Элементы главной подгруппы IV группы периодической системы

Главную подгруппу IV группы периодической системы элементов составляют углерод, кремний, германий, олово и свинец. Элемент Номер Атомная масса Электронная конфигурация Углерод б 12,011 l.v!2r2/>; Кремний 14 28,085 1 л-22.уг2/>л3л-33/ї- Германий 32 72,59 Іл^г/^ЗpV4.r4p2 Олово 50 118,69 Ь^-2/>ЧгЗ/)лЗМ<Г5л-5/>г Свинец 82 207.2

Электронная конфигурация./^-элементы. Внешний электронный алой содержит по четыре электрона, электронная формула внешнего слоя пЛір1. Углерод и кремний являются неметаллами, германий, олово и свинец — переходными элементами.

Свойства. Элементы этой подгруппы образуют оксиды с общей формулой RO и RO, н водородные соединения с формулой RH4. От углерода к свинцу свойства оксидов изменяются от кислотных (СО,, SiO,) до амфотерных (SnO,, PbO,). PbO и SnO являются основными оксидами. От углерода к свинцу уменьшается прочность водородных соединений. Изменяется и характер гидратов: так, Н,СО,. H,SiO}—слабые кислоты: Pb(OH),, Sn(OH),, Ge(OH),—амфотерные основания. В подгруппе с ростом порядкового номера уменьшается энергия ионизации и увеличивается атомный радиус, т. е. неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.

Кремний

Нахождение в природе. В свободном виде кремний не встречается, бывает только в виде соединений. Наиболее стойким соединением кремния является оксид кремния (IV), или кремнезем. Кристаллический кремнезем находится в природе главным образом в виде минерала кварца. На дне морей имеются отложения тонкого пористого аморфного кремнезема, который называют трепелом, кизельгуром или инфузорной землей. Кремний входит в состав полевого шпата, слюды, глины, асбеста

Физические свойства. Кремний — темно-серое вещество с металлическим блеском. Он хрупок и, как и углерод, тугоплавок. Обладает полупроводниковыми свойствами.

Химические свойства. Восстановитель. Непосредственно реагирует только со фтором: Si + 2F, = SiF4 (фторид кремния).

Кремний не взаимодействует с кислотами (кроме смеси плавиковой и азотной кислот), в то время как со щелочами реагирует очень энергично: Si + 2NaOH + Н,0 = Na,SiO, + +2Н,Т.

При нагревании кремний соединяется с кислородом: Si + О, = SiO,.

Кремний образует также соединение с водородом — силан: SiH4: Si + 2Н, = SiH4.

С углеродом кремний образует карборунд (карбид кремния) — кристаллическое, построенное по типу алмаза вещество: Si02 + 2С = SiC + С02.

Соединения кремния с металлами называются силицидами: Si + 2Mg = Mg,Si (силицид магния).

Применение. Кремний применяют главным образом для изготовления полупроводниковых приборов, получения сплавов, восстановления металлов из оксидов.

Получение. Получают кремний путем его восстановления из кремнезема: SiO, + 2Mg = 2MgO + Si.

В промышленности кремнезем восстанавливают углем в электрических печах: SiO, + 2С = Si + 2СО.

Соединения кремния

Оксид кремния (IV), и їй кремнезем.

Твердое, очень тугоплавкое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и не вступающее с ней во взаимодействие. По химическим свойствам оксид кремния (IV) относится к кислотным оксидам. С оксидом кремния (IV) непосредственно реагирует только плавиковая кислота: SiO, + 4HF = SiF4 + 2Н.О.

При сплавлении оксида кремния (IV) с щелочами, основными оксидами и карбонатами образуются соли кремниевой кислоты — силикаты:

SiO, + 2NaOH = Na,SiO, + Н,0; SiO, + CaO = CaSiO,;

Si02 + K2CO, = K,Si03 + CO,T.

Кремниевая кислота. Относится к слабым кислотам; малорастворима в воде. Молекулы кремниевой кислоты в водных растворах практически не диссоциируют. Формула H,Si03 является условной. В действительности кремниевая кислота существует в виде соединения (H,SiOJn или поликремниевых кислот. При длительном хранении от кремниевой кислоты отщепляются молекулы воды и она превращается в SiO,. При нагревании кремниевая кислота также распадается на оксид кремния (IV) и воду: H2Si03 = Н20 + SiO,.

Силикатная промышленность

Силикатная промышленность объединяет в основном керамическое, стекольное и цементное производства.

Производство керамики. Керамика — материалы и изделия, изготовляемые из огнеупорных веществ — глины, карбидов и оксидов некоторых металлов. К керамическим изделиям относят кирпич, черепицу, облицовочные плитки, глиняную посуду, изделия из фарфора и фаянса.

Процесс изготовления керамических изделий состоит из приготовления керамической массы, формования, сушки и обжига. При обжиге происходит спекание, обусловленное химическими реакциями в твердой фазе. Обжиг обычно проводят при температуре 900 °С. Спекание проводится по строго определенному режиму и приводит к получению материала, обладающего заданными свойствами. Производство стекла. Стекло оконное состоит главным образом из силикатов натрия и калия, сплавленных с оксидом кремния (IV). состав приблизительно выражается формулой Na20 • CaO • 6Si02. Сырьем для его получения служат белый песок, сода, известняк или мел. При сплавлении этих веществ происходят следующие реакции:

СаСО, + SiO, = CaSiO, + СО,Т; Na,COi + SiO, = Na,SiO, + CO,1\ •

Силикаты натрия и кальция вместе с кремнеземом сплавляются в массу, которая постепенно охлаждается:

Na,SiO, + CaSiO, + 4SiO, = Nap CaO • CSiOr

Производство цемента. Цемент — один из важнейших материалов, изготавливаемых силикатной промышленностью. Он в огромных количествах используется при строительных работах. Обычный цемент (силикатцемент или портландцемент) получают путем обжига смеси глины с известняком. При обжиге цементной смеси карбонат кальция разлагается на оксид углерода (IV) и оксид кальция: последний вступает во взаимодействие с глиной. При этом образуются силикаты и алюминаты кальция.

<< | >>
Источник: Копылова Н.А.. Шпаргалка по химии / Н.А. Копылова. — Изд. 2-е. — Ростов н/Д : Феникс,. — 94 с. — (Библиотека школьника).. 2012

Еще по теме Элементы главной подгруппы IV группы периодической системы:

  1. Элементы главной подгруппы V группы периодической системы
  2. Элементы главной подгруппы VI группы периодической системы
  3. Элементы главной подгруппы III группы
  4. Свойства элементов главной подгруппы II группы
  5. Три главные группы живых организмов
  6. Система, структура, элементы.
  7. 4.5 Элементы АИУС в системе управления
  8. 4.4. СУЩНОСТЬ И ЭЛЕМЕНТЫ ТАРИФНОЙ СИСТЕМЫ
  9. 4.2. Структура и основные элементы системы управления
  10. 3.7. Система права: понятие и структурные элементы
  11. 8.7. Целое, строение, часть; система, структура, элемент
  12. Тема52. Понятие финансов. Финансовая система и ее элементы.
  13. Металлы побочных подгрупп
  14. Приложение 4. Элементы системы отчетности по альтернативному предоставлению услуг