Grupi IVA elementet kimike sistemi periodik D.I. Mendeleev përfshin jometale (karbon dhe silikon), si dhe metale (germanium, kallaj, plumb). Atomet e këtyre elementeve përmbajnë katër elektrone (ns 2 np 2) në nivelin e jashtëm të energjisë, dy prej të cilave nuk janë çiftuar. Prandaj, atomet e këtyre elementeve në përbërje mund të shfaqin valencë II. Atomet e elementeve të grupit IVA mund të kalojnë në një gjendje të ngacmuar dhe të rrisin numrin e elektroneve të paçiftuara deri në 4 dhe, në përputhje me rrethanat, në përbërjet shfaqin një valencë më të lartë të barabartë me numrin e grupit IV. Karboni në përbërje shfaq gjendje oksidimi nga -4 në +4, për pjesën tjetër, gjendjet e oksidimit stabilizohen: -4, 0, +2, +4.

Në një atom karboni, ndryshe nga të gjithë elementët e tjerë, numri i elektroneve të valencës është i barabartë me numrin e orbitaleve të valencës. Kjo është një nga arsyet kryesore për stabilitetin e lidhjes C–C dhe tendencën e jashtëzakonshme të karbonit për të formuar homozinxhirë, si dhe ekzistencën e një numri të madh të përbërjeve të karbonit.

Ndryshimet në vetitë e atomeve dhe komponimeve në serinë C–Si–Ge–Sn–Pb tregojnë periodicitet dytësor (Tabela 5).

Tabela 5 - Karakteristikat e atomeve të elementeve të grupit IV

Periodiciteti sekondar (ndryshimi jomonotonik në vetitë e elementeve në grupe) është për shkak të natyrës së depërtimit të elektroneve të jashtme në bërthamë. Kështu, jomonotonia e ndryshimit të rrezeve atomike gjatë kalimit nga silikoni në germanium dhe nga kallaji në plumb është për shkak të depërtimit të elektroneve s, përkatësisht, nën ekranin e 3d 10 elektroneve në germanium dhe ekranin e dyfishtë të 4f 14. dhe 5d 10 elektrone në plumb. Meqenëse fuqia depërtuese zvogëlohet në serinë s>p>d, periodiciteti i brendshëm në ndryshimin e vetive manifestohet më qartë në vetitë e elementeve të përcaktuara nga s-elektronet. Prandaj, është më tipike për përbërjet e elementeve të grupeve A të sistemit periodik, që korrespondojnë me gjendjen më të lartë të oksidimit të elementeve.

Karboni ndryshon ndjeshëm nga p-elementët e tjerë të grupit për nga energjia e tij e lartë jonizuese.

Karboni dhe silikoni kanë modifikime polimorfike me struktura të ndryshme të rrjetave kristalore. Germanium i përket metaleve, argjendi- ngjyrë të bardhë me një nuancë të verdhë, por ka një rrjetë kristalore atomike si diamanti me lidhje të forta kovalente. Kallaji ka dy modifikime polimorfike: një modifikim metalik me një rrjetë kristalore metalike dhe një lidhje metalike; Modifikimi jometalik me një rrjetë kristalore atomike, e cila është e qëndrueshme në temperatura nën 13,8 C. Plumbi është një metal gri i errët me një rrjetë kristalore kubike metalike në qendër të fytyrës. Një ndryshim në strukturën e substancave të thjeshta në serinë germanium-kallaj-plumb korrespondon me një ndryshim në vetitë e tyre fizike. Pra, germaniumi dhe kallaji jometalik janë gjysmëpërçues, kallaji metalik dhe plumbi janë përçues. Ndryshimi i llojit të lidhjes kimike nga kryesisht kovalente në metalike shoqërohet me një ulje të fortësisë së substancave të thjeshta. Pra, germaniumi është mjaft i fortë, ndërsa plumbi mbështillet lehtësisht në fletë të holla.

Komponimet e elementeve me hidrogjen kanë formulën EN 4: CH 4 - metan, SiH 4 - silan, GeH 4 - gjerman, SnH 4 - stannan, PbH 4 - plumbane. I pazgjidhshëm në ujë. Nga lart poshtë me radhë komponimet e hidrogjenit qëndrueshmëria e tyre zvogëlohet (plumbani është aq i paqëndrueshëm sa ekzistenca e tij mund të gjykohet vetëm nga shenja indirekte).

Komponimet e elementeve me oksigjen kanë formulat e përgjithshme: EO dhe EO 2. Oksidet CO dhe SiO nuk formojnë kripë; GeO, SnO, PbO janë okside amfoterike; CO 2, SiO 2 GeO 2 - acid, SnO 2, PbO 2 - amfoterik. Me rritjen e shkallës së oksidimit rriten vetitë acidike të oksideve, ndërsa vetitë bazë dobësohen. Vetitë e hidroksideve përkatëse ndryshojnë në mënyrë të ngjashme.

Fjalë kyçe abstrakte: karbon, silikon, elementë të grupit IVA, vetitë e elementeve, diamant, grafit, karabinë, fullerene.

Elementet e grupit IV janë karboni, silikoni, germaniumi, kallaji dhe plumbi. Le të hedhim një vështrim më të afërt në vetitë e karbonit dhe silikonit. Tabela tregon karakteristikat më të rëndësishme të këtyre elementeve.

