Στοιχεία της ομάδας IVA. Στοιχεία της ομάδας IVA Οι πιο σημαντικές ενώσεις άνθρακα

ξέρω

θέση άνθρακα και πυριτίου στον περιοδικό πίνακα, παρουσία στη φύση και πρακτική εφαρμογή.
ατομική δομή, σθένος, καταστάσεις οξείδωσης άνθρακα και πυριτίου.
μέθοδοι απόκτησης και ιδιότητες απλών ουσιών - γραφίτη, διαμάντι και πυρίτιο. νέες αλλοτροπικές μορφές άνθρακα·
κύριοι τύποι ενώσεων άνθρακα και πυριτίου.
χαρακτηριστικά των στοιχείων της υποομάδας του γερμανίου.

έχω την δυνατότητα να

να συντάξει εξισώσεις για τις αντιδράσεις απόκτησης απλών ουσιών άνθρακα και πυριτίου και αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν τις χημικές ιδιότητες αυτών των ουσιών.
συγκρίνετε τις ιδιότητες των στοιχείων στην ομάδα άνθρακα.
χαρακτηρίζουν πρακτικά σημαντικές ενώσεις άνθρακα και πυριτίου.
να πραγματοποιήσει υπολογισμούς σύμφωνα με τις εξισώσεις των αντιδράσεων στις οποίες συμμετέχουν άνθρακας και πυρίτιο.

τα δικά

Ικανότητες πρόβλεψης της πορείας των αντιδράσεων που περιλαμβάνουν άνθρακα, πυρίτιο και τις ενώσεις τους.

Η δομή των ατόμων. Επικράτηση στη φύση

Η ομάδα IVA του περιοδικού πίνακα αποτελείται από πέντε στοιχεία με ζυγούς ατομικούς αριθμούς: άνθρακα C, πυρίτιο Si, γερμάνιο Ge, κασσίτερο Sn και μόλυβδο Pb (Πίνακας 21.1). Στη φύση, όλα τα στοιχεία της ομάδας είναι μείγματα σταθερών ισοτόπων. Ο άνθρακας έχει δύο ισόγονα - *|С (98,9%) και *§С (1,1%). Επιπλέον, στη φύση υπάρχουν ίχνη του ραδιενεργού ισοτόπου «|C με t t= 5730 χρόνια. Σχηματίζεται συνεχώς κατά τη διάρκεια συγκρούσεων νετρονίων κοσμικής ακτινοβολίας με πυρήνες αζώτου στην ατμόσφαιρα της γης:

Πίνακας 21.1

Χαρακτηριστικά των στοιχείων της ομάδας IVA

* Βιογενές στοιχείο.

Το κύριο ισότοπο του άνθρακα έχει ιδιαίτερη σημασία στη χημεία και τη φυσική, καθώς βασίζεται στη μονάδα ατομικής μάζας, δηλαδή { /2 μέρος της μάζας ενός ατόμου «ICO Ναι).

Το πυρίτιο έχει τρία ισότοπα στη φύση. μεταξύ αυτών, το πιο κοινό είναι το ^)Si (92,23%). Το γερμάνιο έχει πέντε ισότοπα (j^Ge - 36,5%). Κασσίτερος - 10 ισότοπα. Πρόκειται για ρεκόρ μεταξύ των χημικών στοιχείων. Το πιο κοινό είναι το 12 5 gSn (32,59%). Ο μόλυβδος έχει τέσσερα ισότοπα: 2 SgPb (1,4%), 2 S|Pb (24,1%), 2S2βL (22,1%) και 2S2βL (52,4%). Τα τρία τελευταία ισότοπα μολύβδου είναι τα τελικά προϊόντα της αποσύνθεσης των φυσικών ραδιενεργών ισοτόπων ουρανίου και θορίου, και ως εκ τούτου η περιεκτικότητά τους στον φλοιό της γης έχει αυξηθεί σε όλη τη διάρκεια της ύπαρξης της Γης.

