Карбон і Силіцій. Сполуки Карбону та Силіцію – Неметали

Хімія
Неорганічна хімія

Неметали

Карбон і Силіцій. Сполуки Карбону та Силіцію

Карбон і Силіцій

Карбон розташований в 2-му, Силіцій – у 4-му періоді Періодичної системи, обидва елементи розташовані в IV групі, отже, на зовнішньому енергетичному рівні їхніх атомів розташовано по 4 електрони.
Електронна конфігурація атома Карбону:

Характерні ступені окиснення Карбону в сполуках: –4, +2, +4.
Електронна конфігурація атома Силіцію:

class=""/>
Валентність Силіцію дорівнює II.
Характерна ступінь окиснення Силіцію в сполуках: –4,+4, рідко +2.

Алотропні модифікації Карбону.

Алмаз – найтвердіша речовина з природних твердих речовин. Має вигляд безбарвних, прозорих кристалів, що сильно заломлюють світло.
Графіт – м’який мінерал, має вигляд сірої, непрозорої, масної на доторк маси, добре проводить електричний струм, але тільки в певних напрямках.
Карбін – кристалічний порошок чорного кольору.
Фулерени – кристалічні речовини чорного кольору з металевим блиском, що мають властивості

напівпровідників. До фулеренів відносять речовини з парним числом атомів Карбону в молекулі: , , …,,…,,…, та ін. Ці молекули складаються з атомів Карбону, об’єднаних у п’яти – і шестикутники зі спільними ребрами.

Алотропні модифікації Силіцію.

Силіцій, залежно від умов, може бути отриманий в одній із двох алотропних модифікацій – кристалічної або аморфної. Аморфний кремній – бурий порошок, хімічно більш активний; кристалічний – світло-сірі, тверді, тендітні кристали, за будовою схожі на алмаз.

Хімічні властивості вуглецю й кремнію.

1) Взаємодія вуглецю і кремнію з киснем:
; (при нестачі кисню)
; (при нестачі кисню)
2) Взаємодія вуглецю й кремнію з оксидами металів:
(вуглець як відновник)
(кремній як відновник)
Відновлення металів з оксидів за допомогою Карбону називається карботермією, а за допомогою Силіцію – силікотермією.
3) Взаємодія вуглецю й кремнію з металами:
– кальцій карбід
– кальцій силіцид
4) Взаємодія вуглецю з воднем:
– метан
Кремній з воднем не взаємодіє.
5) Кислоти на кремній за звичайних умов не діють, за винятком плавикової:

6) Силіцій не розчиняється у воді, але розчиняється у водних розчинах лугів:

Карбон оксиди і силіцій оксиди

1) – карбон(IV) оксид (вуглекислий газ).
CO – карбон(II) оксид (чадний газ).
Карбону оксиди мають молекулярні кристалічні гратки.
2) Із силіцій оксидів найбільш розповсюджений – силіцій діоксид (силіцій (IV) оксид, кремнезем, пісок, кварц). Він має атомні кристалічні гратки.
Фізичні властивості карбон і силіцій оксидів. Карбон(IV) оксид (вуглекислий газ) – газ без кольору, смаку і запаху, важчий за повітря, добре розчиняється у воді, реагуючи з нею, легко скраплюється при кімнатній температурі й тиску 5 МПа. Твердий вуглекислий газ називають “сухим льодом”.
Карбон(IІ) оксид (чадний газ) – газ без кольору і запаху. Погано розчиняється у воді, скраплюється при атмосферному тиску і температурі . Надзвичайно отруйний, викликає ядуху.
Силіцій(IV) оксид (кремнезем, пісок, кварц) – тверда безбарвна кристалічна речовина, тугоплавка , у воді не розчиняється.
Карбон(IV) оксиди і силіцій оксиди в природі. Кристалічний силіцій(IV) оксиД, або кремнезем , перебуває у вигляді мінералу кварцу, що є основною складовою частиною гірських порід – гранітів, гнейсів, піщаників і морського піску. Утворені за певних умов кристали кварцу, часто з домішками-забарвниками, – такі мінерали: гірський кришталь (білий, прозорий), моріон (чорний), аметист (фіолетовий), димчастий кварц або раух-топаз (від сірого до коричневого), цитрин (жовтий), рожевий кварц, опал, халцедон (агат, карнеол, яшма) і кремінь (який дав назву елементу).
Карбон(IV) оксид Є компонентом атмосферного повітря (0,02 %). Використовується зеленими рослинами для фотосинтезу.
Одержання карбон оксидів і силіцій оксидів.
1) Горіння вуглецю:
у надлишку кисню:
у недостачі кисню:
2) Одержання карбон(IІ) оксиду:

3) Взаємодія карбонатів із кислотами:

4) Розкладання карбонатів при нагріванні:

5) Одержання силіцій(IV) оксиду:


Хімічні властивості карбон оксидів.
1) Взаємодія карбон(IV) оксиду з водою:

2) Взаємодія карбон(IV) оксиду з основними оксидами:

