IVA guruhi kimyoviy elementlar davriy tizim D.I. Mendeleyevga metall boʻlmaganlar (uglerod va kremniy), shuningdek, metallar (germaniy, qalay, qoʻrgʻoshin) kiradi. Ushbu elementlarning atomlari tashqi energiya darajasida to'rtta elektronni (ns 2 np 2) o'z ichiga oladi, ulardan ikkitasi juftlashtirilmaydi. Shuning uchun birikmalardagi bu elementlarning atomlari II valentlikni namoyon qilishi mumkin. IVA guruhi elementlarining atomlari qo'zg'aluvchan holatga o'tishi va juftlashtirilmagan elektronlar sonini 4 tagacha oshirishi mumkin va shunga mos ravishda birikmalarda IV guruh soniga teng yuqori valentlikni namoyon qiladi. Aralashmalardagi uglerod -4 dan +4 gacha oksidlanish darajasini ko'rsatadi, qolganlari uchun oksidlanish darajasi barqarorlashadi: -4, 0, +2, +4.

Uglerod atomida boshqa barcha elementlardan farqli ravishda valentlik elektronlar soni valentlik orbitallari soniga teng. Bu C-C aloqasining barqarorligi va uglerodning gomozanjirlarni hosil qilish tendentsiyasining asosiy sabablaridan biri, shuningdek, ko'p miqdordagi uglerod birikmalarining mavjudligi.

C–Si–Ge–Sn–Pb qatoridagi atomlar va birikmalar xossalarining oʻzgarishi ikkilamchi davriylikni koʻrsatadi (5-jadval).

5-jadval - IV guruh elementlari atomlarining xarakteristikalari

Ikkilamchi davriylik (guruhlardagi elementlarning xususiyatlarining monotonik bo'lmagan o'zgarishi) yadroga tashqi elektronlarning kirib borish xususiyati bilan bog'liq. Shunday qilib, kremniydan germaniyga va qalaydan qo'rg'oshinga o'tish davrida atom radiuslarining o'zgarishining monotonligi germaniydagi 3d 10 elektron ekrani va 4f 14 ning qo'sh ekrani ostida mos ravishda s-elektronlarning kirib borishi bilan bog'liq. va qo'rg'oshindagi 5d 10 elektron. Ketish kuchi s>p>d qatorida kamayib ketganligi sababli, xossalarning o'zgarishidagi ichki davriylik s-elektronlar bilan aniqlangan elementlarning xossalarida eng aniq namoyon bo'ladi. Shuning uchun u elementlarning eng yuqori oksidlanish darajasiga mos keladigan davriy tizimning A-guruhlari elementlarining birikmalari uchun eng tipikdir.

Uglerod yuqori ionlanish energiyasi bilan guruhning boshqa p-elementlaridan sezilarli farq qiladi.

Uglerod va kremniy kristall panjaralarning turli tuzilmalari bilan polimorfik modifikatsiyaga ega. Germaniy metallarga, kumushga tegishli. oq rang sarg'ish tusga ega, ammo kuchli kovalent aloqalarga ega olmosga o'xshash atom kristalli panjaraga ega. Kalay ikkita polimorfik modifikatsiyaga ega: metall kristall panjarali va metall bog'langan metall modifikatsiyasi; 13,8 C dan past haroratlarda barqaror bo'lgan atom kristalli panjara bilan metall bo'lmagan modifikatsiya. Qo'rg'oshin - metall yuzi markazlashtirilgan kubik kristall panjarali quyuq kulrang metall. Germaniy-qalay-qo'rg'oshin qatoridagi oddiy moddalarning tuzilishining o'zgarishi ularning fizik xususiyatlarining o'zgarishiga mos keladi. Shunday qilib, germaniy va metall bo'lmagan qalay yarim o'tkazgichlar, metall qalay va qo'rg'oshin o'tkazgichlardir. Kimyoviy bog'lanish turining asosan kovalentdan metallga o'zgarishi oddiy moddalarning qattiqligining pasayishi bilan birga keladi. Shunday qilib, germaniy juda qattiq, qo'rg'oshin esa yupqa qatlamlarga osongina o'raladi.

Vodorodli elementlarning birikmalari EN 4 formulasiga ega: CH 4 - metan, SiH 4 - silan, GeH 4 - nemis, SnH 4 - stannan, PbH 4 - plumbane. Suvda erimaydi. Yuqoridan pastga ketma-ket vodorod birikmalari ularning barqarorligi pasayadi (plumbane shunchalik beqarorki, uning mavjudligi faqat bilvosita belgilar bilan baholanishi mumkin).

Elementlarning kislorod bilan birikmalari umumiy formulalarga ega: EO va EO 2. CO va SiO oksidlari tuz hosil qilmaydi; GeO, SnO, PbO - amfoter oksidlar; CO 2, SiO 2 GeO 2 - kislotali, SnO 2, PbO 2 - amfoter. Oksidlanish darajasining oshishi bilan kislota xossalari oksidlar ortadi, asosiy xossalari zaiflashadi. Tegishli gidroksidlarning xossalari xuddi shunday o'zgaradi.

Mavhum kalit so'zlar: uglerod, kremniy, IVA guruhi elementlari, elementlarning xossalari, olmos, grafit, karbin, fulleren.

IV guruh elementlari uglerod, kremniy, germaniy, qalay va qo'rg'oshin. Keling, uglerod va kremniyning xususiyatlarini batafsil ko'rib chiqaylik. Jadvalda ushbu elementlarning eng muhim xususiyatlari ko'rsatilgan.

