Хімія - Великий довідник школяра - 2019

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:

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 ґратки.

2)  Із силіцій оксидів найбільш розповсюджений — силіцій діоксид (силіцій (IV) оксид, кремнезем, пісок, кварц). Він має атомні кристалічні ґратки.

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 ґрунтових 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.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити