Углерод образует ряд аллотропных модификаций, из которых наиболее известны алмаз и графит

Алмаз – самое твердое вещество, встречающееся в природе. Причина прочности алмаза заключается в атомной кристаллической решетке. В кристалле алмаза каждый атом углерода связан с четырьмя соседними атомами углерода посредством прочных химических связей. Несмотря на твердость, алмаз является хрупким веществом. Не проводит электрический ток. При сильном нагреве без доступа воздуха превращается в графит. Искусственный алмаз получают из графита при давлении примерно 10⁵ атмосфер и температуре около 3000 ^оС.

Графит – материал темно-серого цвета с металлическим блеском. Имеет слоистую структуру. Связи между отдельными слоями сравнительно слабые и легко перемещаются друг относительно друга, что делает его хорошим смазочным материалом (графитовая смазка). Проводит электрический ток.

«Аморфный» углерод (уголь), представляющий собой мелкокристаллический графит. Благодаря большой активной поверхности обладает высокой адсорбционной способностью.

Углерод химически довольно инертен и проявляет химическую активность лишь при высоких темпера­турах. При прокаливании в кислороде сгорает с образованием углекислого газа (СО₂). Используется в ме­таллургии для восстановления металлов из руд:

Fе₂О₃ + 3С = 2Fе + 3СO.

При недостатке кислорода углерод сгорает до оксида углерода(II) – угарный газ. Это бесцветный ядовитый газ, при попадании в организм человека замещает кислород в молекуле гемоглобина.

При ультрафиолетовом облучении или в присутствии катализатора (активи­рованный уголь) оксид углерода (II) соединяется с хлором, образуя чрезвычайно ядовитый газ фосген:

СО + С1₂ = СОС1₂.

Оксид углерода (II) может соединяться со многими металлами с образова­нием карбонилов металлов:

Fe + 5СО = Fe(CO)₅ – пентакарбонил железа,

Ni + 4СО = Ni(CO)₄ – тетракарбонил никеля.

Карбонилы металлов ядовиты. При высокой температуре они разлагаются с вы­делением высокочистых металлов.

Оксид углерода(IV) – легко сжижающийся под давлением бесцветный газ. Твёрдая углекислота при атмосферном давлении и температуре –78,5 ^оС без плавления переходит в газообразное состояние (сублимация). СО₂ – ангидрид угольной кислоты.

Н₂СО₃ – слабая, неустойчивая кислота:

Н₂СО₃ ↔ Н₂О + СО₂↑.

Диссоциирует по типу слабого электролита:

Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^–, К₁ = 4,5·10^–7,

НСО₃^– ↔ Н⁺ + СО₃^2–, К₂ = 4,7·10^–11.

Угольная кислота образует: средние соли (карбонаты) и кислые (гидрокарбонаты). Например: Nа₂СО₃ и NаНСО₃.

Карбонаты и гидрокарбонаты термически нестойки:

СаСО_з = СаО + СО₂↑,

Са(НСО₃)₂ = СаСО₃↓ +СО₂↑+ Н₂О.

Карбонат натрия (кальцинированная сода) – является одним из главных продуктов химической промышленности. В водном растворе он гидролизуется по реакции

Nа₂СО₃ → 2Nа⁺ + СО₃^2–,

СО₃^2– + Н⁺–ОН^– ↔ НСО₃^– + ОН^–.

Гидрокарбонат натрия (питьевая сода) – широко используется в пищевой промышленности. Вследствие гидролиза раствор также имеет щелочную среду

NаНСО₃ → Nа⁺ + НСО₃^–,

НСО₃^– + Н⁺–ОН^– ↔ Н₂СО₃ + ОН^–.

Кальцинированная и питьевая сода разлагаются под действием кислот:

Nа₂СО₃ + 2НСl → 2NаСl + СО₂↑ + Н₂О,

2Nа⁺ + СО₃^2– + 2Н⁺ + 2Сl^– → 2Nа⁺ + 2Сl^– + СО₂↑ + Н₂О,

СО₃^2– + 2Н⁺ → СО₂↑ + Н₂О;

NаНСО₃ + СН₃СООН ↔ СН₃СООNа + СО₂↑ + Н₂О,

Nа⁺ + НСО₃^– + СН₃СООН ↔ СН₃СОО^– + Nа⁺ + СО₂↑ + Н₂О,

НСО₃^– + СН₃СООН ↔ СН₃СОО^– + СО₂↑ + Н₂О.

Соединения углерода с металлами или другими менее электроотрицательными элементами называются карбидами. Карбид кальция при взаимодействии с водой разлагается с образованием ацетилена:

СаС₂ + 2НОН = Са(ОН)₂ + С₂Н₂.

Синильная кислота (НСN) и её соли чрезвычайно ядовиты.

Карбамид (СО(NН₂)₂) мочевина – используется в сель­ском хозяйстве как азотное удобрение и добавка к корму животных.

3 Кремний – один из наиболее распространённых в земной коре элементов. В природе кремний встречается в виде SiО₂ – диоксида кремния (кремнезём, песок, кварц) или в виде различных алюмосиликатов, например, каолина (А1₂О₃·2SiО₂·2Н₂О), состав­ляющего основу различных глин.

Чистый кремний – кристаллическое вещество со стальным блеском. Об­ласть применения – радиоэлектроника (полупроводниковая техника).

Кремний энергично взаимодействует с растворами щелочей с образованием силикатов и выделением водорода:

Si + 2КОН + Н₂О = К₂SiО₃ + 2Н₂↑.

Оксид кремния(IV) – кислотный оксид, непосредственно с водой не взаимодействует. Ему соответствуют слабые малорастворимые в воде крем­ниевые кислоты. Из солей кремниевых кислот (силикатов) растворимы лишь силикаты калия и натрия (жидкое стекло). Диоксид кремния растворяется в плавиковой кислоте:

SiО₂ + 4НF = SiF₄↑+ 2Н₂О.

4 В ряду Gе–Sn–Рb наблюдается усиление металлических свойств. Данные элементы проявляют в своих соединениях степени окисления +2 и +4.

При движении в главных подгруппах сверху вниз возрастает устойчивость более низкой степени окисления. Для свинца более устойчива степень окисления +2, поэтому соединения в степени окисления +4 обладают сильными окислительными свойствами:

РbО₂ + 4НСl = РbСl₄ + 2Н₂О,

РbСl₄ = РbСl₂ + Сl₂↑.

Как отмечено ранее, данные металлы являются амфотерными, т.е. взаимодействуют с кислотами и щелочами:

Sn + 4Н₂SО₄ + 2Н₂О = Sn(SО₄) ₂ + 2SО₂↑ + 6H₂О,

Sn + 2КОН + 2Н₂О = К₂[Sn(ОН)₄] + H₂↑.

Взаимодействие свинца с разбавленными Н₂SО₄ и НС1 затруднено из-за образования на его поверхности малорастворимых РbSО₄ и РbС1₂.

Германий обладает полупроводниковыми свойствами и на этом основано его основное применение.

Дата добавления: 2014-01-11