Ularning deyarli barcha birikmalarida uglerod va kremniy tetravalent , ularning atomlari hayajonlangan holatda. Uglerod atomining valentlik qatlamining konfiguratsiyasi atom qo'zg'alganda o'zgaradi:

Kremniy atomining valentlik qatlamining konfiguratsiyasi xuddi shunday o'zgaradi:

Uglerod va kremniy atomlarining tashqi energiya darajasida 4 ta juftlashtirilmagan elektron mavjud. Kremniy atomining radiusi kattaroq, uning valent qatlami bo'sh 3 d-orbitallar, bu kremniy atomlarini hosil qiluvchi bog'lanishlarning tabiatida farqlarni keltirib chiqaradi.

Uglerodning oksidlanish darajasi -4 dan +4 gacha.

Uglerodning xarakterli xususiyati uning zanjir hosil qilish qobiliyatidir: uglerod atomlari bir-biriga bog'langan va barqaror birikmalar hosil qiladi. Shunga o'xshash kremniy birikmalari beqaror. Uglerodning zanjir hosil qilish qobiliyati juda ko'p sonning mavjudligini aniqlaydi organik birikmalar .

Kimga noorganik birikmalar uglerodga uning oksidlari, karbonat kislotasi, karbonatlar va bikarbonatlar, karbidlar kiradi. Qolgan uglerod birikmalari organikdir.

Uglerod elementi bilan xarakterlanadi allotropiya, uning allotropik modifikatsiyalari olmos, grafit, karbin, fulleren. Uglerodning boshqa allotropik modifikatsiyalari hozir ma'lum.

Ko'mir va qurum deb hisoblash mumkin amorf grafit navlari.

Silikon oddiy moddani hosil qiladi - kristalli kremniy. Amorf kremniy mavjud - oq kukun (ifloslarsiz).

Olmos, grafit va kristalli kremniyning xossalari jadvalda keltirilgan.

Grafit va olmosning fizik xossalaridagi yaqqol farqlarning sababi turlichadir kristall panjaraning tuzilishi . Olmos kristalida har bir uglerod atomi (kristal yuzasidagilardan tashqari) hosil bo'ladi. to'rtta qo'shni uglerod atomlari bilan ekvivalent kuchli aloqalar. Bu bog'lar tetraedrning uchlariga (CH 4 molekulasidagi kabi) yo'naltirilgan. Shunday qilib, olmos kristalida har bir uglerod atomi tetraedrning uchlarida joylashgan to'rtta bir xil atomlar bilan o'ralgan. Olmos kristalidagi C-C aloqalarining simmetriyasi va mustahkamligi elektron o'tkazuvchanlikning istisno kuchini va yo'qligini aniqlaydi.

DA grafit kristalli har bir uglerod atomi 120 ° burchak ostida bir tekislikda qo'shni uglerod atomlari bilan uchta kuchli ekvivalent bog'lanish hosil qiladi. Bu tekislikda tekis olti a'zoli halqalardan iborat qatlam hosil bo'ladi.

Bundan tashqari, har bir uglerod atomi mavjud bitta juftlashtirilmagan elektron. Bu elektronlar umumiy elektron tizimni tashkil qiladi. Qatlamlar orasidagi bog'lanish nisbatan zaif molekulalararo kuchlar tufayli amalga oshiriladi. Qatlamlar bir-biriga nisbatan shunday joylashtirilganki, bir qatlamning uglerod atomi ikkinchi qavatning olti burchakli markazidan yuqorida joylashgan. Qatlam ichidagi C-C bog'lanish uzunligi 0,142 nm, qatlamlar orasidagi masofa 0,335 nm. Natijada, qatlamlar orasidagi bog'lanishlar qatlam ichidagi atomlar orasidagi bog'lardan ancha zaifdir. Bu sabab bo'ladi grafit xususiyatlari: Yumshoq, silliqlash oson, kulrang rangga va metall yorqinlikka ega, olmosga qaraganda elektr o'tkazuvchanligi va kimyoviy jihatdan faolroq. Olmos va grafitning kristall panjaralari modellari rasmda ko'rsatilgan.

Grafitni olmosga aylantirish mumkinmi? Bunday jarayon og'ir sharoitlarda - taxminan 5000 MPa bosimda va 1500 ° C dan 3000 ° C gacha bo'lgan haroratda katalizatorlar (Ni) ishtirokida bir necha soat davomida amalga oshirilishi mumkin. Mahsulotlarning asosiy qismini mayda kristallar (1 dan bir necha mm gacha) va olmos changlari tashkil etadi.

Karbin- uglerodning allotropik modifikatsiyasi, unda uglerod atomlari quyidagi turdagi chiziqli zanjirlarni hosil qiladi:

–S≡sy≡syys≡y(a-karbin, poliin) yoki =C=C=C=C=C=C=(b-karbin, polien)

Ushbu zanjirlar orasidagi masofa kuchli molekulalararo o'zaro ta'sir tufayli grafit qatlamlari orasidagi masofadan kamroq.

Karbin qora kukun, yarim o'tkazgichdir. Kimyoviy jihatdan u grafitga qaraganda faolroq.

fulleren- C 60, C 70 yoki C 84 molekulalari tomonidan hosil bo'lgan uglerodning allotropik modifikatsiyasi. C 60 molekulasining sharsimon yuzasida uglerod atomlari 20 ning uchlarida joylashgan. muntazam olti burchakli va 12 ta oddiy beshburchak. Barcha fullerenlar uglerod atomlarining yopiq tuzilmalaridir. Fulleren kristallari molekulyar tuzilishga ega bo'lgan moddalardir.

Kremniy. Kremniyning faqat bitta barqaror allotropik modifikatsiyasi mavjud bo'lib, uning kristall panjarasi olmosnikiga o'xshaydi. Silikon - qattiq, o'tga chidamli ( t° pl \u003d 1412 ° C), quyuq kulrang rangdagi juda nozik modda, metall porlashi bilan. standart shartlar- yarim o'tkazgich.

bilish

• uglerod va kremniyning davriy sistemadagi o'rni, tabiatda mavjudligi va amaliy qo'llanilishi;
• uglerod va kremniyning atom tuzilishi, valentligi, oksidlanish darajalari;
• oddiy moddalar - grafit, olmos va kremniyni olish usullari va xossalarini; uglerodning yangi allotropik shakllari;
• uglerod va kremniy birikmalarining asosiy turlari;
• germaniy kichik guruhi elementlarining xususiyatlari;

imkoniyatiga ega bo'lish

• uglerod va kremniyning oddiy moddalarini olish reaksiyalari va bu moddalarning kimyoviy xossalarini tavsiflovchi reaksiyalar tenglamalarini tuzish;
• uglerod guruhidagi elementlarning xossalarini solishtirish;
• uglerod va kremniyning amaliy muhim birikmalarini tavsiflash;
• uglerod va kremniy ishtirok etadigan reaksiyalar tenglamalari bo'yicha hisob-kitoblarni amalga oshirish;

Shaxsiy

Uglerod, kremniy va ularning birikmalari ishtirokidagi reaksiyalarning borishini bashorat qilish malakalari.

Atomlarning tuzilishi. Tabiatda tarqalishi

Davriy sistemaning IVA guruhi atom raqamlari juft bo'lgan beshta elementdan iborat: uglerod C, silikon Si, germaniy Ge, qalay Sn va qo'rg'oshin Pb (21.1-jadval). Tabiatda guruhning barcha elementlari barqaror izotoplarning aralashmasidir. Uglerod ikkita izogonaga ega - *|S (98,9%) va *§S (1,1%). Bundan tashqari, tabiatda "|C bilan" radioaktiv izotopning izlari mavjud t t= 5730 yil. U doimiy ravishda yer atmosferasida kosmik nurlanish neytronlarining azot yadrolari bilan to'qnashuvi paytida hosil bo'ladi:

21.1-jadval

IVA guruhi elementlarining xususiyatlari

* Biogen element.

Uglerodning asosiy izotopi kimyo va fizikada alohida ahamiyatga ega, chunki u atom massa birligiga asoslanadi, ya'ni { /2 atom massasining bir qismi ‘ICO Ha).

Kremniyning tabiatda uchta izotopi bor; ular orasida eng keng tarqalgani ^)Si (92,23%). Germaniyning beshta izotopi bor (j^Ge - 36,5%). Qalay - 10 ta izotop. Bu kimyoviy elementlar orasida rekorddir. Eng keng tarqalgani 12 5 gSn (32,59%). Qo'rg'oshinning to'rtta izotopi bor: 2 SgPb (1,4%), 2 S|Pb (24,1%), 2S2bL (22,1%) va 2S2bL (52,4%). Qo'rg'oshinning so'nggi uchta izotoplari uran va toriyning tabiiy radioaktiv izotoplarining parchalanishining yakuniy mahsulotidir va shuning uchun ularning er qobig'idagi tarkibi Yerning butun mavjudligi davomida ortib bordi.

Er qobig'ida tarqalishi bo'yicha uglerod birinchi o'nta kimyoviy elementlardan biridir. U grafit, ko'mirning ko'p navlari, neft, tabiiy yonuvchi gaz, ohaktosh qatlamlari (CaCO e), dolomit (CaCO 3 -MgC0 3) va boshqa karbonatlarning bir qismi sifatida uchraydi. Tabiiy olmos mavjud uglerodning ahamiyatsiz qismini tashkil qilsa-da, u go'zal va eng qattiq mineral sifatida juda qimmatlidir. Lekin, albatta, uglerodning eng yuqori qiymati shundaki, u barcha tirik organizmlar tanasini tashkil etuvchi bioorganik moddalarning tarkibiy asosi hisoblanadi. Uglerod haqli ravishda hayot mavjudligi uchun zarur bo'lgan ko'plab kimyoviy elementlardan birinchisi hisoblanadi.

Kremniy er qobig'idagi ikkinchi eng ko'p elementdir. Qum, loy va siz ko'rgan ko'plab jinslar kremniy minerallaridan iborat. Kremniy oksidining kristalli navlari bundan mustasno, uning barcha tabiiy birikmalari silikatlar, ya'ni. turli kremniy kislotalarning tuzlari. Bu kislotalarning o'zlari alohida moddalar sifatida olinmagan. Ortosilikatlar SiOj ~ ionlarini o'z ichiga oladi, metasilikatlar polimer zanjirlaridan (Si0 3 ") iborat w. Ko'pchilik silikatlar kremniy va kislorod atomlari ramkasiga qurilgan bo'lib, ular orasida har qanday metallar va ba'zi metall bo'lmaganlar (ftor) atomlari joylashishi mumkin. ma'lum kremniy minerallariga kvarts Si0 2, dala shpati (ortoklaza KAlSi 3 0 8), slyudalar (muskovit KAl 3 H 2 Si 3 0 12) kiradi.Jami 400 dan ortiq kremniy minerallari ma'lum.Kremniy birikmalari zargarlik buyumlarining yarmidan ko'pi va manzarali toshlar.Kislorodli kremniy ramka suvda past eruvchan kremniy minerallarini keltirib chiqaradi.Faqat issiq er osti buloqlaridan ming yillar davomida kremniy birikmalarining o'simtalari va qobiqlari cho'kishi mumkin.Yasper bu turdagi jinslarga tegishli.

