19.Загальна характеристика елементів IV групи головної підгрупи. Карбон, його фізичні та хімічні властивості. Неорганічні сполуки карбону.
В підгрупу вуглецю входять вуглець, кремній, германій, олово і свинець. Атоми цих елементів містять по 4 електрона на зовнішньому рівні ─ns2np2.в незбудженому стані атоми містять 2 неспарених електрона, при переході у збуджений стан проявляють валентність 4. В сполуках проявляють ступень окисненя +4,─4, а токож +2, остання при збільшенні ядра стає більш характерною. Ступеньокиснення ─4 в послідовності С─Pb стає все менш характерною. Елементи підгрупи вуглецю утворюють оксиди загальної формули RO2 i RO, а водневі сполуки ─ формули RH4. Гідрати вищіх оксидів вуглецю і кремнію проявляють кислотній характер, гідрати інших елеменів амфотерні. Від вуглецю до свинцю зменшується прочність водневих сполук RH4: СН4─ прочна сполука, а PbН4 у вільному вигляді не виділено. В підгрупі із збільшенням порядкового номеру неметалеві властивості послаблюються, а металеві ─ посилюються.
Карбон. В природі зустрічається у вигляді алмазу, графіту і карбін, в сполуках ─ у вигляді кам”яного і бурого вугілля і нафти, входить в склад природніх карбонатів (вапняка, мармуру, крейди, магнезиту, доломиту), є головною складовою органічних речовин.
Х ім.вл. -горить в кисні: С+О2(надл.) СО2;
2С+О2 СО
- в/д з деякими металами: 3С+4Аl Al4C3
-в присутності нікелевого каталізатора легко в/д з воднем
С+2Н2 СН4
- відновлює оксиди деяких металів: 2ZnO+C 2Zn+CO2
- в/д з багатьма не металами: С+2S CS2;
C+2F2 CF4
-важливою хімічною властивістю вуглецю─ здатність його атомів утворювати міцні зв”язки між собою─ вуглецеві ланцюги.
О ксиди. Відомі два оксиди СО і СО2. Оксид вуглецю(ІІ) ─безбарвний газ без кольору і запаху, надзвичайно отруйний. При високих температурах проявляє сильні відновні властивості: СО+СuO Cu+CO2. На повітрі горить з виділенням великої кількості теплоти. Оксид вуглецю (IV) утворюється в природі при горінні і гнитті органічних речовин. Твердий вуглекислий газ називають сухим льодом. Проявляє властивості кислотного оксиду: взаємодіє з возчинами лугів: CO2+2NaOH Na2CO3+H2O.
При високих температурах проявляє властивості окисника: взаємодіє з вуглецем і активними металами. Наприклад:
С О2+С 2СО; СО2+2Мg 2MgO+C
Оксид вуглецю (IV) використовується для виробництва соди, цукру, для газованих напоїв, в рідкому вигляді у вогнегасниках. Оксид вуглецю(ІІ) використовується при виплавці металів з руд.
В угільна кислота і її солі. Вугільна кислота існує тільки в розчині. Дисоціює ступінчасто, є слабким електролітом. Утворює два вида солей: кислі і середні. Утворюються при в/д діоксиду вуглецю з лугами. Кислі солі утворюються при дії діокиду вуглеця на карбонати: СаСО3+СО2 Са(НСО2)2 При нагріванні карбонати розкладаються:СаСО3 СаО+СО2 В/д з сильною кислотою: СаСО3+НСІ СаСІ+Н2О+СО2
Н.Х.
20.Силіцій, добування, властивості. Сполуки силіцію.
Силіцій зустрічається тільки в зв»язаному вигляді, широко поширені такі його сполуки як кварц і силікати (сполуки кремнію складають 25,3% земної кори).
Д обування: SiO2+2C Si+2CO (в лабораторії в якості ввідновників використовують Mg i Al)
Найбільш чистий сіліцій добувають відновленням тетрахлориду сіліцію: SiCl4+LiAlH4 Si+LiCl+2H2
О держаний таким чином сіліцій використовують для напівпровідникових елементів.
В ластивості. Кристалічний сіліцій речовина темно-сірого кольору, має металевий блиск, непрозорий, кристали у вигляді октаедрів, крихкий але твердий. Має три стійкі ізопоти (28,29,30). При звичайних умовах інертний, безпосередньо в/д тільки з фтором: Si+2F2 SiF4
Сіліцій нерозчинний в кислотах (крім суміші плавікової з нітратною), розчиняється в лугах, утворюючи силікат і водень: Si+2OH─+H2O SiO32─+2H2
П
ри
високих температурах горить: Si+O2
SiO2
Оксид кремнію(IV) і кремнієва кислота. Оксид кремнію(IV) називають кремнеземом (в природі зустрічається у вигляді кварцу , гірського кришталю, халцедону, агату,яшми, кремню, опалу, та ін.). Є тугоплавкою речовиною. Розчиняється в лугах з утворенням силікатів і розчиняється в плавіковій кислоті:
SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O; SiO2+HF SiF4+2H2O
Крім цього в/д з оксидами металів, утворюючи силікати і витісняє більш леткі оксиди з солей:
SiO2+CaO CaSiO3 ; SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2
У воді оксид силіцію нерозчинний і хімічно не взаємодіє з нею, тому кремнієву кислоту одержують непрямим шляхом. При дії кислоти насилікат калію або натрію:
SiO32─+2Н+ Н2SiO3. При цьому кислота (в залежності від концентрації вихідних розчинів солі і кислоти) може бути одержана у вигляді студнеподібної маси, що містить воду, і у вигляді золю.
С илікатна кислота дуже слабка, малорозчинна у воді. При нагріванні легко розпадається: Н2SiO3 H2O+ SiO2.
Силікати складу R2O·nSiO2, де R2O─ оксиди натрію або калію, називаються розчинним склом, а їх концентровані розчини рідким склом. Найбільше значення має натрійове розчинне скло. Його одержують при сплавленні піску з содою або обродкою аморфного кремнезема концентрованим розчином соди:
S iO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2;
SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O
Р ідке скло використовується в якості зв”язуючого привиготовлені кислотостійких бетонів, а також при виготовлені замазок конторського клею.
Скло. Із штучних силікатів найбільше значення має скло, цемент і кераміка. Склад звичайного віконого скла приблизно можна виразити формулою Na2O·CaO·6SiO2. Скло одержують при сплавленні в спеціальних печах суміщі соди, вапнякя і білого піску. Для одержання спеціального скла змінюють склад вихідної суміші. Замінюючи соду поташем (К2СО3), одержують тугоплавке скло (для хімічної посуди). Зімінюючи СаСО3 на оксид свинцю (ІІ), а соду поташем одержують хрустальне скло. При додаванні оксидів різних металів скло забарвлюється в різні кольори.
Цемент. Звичайний силікатний цемент являє собою зеленуватий порошок, який при змішуванні з водою затвердіває. Одержують його обжигом до спікання сировинної суміші, що складається з вапняку і глини. Із суміщі цементу, води і наповнювачів (пісок, гравій, щебень, шлак) після їх затвердівання одержують штучний камінь─ бетон. Бетон із стальною арматурою наз.залізобетоном.
Н.Х.