Свойства элементов подгруппы углерода

Свойства	С	Si	Ge	Sn	Pb
1. Порядковый номер
2. Валентные электроны	2s22p2	3s23р2	4s24р2	5s25р2	6s26р2
3. Энергия ионизации атома, эВ	11,3	8,2	7,9	7,3	7,4
4. Относительная электроотрицательность	2,50	1,74	2,02	1,72	1,55
5. Степень окисления в соединениях	+4, +2, -4	+4, +2, -4	+4, -4	+4, +2, -4	+4, +2, -4
6. Радиус атома, нм	0,077	0,134	0,139	0,158	0,175

Элементы подгруппы углерода образуют оксиды общей формулы RO₂ и RO, а водородные соединения - формулы RН₄. Гидраты высших оксидов углерода и кремния обладают кислотными свойствами, гидраты остальных элементов амфотерны, причем кислотные свойства сильнее выражены у гидратов германия, а основные - у гидратов свин­ца. От углерода к свинцу уменьшается прочность водородных соединений RН₄: СН₄ - прочное вещество, а PbH₄ в свободном виде не выделено. В подгруппе с ростом порядкового номера уменьшается энергия ионизации атома и увеличивается атомный радиус, т. е. неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.

Химические свойства углерода и кремния. Графит и кремний — типичные восстановители. При нагревании с избытком воздуха графит (именно этот аллотроп наибо­лее доступен) и кремний образуют диоксиды:

С + О₂ = СО₂,

Si + О₂ = SiO₂,

при недостатке кислорода можно получить монооксиды CO или SiO:

2С + О₂ = 2СО,

2Si + O₂ = 2SiO,

которые образуются также при нагревании простых веществ с их диоксидами:

С + СО₂ = 2СО,

Si + SiO₂ = 2SiO.

Уже при обычной температуре углерод и кремний реагируют со фтором, образуя тетрафториды СF₄ и SiF₄, при нагревании — с хлором, давая СCl₄ и SiCl₄. При более сильном нагревании углерод и кремний реагируют с серой и азотом:

4С + S₈ = 4СS₂,

2С + N₂ = С₂N₂,

4Si + S₈ = 4SiS₂

и даже между собой, образуя карборунд — вещество, по твердости близкое к алмазу:

Si + С = SiC.

Обычные кислоты на углерод и кремний не действуют, тогда как концентрированные Н₂SО₄ и НNО₃ окисляют углерод:

С + 2Н₂SО₄ = СО₂↑+ 2SО₂↑ + 2Н₂О,

3С + 4НNO₃ = 3СО₂↑ + 4NO↑ +2Н₂О.

Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

3Si + 4НNО₃ + 12НF = 3SiF₄↑ + 4NO↑ +8Н₂О.

Кроме того, кремний растворяется в водных растворах щелочей:

Si + 2NaОН + Н₂О = Na₂SiO₃ + Н₂↑.

Графит часто используют для восстановления малоактивных металлов из их оксидов:

СuО + С = Сu + СО↑.

При нагревании же с оксидами активных металлов углерод и кремний диспропорционируют, образуя карбиды

СаО + 3С = СаС₂ + СО↑,

2Аl₂О₃ + 9С = Аl₄С₃ + 6СО↑

или силициды

2МgО + 3Si = Мg₂Si + 2SiO.

Активные металлы — более сильные восстановители, чем углерод или кремний, поэтому последние при непосредственном взаимодействии с ними выступают в качестве окислителей

Са + 2С = СаС₂,

2Mg + Si = Мg₂Si.

УГЛЕРОД (лат. Carboneum), С, химический. элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 6, атомная масса 12,011.

Свойства: при обычных условиях углерод химически инертен; при высоких температурах соединяется с многими элементами (сильный восстановитель). Углерод обладает уникальной способностью образовывать огромное количество соединений, которые могут состоять практически из неограниченного числа атомов углерода. Многообразие соединений углерода определило возникновение одного из основных разделов химии — органической химии.

Химические свойства углерода:
В нормальных условиях углерод химически малоактивен, однако при высокой температуре он реагирует со многими веществами. Самой активной формой является аморфный углерод, менее активен графит, самый инертный - алмаз.
При нагревании углерод соединяются с кислородом, образуя оксид углерода (IV), или углекислый газ:
С + O₂ = CO₂
При недостатке кислорода образуется оксид углерода (II), или угарный газ:
2С + О₂ = 2СО
С водородом углерод соединяется только при высоких температурах и в присутствии катализаторов. В зависимости от температуры образуются различные углеводороды, например, метан:
С + 2H₂ = CH₄
Углерод взаимодействует при нагревании с серой и фтором, в электрической дуге с азотом:
С + 2S = CS₂
С + 2F₂ = CF₄
2С + N₂ = (CN)₂
Углерод - сильный восстановитель. При нагревании с водяным паром он вытесняет из воды водород:
Н2O + С = СО + Н₂
При нагревании углерода с оксидом углерода (IV) образуется угарный газ:
С + СО₂ = 2СО
Углерод восстанавливает многие металлы из их оксидов:
2Fe₂O₃ + 3С = 4Fe + 3CO₂
С металлами или их оксидами углерод образует карбиды:
CaO + 3C = CaC₂ + СО

Основные кристаллические модификации: алмаз и графит.

Нахождение в природе: содержание углерода в земной коре 6,5·10¹⁶ т. Значительное количество углерода (около 10¹³ т) входит в состав горючих ископаемых (уголь, природный газ, нефть и др.), а также в состав углекислого газа атмосферы (6·10¹¹ т) и гидросферы (10¹⁴ т). Главные углеродсодержащие минералы — карбонаты.

Биологическая роль: углерод - биогенный элемент. Его соединения играют особую роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов (среднее содержание углерода 18%). Углерод широко распространен в космосе; на Солнце он занимает 4-е место после водорода (H), гелия (He) икислорода (O).

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: