Періодична система елементів 4 група. Загальна характеристика елементів IV групи головної підгрупи. Вуглець: будова і фізичні властивості алотропія вуглецю, хімічні властивості. Вивчення нового матеріалу
Загальна характеристикачетвертої групи головної підгрупи:
- а) властивості елементів з точки зору будови атома;
- б) ступеня окислення;
- в) властивості оксидів;
- г) властивості гідроксидів;
- д) водневі сполуки.
а) Вуглець (С), кремній (Si), германій (Ge), олово (Sn), свинець (РЬ) - елементи 4 групи головної підгрупи ПСЕ. На зовнішньому електронному шарі атоми цих елементів мають 4 електрона: ns 2 np 2. У підгрупі з ростом порядкового номера елемента збільшується атомний радіус, неметалеві властивості слабшають, а металеві посилюються: вуглець і кремній - неметали, германій, олово, свинець - метали.
Дні довгі, а ночі короткі. Школа не працює, а купальні костюми знаходяться. Багато влітку відпочивають влітку, де вони можуть відпочити на пляжі. Одним з ключових компонентів пляжного розваги є з'єднання, що містить елемент групи 4. Правильно, ваше літнє втеча була б неможливо без двоокису кремнію або, як це прийнято більшістю людей, - пісок. Продовжуйте читати, щоб дізнатися про інші з'єднаннях, зроблених з елементів 4-ї групи.
Одним з найбільш відомих сполук в цьому занятті є монооксид вуглецю. Це, як правило, газ і щорічно несе відповідальність за 400 смертей в Сполучених Штатах. Окис вуглецю проводиться в будь-який час, коли горить паливо. Оксид вуглецю також може бути спеціально виготовлений в лабораторії. Одним із способів, яким це може бути зроблено, є дегідратація мурашиної кислоти або щавлевої кислоти. Існує кілька інших реакцій і процесів, які можуть бути виконані для отримання монооксиду вуглецю.
б) Елементи цієї підгрупи проявляють як позитивну, так і негативну ступеня окислення: -4, +2, +4.
в) Вищі оксиди вуглецю і кремнію (С0 2, Si0 2) мають кислотними властивостями, оксиди інших елементів підгрупи - амфотерни (Ge0 2, Sn0 2, Pb0 2).
г) Вугільна і кремнієва кислоти (Н 2 СО 3, H 2 SiO 3) - слабкі кислоти. Гідроксиди германію, олова і свинцю амфотерни, виявляють слабкі кислотні та основні властивості: H 2 GeO 3 = Ge (OH) 4, H 2 SnO 3 = Sn (ОН) 4, Н 2 РЬО 3 = Pb (OH) 4.
Окис вуглецю - це токсичний газ, безбарвний, позбавлений смаку і без запаху. Він токсичний для людей у високих концентраціях. Той факт, що жодне з наших почуттів не може виявити це, робить його настільки небезпечним. Окис вуглецю дуже вогненебезпечна. Окис вуглецю часто використовується як паливо в промислових процесах. Він також використовується в якості відновника. Восстановитель окисляє метал, втрачаючи власні електрони. Чадний газ також використовується для виробництва вуглеводнів.
Загальна характеристика елементів IV групи головної підгрупи. Вуглець: будова і фізичні властивості алотропія вуглецю, хімічні властивості
Іншим з'єднанням, з яким знайомі багато людей, є вуглекислий газ. Двоокис вуглецю надходить в атмосферу різними способами. Вуглекислий газ видаляється з атмосфери рослинами. Кожен раз, коли кислота реагує з карбонатом, утворюється двоокис вуглецю. Багато лабораторій використовують соляну кислоту і карбонат кальцію, тому що вони є недорогими хімікатами.
д) Водневі сполуки:
СН 4; SiH 4, GeH 4. SnH 4, PbH 4. Метан - CH 4 - міцне з'єднання, силан SiH 4 - менш міцне з'єднання.
Схеми будови атомів вуглецю і кремнію, спільні та відмінні властивості.
З lS 2 2S 2 2p 2;
Si 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3p 2.
Вуглець і кремній - це неметали, так як на зовнішньому електронному шарі 4 електрона. Але так як кремній має більший радіус атома, то для нього більш характерна здатність віддавати електрони, ніж для вуглецю. Вуглець - відновник:
Вуглекислий газ є безбарвна речовина без запаху, яке зазвичай є газ. Він нетоксичний і не запалюється. Тверда двоокис вуглецю використовується, щоб тримати їжу холодної, коли компанії відправляють її клієнтам і ресторанам. Він також має кілька інших застосувань. До них відносяться використання в якості палива в нехарчових сільськогосподарських хімікатах в якості добавки в паливі і в вогнегасниках.