Pothuajse në të gjitha përbërjet e tyre, karboni dhe silikoni katërvalente , atomet e tyre janë në gjendje të ngacmuar. Konfigurimi i shtresës së valencës së atomit të karbonit ndryshon kur atomi është i ngacmuar:

Konfigurimi i shtresës së valencës së atomit të silikonit ndryshon në mënyrë të ngjashme:

Niveli i jashtëm i energjisë i atomeve të karbonit dhe silikonit ka 4 elektrone të paçiftuara. Rrezja e atomit të silikonit është më e madhe; shtresa e tij e valencës është e zbrazët 3 d– orbitalet, kjo shkakton ndryshime në natyrën e lidhjeve që formojnë atomet e silikonit.

Gjendjet e oksidimit të karbonit ndryshojnë në rangun nga -4 në +4.

Një tipar karakteristik i karbonit është aftësia e tij për të formuar zinxhirë: atomet e karbonit janë të lidhur me njëri-tjetrin dhe formojnë komponime të qëndrueshme. Komponime të ngjashme të silikonit janë të paqëndrueshme. Aftësia e karbonit për të formuar zinxhir përcakton ekzistencën e një numri të madh komponimet organike .

te komponimet inorganike karbonit përfshijnë oksidet e tij, acidin karbonik, karbonatet dhe bikarbonatet, karbitet. Përbërjet e mbetura të karbonit janë organike.

Elementi karbon karakterizohet nga alotropia, modifikimet e tij alotropike janë diamant, grafit, karabinë, fullerene. Tani njihen modifikime të tjera alotropike të karbonit.

Qymyri dhe blozë mund të konsiderohet si amorfe varieteteve të grafitit.

Silikoni formon një substancë të thjeshtë - silic kristalor. Ka silikon amorf - një pluhur i bardhë (pa papastërti).

Vetitë e diamantit, grafitit dhe silicit kristalor janë dhënë në tabelë.

Arsyeja për dallimet e dukshme në vetitë fizike të grafitit dhe diamantit është për shkak të ndryshme struktura e rrjetës kristalore . Në një kristal diamanti, çdo atom karboni (duke përjashtuar ato në sipërfaqen e kristalit) formohet katër lidhje të forta ekuivalente me atomet fqinje të karbonit. Këto lidhje drejtohen në kulmet e tetraedrit (si në molekulën CH 4). Kështu, në një kristal diamanti, çdo atom karboni është i rrethuar nga katër atome të njëjta të vendosura në majat e një tetraedri. Simetria dhe forca e lidhjeve C-C në një kristal diamanti përcaktojnë forcën e jashtëzakonshme dhe mungesën e përçueshmërisë elektronike.

AT kristal grafiti çdo atom karboni formon tre lidhje të forta ekuivalente me atomet fqinje të karbonit në të njëjtin rrafsh në një kënd prej 120°. Në këtë rrafsh formohet një shtresë, e përbërë nga unaza të sheshta gjashtë anëtarëshe.

Përveç kësaj, çdo atom karboni ka një elektron të paçiftuar. Këto elektrone formojnë një sistem elektronik të përbashkët. Lidhja midis shtresave kryhet për shkak të forcave relativisht të dobëta ndërmolekulare. Shtresat janë të renditura njëra në raport me tjetrën në mënyrë të tillë që atomi i karbonit i njërës shtresë të jetë mbi qendrën e gjashtëkëndëshit të shtresës tjetër. Gjatësia e lidhjes C–C brenda shtresës është 0,142 nm, distanca midis shtresave është 0,335 nm. Si rezultat, lidhjet midis shtresave janë shumë më të dobëta sesa lidhjet midis atomeve brenda një shtrese. Kjo shkakton vetitë e grafitit: Është i butë, i lehtë për tu pastruar, ka ngjyrë gri dhe shkëlqim metalik, është elektrik përçues dhe kimikisht më reaktiv se diamanti. Modelet e grilave kristalore të diamantit dhe grafitit janë paraqitur në figurë.

A është e mundur që grafiti të kthehet në diamant? Një proces i tillë mund të kryhet në kushte të vështira - në një presion prej rreth 5000 MPa dhe në temperatura nga 1500 ° C deri në 3000 ° C për disa orë në prani të katalizatorëve (Ni). Pjesa më e madhe e produkteve janë kristale të vogla (nga 1 në disa mm) dhe pluhur diamanti.

Karabina- modifikimi alotropik i karbonit, në të cilin atomet e karbonit formojnë zinxhirë linearë të tipit:

–С≡–С≡єС≡і(α-karabin, poliin) ose =C=C=C=C=C=C=(β-karabin, polien)

Distanca midis këtyre zinxhirëve është më e vogël se midis shtresave të grafitit për shkak të ndërveprimit më të fortë ndërmolekular.

Karbina është një pluhur i zi, është një gjysmëpërçues. Kimikisht, është më aktiv se grafiti.

fullerene- modifikim alotropik i karbonit i formuar nga molekulat C 60, C 70 ose C 84. Në sipërfaqen sferike të molekulës C 60, atomet e karbonit ndodhen në kulmet e 20 gjashtëkëndëshave të rregullt dhe 12 pesëkëndëshave të rregullt. Të gjitha fullerenet janë struktura të mbyllura të atomeve të karbonit. Kristalet e Fullerenit janë substanca me strukturë molekulare.

Silikoni. Ekziston vetëm një modifikim alotropik i qëndrueshëm i silikonit, rrjeta kristalore e të cilit është e ngjashme me atë të diamantit. Silikoni - i fortë, zjarrdurues ( t° pl \u003d 1412 ° C), një substancë shumë e brishtë me ngjyrë gri të errët me një shkëlqim metalik, me kushte standarde- gjysmëpërçues.

e di

• pozicioni i karbonit dhe silikonit në tabelën periodike, prania në natyrë dhe zbatimi praktik;
• struktura atomike, valenca, gjendjet e oksidimit të karbonit dhe silikonit;
• metodat e marrjes dhe vetitë e substancave të thjeshta - grafit, diamant dhe silikon; forma të reja alotropike të karbonit;
• llojet kryesore të komponimeve të karbonit dhe silikonit;
• veçoritë e elementeve të nëngrupit të germaniumit;

te jesh i afte te

• të hartojë ekuacione për reaksionet e përftimit të substancave të thjeshta të karbonit dhe silikonit dhe reaksionet që karakterizojnë vetitë kimike të këtyre substancave;
• të krahasojë vetitë e elementeve në grupin e karbonit;
• karakterizojnë përbërjet praktikisht të rëndësishme të karbonit dhe silikonit;
• të kryejë llogaritjet sipas ekuacioneve të reaksioneve në të cilat marrin pjesë karboni dhe silikoni;

vet

Aftësi për të parashikuar rrjedhën e reaksioneve që përfshijnë karbonin, silicin dhe përbërjet e tyre.

Struktura e atomeve. Prevalenca në natyrë

Grupi IVA i tabelës periodike përbëhet nga pesë elementë me numra atomik çift: karboni C, silic Si, germanium Ge, kallaj Sn dhe plumb Pb (Tabela 21.1). Në natyrë, të gjithë elementët e grupit janë përzierje të izotopeve të qëndrueshme. Karboni ka dy izogonë - *|С (98.9%) dhe *§С (1.1%). Përveç kësaj, në natyrë ka gjurmë të izotopit radioaktiv "|C me t t= 5730 vjet. Ai formohet vazhdimisht gjatë përplasjeve të neutroneve të rrezatimit kozmik me bërthamat e azotit në atmosferën e tokës:

Tabela 21.1

Karakteristikat e elementeve të grupit IVA

* Elementi biogjen.

Izotopi kryesor i karbonit është i një rëndësie të veçantë në kimi dhe fizikë, pasi bazohet në njësinë e masës atomike, përkatësisht { /2 pjesë e masës së një atomi 'ICO Po).

Silici ka tre izotope në natyrë; ndër to, më i zakonshmi është ^)Si (92.23%). Germanium ka pesë izotope (j^Ge - 36.5%). Kallaj - 10 izotope. Ky është një rekord midis elementeve kimike. Më i zakonshmi është 12 5 gSn (32.59%). Plumbi ka katër izotope: 2 SgPb (1.4%), 2 S|Pb (24.1%), 2S2βL (22.1%) dhe 2S2βL (52.4%). Tre izotopet e fundit të plumbit janë produktet përfundimtare të kalbjes së izotopeve radioaktive natyrore të uraniumit dhe toriumit, dhe për këtë arsye përmbajtja e tyre në koren e tokës është rritur gjatë gjithë ekzistencës së Tokës.

Për sa i përket prevalencës në koren e tokës, karboni është ndër dhjetë elementët kryesorë kimikë. Ndodhet në formën e grafitit, të shumë llojeve të qymyrit, si pjesë e naftës, gazit natyror të djegshëm, shtresave gëlqerore (CaCO e), dolomitit (CaCO 3 -MgC0 3) dhe karbonateve të tjera. Edhe pse diamanti natyror përbën një pjesë të parëndësishme të karbonit në dispozicion, ai është jashtëzakonisht i vlefshëm si një mineral i bukur dhe më i fortë. Por, sigurisht, vlera më e lartë e karbonit qëndron në faktin se është baza strukturore e substancave bioorganike që formojnë trupat e të gjithë organizmave të gjallë. Karboni me të drejtë konsiderohet i pari ndër shumë elementë kimikë të nevojshëm për ekzistencën e jetës.

Siliconi është elementi i dytë më i bollshëm në koren e tokës. Rëra, balta dhe shumë shkëmbinj që shihni përbëhen nga minerale silikoni. Me përjashtim të varieteteve kristalore të oksidit të silikonit, të gjitha përbërjet e tij natyrore janë silikate, d.m.th. kripërat e acideve të ndryshme silicike. Vetë këto acide nuk janë marrë si substanca individuale. Ortosilikatet përmbajnë jone SiOj ~, metasilikat përbëhen nga zinxhirë polimer (Si0 3 ") w. Shumica e silikateve janë ndërtuar mbi një kornizë atomesh silikoni dhe oksigjeni, midis të cilave mund të vendosen atomet e çdo metali dhe disa jometale (fluor). mineralet e njohura të silikonit përfshijnë kuarcin Si0 2, feldspatët (ortoklasi KAlSi 3 0 8), mikat (muskoviti KAl 3 H 2 Si 3 0 12). Në total, njihen më shumë se 400 minerale silikoni. Përbërjet e silikonit janë më shumë se gjysma e bizhuterive dhe Gurët dekorativë Korniza oksigjen-silikon shkakton minerale silikoni me tretshmëri të ulët në ujë.Vetëm nga burimet e nxehta nëntokësore, gjatë mijëra viteve, mund të depozitohen rritje dhe kore të përbërjeve të silikonit. Jasper i përket shkëmbinjve të këtij lloji.

Nuk ka nevojë të flitet për kohën e zbulimit të karbonit, silikonit, kallajit dhe plumbit, pasi ato njihen në formën e substancave ose përbërjeve të thjeshta që në kohët e lashta. Germanium u zbulua nga K. Winkler (Gjermani) në 1886 në argjiroditin e rrallë mineral. Shumë shpejt u bë e qartë se ekzistenca e një elementi me veti të tilla ishte parashikuar nga D. I. Mendeleev. Emërtimi i elementit të ri shkaktoi polemika. Mendeleev, në një letër drejtuar Winkler, e mbështeti fuqishëm emrin germanium.

Elementet e grupit IVA kanë katër elektron valencë në të jashtme s- dhe nënnivelet p:

Formulat elektronike të atomeve:

Në gjendjen bazë, këta elementë janë dyvalent, dhe në gjendjen e ngacmuar ato bëhen katërvalente:

Karboni dhe silikoni formohen shumë pak komponimet kimike në gjendje dyvalente; pothuajse në të gjitha përbërjet e qëndrueshme janë katërvalente. Më tej në grup, për germaniumin, kallajin dhe plumbin, qëndrueshmëria e gjendjes dyvalente rritet dhe qëndrueshmëria e gjendjes katërvalente zvogëlohet. Prandaj, komponimet e plumbit (IV) sillen si oksidues të fortë. Ky model manifestohet edhe në grupin VA. Një ndryshim i rëndësishëm midis karbonit dhe elementëve të tjerë të grupit është aftësia për të formuar lidhjet kimike në tre gjendje të ndryshme hibridizimi - sp, sp2 dhe sp3. Silicit i ka mbetur praktikisht vetëm një gjendje hibride. sp3. Kjo manifestohet qartë kur krahasohen vetitë e përbërjeve të karbonit dhe silikonit. Për shembull, monoksidi i karbonit CO 2 është një gaz (dioksid karboni), dhe oksidi i silikonit Si0 2 është një substancë zjarrduruese (kuarc). Substanca e parë është e gaztë sepse në sp-hibridizimi i karbonit, të gjitha lidhjet kovalente janë të mbyllura në molekulën CO 2:

Tërheqja midis molekulave është e dobët, dhe kjo përcakton gjendjen e materies. Në oksidin e silikonit, katër orbitale silikoni hibride 5p 3 nuk mund të mbyllen në dy atome oksigjeni. Një atom silikoni është i lidhur me katër atome oksigjeni, secili prej të cilëve është i lidhur me një atom tjetër silikoni. Rezulton një strukturë kornizë me të njëjtën forcë lidhjesh midis të gjithë atomeve (shih diagramin, vëll. 1, f. 40).

Komponimet e karbonit dhe silikonit me të njëjtin hibridizim, për shembull, metani CH 4 dhe silani SiH 4, janë të ngjashëm në strukturë dhe vetitë fizike. Të dy substancat janë gazra.

Elektronegativiteti i elementeve IVA është më i ulët në krahasim me elementët e grupit VA, dhe kjo është veçanërisht e dukshme në elementët e periudhës 2 dhe 3. Metaliteti i elementeve në grupin IVA është më i theksuar se në grupin VA. Karboni në formën e grafitit është një përcjellës. Siliconi dhe germaniumi janë gjysmëpërçues, ndërsa kallaji dhe plumbi janë metale të vërteta.

Formulat elektronike të gazeve inerte:

• Ai - 1s 2;
• Ne - 1s 2 2s 2 2p 6 ;
• Ar - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
• Kr - 3d 10 4s 2 4p 6 ;
• Xe - 4d 10 5s 2 5p 6 ;

Oriz. Struktura e atomit të karbonit.

Grupi 14 (grupi IVa sipas klasifikimit të vjetër) i tabelës periodike të elementeve kimike të D. I. Mendeleev përfshin 5 elemente: karbon, silikon, germanium, kallaj, plumb (shih tabelën e mësipërme). Karboni dhe silikoni janë jometale, germani është një substancë që shfaq veti metalike, kallaji dhe plumbi janë metale tipike.

Elementi më i zakonshëm i grupit 14 (IVa) në koren e tokës është silikoni (elementi i dytë më i bollshëm në Tokë pas oksigjenit) (27.6% ndaj peshës), i ndjekur nga: karboni (0.1%), plumbi (0.0014%). kallaj (0,00022%), germanium (0,00018%).

Siliconi, ndryshe nga karboni, nuk gjendet në natyrë në formë të lirë, ai mund të gjendet vetëm në formë të lidhur:

• SiO 2 - silicë, që gjendet në formën e kuarcit (pjesë e shumë shkëmbinjve, rërës, argjilës) dhe varieteteve të tij (agat, ametist, kristal shkëmbi, diaspër etj.);
• silikatet janë të pasura me silikon: talk, asbest;
• aluminosilikat: feldspat, mikë, kaolinë.

Germanium, kallaj dhe plumb gjithashtu nuk gjenden në formë të lirë në natyrë, por janë pjesë e disa mineraleve:

• germanium: (Cu 3 (Fe, Ge)S 4) - mineral germanit;
• kallaj: SnO 2 - kasitit;
• plumbi: PbS - galena; PbSO 4 - anglesite; PbCO 3 - cerussite.

Të gjithë elementët e grupit 14 (IVa) në gjendje të pangacmuar në nivelin e jashtëm të energjisë kanë dy p-elektrone të paçiftuara (valenca është 2, për shembull, CO). Me kalimin në një gjendje të ngacmuar (procesi kërkon kosto energjie), një s-elektron i çiftuar i nivelit të jashtëm "kërcen" në një orbital të lirë p, duke formuar kështu 4 elektrone "të vetmuar" (një në nënnivelin s dhe tre në nënniveli p), i cili zgjeron valencën e elementeve (valenca është 4: për shembull, CO 2).

