Подгруппа углерода – IV группа, главная подгруппа «А» - углерод, кремний, германий, олово, свинец. С и Si – неметаллы, Ge – полупроводник, Sn и Pb – металлы. - презентация

1

2

3 Подгруппа углерода – IV группа, главная подгруппа «А» - углерод, кремний, германий, олово, свинец. С и Si – неметаллы, Ge – полупроводник, Sn и Pb – металлы. СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ: -4, 0, +2, +4 СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ: -4, 0, +2, +4 Распределение электронов: ns 2, np 2 Распределение электронов: ns 2, np 2

4

5 АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДА: кубический алмаз, гексагональный алмаз, графит, две формы карбина, фуллерен, нанотрубка. АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДА: кубический алмаз, гексагональный алмаз, графит, две формы карбина, фуллерен, нанотрубка. УГЛЕРОД: 2 стабильных изотопа С 12, С 13 и 13 радиоактивных изотопов КРЕМНИЙ: 3 стабильных изотопа Si 28, Si 29, Si 30 АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ КРЕМНИЯ: Аморфный, кристаллический АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ КРЕМНИЯ: Аморфный, кристаллический

6

7 Содержание в земной коре 0,048 массовых %, его доля в живых организмах значительно выше. В организме человека массой 70 кг содержится 16 кг углерода. Углерод встречается в свободном состоянии – в форме графита и алмаза, входит в состав атмосферы в виде углекислого газа, содержится в природных карбонатах, каменном и буром угле, нефти и природном газе.

8 Второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Его содержание в земной коре составляет 27,6 % (мас.). Встречается только в виде соединений. Оксид кремния образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем. Составляет основу многих полудрагоценных камней – агат, аметист, яшма и др. Также кремний входит в состав породообразующих минералов – силикатов и алюмосиликатов – полевых шпатов, глин, слюд и др.

9

10 Прозрачное, бесцветное, кристаллическое вещество, обладающее высокой светопреломляемостью. Не проводит электрический ток, плохо проводит тепло: Т° пл. = 3730 °C; Т° кип = 4830 °C. Алмаз Нагревание без воздуха Графит

11 Мягкое вещество серого цвета со слабым металлическим блеском, жирное на ощупь, проводит электрический ток. Способен расщепляться на тонкие чешуйки. Стоек к нагреванию.

12 Неупорядоченная структура графита: получается при нагревании углеродосодержащих соединений. Уголь имеет несколько сортов: 1) кокс; 2) костяной уголь; 3) сажа. Способен к адсорбции.

13 Получен синтетически (поликумулен) каталитическим окислением ацетилена. Это твердые, черные вещества со стеклянным блеском. Карбин Нагревание без воздуха Графит

14 Другое название: бакибол\букибол Общая формула: С 60 Кристаллическая форма – фуллериты Есть жидкая фаза. Графит ЛазерФуллерен

15 Свернутые в трубку графеновые плоскости, созданные на базе фуллерена.

16 вещество темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, температура кипения 2680 °C. Полупроводник (свойства ухудшаются с температурой)

17 Порошок бурого цвета. Обладает большей реакционной способностью, чем кристаллический кремний.

18

19 Взаимодействие с фтором Углерод обладает низкой реакционной способностью, из галогенов реагирует только с фтором: С + 2F 2 = CF 4. Взаимодействие с кислородом При нагревании взаимодействует с кислородом: 2С + О 2 = 2СО, С + О 2 = СО 2,

20 Взаимодействие с другими неметаллами Реагирует с серой: С + 2S = CS 2. не взаимодействует с азотом и фосфором. Реагирует с водородом в присутствии никелевого катализатора, образуя метан: C + 2H 2 = CH 4. Взаимодействие с металлами Способен взаимодействовать с металлами, образуя карбиды: Ca + 2C = CaC 2.

21 Взаимодействие с водой При пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и водород: C + H 2 O = CO + H 2. Восстановительные свойства Углерод способен восстанавливать многие металлы из их оксидов: 2ZnO + C = 2Zn + CO 2. Концентрированные серная и азотная кислоты при нагревании окисляют углерод до оксида углерода (IV): C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O; C + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O.

22 Взаимодействие с галогенами При обычных условиях кремний довольно инертен, непосредственно взаимодействует только с фтором: Si + 2F 2 = SiF 4. С хлором реагирует при нагревании до 400–600 °С: Si + 2Cl 2 = SiCl 4. Взаимодействие с кислородом Измельченный кремний при нагревании до 400–600 °С реагирует с кислородом: Si + O 2 = SiO 2.

23 Взаимодействие с другими неметаллами При очень высокой температуре около 2000 °С реагирует с углеродом: Si + C = SiC и бором: Si + 3B = B 3 Si. При 1000 °С реагирует с азотом: 3Si + 2N 2 = Si 3 N 4. С водородом не взаимодействует.

24 Взаимодействие с галогеноводородами С фтороводородом реагирует при обычных условиях: Si + 4HF = SiF 4 + 2H 2, с хлороводородом – при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С. Взаимодействие с металлами Окислительные свойства для кремния менее характерны, но они проявляются в реакциях с металлами, при этом образует силициды: 2Ca + Si = Ca 2 Si.

25 Взаимодействие с кислотами Кремний устойчив к действию кислот, в кислой среде он покрывается нерастворимой пленкой оксида и пассивируется. Кремний взаимодействует только со смесью плавиковой и азотной кислот: 3Si + 4HNO HF = 3H 2 [SiF 6 ] + 4NO + 8H 2 O. Взаимодействие со щелочами Растворяется в щелочах, образуя силикат и водород: Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + H 2.

26

27 Получают нагреванием без доступа воздуха из древесины и каменного угля, а также при крекинге метана: CH 4 = C + 2H 2

28 В лаборатории Восстановлением из оксида магнием или алюминием: SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO; 3SiO 2 + 4Al = 3Si + 2Al 2 O 3.

29 В промышленности Восстановлением из оксида коксом в электрических печах: SiO 2 + 2C = Si + 2CO. Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С: SiCl 4 + 2H 2 = Si + 4HCl, Также чистый кремний получается при термическом разложении силана: SiH 4 = Si + 2H 2.

30

31 угарный газ, газ без цвета и запаха, легче воздуха, очень мало растворим в воде, растворим в спирте и бензоле. Ядовит. Необратимо взаимодействует с гемоглобином крови. Химические свойства В химическом отношении – инертное вещество. Относится к несолеобразующим оксидам, не реагирует с водой, однако при нагревании с расплавленными щелочами образует соли муравьиной кислоты: CO + NaOH = HCOONa,

32 Взаимодействие с кислородом При нагревании в кислороде сгорает красивым синим пламенем: 2СО + О 2 = 2СО 2. Взаимодействие с водородом Реагирует с водородом: СО + Н 2 = С + Н 2 О. Взаимодействие с другими неметаллами При облучении и в присутствии катализатора взаимодействует с галогенами: СО + Cl 2 = COCl 2 (фосген). и серой при 350° C: СО + S = COS (карбонилсульфид).

33 Восстановительные свойства СО – энергичный восстановитель. Восстанавливает многие металлы из их оксидов: CO + CuO = Сu + CO 2. Взаимодействие с переходными металлами С переходными металлами образует карбонилы: Ni + 4CO = Ni(CO) 4 ; Fe + 5CO = Fe(CO) 5.

34 Получение В промышленности Образуется в газогенераторах при пропускании воздуха через раскаленный уголь: C + O 2 = CO 2, CO 2 + C = 2CO. В лаборатории Получается при термическом разложении муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты: HCOOH = H 2 O + CO

35 углекислый газ, газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха, растворим в воде, при сильном охлаждении кристаллизуется в виде белой снегообразной массы – «сухого льда». При атмосферном давлении он не плавится, а испаряется. Углекислый газ образуется при гниении и горении органических веществ. Содержится в воздухе и минеральных источниках, выделяется при дыхании животных и растений. Мало растворим в воде.

36 Химические свойства Химически оксид углерода (IV) инертен. Окислительные свойства С сильными восстановителями при высоких температурах проявляет окислительные свойства. Углем восстанавливается до угарного газа: С + СО 2 = 2СО. Магний, зажженный на воздухе, продолжает гореть и в атмосфере углекислого газа: 2Mg + CO 2 = 2MgO + C.

