Урок 4 группа ПСХЭ " Углерод, кремний"

Углерод

обозначается символом C (лат.

Carbonium

).

Кремний обозначается символом

Si

(лат.

Silicium

, от лат.

silex

—

кремень

)

Углерод и кремний

Углерод и кремний являются химическими элементами

IVA

-

группы

периодической системы

. Находятся во 2 и 3 периоде соответственно.

Углерод

и кремний

–

элементы

неметаллы

У углерода на внешнем энергетическом уровне 4

электрона – 2s22p2,

как и у кремния – 3s23p2

Вследствие этого, в соединениях с другими элементами

атомы углерода и кремния чаще всего проявляют

степени окисления -4, +2, +4. В простом веществе степень

окисления элементов равна 0

Ф

изические свойства простых веществ

углерода

и кремния.

Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с
очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие
модификаций обусловлено способностью углерода образовывать
химические связи разного типа. аллотропные модификации
углерода: графит, алмаз, карбин и фуллерены

a) алмаз

b) графит

c) лонсдейлит

d) фуллерен — бакибол C60

e) фуллерен C540

f) фуллерен C70

g) аморфный углерод

h) углеродная нанотрубка

Алмаз

–

бесцветное (иногда желтоватое, коричневатое, зеленое, черное, синее,

красноватое) прозрачное вещество, очень сильно преломляющее лучи света

.

По твердости превосходит все известные природные вещества. Но обладает

хрупкостью. Химически инертен, плохо проводит тепло и электрический ток

.

Плотность 3,5 г/см3

.

Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра,

вершинами которого служат четыре ближайших атома. Именно прочная связь атомов

углерода объясняет высокую твердость

алмаза

Графит

–

наиболее распространенная форма.

Это очень мягкое черное вещество с металлическим блеском, хорошо проводит

электрический ток и тепло. Жирный на ощупь, при трении расслаивается на

отдельные чешуйки.

tплавл

= 3750

°

С (плавится при давлении 10 МПа, при обычном давлении

возгоняется).

Плотность 2,22 г/см3.

Структура графита образована параллельными слоями сеток, состоящих из

шестиугольников с атомами углерода в вершинах. Атомы в каждом отдельно

взятом слое связаны достаточно прочно, а между слоями связь слабая.

Нахождение в природе

В виде углекислого газа углерод входит в состав атмосферы (0,03% по

объему).

Уголь, торф, нефть и природный газ - продукты разложения

растительного мира Земли древнейших времен

Взаимодействие с неметаллами:

С + 2S = CS2. С + О2 = СО2, С + 2F2 = CF4. C + 2H2 = CH4.

не взаимодействует с азотом и фосфором.

Взаимодействие с металлами:

Способен взаимодействовать с металлами, образуя

карбиды:

Ca + 2C = CaC2.

Взаимодействие с водой:

C + H2O = CO + H2.

Углерод способен восстанавливать многие металлы из их

оксидов:

2ZnO + C = 2Zn + CO2.

Концентрированные серная и азотная кислоты при

нагревании окисляют углерод до оксида углерода (IV):

C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O

Химические

свойства углерода

{

Применение углерода

Графит используется в карандашной промышленности. Также его
используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах

Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный

материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки

бормашин. Кроме этого, ограненные алмазы — бриллианты используются в

качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях. Благодаря

редкости, высоким декоративным качествам и стечению исторических

обстоятельств, бриллиант неизменно является самым дорогим драгоценным

камнем.

В фармакологии и медицине широко используются различные соединения

углерода — производные угольной кислоты и карбоновых кислот.

Карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения

из организма различных токсинов

Природные неорганические
соединения углерода – карбонаты.
Минерал кальцит CaCO3 является
основой осадочных горных пород –
известняков. Другие модификации
карбоната кальция известны как
мрамор и мел

Кремний и его
соединения

Кристаллический кремний – вещество темно-серого
цвета с металлическим блеском, имеет кубическую
структуру алмаза, но значительно уступает ему по

твердости, довольно хрупок. Температура плавления
1415 °C, температура кипения 2680 °C, плотность 2,33

г/см3. Обладает полупроводниковыми свойствами, его

сопротивление понижается при повышении

температуры

Аморфный кремний – порошок бурого цвета на основе
сильно разупорядоченной алмазоподобной структуры.

Обладает большей реакционной способностью, чем

кристаллический кремний

Кремний –
кристаллическое
вещество темно-серого
цвета с металлическим
блеском.
Кристаллическая
решетка кремния
напоминает структуру
алмаза

Химические свойства
оксида кремния (IV)

Относится к кислотным оксидам:

1. При сплавлении его с твердыми

щелочами, основными оксидами и
карбонатами образуются соли
кремниевой кислоты: метасиликаты.

а) SiO2 + 2NaOH H2O+ Na2SiO3

б) SiO2 + CaO CaSiO3

в) SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 ↑

Взаимодействие с неметаллами:
Si + 2F2 = SiF4 Si + 2Cl2 = SiCl4 Si + O2 = SiO2
Si + C = SiC

Si + 3B = B3Si 3Si + 2N2 = Si3N4

С водородом не взаимодействует.
Взаимодействие с галогеноводородами:
Si + 4HF = SiF4 + 2H2,
Взаимодействие с металлами:
2Ca + Si = Ca2Si.
Взаимодействие с кислотами:
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2[SiF6] + 4NO + 8H2O.
Взаимодействие со щелочами:
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2

Химические свойства кремния

{

Кремний

в природе

Он широко распространен в виде кремнезема SiO2 и различных
силикатов.
Например, гранит содержит более 60% кремнезема, а кристаллический
кварц является самым чистым из природных соединений кремния с
кислородом.

Листья крапивы покрыты колючими волосками из
чистого оксида кремния(IV), которые представляют
собой полые трубочки длинной 1-2 мм. Трубочки
заполнены жидкостью, содержащей муравьиную
кислоту.

Кремний находит применение в полупроводниковой
технике и микроэлектронике, в металлургии в качестве

добавки к сталям и в производстве сплавов.

Соединения кремния служат основой для производства

стекла и цемента. Производством стекла и цемента

занимается силикатная промышленность. Она также
выпускает силикатную керамику — кирпич, фарфор,

фаянс и изделия из них.

Широко известен силикатный клей, применяемый в
строительстве как сиккатив, а в пиротехнике и в быту

для склеивания бумаги.

Применение кремния