Семинар 17. Группа углерода.

План семинара.

1. Общая характеристика.

2. Нахождение в природе и получение.

3. Простые вещества. Физические и химические свойства.

4. Водородные соединения кремния, германия и олова.

5. Наиболее распространенные оксиды элементов группы углерода.

6. Особенности оксокислот углерода и кремния.

7. Особенности химии свинца.

8. Задачи.

1. Общая характеристика.

₆С ₁₄Si ₃₂Ge ₅₀Sn ₈₂Pb конфигурация [благородный газ]ns²np²

атомные и ионные радиусы

первая энергия ионизации

электроотрицательность

Особенности химии элементов группы углерода:

а) Основные степени окисления +2 и +4, причем при увеличении атомного номера элемента устойчивость первой из них увеличивается, а второй – падает.

б) Склонность к образованию ковалентных, а не ионных связей (особенно у углерода и кремния).

в) Углерод – уникальный случай – число валентных электронов равно числу валентных орбиталей, образование четырех прочных равноценных связей С-С. Этим объясняется разнообразие и устойчивость соединений со связью С-С – предмет органической химии.

г) Кремний – повышенная устойчивость связей Si-O (земная кора) и Si-F.

д) Свинец – типичный металл, соединения Pb(+4) – сильные окислители (эффект инертной 6s² – пары).

2. Нахождение в природе и получение.

Углерод: CO₂ (компонент воздуха), карбонаты и гидрокарбонаты (известняки, минеральные воды), органические соединения, ископаемое топливо (уголь, нефть, природный газ, горючие сланцы, торф), а таже в свободном состоянии (графит, алмаз).

Кремний: земная кора (песок SiO₂, разнообразные силикаты и алюмосиликаты).

Германий: редок и рассеян, собственных минералов практически не образует

Олово: SnO₂ (касситерит).

Свинец: PbS (галенит).

Получение в промышленности:

tC

SiO₂ + 2C = 2CO + Si (примесь SiC)

tC

SiCl₄ + 2Zn = 2ZnCl₂ + Si (более чистый кремний)

tC

SnO₂ + 2C = 2CO + Sn

tC

2PbS + 3O₂ = 2PbO + 3SO₂

tC

PbO + C = Pb + CO

3. Простые вещества. Физические и химические свойства.

3.1. Простые вещества, образуемые элементами группы углерода, и их физические свойства

Таблица 17.1. Простые вещества, образуемые элементами группы углерода.

Элемент	Простое вещество	Строение	Физические свойства
С	Графит	Слои, построенные из шестичленных колец. Слабые межслоевые связи.	Черное твердое вещество, легко расслаивается.
С	Алмаз	Бесконечная трехмерная структура, в которой каждый атом окружен четырьмя соседними в тетраэдрической координации и образует с ними прочные связи	Бесцветное очень твердое вещество
С	Фуллерен	Молекулы С60, С70 и т.д. в форме «футбольного мяча», построенного из пяти- и шестиугольников	Черный порошок
С	Карбин	Цепи =C=C=C=C= или -CC-CC-	Черный порошок
C	Графен	Одна плоскость графита, отделенная от объемного кристалла	Прозрачное твердое вещество
Si	Кремний	Структура алмаза	Темно-серое твердое вещество
Ge	Германий	Структура алмаза	Серебристо-белое твердое вещество
Sn	Олово	Серое (структура алмаза) и белое олово	Серебристо-серый металл
Pb	Свинец	Металлический кристалл	Сине-серый металл