1. Проста речовина. Має кілька аллотропних модифікацій: алмаз, графіт, карбін, фулерен.
Алмаз - кристалічна речовина, прозоре, сильно переломлює промені світла, дуже тверде, не проводить електричний струм, погано проводить тепло. Кожен атом вуглецю знаходиться в стані sp 3-гібридизації.
Графіт - м'яке речовина сірого кольору зі слабким металевим блиском, жирне на дотик, проводить електричний струм. Атоми вуглецю знаходяться в стані sp2-гібридизації та пов'язані в плоскі шари, що складаються із сполучених ребрами шестикутників, на зразок бджолиних сот.
Графіт - найбільш стійка при кімнатній температурі аллотропная модифікація вуглецю.
Карбин - дрібнокристалічний порошок сірого кольору, напівпровідник. Його кристали складаються з лінійних ланцюжків вуглецевих атомів, з'єднаних чергуються потрійними і одинарними зв'язками, або подвійними зв'язками, вуглець знаходиться в стані sp-гібридизації: -С≡С-С≡С-С≡С-С≡С-
По твердості карбин перевершує графіт, але значно поступається алмазу.
Фуллерен - штучно отримана модифікація вуглецю, що складається з молекул C60. C70. .... C1020. Ці молекули складені з атомів вуглецю, об'єднаних в п'яти і шести косинці з загальними ребрами. Це чорні речовини з металевим блиском, що володіють властивостями напівпровідників. При тиску близько 2 × 10 5 атм і кімнатній температурі фуллерен перетворюється в алмаз.
Взаємодія з фтором: вуглець володіє низькою реакційною здатністю, з галогенів реагує тільки з фтором.
Взаємодія з киснем:
CO + NaOH = HCOONa (форміат натрію) 2СО + О2 = 2СО2 СО + Н2 = С + Н2 Про СО + Cl2 = COCl2 (фосген) CO + CuO = Сu + CO2
З + СО2 = 2СО. 2Mg + CO2 = 2MgO + C. Типовий кислотний оксид. Na2 O + CO2 = Na2 CO3. 2NaOH + CO2 = Na2 CO3 + H2 O, NaOH + CO2 = NaHCO3. Якісною реакцією для виявлення вуглекислого газу є помутніння вапняної води: Ca (OH) 2 + CO2 = CaCO3 ↓ + H2 O.
1) Утворюється в газогенераторах при пропущенні повітря через розпечене вугілля: C + O2 = CO2. CO2 + C = 2CO. 2) Виходить при термічному розкладанні мурашиної або щавлевої кислоти в присутності концентрованої сірчаної кислоти: HCOOH = H2 O + CO, H2 C2 O4 = CO + CO2 + H2 O
Отримують вуглекислий газ випалюванням вапняку: CaCO3 = CaO + CO2. або дією сильних кислот на карбонати і гідрокарбонати: CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2 O + CO2. NaHCO3 + HCl = NaCl + H2 O + CO2.
При розчиненні вуглекислого газу у воді утворюється дуже слабка вугільна кислота Н2 СО3.
Вуглекислий газ у воді знаходиться переважно в відегідратірованних молекул СО2 і лише в незначній мірі в формі вугільної кислоти. При цьому в розчині встановлюється рівновага:
Вугільна кислота - слабка нестійка кислота, яку у вільному стані з водних розчинів виділити не можна.
1) Карбонати металів (крім лужних) при нагріванні розкладаються:
2) При пропущенні вуглекислого газу з карбонатів утворюються гідрокарбонати:
4) Карбонати і гідрокарбонати вступають в обмінні реакції:
а) з сильними кислотами (якісна реакція на карбонати):
б) з розчинними солями і підставами, якщо утворюється осад:
5) Гідрокарбонати реагують з лугами, утворюючи середні солі:
Розташований в IV групі Періодичної системи. На зовнішньому шарі 4 електрона, які мають електронну конфігурацію 3s 2 3p 2. Виявляє ступеня окислення -4, +2, +4.
Другий за поширеністю елемент на Землі після кисню. Зустрічається тільки у вигляді сполук. Оксид кремнію утворює велику кількість природних речовин - гірський кришталь, кварц, кремнезем.
Фізичні властивості. Речовина темно-сірого кольору з металевим блиском, досить крихкий. Температура плавлення 1415 ° C, щільність 2,33 г / см 3. Напівпровідник.
Кремній - типовий неметалл, може бути окислювачем і відновником.
