Металлы 4 группы главной подгруппы

Обновлено: 18.05.2024

Литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций – типичные, самые активные металлы. Электронная формула внешнего слоя:

Единственный электрон внешнего уровня легко уходит при образовании химической связи.

Единственная возможная степень окисления в соединениях +1.

Низшая степень окисления 0 – в простых веществах – металлах.

I группа побочная подгруппа (подгруппа меди) – металлы медь, серебро, золото

Электронная формула внешнего слоя:

(n–1)d 10 ns 1

т.е. происходит перескок одного s-электрона на предвнешний d-подуровень. Заполненный d-подуровень обуславливает низкую реакционную способность этих металлов, подгруппу меди также называют благородными металлами. Наличие валентных d-электронов приводит к неоднозначной степени окисления в соединениях:

наиболее характерные степени окисления:

Cu +1, +2

Ag +1, +3

Au +1, +3

II группа главная подгруппа – щелочноземельные металлы

Бериллий, магний, кальций, стронций барий и радий – типичные металлы, вниз по группе металлические свойства усиливаются.

Единственная возможная степень окисления в соединениях +2.

II группа побочная подгруппа (подгруппа цинка) – металлы цинк, кадмий, ртуть.

(n–1)d 10 ns 2

Это типичные металлы средней активности.

Цинк и кадмий имеют постоянную степень окисления +2.

Ртуть имеет две устойчивые степени окисления +1 и +2.

III группа главная подгруппа – бор, алюминий, галлий, индий, таллий.

ns 2 np 1

Бор в большинстве соединений имеет степень окисления +3

Алюминий имеет постоянную степень окисления +3.

Галлий, индий, таллий могут проявлять степени окисления от +1 и +3.

Низшая степень окисления 0 – для всех элементов подгруппы.

III группа побочная подгруппа – все элементы могут проявлять степени окисления от +1 и +3.

IV группа главная подгруппа – углерод, кремний, германий, олово, свинец.

ns 2 np 2

Для завершения внешнего слоя требуется или присоединить 4 электрона (степень окисления –4), или отдать 4 электрона (степень окисления +4). Следует помнить, что элементы-металлы могут только отдавать электроны, поэтому никогда не проявляют отрицательную степень окисления.

Для элементов IV группы достаточно устойчивой является и степень окисления +2. Кроме того, элемент углерод в органических соединениях обнаруживает любую (иногда и дробную) степень окисления в пределах от –4 до +4. Это говорит об ограничении в применении понятия «степень окисления» в ковалентных органических соединениях.

C (неметалл) –4, 0, +2, +4 (возможна любая от –4 до +4)

Si (неметалл) –4, 0, +2, +4

Sn (металл) 0, +2, +4

Pb (металл) 0, +2, +4

IV группа побочная подгруппа – металлы титан, цирконий и гафний могут проявлять степени окисления от 0 и +4, последняя наиболее устойчива.

V группа главная подгруппа – азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут.

ns 2 np 3

N (неметалл, газ) –3, 0, +1, +2, +3, +4, +5 (возможна любая от –3 до +5)

P (неметалл) –3, 0, +3, +5

As (неметалл) –3, 0, +3, +5

Sb (металл, амфотерный) 0, +3, +5

Bi (металл) 0, +3, +5

V группа побочная подгруппа – металлы ванадий, ниобий, тантал – могут проявлять степени окисления от 0 и +5, последняя наиболее устойчива.

VI группа главная подгруппа – кислород, сера, селен, теллур, полоний.

ns 2 np 4

а для элементов, кроме кислорода, присутствует предвнешний d-подуровень:

(n–1)d 0 ns 2 np 4

Вступая в реакции, атомы серы, селена, теллура и полония могут переходить в возбужденное состояние – спаренные s- и p-электроныпереходят на свободный d-подуровень:

(n–1)d 1 ns 2 np 3

(n–1)d 2 ns 1 np 3

При перекрывании орбиталей, содержащих эти неспаренные электроны, образуются ковалентные связи и можно говорить о проявлении степени окисления +4 и +6.

Кислород, как элемент второго периода, не имеет свободного d-подуровня, поэтому его максимальная степень окисления +2 (проявляется только в соединении с фтором OF₂) т.е. не равна номеру группы.

Вниз по группе металлические свойства усиливаются, неметаллические – ослабевают. Кислород – газ, сера и селен – типичные неметаллы, теллур занимает промежуточное положение, чаще его относят к неметаллам, полоний металл.

Для неметаллов подгруппы характерна низшая степень окисления –2 (для завершения внешнего слоя требуется или присоединить 2 электрона).

O (неметалл, газ) –2, –1, 0, +2

S (неметалл) –2, 0, +4, +6

Sе (неметалл) –2, 0, +4, +6

Те (неметалл) 0, +2,+4, +6

VI группа побочная подгруппа – металлы хром, молибден, вольфрам.

Cr +2, +3, +4, +6

Mo, W +2, +3, +4, +5, +6

VII группа главная подгруппа – галогены, типичные неметаллы фтор, хлор, бром, йод и астат.

ns 2 np 5

для элементов, кроме фтора, присутствует предвнешний d-подуровень:

(n–1)d 0 ns 2 np 5

Фтор – элемент с наибольшей электроотрицательностью, в соединениях может проявлять только отрицательную степень окисления –1. Максимальная степень окисления у фтора 0, т.е., как и у кислорода, не равна номеру группы.

Остальные галогены имеют вакантный d-подуровень, на который при образовании химической связи могут переходить спаренные s- и p-электроны:

(n–1)d 1 ns 2 np 4

(n–1)d 2 ns 2 np 3

(n–1)d 3 ns 1 np 3

Низшая степень окисления у всех галогенов –1 (для завершения внешнего слоя требуется или присоединить 1 электрон).

Возможные степени окисления (выделены более характерные):

F –1, 0

VII группа побочная подгруппа – металлы марганец, технеций и рений.

VIII группа главная подгруппа – благородные газы гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон.

Все они имеют заполненную внешнюю электронную оболочку:

ns 2 np 6

поэтому не образуют соединений, и, соответственно, имеют степень окисления 0. При нормальных условиях они представляют собой одноатомные газы.

VIII группа побочная подгруппа отличается от остальных – каждый период содержит не один, а три элемента этой подгруппы.

В VIII группе побочной подгруппе находятся типичные металлы. Обычно в ней выделяют триаду железа (железо, кобальт, никель) и платиновую группу (рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина).

Триада железа: наиболее характерные степени окисления:

Fe 0, +2, +3, +4, +6

Co 0, +2, +3, +4

Ni 0, +2, +3, +4

Металлы платиновой группы Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt могут иметь различные степени окисления в соединениях, для Pt более характерными являются +2, +4, +6.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

I группа главная подгруппа Периодической системы Менделеева представляет собой щелочные металлы. К щелочным металлам относят химические элементы: Литий Li, Натрий Na, Калий K, Цезий Cs, Рубидий Rb Франций Fr Эти металлы очень активны, поэтому их хранят под слоем вазелина или керосина. Общая характеристика щелочных металлов От Li к Fr (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционной способности. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к…

II группа главная подгруппа Периодической таблицы Менделеева (щелочноземельные металлы)

К щелочноземельным металлам относят химические элементы: двувалентные металлы, составляющие IIА группу: Бериллий Be магний Mg кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Хотя бериллий Be по свойствам больше похож на алюминий, а магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, но в целом отличается от них. Все щелочноземельные металлы — вещества серого цвета и гораздо более твердые, чем щелочные металлы. Бериллий Be устойчив на воздухе. Магний и кальций (Mg и Ca) устойчивы в сухом воздухе. Стронций Sr и барий Ba хранят под слоем керосина. Общая характеристка щелочноземельных металлов От Be к Ra (сверху…

III группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (Алюминий)

Общая характеристика алюминия Алюминий – лёгкий серебристо-белый металл, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Аl — довольно активный металл, однако при обычных условиях ведет себя инертно — имеет высокую температуру воспламенения, со многими веществами реагирует только при высокой температуре; Все реакции с участием Al проходят через первоначальный замедленный период из-за наличия на его поверхности очень тонкой, прочной, газо- и водонепроницаемой пленки Al2O3. При нарушении цельности этой пленки…

IV группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (углерод, кремний)

К элементам главной подгруппы IV группы относятся Углерод С Кремний Si Германий Ge Олово Sn Свинец Pb Общая характеристика элементов 4 группы главной подгруппы От С к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону. Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 4 электрона на внешнем слое ns2np2: С – 2s22p2 Si – 3s23p2 Ge…

Соединения углерода

Монооксид углерода (угарный газ) Способы получения угарного газа В промышленности угарный газ получают: при пропускании воздуха через раскаленный уголь: C + O2 → CO2 CO2 + C → 2CO паровая конверсия метана – взаимодействие перегретого водяного пара (температура – 800-900ºС) с метаном. В качестве катализаторов используют Ni, MgO, Al2O3: СН4 + Н2O → СО + 3Н2 взаимодействие метана с углекислым газом (температура – 800-900ºС, кат. – Ni, MgO, Al2O3): СН4 +…

Соединения кремния

Силан (моносилан, гидрид кремния) Способы получения силана Разложение силицида магния соляной кислотой – наиболее распространенный способ получения силана: Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + SiH4↑ Восстановление галогенидов кремния алюмогидридом лития: SiCl4 + LiAlH4 = SiH4↑ + LiCl + AlCl3 Разложение триэтоксисилана при нагревании до 80ºС в присутствии натрия: 4SiH(OC2H5)3 = SiH4↑ + 3Si(OC2H5)4 Химические свойства силана Силаны (кремневодороды) имеют общую формулу SinH2n+2, где n = 1-8. Цепи -Si-Si- неустойчивы. Моносилан SiH4…

V группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (азот, фосфор)

К элементам главной подгруппы V группы периодической таблицы Менделеева относятся: Азот N Фосфор P Мышьяк As Сурьма Sb Висмут Bi Общая характеристика элементов 5 группы главной подгруппы От N к Bi (сверху вниз в периодической таблице) Увеличивается атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону. Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 5 электронов на внешнем слое ns2np3: N – 2s2 2p3; P…

Соединения азота

Аммиак (NH3) Способы получения аммиака Промышленный синтез — один из важнейших процессов в химическом производстве. В промышленности аммиак получают прямым синтезом из водорода и азота. Для смещения равновесия в сторону образования аммиака реакцию проводят в присутствии катализатора, при высоком давлении (до 1000 атм.) и высокой температуре (500-550оС): N2 + ЗН2 ⇄ 2NH3+ Q Лабораторный способ В лабораторных условиях аммиак получают при воздействии твердых щелочей на твердые соли аммония: 2NH4Cl +…

Соединения фосфора

Фосфин (PH3) Способы получения фосфина Прямым синтезом PH3 получить нельзя. Фосфин получают путем водного или кислотного гидролиза фосфидов: Ca3P2 + 6H2O → 3Са(ОН)2 + 2PH3↑ Mg3P2 + 6HCl → 3MgCl2 + 2PH3↑ Реакция диспропорционирования фосфора в щелочах: 4P + 3KOH + 3H2O → 3KH2PO2 + PH3↑ Разложение солей фосфония (Температура выше 80ºС): P4I ↔ HI+ PH3↑ Физические свойства фосфина При нормальной температуре фосфин является бесцветным газом с резким чесночным запахом….

VI группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (кислород, сера)

К элементам главной подгруппы VI группы периодической таблицы Менделеева относятся: Кислород O Сера S Селен Se Теллур Te Полоний Po Общая характеристика элементов 6 группы главной подгруппы От O к Po (сверху вниз в периодической таблице) Увеличивается атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону. Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 6 электронов на внешнем слое ns2np4: O – 2s2 2p4; S…

IV группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (углерод, кремний)

Общая характеристика элементов 4 группы главной подгруппы

От С к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение:

атомного радиуса,
металлических, основных, восстановительных свойств,

Уменьшается

электроотрицательность,
энергия ионизация,
сродство к электрону.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 4 электрона на внешнем слое ns 2 np 2 :

С – 2s 2 2p 2

Si – 3s 2 3p 2

Ge – 4s 2 4p 2

Sn – 5s 2 5p 2

Pb – 6s 2 6p 2

Углерод и кремний

Нахождение в природе углерода и кремния

Углерод в природе распространен и в виде простых веществ (алмаз, графит), и в виде сложных соединений (органические вещества — нефть, природные газ, каменный уголь, карбонаты).

Кремний — второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Чаще всего в природе кремний встречается в виде соединений на основе SiO₂ (речной и кварцевый песок, кварц и кварциты, кремень, полевые шпаты), силикатов и алюмосиликатов.

Углерод

Химические свойства углерода

Качественные реакции

Обнаружить карбонат-ионы CO₃ 2- — можно при помощи взаимодействия солей-карбонатов с сильными кислотами. При этом выделяется углекислый газ — газ без цвета и запаха, не поддерживающий горение:

Качественная реакция на углекислый газ CO₂ – помутнение известковой воды при пропускании через нее углекислого газа:

При дальнейшем пропускании углекислого газа осадок CaCO₃ растворяется:

Углекислый газ СО₂не поддерживает горение.
Угарный газ CO горит голубым пламенем.

Взаимодействие углерода с простыми веществами

С кислородом

Горит в недостатке кислорода с образованием угарного газа:

в избытке кислорода – с образованием углекислого газа:

С галогенами (F, Cl, Br, I)

Углерод реагирует со фтором при нагревании до 900ºС с образованием фторида углерода (IV):

Раскаленный углерод реагирует с другими галогенами:

С водородом

При нагревании в присутствии катализатора (Ni) углерод взаимодействует с водородом с образованием метана:

С серой

При сильном нагревании углерод взаимодействует с серой с образованием сероуглерода:

С азотом

С азотом углерод реагирует при действии электрического разряда, образуя дициан:

С углеродом

При нагревании около 2000 о С кремний вступает в реакцию с углеродом с образованием карбида кремния (карборунда):

С фосфором

Не взаимодействует

С металлами

В реакциях с активными металлами углерод выступает в качестве окислителя, образуя карбиды:

Взаимодействие со сложными веществами

С водой

При пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и водород:

С кислотами

Углерод как восстановитель взаимодействует с кислотами-окислителями:

С концентрированной азотной кислотой

C концентрированной серной кислотой:

С солями

В расплавах KNO₃ и NaNO₃ измельченный уголь интенсивно сгорает:

С оксидами

Углерод взаимодействует с многими основными и амфотерными оксидами, с образованием металла и угарного газа:

C + 2ZnO → 2Zn + CO

Получение металлов из оксидов с помощью углерода и его соединений называют пирометаллургией.

При взаимодействии углерода с оксидами активных металлов образуются карбиды:

3С + СаО → СаС₂ + СО

Кремний

Способы получения кремния

В промышленности основным сырьем для получения кремния служит кремнезем (диоксид кремния):

Восстановление SiO₂ углеродом в электропечах при температуре 1800ºС:

SiO₂ + 2C → Si + 2CO

Таким способом получают технический кремний.

