Румянцева М.Н.- Общая и неорганическая химия. Лекции - 11. Элементы 14 группы

• Четырнадцатая группа включает углерод, кремний, германий, олово и свинец.  

• Электронная конфигурация: два электрона на внешнем уровне.  

• У германия появляется заполненный три d уровень, у свинца - заполненный четыре f уровень.  

• Углерод имеет самую высокую сумму первого и второго потенциала ионизации.  

• Сумма потенциалов ионизации уменьшается при переходе от углерода к кремнию и олову.  

• У свинца наблюдается небольшой рост суммы потенциалов ионизации из-за эффекта инертной шесть с два электронной пары.  

• Углерод имеет высокую температуру сублимации, но неизвестную температуру плавления.  

• Кремний, германий, олово и свинец имеют более низкие температуры плавления.  

• Углерод имеет аллотропные модификации: алмаз и графит.  

• Кремний и германий имеют структуру алмаза.  

• Олово имеет две модификации: белое олово и серое олово.  

• Свинец имеет одну аллотропную модификацию - металл.  

• Олово переходит из металлического состояния в алмазоподобное при низких температурах.  

• Это сопровождается уменьшением плотности и разрушением кристаллической структуры.  

• Углерод имеет алмаз и графит, отличающиеся гибридизацией орбиталей.  

• Графит построен из слоев шестичленных колец.  

• Известны также модификации карбина и фуллерена.  

• Алмаз - прозрачный кристалл, изолятор, с высокой теплопроводностью.  

• Графит - металлический проводник, мягкий материал, используется в карандашах.  

• Фуллерен - черные кристаллы с умеренной твердостью.  

• Углеродные нанотрубки и графен - новые формы углерода.  

• Графен был открыт в 2010 году и получил Нобелевскую премию по физике.  

• Углерод встречается в виде графита, алмаза и карбонатных минералов.  

• Кремний - в виде кислород-содержащих минералов, таких как кварц.  

• Германий и о  

• Графит окисляется концентрированной азотной кислотой до углекислого газа.  

• Азот восстанавливается до диоксида азота.  

• Графит может интеркалировать атомы фтора и щелочных металлов, что увеличивает электропроводность.  

• Кремний взаимодействует с неметаллами, галогенами и кислородом.  

• При нормальных условиях образуется тетрафторид кремния.  

• Кремний растворяется в щелочах, но не в кислотах.  

• Смесь азотной и плавиковой кислот образует гексафторкремниевую кислоту.  

• Кремний реагирует с другими галогенами и неметаллами при нагревании.  

• Германий и олово переходят в степени окисления плюс четыре при взаимодействии с галогенами.  

• Свинец переходит в степени окисления плюс два.  

• Германий и олово растворимы в щелочах при нагревании.  

• Германий окисляется азотной кислотой до оксида германия.  

• Олово окисляется до гидрат оксида олова.  

• Свинец окисляется до нитрата свинца.  

• Углерод образует углеводороды, аналогичные метану.  

• Стандартная энтальпия образования гидридов элементов 14-й группы положительна.  

• Энергии связи и температуры кипения увеличиваются при переходе от метана к плюмбану.  

• Метан и селан могут быть получены взаимодействием карбидов и силицидов с водой.  

• Слан может быть получен действием лития на тетрахлорид кремния.  

• Монооксид углерода CO и диоксид углерода CO2 имеют отрицательную энергию гипса образования.  

• CO и CO2 различаются по кратности связи и полярности.  

• Молекула CO имеет сигма-связывающие и сигма-разрыхляющие орбитали.  

• Орбитали могут перекрываться по сигма-механизму.  

• Углерод имеет более высокие энергии 2s- и 2p-орбиталей по сравнению с кислородом.  

• Выше занятая молекулярная орбиталь определяет донорные свойства CO.  

• Свободные молекулярные орбитали и низшая свободная молекулярная орбиталь определяют акцепторные свойства.  

• CO может выступать как донор и акцептор электронной пары, что делает его активным в образовании комплексных соединений.  

• CO токсичен, связывается с гемоглобином, вызывая дефицит кислорода.  

• Образуется при недостатке кислорода при горении углерода.  

• В лабораторных условиях получается при действии серной кислоты на муравьиную кислоту.  

• CO повышает степень окисления углерода до +4.  

• Взаимодействует с хлором, образуя токсичное вещество фосген.  

• Образует карбонилы с металлами, стабилизируя молекулы за счет переноса электронной плотности.  

• Пример: комплексное соединение с медью, где CO присоединяется к атому меди.  

• CO2 является ангидридом угольной кислоты, образуется при полном сгорании углерода.  

• Хорошо растворяется в щелочах, образуя карбонаты и гидрокарбонаты.  

• Фазовая диаграмма аналогична диаграмме воды.  

• В водном растворе реализуется равновесие гидратации и диссоциации.  

• Известны оксиды для всех элементов в степени окисления +2 и +4.  

• Оксиды свинца в степени окисления +2 и +4 устойчивы.  

• Оксид кремния SiO2 разлагается при нормальных условиях.  

• Оксиды олова и свинца в степени окисления +2 устойчивы, но оксид олова может растворяться в щелочах.  

• Оксид германия GeO2 проявляет восстановительные свойства.  

• Оксид свинца PbO2 является сильным окислителем.  

• Оксиды элементов 14-й группы в степени окисления +4  

• Диоксид кремния SiO2 имеет множество кристаллических модификаций.  

• Обладает низким коэффициентом термического расширения, что делает его термостойким.  

• Химически инертен, кроме взаимодействия с фтором, образуя летучий тетрафторид кремния SiF4.  

• При взаимодействии с щелочами при высокой температуре образуются силикаты.  

• Кремниевая кислота H2SiO3 является слабой кислотой и не растворяется в воде.  

• Силикаты подвергаются гидролизу, образуя щелочную среду.  

• Оксид кремния SiO2 является компонентом стекол, образующихся при сплавлении с карбонатами.  

• Добавление различных элементов придает стеклам разные окраски.  

• Добавление оксида свинца делает стекла тяжелыми, а оксида бора - термически устойчивыми.  

• Структурной единицей силикатов является кремний-кислородный тетраэдр SiO4.  

• Тетраэдры могут объединяться в разнообразные структуры, образуя циклические и цепочечные силикаты.  

• Каркасные силикаты имеют общие вершины тетраэдров, что позволяет замещать атомы кремния на катионы алюминия или бериллия.  

• Циолиты имеют разнообразные структуры, которые могут быть использованы как молекулярные сита.  

• Варьируя соотношение кремния и алюминия, можно изменять гидрофильные и гидрофобные свойства.  

• Эти свойства используются в процессах разделения.  

• Оксид свинца PbO образуется при разложении нитратов или карбонатов свинца.  

• Оксид олова SnO2 термически устойчив и может быть получен при разложении оксалата олова.  

• Оксиды олова и свинца в степени окисления +4 имеют общую формулу металл O2.  

• Оксид олова SnO2 является химически инертным и труднорастворимым.  

• Оксид свинца PbO2 является сильным окислителем и неустойчивым соединением.  

• При взаимодействии с соляной кислотой свинец понижает степень окисления, образуя малорастворимый хлорид свинца.  

• Альфа-оловянная кислота получается гидролизом тетрахлорида олова.  

• Бета-оловянная кислота образуется при окислении олова азотной кислотой.  

• Альфа-кислота реакционноспособна, бета-кислота инертна.  

• В альфа-кислоте атомы олова соединены гидроксильными группами.  

• В бета-кислоте атомы олова соединены кислородными мостиками.  

• Альфа-кислота растворяется в кислотах и щелочах, бета-кислота нет.  

• Углерод образует тетрагалогениды: фторид, хлорид, бромид, йодид.  

• Температура плавления и кипения увеличивается с увеличением размера атома галогена.  

• Тетрафторид и тетрахлорид углерода могут быть получены прямым синтезом, остальные - косвенным.  

• Галогениды углерода обладают низкой реакционной способностью.  

• Тетрахлорид углерода используется как хлорирующий агент.  

• Тетрафторид углерода может быть использован для получения политетрафторэтилена.  

• Известны тетрагалогениды, кроме тетрабромида и тетрайодида свинца.  

• Тетрагалогениды получают прямым галогенированием или действием серной кислоты.  

• Все галогениды, кроме фторидов, растворяются в органических растворителях.  

• Образуется при взаимодействии тетрафторида кремния с водой.  

• Соли щелочных металлов малорастворимы, щелочноземельных - растворимы.  

• Гексафтора кремниевая кислота существует только в водных растворах.  

• Имеют полимерное строение с различными координационными числами.  

• Дигалогениды олова и свинца образуют гидраты.  

• Дигалогениды германия гидролизуются с образованием гидроксидов.  

• Металлический характер элементов усиливается вниз по группе.  

• Координационные числа увеличиваются с увеличением радиуса.  

• Углерод характеризуется большим количеством полиморфных модификаций и способностью образовывать кратные связи.