Uglerod, kremniy, qalay va qo'rg'oshinning kashf etilgan vaqti haqida gapirishning hojati yo'q, chunki ular qadimgi zamonlardan beri oddiy moddalar yoki birikmalar shaklida ma'lum. Germaniy 1886-yilda K.Vinkler (Germaniya) tomonidan kam uchraydigan argirodit mineralida topilgan. Tez orada ma'lum bo'ldiki, bunday xossalarga ega elementning mavjudligi D. I. Mendeleyev tomonidan bashorat qilingan. Yangi elementning nomlanishi bahs-munozaralarga sabab bo'ldi. Mendeleev Vinklerga yozgan maktubida bu nomni qattiq qo'llab-quvvatlagan germaniy.

IVA guruhining elementlari to'rttadan iborat valent elektron tashqi tomondan s- va p-kichik darajalar:

Atomlarning elektron formulalari:

Asosiy holatda bu elementlar ikki valentli, hayajonlangan holatda esa to'rt valentli bo'ladi:

Uglerod va kremniy juda kam hosil bo'ladi kimyoviy birikmalar ikki valentli holatda; deyarli barcha barqaror birikmalarda ular tetravalentdir. Guruhdan pastroqda, germaniy, qalay va qo'rg'oshin uchun ikki valentli holatning barqarorligi oshadi va to'rt valentli holatning barqarorligi pasayadi. Shuning uchun qo'rg'oshin (IV) birikmalari o'zini kuchli oksidlovchi sifatida tutadi. Bu naqsh VA guruhida ham namoyon bo'ladi. Uglerod va guruhning boshqa elementlari o'rtasidagi muhim farq - bu shakllanish qobiliyati kimyoviy bog'lanishlar gibridlanishning uch xil holatida - sp, sp2 va sp3. Kremniyning amalda faqat bitta gibrid holati qolgan. sp3. Bu uglerod va kremniy birikmalarining xususiyatlarini solishtirganda aniq namoyon bo'ladi. Masalan, karbon monoksit CO 2 gaz (karbonat angidrid), silikon oksidi Si0 2 esa o'tga chidamli moddadir (kvars). Birinchi modda gazsimon, chunki at sp-uglerodning gibridlanishi, CO 2 molekulasida barcha kovalent bog'lanishlar yopiladi:

Molekulalar orasidagi tortishish kuchsiz va bu moddaning holatini belgilaydi. Kremniy oksidida to'rt gibrid 5p 3 silikon orbitalni ikkita kislorod atomida yopish mumkin emas. Kremniy atomi to'rtta kislorod atomiga bog'langan, ularning har biri o'z navbatida boshqa kremniy atomiga bog'langan. Bu barcha atomlar orasidagi bog'lanishlarning bir xil kuchiga ega bo'lgan ramka tuzilishiga aylanadi (diagramma, 1-jild, 40-betga qarang).

Bir xil gibridlanishga ega bo'lgan uglerod va kremniy birikmalari, masalan, metan CH 4 va silan SiH 4, tuzilishi va tuzilishi jihatidan o'xshashdir. jismoniy xususiyatlar. Ikkala modda ham gazdir.

IVA elementlarining elektromanfiyligi VA guruhi elementlariga nisbatan pastroq va bu ayniqsa 2 va 3-davr elementlarida seziladi. IVA guruhidagi elementlarning metallligi VA guruhiga qaraganda aniqroq. Grafit shaklidagi uglerod o'tkazgichdir. Kremniy va germaniy yarim o'tkazgichlar, qalay va qo'rg'oshin esa haqiqiy metallardir.

Inert gazlarning elektron formulalari:

• U - 1s 2;
• Yo'q - 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;

Guruch. Uglerod atomining tuzilishi.

D. I. Mendeleyev kimyoviy elementlar davriy sistemasining 14-guruhi (eski tasnif boʻyicha IVa guruhi) 5 ta elementni oʻz ichiga oladi: uglerod, kremniy, germaniy, qalay, qoʻrgʻoshin (yuqoridagi jadvalga qarang). Uglerod va kremniy nometallar, germaniy metall xossalarini namoyon qiluvchi modda, qalay va qo'rg'oshin tipik metallardir.

Yer qobig'idagi 14 (IVa) guruhining eng keng tarqalgan elementi kremniy (kisloroddan keyin Yerda ikkinchi eng ko'p element) (og'irligi bo'yicha 27,6%), undan keyin: uglerod (0,1%), qo'rg'oshin (0,0014%) , qalay (0,00022%), germaniy (0,00018%).

Silikon, ugleroddan farqli o'laroq, tabiatda erkin shaklda bo'lmaydi, uni faqat bog'langan holda topish mumkin:

• SiO 2 - kremniy dioksidi, kvarts (ko'p jinslarning bir qismi, qum, gil) va uning navlari (agat, ametist, tosh kristalli, jasper va boshqalar) shaklida mavjud;
• silikatlar kremniyga boy: talk, asbest;
• aluminosilikatlar: dala shpati, slyuda, kaolin.

Germaniy, qalay va qoʻrgʻoshin ham tabiatda erkin holda uchramaydi, lekin baʼzi minerallar tarkibiga kiradi:

• germaniy: (Cu 3 (Fe, Ge)S 4) - germanit minerali;
• qalay: SnO 2 - kassiterit;
• qo'rg'oshin: PbS - galena; PbSO 4 - burchak maydoni; PbCO 3 - serussit.

14 (IVa) guruhining barcha elementlari tashqi energiya darajasida qo'zg'atmagan holatda ikkita juftlashtirilmagan p-elektronga ega (valentlik 2 ga teng, masalan, CO). Qo'zg'aluvchan holatga o'tganda (jarayon energiya sarfini talab qiladi), tashqi darajadagi bitta juftlashgan s-elektron erkin p-orbitalga "sakrab tushadi" va shu tariqa 4 ta "yolg'iz" elektron hosil qiladi (biri s-pastki sathida va uchtasi p-pastki daraja), elementlarning valentligini kengaytiradi (valentlik 4: masalan, CO 2).

Guruch. Uglerod atomining qo'zg'aluvchan holatga o'tishi.

Yuqoridagi sababga ko'ra 14(IVa) guruh elementlari oksidlanish darajasini ko'rsatishi mumkin: +4; +2; 0; -to'rt.

Elektronni ugleroddan qo'rg'oshinga ketma-ket s-kichik sathidan p-kichik darajaga "sakrash" uchun tobora ko'proq energiya talab qilinganligi sababli (uglerod atomini qo'zg'atish qo'rg'oshin atomini qo'zg'atishdan ko'ra ancha kam energiya talab qiladi), uglerod. "Ixtiyoriy" to'rtinchi valentlikni ko'rsatadigan birikmalarga kiradi; va qo'rg'oshin - ikkita.

Oksidlanish darajalari haqida ham shunday deyish mumkin: ugleroddan qo'rg'oshingacha bo'lgan ketma-ketlikda +4 va -4 oksidlanish darajasining namoyon bo'lishi kamayadi va oksidlanish darajasi +2 ortadi.

Uglerod va kremniy metall bo'lmaganligi sababli, ular birikmaga qarab ham ijobiy, ham manfiy oksidlanish darajasini ko'rsatishi mumkin (elektron manfiy elementlar ko'proq bo'lgan birikmalarda C va Si elektronlarni beradi va kamroq elektronegativ elementlarga ega bo'lgan birikmalarda qozonish):

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

Ge, Sn, Pb, birikmalardagi metallar kabi, har doim elektronlarini beradi:

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

Uglerod guruhining elementlari quyidagi birikmalarni hosil qiladi:

• beqaror uchuvchi vodorod birikmalari (umumiy formula EH 4), ulardan faqat metan CH 4 barqaror birikma hisoblanadi.
• tuz hosil qilmaydigan oksidlar- CO va SiO ning quyi oksidlari;
• kislota oksidlari- yuqori oksidlar CO 2 va SiO 2 - ular zaif kislotalar bo'lgan gidroksidlarga mos keladi: H 2 CO 3 (karbon kislotasi), H 2 SiO 3 (kremniy kislotasi);
• amfoter oksidlar- GeO, SnO, PbO va GeO 2, SnO 2, PbO 2 - ikkinchisi germaniy Ge (OH) 4, stronsiy Sn (OH) 4, qo'rg'oshin Pb (OH) 4 gidroksidlariga (IV) mos keladi;

IVA guruhi eng muhim elementlarni o'z ichiga oladi, ularsiz biz ham, biz yashayotgan Yer ham bo'lmaydi. Bu uglerod hamma narsaning asosidir organik hayot, va kremniy minerallar shohligining "monarxi" dir.

Agar uglerod va kremniy tipik metall bo'lmaganlar, qalay va qo'rg'oshin esa metallar bo'lsa, germaniy oraliq o'rinni egallaydi. Ba'zi darsliklarda uni metall bo'lmagan, boshqalari esa metall deb tasniflaydi. U kumushsimon oq rangga ega va metallga o'xshaydi, lekin olmosga o'xshash kristall panjaraga ega va kremniy kabi yarim o'tkazgichdir.

Ugleroddan qo'rg'oshingacha (metall bo'lmagan xususiyatlarning pasayishi bilan):

w salbiy oksidlanish darajasining barqarorligi pasayadi (-4)

w eng yuqori musbat oksidlanish darajasining barqarorligi pasayadi (+4)

w past ijobiy oksidlanish holatining barqarorligini oshiradi (+2)

Uglerod asosiy hisoblanadi komponent barcha organizmlar. sifatida tabiatda uchraydi oddiy moddalar uglerod (olmos, grafit) va birikmalar (karbonat angidrid, turli karbonatlar, metan va tabiiy gaz va neftdagi boshqa uglevodorodlar) bilan hosil bo'ladi. Ko'mirdagi uglerodning massa ulushi 97% ga etadi.
Asosiy holatdagi uglerod atomi ikkita hosil qilishi mumkin kovalent aloqalar almashinuv mexanizmi bilan, lekin normal sharoitda bunday birikmalar hosil bo'lmaydi. Qo'zg'aluvchan holatga o'tadigan uglerod atomi barcha to'rtta valentlik elektronidan foydalanadi.
Uglerod juda ko'p allotropik modifikatsiyalarni hosil qiladi (16.2-rasmga qarang). Bu olmos, grafit, karbin, turli fullerenlar.