Όσον αφορά την επικράτηση στον φλοιό της γης, ο άνθρακας είναι μεταξύ των δέκα κορυφαίων χημικών στοιχείων. Εμφανίζεται με τη μορφή γραφίτη, πολλών ποικιλιών άνθρακα, ως μέρος πετρελαίου, φυσικού εύφλεκτου αερίου, ασβεστολιθικών στρωμάτων (CaCO e), δολομίτη (CaCO 3 -MgC0 3) και άλλων ανθρακικών ενώσεων. Αν και το φυσικό διαμάντι αποτελεί ένα ασήμαντο μέρος του διαθέσιμου άνθρακα, είναι εξαιρετικά πολύτιμο ως ένα όμορφο και σκληρότερο ορυκτό. Αλλά, φυσικά, η υψηλότερη αξία του άνθρακα έγκειται στο γεγονός ότι είναι η δομική βάση των βιοοργανικών ουσιών που σχηματίζουν τα σώματα όλων των ζωντανών οργανισμών. Ο άνθρακας δικαίως θεωρείται το πρώτο μεταξύ πολλών χημικών στοιχείων που είναι απαραίτητα για την ύπαρξη της ζωής.

Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στον φλοιό της γης. Η άμμος, ο πηλός και πολλά πετρώματα που βλέπετε αποτελούνται από ορυκτά πυριτίου. Με εξαίρεση τις κρυσταλλικές ποικιλίες οξειδίου του πυριτίου, όλες οι φυσικές ενώσεις του είναι πυριτικά, δηλ. άλατα διαφόρων πυριτικών οξέων. Αυτά τα ίδια τα οξέα δεν έχουν ληφθεί ως μεμονωμένες ουσίες. Τα ορθοπυριτικά περιέχουν ιόντα SiOj ~, τα μεταπυριτικά αποτελούνται από πολυμερείς αλυσίδες (Si0 3 ") w. Τα περισσότερα πυριτικά άλατα είναι κατασκευασμένα σε ένα πλαίσιο ατόμων πυριτίου και οξυγόνου, μεταξύ των οποίων μπορούν να βρίσκονται άτομα οποιωνδήποτε μετάλλων και ορισμένων μη μετάλλων (φθόριο). γνωστά ορυκτά πυριτίου περιλαμβάνουν χαλαζία Si0 2, άστριο (ορθόκλαση KAlSi 3 0 8), μαρμαρυγία (μοσχοβίτης KAl 3 H 2 Si 3 0 12). Συνολικά, είναι γνωστά περισσότερα από 400 ορυκτά πυριτίου. Οι ενώσεις πυριτίου αποτελούν περισσότερες από τις μισές κοσμήματα και διακοσμητικές πέτρες Το πλαίσιο οξυγόνου-πυριτίου προκαλεί χαμηλής διαλυτότητας ορυκτά πυριτίου στο νερό.Μόνο από θερμές υπόγειες πηγές, εδώ και χιλιάδες χρόνια, μπορούν να εναποτεθούν αναπτύξεις και κρούστες ενώσεων πυριτίου. Ο ίασπης ανήκει σε πετρώματα αυτού του τύπου.

Δεν χρειάζεται να μιλήσουμε για την εποχή της ανακάλυψης του άνθρακα, του πυριτίου, του κασσίτερου και του μολύβδου, αφού ήταν γνωστά με τη μορφή απλών ουσιών ή ενώσεων από την αρχαιότητα. Το γερμάνιο ανακαλύφθηκε από τον K. Winkler (Γερμανία) το 1886 στο σπάνιο ορυκτό αργυροδίτη. Σύντομα έγινε σαφές ότι η ύπαρξη ενός στοιχείου με τέτοιες ιδιότητες είχε προβλεφθεί από τον D. I. Mendeleev. Η ονομασία του νέου στοιχείου προκάλεσε διαμάχη. Ο Mendeleev, σε μια επιστολή του προς τον Winkler, υποστήριξε σθεναρά το όνομα γερμάνιο.

Τα στοιχεία της ομάδας IVA έχουν τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους στο εξωτερικό μικρό-και p-υποεπίπεδα:

Ηλεκτρονικοί τύποι ατόμων:

Στη θεμελιώδη κατάσταση, αυτά τα στοιχεία είναι δισθενή και στη διεγερμένη κατάσταση γίνονται τετρασθενή:

Ο άνθρακας και το πυρίτιο σχηματίζουν πολύ λίγες χημικές ενώσεις σε δισθενή κατάσταση. σχεδόν σε όλες τις σταθερές ενώσεις είναι τετρασθενείς. Πιο κάτω στην ομάδα, για το γερμάνιο, τον κασσίτερο και τον μόλυβδο, η σταθερότητα της δισθενούς κατάστασης αυξάνεται και η σταθερότητα της τετρασθενούς κατάστασης μειώνεται. Επομένως, οι ενώσεις μολύβδου(IV) συμπεριφέρονται ως ισχυρά οξειδωτικά. Αυτό το πρότυπο εκδηλώνεται επίσης στην ομάδα VA. Μια σημαντική διαφορά μεταξύ του άνθρακα και των υπολοίπων στοιχείων της ομάδας είναι η ικανότητα σχηματισμού χημικών δεσμών σε τρεις διαφορετικές καταστάσεις υβριδισμού - sp, sp2Και sp3.Το πυρίτιο έχει πρακτικά μόνο μία υβριδική κατάσταση. sp3.Αυτό φαίνεται ξεκάθαρα όταν συγκρίνονται οι ιδιότητες του άνθρακα και των ενώσεων πυριτίου. Για παράδειγμα, το μονοξείδιο του άνθρακα CO 2 είναι αέριο (διοξείδιο του άνθρακα) και το οξείδιο του πυριτίου Si0 2 είναι μια πυρίμαχη ουσία (χαλαζίας). Η πρώτη ουσία είναι αέρια γιατί στο sp-υβριδισμός άνθρακα, όλοι οι ομοιοπολικοί δεσμοί είναι κλειστοί στο μόριο CO 2:

Η έλξη μεταξύ των μορίων είναι ασθενής και αυτό καθορίζει την κατάσταση της ύλης. Στο οξείδιο του πυριτίου, τέσσερα υβριδικά τροχιακά πυριτίου 5p 3 δεν μπορούν να κλείσουν σε δύο άτομα οξυγόνου. Ένα άτομο πυριτίου συνδέεται με τέσσερα άτομα οξυγόνου, καθένα από τα οποία με τη σειρά του συνδέεται με ένα άλλο άτομο πυριτίου. Αποδεικνύεται μια δομή πλαισίου με την ίδια δύναμη δεσμών μεταξύ όλων των ατόμων (βλ. διάγραμμα, τόμος 1, σελ. 40).

Οι ενώσεις άνθρακα και πυριτίου με τον ίδιο υβριδισμό, όπως το μεθάνιο CH 4 και το σιλάνιο SiH 4 , είναι παρόμοιες στη δομή και τις φυσικές ιδιότητες. Και οι δύο ουσίες είναι αέρια.

Η ηλεκτραρνητικότητα των στοιχείων IVA είναι χαμηλότερη σε σύγκριση με τα στοιχεία της ομάδας VA, και αυτό είναι ιδιαίτερα αισθητό στα στοιχεία της 2ης και 3ης περιόδου. Η μεταλλικότητα των στοιχείων στην ομάδα IVA είναι πιο έντονη από την ομάδα VA. Ο άνθρακας με τη μορφή γραφίτη είναι αγωγός. Το πυρίτιο και το γερμάνιο είναι ημιαγωγοί, ενώ ο κασσίτερος και ο μόλυβδος είναι αληθινά μέταλλα.

Στοιχείο	ντο	Σι	Γε	sn	Pb
Σειριακός αριθμός	6	14	32	50	82
Ατομική μάζα (σχετική)	12,011	28,0855	72,59	118,69	207,2
Πυκνότητα (n.o.), g/cm 3	2,25	2,33	5,323	7,31	11,34
t pl, °C	3550	1412	273	231	327,5
t δέμα, °C	4827	2355	2830	2600	1749
Ενέργεια ιοντισμού, kJ/mol	1085,7	786,5	762,1	708,6	715,2
Ηλεκτρονική φόρμουλα	2s 2 2p 2	3s 2 3p 2	3d 10 4s 2 4p 2	4d 10 5s 2 5p 2	4f 14 5d 10 6s 2 6p 2
Ηλεκτραρνητικότητα (σύμφωνα με τον Pauling)	2,55	1,9	2,01	1,96	2,33

Ηλεκτρονικοί τύποι αδρανών αερίων:

Αυτός - 1s 2 ;
Ne - 1s 2 2s 2 2p 6 ;
Ar - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
Kr - 3d 10 4s 2 4p 6 ;
Xe - 4d 10 5s 2 5p 6 ;

Ρύζι. Η δομή του ατόμου άνθρακα.

Η ομάδα 14 (ομάδα IVa σύμφωνα με την παλιά ταξινόμηση) του περιοδικού πίνακα χημικών στοιχείων του D. I. Mendeleev περιλαμβάνει 5 στοιχεία: άνθρακα, πυρίτιο, γερμάνιο, κασσίτερο, μόλυβδο (βλ. πίνακα παραπάνω). Ο άνθρακας και το πυρίτιο είναι αμέταλλα, το γερμάνιο είναι μια ουσία που εμφανίζει μεταλλικές ιδιότητες, ο κασσίτερος και ο μόλυβδος είναι τυπικά μέταλλα.

Το πιο κοινό στοιχείο της ομάδας 14 (IVa) στον φλοιό της γης είναι το πυρίτιο (το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στη Γη μετά το οξυγόνο) (27,6% κατά βάρος), ακολουθούμενο από: άνθρακα (0,1%), μόλυβδο (0,0014%), κασσίτερος (0,00022%), γερμάνιο (0,00018%).

Το πυρίτιο, σε αντίθεση με τον άνθρακα, δεν εμφανίζεται στη φύση σε ελεύθερη μορφή, μπορεί να βρεθεί μόνο σε δεσμευμένη μορφή:

SiO 2 - πυρίτιο, που βρίσκεται με τη μορφή χαλαζία (μέρος πολλών πετρωμάτων, άμμου, αργίλου) και των ποικιλιών του (αχάτης, αμέθυστος, κρύσταλλος βράχου, ίασπης κ.λπ.).
Τα πυριτικά είναι πλούσια σε πυρίτιο: τάλκης, αμίαντος.
αργιλοπυριτικά: άστριος, μαρμαρυγία, καολίνη.

Το γερμάνιο, ο κασσίτερος και ο μόλυβδος επίσης δεν βρίσκονται σε ελεύθερη μορφή στη φύση, αλλά αποτελούν μέρος ορισμένων ορυκτών:

γερμάνιο: (Cu 3 (Fe, Ge)S 4) - ορυκτό γερμανίτη.
κασσίτερος: SnO 2 - κασιρίτης.
μόλυβδος: PbS - galena; PbSO 4 - γωνιακός τόπος; PbCO 3 - cerussite.

Όλα τα στοιχεία της ομάδας 14(IVa) σε μη διεγερμένη κατάσταση στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο έχουν δύο ασύζευκτα p-ηλεκτρόνια (το σθένος είναι 2, για παράδειγμα, CO). Κατά τη μετάβαση σε μια διεγερμένη κατάσταση (η διαδικασία απαιτεί ενεργειακό κόστος), ένα ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο του εξωτερικού επιπέδου «πηδά» σε ένα ελεύθερο p-τροχιακό, σχηματίζοντας έτσι 4 «μοναχικά» ηλεκτρόνια (ένα στο υποεπίπεδο s και τρία στο το p-υποεπίπεδο), το οποίο διευρύνει το σθένος των στοιχείων (το σθένος είναι 4: για παράδειγμα, CO 2).

Ρύζι. Η μετάβαση ενός ατόμου άνθρακα σε διεγερμένη κατάσταση.

Για τον παραπάνω λόγο, στοιχεία της ομάδας 14(IVa) μπορούν να εμφανίσουν καταστάσεις οξείδωσης: +4; +2; 0; -4.

Δεδομένου ότι χρειάζεται ολοένα και περισσότερη ενέργεια για να «πηδήσει» ένα ηλεκτρόνιο από το s-υποεπίπεδο στο p-υποεπίπεδο της σειράς από άνθρακα σε μόλυβδο (χρειάζεται πολύ λιγότερη ενέργεια για να διεγείρει ένα άτομο άνθρακα από ό,τι για να διεγείρει ένα άτομο μολύβδου), άνθρακας "πρόθυμα" εισέρχεται σε ενώσεις στις οποίες εμφανίζει σθένος τέσσερα. και μόλυβδος - δύο.

Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τις καταστάσεις οξείδωσης: στη σειρά από άνθρακα σε μόλυβδο, η εκδήλωση των καταστάσεων οξείδωσης +4 και -4 μειώνεται και η κατάσταση οξείδωσης +2 αυξάνεται.

Δεδομένου ότι ο άνθρακας και το πυρίτιο είναι αμέταλλα, μπορούν να εμφανίσουν θετικές και αρνητικές καταστάσεις οξείδωσης, ανάλογα με την ένωση (σε ενώσεις με περισσότερα ηλεκτραρνητικά στοιχεία, το C και το Si δίνουν ηλεκτρόνια και κέρδος σε ενώσεις με λιγότερα ηλεκτραρνητικά στοιχεία):

C +2 O, C +4 O 2, Si +4 Cl 4 C -4 H 4, Mg 2 Si -4

Τα Ge, Sn, Pb, όπως τα μέταλλα στις ενώσεις, δωρίζουν πάντα τα ηλεκτρόνια τους:

Ge +4 Cl 4, Sn +4 Br 4, Pb +2 Cl 2

Τα στοιχεία της ομάδας άνθρακα σχηματίζουν τις ακόλουθες ενώσεις:

ασταθής πτητικές ενώσεις υδρογόνου(γενικός τύπος EH 4), από τον οποίο μόνο το μεθάνιο CH 4 είναι σταθερή ένωση.
οξείδια που δεν σχηματίζουν άλατα- χαμηλότερα οξείδια CO και SiO.
οξείδια οξέος- υψηλότερα οξείδια CO 2 και SiO 2 - αντιστοιχούν σε υδροξείδια, τα οποία είναι ασθενή οξέα: H 2 CO 3 (ανθρακικό οξύ), H 2 SiO 3 (πυριτικό οξύ).
αμφοτερικά οξείδια- GeO, SnO, PbO και GeO 2, SnO 2, PbO 2 - τα τελευταία αντιστοιχούν στα υδροξείδια (IV) του γερμανίου Ge (OH) 4, του στροντίου Sn (OH) 4, του μολύβδου Pb (OH) 4.

Αφηρημένες λέξεις-κλειδιά: άνθρακας, πυρίτιο, στοιχεία της ομάδας IVA, ιδιότητες στοιχείων, διαμάντι, γραφίτης, καραμπίνα, φουλερένιο.

Τα στοιχεία της ομάδας IV είναι άνθρακα, πυρίτιο, γερμάνιο, κασσίτερο και μόλυβδο. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις ιδιότητες του άνθρακα και του πυριτίου. Ο πίνακας δείχνει τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά αυτών των στοιχείων.

Σχεδόν σε όλες τις ενώσεις τους, άνθρακα και πυρίτιο τετρασθενής , τα άτομά τους βρίσκονται σε διεγερμένη κατάσταση. Η διαμόρφωση του στρώματος σθένους του ατόμου άνθρακα αλλάζει όταν το άτομο διεγείρεται:

Η διαμόρφωση του στρώματος σθένους του ατόμου πυριτίου αλλάζει παρόμοια:

Το εξωτερικό επίπεδο ενέργειας των ατόμων άνθρακα και πυριτίου έχει 4 ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Η ακτίνα του ατόμου του πυριτίου είναι μεγαλύτερη· το στρώμα σθένους του είναι κενό 3 ρε– τροχιακά, αυτό προκαλεί διαφορές στη φύση των δεσμών που σχηματίζουν άτομα πυριτίου.

Οι καταστάσεις οξείδωσης του άνθρακα ποικίλλουν στην περιοχή από –4 έως +4.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του άνθρακα είναι η ικανότητά του να σχηματίζει αλυσίδες: τα άτομα άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους και σχηματίζουν σταθερές ενώσεις. Παρόμοιες ενώσεις πυριτίου είναι ασταθείς. Η ικανότητα του άνθρακα να σχηματίζει αλυσίδα καθορίζει την ύπαρξη ενός τεράστιου αριθμού ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ .

ΠΡΟΣ ΤΗΝ ανόργανες ενώσεις άνθρακα περιλαμβάνουν τα οξείδια του, το ανθρακικό οξύ, τα ανθρακικά και τα διττανθρακικά, τα καρβίδια. Οι υπόλοιπες ενώσεις άνθρακα είναι οργανικές.

Το στοιχείο άνθρακας χαρακτηρίζεται από αλλοτροπία, οι αλλοτροπικές τροποποιήσεις του είναι διαμάντι, γραφίτης, καραμπίνα, φουλερένιο. Άλλες αλλοτροπικές τροποποιήσεις του άνθρακα είναι τώρα γνωστές.

ΚάρβουνοΚαι αιθάλημπορεί να θεωρηθεί ως άμορφοςποικιλίες γραφίτη.

Το πυρίτιο σχηματίζει μια απλή ουσία - κρυσταλλικό πυρίτιο. Υπάρχει άμορφο πυρίτιο - μια λευκή σκόνη (χωρίς ακαθαρσίες).

Οι ιδιότητες του διαμαντιού, του γραφίτη και του κρυσταλλικού πυριτίου δίνονται στον πίνακα.

Ο λόγος για τις προφανείς διαφορές στις φυσικές ιδιότητες του γραφίτη και του διαμαντιού οφείλεται σε διαφορετικές τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος . Σε έναν κρύσταλλο διαμαντιού, κάθε άτομο άνθρακα (εκτός από αυτά που βρίσκονται στην επιφάνεια του κρυστάλλου) σχηματίζεται τέσσεριςισοδύναμους ισχυρούς δεσμούς με γειτονικά άτομα άνθρακα. Αυτοί οι δεσμοί κατευθύνονται στις κορυφές του τετραέδρου (όπως στο μόριο CH 4). Έτσι, σε έναν κρύσταλλο διαμαντιού, κάθε άτομο άνθρακα περιβάλλεται από τέσσερα από τα ίδια άτομα που βρίσκονται στις κορυφές ενός τετραέδρου. Η συμμετρία και η αντοχή των δεσμών C–C σε έναν κρύσταλλο διαμαντιού καθορίζουν την εξαιρετική αντοχή και την απουσία ηλεκτρονικής αγωγιμότητας.

ΣΕ κρύσταλλο γραφίτη Κάθε άτομο άνθρακα σχηματίζει τρεις ισχυρούς ισοδύναμους δεσμούς με γειτονικά άτομα άνθρακα στο ίδιο επίπεδο υπό γωνία 120°. Σε αυτό το επίπεδο σχηματίζεται ένα στρώμα που αποτελείται από επίπεδους εξαμελείς δακτυλίους.

Επιπλέον, κάθε άτομο άνθρακα έχει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο. Αυτά τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα κοινό ηλεκτρονικό σύστημα. Η σύνδεση μεταξύ των στρωμάτων πραγματοποιείται λόγω σχετικά ασθενών διαμοριακών δυνάμεων. Τα στρώματα είναι διατεταγμένα το ένα σε σχέση με το άλλο με τέτοιο τρόπο ώστε το άτομο άνθρακα του ενός στρώματος να βρίσκεται πάνω από το κέντρο του εξαγώνου του άλλου στρώματος. Το μήκος του δεσμού C–C μέσα στο στρώμα είναι 0,142 nm, η απόσταση μεταξύ των στρωμάτων είναι 0,335 nm. Ως αποτέλεσμα, οι δεσμοί μεταξύ των στρωμάτων είναι πολύ πιο αδύναμοι από τους δεσμούς μεταξύ ατόμων μέσα σε ένα στρώμα. Αυτό προκαλεί ιδιότητες γραφίτη: Είναι απαλό, εύκολο στην απολέπιση, έχει γκρι χρώμα και μεταλλική λάμψη, είναι ηλεκτρικά αγώγιμο και χημικά πιο αντιδραστικό από το διαμάντι. Μοντέλα κρυσταλλικών δικτυωμάτων από διαμάντι και γραφίτη φαίνονται στο σχήμα.

Είναι δυνατόν να μετατραπεί ο γραφίτης σε διαμάντι; Μια τέτοια διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί υπό σκληρές συνθήκες - σε πίεση περίπου 5000 MPa και σε θερμοκρασίες από 1500 ° C έως 3000 ° C για αρκετές ώρες παρουσία καταλυτών (Ni). Ο κύριος όγκος των προϊόντων είναι μικροί κρύσταλλοι (από 1 έως αρκετά mm) και σκόνη διαμαντιού.

Καραμπίνα- αλλοτροπική τροποποίηση του άνθρακα, στην οποία τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν γραμμικές αλυσίδες του τύπου:

–С≡–С≡іС≡і(α-καρβίνη, πολυύνη) ή =C=C=C=C=C=C=(β-καρβίνη, πολυένιο)

Η απόσταση μεταξύ αυτών των αλυσίδων είναι μικρότερη από ό,τι μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη λόγω της ισχυρότερης διαμοριακής αλληλεπίδρασης.

Το Carbin είναι μαύρη σκόνη, είναι ημιαγωγός. Χημικά, είναι πιο ενεργός από τον γραφίτη.

φουλερένιο- αλλοτροπική τροποποίηση του άνθρακα που σχηματίζεται από μόρια C 60, C 70 ή C 84. Στη σφαιρική επιφάνεια του μορίου C 60, τα άτομα άνθρακα βρίσκονται στις κορυφές 20 κανονικών εξαγώνων και 12 κανονικών πενταγώνων. Όλα τα φουλλερένια είναι κλειστές δομές ατόμων άνθρακα. Οι κρύσταλλοι φουλερενίου είναι ουσίες με μοριακή δομή.

Πυρίτιο.Υπάρχει μόνο μία σταθερή αλλοτροπική τροποποίηση του πυριτίου, το κρυσταλλικό πλέγμα του οποίου είναι παρόμοιο με αυτό του διαμαντιού. Πυρίτιο - σκληρό, πυρίμαχο ( t° pl \u003d 1412 ° C), μια πολύ εύθραυστη ουσία σκούρου γκρι χρώματος με μεταλλική γυαλάδα, υπό τυπικές συνθήκες - ένας ημιαγωγός.

IVA ομάδα χημικών στοιχείων του D.I. Ο Mendeleev περιλαμβάνει τα αμέταλλα (άνθρακας και πυρίτιο), καθώς και μέταλλα (γερμάνιο, κασσίτερος, μόλυβδος). Τα άτομα αυτών των στοιχείων περιέχουν τέσσερα ηλεκτρόνια (ns 2 np 2) στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας, δύο από τα οποία δεν είναι ζευγαρωμένα. Επομένως, τα άτομα αυτών των στοιχείων στις ενώσεις μπορούν να παρουσιάζουν σθένος II. Τα άτομα των στοιχείων της ομάδας IVA μπορούν να περάσουν σε διεγερμένη κατάσταση και να αυξήσουν τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων έως και 4 και, κατά συνέπεια, στις ενώσεις παρουσιάζουν υψηλότερο σθένος ίσο με τον αριθμό της ομάδας IV. Ο άνθρακας στις ενώσεις εμφανίζει καταστάσεις οξείδωσης από –4 έως +4, για τις υπόλοιπες καταστάσεις οξείδωσης σταθεροποιούνται: –4, 0, +2, +4.

Σε ένα άτομο άνθρακα, σε αντίθεση με όλα τα άλλα στοιχεία, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σθένους είναι ίσος με τον αριθμό των τροχιακών σθένους. Αυτός είναι ένας από τους κύριους λόγους για τη σταθερότητα του δεσμού C–C και την εξαιρετική τάση του άνθρακα να σχηματίζει ομοαλυσίδες, καθώς και την ύπαρξη μεγάλου αριθμού ενώσεων άνθρακα.

Οι αλλαγές στις ιδιότητες των ατόμων και των ενώσεων στη σειρά C–Si–Ge–Sn–Pb δείχνουν δευτερεύουσα περιοδικότητα (Πίνακας 5).

Πίνακας 5 - Χαρακτηριστικά ατόμων στοιχείων της ομάδας IV

	6C	1 4 Si	3 2 Γε	50 sn	82 Pb
Ατομική μάζα	12,01115	28,086	72,59	118,69	207,19
ηλεκτρόνια σθένους	2s 2 2p 2	3s 2 3p 2	4s 2 4p 2	5s 2 5p 2	6s 2 6p 2
Ομοιοπολική ακτίνα ενός ατόμου, Ǻ	0,077	0,117	0,122	0,140	–
Μεταλλική ατομική ακτίνα, Ǻ	–	0,134	0,139	0,158	0,175
Ακτίνα ιόντων υπό όρους, E 2+ , nm	–	–	0,065	0,102	0,126
Ακτίνα ιόντων υπό όρους E 4+ , nm	–	0,034	0,044	0,067	0,076
Ενέργεια ιοντισμού E 0 - E +, ev	11,26	8,15	7,90	7,34	7,42
Περιεκτικότητα στον φλοιό της γης, σε. %	0,15	20,0	2∙10 –4	7∙10 – 4	1,6∙10 – 4

Η δευτερογενής περιοδικότητα (μη μονοτονική αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων σε ομάδες) οφείλεται στη φύση της διείσδυσης εξωτερικών ηλεκτρονίων στον πυρήνα. Έτσι, η μη μονοτονικότητα της αλλαγής στις ατομικές ακτίνες κατά τη μετάβαση από το πυρίτιο στο γερμάνιο και από τον κασσίτερο στο μόλυβδο οφείλεται στη διείσδυση ηλεκτρονίων s, αντίστοιχα, κάτω από την οθόνη 3d 10 ηλεκτρονίων στο γερμάνιο και τη διπλή οθόνη του 4f 14 και 5d 10 ηλεκτρόνια στον μόλυβδο. Δεδομένου ότι η διεισδυτική ισχύς μειώνεται στη σειρά s>p>d, η εσωτερική περιοδικότητα στην αλλαγή των ιδιοτήτων εκδηλώνεται πιο ξεκάθαρα στις ιδιότητες των στοιχείων που καθορίζονται από τα s-ηλεκτρόνια. Ως εκ τούτου, είναι πιο χαρακτηριστικό για ενώσεις στοιχείων των ομάδων Α του περιοδικού συστήματος, που αντιστοιχούν στην υψηλότερη κατάσταση οξείδωσης των στοιχείων.

Ο άνθρακας διαφέρει σημαντικά από τα άλλα στοιχεία p της ομάδας λόγω της υψηλής ενέργειας ιονισμού του.

Ο άνθρακας και το πυρίτιο έχουν πολυμορφικές τροποποιήσεις με διαφορετικές δομές κρυσταλλικών δικτυωμάτων. Το γερμάνιο ανήκει στα μέταλλα, χρώματος ασημί-λευκού με κιτρινωπή απόχρωση, αλλά έχει ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα σαν διαμάντι με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Ο κασσίτερος έχει δύο πολυμορφικές τροποποιήσεις: μια μεταλλική τροποποίηση με ένα μεταλλικό κρυσταλλικό πλέγμα και έναν μεταλλικό δεσμό. μη μεταλλική τροποποίηση με ατομικό κρυσταλλικό πλέγμα, το οποίο είναι σταθερό σε θερμοκρασίες κάτω των 13,8 C. Ο μόλυβδος είναι ένα σκούρο γκρι μέταλλο με ένα μεταλλικό κυβικό κρυσταλλικό πλέγμα με επίκεντρο την όψη. Μια αλλαγή στη δομή των απλών ουσιών της σειράς γερμάνιο-κασσίτερος-μόλυβδος αντιστοιχεί σε αλλαγή στις φυσικές τους ιδιότητες. Έτσι το γερμάνιο και ο μη μεταλλικός κασσίτερος είναι ημιαγωγοί, ο μεταλλικός κασσίτερος και ο μόλυβδος είναι αγωγοί. Η αλλαγή του τύπου του χημικού δεσμού από κυρίως ομοιοπολικό σε μεταλλικό συνοδεύεται από μείωση της σκληρότητας απλών ουσιών. Έτσι, το γερμάνιο είναι αρκετά σκληρό, ενώ ο μόλυβδος τυλίγεται εύκολα σε λεπτά φύλλα.

Οι ενώσεις στοιχείων με υδρογόνο έχουν τον τύπο EN 4: CH 4 - μεθάνιο, SiH 4 - σιλάνιο, GeH 4 - γερμανικό, SnH 4 - stannan, PbH 4 - plumbane. Αδιάλυτο στο νερό. Από πάνω προς τα κάτω, στη σειρά των ενώσεων υδρογόνου, η σταθερότητά τους μειώνεται (το υδραυλικό είναι τόσο ασταθές που η ύπαρξή του μπορεί να κριθεί μόνο με έμμεσα σημάδια).

Οι ενώσεις στοιχείων με οξυγόνο έχουν τους γενικούς τύπους: EO και EO 2. Τα οξείδια CO και SiO δεν σχηματίζουν άλατα. Τα GeO, SnO, PbO είναι αμφοτερικά οξείδια. CO 2, SiO 2 GeO 2 - όξινο, SnO 2, PbO 2 - αμφοτερικό. Με την αύξηση του βαθμού οξείδωσης, οι όξινες ιδιότητες των οξειδίων αυξάνονται, ενώ οι βασικές ιδιότητες εξασθενούν. Οι ιδιότητες των αντίστοιχων υδροξειδίων αλλάζουν παρόμοια.

| | | | | | | |