ЧАСТЬ И

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

КАРБОН. СИЛИЦИЯ

Характеристика химических элементов

Свойства химических элементов

Электронная строение атомов Углерода и Кремния схематично показана ниже:

В невозбужденном состоянии атомы Углерода и Кремния двухвалентные, потому что на внешнем уровне находится 2 неспаренных электрона:

При возбуждении атома происходит розпаровування электронной пары, которая находится на 2в-подуровне. При этом Карбон и Кремний проявляют четырехвалентное состояние. На следующей схеме изображен электронный переход при образовании чотиривалентного состояния для атома Углерода; процессы, которые происходят в электронной оболочке атома Кремния, аналогичные:

На отличие от элементов, рассмотренных ранее (галогены, халькогени и пніктогени), для атомов Углерода и Кремния нехарактерные электронные переходы с участием вакантной d-подуровня, поэтому высшая валентность этих атомов равна 4.

Оба элементы могут проявлять степени окисления -4, +2 и +4.

Распространенность атомов в природе

Карбон является достаточно распространенным, элементом на Земле. Его массовая доля составляет около 0,023% по массе. В земной коре он встречается в виде соединений с Гідрогеном - углеводородами, из которых состоит нефть (около 85% Углерода), природный газ (около 70% Карбона), черное (около 90% Карбона) и бурый уголь (около 70% Карбона) и горючие сланцы. Все эти соединения необходимы как топливо для различных целей. Годовая добыча этих природных горючих веществ составляет миллионы тонн.

Атомы Карбона входят также в состав многих минералов, таких как известняк, мел, мрамор, основным компонентом которых является кальций карбонат (СаСО₃); доломит - CaMg(CО₃)₂; престол - смесь Na₂CO₃ и NaHCВ₃; магнезит - MgCВ₃; смітсоніт - ZnCВ₃; церусит - РbСO₃; сидерит - FeCO₃; родохрозит - МnСO₃ и некоторые другие. Кроме твердой поверхности земли, Карбон содержится также в атмосфере нашей планеты, входя в состав углекислого газа - СO₂. Около 2,3 span style='font-family:"Times New Roman","serif"'>∙ 10¹² тонн или 0,03% (по объему) атмосферы составляет углекислый газ. В Мировом океане содержится около 4 ∙ 10¹³ тонн связанного Углерода в виде карбонатов (СO₃^2-) и гидрогенкарбонатов (НСO₃^-).

Карбон является началом жизни на Земле. Начиная от простейшего одноклеточного организма и заканчивая человеком, все живое на нашей планете содержит огромные количества Карбона. Он необходим для жизни так же, как кирпич для строительства дома. Соединения Карбона с некоторыми элементами (Гідрогеном Н, Оксисеном О, Азотом N и другими) изучает отдельная химическая дисциплина - органическая химия. Карбон входит в состав белков, жиров, углеводов, ДНК и большинства других биологически важных веществ.

Силиция - второй по распространенности элемент на Земле. Его содержание в земной коре составляет 29,5% по массе. Если Карбон является важнейшим элементом для живой материи, то Кремний является основным компонентом неживой материи. Соединения, в состав которых входит атом Кремния, составляют 74% от массы Земли.

Самым распространенным минералом, в состав которого входит атом Кремния, является кварц (или кремнезем) SiO₂, что встречается в виде простого песка. Из других минералов стоит выделить следующие: ортоклаз K₂Al₂Si₆O₁₆; каолин Аи₂O₃ ∙ 2SiO₂ ∙ 2Н₂O; нефелін NaKO ∙ Аl₂O₃ ∙ 2SiO₂; циркон ZnSiO₃; полуцит 3Cs₂O ∙ 2Аl₂O₃ ∙ 9SiO₂ ∙ Н₂O.

Силиция в малых количествах необходим всем живым организмам. В организме человека Кремния больше всего в ногтях и волосах, а в 1 грамме легочной ткани содержится 0,65 мг Кремния.