Noorganik moddalarda uglerodning oksidlanish darajasi + II va + IV ga teng. Uglerodning bu oksidlanish darajalariga ega ikkita oksid mavjud.
Uglerod oksidi (II) rangsiz zaharli gaz, hidsiz. Arzimas nom - uglerod oksidi. U uglerod o'z ichiga olgan yoqilg'ining to'liq yonishi paytida hosil bo'ladi. Elektron tuzilma uning molekulalarini 121-betga qarang. kimyoviy xossalari CO - tuz hosil qilmaydigan oksid; qizdirilganda u qaytaruvchi xususiyatga ega (juda faol bo'lmagan metallarning ko'plab oksidlarini metallga kamaytiradi).
Uglerod oksidi (IV) rangsiz, hidsiz gazdir. Arzimas nomi - karbonat angidrid. Kislota oksidi. U suvda ozgina eriydi (jismoniy), qisman u bilan reaksiyaga kirishib, karbonat kislota H2CO3 hosil qiladi (bu moddaning molekulalari faqat juda suyultirilgan suvli eritmalarda mavjud).
Karbon kislotasi juda zaif ikki asosli kislota bo'lib, ikki qator tuzlar (karbonatlar va bikarbonatlar) hosil qiladi. Karbonatlarning aksariyati suvda erimaydi. Bikarbonatlardan faqat bikarbonatlar alohida moddalar sifatida mavjud. ishqoriy metallar va ammoniy. Karbonat ioni ham, bikarbonat ioni ham asosning zarralaridir; shuning uchun suvli eritmalardagi karbonatlar ham, bikarbonatlar ham anion gidroliziga uchraydi.
Karbonatlardan eng yuqori qiymat natriy karbonat Na2CO3 (soda, soda kuli, yuvish soda), natriy bikarbonat NaHCO3 (pishirish soda, pishirish soda), kaliy karbonat K2CO3 (kaliy) va kaltsiy karbonat CaCO3 (bo'r, marmar, ohaktosh) mavjud.
Sifatli reaktsiya gaz aralashmasida karbonat angidrid mavjudligi uchun: tekshirilayotgan gaz ohak suvi (kaltsiy gidroksidning to'yingan eritmasi) orqali o'tkazilganda kaltsiy karbonat cho'kmasi hosil bo'lishi va gazning keyingi o'tishi bilan cho'kmaning keyingi erishi. Bo'layotgan reaktsiyalar:

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

Farmakologiya va tibbiyotda turli xil uglerod birikmalari - lotinlar keng qo'llaniladi karbonat kislotasi va karboksilik kislotalar, turli xil geterosikllar, polimerlar va boshqa birikmalar. Shunday qilib, karbolin (faollashtirilgan uglerod) tanadan turli toksinlarni so'rish va olib tashlash uchun ishlatiladi; grafit (malham shaklida) - teri kasalliklarini davolash uchun; radioaktiv izotoplar uglerod - uchun ilmiy tadqiqot(radiokarbon tahlili).

Uglerod barcha organik moddalarning asosidir. Har bir tirik organizm asosan ugleroddan iborat. Uglerod hayotning asosidir. Tirik organizmlar uchun uglerod manbai odatda atmosfera yoki suvdan CO 2 hisoblanadi. Fotosintez natijasida u biologik oziq-ovqat zanjirlariga kiradi, unda tirik mavjudotlar bir-birini yoki bir-birining qoldiqlarini yeyadi va shu bilan o'z tanasini qurish uchun uglerodni ajratib oladi. Uglerodning biologik aylanishi oksidlanish va atmosferaga qaytish yoki ko'mir yoki neft shaklida utilizatsiya qilish bilan tugaydi.

Analitik reaksiyalar karbonat - ion CO 3 2-

Karbonatlar - bu beqaror, juda zaif karbonat kislotasi H 2 CO 3 ning tuzlari bo'lib, ular suvli eritmalarda erkin holatda beqaror va CO 2: H 2 CO 3 - CO 2 + H 2 O ajralib chiqishi bilan parchalanadi.

Ammoniy, natriy, rubidiy, seziy karbonatlari suvda eriydi. Litiy karbonat suvda ozgina eriydi. Boshqa metall karbonatlar suvda ozgina eriydi. Uglevodorodlar suvda eriydi. Karbonat - suvli eritmalardagi ionlar rangsiz, gidrolizga uchraydi. Ishqoriy metallar bikarbonatlarining suvli eritmalariga bir tomchi fenolftalein eritmasi qo‘shilganda bo‘yalmaydi, bu esa karbonat eritmalarini bikarbonat eritmalaridan farqlash imkonini beradi (farmakopeya testi).

1. Bariy xlorid bilan reaksiyasi.

Ba 2+ + COz 2 - -> BaCO 3 (oq kristalli)

Karbonatlarning shunga o'xshash cho'kmalari kaltsiy kationlarini (CaCO 3) va stronsiyni (SrCO 3) beradi. Choʻkma mineral kislotalarda va sirka kislotada eriydi. H 2 SO 4 eritmasida oq cho`kma BaSO 4 hosil bo`ladi.

HC1 eritmasi cho'kma to'liq eriguncha sekin tomchilab qo'shiladi: BaCO3 + 2 HC1 -> BaC1 2 + CO 2 + H 2 O

2. Magniy sulfat bilan reaksiya (farmakopeya).

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

Bikarbonat - HCO 3 ioni - faqat qaynatilganda magniy sulfat bilan MgCO 3 cho'kmasini hosil qiladi: Mg 2+ + 2 HCO3- -> MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

MgCO 3 cho'kmasi kislotalarda eriydi.

3. Mineral kislotalar bilan reaksiya (farmakopeya).

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

Evolyutsiyalangan gazsimon CO 2 bariton yoki ohak suvining gazlarni, gaz pufakchalarini (CO 2) aniqlash moslamasida, probirkada - qabul qiluvchida - eritmaning loyqaligi bilan aniqlanadi.