Двоокис кремнію - це те, що ми зазвичай називаємо піском. Це з'єднання також знайдено в таких кристалах, як аметист і кварц. Діоксид кремнію може бути отриманий за допомогою хімічної реакції. Ця реакція включає реакцію кислоти з водним розчином силікату лужного металу. Водний розчин силікату лужного металу являє собою з'єднання, що складається з металу з групи 2 на періодичній таблиці, пов'язаного з іоном, що містить кремній і кисень, і розчиненим у воді. Реакція призводить до утворення кристалів діоксиду кремнію.
Завдання. Як довести, що графіт і алмаз є алотропна видозмінами одного і того ж хімічного елемента? Чим пояснити відмінності їх властивостей?
Рішення. І алмаз, і графіт при згорянні в кисні утворюють оксид вуглецю (IV) С0 2, при пропущенні якого через вапняну воду випадає білий осад карбонат кальцію СаС0 3
Діоксид кремнію має сірувато-прозору кристалічну структуру, яка не має запаху і подразнює очі і шкіру. Якщо ви коли-небудь їли пісок на пляжі і жили, щоб розповісти про це, ви можете підтвердити цей факт! Діоксид кремнію зазвичай використовується в герметиках і адгезивних хімікатах і може використовуватися як абразив в промислових умовах. Його також можна використовувати для регулювання в'язкості речовини.
Питання для закріплення
Карбід кремнію складається з одного атома кремнію і одного атома вуглецю. Він зустрічається в природі як надзвичайно рідкісний мінерал муассаніт. Карбід кремнію синтетично отримують через суміш чистого діоксиду кремнію і тонко подрібненого вуглецевого порошку. Через суміш пропускається електричний струм. Це викликає хімічну реакцію, яка виробляє карбід кремнію і газоподібний монооксид вуглецю.
З + 0 2 = СО 2; С0 2 + Са (ОН) 2 = CaCO 3 v - Н 2 О.
Крім того, з графіту можна отримати алмаз при нагріванні під високим тиском. Отже, до складу і графіту, і алмаза входить тільки вуглець. Різниця у властивостях графіту і алмазу пояснюється різницею в будові кристалічної решітки.
У кристалічній решітці алмазу кожен атом вуглецю оточений чотирма іншими. Атоми розташовані на однаковій відстані один від одного і дуже міцно пов'язані між собою ковалентними-ми зв'язками. Цим пояснюється велика твердість алмазу.
Карбід кремнію - від жовтого до зеленого до синьо-чорного переливається кристалічного матеріалу. Його твердість майже порівнянна з твердістю алмазу. Карбід кремнію в основному використовується як абразив. Завдяки своїй твердості, він часто використовується в наждачним папері. Він також використовується при виготовленні цегли.
Силікони являють собою полімери, які складаються з органічних і неорганічних груп. Силікони виробляються шляхом реакції чистого кремнію з вуглецем при високих температурах. Це триступенева реакція, яка призводить до утворення полімерів.
У графіту атоми вуглецю розташовані паралельними шарами. Відстань між сусідніми шарами набагато більше, ніж між сусідніми атомами в шарі. Це обумовлює малу міцність зв'язку між шарами, і тому графіт легко розщеплюється на тонкі лусочки, які самі по собі дуже міцні.
З'єднання з воднем, що утворюють вуглець. Емпіричні формули, вид гібридизації атомів вуглецю, валентність і ступені окиснення кожного елемента.
Властивості силіконів можуть сильно варіюватися в залежності від того, які групи присутні в з'єднанні. Групи, які присутні в силіконі, можуть бути змінені з метою зміни властивостей, таких як водовідштовхувальні властивості, здатність до розчинення і гнучкість.
Силікони використовуються в гелях, каучуках і смолах. Силіконові гелі використовуються в підошвах кросів. Гель діє як амортизатор під час активності, щоб зменшити вплив на суглоби. Елементи групи 4 є основою багатьох з'єднань, з якими ми стикаємося в повсякденному житті. Деякі важливі моменти цього уроку включають.
Ступінь окислення водню в усіх сполуках дорівнює +1.
Валентність водню дорівнює одиниці, валентність вуглецю дорівнює чотирьом.
