Фізичні властивості простих речовин вуглецю і силіцію

ПЛАН

1. Положення Карбону та Силіцію в періодичній системі, будова атомів, валентність і ступінь окиснення.
2. Алотропні модифікації Карбону: алмаз, графіт, карбін, фулерени. САМОСТІЙНО
3. Адсорбція.
4. Силіцій, його властивості, поширення в природі, застосування.САМОСТІЙНО
5. Хімічні властивості Карбону та Силіцію.
6. Фізичні властивості та методи одержання карбон оксидів та силіцій оксиду. Застосування.САМОСТІЙНО
7. Хімічні властивості карбон оксидів та силіцій оксиду.

1. Положення Карбону та Силіцію в періодичній системі, будова атомів, валентність і ступінь окиснення.

Головну підгрупу IV групи періодичної системи скла­дають елементи: Карбон С, Силіцій Sі, Германій Gе, Станум Sn, Плюмбум Рb. Всі елементи, крім Германію, дав­но відомі людині. Будова валентних рівнів електронних оболонок атомів елементів цієї підгрупи: ns²np² – усього чотири валентних електрони. Із збільшенням розмірів атомів у ряду С — Sі — Ge — Sn — Рb спостерігається суттєве підсилення металічних вла­стивостей елементів. Якщо вуглець та кремній (прості речо­вини) — неметали, а гідрати їх вищих оксидів мають кис­лотні властивості, то свинець — типовий метал, а у його гідрату властивості основи. Водневі сполуки мають загаль­ну формулу RN₄. Їх міцність зменшується в ряду від С до Рb: якщо СН₄ (метан) – міцна речовина, то РbН₄ у вільному вигляді виділити не вдається. Загальна формула кисневих сполук RО₂.

Електронна будова Карбону та Силіцію:

_{+6 C} 1s²2s²2p²

₊₁₄ Si 1s²2s²2p⁶3s²3p²

Атоми цих елементів на зовнішньому рівні містять по чотири електрони, чим пояснюється схожість їх хімічних властивостей. Основні ступені окиснення Силіцію та Карбону − 4 (наприклад, у метані СН₄ та силані SіН₄) та +4 (наприклад, в оксиді карбону (IV) СО₂ та оксиді силі­цію SiO₂.

Атом Карбону має менший радіус, ніж атом Силіцію, та сила притягання електронів до ядра більша, тому Карбон виявляє також ступінь окиснення +2 в оксиді карбону (II) СО. Оксиди карбону – газоподібні речовини, ок­сид силіцію — тверда речовина.

Метан СН₄ — стійка сполука, що реагує з киснем тільки за високих температур.

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Силан SiH₄ — нестійка сполука, що самозаймається на повітрі навіть при кімнатній температурі:

SiH₄ + 2O₂ → SiO₂ + 2H₂O

Зв'язки в молекулі метану між атомами Карбону та Гідрогену більш міцні, ніж зв'язки між атомами Силіцію та Гідрогену в молекулі силану. Це пояснюється тим, що спільна електронна пара, за рахунок якої утворюється хімічний зв'язок, знаходиться ближче до атома Карбону в молекулі метану, ніж до атома Силіцію в молекулі сила­ну, оскільки розмір атома Карбону менший, ніж атома Силіцію.

За вмістом у земній корі Карбон займає 17-е місце. Зна­чення Карбону надзвичайно велике, оскільки його сполуки є основою усіх живих організмів. В середньому живі організми, що складають біосферу, на 18% (ваг.) складаються з Карбону (в тілі людини — 19, 37%).

Велика частина Карбону зосереджена у природних карбонатах (СаСО₃ — вапняк, мармур та крейда; СаСО₃•МgСО₃ — доломіт, МgСО₃ — магнезит) та горю­чих копалинах (нафта, природні горючі гази, кам'яне та буре вугілля, торф, горючі сланці). До складу атмосфери Карбон входить у вигляді вуглекислого газу СО₂ (0, 03 об. %). У розчиненому стані СО₂ міститься у природних водах. У гідросфері його в 60 разів більше, ніж в атмосфері.

Фізичні властивості простих речовин вуглецю і силіцію