4. Uranilgeksasiyanoferrat (II) bilan reaksiya.

2CO 3 2 - + (UO 2) 2 (jigarrang) -> 2 UO 2 CO 3 (rangsiz) + 4 -

Uranil geksasiyanoferrat (II) ning jigarrang eritmasi uranil asetat (CH 3 COO) 2 UO 2 eritmasini kaliy geksasianoferrat (II) eritmasi bilan aralashtirish orqali olinadi:

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

Olingan probirkaga Na 2 CO 3 yoki K 2 CO 3 eritmasidan qo'ng'ir rang yo'qolguncha aralashtirib, tomchilab qo'shiladi.

5. Kaltsiy kationlari va ammiak bilan reaksiyaga kirishib, karbonat - ionlar va bikarbonat - ionlarning alohida ochilishi.

Agar eritmada bir vaqtning o'zida karbonat - ionlari va bikarbonat - ionlari bo'lsa, ularning har birini alohida ochish mumkin.

Buning uchun, avvalo, tahlil qilinayotgan eritmaga CaCl 2 eritmasidan ortiqcha qo'shiladi. Bunday holda, CO3 2 - CaCO 3 shaklida cho'kadi:

COz 2 - + Ca 2+ \u003d CaCO 3

Bikarbonat - ionlar eritmada qoladi, chunki suvda Ca (HCO 3) 2 eritmalari mavjud. Cho'kma eritmadan ajratiladi va ikkinchisiga ammiak eritmasi qo'shiladi. HCO 2 - ammiak va kaltsiy kationlari bilan anionlar yana CaCO 3 ni cho'kadi: HCO s - + Ca 2+ + NH 3 -> CaCO3 + NH 4 +

6. Karbonat - ionning boshqa reaksiyalari.

Karbonat - ionlar temir (III) xlorid FeCl 3 bilan reaksiyaga kirishganda, jigarrang cho'kma Fe (OH) CO 3, kumush nitrat bilan - kumush karbonat Ag 2 CO3 ning oq cho'kmasi, HbTO3 da eriydi va suvda qaynatilganda parchalanadi. qorong'i cho'kma Ag 2 O ISO 2: Ag 2 CO 3 -> Ag 2 O + CO 2

Asetat ionining analitik reaktsiyalari - CH 3 COO "

Asetat - ion CH 3 COO- - kuchsiz bir asosli sirka kislotaning anioni CH 3 COOH: suvli eritmalarda rangsiz, gidrolizga uchraydi, oksidlanish-qaytarilish xususiyatiga ega emas; ancha samarali ligand bo'lib, ko'plab metall kationlari bilan barqaror asetat komplekslarini hosil qiladi. Kislotali muhitda spirtlar bilan reaksiyaga kirishganda efirlar beradi.

Ammoniy, gidroksidi va boshqa ko'pgina metall asetatlar suvda yaxshi eriydi. Kumush asetatlar CH 3 COOAg va simob (I) boshqa metallarning atsetatlariga qaraganda suvda kamroq eriydi.

1. Temir (III) xlorid bilan reaksiya (farmakopeya).

PH = 5-8 da Fe (III) kationlari bilan atsetat - ion eriydigan to'q qizil (kuchli choy rangi) atsetat yoki temir (III) gidroksiasetat hosil qiladi.

Suvli eritmada qisman gidrolizlanadi; eritmaning mineral kislotalar bilan kislotalanishi gidrolizni inhibe qiladi va eritmaning qizil rangining yo'qolishiga olib keladi.

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

Qaynatganda eritmadan asosiy temir atsetat (III) ning qizil-jigarrang cho'kmasi tushadi:

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

Temir (III) va asetat ionlari kontsentratsiyasining nisbatiga qarab, cho'kmaning tarkibi o'zgarishi va masalan, Fe OH (CH 3 COO) 2, Fe 3 (OH) 2 O 3 formulalariga mos kelishi mumkin. (CH 3 COO), Fe 3 O (OH) (CH 3 COO) 6 yoki Fe 3 (OH) 2 (CH 3 COO) 7.

Reaksiyaga temir (III) bilan cho'kma hosil qiluvchi CO 3 2 -, SO 3 "-, PO 4 3 -, 4 anionlari, shuningdek, SCN-anionlar (Fe 3+ kationlari bilan qizil komplekslar beradigan) aralashadi. yodid - ion G, yod 1 2 gacha oksidlanib, eritmaga sariq rang beradi.

2. Sulfat kislota bilan reaksiyasi.

Asetat - kuchli kislotali muhitda ion zaif sirka kislotasiga aylanadi, uning bug'lari sirkaning o'ziga xos hidiga ega:

CH 3 COO- + H +<- СН 3 СООН

Reaksiyaga NO 2 \ S 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 - anionlari to'sqinlik qiladi, ular ham konsentrlangan H 2 SO4 muhitida o'ziga xos hidli gazsimon mahsulotlarni chiqaradi.

3. Sirka etil efirining hosil boʻlish reaksiyasi (farmakopeya).

Reaksiya sulfat kislotali muhitda olib boriladi. Etanol bilan:

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

Chiqarilgan etil asetat xarakterli yoqimli hid bilan aniqlanadi. Kumush tuzlari bu reaksiyani katalizlaydi, shuning uchun reaksiya jarayonida oz miqdorda AgNO 3 qo'shish tavsiya etiladi.

Xuddi shunday, amil spirti C 5 HcOH bilan reaksiyaga kirishganda, yoqimli hidli amil asetat CH 3 COOC 5 Ni (-nok-) ham hosil bo'ladi.Etil asetatning xarakterli hidi seziladi, bu aralashmaning ehtiyotkorlik bilan qizdirilishi bilan kuchayadi.

