Углерод Кремний

металлов, CO2, соли H2CO3 – карбонаты, HCN – синильная кислота

и её соли цианиды, HCNS – роданиды.

Fe3C, CaC2 – карбиды и др.
CS2 – сероуглерод
CoCl2 – фосген
CCl2 – четырех хлор. углерод

в состав карбонатов (CaCO3, MgCO3), нефти, каменного и бурого угля,

сланцев, природного газа. Хотя содержание CO2 в атмосфере невелико (всего ~ 0,03%), но его общая масса составляет около 600 млн тонн. Углерод входит в состав всего живого + графит, алмаз, карбин и т.д.

1s22s px py pz





Он имеет неспаренных электрона и во

внешнем электронном слое отсутствуют как свободные квантовые ячейки, так и неподеленные электронные пары.

свойства данного элемента, благодаря чему существует огромное многообразие органических соединений.
Промежуточное

значение электроотрицательности приводит к тому, что углерод образует ковалентные связи со всеми реакционоспособными элементами периодической таблицы, стоящими от него справа (O, N, галогены) и снизу (Si, Ge, Sn, Pb). Невозм0жность донорно-акцепторного взаимодействия обусловливает примерно одинаковую прочность связей с водородом, у которого нет неподеленных электронных пар и с другими атомами, имеющими неподеленные пары, а также связей С–С.

циклических структур.
Формирование цепей … – С – С –

С – … энергетически выгоднее, чем молекул С2, в которых углерод двухвалентен и образует менее прочную π-связь, чем σ-связь в цепях.
В подавляющем большинстве углерод четырехвалентен (исключение CO и существующие в плазме •CN; •CH3; :CH). Координационные числа выше 4 для углерода нехарактерны, т.к. его атом не имеет d–орбиталей в валентном слое (исключение – некторые карбиды).

плоских слоев атомов, которые находятся на расстоянии 334 пм, и

слабо связаны между собой, поэтому графит легко разделяется на чешуйки.
Графит – электропроводен, теплопроводен, похож на металлы, свмое тугоплавкое из простых веществ tпл 3800°С. Природный графит встречается редко, используется искусственный, получаемый t° в электропечи при 2200°-2800° углей или нефтяного кокса. В зависимости от условий получения различают стеклографит, пирографит, графитовое волокно. Благодаря структуры в него могут внедряться B, F, Na, K, H2SO4, FeCl3, FeS2 и т.д. При этом образуется C8K, C64Na и т.д.

из широко применяемых адсорбентов является активный (активированный уголь). Его получают

обработкой древесного угля перегретым водяным паром (удаляют смолистые вещества из пор).
Пиролизом определенных сортов каменного угля получают кокс. Это углерод (графит) + зола.
Другой аллотропной модификацией является алмаз. В кристаллической решетке алмаза каждый атом 4 ковалентные связи (sp3 гибридизация,
d(C–C) = 154 пм). Известны кристаллы алмаза кубической и гексагональной сингоний. (очень редко встречаются в природе).

в каратах. 1 карат составляет 0,2 г. Стоимость зависит от

размера. Самый большой весит 600 г. Создаются искусственные алмазы (школа Лейпунского 1939 г. и Верещагина Л.Ф.).
В 1963 удалось получить новую модификацию углерода, путем каталитического окисления ацетилена, которую назвали α-карбином).


Позднее она была найдена в природе. Это линейный полимер. Это черный мелкокристаллический порошок. Получен также ρ-карбин

несколько кислородных соединений углерода – CO, CO2, C3O2, C5O2, C6O9

и циклические соединения (эфиры) C12O12 и (C4O3)n.
CO и CO2 – являются наиболее распространенными оксидами.
CO – бесцветный, малорастворимый в воде газ, без запаха. Очень ядовитый «угарный газ».
В лабораторных условиях СО получают, действуя на муравьиную кислоту водоотнимающими средствами H2SO4 и P2O5.

О2 или при очень высоких t˚.
Получение:
1) промышленное:
пропускают воздух через слой

расплавленного угля.



Смесь СО с азотом воздуха – генераторный газ.
СО – сильный восстановитель (используется в металлических процессах).

– фосген, оксохлорид углерода)


COCl2 – бурый газ, очень

ядовит.

с серой:


с водородом под давлением, t˚

атомам металлов многочисленны, их известно около 1000. Связь в них,

как у комплексных соединений. Имеют широкое применение в препаративной химии.

СО2 – газ.
Две sp-гибридные орбитали углерода образуют две σ-связи с О2, а оставшиеся негибридизованными р-орбитали углерода дают с двумя р-орбиталями О2 π-связи. СО2 имеет линейное строение. Твердый СО2 испаряется при 78˚С, не плавясь (сухой лед). 10 % содержание СО2 в воздухе смертельно.

растворим в воде:


но реакция смещена влево,
H2CO3 – угольная кислота слабая.

карбонаты, мало растворимы в воде. Для щелочных металлов известны гидрокарбонаты

– NaHCO3, которые при t˚ разлагаются:


1) при t˚ углерод реагируют с серой:



2) углерод имеет много соединений с галогенами: простейшие СГ4.
Практическое применение имеют CCl4 и CF4.
CF2Cl2 (газ)– фрион (холодильники)

яд, слабая кислота, состоит из двух видов, находится таутомерном равновесии:


Соли

цианиды подвержены гидролизу, KCN, NaCN и т.д.
При действии серы на цианиды щелочных металлов, образуются роданиды: соли роданистоводородной кислоты:

соли гидролизу не подвергаются.

4) карбиды – это соединения углерода с

элементами имеющими меньшую электроотрицательность, чем С.
карбиды делят на 3 группы:
а) солеподобные связь ковалентная – ионная, Be2C, Mg2C3, CaC2, Al4C3, Mn3C и т.д.
б) внедрения – металлоподобные, очень прочные, TiC, VC и т.д.
в) ковалентные SiC, B4C – ковалентная связь.

граф. электроды, плавильные тигли, облицовка ванн в металлургии, в ядерных

реакторах и т.д.
графитовое волокно – детали самолетов и ракет.

Активированный уголь – адсорбент.

Сажа – наполнитель в резиновых изделиях.

Алмазы для бурения и обработки твердых материалов.

ткань и т.д.) определяют соединение 14С (5569 лет полураспада). Зная

период полураспада 14С и его соединение в атмосферном СО2, вычисляют возраст находки «археологические часы».

СО2 – сухой лед для пищевых продуктов.
СО2 – для тушения огня.
цианиды – для извлечения золота из руд.
СаС2 – карбид Са для получения ацетилена.

др.
Природные ресурсы:
27,6 % кремния в природе, второй после О2 элемент.
В

свободном состоянии не встречается, входит в состав алюмо и силикатных материалов.
SiO2 – сильно распространен

кварц → горный хрусталь (некоторые весят десятки тонн)
песок

SiO2 – кизельгур (инфузорная земля), остатки водорослей диатомовых.
гранит содержит SiO2

удаляют HCl.

2) в промышленности:
SiO2 восстанавливают углеродом в

эл. печи.


Кремний высокой чистоты готовят восстановлением водородом соединений SiCl4 или разложением SiH4 силана.

твердое вещество с металлическим блеском. Полупроводник. Существует также аморфная форма,

тугоплавок, большая твердость, химически стоек, бурого цвета.
Электронная конфигурация Si – 3s2p2,
в возбужденном состоянии 3s pxpypz




Координационное число = 4, но может быть и
равным 6.

неметаллы, имеют высокие температуры плавления, образуют кислотные оксиды, ковалентные гидриды

и т.д.

1) Si не реагируют с водородом
кремневодороды (силаны) получают косвенными методами:


Силаны – легколетучие ядовитые вещества, являются сильными восстановителями.

При t˚ Si реагируют с О2, получают SiO2,
или SiO при

высокой температуре.
SiO2 существует в нескольких модификациях:
β - кварц
α - кварц – обычная форма.
При охлаждении SiO2 образуется стекловидная форма.
кварц. Стекло
На SiO2 не действуют никакие кислоты кроме HF
а)

В воде хорошо растворимы только силикаты щелочных металлов.

Na2SiO3 – при сплавлении образуется жидкое стекло.

SiO2 в виде прозрачных крупинок. Он обладает пористостью и имеет

огромную удельную поверхность. Силикагель – широко испол. адсорбент и носитель катализатора.
Кремниевые кислоты слабее угольной. Они выпадают в осадок при действии CO2 сильно гидролизуются.
H2SiO3 – метакремниевая кислота (силикаты)
H4SiO4 – ортокремневая кислота (ортосиликаты)

1) Si реагируют с водой при t° высокой:

с галогенами






4) с серой образуется SiS2
5) с азотом

Si3N4
6) с углеродом SiC (карборунд) при t° 1300°С
Известно очень много кремнийорганических веществ.
7) с металлами образует силициды
(Mg2Si, FeSi, Cr3Si и т.д.) похожи по свойствам на интерметаллиды

магнитную проницаемость
Si связывает О2 в стали и т.д.
Особо чистый кремний

применяется для изготовления раб. элементов полупроводниковых устройств (ЭВМ, солнечные батареи и т.д.)
Из кварца делают аппаратуру в лабораториях и на производстве.

изменяться цемент, керамика, кирпич, фаянс, фарфор, асбест и т.д.