- •Тема 1. Периодическая система и строение атомов
- •Темы 2-3. Химическая связь. Строение вещества в конденсированном состоянии
- •Метод валентных связей
- •Теория гибридизации
- •Метод молекулярных орбиталей
- •Тема 4. Скорость химических реакций, основные понятия термодинамики
- •Обратимость химических реакций.
- •Смещение химического равновесия
- •Химическая термодинамика
- •Тема 5. Растворы
- •Способы выражения концентрации растворов
- •Коллигативные свойства растворов
- •Тема 6. Растворы электролитов
- •Сильные электролиты (уравнения диссоциации)
- •Слабые электролиты (уравнения диссоциации)
- •Теория сильных электролитов
- •Теория слабых электролитов
- •Ионные уравнения реакций
- •Тема 7. Равновесия в растворах, протолитическое равновесие, гидролиз солей Диссоциация воды. Водородный и гидроксильный показатели
- •Произведение растворимости
- •0,01 Моль 0,01 моль 0,01 моль
- •Гидролиз солей
- •Описание гидролиза как обратимого процесса
- •Тема 8. Окислительно-восстановительные реакции и электрохимия
- •Метод электронного баланса
- •Метод полуреакций (электронно-ионного баланса)
- •Электрохимические процессы
- •Электродные потенциалы
- •Гальванические элементы
- •Аккумуляторы
- •Электролиз
- •Тема 9. Химическая связь в комплексных соединениях
- •Координационная теория Вернера
- •Номенклатура комплексных соединений
- •Диссоциация комплексных соединений
- •Природа химической связи в комплексах
- •Тема 10. I-II группы псэ Главная подгруппа I группы
- •Соединения щелочных металлов
- •Побочная подгруппа I группы
- •Серебро
- •Главная подгруппа II группы
- •Жесткость воды и методы ее устранения
- •Побочная подгруппа II группы
- •Цинк и кадмий
- •Химические свойства
- •Тема 11. III-IV группы псэ Главная подгруппа III группы
- •Химические свойства
- •Алюминий
- •Химические свойства
- •Галлий, индий, таллий
- •Химические свойства
- •Побочная подгруппа III группы
- •Химические свойства
- •Лантаноиды
- •Химические свойства
- •Актиноиды
- •Химические свойства
- •Главная подгруппа IV группы
- •Углерод
- •Химические свойства
- •Кремний
- •Химические свойства
- •Германий, олово, свинец
- •Химические свойства
- •Побочная подгруппа IV группы
- •Химические свойства
- •Тема 12. V группа псэ Главная подгруппа V группы
- •Химические свойства
- •Азотная кислота и ее соли
- •Химические свойства
- •Мышьяк, сурьма, висмут
- •Химические свойства
- •Побочная подгруппа V группы
- •Химические свойства
- •Тема 13. VI группа псэ
- •Химические свойства
- •Селен, теллур, полоний
- •Химические свойства
- •Побочная подгруппа VI группы
- •Химические свойства
- •Молибден, вольфрам
- •Химические свойства
- •Тема 14. VII-VIII группы псэ Водород и главная подгруппа VII группы Водород
- •Физические свойства:
- •Химические свойства
- •Главная подгруппа VII группы
- •Химические свойства
- •Химические свойства
- •Кислородсодержащие соединения хлора
- •Химические свойства
- •Побочная подгруппа VII группы
- •Химические свойства марганца
- •Главная подгруппа VIII группы
- •Физические свойства инертных (благородных) газов
- •Химические свойства
- •Побочная подгруппа VIII группы
- •Общие свойства триад.
- •Химические свойства
- •Кобальт, никель
- •Химические свойства
- •18.2.3. Платиновые металлы
Главная подгруппа IV группы
Общая электронная формула ...ns2p2. Элементы имеют четыре валентных электрона. В своих соединениях могут проявлять степени окисления от +4 до -4. В подгруппе наблюдается резкое изменение свойств элементов: углерод и кремний типичные неметаллы, германий - полуметалл, олово и свинец – металлы. С возрастанием радиуса атома от углерода к свинцу металлические свойства усиливаются, и более характерной становится низшая степень окисления. Для C, Si, Ge характерной является степень окисления +4. Для Sn и Pb +2. Устойчивые водородные соединения имеет только углерод, для свинца водородные соединения неизвестны.
Углерод
Относится к элементам живой и неживой природы, входит в состав многих минералов и встречается в свободном состоянии (алмаз, графит, уголь). Известны четыре аллотропные модификации углерода: алмаз, графит, карбин, фуллерен. Алмаз и графит очень резко отличаются друг от друга, как по внешнему виду, так и по свойствам. Графит – черный, мягкий, жирный на ощупь. Алмаз – бесцветный, прозрачный, очень твердый. Разница определяется строением кристаллической решетки. Алмаз имеет тетраэдрическую кристаллическую решетку, кристаллическая решетка графита – многоплоскостная структура.
Графит легко получается из угля и алмаза при нагревании без доступа кислорода. Мелкодисперсный графит (сажа) носит название аморфный углерод. Из графита так же можно получить алмаз путем нагревания графита до 1500 – 2000оС под давлением до 500 тыс. атм. Большинство искусственно полученных алмазов имеют темный цвет и пригодны только для технических нужд.
Химические свойства
1. При обычной температуре углерод достаточно инертен. При нагревании до 800 – 900оС вступает в реакции с кислородом, азотом, кремнием, металлами:
2C + N2 = C2N2 (циан или дициан)
C + Si = SiC (карборунд);
C + O2 = CO2
3C + 4Al = Al4C3 (карбид алюминия)
C + 2S = CS2 (сероуглерод)
2. С кислородом углерод образует два оксида (CO и CO2). СО - оксид двухвалентного углерода (угарный газ): без цвета и запаха, ядовит, получается при неполном сгорании угля. В лабораторных условиях можно получить обезвоживанием муравьиной кислоты серной кислотой. СО – хорошо горит, входит в состав коксового газа. СО – хороший восстановитель и широко используется в металлургии для получения металлов из оксидов:
CuO + CO = Cu + CO2
СО легко вступает в реакции присоединения:
CO + Cl2 = COCl2 (фосген)
CO + S = COS (тиооксид углерода)
Молекулы СО – могут выступать в роли лигандов при образовании комплексных соединений (карбонильные комплексы):
Ni + 4CO = [Ni(CO)4]
Карбонильные комплексы - ядовитые жидкости; широко используются для получения чистых металлов.
СО2 – оксид углерода (IV), газ без цвета и запаха. Характерный кисловатый запах является следствием образования на слизистой оболочке носа угольной кислоты H2CO3. СО2 малореакционноспособен, однако при высоких температурах взаимодействует с горящим магнием:
Mg + CO2 = 2MgO + C
При температуре 1000оС с аммиаком образует карбамид (мочевина):
СO2 + 2NH3 = CO(NH2)2 + H2O + СО2
Является кислотным оксидом угольной кислоты:
H2O + СО2 H2CO3 H+ + HCO3 -
H2CO3 - кислота очень слабая и нестойкая. Ее соли Na2CO3, K2CO3, (NH)2CO3 – хорошо растворимы в воде. Многие соли угольной кислоты можно получить взаимодействием СО2 с соответствующей щелочью или оксидом:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
CO2 + CaO = CaCO3
Кислые соли (гидрокарбонаты) можно получить по реакции:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2
Соли (кроме солей щелочных металлов) угольной кислоты термически нестойки:
ZnCO3 = ZnO + CO2
Соли щелочных металлов при нагревании плавятся без разложения.
Применение СО2: как инертная атмосфера при сварке металлов; в пищевой промышленности. NaHCO3, NH4HCO3 – в хлебопекарном производстве. Na2CO3, CaCO3 - в производстве моющих средств, стекла.
3. При пропускании через раскаленный уголь паров серы образуется тяжелая, маслянистая жидкость сероуглерод CS2 – хороший растворитель лаков, красок, смол, каучуков. CS2- является ангидридом тиоугольной кислоты, которая получается косвенным путем:
CS2 + Na2S = Na2CS3
Na2CS3 + 2HCl = H2CS3 + 2NaCl
Эта кислота является исходным веществом для получения монотиоугольной кислоты H2CO2S и дитиоугольной кислоты H2CO2S2, которые используются для получения искусственного шелка.
4. С азотом углерод образует дициан, газ с запахом миндаля, хорошо растворимый в воде:
2C + N2 = (CN)2;
(CN)2 + 4H2O = (NH4)2C2O4
При взаимодействии дициана со щелочами образуются два ряда солей цианиды и цианаты:
(CN)2 + 2KOH = KCN + KNCO + H2O
KCN – соль цианистоводородной кислоты (цианид калия), KNCO – соль циановой кислоты (цианат калия).
Цианистоводородная (синильная) кислота HCN – бесцветная жидкость с запахом миндаля, сильнейший яд, в технике получается из аммиака и оксида углерода (II) при 500оС с катализатором ThO2. Эта кислота слабее угольной. Используется в органическом синтезе, в производстве “органического” стекла. Чаще применяются ее соли, которые получаются по реакции:
K2CO3 + C + 2NH3 = 2KCN + 3H2O
Цианиды используются в гидрометаллургии при извлечении золота из руды и производстве гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] (техническое название - желтая кровяная соль) и гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] (техническое название - красная кровяная соль).
Формула HNCO соответствует трем изомерам H-O-CN (циановая кислота); H-N=C=O (изоциановая кислота); H-O-N=C (гремучая кислота).
Гремучая ртуть Hg(ONC)2 используются как детонатор.
5. При взаимодействии углерода с металлами образуются карбиды – соединения в основном нестехиометрического состава Me2C2, MeC2, Me4C3, Me3C, которые делятся на разлагаемые (взаимодействуют с водой и кислотами) и неразлагаемые. При взаимодействии разлагаемых карбидов с водой или кислотой образуются ацетилен, метан, водород:
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2
Al4C3 + 12HCl = 4AlCl3 + 3CH4
Mn3C + 6H2O = 3Mn(OH)2 + CH4 + H2
6. Соединения углерода с галогенами получают косвенным путем, например по реакциям эамещения:
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl;
CH3Cl + Cl2 = CH2CL2 + HCl
CH2Cl2 + Cl2 = CHCl3 + HCl;
CHCl3 + Cl2 = CCl4 + HCl
Смешанные галогениды CCl2F2, CCl3F, CBr3F называются фреонами и используются в качестве хладагентов в холодильной технике.