Oriz. Kalimi i një atomi karboni në një gjendje të ngacmuar.

Për arsyen e mësipërme, elementët e grupit 14(IVa) mund të shfaqin gjendje oksidimi: +4; +2; 0; - katër.

Meqenëse duhet gjithnjë e më shumë energji për të "kërcyer" një elektron nga nënniveli s në nënnivelin p në seri nga karboni në plumb (duhet shumë më pak energji për të ngacmuar një atom karboni sesa për të ngacmuar një atom plumbi), karboni "me dëshirë" hyn në komponime në të cilat shfaq valencën katër; dhe plumbi - dy.

E njëjta gjë mund të thuhet për gjendjet e oksidimit: në serinë nga karboni në plumb, manifestimi i gjendjeve të oksidimit +4 dhe -4 zvogëlohet, dhe gjendja e oksidimit +2 rritet.

Meqenëse karboni dhe silikoni janë jometale, ato mund të shfaqin gjendje oksidimi pozitive dhe negative, në varësi të përbërjes (në përbërjet me më shumë elementë elektronegativë, C dhe Si dhurojnë elektrone dhe fitojnë në përbërjet me më pak elementë elektronegativë):

C +2 O, C +4 O 2, Si +4 Cl 4 C -4 H 4, Mg 2 Si -4

Ge, Sn, Pb, si metalet në komponime, dhurojnë gjithmonë elektronet e tyre:

Ge +4 Cl 4, Sn +4 Br 4, Pb +2 Cl 2

Elementet e grupit të karbonit formojnë komponimet e mëposhtme:

• e paqëndrueshme komponimet e avullueshme të hidrogjenit (formulë e përgjithshme EH 4), nga të cilat vetëm metani CH 4 është një përbërje e qëndrueshme.
• oksidet që nuk formojnë kripëra- oksidet më të ulëta CO dhe SiO;
• oksidet e acidit- oksidet më të larta CO 2 dhe SiO 2 - ato korrespondojnë me hidroksidet, të cilat janë acide të dobëta: H 2 CO 3 (acidi karbonik), H 2 SiO 3 (acidi silicik);
• oksidet amfoterike- GeO, SnO, PbO dhe GeO 2, SnO 2, PbO 2 - këto të fundit korrespondojnë me hidroksidet (IV) të germaniumit Ge (OH) 4, stronciumit Sn (OH) 4, plumbit Pb (OH) 4;

Grupi IVA përmban elementët më të rëndësishëm, pa të cilët nuk do të kishim as ne dhe as Toka në të cilën jetojmë. Ky karbon është baza e të gjithëve jetë organike, dhe silikoni është "monarku" i mbretërisë minerale.

Nëse karboni dhe silikoni janë jometale tipike, dhe kallaji dhe plumbi janë metale, atëherë germaniumi zë një pozicion të ndërmjetëm. Disa tekste e klasifikojnë atë si jometal, ndërsa të tjerët e klasifikojnë si metal. Është me ngjyrë të bardhë argjendi dhe duket si një metal, por ka një rrjetë kristali në formë diamanti dhe është një gjysmëpërçues, si silikoni.

Nga karboni në plumb (me vetitë jometalike në rënie):

w qëndrueshmëria e gjendjes negative të oksidimit zvogëlohet (-4)

w ulet qëndrueshmëria e gjendjes më të lartë pozitive të oksidimit (+4)

w rrit stabilitetin e një gjendje të ulët oksidimi pozitiv (+2)

Karboni është kryesori komponent të gjithë organizmat. Gjendet në natyrë si substanca të thjeshta i formuar nga karboni (diamanti, grafiti) dhe komponimet (dioksidi i karbonit, karbonatet e ndryshme, metani dhe hidrokarburet e tjera në gazin natyror dhe naftën). Pjesa masive e karbonit në qymyrin e fortë arrin 97%.
Një atom karboni në gjendjen bazë mund të formojë dy lidhje kovalente nga mekanizmi i shkëmbimit, por në kushte normale, komponime të tilla nuk formohen. Një atom karboni, duke shkuar në një gjendje të ngacmuar, përdor të katër elektronet e valencës.
Karboni formon mjaft modifikime alotropike (shih Fig. 16.2). Këto janë diamant, grafit, karabinë, fullerene të ndryshme.

Në substancat inorganike, gjendja e oksidimit të karbonit është + II dhe + IV. Ekzistojnë dy okside me këto gjendje oksidimi të karbonit.
Monoksidi i karbonit (II) është një gaz toksik pa ngjyrë, pa erë. Emri i parëndësishëm është monoksidi i karbonit. Formohet gjatë djegies jo të plotë të karburantit që përmban karbon. Struktura elektronike shih molekulat e tij në faqen 121. vetitë kimike CO është një oksid që nuk formon kripë; kur nxehet, shfaq veti reduktuese (zvogëlon shumë okside të metaleve jo shumë aktive në metal).
Monoksidi i karbonit (IV) është një gaz pa ngjyrë, pa erë. Emri i parëndësishëm është dioksidi i karbonit. oksid acidi. Është pak i tretshëm në ujë (fizikisht), pjesërisht reagon me të, duke formuar acidin karbonik H2CO3 (molekulat e kësaj substance ekzistojnë vetëm në tretësira ujore shumë të holla).
Acidi karbonik është një acid dibazik shumë i dobët që formon dy seri kripërash (karbonate dhe bikarbonate). Shumica e karbonateve janë të patretshme në ujë. Nga bikarbonatet, vetëm bikarbonatet ekzistojnë si substanca individuale. metale alkali dhe amonium. Si joni karbonat ashtu edhe joni hidrokarbonat janë grimca të bazës; prandaj, si karbonatet ashtu edhe hidrokarbonatet në tretësirat ujore i nënshtrohen hidrolizës së anionit.
Nga karbonatet vlerën më të lartë kanë karbonat natriumi Na2CO3 (sode, sodë hiri, sodë larës), bikarbonat natriumi NaHCO3 (sodë buke, sodë buke), karbonat kaliumi K2CO3 (potas) dhe karbonat kalciumi CaCO3 (shumës, mermer, gëlqeror).
Reagimi cilësor për praninë e dioksidit të karbonit në përzierjen e gazit: formimi i një precipitati të karbonatit të kalciumit kur gazi i provës kalohet përmes ujit gëlqeror (tretësirë ​​e ngopur e hidroksidit të kalciumit) dhe shpërbërja e mëpasshme e precipitatit me kalimin e mëtejshëm të gazit. Reagimet që ndodhin:

Ca2 + 2OH + CO2 = CaCO3 + H2O;
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2 + 2HCO3 .

Në farmakologji dhe mjekësi, komponimet e ndryshme të karbonit përdoren gjerësisht - derivatet acid karbonik dhe acide karboksilike, heterocikle të ndryshme, polimere dhe komponime të tjera. Pra, karboleni (karboni i aktivizuar) përdoret për thithjen dhe largimin e toksinave të ndryshme nga trupi; grafit (në formën e pomadave) - për trajtimin e sëmundjeve të lëkurës; izotopet radioaktive karboni - për kërkimin shkencor(analiza e radiokarbonit).

Karboni është baza e të gjitha substancave organike. Çdo organizëm i gjallë përbëhet kryesisht nga karboni. Karboni është baza e jetës. Burimi i karbonit për organizmat e gjallë është zakonisht CO 2 nga atmosfera ose uji. Si rezultat i fotosintezës, ai hyn në zinxhirët ushqimorë biologjikë në të cilët gjallesat hanë njëra-tjetrën ose mbetjet e njëra-tjetrës dhe në këtë mënyrë nxjerrin karbon për të ndërtuar trupin e tyre. Cikli biologjik i karbonit përfundon ose me oksidim dhe kthim në atmosferë, ose me asgjësim në formën e qymyrit ose naftës.

Reaksionet analitike karbonat - jon CO 3 2-

Karbonatet janë kripëra të një acidi karbonik të paqëndrueshëm, shumë të dobët H 2 CO 3, i cili në gjendje të lirë në tretësirat ujore është i paqëndrueshëm dhe zbërthehet me çlirimin e CO 2: H 2 CO 3 - CO 2 + H 2 O

Karbonatet e amonit, natriumit, rubidiumit, ceziumit janë të tretshëm në ujë. Karbonati i litiumit është pak i tretshëm në ujë. Karbonate të tjera metalike janë pak të tretshme në ujë. Hidrokarburet treten në ujë. Karbonat - jonet në tretësirat ujore janë të pangjyrë, i nënshtrohen hidrolizës. Tretësirat ujore të bikarbonateve të metaleve alkali nuk njollosen kur u shtohet një pikë tretësirë ​​fenolftaleinë, gjë që bën të mundur dallimin e tretësirave karbonate nga tretësirat e bikarbonateve (test farmakope).

1. Reaksioni me klorurin e bariumit.

Ba 2+ + COz 2 - -> BaCO 3 (kristalor i bardhë i imët)

Precipitate të ngjashme të karbonateve japin katione kalciumi (CaCO 3) dhe stroncium (SrCO 3). Precipitati është i tretshëm në acide minerale dhe në acid acetik. Në një tretësirë ​​të H 2 SO 4 formohet një precipitat i bardhë BaSO 4.

Një tretësirë ​​e HC1 shtohet ngadalë me pika në precipitat derisa precipitati të tretet plotësisht: BaCO3 + 2 HC1 -> BaC1 2 + CO 2 + H 2 O

2. Reaksioni me sulfat magnezi (farmakope).

Mg 2+ + CO3 2 - -> MgCO 3 (e bardhë)

Bikarbonat - jon HCO 3 - formon një precipitat të MgCO 3 me sulfat magnezi vetëm kur zien: Mg 2+ + 2 HCO3- -> MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

Precipitati i MgCO 3 tretet në acide.

3. Reaksioni me acide minerale (farmakope).

CO 3 2- + 2 H 3 O \u003d H 2 CO 3 + 2H 2 O

HCO 3 - + H 3 O + = H 2 CO 3 + 2H 2 O

H 2 CO 3 -- CO 2 + H 2 O

CO 2 i gaztë i evoluar zbulohet nga turbullira e baritonit ose ujit gëlqeror në një pajisje për zbulimin e gazeve, flluskave të gazit (CO 2), në një provëz - marrës - turbullira e tretësirës.

4. Reaksioni me hekzacianoferrat uranil (II).

2CO 3 2 - + (UO 2) 2 (kafe) -> 2 UO 2 CO 3 (pa ngjyrë) + 4 -

Një tretësirë ​​kafe e hekscianoferratit uranil (II) përftohet duke përzier një tretësirë ​​të acetatit uranil (CH 3 COO) 2 UO 2 me një tretësirë ​​të heksacianoferratit të kaliumit (II):

2(CH 3 COO) 2 GO 2 + K 4 -> (UO 2) 2 + 4 CH 3 COOK

Tretësirës që rezulton i shtohet pika-pika një tretësirë ​​e Na 2 CO 3 ose K 2 CO 3 me përzierje derisa të zhduket ngjyra kafe.

5. Zbulimi i veçantë i joneve karbonate - dhe bikarbonat - me reaksione me kationet e kalciumit dhe amoniakut.

Nëse tretësira përmban njëkohësisht jone karbonate dhe bikarbonate, atëherë secili prej tyre mund të hapet veçmas.

Për ta bërë këtë, së pari, një tepricë e tretësirës CaCl 2 i shtohet tretësirës së analizuar. Në këtë rast, CO3 2 - precipitohet në formën e CaCO 3:

COz 2 - + Ca 2+ \u003d CaCO 3

Bikarbonat - Jonet mbeten në tretësirë, pasi Ca (HCO 3) 2 tretësirë ​​në ujë. Precipitati ndahet nga solucioni dhe kësaj të fundit i shtohet tretësira e amoniakut. HCO 2 - anionet me katione amoniak dhe kalciumi përsëri precipitojnë CaCO 3: HCO s - + Ca 2 + + NH 3 -> CaCO3 + NH 4 +

6. Reaksione të tjera të jonit karbonat.

Karbonat - Jonet kur reagojnë me klorurin e hekurit (III) FeCl 3 formojnë një precipitat kafe Fe (OH) CO 3, me nitrat argjendi - një precipitat i bardhë i karbonatit të argjendit Ag 2 CO3, i tretshëm në HbTO3 dhe dekompozohet kur zihet në ujë në një errësirë. precipitat Ag 2 O ISO 2: Ag 2 CO 3 -> Ag 2 O + CO 2

Reaksionet analitike të acetat-jonit CH 3 COO "

Acetat - jon CH 3 COO- - anion i një acidi acetik monobazik të dobët CH 3 COOH: i pangjyrë në tretësirat ujore, i nënshtrohet hidrolizës, nuk ka veti redoks; një ligand mjaft efektiv dhe formon komplekse të qëndrueshme acetate me shumë katione metalike. Kur reagon me alkoolet në një mjedis acid, jep estere.

Amoniumi, alkali dhe shumica e acetateve të tjera të metaleve janë shumë të tretshëm në ujë. Acetatet e argjendit CH 3 COOAg dhe merkuri (I) janë më pak të tretshëm në ujë se acetatet e metaleve të tjera.

1. Reaksioni me klorurin e hekurit (III) (farmakope).

Në pH = 5-8, joni acetat me katione Fe (III) formon një acetat të tretshëm të kuq të errët (ngjyrë të fortë çaji) ose hidroksiacetat hekuri (III).

Në tretësirën ujore, hidrolizohet pjesërisht; acidifikimi i tretësirës me acide minerale pengon hidrolizën dhe çon në zhdukjen e ngjyrës së kuqe të tretësirës.

3 CH3COOH + Fe --> (CH 3 COO) 3 Fe + 3 H +

Kur zien, një precipitat i kuq-kafe i acetatit bazë të hekurit (III) precipiton nga tretësira:

(CH 3 COO) 3 Fe + 2 H 2 O<- Fe(OH) 2 CH 3 COO + 2 СН 3 СООН

Në varësi të raportit të përqendrimeve të joneve të hekurit (III) dhe acetat - përbërja e precipitatit mund të ndryshojë dhe të korrespondojë, për shembull, me formulat: Fe OH (CH 3 COO) 2, Fe 3 (OH) 2 O 3 (CH 3 COO), Fe 3 O (OH) (CH 3 COO) 6 ose Fe 3 (OH) 2 (CH 3 COO) 7.

Reaksioni ndërhyhet nga anionet CO 3 2 -, SO 3 "-, PO 4 3 -, 4, të cilat formojnë precipitate me hekur (III), si dhe anionet SCN- (që japin komplekse të kuqe me katione Fe 3+), jodur - jon G, që oksidohet në jod 1 2, duke i dhënë tretësirës një ngjyrë të verdhë.

2. Reaksioni me acidin sulfurik.

Acetat - një jon në një mjedis shumë acid shndërrohet në acid acetik të dobët, avujt e të cilit kanë një erë karakteristike të uthullës:

CH 3 COO- + H +<- СН 3 СООН

Reaksioni pengohet nga anionet NO 2 \ S 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 -, të cilët gjithashtu lëshojnë produkte të gazta me erë karakteristike në një mjedis të koncentruar H 2 SO4.

3. Reaksioni i formimit të eterit etilik acetik (farmakope).

Reagimi kryhet në një mjedis acid sulfurik. Me etanol:

CH 3 COO- + H + -- CH 3 COOH CH 3 COOH + C 2 H 5 OH \u003d CH 3 COOS 2 H 4 + H 2 O

Etil acetati i çliruar zbulohet nga një erë karakteristike e këndshme. Kripërat e argjendit e katalizojnë këtë reaksion, ndaj rekomandohet të shtohet një sasi e vogël AgNO 3 gjatë reaksionit.

Në mënyrë të ngjashme, gjatë reagimit me amil alkoolin C 5 HcOH, formohet edhe një amil acetat me erë të këndshme CH 3 COOC 5 Ni (-dardhë-).Ndihet një erë karakteristike e acetatit etilik, e cila rritet me ngrohjen e kujdesshme të përzierjes.

