
- •Положення Карбону та Силіцію в періодичній системі, будова атомів, валентність і ступінь окиснення.
- •3. Адсорбція.
- •Силіцій, його властивості, поширення в природі, застосування.
- •Хімічні властивості Карбону та Силіцію.
- •Фізичні властивості та методи одержання карбон оксидів та силіцій оксиду. Застосування.
- •Хімічні властивості карбон оксидів та силіцій оксиду.
ТЕМА: Карбон і Силіцій: місцезнаходження у періодичній системі, будова атомів. Алотропні модифікації Карбону. Фізико-хімічні властивості. Карбон (ІІ) оксид і карбон (IV) оксид, силіцій (IV) оксид.
ПЛАН
Положення Карбону та Силіцію в періодичній системі, будова атомів, валентність і ступінь окиснення.
Алотропні модифікації Карбону: алмаз, графіт, карбін, фулерени. САМОСТІЙНО
Адсорбція.
Силіцій, його властивості, поширення в природі, застосування.САМОСТІЙНО
Хімічні властивості Карбону та Силіцію.
Фізичні властивості та методи одержання карбон оксидів та силіцій оксиду. Застосування.САМОСТІЙНО
Хімічні властивості карбон оксидів та силіцій оксиду.
Положення Карбону та Силіцію в періодичній системі, будова атомів, валентність і ступінь окиснення.
Головну підгрупу IV групи періодичної системи складають елементи: Карбон С, Силіцій Sі, Германій Gе, Станум Sn, Плюмбум Рb. Всі елементи, крім Германію, давно відомі людині. Будова валентних рівнів електронних оболонок атомів елементів цієї підгрупи: ns2np2 – усього чотири валентних електрони. Із збільшенням розмірів атомів у ряду С — Sі — Ge — Sn — Рb спостерігається суттєве підсилення металічних властивостей елементів. Якщо вуглець та кремній (прості речовини) — неметали, а гідрати їх вищих оксидів мають кислотні властивості, то свинець — типовий метал, а у його гідрату властивості основи. Водневі сполуки мають загальну формулу RN4. Їх міцність зменшується в ряду від С до Рb: якщо СН4 (метан) – міцна речовина, то РbН4 у вільному вигляді виділити не вдається. Загальна формула кисневих сполук RО2.
Електронна будова Карбону та Силіцію:
+6 C 1s22s22p2
+14 Si 1s22s22p63s23p2
Атоми цих елементів на зовнішньому рівні містять по чотири електрони, чим пояснюється схожість їх хімічних властивостей. Основні ступені окиснення Силіцію та Карбону −4 (наприклад, у метані СН4 та силані SіН4) та +4 (наприклад, в оксиді карбону (IV) СО2 та оксиді силіцію SiO2.
Атом Карбону має менший радіус, ніж атом Силіцію, та сила притягання електронів до ядра більша, тому Карбон виявляє також ступінь окиснення +2 в оксиді карбону (II) СО. Оксиди карбону – газоподібні речовини, оксид силіцію — тверда речовина.
Метан СН4 — стійка сполука, що реагує з киснем тільки за високих температур.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Силан SiH4 — нестійка сполука, що самозаймається на повітрі навіть при кімнатній температурі:
SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O
Зв'язки в молекулі метану між атомами Карбону та Гідрогену більш міцні, ніж зв'язки між атомами Силіцію та Гідрогену в молекулі силану. Це пояснюється тим, що спільна електронна пара, за рахунок якої утворюється хімічний зв'язок, знаходиться ближче до атома Карбону в молекулі метану, ніж до атома Силіцію в молекулі силану, оскільки розмір атома Карбону менший, ніж атома Силіцію.
За вмістом у земній корі Карбон займає 17-е місце. Значення Карбону надзвичайно велике, оскільки його сполуки є основою усіх живих організмів. В середньому живі організми, що складають біосферу, на 18% (ваг.) складаються з Карбону (в тілі людини — 19,37%).
Велика частина Карбону зосереджена у природних карбонатах (СаСО3 — вапняк, мармур та крейда; СаСО3•МgСО3 — доломіт, МgСО3 — магнезит) та горючих копалинах (нафта, природні горючі гази, кам'яне та буре вугілля, торф, горючі сланці). До складу атмосфери Карбон входить у вигляді вуглекислого газу СО2 (0,03 об. %). У розчиненому стані СО2 міститься у природних водах. У гідросфері його в 60 разів більше, ніж в атмосфері.
Фізичні властивості простих речовин вуглецю і силіцію
Властивості |
Графіт |
Алмаз |
Силіцій |
Колір |
Темно-сірий |
Безбарвний |
Темно-сірий |
Щільність, г/см3 |
2,26 |
3,5 |
2,33 |
Температура займання, ºС |
600-700 |
850-1000 |
- |
Твердість |
2 (вздовж шарів) 5 (впоперек) |
10 |
7 |
Температура плавлення, ºС |
3700 (сублімація) |
Понад 3500 (у вакуумі) |
1423 |
Температура алотропних переходів, ºС |
При 1500-3000 перетворюється на алмаз |
Вище 1000 перетворюється на графіт |
- |
Блиск |
Металоподібний |
Специфічний „алмазний” |
Тьмяний |
Електропровідність |
Провідник |
Діелектрик (ізолятор) |
Напівпровідник |