Подгруппа углерода. Углерод
Другие рефераты
Реферат
по теме:
«Подгруппа углерода. Углерод.»
ученицы 9-г класса
средней школы №9
Слабодчиковой Валентины
Учитель:
Белокопытов Ю. С.
Июнь 1999
г. Чехов
Содержание.
1. Общая характеристика элементов подгруппы
углерода.............................................................
.................3
2. Аллотропные видоизменения
углерода.............................................................
.................6
3.
Адсорбция.............................................................
.............9
4. Список использованной
литературы...........................................................
.........10
Общая характеристика элементов подгруппы углерода.
Главную подгруппу IV группы периодической системы Д. И. Менделеева
образуют пять элементов - углерод, кремний, германий, олово и свинец. В
связи с тем, что от углерода к свинцу радиус атома увеличивается, размеры
атомов возрастают, способность к присоединению электронов, а следовательно,
и неметаллические свойства будут ослабевать, легкость же отдачи электронов
- возрастать. Уже у германия проявляются металлические свойства, а у олова
и у свинца они преобладают над неметаллическими. Таким образом, углерод и
кремний относят к неметаллам, германий причисляют как к металлам, так и к
неметаллам, а олово и свинец - металлы.
Германий по внешнему виду похож на металлы, но хрупок. Как и кремний,
германий принадлежит к полупроводникам, т. е. к веществам, занимающим
промежуточное положение между непроводниками электрического тока, или
изоляторами (многие неметаллы), и проводниками (металлы). В качестве
полупроводника германий широко применяется в радиоэлектронике.
Простые вещества, образованные оловом и свинцом- следующими элементами
подгруппы, проявляют уже все типичные свойства металлов: металлический
блеск, высокую электрическую проводимость и теплопроводность,
пластичность. Как правило, олово и свинец образуют соединения, в которых
они проявляют степени окисления +2 и +4. На внешнем энергетическом уровне
атомов элементов главной подгруппы IV группы содержатся четыре электрона:
два спаренных s-электрона и два неспаренных р-электрона. Поэтому при
образовании соединений атомы этих элементов могут или отдавать все четыре
электрона, проявляя высшую степень окисления +4, или принимать четыре
электрона, проявляя при этом степень окисления -4.
Среди элементов IV группы наибольшее значение имеют углерод, входящий
в состав всех живых организмов, и кремний - важнейший элемент земной коры.
Двухвалентные соединения для кремния менее характерны, чем для
углерода. Это связано с меньшим значением энергии возбуждения атомов
кремния благодаря большей удаленности наружных электронов от ядра. При
обычных условиях углерод и кремний очень инертны и практически не
взаимодействуют ни с какими простыми и сложными веществами.
При обычных условиях углерод и кремний очень инертны и практически не
взаимодействуют ни с какими простыми и сложными веществами. Исключение
составляет аморфный кремний, реагирующий с фтором.
При нагревании углерод и кремний взаимодействуют с галогенами, с
элементами подгруппы серы, азотом, водородом и многими металлами. В
последнем случае образуются соединения, называемые карбидами и силицидами.
С углеродом и кремнием взаимодействуют лишь некоторые кислоты, являющиеся
сильными окислителями. Например, в присутствии окислителей (KClO3, MnO2)
аморфный углерод растворяется в концентрированных азотной и серной кислотах
при нагревании. Кремний же растворяется лишь в смеси азотной и плавиковой
кислот:
3Si + 18HF + 4HNO3 = 3H2SiF6 + 4NO + 8Н2О
Щелочи переводят кремний в соли кремниевой кислоты с выделением водорода:
Si + 2КОН + H2O= К2Si03 + 2Н2
С водой углерод и кремний реагируют лишь при высоких температурах:
С + Н2О ®¬ СО + Н2
Si + ЗН2О = Н2SiO3 + 2Н2
Первая из этих реакций имеет большое практическое значение. Она лежит в
основе процесса газификации твердого топлива.
Углерод в отличие от кремния непосредственно взаимодействует с водородом:
С + 2Н2 = СН4
Реакция осуществляется при нагревании в присутствии катализатора
(мелкий раздробленный никель). Продукт взаимодействия — метан — является
первым членом ряда предельных углеводородов, состав которых выражается
формулой CnH2n+2.
Аналогично углероду кремний тоже образует с водородом соединения, но
они менее устойчивы. Надежно идентифицированы только шесть низших гомологов
предельного ряда. Их называют силанами. Простейший представитель моносилан
SiH4 имеет строение, аналогичное СН4. Силаны - крайне реакционноспособные
соединения, воспламеняющиеся на воздухе. Низкая прочность связи Si—Si (DH =
-220 кДж/моль) по сравнению со связью С—С (DH = -340 кДж/моль) обусловила
возможность образования лишь ограниченного числа силанов по сравнению с
углеводородами.
Склонность углерода к образованию полимерных цепей объясняет то
обстоятельство, что он в обычных условиях тверд, нелетуч и химически
инертен.
При нагревании на воздухе углерод и кремний сгорают с образованием
оксидов. Однако процессы окисления идут по-разному. При недостатке
кислорода углерод образует оксид углерода (II), а при избытке — оксид
углерода (IV). Кремний с кислородом во всех случаях образует оксид кремния
(IV). Оксид кремния (II) может быть получен лишь косвенным путем:
Si + SiO2 = 2SiO.
В природе кремнезем(SiO2) встречается в виде включений в граниты и
другие породы. Такие включения заметны на осколках породы, они напоминают
кусочки оплавленного стекла. Освобождаясь при выветривании породы, они
скапливаются в руслах рек в виде белого песка. Встречается оксид
кремния(IV) и в виде прекрасных кристаллов кварца размером, иногда
превышающим человеческий рост. Советские ученые и инженеры разработали
методы, позволяющие искусственно выращивать кристаллы кварца длиной до 1,5-
2 м.
При плавлении аморфный кварц размягчается постепенно и также
постепенно при охлаждении затвердевает. Это облегчает изготовление из
кварца изделий, например химической посуды. Кварц очень мало расширяется
при нагревании. Поэтому кварцевую посуду можно, раскалив добела, бросить в
холодную воду, и она не растрескается.
Оксид кремния (IV) практически нерастворим в воде. Соответствующая ему
кремниевая кислота получается вытеснением ее из растворов солей другими
кислотами, в том числе и угольной. Обратите внимание, что в растворе
угольная кислота вытесняет кремниевую из ее солей, а при прокаливании
происходит обратное явление. Первый процесс обусловлен тем, что кремниевая
кислота более слабая, чем угольная. Второй же процесс объясняется меньшей
летучестью оксида кремния (IV).
Высшие солеобразующие оксиды углерода и кремния довольно сильно
отличаются по свойствам. Оксид углерода (IV) - газ, который конденсируется
лишь при сильном охлаждении, образуя кристаллическую массу, а оксид кремния
(IV), напротив, кристаллическое вещество, встречающееся в природе в виде
минерала кварца.
Оксид углерода (IV) растворяется в воде (1:1 по объему), причем он
частично взаимодействует с ней, образуя угольную кислоту:
СО2 + Н2О ®¬ Н2СО3
Оксид углерода(II) не реагирует ни с водой, ни с растворами щелочей и
кислот. Подобно оксиду азота(II) NO, он относится к несолеобразующим
оксидам.
Оксид углерода(II) получается при взаимодействии оксида углерода(IV)
с сильно раскаленным углем:
С + СО2 = 2CO - 160 кДж
В этом можно убедиться, заглянув в хорошо растопленную печь. Над
раскаленными добела углями вспыхивают голубые огоньки. Это пламя оксида
углерода(II), сгорающего в воздухе, поступающем через открытую дверцу печи.
Когда угли несколько остывают, голубые огоньки исчезают: реакция между
углем и оксидом углерода(IV) прекратилась и оксид углерода(II) не
образуется.
Теперь понятно, почему сильно раскаленный уголь сгорает синим
пламенем, а слабо раскаленный - без пламени.
Оксид углерода(II) содержится в некоторых видах газообразного
топлива, в частности генераторном газе.
Оксид углерода(IV) образуется в природе при дыхании животных и
растений, при гниении органических остатков в почве, при пожарах. Оксид
углерода(IV) тяжелее атмосферного воздуха и поэтому может скапливаться в
опасных концентрациях в погребах и колодцах. В угольных шахтах из-за
медленного окисления угля содержание углекислого газа также выше, чем на
открытом воздухе. Служба охраны труда следит за тем, чтобы оно не превышало
установленной нормы (30 мг/м3).
Для растений углекислый газ служит источником углерода, и обогащение
им воздуха в парниках и теплицах приводит к повышению урожая. Оксид
углерода(IV) применяют также для газирования воды и напитков, жидким CO2
заряжают огнетушители. Твердый оксид углерода(IV) под названием сухого льда
применяют для охлаждения продуктов. Преимущество сухого льда перед
обыкновенным заключается в том, что он поддерживает в окружающем
пространстве значительно более низкую температуру и испаряется, не переходя
в жидкое состояние.
Растворяясь в воде оксид углерода(IV) почти не соединяется с нею. Его
гидроксид - угольная кислота Н2СО3 - существует лишь в момент образования,
она практически нацело разлагается на углекислый газ
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
