Хii. Элементы группы IV а

Символ элемента	C	Si	Ge	Sn	Pb
Название элемента	Углерод	Кремний	Германий	Олово	Свинец
Атомный номер	6	14	32	50	82
Относительная атомная масса	12,011	28,0855	72,61	118,69	207,2
Электронная конфигурация атомов	[He]2s^22p^2	[Ne]3s^23p^2	[Ar]4s^24p^2	[Kr]5s^25p^2	[Xe]6s^26p^2
Электроотрицательность	2,50	1,74	2,02	1,72	1,55
Основные степени окисления в соединениях	–4, +2, +4	–4, +2, +4	+2, +4	+2, +4	+2, +4

Простые вещества

Простое вещество	C	Si	Ge	Sn	Pb
Агрегатное состояние (при ст. усл.)	твёрдое вещество	твёрдое вещество	твёрдое вещество	твёрдое вещество	твёрдое вещество
Плотность, г/см^3 (при 293 K )	2,265^*	2,328	5,323	7,295^**	11,336
Температура плавления, t^oпл, ^оС	3547^*	1410	937	231,9	327,4
Температура кипения, t^oкип, ^оС	4827	2355	2830	2270	1740

^* Данные приведены для графита;

^**Данные приведены для β-олова.

1. Общая характеристика элементов. Строение атомов и проявляемые степени окисления. Изменение атомных радиусов, энергий ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности в ряду С – Pb. Характер химических связей с металлами и неметаллами. Способность углерода к образованию гомоатомных цепей С-С и кратных связей. Понятие о координационной насыщенности углерода. Устойчивость высших валентных состояний элементов.

1. с. 215-219; 2. с. 417-418, с.440-442; 4. с. 371-372, с. 389; 8. с. 248-252; 11. с. 453-456.

2. Строение и физические свойства простых веществ. Аллотропия (полиморфизм) углерода и олова. Строение и физические свойства их аллотропных модификаций. Фуллерены и фуллереноподобные структуры. Адсорбция на активированных углях. Строение и физические свойства кремния, германия и свинца. Изменение температур плавления и кипения простых веществ в ряду С – Pb. Полупроводниковые свойства кремния и германия.

1. с. 218-222; 2. с. 418-423, с.491-493, с. 504-506; 4. с. 373-378, с. 389-391; 6. с.384-390; 8. с. 250-252; 11. с. 456-458.

3. Химические свойства простых веществ. Реакционная способность простых веществ. Восстановительные свойства углерода. Усиление металлических свойств в ряду C – Pb. Взаимодействие с металлами, неметаллами, водой, кислотами, щелочами, солями. Карбиды и силициды металлов.

1. с. 220-222; 2. с. 418-423, с.432-435; 4. с. 373-388, с. 391-399; 6. с.384-390; 8. с. 250-252, с. 253-254; 11. с. 456-458.

4. Получение простых веществ. Получение углерода из природных объектов. Общие принципы получения простых веществ кремния, германия, олова и свинца.

1. с. 220-222; 2. с. 418-423, с.504-506; 4. с. 373-378, с. 390-391; 6. с.384-390; 11. с. 456-458.

5. Биологическая роль. Углерод как органогенный элемент. Роль соединений углерода в процессах жизнедеятельности. Токсичность соединений олова и свинца.

1. с. 228-229; 8. с. 263-270, 9. с. 60-64, с. 101-107.

6. Водородные соединения ЭН₄. Строение молекул и характер химической связи в них. Изменение энергии связи Э – Н и устойчивости молекул в ряду СН₄ – PbH₄. Изменение энергии связи Э – Э и устойчивости молекул в ряду С₂Н₆ – Sn₂H₆. Физические и химические свойства. Восстановительная активность, реакции с кислородом, галогенами, щелочами. Причины химической инертности метана и высокой реакционной способности силана.

1. с. 222-225; 2. с. 439-440, с.494, с. 508; 4. с. 377-379; 8. с. 255-257, с. 271-272.

7. Оксид углерода(II). Строение молекулы и физические свойства оксида углерода(II). Химические свойства: взаимодействие с оксидами металлов, водой, щелочами, кислотами. Реакции присоединения. Фосген. Понятие о карбонилах металлов. Получение оксида углерода(II) в лаборатории и в промышленности. Токсичность «угарного газа».

1. с. 223-224; 2. с. 422-423, с.428-430; 4. с. 385-386; 8. с. 257-259; 11. с. 460-463.

8. Оксид углерода(IV). Строение молекулы CO₂ и характер химической связи в ней. Физические свойства. «Сухой лёд». Химические свойства. Кислотный характер: взаимодействие с водой, щелочами, основными оксидами. Окислительные свойства CO₂: взаимодействие с углем и магнием. Взаимодействие с аммиаком – синтез мочевины. Получение в лаборатории и в промышленности. Применение СО₂. Роль СО₂ в процессах жизнедеятельности.

1. с. 223-224; 2. с. 423-424; 4. с. 380-382; 8. с. 260-261; 11. с. 460-463.

9. Оксид кремния(IV). Полимерное строение и его причины. Особенность силоксановой связи Si—O—Si. Тип кристаллической решётки и характер химической связи в кристалле. Физические свойства. Кварцевое стекло. Кислотные свойства: отношение к воде, к щелочам и основным оксидам. Реакция с плавиковой кислотой. Окислительные свойства: реакции с углеродом и магнием. Способы перевода оксида кремния(IV) в раствор. Получение и применение.

1. с. 223-224; 2. с. 495-498; 4. с. 391-398; 8. с. 273-274; 11. с. 467-468.

10. Оксиды германия, олова и свинца. Зависимость химического характера оксидов от степени окисления элементов в них. Сравнительная характеристика кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств в рядах однотипных оксидов германия, олова и свинца. Амфотерность оксидов ЭО и соответствующих им гидроксидов.

1. с. 223-224; 2. с. с.510-512; 4. с. 403-405, с. 407-408; 11. с. 468-472.

11. Угольная кислота и её соли. Строение молекулы угольной кислоты и карбонат-аниона. Равновесия в водных растворах оксида углерода(IV). Особенности электролитической диссоциации угольной кислоты. Неустойчивость молекулы H₂CO₃. Карбонаты и гидрокарбонаты, их термическая устойчивость и взаимопревращение, гидролиз. Оснóвные карбонаты. Временная жёсткость воды и способы её устранения. Получение и применение солей угольной кислоты. Сода и поташ. Карбонатное равновесие в природе.

1. с. 225-226; 2. с. 424-428; 4. с. 382; 8. с. 260-262; 11. с. 462.

12. Кремниевые кислоты и их соли. Ортокремниевая кислота, строение её молекулы и условия существования. Поликонденсация орто-кремниевой кислоты и образование полимерных кремниевых кислот. Полиметакремниевая кислота. Строение макромолекулы и физические свойства. Строение аниона. Понятие о коллоидных растворах. Силикагель. Химические свойства: термическое разложение, реакции с щелочами и плавиковой кислотой. Получение. Соли кремниевых кислот. Метасиликаты, их свойства. «Растворимые стёкла». Природные силикаты. Алюмосиликаты. Искусственные силикаты. Стекло, керамика, цемент.

1. с. 226-227; 2. с. 496-502; 4. с. 393-398; 8. с. 274-279; 11. с. 467-468.

Взаимосвязь важнейших соединений кремния:

1. Si + O₂ SiO₂;

2. SiO₂ + C Si + CO;

3. SiO₂ + NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O;

4. Na₂SiO₃ + HCl → H₂SiO₃ + NaCl;

5. H₂SiO₃ + NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O;

6. H₂SiO₃ SiO₂ + H₂O;

7. SiO₂ + Mg Mg₂Si + MgO;

8. Mg₂Si + O₂ SiO₂ + MgO;

9. Mg₂Si + HCl_(р-р) → SiH₄↑ + MgCl₂;

10. SiH₄ + H₂O_(гор.) H₂SiO₃ + H₂↑;

11. SiH₄ + NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + H₂↑;

12. Na₂SiO_{3(крист.)} + HF_(газ) → SiF₄ + NaF+ H₂O;

13. SiF₄ + NaOH →Na₂SiO₃ +

NaF + 3H₂O;

14. SiF₄ + H₂O_(пар) SiO₂ + HF;

15. SiO₂ + HF_(газ) SiF₄ + H₂O;

16. SiF₄ + Mg Si + MgF₂;

17. Si + F₂ → SiF₄;

18. Si + NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + H₂↑;

19. Si + Cl₂ SiCl₄;

20. SiCl₄ + Zn Si + ZnCl₂;

21. SiCl₄ + Na[AlH₄]_{(р-р в эфире)} → SiH₄↑ + NaCl + AlCl₃;

22. SiH₄ + Cl₂ → SiCl₄ + HCl;

23. SiCl₄ + NaOH_(р-р) → Na₂SiO₃ + NaCl+ +H₂O;

24. SiO₂ + C + Cl₂ SiCl₄ + CO;

25. SiCl₄ + H₂O_(пар) SiO₂ + HCl;

26. SiCl₄ + H₂O_(охл) →H₂SiO₃↓ + HCl;

27. SiH₄ + O₂ → SiO₂ + H₂O;

28. SiH₄ Si + H₂.