Подгруппа углерода. Углерод

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 2. Аллотропные видоизменения углерода 3. Адсорбция 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 CnH2n2. 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 кДжмоль по сравнению со связью С С DH -340 кДжмоль 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 кремнеземSiO2 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 кремнияIV 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 11 по объему, причем он частично взаимодействует с ней, образуя угольную кислоту СО2 Н2О Н2СО3 Оксид углеродаII не реагирует ни с водой, ни с растворами щелочей и кислот. Подобно оксиду азотаII NO, он относится к несолеобразующим оксидам.

Оксид углеродаII получается при взаимодействии оксида углеродаIV 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 углеродаII, сгорающего в воздухе, поступающем через открытую дверцу печи. Когда угли несколько остывают, голубые огоньки исчезают реакция между углем и оксидом углеродаIV прекратилась и оксид углеродаII не образуется.

Теперь понятно, почему сильно раскаленный уголь сгорает синим пламенем, а слабо раскаленный - без пламени. Оксид углеродаII содержится в некоторых видах газообразного топлива, в частности генераторном газе. Оксид углеродаIV образуется в природе при дыхании животных и растений, при гниении органических остатков в почве, при пожарах. Оксид углеродаIV 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 мгм3. Для растений углекислый газ служит источником углерода, и обогащение им воздуха в парниках и теплицах приводит к повышению урожая. Оксид углеродаIV применяют также для газирования воды и напитков, жидким CO2 заряжают огнетушители. Твердый оксид углеродаIV 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 углеродаIV почти не соединяется с нею. Его гидроксид - угольная кислота Н2СО3 - существует лишь в момент образования, она практически нацело разлагается на углекислый газ и воду Н2СО3 Н2О СО Учитывая, что угольная кислота является двухосновной, равновесие между различными формами молекул и ионов в водном растворе оксида углерода IV можно выразить уравнением Н2О СО2 Н2СО3 H НСО3- 2H CO32 При нагревании оксид углерода IV улетучивается, и равновесие смещается влево, а при прибавлении щелочи происходит связывание ионов Н и смещение равновесия вправо.

Угольная кислота слабая. В водном растворе соли угольной кислоты гидролизуются. Растворы средних солей карбонатов обладают сильной щелочной реакцией CO32- H2O HCO3- OH- Наиболее распространен в природе карбонат кальцияизвестняк, мрамор, мел и т.д Залежи пород, содержащих карбонат кальция, особенно известняка, встречаются довольно часто.

Поэтому одной из задач краеведческой работы в районах с кислыми почвами должны быть поиски месторождений известняка. Из искусственно получаемых карбонатов большое значение имеет карбонат натрия Na2CO3. Безводный карбонат натрия известен под названием кальцинированной соды, а кристаллогидрат Na2CO310H2O - кристаллической соды. Соду применяют для производства мыла, стекла, а в быту для стирки белья.

При насыщении раствора соды углекислым газом она переходит в гидрокарбонат натрия NaHCO3. Гидрокарбонат натрия продают в аптеках и продовольственных магазинах под названием питьевой соды. Ее принимают внутрь при изжоге, вызванной избытком в желудочном соке соляной кислоты. Питьевую соду применяют в кондитерском деле и хлебопечении. При нагревании она разлагается с выделением углекислого газа и паров воды 2NaHCO3 Na2CO3 H2O СО Поэтому питьевую соду вводят в состав хлебопекарных порошков, добавляемых к тесту.

Такое тесто подходит без применения дрожжей и заквасок, наполняясь пузырьками углекислого газа, и выпеченный из него продукт получается пористым и мягким.

Аллотропные видоизменения углерода

1 типично тетраэдрическая атомы углерода прочно соединены за счет пере... Преломляя лучи света, он сверкает чистыми, яркими цветами радуги. Из алмазов делают наконечники буров для сверления твердых горных пород. Б.В. В тех условиях, при которых графит переходит в алмаз за 30 минут, карб...

Адсорбция

Поэтому в таком угле сохраняется тонкопористое строение древесины, все... Поместим в колбу, содержащую воздух с примесью оксида азота IV, кусочк... Чем больше пористость угля, тем больше газа или растворенного вещества... Уголь адсорбирует все газы, включая инертные, но неодинаково. В частности, чем легче сжижается газ, тем сильнее он адсорбируется. Ад...

Список использованной литературы

Список использованной литературы . 1. Н. Л. Глинка Общая химия Издательство Химия Ленинградское отделение 1973 г. 2. В. А. Крицман Книга для чтения по неорганической химии Москва Просвещение 1993 г. 3. Т. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман Химия 7- 9 Москва Просвещение 1986 г. 4. Ю. В. Ходаков, Д. А. Эпштейн, П. А. Глориозов Неорганическая химия 9 Москва Просвещение 1987г. 5. Л. А. Николаев Современная химия Москва Просвещение 1980г. 6. Ю. Д. Третьяков, Ю. Г. Метлин Основы общей химии Москва Просвещение 1980г. 7. Е. М. Закладный, Н. В. Щеголев Рассказы о полимерах Издательство Советская Россия 1960.