37 Химические свойства Свойства кислотного оксида Типичный кислотный оксид. Реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты: Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3, 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O, NaOH + CO 2 = NaHCO 3.

38 Химические свойства Качественная реакция Качественной реакцией для обнаружения углекислого газа является помутнение известковой воды: Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O. В начале реакции образуется белый осадок, который исчезает при длительном пропускании CO 2 через известковую воду, т.к. нерастворимый карбонат кальция переходит в растворимый гидрокарбонат: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Сa(HCO 3 ) 2.

39 Химические свойства Получение Получают углекислый газ термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов), например, обжиг известняка: CaCO 3 = CaO + CO 2, или действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты: CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2, NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2.

40 слабая неустойчивая кислота, которую в свободном состоянии из водных растворов выделить нельзя. Проявляет свойства слабых кислот. Будучи двухосновной, образует два типа солей карбонаты и гидрокарбонаты.

41 Карбонаты двухвалентных металлов трудно растворимы в воде, но их растворимость повышается в присутствии углекислого газа за счет образования гидрокарбонатов: СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3 ) 2. Карбонаты металлов (кроме щелочных металлов) при нагревании декарбоксилируются с образованием оксида: CuCO 3 = CuO + CO 2. Гидрокарбонаты разлагаются до карбонатов: 2NaHCO 3 = Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2.

42 Качественной реакцией на карбонат и гидрокарбонат ионы является их взаимодействие с сильной кислотой, наблюдается образование углекислого газа с характерным вскипанием: Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2 ; CO H + = CO 2 + H 2 O.

43 Кристаллический оксид кремния – это кварц, горный хрусталь, халцедон, яшма, основа кварцевого песка. Очень твердое, прочное, тугоплавкое вещество. Химические свойства 1. Взаимодействие с металлами При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний: SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO или при избытке восстановителя – силициды: SiO 2 + 4Mg = Mg 2 Si + 2MgO.

44 Взаимодействие с неметаллами Реагирует с водородом: SiO 2 + 2Н 2 = Si + 2Н 2 O. Взаимодействует с углеродом: SiO 2 + 3С = SiС + 2СO.

45 Свойства кислотного оксида Диоксид кремния – типичный кислотный оксид, но не растворяется в воде, при сплавлении реагирует со щелочами: SiO 2 + 2KOH = K 2 SiO 3 + H 2 O, основными оксидами: SiO 2 + MgО = MgSiO 3. и карбонатами щелочных металлов: SiO 2 + K 2 CO 3 = K 2 SiO 3 + CO 2. С кислотами не реагирует, исключение составляет плавиковая кислота: SiO 2 + 6HF = H 2 SiF 6 + 2H 2 O.

46 Кремниевые кислоты – соединения оксида кремния с водой, очень слабые нерастворимые кислоты. Соотношение оксида кремния и воды различно, общая формула nSiO 2 ·mH 2 O, кислоты легко переходят друг в друга. Получают кремниевые кислоты косвенным путем, действуя на силикат калия или натрия соляной кислотой : Na 2 SiO 3 + 2HCl = H 2 SiO 3 + 2NaCl. В чистом виде получить нельзя!

47 Соли кремниевой кислоты – силикаты. Обычно они нерастворимы в воде, исключения составляют силикаты натрия и калия, их называют «жидким стеклом». Силикаты широко распространены в природе. Свойства силикатов различны в зависимости от их состава и строения, очень часто они имеют красивую окраску, некоторые из них используются в ювелирном деле (гранат, топаз, изумруд).

48 Стекло – тоже силикат. Состав обычного оконного стекла: Na 2 O·CaO·6SiO 2. Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na 2 CO 3, известняка CaCO 3 и белого песка SiO 2 : 6SiO 2 + Na 2 CO 3 + CaCO 3 = Na 2 O·CaO·6SiO 2 + 2CO 2. Для получения специального стекла вводят различные добавки, так стекло содержащее ионы Pb 2+ – хрусталь; Cr 3+ – имеет зеленую окраску, Fe 3+ – коричневое бутылочное стекло, Co 2+ – дает синий цвет, Mn 2+ – красновато– лиловый.