2s
2p |
|
|
|
|
1s |
|
|
|
|
Электронная формула: 1s22s22p2
Валентность в основном состоянии: II, так как два неспаренных электрона.
Характерные степени окисления: -4, 0, +2, +4.
Возбужденное состояние:
2s
2p |
|
|
|
|
1s |
|
|
|
|
Электронная формула: 1s22s12p3
Валентность в возбужденном состоянии: IV, так как четыре неспаренных электрона.
Для кремния и других элементов в подгруппе характерны те же валентности и степени окисления.
Соединения элементов IV группы главной подгруппы
-4 |
+2 |
+4 |
метан |
SiO оксиды |
CO2 кислотные SiO2 оксиды (соответствуют кислоты H2CO3 и H2SiO3) |
SiH4 силан (неустойчив, самовоспламеняется на воздухе) |
||
остальные неустойчивы |
SnO амфотерные оксиды PbO |
GeO2 амфотерные оксиды SnO2 (соответствуют PbO2 амфотерные гидроксиды) |
CH4
CO
несолеобразующие
GeO*Черная стрелка показывают направление увеличения силы кислот.
**Красная стрелка показывает направление падения устойчивости водородных соединений.
Нахождение в природе:
Углерод:
1. В свободном состоянии – алмаз, графит, каменный уголь.
2. В земной коре содержится в виде:
CaCO3 – мел, известняк, мрамор; CaCO3 ∙ MgCO3 – доломит;
углеводородов нефти;
природного газа.
3. В живых организмах – входит в состав всех органических соединений.
4. В атмосфере в виде CO2 (0,03%).
Кремний:
Кремний – основной элемент неживой природы. Это один из самых распространенных элементов в земной коре.
1. В свободном виде не встречается.
2. SiO2 – речной песок.
3. Чистый кристаллический SiO2 – горный хрусталь, кварц; с примесями – различные полулрагоценные и драгоценные камни, например, агат, аметист, опал, яшма.
4. Силикаты также входят в состав драгоценных и полудрагоценных камней (аквамарин, изумруд, топаз).
5. Силикаты алюминия являются основой белой глины, полевого шпата, слюды.
Углерод и его свойства Аллотропные модификации углерода
Признак |
Алмаз |
Графит |
Карбин |
Тип гибридизации |
sp3-гибридизация |
sp2-гибридизация |
sp-гибридизация |
Тип кристаллической решетки |
Атомная |
Атомная |
Атомная |
Особенности строения кристаллической решетки |
4 одинаковые гибридные орбитали образуют тетраэдр, поэтому все химические связи в кристаллической решетке одинаково прочны |
3 одинаковые гибридные орбитали располагаются на плоскости под углом 120º, а четвертая негибридная расположена перпендикулярно этой плоскости и образует менее устойчивую химическую связь, поэтому вещество расслаивается |
Линейная молекула |
Физические свойства |
Бесцветные, прозрачные кристаллы. Очень твердый. |
Мягкое, темно-серое вещество с металлическим блеском. Имеет высокую электропроводность. |
Мелко-кристаллический порошок черного цвета. |
Устойчивость |
|
Наиболее устойчивая модификация |
|
Превращения (при высоких t° и p) |
|
|
|
Химические свойства:
При обычной температуре малоактивен. В реакции вступает, в основном, при нагревании. В химических реакциях может выступать и как окислитель, и как восстановитель. В металлургии применяется в качестве восстановителя.
Как окислитель |
Как восстановитель |
1. С металлами: 4Al + 3C = Al4C3 карбид алюминия Ca + 2C = CaC2 карбид кальция |
1. С кислородом: 2С + O2(нед.) = 2CO C + O2(изб.) = CO2 С + СO2 = 2CO |
2. С хлором: C + 2Cl2 = CCl4 четыреххлористый углерод |
|
2. С водородом (только при высокой температуре и наличии катализатора): С + 2H2 = CH4
|
3. С серой: С + 2S = CS2 сероуглерод |
4. С оксидами металлов: C + CuO = Cu + CO 2C + PbO2 = Pb + 2CO |
|
5. С водой при высокой температуре:
водяной газ используется для получения метана |
|
6. С кислотами-окислителями: C + 2H2SO4(конц.) = 2SO2↑ + CO2↑ + 2H2O C + 4HNO3(конц.) = CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O |
C
+ H2O
= CO
+ H2