Особо чистый кремний из технического продукта получают следующим образом:

В лаборатории кремний можно получить:

при прокаливании смеси металлического магния с мелко измельченным кремнеземом:

SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO

восстановление кремния из его оксида алюминием:

Химические свойства кремния

Качественная реакция на силикат-ионы SiO₃ 2- — взаимодействие солей-силикатов с сильными кислотами.

При этом выделяется белый гелеобразный осадок:

Взаимодействие кремния с простыми веществами

Взаимодействует с кислородом при температуре более 400°С с образованием диоксида кремния:

При обычных условиях кремний реагирует только со фтором с образованием фторида кремния (IV):

С остальными галогенами реакция идет при нагревании до 300-500ºС:

Не взаимодействует

При температуре выше 600°С кремний взаимодействует с серой с образованием сульфида кремния:

С азотом кремний реагирует в очень жестких условиях:

В реакциях с активными металлами кремний выступает в качестве окислителя, образуя силициды:

Взаимодействие кремния со сложными веществами

Непосредственно с водой не взаимодействует, однако аморфный кремний реагирует с перегретым водяным паром при температуре 400-500°С:

С кислотами

Кремний не взаимодействует с водными растворами кислот.
Аморфный кремний растворяется в плавиковой кислоте с образованием гексафторкремниевой кислоты:

При обработке кремния безводным HF комплекс не образуется:

Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот (травление кремния кислотами):

С водными растворами щелочей

В водных растворах щелочей при нагревании выше 60ºС кремний растворяется с образованием солей силикатов (травление щелочами):

При восстановлении SiO₂ кремнием при температурах свыше 1200 ºC образуется оксид кремния (II) — SiO.

Общая характеристика подгруппы

С ростом заряда ядра многие важнейшие характеристики элементов изменяются немонотонно, в том числе и атомный радиус. Соответственно, свойства простых веществ, оксидов, гидроксидов и других соединений этих элементов имеют неоднозначный характер изменения. Особенно резко выделяется первый элемент подгруппы - бор, являющийся единственным неметаллом среди s 2 p 1 -элементов. Бор проявляет диагональное сходство с элементом главной подгруппы IV группы - кремнием Si.

Алюминий - важнейший элемент подгруппы, также имеет целый ряд специфических особенностей, отличающих его от бора, с одной стороны, и от подгруппы галлия, с другой стороны.

Характеристические соединения

Отношение к воде

слабая кислота 1-основная

амфотерный (идеальный амфолит)

основный со слабыми признаками амфотерности

амфотерный (основные свойства преобладают)

основание (подобен щелочам)

Алюминий

₁₃Аl [Ne] 3s 2 3p 1

1 стабильный изотоп 27 Al

Кларк в земной коре 8,8 % по массе, самый распространенный металл. В свободном виде не встречается.
Основная форма нахождения в природе - Аl₂O₃ (в составе различных силикатов, полевых шпатов и глин). Встречается также в виде двойных солей: KAl(SO₄)₂, Na₃[AlF₆] и др.

Физические свойства

Простое вещество алюминий - лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. Алюминий обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, обладает высокой светоотражательной способностью. По электропроводности занимает 4-е место после Сu, Аg, Аu.

Способы получения

1. Электролиз расплава AlCl₃:

2. Основной промышленный способ - электролиз расплава Al₂O₃ (глинозема) в криолите 3NaF • AlF₃:

AlCl₃ + ЗК = Al + 3KCl

Химические свойства

Аl - очень химически активный металл, однако при обычных условиях ведет себя довольно инертно - имеет высокую температуру воспламенения, со многими веществами реагирует только при высокой температуре; все реакции с участием Al проходят через первоначальный замедленный период. Такое химическое поведение алюминия объясняется наличием на его поверхности очень тонкой, прочной, газо- и водонепроницаемой пленки Al₂O₃. При нарушении цельности этой пленки AI реагирует со многими веществами как активный восстановитель:

Al 0 - Зе - → Аl 3+

В подавляющем большинстве соединений атомы алюминия связаны с соседними атомами ионными связями.

