Карбон и Силиция. Соединения Углерода и Кремния

Карбон и Силиция

Карбон расположен в 2-м, Кремний - в 4-м периоде Периодической системы, оба элемента расположены в IV группе, следовательно, на внешнем энергетическом уровне их атомов расположены по 4 электрона.
Электронная конфигурация атома Углерода:

Характерные степени окисления Углерода в соединениях: -4, +2, +4.
Электронная конфигурация атома Кремния:

Валентность Кремния равна II.
Характерная степень окисления Кремния в соединениях: -4,+4, редко +2.

Аллотропные модификации Углерода.

Алмаз - самое твердое вещество из природных твердых веществ. Имеет вид бесцветных, прозрачных кристаллов, которые сильно преломляют свет.
Графит - мягкий минерал, имеет вид серой, непрозрачной, жирной на прикосновение массы, хорошо проводит электрический ток, но только в определенных направлениях.
Карбин - кристаллический порошок черного цвета.
Фуллерены - кристаллические вещества черного цвета с металлическим блеском, имеющих свойства полупроводников. К фуллеренов относят вещества с четным числом атомов Углерода в молекуле: , , ...,,...,,..., и др. Эти молекулы состоят из атомов Углерода, объединенных в пяти - и шестиугольники с общими ребрами.

Аллотропные модификации Кремния.

Силиция, в зависимости от условий, может быть получен в одной из двух алотропних модификаций кристаллической или аморфной. Аморфный кремний - бурый порошок, химически более активный; кристаллический светло - серые, твердые, хрупкие кристаллы, по строению похожи на алмаз.

Химические свойства углерода и кремния.

1) Взаимодействие углерода и кремния с кислородом:
; (при недостатке кислорода)
; (при недостатке кислорода)
2) Взаимодействие углерода и кремния с оксидами металлов:
(углерод как восстановитель)
(кремний как восстановитель)
Восстановление металлов из оксидов с помощью Карбона называется карботермією, а с помощью Кремния - силікотермією.
3) Взаимодействие углерода и кремния с металлами:
- кальций карбид
- кальций силіцид
4) Взаимодействие углерода с водородом:
- метан
Кремний с водородом не взаимодействует.
5) Кислоты на кремний при обычных условиях не действуют, за исключением плавиковой:

6) Кремний не растворяется в воде, но растворяется в водных растворах щелочей:

Карбон оксиды и кремний оксиды

1) - карбон(IV) оксид (углекислый газ).
CO - карбон(II) оксид (угарный газ).
Углерода оксиды имеют молекулярные кристаллические решетки.
2) Из силиция оксидов наиболее распространенный - силиция диоксид (кремний (IV) оксид, кремнезем, песок, кварц). Он имеет атомные кристаллические решетки.
Физические свойства карбон и силиция оксидов. Карбон(IV) оксид (углекислый газ) - газ без цвета, вкуса и запаха, тяжелее воздуха, хорошо растворяется в воде, реагируя с ней, легко скраплюється при комнатной температуре и давлении 5 МПа. Твердый углекислый газ называют «сухим льдом».
Карбон(II) оксид (угарный газ) - газ без цвета и запаха. Плохо растворяется в воде, скраплюється при атмосферном давлении и температуре . Чрезвычайно ядовит, вызывает удушье.
Кремний(IV) оксид (кремнезем, песок, кварц) - твердое бесцветное кристаллическое вещество, тугоплавка , в воде не растворяется.
Карбон(IV) оксиды и кремний оксиды в природе. Кристаллический кремний(IV) оксидд, или кремнезем находится в виде минерала кварца, который является основной составной частью горных пород - гранитов, гнейсов, песчаников и морского песка. Образованные при определенных условиях кристаллы кварца, часто с примесью-забарвниками, - такие минералы: горный хрусталь (белый, прозрачный), морион (черный), аметист (фиолетовый), дымчатый кварц или раух-топаз (от серого до коричневого), цитрин (желтый), розовый кварц, опал, халцедон (агат, карнеол, яшма) и кремень (который дал название элемента).
Карбон(IV) оксид является компонентом атмосферного воздуха (0,02 %). Используется зелеными растениями для фотосинтеза.
Получение карбон оксидов и силиция оксидов.
1) Горения углерода:
в избытке кислорода:
в недостатке кислорода:
2) Получение карбон(II) оксида:

3) Взаимодействие карбонатов с кислотами:

4) Разложение карбонатов при нагревании:

5) Получение кремний(IV) оксида:


Химические свойства карбон оксидов.
1) Взаимодействие карбон(IV) оксида с водой:

2) Взаимодействие карбон(IV) оксида с основными оксидами:

3) Взаимодействие карбон(IV) оксида с основами:

4) Взаимодействие карбон(II) оксида с кислородом идет с выделением большого количества энергии:

Карбон(IV) оксид с кислородом не взаимодействует.
Химические свойства кремний(IV) оксида.
1) Взаимодействие кремний(IV) оксида с основними оксидами (сплавление):

2) Взаимодействие кремний(IV) оксида с основами (сплавление):

3) Кремний оксид - инертное вещество, но он растворяется в плавиковой кислоте, поэтому ее нельзя хранить в сосудах из стекла, в состав которого входит :

Применение карбон и силиция оксидов.
Углекислый газ применяют в производстве соды, сахара, для газирования воды, пожаротушения (огнетушителях), «сухой лед» (твердый ) используется для хранения продуктов, которые быстро портятся.
Кремний(IV) оксид широко применяют в строительстве (песок), для получения стекла, керамики, фарфора, фаянса, кирпича, цемента, абразивов. В виде кварца в радиотехнике, акустоелектроніці, оптическом приборостроении, разновидности кварца - в ювелирном деле.

Карбонатная кислота

Карбонатная кислота - слабая двоосновна кислота, образует два ряда солей: средние(карбонаты)и кислые(гидрокарбонаты).
Физические свойства карбонатной кислоты. Хорошо растворяется в воде, взаимодействуя с ней. В чистом виде карбонатная кислота не выделена и существует в растворах в виде ионов.
Получение раствора карбонатной кислоты. Взаимодействие углекислого газа с водой:

Химические свойства карбонатной кислоты.
1) В водных растворах устанавливается равновесие:

2) Карбонатная кислота легко разлагается на карбон(IV) оксид и воду. Это обратимый процесс:

3) Карбонатная кислота проявляет все химические свойства, характерные для кислот. При взаимодействии с основаниями образуются средние соли - карбонаты:
,
при избытке кислоты - кислые соли (гидрокарбонаты):
.

Карбонаты и гидрокарбонаты

Карбонаты - белые кристаллические вещества. Гидрокарбонаты растворимы в воде лучше, чем карбонаты.
Распространение карбонатов и гидрокарбонатов в природе. Кальций карбонат входит в состав раковин моллюсков, костей и зубов позвоночных животных, яичной скорлупы, жемчуга. Это основная составляющая часть мела, мрамора, известняка.
Кальций гидрокарбонат и магния гидрокарбонат входящих в состав грунтовых вод, обеспечивая их твердость.
Получение карбонатов.
1) Пропускание углекислого газа через водный раствор щелочи:

2) Нерастворимые карбонаты (мел, мрамор, известняк) добывают как полезные ископаемые.
Химические свойства солей карбонатной кислоты.
1) При взаимодействии карбонатов с кислотами происходит образование карбонатной кислоты, что сразу разлагается на воду и углекислый газ:

2) Так же реагируют и гидрокарбонаты:

3) Возможен переход от карбонатов до гидрокарбонатов при избытке кислоты (или воды и углекислого газа):

4) Возможен также переход от гидрокарбонатов до карбонатов:
при добавлении основы:

разложение при нагревании:

при добавлении растворимого карбоната:

Качественная реакция на карбонаты - добавление более сильной, чем карбонатная, кислоты. При этом происходит выделение углекислого газа:

Выделенный углекислый газ можно определить, пропуская его через известковую воду. Вода становится мутной за счет образования нерастворимого кальций карбоната:

Применение карбонатов.
Кальцинированная сода и кристаллическая сода используются в производстве стекла, мыла, моющих средств, красителей. Они применяются в целлюлозно-бумажной, текстильной, нефтяной и других отраслях промышленности.
Питьевая сода применяется при выпечке хлеба, в пищевой промышленности, медицине, быту и в качестве наполнителя углекислотных огнетушителей.

Силикатная кислота

Силикатная кислота - слабая плохо растворимый двохосновна кислота.
Получение кремневой кислоты. Силикатную кислоту, как и любой другой нерастворимый гидроксид, можно получить из ее растворимых солей, таких как натрий силиката, действуя более сильной кислотой:
.
Ее нельзя получить взаимодействием кремний(IV) оксида - песка и воды.
Химические свойства кремневой кислоты.
1) Взаимодействие с основаниями:

2) Разложение при нагревании:

Силикаты

Силикаты - соли кремневой кислоты - проявляют химические свойства, характерные для солей. В воде нерастворимы, исключение составляют натрий силикат , калий силикат . Их еще называют растворимым стеклом.
Применение силикатов. Растворимым стеклом пропитывают ткани, чтобы предотвратить их возгоранию. Натрий и калий силикат силикат входят в состав огнеупорных замазок и применяются для приготовления силикатного клея (раствора этих силикатов в воде).
Из природных материалов, содержащих кремний, получают стекло, керамику, фарфор, фаянс, цемент.