3) Взаємодія карбон(IV) оксиду з основами:

4) Взаємодія карбон(IІ) оксиду з киснем іде з виділенням великої кількості енергії:

Карбон(IV) оксид із киснем не взаємодіє.
Хімічні властивості силіцій(IV) оксиду.
1) Взаємодія силіцій(IV) оксиду з основними оксидами (сплавка):

2) Взаємодія силіцій(IV) оксиду з основами (сплавка):

3) Силіцій оксид – інертна речовина, але він розчиняється в плавиковій кислоті, тому її не можна зберігати в судинах зі скла, до складу якого входить :

Застосування карбон і силіцій оксидів.
Вуглекислий газ Застосовують у виробництві соди, цукру, для газування води, гасіння пожеж (у вогнегасниках), “сухий лід” (твердий ) використовується для збереження продуктів, які швидко псуються.
Силіцій(IV) оксид Широко застосовують у будівництві (пісок), для одержання скла, кераміки, порцеляни, фаянсу, цегли, цементу, абразивів. У вигляді кварцу – у радіотехніці, акустоелектроніці, оптичному приладобудуванні, різновидності кварцу – в ювелірній справі.

Карбонатна кислота

Карбонатна кислота – слабка двоосновна кислота, утворює два ряди солей: середні (Карбонати) і кислі (Гідрокарбонати).
Фізичні властивості карбонатної кислоти. Добре розчиняється у воді, взаємодіючи з нею. У чистому вигляді карбонатна кислота не виділена й існує в розчинах у вигляді йонів.
Одержання розчину карбонатної кислоти. Взаємодія вуглекислого газу з водою:

Хімічні властивості карбонатної кислоти.
1) У водних розчинах установлюється рівновага:

2) Карбонатна кислота легко розкладається на карбон(IV) оксид і воду. Це оборотний процес:

3) Карбонатна кислота виявляє всі хімічні властивості, типові для кислот. При взаємодії з основами утворюються середні солі – карбонати:
,
при надлишку кислоти – кислі солі (гідрокарбонати):
.

Карбонати та гідрокарбонати

Карбонати – білі кристалічні речовини. Гідрокарбонати Розчиняються у воді краще, ніж карбонати.
Поширення карбонатів і гідрокарбонатів у природі. Кальцій карбонат входить до складу черепашок молюсків, кісток і зубів хребетних тварин, яєчної шкаралупи, перлів. Це основна складова частина крейди, мармуру, вапняку.
Кальцій гідрокарбонат І магній гідрокарбонат Входять до складу грунтових вод, забезпечуючи їхню твердість.
Одержання карбонатів.
1) Пропущення вуглекислого газу через водний розчин лугу:

2) Нерозчинні карбонати (крейда, мармур, вапняк) добувають як корисні копалини.
Хімічні властивості солей карбонатної кислоти.
1) При взаємодії карбонатів із кислотами відбувається утворення карбонатної кислоти, що відразу розкладається на воду й вуглекислий газ:

2) Так само реагують і гідрокарбонати:

3) Можливий перехід від карбонатів до гідрокарбонатів при надлишку кислоти (або води і вуглекислого газу):

4) Можливий також перехід від гідрокарбонатів до карбонатів:
при додаванні основи:

розкладання при нагріванні:

при додаванні розчинного карбонату:

Якісна реакція на карбонати – додавання більш сильної, ніж карбонатна, кислоти. При цьому відбувається виділення вуглекислого газу:

Виділений вуглекислий газ можна визначити, пропускаючи його через вапняну воду. Вода стає каламутною за рахунок утворення нерозчинного кальцій карбонату:

Застосування карбонатів.
Кальцинована сода і кристалічна сода використовуються у виробництві скла, мила, миючих засобів, барвників. Вони застосовуються в целюлозно-паперовій, текстильній, нафтовій та інших галузях промисловості.
Питна сода застосовується при випіканні хліба, у харчовій промисловості, медицині, побуті та як наповнювач вуглекислотних вогнегасників.

Силікатна кислота

Силікатна кислота – слабка погано розчинна двохосновна кислота.
Одержання силікатної кислоти. Силікатну кислоту, як і будь-який інший нерозчинний гідроксид, можна одержати з її розчинних солей, наприклад із натрій силікату, діючи більш сильною кислотою:
.
Її не можна одержати взаємодією силіцій(IV) оксиду – піску – і води.
Хімічні властивості силікатної кислоти.
1) Взаємодія з основами:

2) Розкладання при нагріванні:

Силікати

Силікати – солі силікатної кислоти – виявляють хімічні властивості, типові для солей. У воді нерозчинні, виняток складають натрій силікат і калій силікат . Їх називають ще розчинним склом.
Застосування силікатів. Розчинним склом просочують тканини, щоб запобігти їх загорянню. Натрій силікат і калій силікат входять до складу вогнетривких замазок і застосовуються для готування силікатного клею (розчину цих силікатів у воді).
Із природних матеріалів, що містять кремній, одержують скло, кераміку, порцеляну, фаянс, цемент.