Формули вугільної та кремнієвої кислот, їх Хімічні властивостіпо відношенню до металів, оксидів, підстав, специфічні властивості.
Окис вуглецю є безбарвний, без запаху, токсичний газ, що утворюється в результаті згоряння палива з автомобілів і машин. Діоксид кремнію являє собою сірувато-безбарвне тверде кристалічна речовина, яке ми зазвичай називаємо піском. Карбід кремнію являє собою райдужне тверда кристалічна речовина, яке дуже складно і часто використовується як абразив. Силікони являють собою полімери, які виготовлені з органічних і неорганічних субодиниць. Їх властивості можуть сильно відрізнятися.
- Вуглекислий газ - безбарвний, без запаху газ, який не токсичний.
- У твердій формі він використовується для підтримки холоду під час транспортування.
Н 2 СО 3 - вугільна кислота,
Н 2 SiO 3 - кремнієва кислота.
Н 2 СО 3 - існує тільки в розчині:
Н 2 С0 3 = Н 2 О + С0 2
Н 2 SiO 3 - тверда речовина, практично нерозчинні в воді, тому катіони водню в воді практично не отщепляются. У зв'язку з цим таке загальне властивість кислот, як дія на індикатори, Н 2 SiO 3 не може виявити, вона ще слабше вугільної кислоти.
Тенденція від неметалла до металу вниз по групі проявляється в структурах самих елементів. Вуглець у верхній частині групи утворює великі ковалентні структури мережі в двох найбільш знайомих алотропія: алмазі і графіті. Алмаз має тривимірну структуру атомів вуглецю, кожна з яких пов'язана ковалентно з чотирма іншими атомами. На цій діаграмі показана репрезентативна частина цієї структури.
Ця структура також виявлена в кремнії і германії і в одному з алотропія олова, «сірого олова» або «альфа-олова». Більш поширений аллотроп олова металевий, його атоми утримуються металевими зв'язками. Структура являє собою перекручену щільну упаковку. У плотноупакованной структурі кожен атом оточений 12 сусідніми атомами.
Н 2 SiO 3 - нетривка кислота і при нагріванні поступово розкладається:
Н 2 SiO 3 = Si0 2 + Н 2 0.
Н 2 CO 3 реагує з металами, оксидами металів, підставами:
а) Н 2 CO 3 + Mg = MgCO 3 + Н 2
б) Н 2 CO 3 + СаО = СаСO 3 + Н 2 0
в) Н 2 CO 3 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + 2Н 2 0
Хімічні властивості вугільної кислоти:
- 1) спільні з іншими кислотами,
- 2) специфічні властивості.
Відповідь підтвердіть рівняннями реакцій.
У свинці і більш важких елементах атоми розташовані в 12-координованої металевої структурі. З цієї інформації ясно, що існує тенденція від типової ковалентності, виявленої в неметалах, до металевого зв'язування в металах з очевидною точкою перегину між двома загальними алотропія олова.
Фізичні властивості елементів
Точки плавлення і точки кипіння
Тенденції відображають зростаючу слабкість ковалентних або металевих зв'язків, коли атоми стають більше, а зв'язку стають довшими. Низьке значення для температури плавлення олова в порівнянні з такою свинцю, мабуть, пов'язано з перекручуванням 12-координаційної структури олова. Значення олова в діаграмі ставляться до металевої білої олові.1) реагує з активними металами:
Завдання. За допомогою хімічних перетворень розділіть суміш оксиду кремнію (IV), карбонату кальцію і срібла, послідовно розчиняючи компоненти суміші. Опишіть послідовність дій.
Рішення.
1) до суміші прилив розчин соляної кислоти.
Показано більш чітке розходження між неметалами і металами, коли розглядається крихкість елементів. Вуглець в алмазному алотропія дуже твердий, що відображає міцність ковалентних зв'язків. Атоми можуть переміщатися без будь-якого постійного руйнування металевих зв'язків; це призводить до типових металевим властивостями, таким як гнучкість і пластичність. Свинець, зокрема, досить м'який.
- Однак, якщо алмаз потрапив молотком, він руйнується.
- Кремній, германій і сірий олово також є крихкими твердими частинками.
- Однак білий олово і свинець мають металеві структури.
- Алмаз не проводить електрику.
- У алмазі всі електрони суцільно пов'язані і не можуть вільно рухатися.
- Кремній, германій і сірий олово є напівпровідниками.
- Білий олово і свинець є металевими провідники.