1. Взаимодействие с кислородом и другими неметаллами (галогенами, серой, азотом, углеродом).

Наиболее активно реагирует порошкообразный Al (алюминиевая пудра).

При обычной температуре реакция протекает только на поверхности. После нагревания до температуры воспламенения измельченный Аl сгорает с высоким экзотермичным эффектом.

б) 2Al + 3Cl₂ = 2АlСl₃ хлорид

Реакция с I₂ протекает в присутствии воды. С F₂ реакции нет. т. к. в первый же момент образуется прочный поверхностный слой AlF₃.

2Al + N₂ = 2AlN нитрид

4Al + ЗС = АlС₃ карбид

г) C Н₂ алюминий непосредственно не соединяется.

2. Взаимодействие с водой в присутствии щелочи.

1) растворение оксидной пленки Al₂O₃;

2) предотвращение образования нерастворимого гидроксида Аl(ОН)₃.

Na[Al(OH)₄] - тетрагидроксо-алюминат натрия

В отсутствие щелочи алюминий может вытеснять Н₂ из воды в следующих условиях:

1) если его поверхность амальгамировать (покрыть ртутью);

2) в вакууме или в среде инертного газа после предварительной очистки поверхности металла от оксидной пленки.

3. Взаимодействие с «неокисляющими» кислотами (HCl, H₂SO₄ разб. и др.)

2Al + 6Н + → 2Al 3+ + 3H₂↑

4. Взаимодействие с очень концентрированными HNO₃ и H₂SO₄

При обычной Т реакции не протекают, т. к. происходит пассивирование поверхности Al, связанное с внедрением в нее атомарного или молекулярного кислорода, а также образованием его нерастворимых соединений с Al.

При нагревании реакции протекают довольно активно:

5. Взаимодействие с разбавленной HNO₃

Реакция медленно протекает при обычной Т, при нагревании - более быстро.

6. Взаимодействие с органическими кислотами

Реакции протекают с разбавленными уксусной и лимонной кислотами при нагревании, ускоряются в присутствии NaCl:

Общая характеристика элементов IV группы, главной подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева

К элементам главной подгруппы IV группы относятся углерод, кремний, германий, олово, свинец. Металлические свойства усиливаются, неметаллические - уменьшаются. На внешнем слое – 4 электрона.

Химические свойства (на основе углерода)

- Взаимодействуют с металлами:

4Al + 3C = Al₄C₃ (реакция идсет при высокой температуре)

- Взаимодействуют с неметаллами:

- Взаимодействуют с водой:

- Взаимодействуют с кислотами:

Углерод. Характеристика углерода, исходя из его положения в периодической системе, аллотропия углерода, адсорбция, распространение в природе, получение, свойства. Важнейшие соединения углерода

Углерод (химический символ — C, лат. Carboneum) — химический элемент четырнадцатой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы), 2-го периода периодической системы химических элементов. порядковый номер 6, атомная масса — 12,0107.

Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов — 12С (98,93 %) и 13С (1,07 %) и одного радиоактивного изотопа 14С (β-излучатель, Т½ = 5730 лет), сосредоточенного в атмосфере и верхней части земной коры.

Основные и хорошо изученные аллотропные модификации углерода — алмаз и графит. При нормальных условиях термодинамически устойчив только графит, а алмаз и другие формы метастабильны. Жидкий углерод существует только при определенном внешнем давлении.

При давлении свыше 60 ГПа предполагают образование весьма плотной модификации С III (плотность на 15-20 % выше плотности алмаза), имеющей металлическую проводимость.

Кристаллическая модификация углерода гексагональной сингонии с цепочечным строением молекул называется карбин. Известно несколько форм карбина, отличающихся числом атомов в элементарной ячейке.

Карбин представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность 1,9-2 г/см³), обладает полупроводниковыми свойствами. Получен в искусственных условиях из длинных цепочек атомов углерода, уложенных параллельно друг другу.