Analitik reaksiyalar tartrat - ROS ioni - CH(OH) - CH(OH) - COMP. Tartrat ioni - kuchsiz ikki asosli tartarik kislotaning anioni:

HO-CH-COOH

HO-CH-COOH

Tartrat - ion suvda yaxshi eriydi. Suvli eritmalarda tartrat ionlari rangsiz, gidrolizga uchraydi va kompleks hosil bo'lishga moyil bo'lib, ko'plab metallarning kationlari bilan barqaror tartrat komplekslarini beradi. Tartar kislotasi ikki qator tuzlarni hosil qiladi - tarkibida ikki zaryadli tartrat - COCH (OH) CH (OH) COO - ioni bo'lgan o'rta tatratlar va kislotali tartratlar - bir zaryadli gidrotartrati bo'lgan gidrotartratlar - HOOOCH (OH) CH (OH) COO - ion. Kaliy gidrotartrat (-tartar-) KNS 4 H 4 O 6 suvda amalda erimaydi, u kaliy kationlarini ochish uchun ishlatiladi. O'rtacha kaltsiy tuzi ham suvda ozgina eriydi. O'rtacha kaliy tuzi K 2 C 4 H 4 O 6 suvda yaxshi eriydi.

I. Kaliy xlorid bilan reaksiya (farmakopeya).

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

2. Rezorsin bilan kislotali muhitda reaksiya (farmakopeya).

Tartratlar konsentrlangan sulfat kislota muhitida rezorsinol meta - C 6 H 4 (OH) 2 bilan qizdirilganda gilos qizil reaksiya mahsulotlarini hosil qiladi.

14) Kumushning ammiak kompleksi bilan reaksiyalari. Metall kumushning qora cho'kmasi tushadi.

15) Temir (II) sulfat va vodorod periks bilan reaksiya.

Tartratlar bo'lgan eritmaga FeSO 4 va H 2 O 2 ning suyultirilgan suvli eritmasini qo'shish. ezilgan rangdagi beqaror temir kompleksining shakllanishiga olib keladi. NaOH ning gidroksidi eritmasi bilan keyingi ishlov berish kompleksning ko'k rangga ega bo'lishiga olib keladi.

Oksalat ionining analitik reaktsiyalari C 2 O 4 2-

Oksalat ioni C 2 O 4 2- - ikki asosli oksalat kislota H 2 C 2 O 4 anioni o'rtacha quvvatli, suvda nisbatan yaxshi eriydi. Suvli eritmalardagi oksalat ioni rangsiz, qisman gidrolizlangan, kuchli qaytaruvchi, samarali ligand - ko'plab metallarning kationlari bilan barqaror oksalat komplekslarini hosil qiladi. Ishqoriy metallarning oksalatlari, magniy va ammoniy suvda eriydi, boshqa metallar esa suvda ozgina eriydi.

1 Bariy xlorid bilan reaksiya Ba 2+ + C 2 O 4 2- \u003d BaC 2 O 4 (oq) Cho'kma mineral kislotalarda va sirka kislotasida (qaynatilganda) eriydi. 2. Kaltsiy xlorid bilan reaksiya (farmakopeya): Ca 2+ + C 2 O 4 2 - = CaC 2 O 4 (oq)

Cho'kma mineral kislotalarda eriydi, lekin sirka kislotasida erimaydi.

3. Kumush nitrat bilan reaksiyasi.

2 Ag + + C 2 O 4 2 - -> Ag2C2O 4 .|.(qaymoqli) Eruvchanlik sinovi. Cho'kma 3 qismga bo'linadi:

a). Birinchi probirkaga cho‘kma bilan HNO 3 eritmasidan tomchilab, cho‘kma eriguncha aralashtiriladi;

b). Ammiakning konsentrlangan eritmasidan cho`kma bilan ikkinchi probirkaga tomchilab, cho`kma eriguncha aralashtiriladi; ichida). Uchinchi probirkaga 4-5 tomchi HCl eritmasidan cho'kma qo'shing; Probirkada kumush xloridning oq cho'kmasi qoladi:

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

4. Kaliy permanganat bilan reaksiyasi. Kislotali muhitda KMPO 4 bilan oksalat ionlari CO 2 ajralib chiqishi bilan oksidlanadi; KMnO 4 eritmasi marganets (VII) ning marganets (II) ga qaytarilishi tufayli rangsiz bo'ladi:

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

KMPO 4 ning suyultirilgan eritmasi. Ikkinchisining rangi o'zgargan; gaz pufakchalarining chiqishi bor - CO 2 .

38 VA guruhining elementlari

Davriy sistemaning VA guruhining umumiy xarakteristikasi. s x p y sifatida elektron konfiguratsiya tashqi energiya darajasi VA guruhining elementlari.

Arsenik va surma turli xil allotropik modifikatsiyaga ega: molekulyar va metall kristall panjaralari bilan. Biroq, katyonik shakllarning barqarorligini taqqoslash asosida (As 3+, Sb 3+) mishyak metall bo'lmagan, surma esa metall sifatida tasniflanadi.

VA guruhining elementlari uchun barqaror oksidlanish darajasi

Azotdan vismutgacha (metall bo'lmagan xususiyatlar kamaygan holda):

w salbiy oksidlanish darajasining barqarorligini pasaytiradi (-3) (m. vodorod birikmalarining xossalari)

w eng yuqori musbat oksidlanish darajasining barqarorligi pasayadi (+5)

w past ijobiy oksidlanish holatining barqarorligini oshiradi (+3)