IVA grubu kimyasal elementler periyodik sistem D.I. Mendeleev, metal olmayanları (karbon ve silikon) ve ayrıca metalleri (almanyum, kalay, kurşun) içerir. Bu elementlerin atomları, ikisi eşlenmemiş dış enerji seviyesinde dört elektron (ns 2 np 2) içerir. Bu nedenle, bileşiklerdeki bu elementlerin atomları II değerlik gösterebilir. Grup IVA elementlerinin atomları uyarılmış bir duruma geçebilir ve eşleşmemiş elektronların sayısını 4'e kadar artırabilir ve buna göre bileşiklerde grup IV'ün sayısına eşit daha yüksek bir değerlik sergiler. Bileşiklerdeki karbon, -4 ila +4 arasında oksidasyon durumları sergiler, geri kalanı için oksidasyon durumları stabilize olur: –4, 0, +2, +4.

Bir karbon atomunda, diğer tüm elementlerden farklı olarak, değerlik elektronlarının sayısı, değerlik orbitallerinin sayısına eşittir. Bu, C-C bağının kararlılığının ve karbonun homozincirler oluşturmaya yönelik istisnai eğiliminin yanı sıra çok sayıda karbon bileşiğinin varlığının ana nedenlerinden biridir.

C–Si–Ge–Sn–Pb serisindeki atomların ve bileşiklerin özelliklerindeki değişiklikler ikincil periyodikliği gösterir (Tablo 5).

Tablo 5 - IV. grup elementlerin atomlarının özellikleri

İkincil periyodiklik (gruplardaki elementlerin özelliklerinde monotonik olmayan değişiklik), dış elektronların çekirdeğe nüfuz etmesinin doğasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, silisyumdan germanyuma ve kalaydan kurşuna geçiş sırasında atom yarıçaplarındaki değişimin monoton olmaması, sırasıyla germanyumdaki 3d 10 elektron ekranı ve 4f 14'ün çift ekranı altında s-elektronlarının penetrasyonundan kaynaklanmaktadır. ve kurşunda 5d 10 elektron. s>p>d serisinde nüfuz etme gücü azaldığından, özelliklerdeki değişimdeki iç periyodiklik en açık şekilde s-elektronları tarafından belirlenen elementlerin özelliklerinde kendini gösterir. Bu nedenle, elementlerin en yüksek oksidasyon durumuna karşılık gelen, periyodik sistemin A-gruplarının elementlerinin bileşikleri için en tipik olanıdır.

Karbon, yüksek iyonlaşma enerjisi ile grubun diğer p elementlerinden önemli ölçüde farklıdır.

Karbon ve silikon, farklı kristal kafes yapılarına sahip polimorfik modifikasyonlara sahiptir. Germanyum metallere aittir, gümüş- Beyaz renk sarımsı bir renk tonuna sahiptir, ancak güçlü kovalent bağlara sahip elmas benzeri bir atomik kristal kafese sahiptir. Kalay iki polimorfik modifikasyona sahiptir: metalik kristal kafesli bir metalik modifikasyon ve metalik bir bağ; 13,8 C'nin altındaki sıcaklıklarda kararlı olan atomik kristal kafes ile metalik olmayan modifikasyon. Kurşun, metalik yüz merkezli kübik kristal kafese sahip koyu gri bir metaldir. Germanyum-kalay-kurşun serisindeki basit maddelerin yapısındaki bir değişiklik, fiziksel özelliklerindeki bir değişikliğe karşılık gelir. Yani germanyum ve metalik olmayan kalay yarı iletken, metalik kalay ve kurşun iletkendir. Kimyasal bağ türündeki ağırlıklı olarak kovalentten metalliğe değişime, basit maddelerin sertliğinde bir azalma eşlik eder. Bu nedenle, germanyum oldukça sertken, kurşun kolayca ince tabakalar halinde yuvarlanır.

Hidrojenli elementlerin bileşikleri, EN 4 formülüne sahiptir: CH 4 - metan, SiH 4 - silan, GeH 4 - alman, SnH 4 - stannan, PbH 4 - plumbane. Suda çözünmez. Üst üste üst üste hidrojen bileşikleri stabiliteleri azalır (şakül o kadar kararsızdır ki varlığı ancak dolaylı işaretlerle değerlendirilebilir).

Oksijenli elementlerin bileşikleri genel formüllere sahiptir: EO ve EO 2. CO ve SiO oksitleri tuz oluşturmazlar; GeO, SnO, PbO amfoterik oksitlerdir; CO 2, SiO 2 GeO 2 - asidik, SnO 2, PbO 2 - amfoterik. Artan oksidasyon durumu ile asit özellikleri oksitler artar, temel özellikler zayıflar. Karşılık gelen hidroksitlerin özellikleri benzer şekilde değişir.

Soyut anahtar kelimeler: karbon, silikon, IVA grubunun elementleri, elementlerin özellikleri, elmas, grafit, karabina, fulleren.

IV. Grup elemanları karbon, silikon, germanyum, kalay ve kurşun. Karbon ve silikonun özelliklerine daha yakından bakalım. Tablo, bu unsurların en önemli özelliklerini göstermektedir.

Hemen hemen tüm bileşiklerinde, karbon ve silikon dört değerlikli , atomları uyarılmış durumda. Karbon atomunun değerlik katmanının konfigürasyonu, atom uyarıldığında değişir:

Silikon atomunun değerlik katmanının konfigürasyonu benzer şekilde değişir:

Karbon ve silisyum atomlarının dış enerji seviyesinde 4 adet eşleşmemiş elektron bulunur. Silikon atomunun yarıçapı daha büyüktür; değerlik katmanı boştur. 3 d-orbitaller, bu silikon atomlarını oluşturan bağların doğasında farklılıklara neden olur.

Karbonun oksidasyon durumları –4 ile +4 arasında değişir.

Karbonun karakteristik bir özelliği zincir oluşturma yeteneğidir: karbon atomları birbirine bağlıdır ve kararlı bileşikler oluşturur. Benzer silikon bileşikleri kararsızdır. Karbonun zincir oluşturma yeteneği, çok sayıda varlığın varlığını belirler. organik bileşikler .

İle inorganik bileşikler karbon, oksitlerini, karbonik asidi, karbonatları ve bikarbonatları, karbürleri içerir. Kalan karbon bileşikleri organiktir.

Karbon elementi şu şekilde karakterize edilir: allotropi, allotropik modifikasyonları elmas, grafit, karabina, fulleren. Karbonun diğer allotropik modifikasyonları artık bilinmektedir.

Kömür ve kurum olarak kabul edilebilir amorf grafit çeşitleri.

Silikon basit bir madde oluşturur - kristal silikon. Amorf silikon var - beyaz bir toz (safsızlıklar olmadan).

Elmas, grafit ve kristal silisyumun özellikleri tabloda verilmiştir.

Grafit ve elmasın fiziksel özelliklerindeki bariz farklılıkların nedeni, farklı kristal kafesin yapısı . Bir elmas kristalinde, her karbon atomu (kristalin yüzeyindekiler hariç) oluşur. dört komşu karbon atomlarıyla eşdeğer güçlü bağlar. Bu bağlar tetrahedronun köşelerine yönlendirilir (CH4 molekülünde olduğu gibi). Böylece, bir elmas kristalinde, her karbon atomu, bir tetrahedronun köşelerinde bulunan aynı atomlardan dördü ile çevrilidir. Bir elmas kristalindeki C-C bağlarının simetrisi ve gücü, elektronik iletkenliğin istisnai gücünü ve yokluğunu belirler.

AT grafit kristali her bir karbon atomu, aynı düzlemde 120°'lik bir açıyla komşu karbon atomlarıyla üç güçlü eşdeğer bağ oluşturur. Bu düzlemde, düz altı üyeli halkalardan oluşan bir katman oluşur.

Ayrıca her karbon atomunun bir eşleşmemiş elektron. Bu elektronlar ortak bir elektronik sistem oluşturur. Katmanlar arasındaki bağlantı, nispeten zayıf moleküller arası kuvvetler nedeniyle gerçekleştirilir. Katmanlar, bir katmanın karbon atomu diğer katmanın altıgeninin merkezinin üzerinde olacak şekilde birbirine göre düzenlenir. Katman içindeki C–C bağ uzunluğu 0.142 nm, katmanlar arasındaki mesafe 0.335 nm'dir. Sonuç olarak, katmanlar arasındaki bağlar, bir katman içindeki atomlar arasındaki bağlardan çok daha zayıftır. Bu neden olur grafit özellikleri: Yumuşaktır, pul pul dökülmesi kolaydır, gri renkli ve metalik parlaklığa sahiptir, elektriksel olarak iletkendir ve elmastan kimyasal olarak daha reaktiftir. Elmas ve grafit kristal kafes modelleri şekilde gösterilmiştir.

Grafiti elmasa dönüştürmek mümkün mü? Böyle bir işlem, sert koşullar altında - yaklaşık 5000 MPa basınçta ve 1500 ° C ila 3000 ° C arasındaki sıcaklıklarda, katalizörlerin (Ni) varlığında birkaç saat boyunca gerçekleştirilebilir. Ürünlerin büyük kısmı küçük kristaller (1'den birkaç mm'ye kadar) ve elmas tozudur.

karabina- karbon atomlarının aşağıdaki tipte doğrusal zincirler oluşturduğu karbonun allotropik modifikasyonu:

–С≡С–С≡С–С≡С–(α-karabin, poliyne) veya =C=C=C=C=C=C=(β-karbin, polien)

Bu zincirler arasındaki mesafe, daha güçlü moleküller arası etkileşim nedeniyle grafit katmanları arasındakinden daha azdır.

Karbin siyah bir tozdur, yarı iletkendir. Kimyasal olarak grafitten daha aktiftir.

fulleren- C 60, C 70 veya C 84 molekülleri tarafından oluşturulan karbonun allotropik modifikasyonu. C 60 molekülünün küresel yüzeyinde, karbon atomları 20'nin köşelerinde bulunur. düzenli altıgenler ve 12 düzenli beşgen. Tüm fullerenler, karbon atomlarının kapalı yapılarıdır. Fulleren kristalleri moleküler yapıya sahip maddelerdir.

Silikon. Kristal kafesi elmasınkine benzer olan, silikonun yalnızca bir kararlı allotropik modifikasyonu vardır. Silikon - sert, refrakter ( t° pl \u003d 1412 ° C), metalik parlaklığa sahip koyu gri renkli çok kırılgan bir madde, standart koşullar- yarı iletken.

bilmek

• karbon ve silisyumun periyodik tablodaki konumu, doğadaki varlığı ve pratik uygulaması;
• karbon ve silisyumun atom yapısı, değerlik, yükseltgenme durumları;
• basit maddelerin elde edilme yöntemleri ve özellikleri - grafit, elmas ve silikon; karbonun yeni allotropik formları;
• başlıca karbon ve silikon bileşikleri türleri;
• germanyum alt grubunun elementlerinin özellikleri;

yapabilmek

• basit karbon ve silikon maddelerini elde etme reaksiyonları ve bu maddelerin kimyasal özelliklerini karakterize eden reaksiyonlar için denklemler hazırlamak;
• karbon grubundaki elementlerin özelliklerini karşılaştırır;
• pratik olarak önemli karbon ve silikon bileşiklerini karakterize eder;
• karbon ve silisyumun katıldığı reaksiyon denklemlerine göre hesaplamalar yapmak;

sahip olmak

Karbon, silikon ve bunların bileşiklerini içeren reaksiyonların gidişatını tahmin etme becerisi.

Atomların yapısı. Doğada yaygınlık

Periyodik tablonun Grup IVA'sı, atom numaraları çift olan beş elementten oluşur: karbon C, silikon Si, germanyum Ge, kalay Sn ve kurşun Pb (Tablo 21.1). Doğada, grubun tüm elementleri kararlı izotopların karışımlarıdır. Karbonun iki izogonu vardır - *|С (%98,9) ve *§С (%1,1). Ayrıca doğada "|C" radyoaktif izotopunun izleri vardır. t t= 5730 yıl. Dünya atmosferinde kozmik radyasyon nötronlarının azot çekirdekleriyle çarpışmaları sırasında sürekli olarak oluşur:

Tablo 21.1

IVA grubunun elemanlarının özellikleri

* Biyojenik element.

Karbonun ana izotopu, atom kütle birimine, yani atom kütlesine dayandığı için kimya ve fizikte özel bir öneme sahiptir. { /2 bir atomun kütlesinin bir kısmı 'ICO Evet).

Silikonun doğada üç izotopu vardır; bunlar arasında en yaygın olanı ^)Si'dir (%92,23). Germanyumun beş izotopu vardır (j^Ge - %36,5). Kalay - 10 izotop. Bu, kimyasal elementler arasında bir rekordur. En yaygın olanı 12 5 gSn'dir (%32.59). Kurşunun dört izotopu vardır: 2 SgPb (%1.4), 2 S|Pb (%24.1), 2S2βL (%22.1) ve 2S2βL (%52.4). Kurşunun son üç izotopu, uranyum ve toryumun doğal radyoaktif izotoplarının bozunmasının son ürünleridir ve bu nedenle yerkabuğundaki içerikleri, Dünya'nın tüm varlığı boyunca artmıştır.

Yerkabuğundaki yaygınlık açısından karbon, ilk on kimyasal element arasındadır. Petrol, doğal yanıcı gaz, kireçtaşı tabakaları (CaCO e), dolomit (CaCO 3 -MgC0 3) ve diğer karbonatların bir parçası olarak grafit, birçok kömür çeşidi şeklinde oluşur. Doğal elmas, mevcut karbonun önemsiz bir bölümünü oluştursa da, güzel ve en sert bir mineral olarak son derece değerlidir. Ancak, elbette, karbonun en yüksek değeri, tüm canlı organizmaların vücutlarını oluşturan biyoorganik maddelerin yapısal temeli olduğu gerçeğinde yatmaktadır. Karbon, yaşamın varlığı için gerekli birçok kimyasal element arasında haklı olarak ilk olarak kabul edilir.

Silikon, yerkabuğunda en bol bulunan ikinci elementtir. Kum, kil ve gördüğünüz birçok kaya, silikon minerallerinden oluşur. Silikon oksitin kristalli çeşitleri dışında, tüm doğal bileşikleri silikatlar, yani çeşitli silisik asitlerin tuzları. Bu asitlerin kendileri ayrı maddeler olarak elde edilmemiştir. Ortosilikatlar SiOj ~ iyonları içerir, metasilikatlar polimer zincirlerinden (Si0 3 ") w oluşur. Çoğu silikat, aralarına herhangi bir metalin atomlarının ve bazı metal olmayanların (flor) yerleştirilebildiği silikon ve oksijen atomlarından oluşan bir çerçeve üzerine kuruludur. Bilinen silikon mineralleri arasında kuvars Si0 2, feldspatlar (ortoklaz KAlSi 3 0 8), mikalar (muskovit KAl 3 H 2 Si 3 0 12) bulunur.Toplamda 400'den fazla silikon minerali bilinmektedir.Silikon bileşikleri mücevherat ve mücevherlerin yarısından fazlasını oluşturur. süs taşları Oksijen-silikon çerçeve suda düşük çözünürlüğe sahip silikon minerallerine neden olur.Yalnızca sıcak yeraltı kaynaklarından, binlerce yıl boyunca silikon bileşiklerinin büyümeleri ve kabukları birikebilir.Jasper bu tür kayalara aittir.

Karbon, silisyum, kalay ve kurşunun eski çağlardan beri basit maddeler veya bileşikler şeklinde bilindiği için keşfedilme zamanından bahsetmeye gerek yok. Germanyum, 1886 yılında K. Winkler (Almanya) tarafından ender mineral argyroditte keşfedilmiştir. Kısa süre sonra, bu tür özelliklere sahip bir elementin varlığının D. I. Mendeleev tarafından tahmin edildiği anlaşıldı. Yeni öğenin adlandırılması tartışmalara neden oldu. Mendeleev, Winkler'e yazdığı bir mektupta bu ismi şiddetle destekledi. germanyum.

IVA grubunun elemanları dört değerlik elektronu harici s- ve p-alt düzeyler:

Atomların elektronik formülleri:

Temel durumda, bu elementler iki değerlidir ve uyarılmış durumda dört değerli hale gelirler:

Karbon ve silikon çok az oluşturur kimyasal bileşikler iki değerlikli durumda; hemen hemen tüm kararlı bileşiklerde dört değerlidirler. Grubun aşağısında, germanyum, kalay ve kurşun için, iki değerlikli durumun kararlılığı artar ve dört değerlikli durumun kararlılığı azalır. Bu nedenle kurşun(IV) bileşikleri güçlü oksitleyiciler gibi davranır. Bu model aynı zamanda VA grubunda da kendini göstermektedir. Karbon ve grubun diğer elementleri arasındaki önemli bir fark, oluşturma yeteneğidir. Kimyasal bağlarüç farklı hibridizasyon durumunda - sp2 ve sp3. Silikonun pratikte sadece bir hibrit hali kaldı. sp3. Bu, karbon ve silikon bileşiklerinin özelliklerini karşılaştırırken açıkça kendini gösterir. Örneğin, karbon monoksit CO2 bir gazdır (karbon dioksit) ve silikon oksit Si02 bir ateşe dayanıklı maddedir (kuvars). Birinci madde gazdır çünkü sp-karbonun hibridizasyonu, tüm kovalent bağlar CO2 molekülünde kapalıdır:

Moleküller arasındaki çekim zayıftır ve bu maddenin durumunu belirler. Silikon oksitte, dört hibrit 5p 3 silikon orbitali, iki oksijen atomu üzerinde kapatılamaz. Bir silikon atomu, her biri sırayla başka bir silikon atomuna bağlı olan dört oksijen atomuna bağlanmıştır. Tüm atomlar arasında aynı güçlü bağa sahip bir çerçeve yapısı ortaya çıkıyor (bkz. diyagram, cilt 1, s. 40).

Aynı hibridizasyona sahip karbon ve silisyum bileşikleri, örneğin metan CH4 ve silan SiH4, yapı olarak benzerdir ve fiziksel özellikler. Her iki madde de gazdır.

IVA elementlerinin elektronegatifliği, VA grubu elementlerine göre daha düşüktür ve bu özellikle 2. ve 3. periyot elementlerinde belirgindir. IVA grubundaki elementlerin metalikliği, VA grubuna göre daha belirgindir. Grafit formundaki karbon bir iletkendir. Silisyum ve germanyum yarı iletken iken kalay ve kurşun gerçek metallerdir.

İnert gazların elektronik formülleri:

• O - 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 ;

Pirinç. Karbon atomunun yapısı.

D. I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik tablosunun Grup 14 (eski sınıflandırmaya göre IVa grubu) 5 element içerir: karbon, silikon, germanyum, kalay, kurşun (yukarıdaki tabloya bakınız). Karbon ve silikon metal değildir, germanyum metalik özellikler gösteren bir maddedir, kalay ve kurşun tipik metallerdir.

Yerkabuğunda 14 (IVa) grubunun en yaygın elementi silikondur (oksijenden sonra Dünya'da en bol bulunan ikinci element) (ağırlıkça %27,6), bunu karbon (%0,1), kurşun (%0,0014) , kalay (%0.00022), germanyum (%0.00018).

Silikon, karbonun aksine doğada serbest halde bulunmaz, sadece bağlı halde bulunur:

• SiO 2 - kuvars (birçok kaya, kum, kil parçası) ve çeşitleri (akik, ametist, kaya kristali, jasper, vb.) şeklinde bulunan silika;
• silikatlar silikon bakımından zengindir: talk, asbest;
• alüminosilikatlar: feldspat, mika, kaolin.

Germanyum, kalay ve kurşun da doğada serbest halde bulunmaz, ancak bazı minerallerin bir parçasıdır:

• germanyum: (Cu 3 (Fe, Ge)S 4) - germanit minerali;
• kalay: Sn02 - kasiterit;
• kurşun: PbS - galen; PbSO 4 - açı bölgesi; PbCO 3 - serussit.

14(IVa) grubunun dış enerji seviyesinde uyarılmamış durumdaki tüm elemanları iki eşleşmemiş p-elektrona sahiptir (değerlik 2'dir, örneğin CO). Uyarılmış duruma geçişte (süreç enerji maliyeti gerektirir), dış seviyedeki bir eşleştirilmiş s-elektronu serbest bir p-orbitale "atlar", böylece 4 "yalnız" elektron (biri s-alt seviyesinde ve üçü de s-alt seviyesinde) oluşturur. p-alt düzey), öğelerin değerliliğini genişletir (değerlik 4'tür: örneğin, CO 2).

Pirinç. Bir karbon atomunun uyarılmış bir duruma geçişi.

Yukarıdaki nedenden dolayı, 14(IVa) grubunun elemanları oksidasyon durumları sergileyebilir: +4; +2; 0; -dört.

Bir elektronu karbondan kurşuna giden seride s-alt seviyesinden p-alt seviyesine "atlamak" daha fazla enerji gerektirdiğinden (bir karbon atomunu uyarmak bir kurşun atomunu uyarmaktan çok daha az enerji gerektirir), karbon “isteyerek”, dört değerlik sergilediği bileşiklere girer; ve kurşun - iki.

Aynısı oksidasyon durumları için de söylenebilir: karbondan kurşuna seride, +4 ve -4 oksidasyon durumlarının tezahürü azalır ve oksidasyon durumu +2 artar.

Karbon ve silikon metal olmadığı için bileşiğe bağlı olarak hem pozitif hem de negatif oksidasyon durumları sergileyebilirler (daha fazla elektronegatif elementli bileşiklerde, C ve Si elektron verir ve daha az elektronegatif elementli bileşiklerde kazanır):

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

Ge, Sn, Pb, bileşiklerdeki metaller gibi, her zaman elektronlarını bağışlar:

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

Karbon grubunun elementleri aşağıdaki bileşikleri oluşturur:

• dengesiz uçucu hidrojen bileşikleri (Genel formül EH 4), sadece metan CH4 kararlı bir bileşiktir.
• tuz oluşturmayan oksitler- düşük oksitler CO ve SiO;
• asit oksitler- daha yüksek oksitler CO2 ve Si02 - zayıf asitler olan hidroksitlere karşılık gelir: H2C03 (karbonik asit), H2SiO3 (silisik asit);
• amfoterik oksitler- GeO, SnO, PbO ve GeO 2, SnO 2, PbO 2 - ikincisi germanyum Ge (OH) 4, stronsiyum Sn (OH) 4, kurşun Pb (OH) 4'ün hidroksitlerine (IV) karşılık gelir;

IVA grubu, onsuz ne bizim ne de yaşadığımız Dünya'nın olmayacağı en önemli unsurları içerir. Bu karbon her şeyin temelidir. organik yaşam ve silikon, mineral krallığının "hükümdarıdır".

Karbon ve silisyum tipik metal olmayanlarsa ve kalay ve kurşun metallerse, germanyum bir ara konumu işgal eder. Bazı ders kitapları onu metal olmayan olarak sınıflandırırken, diğerleri onu metal olarak sınıflandırır. Rengi gümüşi beyazdır ve bir metale benzer, ancak elmas benzeri bir kristal kafese sahiptir ve silikon gibi bir yarı iletkendir.

Karbondan kurşuna (azalan metalik olmayan özelliklerle):

w negatif oksidasyon durumunun kararlılığı azalır (-4)

w en yüksek pozitif oksidasyon durumunun kararlılığı azalır (+4)

w düşük pozitif oksidasyon durumunun stabilitesini arttırır (+2)

Karbon esastır bileşen tüm organizmalar. olarak doğada bulunur basit maddeler karbon (elmas, grafit) ve bileşiklerden (karbon dioksit, çeşitli karbonatlar, metan ve doğal gaz ve petroldeki diğer hidrokarbonlar) oluşur. Taş kömürü içindeki karbonun kütle oranı %97'ye ulaşır.
Temel durumdaki bir karbon atomu iki tane oluşturabilir. kovalent bağlar değişim mekanizması ile, ancak normal koşullar altında bu tür bileşikler oluşmaz. Uyarılmış bir duruma giren bir karbon atomu, dört değerlik elektronunun tümünü kullanır.
Karbon oldukça az sayıda allotropik modifikasyon oluşturur (bkz. Şekil 16.2). Bunlar elmas, grafit, karabina, çeşitli fullerenler.

İnorganik maddelerde karbonun oksidasyon durumu + II ve + IV'tür. Karbonun bu oksidasyon durumlarına sahip iki oksit vardır.
Karbon monoksit (II) renksiz zehirli bir gazdır, kokusuzdur. Önemsiz isim karbon monoksittir. Karbon içeren yakıtın eksik yanması sırasında oluşur. elektronik yapı sayfa 121'deki moleküllerine bakın. kimyasal özellikler CO tuz oluşturmayan bir oksittir; ısıtıldığında indirgeyici özellikler gösterir (çok aktif olmayan metallerin birçok oksidi metale indirger).
Karbon monoksit(IV) renksiz, kokusuz bir gazdır. Önemsiz isim karbondioksittir. Asit oksit. Suda (fiziksel olarak) az çözünür, kısmen reaksiyona girerek karbonik asit H2CO3 oluşturur (bu maddenin molekülleri sadece çok seyreltik sulu çözeltilerde bulunur).
Karbonik asit, iki dizi tuz (karbonatlar ve bikarbonatlar) oluşturan çok zayıf bir dibazik asittir. Çoğu karbonat suda çözünmez. Bikarbonatlardan sadece bikarbonatlar ayrı maddeler olarak bulunur. alkali metaller ve amonyum. Hem karbonat iyonu hem de bikarbonat iyonu bazın parçacıklarıdır; bu nedenle sulu çözeltilerdeki hem karbonatlar hem de bikarbonatlar anyon hidrolizine uğrar.
Karbonatlardan en yüksek değer sodyum karbonat Na2CO3 (soda, soda külü, çamaşır sodası), sodyum bikarbonat NaHCO3 (kabartma tozu, kabartma tozu), potasyum karbonat K2CO3 (potas) ve kalsiyum karbonat CaCO3 (tebeşir, mermer, kireçtaşı) içerir.
kalitatif reaksiyon gaz karışımında karbon dioksit varlığı için: test gazı kireçli sudan (doymuş kalsiyum hidroksit çözeltisi) geçirildiğinde bir kalsiyum karbonat çökeltisinin oluşumu ve ardından gazın daha fazla geçmesiyle çökeltinin çözülmesi. Meydana gelen reaksiyonlar:

Ca2 + 2OH + CO2 = CaC03 + H2O;
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2 + 2HCO3 .

Farmakoloji ve tıpta çeşitli karbon bileşikleri yaygın olarak kullanılmaktadır - türevler karbonik asit ve karboksilik asitler, çeşitli heterosikller, polimerler ve diğer bileşikler. Bu nedenle, karbolen (aktif karbon) vücuttan çeşitli toksinleri emmek ve uzaklaştırmak için kullanılır; grafit (merhem şeklinde) - cilt hastalıklarının tedavisi için; Radyoaktif İzotoplar karbon - için bilimsel araştırma(radyokarbon analizi).

Karbon, tüm organik maddelerin temelidir. Her canlı organizma büyük ölçüde karbondan oluşur. Karbon yaşamın temelidir. Canlı organizmalar için karbon kaynağı genellikle atmosferden veya sudan gelen CO2'dir. Fotosentez sonucunda canlıların birbirlerini veya birbirlerinin kalıntılarını yedikleri biyolojik besin zincirlerine girer ve böylece kendi vücutlarını oluşturmak için karbonu çıkarırlar. Karbonun biyolojik döngüsü ya oksidasyonla ve atmosfere geri dönüşle ya da kömür ya da yağ şeklinde atılmasıyla sona erer.

Analitik reaksiyonlar karbonat - iyon CO 3 2-

Karbonatlar, sulu çözeltilerde serbest halde kararsız olan ve CO 2: H2C03 - CO2 + H2O salınımı ile ayrışan, kararsız, çok zayıf bir karbonik asit H2C03 tuzlarıdır.

Amonyum, sodyum, rubidyum, sezyum karbonatlar suda çözünür. Lityum karbonat suda az çözünür. Diğer metal karbonatlar suda az çözünür. Hidrokarbonlar suda çözünür. Sulu çözeltilerdeki karbonat iyonları renksizdir, hidrolize uğrar. Alkali metal bikarbonatların sulu çözeltileri, onlara bir damla fenolftalein çözeltisi eklendiğinde lekelenmez, bu da karbonat çözeltilerini bikarbonat çözeltilerinden ayırt etmeyi mümkün kılar (farmakope testi).

1. Baryum klorür ile reaksiyon.

Ba 2+ + COz 2 - -> BaCO 3 (beyaz ince kristal)

Benzer karbonat çökeltileri, kalsiyum katyonları (CaCO 3) ve stronsiyum (SrCO 3) verir. Çökelti mineral asitlerde ve asetik asitte çözünür. H2S04 çözeltisinde beyaz bir çökelti BaS04 oluşur.

Çökelti tamamen çözülene kadar çökeltiye yavaş yavaş damla damla bir HC1 çözeltisi eklenir: BaCO3 + 2 HC1 -> BaC1 2 + CO2 + H 2 O

2. Magnezyum sülfat ile reaksiyon (farmakope).

Mg 2+ + CO3 2 - -> MgCO 3 (beyaz)

Bikarbonat - HCO 3 iyonu - sadece kaynama sırasında magnezyum sülfat ile MgC03 çökeltisi oluşturur: Mg 2+ + 2 HCO3- -> MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

MgC03 çökeltisi asitlerde çözünür.

3. Mineral asitlerle reaksiyon (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

Evrimleşmiş gaz halindeki CO2, bir test tüpünde - alıcıda - çözeltinin bulanıklığını, gazları, gaz kabarcıklarını (CO 2) tespit etmek için bir cihazda bariton veya kireç suyunun bulanıklığı ile tespit edilir.

4. Uranil heksasiyanoferrat (II) ile reaksiyon.

2CO 3 2 - + (UO 2) 2 (kahverengi) -> 2 UO 2 CO 3 (renksiz) + 4 -

Bir uranil asetat (CH3COO)2 UO2 çözeltisinin bir potasyum hekzasiyanoferrat (II) çözeltisi ile karıştırılmasıyla kahverengi bir uranil heksasiyanoferrat (II) çözeltisi elde edilir:

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

Elde edilen çözeltiye, kahverengi renk kaybolana kadar karıştırılarak bir Na2C03 veya K2C03 çözeltisi damla damla ilave edilir.

5. Kalsiyum katyonları ve amonyak ile reaksiyonlar yoluyla karbonat iyonları ve bikarbonat iyonlarının ayrı keşfi.

Çözelti aynı anda karbonat - iyonları ve bikarbonat - iyonları içeriyorsa, her biri ayrı ayrı açılabilir.

Bunu yapmak için önce analiz edilen çözeltiye fazla miktarda CaCl2 çözeltisi eklenir. Bu durumda, CO3 2 - CaCO 3 şeklinde çökeltilir:

COz 2 - + Ca 2+ \u003d CaCO 3

Sudaki Ca (HCO 3) 2 çözeltileri olduğu için bikarbonat iyonları çözeltide kalır. Çökelti çözeltiden ayrılır ve ikincisine amonyak çözeltisi eklenir. HCO 2 - amonyak ve kalsiyum katyonlu anyonlar yine CaCO 3'ü çökeltir: HCO s - + Ca 2+ + NH 3 -> CaCO3 + NH 4 +

6. Karbonat iyonunun diğer reaksiyonları.

Karbonat iyonları, demir (III) klorür FeCl3 ile reaksiyona girdiğinde, gümüş nitrat ile kahverengi bir Fe (OH) CO3 çökeltisi oluşturur - beyaz bir gümüş karbonat Ag 2 CO3 çökeltisi, HbTO3'te çözünür ve suda kaynatıldığında ayrışır. karanlık bir çökelti Ag 2 O ISO 2: Ag 2 CO 3 -> Ag 2 O + CO 2

Asetatın analitik reaksiyonları - iyon CH 3 COO "

Asetat - iyon CH3COO- - zayıf bir monobazik asetik asitin anyonu CH3COOH: sulu çözeltilerde renksizdir, hidrolize uğrar, redoks özelliklerine sahip değildir; oldukça etkili bir liganddır ve birçok metal katyonu ile kararlı asetat kompleksleri oluşturur. Asidik ortamda alkollerle reaksiyona girdiğinde ester verir.

Amonyum, alkali ve diğer metal asetatların çoğu suda yüksek oranda çözünür. Gümüş asetatlar CH3COOAg ve cıva (I), suda diğer metallerin asetatlarından daha az çözünür.

1. Demir (III) klorür ile reaksiyon (farmakope).

pH = 5-8'de, Fe (III) katyonlu asetat iyonu, çözünür bir koyu kırmızı (güçlü çay rengi) asetat veya demir (III) hidroksiasetat oluşturur.

Sulu çözeltide kısmen hidrolize edilir; çözeltinin mineral asitlerle asitlenmesi hidrolizi engeller ve çözeltinin kırmızı renginin kaybolmasına neden olur.

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

Kaynatıldığında, çözeltiden kırmızı-kahverengi bir bazik demir asetat (III) çökeltisi çöker:

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

Demir (III) ve asetat iyonlarının konsantrasyonlarının oranına bağlı olarak, çökeltinin bileşimi değişebilir ve örneğin aşağıdaki formüllere karşılık gelebilir: Fe OH (CH 3 COO) 2, Fe 3 (OH) 2 O 3 (CH3COO), Fe3O (OH) (CH3COO) 6 veya Fe3 (OH) 2 (CH3 COO) 7.

Reaksiyon, demir (III) ile çökeltiler oluşturan CO 3 2 -, SO 3 "-, PO 4 3 -, 4 anyonları ve ayrıca SCN- anyonları (Fe 3+ katyonları ile kırmızı kompleksler vererek) ile müdahale edilir. iyodür - iyon G, iyodine oksitlenir 1 2, çözeltiye sarı bir renk verir.

2. Sülfürik asit ile reaksiyon.

Asetat - güçlü asidik bir ortamda bulunan iyon, buharları karakteristik bir sirke kokusuna sahip olan zayıf asetik aside dönüşür:

CH3 COO- + H +<- СН 3 СООН

Reaksiyon, konsantre bir H2S04 ortamında karakteristik bir kokuya sahip gaz halinde ürünler yayan NO 2 \ S 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 - anyonları tarafından engellenir.

3. Asetik etil eter oluşumunun reaksiyonu (farmakope).

Reaksiyon, bir sülfürik asit ortamında gerçekleştirilir. etanol ile:

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

Serbest kalan etil asetat, karakteristik hoş bir koku ile algılanır. Gümüş tuzları bu reaksiyonu katalize eder, bu nedenle reaksiyon sırasında az miktarda AgNO3 eklenmesi önerilir.

Benzer şekilde, amil alkol C5HcOH ile reaksiyona girdiğinde hoş kokulu bir amil asetat CH3COOC5Ni (-armut-) da oluşur Karışımın dikkatli bir şekilde ısıtılmasıyla artan karakteristik bir etil asetat kokusu hissedilir.

Analitik reaksiyonlar tartrat - ROS iyonu - CH(OH) - CH(OH) - KOMP. Tartrat iyonu - zayıf bir dibazik tartarik asidin anyonu:

HO-CH-COOH

HO-CH-COOH

Tartrat - bir iyon suda oldukça çözünür. Sulu çözeltilerde tartrat iyonları renksizdir, hidrolize uğrar ve birçok metalin katyonları ile stabil tartrat kompleksleri vererek kompleks oluşumuna eğilimlidir. Tartarik asit iki sıra tuz oluşturur - iki şarjlı tartarat içeren orta tartratlar - COCH (OH) CH (OH) COO - iyonu ve asit tartaratlar - tek yüklü hidro tartarat içeren hidro tartaratlar - HOOOCH (OH) CH (OH) COO - iyon. Potasyum hidrotartrat (-tartar-) KNS 4 H 4 O 6, potasyum katyonlarını açmak için kullanılan suda pratik olarak çözünmez. Ortalama kalsiyum tuzu da suda az çözünür. Ortalama potasyum tuzu K 2 C 4 H 4 O 6 suda oldukça çözünür.

I. Potasyum klorür ile reaksiyon (farmakope).

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

2. Asidik bir ortamda resorsinol ile reaksiyon (farmakope).

Tartratlar, konsantre sülfürik asit ortamında resorsinol meta - C6H4(OH)2 ile ısıtıldığında kiraz kırmızısı reaksiyon ürünleri oluşturur.

14) Gümüşün amonyak kompleksi ile reaksiyonlar. Siyah bir metalik gümüş çökeltisi düşüyor.

15) Demir (II) sülfat ve hidrojen peroksit ile reaksiyon.

Tartrat içeren bir çözeltiye FeS04 ve H202'nin seyreltik sulu çözeltisinin eklenmesi. ezilmiş bir rengin kararsız bir demir kompleksinin oluşumuna yol açar. Alkali bir NaOH çözeltisi ile müteakip işlem, kompleksin mavi bir renklenmesine yol açar.

Oksalat iyonunun analitik reaksiyonları C 2 O 4 2-

Oksalat iyonu C 2 O 4 2- - orta kuvvette dibazik oksalik asit H 2 C 2 O 4 anyonu, suda nispeten iyi çözünür. Oksalat iyonu sulu çözeltilerde renksizdir, kısmen hidrolizedir, güçlü indirgeyici ajandır, etkili liganddır - birçok metalin katyonları ile stabil oksalat kompleksleri oluşturur. Alkali metallerin oksalatları, magnezyum ve amonyum suda çözünürken, diğer metaller suda az çözünür.

1 Baryum klorür ile reaksiyon Ba 2+ + C 2 O 4 2- \u003d BaC 2 O 4 (beyaz) Çökelti mineral asitlerde ve asetik asitte (kaynadığında) çözünür. 2. Kalsiyum klorür ile reaksiyon (farmakope): Ca 2+ + C 2 O 4 2 - = CaC 2 O 4 (beyaz)

Çökelti mineral asitlerde çözünür, ancak asetik asitte çözünmez.

3. Gümüş nitrat ile reaksiyon.

2 Ag + + C 2 O 4 2 - -> Ag2C2O 4 .| (kıvrılmış) Çözünürlük testi. Sediment 3 kısma ayrılır:

a). Çökelti eriyene kadar karıştırarak çökelti ile birinci test tüpüne damla damla HNO3 çözeltisi ekleyin;

b). Çökelti eriyene kadar karıştırarak bir çökelti ile ikinci test tüpüne damla damla konsantre bir amonyak çözeltisi ekleyin; içinde). Tortu ile üçüncü test tüpüne 4-5 damla HCl çözeltisi ekleyin; test tüpünde beyaz bir gümüş klorür çökeltisi kalır:

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

4. Potasyum permanganat ile reaksiyon. Asidik bir ortamda KMPO 4'lü oksalat iyonları CO2 salınımı ile oksitlenir; KMnO 4 çözeltisi, manganezin (VII) manganeze (II) indirgenmesi nedeniyle renksiz hale gelir:

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

KMPO 4'ün seyreltik çözeltisi. İkincisi renksizdir; gaz kabarcıkları salınımı var - CO 2 .

38 VA grubunun elemanları

Periyodik Tablonun VA grubunun genel özellikleri. s x p y olarak elektronik konfigürasyon harici enerji seviyesi VA grubunun elemanları.

Arsenik ve antimon farklı allotropik modifikasyonlara sahiptir: hem moleküler hem de metalik kristal kafeslerle. Bununla birlikte, katyonik formların (As 3+ , Sb 3+) stabilitesinin bir karşılaştırmasına dayanarak, arsenik metal olmayan ve antimon metal olarak sınıflandırılır.

VA grubunun elementleri için kararlı oksidasyon durumları

Azottan bizmut'a (azalan metalik olmayan özelliklerle):

w negatif oksidasyon durumunun (-3) stabilitesini azaltır (hidrojen bileşiklerinin m. özellikleri)

w en yüksek pozitif oksidasyon durumunun kararlılığı azalır (+5)

w düşük pozitif oksidasyon durumunun (+3) stabilitesini arttırır