Взаємодія з галогенами: безпосередньо взаємодіє тільки з фтором. З хлором реагує при нагріванні.
В лабораторії: Відновленням з оксиду магнієм або алюмінієм: SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO; 3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2 O3.
У промисловості: 1) Відновленням з оксиду коксом в електричних печах: SiO2 + 2C -tà Si + 2CO. При такому процесі Si забруднений карбидами кремнію. 2) Найбільш чистий кремній отримують відновленням тетрахлориду кремнію воднем при 1200 ° С: SiCl4 + 2H2 -tàSi + 4HCl, або цинком: SiCl4 + 2Zn -tà Si + 2ZnCl2. 3) Також чистий кремній виходить при розкладанні силана: SiH4 -tà Si + 2H2
Силіциди - сполуки кремнію з металами, в яких кремній має ступінь окислення -4.
Силіциди лужних і лужно-земельних металів характеризуються іонним типом зв'язку, вони хімічно активні. Вони легко розкладаються водою або розведеними кислотами з виділенням силана: Ca2 Si + 2H2 SO4 = 2CaSO4 + SiH4.
У силіцидом неметалів ковалентний зв'язок. Серед таких силіцидів найбільше значення має карбід кремнію - карборунд SiC, який має структуру алмазу, він характеризується високою твердістю і температурою плавлення, а також високою хімічною стійкістю.
Отримують силіциди сплавом простих речовин або відновленням суміші оксидів коксом в електропечах: 2Mg + Si = Mg2 Si,
2MgO + SiO2 + 4C = Mg2 Si + 4CO.
Отримання: Утворюється при дії на силицид магнію соляною кислотою: Mg2 Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4.
Властивості: SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2Н2 O (самозаймання на повітрі) Активно взаємодіє з лугами: SiH4 + 2NaOH + H2 O = Na2 SiO3 + 4H2. При нагріванні розкладається: SiH4 = Si + 2H2.
Оксид кремнію (IV) - кислотний оксид.
У природі - річковий пісок, кварц, кремнезем.
Має атомну кристалічну решітку!
Не реагує з водою - тому що кремнієва кислота нерозчинні.
2) При сплаві реагує з лугами: SiO2 + 2KOH -tàK2 SiO3 + H2 O
3) Реагує з основними оксидами: SiO2 + MgО -tàMgSiO3 і карбонатами лужних металів: SiO2 + K2 CO3 -tà K2 SiO3 + CO2 при сплаву.
4) З кислот розчиняється тільки в плавиковою. SiO2 + 6HF = H2 [SiF6] + 2H2 O
5) При температурі вище 1000 ° С реагує з активними металами, при цьому утворюється кремній: SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
або при надлишку відновника - силіциди: SiO2 + 4Mg = Mg2 Si + 2MgO.
6) Взаємодія з неметалами.
Реагує з воднем: SiO2 + 2Н2 = Si + 2Н2 O,
Взаємодіє з вуглецем: SiO2 + 3С = siс + 2СO.
Має полімерне будову і склад xSiO2 • yH2 O. В водних розчинах доведено існування ортокремнієвої H4 SiO4. метакремнієвої H2 SiO3 кислот.
Отримання: тільки непрямим шляхом, з солей: Na2 SiO3 + 2HCl = H2 SiO3 ↓ + 2NaCl
Властивості: 1) Розчиняються в концентрованих лугах: H4 SiO4 + 4KOH à K4 SiO4 + 4H2 O
2) Розкладаються при нагріванні: H2 SiO3 -tàSiO2 + H2 O
Більшість нерастворимо в воді, крім силікатів натрію і калію, їх називають «рідким склом».
Отримання: 1) розчинення кремнію, кремнієвої кислоти або оксиду в лугу:
2) Сплавлення оксидів: СаО + SiO2 -tà CaSiO3
3) Взаємодія солей: K2 SiO3 + CaCl2 = CaSiO3 + 2KCl
Скло - теж силікат.
Склад звичайного віконного скла: Na2 O · CaO · 6SiO2.
Скло отримують при сплаву в спеціальних печах суміші соди Na2 CO3. вапняку CaCO3 і білого піску SiO2. 6SiO2 + Na2 CO3 + CaCO3 = Na2 O · CaO · 6SiO2 + 2CO2.
Для отримання спеціального скла вводять різні добавки, так скло містить іони Pb 2+ - кришталь; Cr 3+ - має зелене забарвлення, Fe 3+ - коричневе пляшкове скло, Co 2+ - дає синій колір, Mn 2+ - червонувато-ліловий.