Подгруппа углерода

ОГ № 1.

атомов
C,
Si,
Ge,
Sn,
Pb
Общая характеристика. Углерод и кремний
Дмитрий Иванович
Менделеев
Выход

углерод, кремний, германий, олово и
свинец, является главной подгруппой 4

группы Периодической системы.
История открытия химических элементов IVA группы.

этих элементов имеется 4 электрона и их электронную конфигурацию в

общем виде можно записать так: ns2np2, где n - это номер
периода, в котором расположен химический элемент. При переходе сверху вниз по группе неметаллические свойства ослабляются, а металлические возрастают, поэтому углерод и
кремний - это неметаллы, а олово и свинец проявляет свойства типичных металлов. Образуя ковалентные полярные связи с атомами водорода, C и Si проявляют формальную степень окисления -4, а с более активными неметаллами (N, O, S) и галогенами
проявляют степени окисления +2 и +4.

используют изотоп углерода 13С (метод меченных атомов). Поэтому полезно знать,

что распространненость изотопов углерода: 12С - 98.89 % и 13С - 1.11 %. Если ограничиться перечислением изотопов, распространенность которых более 0.01 %, то у кремния таких изотопа 3, у германия - 5, у олова - 10, у свинца 4 стабильных изотопа. При обычных условиях углерод может
существовать в виде двух аллотропных
модификаций: алмаза и графита;
сверхчистый кристаллический кремний
- полупроводник.

элементов IVA группы. Из соединений элементов (Э) подгруппы углерода с

водородом рассмотрим соединения типа ЭН4. С увеличением заряда ядра атома Э стабильность гидридов уменьшается. При переходе от C к Pb устойчивость соединений со степенью окисления +4
уменьшается, а с +2 - увеличивается. У оксидов ЭО2 уменьшается кислотный характер , а у оксидов ЭО
увеличивается основной характер.

Плотность, температура плавления, температура кипения простых веществ элементов IVA группы.

ископаемых углях его содержится: от 92 % - в антраците,

до 80 % - в буром угле. В связном состоянии углерод встречается в карбидах: CaCO3 мел, известняк и мрамор, MgCO3·CaCO3 - доломит,
MgCO3 - магнезит. В воздухе углерод содержится в виде углекислого газа (0.03 % по объему). Содержится углерод и в соединениях, растворенных в морской воде. Углерод входит в состав растений и животных, содержится в нефти и природном газе. В реакциях с активными неметаллами углерод легко окисляется:
C+O2=CO2
2C+O2=2CO
C+2S=CS2
C+2F2=CF4
Углерод может проявлять восстановительные свойства и при взаимодействии со сложными веществами:
C+2CuO=Cu+Co2
C+2H2SO4(конц.)=CO2+2SO2+H2O
2C+BaSO4=BaS+2CO2

окислитель:
2C+H2=C2H2
C+Si=SiC
2C+Ca=CaC2
3C+4Al=Al4C3
Карбид алюминия является истинным карбидом: всеми четырьмя валентными
связями каждый

атом углерода связан с атомами металла. Карбид кальция
является ацетиленидом, так как между углеродными атомами имеется тройная
связь. Поэтому при взаимодействии карбидов алюминия с водой выделяется
метан, а при взаимодействии карбида кальция с водой - ацетилен

4Al4C3+12H2O=4Al(OH)3+3CH4
CaC2+2H2O=Ca(OH)2 +C2H2
Каменный уголь используется как топливо, применяется для получения синтез-газа. Из графита делают электроды, графитовые стержни используется в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах. Алмазы используют для изготовления
режущих инструментов, абразивов, ограненные алмазы (бриллианты) являются драгоценными камнями.

кремнезема SiO2 и различных солей кремниевой кислоты (силикатов). Он второй

(после кислорода) по распространенности в земной коре химический элемент (27.6%). В 1811 г. французы Ж.Л.Гей-Люссак и Л.Ж.Тенер получили буро-коричневое
вещество (кремний) по реакции:
SiF4+4K=4KF+Si
и лишь в 1824 г. швед Й.Берцелиус, получив кремний по реакции:
K2SiF6+4K=6KF+Si
доказал, что это новый химический элемент. Сейчас кремний получают из кремнезема:
SiO2+2MgSi+2MgO
3SiO2+4AlSi+2Al2O3
восстанавливая его магнием или углеродом. Получается он и при разложении силена:
SiH4=Si+2H2
В реакциях с неметаллами кремний может окисляться (т.е. Si-восстановитель):
Si+O2=SiO2
Si+2F2=SiF4
Si+C =SiC
Кремний растворим в щелочах:
Si2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2
нерастворим в кислотах (кроме плавиковой). В реакциях с металлами кремний проявляет окислительные свойства:
2Mg+Si=Mg2Si

получения многих сплавов на основе железа, меди и алюминия. Добавление

кремния в сталь и чугун улучшает их механические свойства. Большие добавки кремния придают сплавам
железа кислотоустойчивость. Сверхчистый кремний является полупроводником и используется для изготовления микросхем и в производстве солнечных батарей. Типичные степени окисления элементов группы IVA в различных соединениях.

Заняв кафедру химии столичного университета, он стал главой университетских химиков

в России и инициатором создания Русского химического общества (1868 г.). В 1868 г. Менделеев начал работать над учебником "Основы химии". Он писал, что его цель - "познакомить учащихся с основными данными и выводами химии в общедоступном научном зложении, указать на значение этих выводов для понимания как природы вещества и
явлений вокруг нас совершающихся, так и тех применений, которые получила химия в сельском хозяйстве, технике". В процессе работы над второй частью учебника в феврале 1869 г. Менделеев сформулировал Периодический закон и предложил наиболее совершенную форму его воплощения в виде таблицы, которую он назвал "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве". В течение двух
лет Менделеев работал над развитием и углублением открытого закона и готовил обобщающую статью "Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов". Менделеев
предсказал существование экаалюминия (был открыт в 1875 г. французом Лекоком де Буабодраном и назван галлием), экабора (был открыт в 1879 г. шведом Л.Ф.Нильсоном и назван скандием) и экасилиция (был открыт в 1886 г. немцем К.А.Винклером и назван германием). К середине 80-х годов XIX в. Периодический закон был признан всеми учеными и вошел в арсенал науки как один из важнейших законов природы. Изучая газы, Менделеев (в 1874 г.) уточнил уравнение состояния для идеальных газов (уравнение Клапейрона-Менделеева).В 1877 г. Менделеев высказал гипотезу о происхождении нефти из карбидов тяжелых металлов и предложил принцип дробной перегонки при переработке нефти, в 1888 г. - выдвинул идею о подземной газификации углей, в 1891 г. - разработал технологию изготовления нового типа бездымного пороха.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907)

Выдающийся русский химик, автор Периодического закона - родился в г. Тобольске, там же он закончил гимназию, а в 1850 г. был принят в Петербургский главный педагогический институт на физико-математический факультет. После защиты диссертации Менделеев в 1857 г. был назначен
приват-доцентом. В 1859 г. он уехал заграничную командировку в Германию
на два года, где работал в Гейдельберге у Бунзена, принял участие в работе Международного химического конгресса в Карлсруэ. После возвращения в Петербург Менделеев вел большую научную и преподавательскую деятельность, в 1865 г. защитил докторскую диссертацию, в которой была изложена его гидратная теория растворов и выдвинута идея о возможности
существования в растворах соединений переменного состава.