Подгруппа углерода

____
________ ________
Положение элементов подгруппы углерода
в периодической системе, строение их атомов
_
_
_
_
____ ______________
______ _ _______
Дмитрий Иванович
Менделеев
Выход

____ ______________
______ _ _______
Подгруппа углерода, в которую входят углерод, кремний, германий, олово и
свинец, является главной подгруппой 4 группы Периодической системы.
История открытия химических элементов IVA группы.

____ ______________
______ _ _______
На внешней электронной оболочке атомов этих элементов имеется 4 электрона и их электронную конфигурацию в общем виде можно записать так: ns2np2, где n - это номер
периода, в котором расположен химический элемент. При переходе сверху вниз по группе неметаллические свойства ослабляются, а металлические возрастают, поэтому углерод и
кремний - это неметаллы, а олово и свинец проявляет свойства типичных металлов. Образуя ковалентные полярные связи с атомами водорода, C и Si проявляют формальную степень окисления -4, а с более активными неметаллами (N, O, S) и галогенами
проявляют степени окисления +2 и +4.

____ ______________
______ _ _______
При выяснениии механизма реакций иногда используют изотоп углерода 13С (метод меченных атомов). Поэтому полезно знать, что распространненость изотопов углерода: 12С - 98.89 % и 13С - 1.11 %. Если ограничиться перечислением изотопов, распространенность которых более 0.01 %, то у кремния таких изотопа 3, у германия - 5, у олова - 10, у свинца 4 стабильных изотопа. При обычных условиях углерод может
существовать в виде двух аллотропных
модификаций: алмаза и графита;
сверхчистый кристаллический кремний
- полупроводник.

Первый потенциал ионизации, сродство к электрону и
электроотрицательность по Полингу
атомов элементов IVA группы. Из соединений элементов (Э) подгруппы углерода с водородом рассмотрим соединения типа ЭН4. С увеличением заряда ядра атома Э стабильность гидридов уменьшается. При переходе от C к Pb устойчивость соединений со степенью окисления +4
уменьшается, а с +2 - увеличивается. У оксидов ЭО2 уменьшается кислотный характер , а у оксидов ЭО
увеличивается основной характер.
________ ___________ _________
___________ _______
_______ _______
_________ ______

Углерод в природе встречается в виде алмаза и графита. В ископаемых углях его содержится: от 92 % - в антраците, до 80 % - в буром угле. В связном состоянии углерод встречается в карбидах: CaCO3 мел, известняк и мрамор, MgCO3·CaCO3 - доломит,
MgCO3 - магнезит. В воздухе углерод содержится в виде углекислого газа (0.03 % по объему). Содержится углерод и в соединениях, растворенных в морской воде. Углерод входит в состав растений и животных, содержится в нефти и природном газе. В реакциях с активными неметаллами углерод легко окисляется:
C+O2=CO2
2C+O2=2CO
C+2S=CS2
C+2F2=CF4
Углерод может проявлять восстановительные свойства и при взаимодействии со сложными веществами:
C+2CuO=Cu+Co2
C+2H2SO4(конц.)=CO2+2SO2+H2O
2C+BaSO4=BaS+2CO2

В реакциях с металлами и менее
активными неметаллами углерод -
окислитель:
2C+H2=C2H2
C+Si=SiC
2C+Ca=CaC2
3C+4Al=Al4C3
Карбид алюминия является истинным карбидом: всеми четырьмя валентными
связями каждый атом углерода связан с атомами металла. Карбид кальция
является ацетиленидом, так как между углеродными атомами имеется тройная
связь. Поэтому при взаимодействии карбидов алюминия с водой выделяется
метан, а при взаимодействии карбида кальция с водой - ацетилен
4Al4C3+12H2O=4Al(OH)3+3CH4
CaC2+2H2O=Ca(OH)2 +C2H2
Каменный уголь используется как топливо, применяется для получения синтез-газа. Из графита делают электроды, графитовые стержни используется в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах. Алмазы используют для изготовления
режущих инструментов, абразивов, ограненные алмазы (бриллианты) являются драгоценными камнями.

Кремний в природе встречается только в связанном виде в форме кремнезема SiO2 и различных солей кремниевой кислоты (силикатов). Он второй (после кислорода) по распространенности в земной коре химический элемент (27.6%). В 1811 г. французы Ж.Л.Гей-Люссак и Л.Ж.Тенер получили буро-коричневое
вещество (кремний) по реакции:
SiF4+4K=4KF+Si
и лишь в 1824 г. швед Й.Берцелиус, получив кремний по реакции:
K2SiF6+4K=6KF+Si
доказал, что это новый химический элемент. Сейчас кремний получают из кремнезема:
SiO2+2MgSi+2MgO
3SiO2+4AlSi+2Al2O3
восстанавливая его магнием или углеродом. Получается он и при разложении силена:
SiH4=Si+2H2
В реакциях с неметаллами кремний может окисляться (т.е. Si-восстановитель):
Si+O2=SiO2
Si+2F2=SiF4
Si+C =SiC
Кремний растворим в щелочах:
Si2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2
нерастворим в кислотах (кроме плавиковой). В реакциях с металлами кремний проявляет окислительные свойства:
2Mg+Si=Mg2Si

При разложении соляной кислотой силицида магния получается силан:
Mg2Si+4HCl=2MgC12+SiH4
Кремний используется для получения многих сплавов на основе железа, меди и алюминия. Добавление кремния в сталь и чугун улучшает их механические свойства. Большие добавки кремния придают сплавам
железа кислотоустойчивость. Сверхчистый кремний является полупроводником и используется для изготовления микросхем и в производстве солнечных батарей. Типичные степени окисления элементов группы IVA в различных соединениях.