7.2. Семинар 9. Углерод. Соединения кремния и бора

1. Модификации свободного углерода: графит, алмаз, карбин; структура и свойства. Искусственные алмазы; получение, примене­ние.

2. Кремнийорганические соединения; получение, применение

3. Сходство химии бора и кремния ("диагональное сходство") на при-мере гидридов, галогенидов, оксидов, изополикислот и их солей, боридов, силицидов и др.

Упражнения

1. Проанализируйте графическую зависимость атомного, ион­ного (Э⁴⁺) радиусов, энергии ионизации E-i, суммы четырех ступенча­тых энергий иони-зации, электроотрицательности от порядкового но­мера элементов главной подгруппы четвертой группы (приложение 4, 5, 6, 7).

2. С помощью диаграммы ∆G^º_f, – Т (рис.31) назовите простые вещества, которые могут восстановить бор из его оксида.

∆G^º_f

Рис. 31. Зависимость ∆G^º_f

Реакций обазования оксидов некоторых элементов от тем-пературы

1 – СО

2 – PbO

3 – CO₂

4 – H₂O

5 – SnO

6 – V₂O₅

7 – Nb₂O₅

8 – Cr₂O₃

9 – Ta₂O₅

10 – B₂O₃

11 – SiO₂

12 – TiO₂

13 – Al₂O₃

∆Gº_f, кД 14 – MgO

15 – Ca

Температура, К

3. Приведены теплоты сгорания модификаций углерода. Объ­ясните, ка-кая из укажите условия взаимных переходов модификаций: укажите условия взаимных переходов модификаций:

Модификация Алмаз Графит Карбин

∆Н_сгор., кДж/моль –394,1 –396,3 –356,1

4. Почему графит в отличие от алмаза является мягким веще­ством, хотя, подобно алмазу, обладает очень высокой температурой плавления? Почему графит электропроводен?

5. Приведите диаграммы МО и электронные конфигурации для СО и CN⁻. Используя диаграмму МО, покажите, чем обусловлена способность указанных молекулы и иона выступать в качестве лиганда в комплексных соединениях.

6. Объясните экспериментальный факт: молекулы СО₂, CS₂ неполярны, молекулы СО, СОГ₂, CSI₂ (Г –галоген) –полярны. Дайте определение диполь-ного момента молекулы μ. Как его величина связана с геометрией молекулы?

7. Соединения кремния SiF₄, SiS₂, SiО₂ имеют островную, цеп­ную и ко-ординационную структуру соответственно. Как должна изме­няться темпера-тура плавления веществ в указанном ряду? Ответ сравните со справочными данными.

8. Как получают в промышленности цианистый водород, карба­мид, циа-намид кальция? Напишите уравнения реакций. Какое при­менение находят указанные вещества?

4. Что вы можете сказать о механизме процессов фотосинтеза?

10. Сопоставьте отношение к воде и раствору щелочей сле­дующих соединений: 1) СО₂ и SiО₂; 2) СН₄ и SiH₄; 3) CCI₄ и SiCI₄. Объясните причины различия свойств, запишите уравнения реакций.

11. Объясните аномально низкое значение температуры плав­ления СО₂ по сравнению с SiО₂ и тот факт, что диоксид свинца менее стабилен, чем ди-оксиды кремния, германия и олова.

Диоксид СО₂ SiО₂ GeО₂ SnО₂ PbО₂

t_пл. °C –57 1730 1120 1130 290

(под давлением) (разлагается)

12. Чем объясняется большое разнообразие оксосиликатов и оксобора-тов? Почему В₂О₃ и SiО₂ склонны к существованию в стек­лообразном состо-янии, т.е. в состоянии непрерывной “вязи”

13. Почему хлорид бора мономерен в парах, а хлорид алюминия – ди-мерен? Почему ВН₃ димеризуется, а СН₄ не способен к димеризации?­

Литература к семинару

1. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая хи­мия. 4.2. – М.: Мир, 1969. – С. 78–153; 306–330.

2. Некрасов Б. В. Основы общей химии. Т.2. – М.: Химия, 1973. – С. 5–32.

3. Рем и Г. Курс неорганической химии. Т.1. – М.: ИЛ, 1963. – С.359–562.

4. А х м е т о в Н. С. Общая и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1988. – С. 412–427.

5. У г а й Я. А. Неорганическая химия. –М.: Высшая школа, 1989. – С. 137–147; 180–214.

6. Анорганикум. Т.1 / Под ред. Л. К о л ь д и ц а. – М.: Мир, 1984. – С. 553–676.

7. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы неорганической химии. – М.: Мир, 1979. – С. 277–293; 306–326.

8. К р е б с Г. Основы кристаллохимии неорганических соединений. – М.: Мир, 1971. – С. 240–255; 272–280.