Reaksionet analitike tartrate - Jon ROS - CH(OH) - CH(OH) - KOMP. Jon tartar - anion i një acidi tartarik dybazik të dobët:

HO-CH-COOH

HO-CH-COOH

Tartrati - një jon është shumë i tretshëm në ujë. Në tretësirat ujore, jonet tartrate janë të pangjyrë, i nënshtrohen hidrolizës dhe janë të prirur për formimin e komplekseve, duke dhënë komplekse tartrate të qëndrueshme me katione të shumë metaleve. Acidi tartarik formon dy seri kripërash - tartrate mesatare që përmbajnë një tartrate me dy ngarkesë - jon COCH (OH) CH (OH) COO - dhe tartrate acide - hidro tartrate që përmbajnë një hidrotartrate të ngarkuar vetëm - HOOOCH (OH) CH (OH) COO - jon. Hidrotartrati i kaliumit (-tartar-) KNS 4 H 4 O 6 është praktikisht i patretshëm në ujë, i cili përdoret për hapjen e kationeve të kaliumit. Kripa mesatare e kalciumit është gjithashtu pak e tretshme në ujë. Kripa mesatare e kaliumit K 2 C 4 H 4 O 6 është shumë e tretshme në ujë.

I. Reaksioni me klorur kaliumi (farmakope).

C 4 H 4 O 6 2 - + K + + H + -> KNS 4 H 4 O 6 1 (e bardhë)

2. Reagimi me resorcinol në një mjedis acid (farmakope).

Tartratet, kur nxehen me resorcinol meta - C 6 H 4 (OH) 2 në një mjedis me acid sulfurik të koncentruar, formojnë produkte të reaksionit të kuq të qershisë.

14) Reaksionet me kompleksin e amoniakut të argjendit. Një precipitat i zi prej argjendi metalik bie.

15) Reaksioni me sulfat hekuri (II) dhe peroksid hidrogjeni.

Shtimi i një tretësire ujore të holluar të FeSO 4 dhe H 2 O 2 në një tretësirë ​​që përmban tartrate. çon në formimin e një kompleksi hekuri të paqëndrueshëm të një ngjyre të grimcuar. Trajtimi i mëvonshëm me një zgjidhje alkali të NaOH çon në një ngjyrosje blu të kompleksit.

Reaksionet analitike të jonit oksalat C 2 O 4 2-

Jon oksalat C 2 O 4 2- - anion i acidit oksalik dybazik H 2 C 2 O 4 me fortësi mesatare, relativisht i tretshëm në ujë. Joni i oksalatit në tretësirat ujore është i pangjyrë, pjesërisht i hidrolizuar, agjent i fortë reduktues, ligand efektiv - formon komplekse të qëndrueshme oksalate me katione të shumë metaleve. Oksalatet e metaleve alkaline, magnezi dhe amoniumi janë të tretshëm në ujë, ndërsa metalet e tjera janë pak të tretshëm në ujë.

1 Reaksioni me klorurin e bariumit Ba 2+ + C 2 O 4 2- \u003d BaC 2 O 4 (i bardhë) Precipitati tretet në acide minerale dhe në acid acetik (kur zihet). 2. Reaksioni me klorur kalciumi (farmakope): Ca 2+ + C 2 O 4 2 - = CaC 2 O 4 (e bardhë)

Precipitati është i tretshëm në acide minerale, por i patretshëm në acid acetik.

3. Reaksioni me nitratin e argjendit.

2 Ag + + C 2 O 4 2 - -> Ag2C2O 4 .|. (i gjizë) Testi i tretshmërisë. Sedimenti ndahet në 3 pjesë:

a). Shtoni tretësirën HNO 3 pika-pikisht në epruvetën e parë me precipitat me përzierje derisa precipitati të tretet;

b). Shtoni një tretësirë ​​të koncentruar të amoniakut në epruvetën e dytë me një precipitat duke e trazuar derisa të shpërndahet precipitati; në). Shtoni 4-5 pika tretësirë ​​HCl në provëzën e tretë me sediment; një precipitat i bardhë i klorurit të argjendit mbetet në epruvetën:

Ag 2 C 2 O 4 + 2 HC1 -> 2 AC1 (e bardhë) + H 2 C 2 O 4

4. Reagimi me permanganat kaliumi. Jonet oksalate me KMPO 4 në një mjedis acid oksidohen me çlirimin e CO 2; tretësira KMnO 4 bëhet e pangjyrë për shkak të reduktimit të manganit (VII) në mangan (II):

5 C 2 O 4 2 - + 2 MnO 4 "+ 16 H + -> 10 CO 2 + 2 Mp 2+ + 8 H 2 O

Tretësirë ​​e holluar e KMPO 4 . Kjo e fundit është e zbardhur; ka një lëshim të flluskave të gazit - CO 2 .

38 Elementet e grupit VA

Karakteristikat e përgjithshme të grupit VA të Tabelës Periodike. si s x p y konfigurim elektronik e jashtme niveli i energjisë elementet e grupit VA.

Arseniku dhe antimoni kanë modifikime të ndryshme alotropike: të dyja me rrjeta kristalore molekulare dhe metalike. Megjithatë, bazuar në një krahasim të qëndrueshmërisë së formave kationike (As 3+, Sb 3+), arseniku klasifikohet si jometal dhe antimoni si metal.

gjendjet e oksidimit të qëndrueshme për elementët e grupit VA

Nga azoti në bismut (me vetitë jometalike në rënie):

w zvogëlon qëndrueshmërinë e gjendjes negative të oksidimit (-3) (m. vetitë e përbërjeve të hidrogjenit)

w ulet qëndrueshmëria e gjendjes më të lartë pozitive të oksidimit (+5)

w rrit qëndrueshmërinë e një gjendje të ulët oksidimi pozitiv (+3)