VI група періодичної системи елементів складається з 2-х підгруп: головної - кисень, сірка, селен, телур і полоній - і побічної - хром, молібден і вольфрам. У головній підгрупі виділяють підгрупу селену (селен, телур і полоній), побічну підгрупу називають підгрупою хрому. Всі елементи головної підгрупи, крім кисню, можуть приєднувати по 2 електрони, утворюючи електронегативні іони.
Однією з важливих характеристик металів є те, що вони утворюють позитивні іони. У цьому розділі розглядаються фактори, що підвищують ймовірність утворення позитивних іонів Групи. Вимірює тенденцію атома до залучення пари зв'язків електронів. Він зазвичай вимірюється за шкалою, в якій найбільш електронегативного елементу призначається електронний торгівельний. Чим нижче електронний торгівельний атома, тим менше атом притягує пов'язану пару електронів. Це означає, що цей атом буде прагнути втратити електронну пару по відношенню до всього, до чого вона прив'язана.
Елементи головної підгрупи мають на зовнішньому електронному рівні по 6 електронів (s 2 р 4). Атоми кисню мають 2 неспарених електрона і не мають d-рівня. Тому кисень проявляє в основному ступінь окислення -2 і тільки в з'єднаннях з фтором +2.
Сірка, селен, телур і полоній теж мають на зовнішньому рівні 6 електронів (s 2 p 4), але у всіх у них є незаповнений d-рівень, тому вони можуть мати до 6 неспарених електронів і в з'єднаннях проявляти ступінь окислення - 2, + 4 і +6.
Тому що цікавить нас атом матиме тенденцію переносити або частковий позитивний заряд, або сформувати позитивний іон. Металеве поведінка зазвичай пов'язане з низькою електронегативні. Тенденцію електронегативності в групі 4 і її вплив на поведінку металів можна розглянути на наступному малюнку.
Електронегативність явно зменшується між вуглецем і кремнієм, але за кремнієм немає певної тенденції. Тому, як видається, немає ніякого зв'язку між неметаллическим і металевим трендами і значеннями електронегативності. Розглядаючи освіту позитивних іонів, гарний початок включає в себе опис того, як змінюється енергія іонізації. Енергія іонізації групи визначається як енергія, необхідна для виконання кожного з наступних змін.
Закономірність зміни активності цих елементів така ж, як і в підгрупі галогенів: найлегше окислюються теллуріди, потім селеніди і сульфіди. З кисневих сполук сірки найбільш стійкі сполуки сірки (VI), а для телуру - з'єднання телуру (IV). Сполуки селену займають проміжне положення.
Селен і телур, а також їх з'єднання з деякими металами (индием, талієм та ін.) Мають напівпровідниковими властивостями і широко використовуються в радіоелектроніці. Сполуки селену і телуру дуже токсичні. Вони застосовуються в скляній промисловості для отримання кольорових (червоних і коричневих) стекол.
В елементах підгрупи хрому йде заповнення d-рівня, тому на s-рівні їх атомів - по 1 (у хрому і молібдену) або 2 (у вольфраму) електрона. Всі вони проявляють максимальну ступінь окислення +6, але для молібдену, і особливо для хрому, характерні з'єднання, в яких вони мають більш низький ступінь окислення (+4 для молібдену і +3 або +2 для хрому). Сполуки хрому (III) дуже стійкі і схожі на з'єднання алюмінію.
Всі метали підгрупи хрому знаходять широке застосування.
Молібден був вперше отриманий К. В. Шеєле в 1778 р Він використовується у виробництві сталей високої міцності і в'язкості, що застосовуються для виготовлення збройових стволів, броні, валів та ін.
Через здатність випаровуватися при високій температурі він мало придатний для виготовлення ниток напруження, але має гарну здатністю сплавлятися зі склом, тому використовується для виготовлення власників вольфрамових ниток в лампах розжарювання.
Вольфрам був відкритий також К. В. Шеєле в 1781 р Він застосовується для отримання спеціальних сталей. Добавка вольфраму до сталі збільшує її твердість, еластичність і міцність. Разом з хромом вольфрам надає сталі властивість зберігати твердість при дуже високих температурах, тому такі стали застосовуються для виготовлення різців до швидкорізальним токарних верстатів.
Чистий вольфрам має найвищу серед металів температурою плавлення (3370 град. С), тому застосовується для виготовлення ниток в лампах розжарювання. Карбід вольфраму відрізняється дуже високу стійкість та термостійкістю і є основною складовою частиноютугоплавких сплавів.
