5. Общая характеристика и химические свойства углерода.

Оксиды углерода ( II , IV ): получение в промышленности и в лаборатории, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства. Карбонилы металлов.

Углерод в природе : уголь, нефть, природный газ, графит, сланцы, алмаз, карбонаты. 4 аллотропные модификации: 2 природные – графит, алмаз. 2 искусственные – полиин, поликумулен.

-графит – бесконечная двухмерная молекула. Sp2-гибр. Переходит в алмаз при давлении около 100тыс атм и температуре 1500-2000С и катализаторах. -алмаз – трехмерный полимер.Sp3 – гибридизация. При нагревании свыше 2000^оС (без доступа кислорода) превращается в графит.

-карбины- одномерные полимеры, полупроводники, впервые получены в СССР

-фуллерены- sp2- гибридизация. С₆₆-С_п Хим. Св-ва : валентные возможности С по методу ВС 2 и 4. С.О от -4 до +4

- при комн.температуре толькоF2

-при повыш.температурах С+О2 = СО2. С+ О_{2(недост)} = СО приt> 1000C, а приt<400С равновесие смещается в другую сторону.

-Fe2O3 + 3C= 1500C= 2Fe+ 3CO. 2CuO+C=250C= 2Cu+CO2 - С + Н2 = СН4 трудно осуществимы. Метан так не получают. -С + Ме и неМе =t= карбиды. (СаС2, Мg2С3,SiC) - в эл.дуге 2С+N2= (CN)2 – дициан. - С+ Н⁺(ОН^-) ≠ -только сH2SO4 (конц) иHNO3(конц) С+ 2H2SO4(конц)=t= СО2 + 2SO2 + 2H2OC+ 4HNO3(конц)= СО2 + 4NO2 + 2H2OСоединения:+2: СО– мало растворим в воде,PHне меняет.

- СО + Н⁺(ОН^-) ≠ несолеобразующий оксид. Получение: В промышл. С+ Н2О = СО + Н2 водяной газ (1000С) С + СО2 =t= 2СО В лаборатории : НСООН (конц) = СО + Н2О (обезвоживаниеH2SO4(конц) или Р2О5)

СО проявляет восстановительные св-ва: 4СО+Fe3O4 =t= 4CO2 + 3Fe.CO+Cl2 =hv=COCl2 CO + H[CuCl2](CuCl)= [CuCO]Cl + HCl. CO+NH3 =(500C,ThO2)=HCN+H2O. СО+2Н2=(р,t,кат)=СН3ОН.

СО + NaOH=(200с, 15 атм.)=HCOONa. СО+PdCl2 +H2O=Pd+CO2+ 2HCl(бесц → черн)

Карбонилы – получают прямым синтезом Ме с СО. Условия синтеза : давление 100-300атм, темп 150-200^оС. При комн. температуре – жидкостиNi(CO)4,Fe(CO)5 или кристаллические в-ваCr(CO)6,Fe2(CO)9. При темп выше 200-250С разлагаются на Ме и СО. Используется в карбонильном методе очистки и получении чистых образцов Ме:Ni+ 4CO=t,p=Ni(CO)4.Re2O7 + 17CO = Re2(CO)10 + 7CO2. 2CoCO3+ 2H2+8CO= Co2(CO)8+ 2CO+ 2H2O.

+4: СО2- кислотный оксид, окислительно-восстановительная активность не свойственна линейная конфигурация О=С=О

Получение: промышленное-СаСО3 =900С= СаО + СО2

Лаб - СаСО3 + НСl ↔ CaCl2+ CO2 + H2O, Na2CO3 + H2SO4= Na2SO4 + CO2+ H2O

2Мg(Ca, Na, Ba)+ CO2=t= 2MgO+ C. NaOH+ CO2= NaHCO3 CO2 +NH3= NH4[O=C(NH2)O]-сырье для получения мочевины.

CO2 + H2O ↔H2O.CO2↔H2CO3↔H⁺ + HCO3↔2H⁺ +CO3^2-

6. Общая характеристика и химические свойства кремния.

Получение кремния, силиката натрия и стекла в промышленности.

Кварц, кремниевые кислоты, силикаты, гексафторокремниевая кислота: получение и свойства.

Si- 2-й по расп-ти элемент зем.коры.Силикаты,алюмосиликаты,песок и кварц-источникиSi.

SiиGeосновные полупроводники.

Получение

1 ст. SiO2+2C=t2CO+SiилиSiO2+2Mg=t2MgO+Si

Для получения более чистого Siего переводят вSiCl4:Si+2Cl2 =SiCl4 (t>300)

Затем очистка дисцилляцией и восст-е Н2: SiCl4+2H2=tSi+4HCl

Конеч.ст.явл.зонная плавка.В этом методе очистки кристал.в-ввдоль стержня очищ-го объекта перемещ.расплавленную зону.Примеси концентрир-сяв расплаве и смещ-ся к одному из концов стержня,а в др части остается очищ. в-во.

Хим.св-ва:

для атомов кремния является характерным состояние sp³-гибридизации орбиталей. Валентные возможности 2 и 4.С.о. +4 или −4. Встречаются двухвалентные соединения кремния(SiO) кристаллы темно-серого Si имеют металл.блеск,Si тверд,тугоплавок,химически устойчив.

Без нагрева при комн. t реаг лишь с F2:Si+2F2=SiF4 и медленно с Cl2 и р-ми щелочей: Si+2naoh+h2o=Na2SiO3+2H2

При повыш.t Si вступает в р-ии: Si+O2=tSiO2,

Si+4HF=t SIF4+2H2,

3SI+2N2=t Si3N4,

Si+2S=t SiS2,

Si+C=t SiC

Si р-ся в металлах,образ.силициды(не всегда):2Mg+Si=t Mg2Si

При комн т-ре к-ты не действуют на Si.искл смесь HNO3 и HF:

3SI|+4HNO3+18HF=3H2[SIF6]+4NO+8H2O

Пол-е силикатов натрия:Сплавлениеоксида кремнияседким натром:

SiO2+2NaOH=(t=900-1000) Na2sio3+H2o

SiO2+2Na2CO3=(t=1150) Na2sio3+CO2

Растворение в концентрированном растворе едкого натрааморфного кремния:

Si+4NAOH=NA4SiO4+2H2

или аморфного оксида кремния:

SiO2+4NAOH=NA4SiO4+2H2O

Взаимодействие аморфного оксида кремния с концентрированным раствором карбоната натрия:

SiO2+2NA2CO3=NA4SiO4+2CO2

Взаимодействие кремневых кислот с гидроокисью натрия:

SiO2xnH2O+4NAOH=NA4SiO4+(n+2)H2O

Стекло при t=1500 :NA2CO3+Ca2CO3+6SiO2=2CO2+Nа2OxCаOx6SiO2

Nа2SO4+C+CaCO3+6SiO2=CO2+CO+SO2+NA2OxCaOx6SiO2

Кварц

Относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлаждённого расплава — стекла.Существует в виде неск-х модифик.,наиболее стабилен при комн.тем-ре α-кварц.содерж.в своей основе кремнекислородный тетраэдр.

На кварц действ.только щелочи и HF

SiO2+2KOH=K2SiO3+H2O

SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O

Кварц нелетуч,поэтому Na2CO3+SiO2 =t Na2SiO3+CO2

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот на силикатные соли. Например:

Na₂SiO₃ + 2CH₃COOH → 2CH₃COONa+H₂SiO₃,

кремниевая кислота сразу разлагается на воду и SiO₂, выпадающий в осадок.

Натуральный диоксид кремния в виде песка используется там, где не требуется высокая чистота материала.

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде кислоты. Известны соли метакремниевой кислоты Н₂SiO₃ (SiO₂•H₂О) — силикаты, ортокремниевой кислоты H₄SiO₄(SiO₂•2H₂O) — ортосиликаты и других кислот с различным числом SiO₂•nH₂О. Гидраты кремнезема с содержанием более 2Н₂О на каждую молекулу SiO₂ в индивидуальном состоянии, по-видимому, не существуют, однако известны многие их соли. В воде кремниевые кислоты образуют коллоидные растворы.

Метакремниевую кислоту получают действием сильных кислот на соли метакремниевой кислоты:

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2NaCl.

При высокой температуре вода выпаривается:

H₂SiO₃ = SiO₂ + H₂O

В этой реакции оксид кремния(IV) выделяется в виде силикагеля

Силикаты.Хим св-ва.

Силикаты взаимодействуют со следующими веществами:

С кислотами, даже с очень слабыми, например с угольной: Na₂SiO₃ + H₂CO₃ = Na₂CO₃ + H₂SiO₃↓

С растворимыми солями: Na₂SiO₃+ MgCl₂= MgSiO₃↓ + 2NaCl

Гидролиз: Na₂SiO₃ + H₂O ↔ NaHSiO₃ + NaOH

H₂SiF₆

_пол-е: 3SI|+4HNO3+18HF=3H2[SIF6]+4NO+8H2O

2SiF4+2H2O=H2[SiF6]+SiO2+2HF

SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O

Свойства:

H₂[SiF₆] + Na₂CO₃ = Na₂[SiF₆] + CO₂ ↑ + H₂O H₂[SiF₆] + BaCO₃ = Ba[SiF₆] ↓ + CO₂ ↑ + H₂O H₂[SiF₆] = SiF₄ + 2HF H₂[SiF₆] + 2H₂O = [Si(H₂O)₂F₄] + 2HF

H₂[SiF₆] = SiF₄↑ + 2HF H₂[SiF₆] + 2NaOH (разб.) = Na₂[SiF₆]↓ + 2H₂O

H₂[SiF₆] + 2(NH₃•H₂O) (разб.) = (NH₄)₂[SiF₆] + 2H₂O 2NaF(конц.) + H₂[SiF₆] = Na₂[SiF₆]↓ + 2HF

2KF (конц.) + H₂[SiF₆] = K₂[SiF₆]↓ + 2HF