Карбин — линейный полимер углерода. В молекуле карбина атомы углерода соединены в цепочки поочередно либо тройными и одинарными связями (полиеновое строение), либо постоянно двойными связями (поликумуленовое строение). Карбин обладает полупроводниковыми свойствами, причём под воздействием света его проводимость сильно увеличивается. На этом свойстве основано первое практическое применение — в фотоэлементах.

Графен (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединенных посредством sp² связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку.

При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких температурах соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300-500 °C, 600-700 °C и 850-1000 °C.

Продуктами горения углерода являются CO и CO2 (монооксид углерода и диоксид углерода соответственно). Известен также неустойчивый недооксид углерода С3О2 (температура плавления −111 °C, температура кипения 7 °C) и некоторые другие оксиды (например C12O9, C5O2, C12O12). Графит и аморфный углерод начинают реагировать с водородом при температуре 1200 °C, с фтором при 900 °C.

Углекислый газ реагирует с водой, образуя слабую угольную кислоту — H2CO3, которая образует соли — карбонаты. На Земле наиболее широко распространены карбонаты кальция (минеральные формы — мел, мрамор, кальцит, известняк и др.) и магния (минеральная форма доломит).

Графит с галогенами, щелочными металлами и др. веществами образует соединения включения. При пропускании электрического разряда между угольными электродами в атмосфере азота образуется циан.

При высоких температурах взаимодействием углерода со смесью Н2 и N2 получают синильную кислоту:

При реакции углерода с серой получается сероуглерод CS2, известны также CS и C3S2.

С большинством металлов углерод образует карбиды, например:

Важна в промышленности реакция углерода с водяным паром:

При нагревании углерод восстанавливает оксиды металлов до металлов. Данное свойство широко используется в металлургической промышленности.

Графит используется в карандашной промышленности, но в смеси с глиной, для уменьшения его мягкости. Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный материал. В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода — производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы,полимеры и другие соединения. Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент. В частности углерод является неотъемлемой составляющей стали (до 2,14 % масс.) и чугуна (более 2,14 % масс.)

Углерод входит в состав атмосферных аэрозолей, в результате чего может изменяться региональный климат, уменьшаться количество солнечных дней. Углерод поступает в окружающую среду в виде сажи в составе выхлопных газов автотранспорта, при сжигании угля на ТЭС, при открытых разработках угля, подземной его газификации, получении угольных концентратов и др. Концентрация углерода над источниками горения 100-400 мкг/м³, крупными городами 2,4-15,9 мкг/м³, сельскими районами 0,5-0,8 мкг/м³. С газоаэрозольными выбросами АЭС в атмосферу поступает (6-15) · 109 Бк/сут 14СО2.

Высокое содержание углерода в атмосферных аэрозолях ведет к повышению заболеваемости населения, особенно верхних дыхательных путей и легких. Профессиональные заболевания — в основном антракоз и пылевой бронхит. В воздухе рабочей зоны ПДК, мг/м³: алмаз 8,0, антрацит и кокс 6,0, каменный уголь 10,0, технический углерод и углеродная пыль 4,0; в атмосферном воздухе максимальная разовая 0,15, среднесуточная 0,05 мг/м³.

Важнейшие соединения. Оксид углерода (II) (угарный газ) CO. В обычных условиях - бесцветный без запаха и вкуса очень ядовитый газ. Ядовитость объясняется тем, что она легко соединяется с гемоглобином крови.

Оксид углерода (IV) CO2. При обычных условиях - бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом, в полтора раза тяжелее воздуха, не горит и не поддерживает горения.
Угольная кислота H2CO3. Слабая кислота. Молекулы угольной кислоты существуют только в растворе.

Фосген COCl2. Бесцветный газ с характерным запахом, tкип = 8оС, tпл = -118оС. Очень ядовит. Мало растворим в воде. Реакционноспособен. Используется в органических синтезах.

Читайте также: