طرح درس

مشخصات کلی عناصر گروه IV A.

کربن و سیلیکون

هدف:

آموزشی:ایجاد یک ایده کلی در دانش آموزان از عناصر موجود در گروه 4، مطالعه خواص اساسی آنها، در نظر گرفتن نقش بیوشیمیایی آنها و استفاده از ترکیبات اصلی عناصر.

رشدی:توسعه مهارت در گفتار نوشتاری و شفاهی، تفکر و توانایی استفاده از دانش کسب شده برای حل وظایف مختلف.

آموزش دادن:احساس نیاز به یادگیری چیزهای جدید را در خود پرورش دهید.

پیشرفت درس

تکرار موضوع تحت پوشش:

نافلزات چند عنصر هستند؟ جایگاه آنها را در PSHE نشان دهید؟

چه عناصری به عنوان ارگانوژن طبقه بندی می شوند؟

وضعیت تجمع تمام نافلزات را نشان دهید.

مولکول های غیر فلزی از چند اتم تشکیل شده اند؟

چه اکسیدهایی را غیر نمک ساز می نامند؟ فرمول اکسیدهای غیر فلزی تشکیل دهنده نمک را بنویسید.

Cl 2 → HCl → CuCl 2 → ZnCl 2 → AgCl

آخرین معادله واکنش را به صورت یونی بنویسید.

معادلات واکنش ممکن را اضافه کنید:

1) H 2 + Cl 2 = 6) CuO + H 2 =

2) Fe + Cl 2 = 7) KBr + I 2 =

3) NaCl + Br 2 = 8) Al + I 2 =

4) Br 2 + KI = 9) F 2 + H 2 O =

5) Ca + H 2 = 10) SiO 2 + HF =

معادلات واکنش برهمکنش نیتروژن با کلسیم را بنویسید. ب) با هیدروژن؛ ج) با اکسیژن

زنجیره ای از تحولات را انجام دهید:

N 2 → Li 3 N → NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3

هنگامی که 192 گرم نیتریت آمونیوم با واکنش NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O تجزیه شد، 60 لیتر نیتروژن به دست آمد. بازده محصول را از نظر تئوری ممکن بیابید.

یادگیری مطالب جدید.

گروه 4A شامل عناصر p است: کربن، سیلیکون، ژرمانیوم، قلع و سرب. با تفاوت در تعداد سطوح انرژی، اتم های تحریک نشده آنها دارای 4 الکترون در سطح بیرونی هستند. به دلیل افزایش تعداد لایه های الکترونیکی پر شده و اندازه اتم در گروه از بالا به پایین، جاذبه الکترون های ظرفیت بیرونی به سمت هسته ضعیف می شود، بنابراین خواص غیرفلزی عناصر در زیر گروه از از بالا به پایین ضعیف شده و خواص فلزی افزایش یافته است. با این حال، کربن و سیلیکون خواص متفاوتی با سایر عناصر دارند. اینها غیر فلزات معمولی هستند. ژرمانیوم خصوصیات فلزی دارد و در قلع و سرب بر غیر فلزی غالب است.

در طبیعت کربندر حالت آزاد به شکل الماس و گرافیت یافت می شود. محتوای کربن در پوسته زمین حدود 0.1٪ است. این بخشی از کربنات های طبیعی است: سنگ آهک، سنگ مرمر، گچ، منیزیت، دولومیت. کربن جزء اصلی مواد آلی است. زغال سنگ، ذغال سنگ نارس، نفت، چوب و گاز طبیعی معمولاً مواد قابل احتراق در نظر گرفته می شوند که به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرند.

خواص فیزیکیکربن به عنوان یک ماده ساده در چندین شکل آلوتروپیک وجود دارد: الماس، گرافیت، کاربین و فولرن، که خواص فیزیکی به شدت متفاوتی دارند، که با ساختار شبکه‌های کریستالی آنها توضیح داده می‌شود. کاربین –یک پودر سیاه کریستالی ریز که ابتدا در دهه 60 توسط شیمیدانان شوروی سنتز شد و بعداً در طبیعت یافت شد. هنگامی که بدون دسترسی به هوا تا دمای 2800 درجه گرم می شود، به گرافیت تبدیل می شود. فولرن -در دهه 80، ساختارهای کروی تشکیل شده توسط اتم های کربن سنتز شدند، به نام فولرن هاآنها ساختارهای بسته ای هستند که از تعداد معینی اتم کربن تشکیل شده اند - C 60، C 70.

خواص شیمیایی.از نظر شیمیایی، کربن در شرایط عادی بی اثر است. واکنش پذیری با افزایش دما افزایش می یابد. در دماهای بالا کربن با هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، هالوژن ها، آب و برخی فلزات و اسیدها واکنش می دهد.

هنگامی که بخار آب از زغال سنگ داغ یا کک عبور می کند، مخلوطی از مونوکسید کربن (II) و هیدروژن به دست می آید:

سی + اچ 2 O = CO + اچ 2 (بخار آب ),

این واکنش در 1200 درجه انجام می شود، در دمای زیر 1000 درجه اکسیداسیون رخ می دهد. CO 2 :

C + 2اچ 2 O= CO 2 + 2 اچ 2 .

یک فرآیند مهم صنعتی تبدیل گاز آب به متانول (متیل الکل) است:

CO + 2اچ 2 = CH 3 او

هنگامی که کربن در معرض دماهای بالا قرار می گیرد، می تواند با فلزات تعامل کند و تشکیل شود کاربید،در میان آنها، "متانیدها" و "استیلنیدها" بسته به اینکه چه گازی در هنگام تعامل با آب یا اسید آزاد می شود، متمایز می شوند:

SaS 2 + HCl = CaCl 2 + سی 2 اچ 2

ال 4 سی 3 + 12 اچ 2 O = 2 ال(اوه) 3 ↓ + 3 CH 4

کاربید کلسیم که با حرارت دادن آهک CaO و کک در کوره های الکتریکی بدون دسترسی هوا به دست می آید، از اهمیت عملی زیادی برخوردار است:

CaO + 3C = CaC 2 + CO

کاربید کلسیم برای تولید استیلن استفاده می شود:

SaS 2 + 2 اچ 2 O= Ca(OH) 2 + سی 2 اچ 2

با این حال، کربن با واکنش هایی مشخص می شود که در آن خواص کاهشی از خود نشان می دهد:

2 ZnO + سی = روی+ CO 2

سییکسان سازی کربن

مونوکسید کربن (CO) مونوکسید کربن است. در صنعت، با عبور دی اکسید کربن روی زغال سنگ داغ در دمای بالا تولید می شود. در شرایط آزمایشگاهی، CO از اثر اسید سولفوریک غلیظ روی اسید فرمیک هنگام گرم شدن به دست می آید (اسید سولفوریک آب را می برد):

UNSOUN =اچ 2 O+ CO

مونوکسید کربن (CO 2) دی اکسید کربن است. در اتمسفر، دی اکسید کربن 0.03 درصد حجمی یا 0.04 درصد جرم است. آتشفشان ها و چشمه های آب گرم جو را تامین می کنند و در نهایت انسان سوخت های فسیلی را می سوزاند. اتمسفر دائماً با آب اقیانوس مبادله گاز می کند که 60 برابر بیشتر از جو دی اکسید کربن دارد. مشخص است که دی اکسید کربن نور خورشید را در ناحیه مادون قرمز طیف به خوبی جذب می کند. بنابراین، دی اکسید کربن ایجاد می کند اثر گلخانه ایو دمای کره زمین را تنظیم می کند.

در شرایط آزمایشگاهی، دی اکسید کربن از اثر اسید کلریدریک بر روی سنگ مرمر تولید می شود:

حدودCO 3 + 2 HCl = CaCl 2 + اچ 2 O+ CO 2

خاصیت عدم پشتیبانی دی اکسید کربن از احتراق در وسایل آتش نشانی استفاده می شود. با افزایش فشار، حلالیت دی اکسید کربن به شدت افزایش می یابد. این اساس استفاده از آن در تولید نوشابه های گازدار است.

اسید کربنیک فقط در محلول وجود دارد. هنگامی که محلول گرم می شود، به مونوکسید کربن و آب تجزیه می شود. نمک های اسید پایدار هستند، اگرچه خود اسید ناپایدار است.

مهمترین واکنش به یون کربنات، عمل اسیدهای معدنی رقیق - هیدروکلریک یا سولفوریک است. همزمان با خش خش حباب هایی از دی اکسید کربن آزاد می شود و با عبور از محلول هیدروکسید کلسیم (آب آهک) در اثر تشکیل کربنات کلسیم کدر می شود.

سیلیکونپس از اکسیژن، فراوان ترین عنصر روی زمین است. 25.7 درصد از جرم پوسته زمین را تشکیل می دهد. بخش قابل توجهی از آن توسط اکسید سیلیکون نشان داده شده است سیلیسکه به صورت ماسه یا کوارتز به وجود می آید. در شکل بسیار خالص، اکسید سیلیکون به عنوان یک ماده معدنی به نام وجود دارد کریستال سنگیاکسید سیلیکون کریستالی رنگ شده با ناخالصی های مختلف، سنگ های قیمتی و نیمه قیمتی را تشکیل می دهد: عقیق، آمتیست، یاس. گروه دیگری از ترکیبات طبیعی سیلیکون سیلیکات ها - مشتقات هستند اسید سیلیسیک

در صنعت، سیلیکون از احیای اکسید سیلیکون با کک در کوره های الکتریکی به دست می آید:

SiO 2 + 2 سی = سی + 2 CO

در آزمایشگاه ها از منیزیم یا آلومینیوم به عنوان عوامل کاهنده استفاده می شود:

SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO

3 SiO 2 + 4Al = Si + 2Al 2 O 3 .

خالص ترین سیلیکون با کاهش تتراکلرید سیلیکون با بخار روی به دست می آید:

SiCl 4 + 2 روی = سی + 2 ZnCl 2

خواص فیزیکیسیلیکون کریستالی یک ماده شکننده به رنگ خاکستری تیره با درخشندگی فولادی است. ساختار سیلیکون شبیه الماس است. سیلیکون به عنوان نیمه هادی استفاده می شود. به اصطلاح پنل های خورشیدی از آن ساخته می شود که انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. از سیلیکون در متالورژی برای تولید فولادهای سیلیکونی استفاده می شود که مقاومت حرارتی و مقاومت اسیدی بالایی دارند.

خواص شیمیایی.از نظر خواص شیمیایی، سیلیکون مانند کربن یک غیر فلز است، اما غیرفلزی بودن آن کمتر مشخص است، زیرا شعاع اتمی زیادی دارد.

در شرایط عادی، سیلیکون از نظر شیمیایی کاملاً بی اثر است. مستقیماً فقط با فلوئور واکنش می دهد و سیلیکون فلوراید تشکیل می دهد:

سی + 2 اف 2 = SiF 4

اسیدها (به جز مخلوطی از اسید هیدروفلوئوریک و اسید نیتریک) هیچ تأثیری بر سیلیکون ندارند. اما در هیدروکسیدهای فلزات قلیایی حل می شود:

Si + NaOH + H 2 O=Na 2 SiO 3 + 2 ساعت 2

در دمای بالا در یک کوره الکتریکی، مخلوطی از ماسه و کک، کاربید سیلیکون تولید می کند SiC– کربوراندوم:

SiO 2 + 2C =SiC+ CO 2

سنگ زنی و چرخ های سنگ زنی از کاربید سیلیکون ساخته شده اند.

ترکیبات فلزات با سیلیکون نامیده می شود سیلیسیدها:

سی + 2 Mg = Mg 2 سی

هنگامی که سیلیسید منیزیم با اسید هیدروکلریک تصفیه می شود، ساده ترین ترکیب هیدروژنی سیلیکون به دست می آید. سیلان –SiH 4 :

Mg 2 سی+ 4NSل = 2 MdCl 2 + SiH 4

سیلان گازی سمی با بوی نامطبوع است که در هوا قابل اشتعال است.

ترکیبات سیلیکونی دی اکسید سیلیکون- ماده ای جامد و نسوز. در طبیعت به دو نوع توزیع می شود سیلیس کریستالی و آمورف. اسید سیلیسیک- اسید ضعیفی است که وقتی گرم می شود به راحتی به آب و دی اکسید سیلیکون تجزیه می شود. می توان آن را به صورت یک توده ژلاتینی حاوی آب یا به صورت محلول کلوئیدی (سل) به دست آورد. نمک های اسید سیلیسیکنامیده می شوند سیلیکات هاسیلیکات های طبیعی ترکیبات کاملاً پیچیده ای هستند. فقط سیلیکات های سدیم و پتاسیم در آب محلول هستند. نامیده می شوند شیشه محلول،و راه حل آنها – شیشه مایع

وظایف برای تجمیع

2. معادلات واکنش احتمالی را اضافه کنید و مسئله را حل کنید.

1 تیم	تیم دوم	تیم 3
	H2SO4 + HCl -	CaCO 3 +؟ -؟ + CO 2 + H 2 O
NaOH + H 2 SO 4 -	CaCO 3 + H 2 SO 4 -	K 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O -
		CaCl 2 + Na 2 Si O 3 -
Si O 2 + H 2 SO 4 -
Ca 2 + + CO 3 -2 -		CaCl 2 ++ NaOH -
وظیفه: هنگامی که اکسید آهن (111) با کربن احیا شد، 08/10 گرم آهن به دست آمد که 90 درصد از بازدهی ممکن از لحاظ نظری بود. جرم اکسید آهن (III) گرفته شده چقدر است؟	وظیفه: چه مقدار سیلیکات سدیم از ذوب اکسید سیلیکون (IV) با 64.2 کیلوگرم سودا حاوی 5 درصد ناخالصی به دست می آید؟	وظیفه: اثر هیدروکلریک اسید روی 50 گرم کربنات کلسیم، 20 گرم مونوکسید کربن (IV) تولید کرد. بازده مونوکسید کربن (IV) (بر حسب درصد) از نظر تئوری ممکن چقدر است؟

جدول کلمات متقاطع.

پدر مورد عمودی: 1. نمک اسید کربنیک.

افقی: 1. سخت ترین ماده طبیعی روی زمین. 2. مصالح ساختمانی. 3. ماده ای که برای تهیه خمیر استفاده می شود. 4. ترکیبات سیلیکون با فلزات. 5. عنصر زیر گروه اصلی 1V از گروه PS از عناصر شیمیایی. 6. نمک های اسید کربنیک حاوی هیدروژن. 7. ترکیب سیلیکونی طبیعی.

تکالیف:صص 210 – 229.

عناصر زیرگروه اصلی گروه IV شامل کربن (C)، سیلیکون (Si)، ژرمانیوم (Ge)، قلع (Sn) و سرب (Pb) است. در این سری، عناصر در ماهیت شیمیایی خود به قدری متفاوت هستند که هنگام مطالعه خواص آنها، توصیه می شود آنها را به دو زیر گروه تقسیم کنید: کربن و سیلیکون زیر گروه کربن، ژرمانیوم، قلع و سرب زیر گروه ژرمانیوم را تشکیل می دهند.

مشخصات کلی زیر گروه

شباهت عناصر:

ساختار یکسان لایه الکترونیکی بیرونی اتم ها ns 2 nр 2.

عناصر P؛

بالاتر S.O. +4;

ظرفیت های معمولی II، IV.

حالت های ظرفیت اتم ها

برای اتم های همه عناصر، 2 حالت ظرفیت ممکن است:

1. پایه (غیر هیجانی) ns 2 np 2

2. هیجان زده ns 1 np 3

مواد ساده

عناصر زیر گروه در حالت آزاد مواد جامد را تشکیل می دهند که در بیشتر موارد دارای شبکه کریستالی اتمی هستند. آلوتروپی مشخصه است

هر دو خواص فیزیکی و شیمیایی مواد ساده به طور قابل توجهی متفاوت است و تغییرات عمودی اغلب غیر یکنواخت هستند. معمولاً این زیر گروه به دو بخش تقسیم می شود:

1 - کربن و سیلیکون (غیر فلزات)؛

2 - ژرمانیوم، قلع، سرب (فلزات).

قلع و سرب فلزات معمولی هستند، مانند سیلیکون، نیمه هادی است.

اکسیدها و هیدروکسیدها

اکسیدهای پایین EO

CO و SiO اکسیدهای غیر نمک ساز هستند

GeO، SnO، PbO - اکسیدهای آمفوتریک

اکسیدهای بالاتر EO +2 O

CO 2 و SiO 2 - اکسیدهای اسیدی

GeO 2 , SnO 2 , PbO 2 - اکسیدهای آمفوتریک

مشتقات هیدروکسی متعددی از انواع EO nH 2 O و EO 2 nH 2 O وجود دارد که خواص اسیدی یا آمفوتریک ضعیفی از خود نشان می دهند.

ترکیبات هیدروژنی EN 4

به دلیل نزدیک بودن مقادیر EO، پیوندهای E-H کووالانسی و کم قطبی هستند. در شرایط عادی، هیدریدهای EN 4 گازهایی هستند که در آب حلالیت کمی دارند.

CH 4 - متان؛ SiH 4 - سیلان؛ GeH 4 - ژرمانیوم؛ SnH 4 - استانن. PbH 4 - دریافت نشده است.

قدرت مولکولی ↓

فعالیت شیمیایی

ظرفیت احیا کننده

متان از نظر شیمیایی غیر فعال است، هیدریدهای باقی مانده بسیار واکنش پذیر هستند، آنها کاملاً توسط آب تجزیه می شوند و هیدروژن آزاد می کنند:

EN 4 + 2H 2 O = EO 2 + 4H 2

EN 4 + 6H 2 O = H 2 [E(OH) 6 ] + 4H 2

روش های به دست آوردن

هیدریدهای EN 4 به طور غیرمستقیم به دست می آیند، زیرا سنتز مستقیم از مواد ساده فقط در مورد CH 4 امکان پذیر است، اما این واکنش نیز به صورت برگشت پذیر و در شرایط بسیار سخت رخ می دهد.

معمولاً برای به دست آوردن هیدریدها از ترکیبات عناصر مربوطه با فلزات فعال استفاده می شود ، به عنوان مثال:

Al 4 C 3 + 12H 2 O = ZSN 4 + 4Al(OH) 2

Mg 2 Si + 4HCl = SiH 4 + 2MgCl 2

هیدروکربن ها، هیدروکربن های سیلیکونی، هیدروکربن های آلمانی.

کربن و هیدروژن، علاوه بر CH 4، ترکیبات بی شماری C x H y - هیدروکربن ها را تشکیل می دهند (موضوع مطالعه شیمی آلی).

سیلیکون های هیدروژن و هیدروژن های ژرمنی با فرمول عمومی E n H 2n+2 نیز به دست آمده اند. هیچ اهمیت عملی ندارند.

از نظر اهمیت، 2 عنصر از زیر گروه اصلی گروه چهارم جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص می دهند. کربن اساس ترکیبات آلی است، بنابراین عنصر اصلی ماده زنده است. سیلیکون عنصر اصلی تمام طبیعت بی جان است.

خواص فلزی افزایش یافته، خواص غیرفلزی کاهش می یابد. در لایه بیرونی 4 الکترون وجود دارد.

خواص شیمیایی(بر پایه کربن)

تعامل با فلزات:

4Al + 3C = Al 4 C 3 (واکنش idset در دمای بالا)

تعامل با غیر فلزات:

2H 2 + C = CH 4

تعامل با آب:

C + H 2 O = CO + H 2

2Fe 2 O 3 + 3C = 3CO 2 + 4Fe

تعامل با اسیدها:

3C + 4HNO3 = 3CO2 + 4NO + 2H2O

کربن. مشخصات کربن بر اساس موقعیت آن در جدول تناوبی، آلوتروپی کربن، جذب، توزیع در طبیعت، تولید، خواص. مهمترین ترکیبات کربنی

کربن (نماد شیمیایی - C، lat. Carboneum) یک عنصر شیمیایی از گروه چهاردهم (طبق طبقه بندی قدیمی - زیر گروه اصلی گروه چهارم)، دوره 2 جدول تناوبی عناصر شیمیایی است. شماره سریال 6، جرم اتمی - 12.0107.

کربن در انواع آلوتروپ ها با خواص فیزیکی بسیار متنوع وجود دارد. تنوع تغییرات به دلیل توانایی کربن برای تشکیل پیوندهای شیمیایی از انواع مختلف است.

کربن طبیعی از دو ایزوتوپ پایدار تشکیل شده است - 12C (98.93٪) و 13C (1.07٪) و یک ایزوتوپ رادیواکتیو 14C (گسترش کننده β، T½ = 5730 سال)، متمرکز در جو و قسمت بالایی پوسته زمین.

اصلاحات آلوتروپیک اصلی و به خوبی مطالعه شده کربن الماس و گرافیت هستند. در شرایط معمولی، تنها گرافیت از نظر ترمودینامیکی پایدار است، در حالی که الماس و سایر اشکال آن فراپایدار هستند. کربن مایع فقط در یک فشار خارجی خاص وجود دارد.

در فشارهای بالاتر از 60 گیگا پاسکال، تشکیل یک اصلاح بسیار متراکم C III (چگالی 15-20٪ بیشتر از چگالی الماس) که دارای رسانایی فلزی است، فرض می شود.

اصلاح کریستالی کربن سیستم شش ضلعی با ساختار زنجیره ای از مولکول ها کاربین نامیده می شود. چندین شکل از کاربین شناخته شده است که در تعداد اتم های سلول واحد متفاوت است.

Carbyne یک پودر سیاه کریستالی ریز (چگالی 1.9-2 g/cm³) است و دارای خواص نیمه هادی است. تحت شرایط مصنوعی از زنجیره های طولانی اتم های کربن که به موازات یکدیگر قرار گرفته اند به دست می آید.

کاربین یک پلیمر خطی از کربن است. در مولکول کاربین، اتم‌های کربن به‌طور متناوب یا با پیوندهای سه‌گانه و منفرد (ساختار پلی‌ن) یا به‌طور دائم با پیوندهای دوگانه (ساختار پلی‌کومولن) به‌صورت زنجیره‌ای به هم متصل می‌شوند. کاربین دارای خواص نیمه هادی است و تحت تأثیر نور رسانایی آن به شدت افزایش می یابد. اولین کاربرد عملی بر اساس این ویژگی است - در فتوسل.

واکنش کربن با گوگرد باعث تولید دی سولفید کربن CS2 و C3S2 نیز می شود.

در بیشتر فلزات، کربن کاربیدها را تشکیل می دهد، به عنوان مثال:

واکنش کربن با بخار آب در صنعت مهم است:

هنگامی که کربن گرم می شود، اکسیدهای فلز را به فلز تبدیل می کند. این خاصیت به طور گسترده در صنعت متالورژی استفاده می شود.

گرافیت در صنعت مدادسازی استفاده می شود، اما برای کاهش نرمی آن با خاک رس مخلوط می شود. الماس به دلیل سختی استثنایی که دارد، یک ماده ساینده ضروری است. در فارماکولوژی و پزشکی، ترکیبات کربن مختلف به طور گسترده ای استفاده می شود - مشتقات اسید کربنیک و اسیدهای کربوکسیلیک، هتروسیکل های مختلف، پلیمرها و سایر ترکیبات. کربن نقش مهمی در زندگی انسان دارد. کاربردهای آن به اندازه خود این عنصر چند وجهی متنوع است. به طور خاص، کربن جزء جدایی ناپذیر فولاد (تا 2.14٪ وزنی) و چدن (بیش از 2.14٪ وزنی) است.

کربن بخشی از ذرات معلق در هوا است، در نتیجه ممکن است آب و هوای منطقه تغییر کند و تعداد روزهای آفتابی کاهش یابد. کربن به صورت دوده در گازهای خروجی وسایل نقلیه، در حین احتراق زغال سنگ در نیروگاه های حرارتی، در حین استخراج زغال سنگ روباز، تبدیل به گاز زیرزمینی، تولید کنسانتره زغال سنگ و غیره وارد محیط زیست می شود. غلظت کربن بالای منابع احتراق است. 100-400μg/m³، در شهرهای بزرگ 2.4-15.9μg/m³، مناطق روستایی 0.5-0.8μg/m³. با انتشار گازهای آئروسل از نیروگاه های هسته ای، (6-15) · 109 Bq/day 14SO2 وارد جو می شود.

محتوای کربن بالا در آئروسل های جوی منجر به افزایش عوارض در جمعیت، به ویژه در دستگاه تنفسی فوقانی و ریه ها می شود. بیماری های شغلی عمدتاً آنتراکوزیس و برونشیت گرد و غبار است. در هوای محل کار، MPC، mg/m³: الماس 8.0، آنتراسیت و کک 6.0، زغال سنگ 10.0، کربن سیاه و گرد و غبار کربن 4.0؛ در هوای اتمسفر حداکثر یک بار مصرف 0.15، میانگین روزانه 0.05 میلی گرم در متر مکعب است.

مهمترین ارتباطات مونوکسید کربن (II) (مونوکسید کربن) CO. در شرایط عادی گازی بی رنگ، بی بو و بی مزه است. سمیت با این واقعیت توضیح داده می شود که به راحتی با هموگلوبین در خون ترکیب می شود.

مونوکسید کربن (IV) CO2. در شرایط عادی، گازی بی رنگ با بو و طعم کمی ترش، یک و نیم برابر سنگین تر از هوا است، نمی سوزد و احتراق را پشتیبانی نمی کند.
اسید کربنیک H2CO3. اسید ضعیف مولکول های کربنیک اسید فقط در محلول وجود دارند.

فسژن COCl2. گاز بی رنگ با بوی مشخص، نقطه جوش = 8 درجه سانتیگراد، نقطه ذوب = -118 درجه سانتیگراد. خیلی سمی کمی در آب حل می شود. واکنش پذیر. در سنتزهای آلی استفاده می شود.

8939 0

گروه 14 شامل C، Si، Ge، Sn، Pb است (جدول 1 و 2). مانند عناصر زیر گروه 3A، اینها عناصر p با پیکربندی الکترونیکی مشابه پوسته بیرونی هستند - s 2 p 2. با حرکت به سمت پایین گروه، شعاع اتمی افزایش می یابد و باعث می شود پیوند بین اتم ها ضعیف شود. با توجه به جابجایی فزاینده الکترون های لایه بیرونی اتمی، هدایت الکتریکی در همان جهت افزایش می یابد، بنابراین خواص عناصر از غیرفلزی به فلزی تغییر می کند. کربن (C) به شکل الماس یک عایق (دی الکتریک)، Si و Ge نیمه فلزات، Sn و Pb فلزات و رسانای خوب هستند.

جدول 1. برخی خواص فیزیکی و شیمیایی فلزات گروه 14

	نام		مربوط، در. وزن	فرمول الکترونیکی	شعاع، بعد از ظهر	ایزوتوپ های اصلی (%)
	کربن کربن [از لات. کربن - زغال سنگ]				کووالانسی 77 در پیوند دوگانه 67، در پیوند سه گانه 60	14 C (ردیابی)
	سیلیکون سیلیکون [از لات. سیلیس - سنگ چخماق]				اتمی 117، کووالانسی 117
	ژرمانیوم ژرمانیوم [از لات. آلمان - آلمان]			3d 10 4s 2 4p 2	اتمی 122.5، کووالانسی 122
	تین تین [از آنگلوساکسون. قلع، لات stannum]			4d 10 5s 2 5p 2	اتمی 140.5، کووالانسی 140
	سرب سرب [از آنگلوساکسون. سرب، لات. plumbum]			4f 14 5d 10 6s 2 6р 2	اتمی 175، کووالانسی 154

همه عناصر این گروه ترکیباتی با حالت اکسیداسیون +4 تشکیل می دهند. پایداری این ترکیبات هنگام حرکت به پایین گروه کاهش می یابد، زمانی که مانند ترکیبات دو ظرفیتی، برعکس، با چنین حرکتی افزایش می یابد. همه عناصر به جز سی، همچنین ترکیباتی با ظرفیت +2 تشکیل می دهند که به دلیل " اثر زوج بی اثر": با جمع کردن یک جفت خارجی س- عناصر به پوسته الکترونی داخلی به دلیل محافظت بدتر از الکترون های بیرونی د- و f-الکترون ها در مقایسه با س- و r- الکترون های پوسته داخلی اتم های بزرگ اعضای پایین گروه.

خواص عناصر این گروه امکان استفاده از آنها را به عنوان پوشش ضد جلبک (AA) برای کشتی ها فراهم کرد. اولین چنین پوشش استفاده می شود سرب، سپس آنها شروع به استفاده کردند Sn(به عنوان یک رادیکال ارگانوتین بی تروبوتیل متصل به پلیمر کربن). به دلایل زیست محیطی، در سال 1989، استفاده از این فلزات و همچنین سایر فلزات سمی در PP ( Hg، Cd، As) ممنوع شد و با PP مبتنی بر پلیمرهای ارگانوسیلیک جایگزین شد.

جدول 2.محتوای بدن، سمی (TD) و دوز کشنده (LD) فلزات گروه 14

	در پوسته زمین (%)	در اقیانوس (%)	در بدن انسان
			میانگین (با وزن بدن 70 کیلوگرم)			خون (mg/l)
							معمولاً غیر سمی است، اما به شکل سیانیدهای CO و CN بسیار سمی است
		(0.03-4.09)x10 -4					غیر سمی
		(0.07-7)x10 -10					غیر سمی
		(2.3-8.8)x10 -10			(0.33-2.4)x10 -4		TD 2 گرم، LD nd، مقداری ارگانوتین. ترکیبات بسیار سمی هستند
					(0.23-3.3)x10 -4		TD 1 میلی گرم، LD 10 گرم

کربن (C) - با تمام عناصر دیگر به اصطلاح متفاوت است کاتناسیون، یعنی توانایی تشکیل ترکیباتی که در آن اتم های آن در زنجیره ها یا حلقه های بلند به یکدیگر متصل می شوند. این خاصیت تشکیل میلیون ها ترکیبی به نام را توضیح می دهد ارگانیک، که بخش جداگانه ای از شیمی به آن اختصاص داده شده است - شیمی آلی.

توانایی کربن برای اتصال به چند ویژگی توضیح داده می شود:

اولا، قدرتارتباطات S - S. بنابراین، متوسط ​​آنتالپی این پیوند حدود 350 کیلوژول بر مول است، در حالی که آنتالپی پیوند سی - سی- تنها 226 کیلوژول بر مول.

ثانیا، توانایی منحصر به فرد اتم های کربن به هیبریداسیون: آموزش 4 sp 3-اوربیتال با جهت چهار وجهی (تضمین تشکیل پیوندهای کووالانسی ساده) یا 3 sp 2 - اوربیتال‌هایی که در یک صفحه قرار دارند (تشکیل پیوندهای دوگانه را فراهم می‌کنند) یا 2 spاوربیتال هایی با جهت خطی (تضمین تشکیل پیوندهای سه گانه).

بنابراین، کربن می تواند 3 نوع محیط هماهنگی را تشکیل دهد: خطیبرای مولکول های دو و سه اتمی، زمانی که CN عنصر 2 باشد، صفحه مثلثیدر مولکول های گرافیت، فولرن ها، آلکن ها، ترکیبات کربونیل، حلقه بنزن، زمانی که عدد هماهنگی 3 باشد، و چهار وجهیبرای آلکان ها و مشتقات آنها با CN = 4.

در طبیعت، کربن به صورت آلوتروپ، یعنی اشکال ساختاری مختلف (گرافیت، الماس، فولرن ها) و همچنین به صورت سنگ آهک و مواد خام هیدروکربنی (زغال سنگ، نفت و گاز) یافت می شود. به صورت کک در ذوب فولاد، دوده در چاپ، کربن فعال در تصفیه آب، شکر و غیره استفاده می شود.

در سال 2010، جایزه نوبل فیزیک برای مطالعه یک فرم منحصر به فرد اهدا شد با- گرافن. برندگان این جایزه، بومی روسیه، A. Geim و K. Novoselov، موفق شدند این ماده را از گرافیت به دست آورند. این یک کریستال دو بعدی است، یعنی شبیه شبکه ای از اتم های C است ضخامت یک اتم, ساختار موج مانند، که پایداری کریستال را تضمین می کند. خواص آن بسیار امیدوارکننده است: این نازک ترین ماده شفاف شناخته شده در حال حاضر است، همچنین بسیار قوی است (حدود 200 برابر قوی تر از فولاد)، و دارای رسانایی الکتریکی و حرارتی است. در دمای اتاق، مقاومت الکتریکی آن در بین تمام رساناهای شناخته شده کمترین است. در آینده نزدیک، رایانه‌های بسیار پرسرعت، صفحه‌های صفحه تخت و پنل‌های خورشیدی و همچنین آشکارسازهای گاز حساسی که به چندین مولکول گاز پاسخ می‌دهند، بر اساس گرافن ساخته خواهند شد. سایر زمینه های استفاده از آن مستثنی نیستند.

به شکل اکسید ( COو سیانیدها ( CN-) کربن بسیار سمی است زیرا فرآیندهای تنفسی را مختل می کند. مکانیسم عمل بیولوژیکی این ترکیبات متفاوت است. سیانید آنزیم تنفسی را مهار می کند سیتوکروم اکسیداز، به سرعت تماس بگیرید سی- مرکز فعال آنزیم که جریان الکترون را در بخش نهایی زنجیره تنفسی مسدود می کند. CO، که یک پایه لوئیس است، به یک اتم پیوند دارد Feدر مولکول هموگلوبین قوی تر از O 2، تشکیل کربونیل هموگلوبینفاقد قابلیت اتصال و حمل است O 2. توانایی COایجاد روابط هماهنگی با د-فلزات در حالت اکسیداسیون کم منجر به تشکیل انواع ترکیبات کربونیل می شود. به عنوان مثال، Feدر یک ماده بسیار سمی - psitacarbopyl Fe(CO) 5 - حالت اکسیداسیون صفر دارد و در کمپلکس [ Fe(CO) 4 ] 2- — حالت اکسیداسیون -2 (شکل 1).

برنج. 1.

تثبیت اتم فلز در حالت اکسیداسیون کم در کمپلکس ها با COبا توانایی کربن به بیرون زدگی به دلیل ساختار کم ارتفاع توضیح داده می شود r*-اوربیتال ها در نقش لیگاند پذیرنده. این اوربیتال ها با اوربیتال های اشغال شده فلز همپوشانی دارند و یک هماهنگی را تشکیل می دهند r- پیوندی که در آن فلز بیرون زده است اهدا کنندهالکترون ها این یکی از معدود استثناهای قاعده کلی تشکیل CS است که در آن گیرنده الکترون یک فلز است.

توضیح بیشتر خواص کربن فایده ای ندارد، زیرا در آنالیز چند عنصری، به عنوان یک قاعده، نه تنها تعیین نمی شود، بلکه ناخالصی آن در نمونه نیز نامطلوب تلقی می شود و در حین آماده سازی نمونه حداکثر حذف می شود. در تجزیه و تحلیل انتشار نوری، طیف بسیار گسترده ای را ارائه می دهد، نویز پس زمینه را افزایش می دهد و در نتیجه محدودیت حساسیت برای تشخیص عناصر در حال تعیین را کاهش می دهد. در طیف سنجی جرمی، مولکول های آلی تعداد زیادی قطعات مولکولی با وزن های مولکولی متفاوت را تشکیل می دهند که باعث تداخل قابل توجهی در تجزیه و تحلیل می شود. بنابراین، در اکثریت قریب به اتفاق موارد، تمام مواد حاوی کربن در طول آماده سازی نمونه حذف می شوند.

سیلیکون (Si) - نیمه فلزی هنگام کاهش سیلیس ( SiO 2) کربن آمورف سیاه را تشکیل می دهد سی. کریستال ها سیخلوص بالا شبیه فلز خاکستری آبی است. سیلیکون در نیمه هادی ها، آلیاژها و پلیمرها استفاده می شود. برای برخی از اشکال حیات، به عنوان مثال، برای ساخت پوسته در دیاتومها مهم است. همچنین ممکن است برای بدن انسان مهم باشد. برخی از سیلیکات ها سرطان زا هستند و برخی باعث سیلیکوزیس می شوند.

در همه اتصالات سیچهار ظرفیتی، پیوندهای شیمیایی با ماهیت کووالانسی را تشکیل می دهد. رایج ترین دی اکسید SiO 2. علیرغم بی اثر بودن شیمیایی و نامحلول بودن آن در آب، پس از ورود به بدن می تواند اسیدهای سیلیسیک و ترکیبات ارگانوسیلیکونی با خواص بیولوژیکی ضمنی تشکیل دهد. سمیت SiO 2 به پراکندگی ذرات بستگی دارد: هرچه کوچکتر باشند سمی تر هستند، اگرچه بین حلالیت اشکال مختلف همبستگی وجود دارد. SiO 2 و سیلیس زایی مشاهده نمی شود. ارتباط بین سمیت اسیدهای سیلیسیک و سیبی اثر بودن کامل گرد و غبار الماس با همان پراکندگی را ثابت می کند.

اخیراً اشاره شده است که در محیط های بیولوژیکی، اسیدهای سیلیسیک در تشکیل شرکت می کنند هیدروکسی آلومینوسیلیکات ها، و این پدیده را نمی توان با هیچ ارتباطی توضیح داد Si-C، بدون ارتباط Si-O-S. همانطور که استفاده صنعتی گسترش می یابد الو ترکیبات آن از طریق آلومینوسیلیکاتها البه طور فزاینده ای در بسیاری از واکنش های بیوشیمیایی نقش دارد. به طور خاص، گروه های عملکردی حاوی اکسیژن و فلوئور به راحتی ترکیبات پیچیده بسیار پایداری را تشکیل می دهند. ال، متابولیسم آنها را منحرف می کند.

بیشترین مطالعه در میان ترکیبات ارگانوسیلیسیون سیلیکون ها- پلیمرهایی که اسکلت مولکولی آنها متشکل از اتم های به هم پیوسته متناوب است سیو O 2. به اتم ها سیسیلیکون ها دارای گروه های آلکیل یا آریل هستند. در دسترس بودن سیدر ترکیبات آلی سیلیکون، خواص مواد زمانی که حاوی آن نباشند، به شدت تغییر می کند. به عنوان مثال، پلی ساکاریدهای رایج را می توان با استفاده از اتانول قوی جدا و خالص کرد، که پلی ساکارید را از محلول رسوب می دهد. برعکس، کربوهیدرات های حاوی سیلیکون حتی در اتانول 90 درصد رسوب نمی کنند. طبقه بندی ترکیبات ارگانوسیلیسیون در جدول ارائه شده است. 3.

جدول 3.پلیمرهای ارگانوسیلیکن

	نام و ساختار	توجه داشته باشید
		فقط شامل سی. انرژی پیوند یک زنجیره کربنی S - Sبرابر با 58.6 و y است سی - سی 42.5 کیلو کالری در مول، و بنابراین پلی ارگانوسیلان ها ناپایدار هستند.
		انرژی ارتباطی سی - او 89.3 کیلو کالری در مول. بنابراین، این پلیمرها بادوام، مقاوم در برابر دما و تخریب اکسیداتیو هستند. این دسته از پلیمرها از نظر ساختار بسیار متنوع هستند. پلی سیلاکسان های خطی به طور گسترده ای به عنوان لاستیک های مصنوعی الاستیک و مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود.
		اتم ها در زنجیره اصلی سیتوسط زنجیره ای از اتم های کربن جدا شده است.
		زنجیره اصلی شامل گروه های سیلوکسان است که توسط زنجیره های کربنی از هم جدا شده اند.
		زنجیره اصلی از اتم ها تشکیل شده است با، و اتم ها سیدر گروه های جانبی یا شاخه ها موجود است.
		زنجیره های ماکرومولکولی شامل اتم ها هستند سی، اوو فلزات، که در آن M = Al، Ti، Sb، Sn، B.

محتمل ترین مکانیسم توسعه سیلیکوزیستخریب فاگوسیت هایی را که ذرات را جذب کرده اند در نظر بگیرید SiO 2. ذرات سیلیکون هنگام تعامل با لیزوزوم ها، لیزوزوم ها و خود سلول فاگوسیت را از بین می برند و باعث آزاد شدن آنزیم ها و قطعاتی از مولکول های اندامک می شوند. آنها با فاگوسیت های دیگر تعامل دارند، یعنی یک فرآیند زنجیره ای مرگ فاگوسیت آغاز می شود. اگر مقدار مشخصی اسید سیلیسیک در سلول وجود داشته باشد، این فرآیند تسریع می شود. تجمع ماکروفاژهای مرده شروع به تولید کلاژن در فیبروبلاست های اطراف می کند که در نتیجه اسکلروز در ضایعه ایجاد می شود.

اسید سیلیسیک کلوئیدی یک همولیتیک قوی است، نسبت پروتئین های سرم را تغییر می دهد، تعدادی از آنزیم های تنفسی و بافتی را مهار می کند و متابولیسم بسیاری از مواد از جمله فسفر را مختل می کند. اخیراً توجه زیادی به آن شده است یون سیلیوم (R3Si+). آنها توانایی منحصر به فرد اتم را نشان می دهند سیحوزه هماهنگی خود را به شکل افزایش الکتروفیلی آن گسترش دهد. با هر هسته دوست، از جمله یون های بار مخالف (از جمله واسطه های متابولیک واکنش پذیر) و مولکول های حلال، تعامل دارد. بنابراین، در فازهای متراکم آنها "گریزان" می شوند و شناسایی آنها دشوار است (کوچینا و همکاران، 2006).

پلیمرهای ارگانوسیلیکن (OSPs) برای اولین بار به عنوان پوشش ضد جلبک خود صیقل شونده برای بدنه کشتی استفاده شد (Tsukerman and Rukhadze, 1996). با این حال، سپس روش‌های مختلفی برای استفاده از COP در سایر بخش‌های اقتصاد ملی، به ویژه در پزشکی به عنوان پروتزهای استخوانی بادوام پیشنهاد شد.

ژرمانیوم (جنرال الکتریک) - نیمه فلزی آمفوتریک؛ در خلوص فوق العاده بالا مانند کریستال های شکننده به رنگ نقره ای-سفید به نظر می رسد. در نیمه هادی ها، آلیاژها و شیشه های مخصوص نوری مادون قرمز استفاده می شود. محرک بیولوژیکی در نظر گرفته می شود. در ترکیبات حالت های اکسیداسیون +2 و +4 را نشان می دهد.

جذب دی اکسید و هالیدها جنرال الکتریکدر روده ضعیف است، اما به شکل جوانه خوار م 2 GeO 4 کمی بهبود یافته است. ژرمانیوم به پروتئین های پلاسما متصل نمی شود و بین گلبول های قرمز خون و پلاسما به نسبت تقریباً 2:1 توزیع می شود. به سرعت از بدن دفع می شود (نیمه عمر حدود 36 ساعت). به طور کلی سمی کم است.

قلع (Sn) - فلز نرم و انعطاف پذیر در روان کننده ها، آلیاژها، لحیم کاری، به عنوان افزودنی به پلیمرها، در رنگ های پوشش های ضد رسوب و در ترکیبات آلی تین فرار که برای گیاهان و حیوانات پایین بسیار سمی هستند، استفاده می شود. به شکل ترکیبات معدنی غیر سمی است.

دوتا داره انانتیوتروپ، "خاکستری" (ب) و "سفید" (ج) قلع، یعنی اشکال مختلف آلوتروپیک که در محدوده خاصی از شرایط پایدار هستند. دمای انتقال بین این فرم ها در فشار 1 اتمسفر است. برابر با 286.2 درجه کلوین (13.2 درجه سانتیگراد). قلع سفید دارای ساختار تغییر شکل خاکستری با CN = 6 و چگالی 7.31 گرم بر سانتی متر مکعب است. در شرایط عادی پایدار است و در دماهای پایین به آرامی به شکلی تبدیل می شود که ساختاری شبیه الماس با CN = 4 و چگالی 5.75 گرم بر سانتی متر مکعب دارد. چنین تغییری در چگالی فلز بسته به دمای محیط بسیار نادر است و می تواند عواقب چشمگیری را به همراه داشته باشد. به عنوان مثال، در شرایط سرد زمستان، دکمه های حلبی روی لباس سربازان از بین رفت و در سال 1851، در کلیسای Seitz، لوله های حلبی ارگ تبدیل به پودر شد.

در بدن در کبد، کلیه ها، استخوان ها و ماهیچه ها رسوب می کند. با مسمومیت با قلع، گلبول قرمز کاهش می یابد، که با کاهش هماتوکریت، هموگلوبین و تعداد گلبول های قرمز آشکار می شود. بازداری نیز مورد توجه قرار گرفت 5-آمینولولینات دهیدراتازیکی از آنزیم های زنجیره بیوسنتز هم و همچنین آنزیم های کبدی گلوتاتیون ردوکتازو گلوکز-6-فسفات دهیدروژنازها, لاکتاتو سوکسیناسیون. ظاهرا Snبه عنوان بخشی از کمپلکس ها از بدن دفع می شود SH-حاوی بسترها

سرب (Pb) - فلز نرم، چکش خوار، انعطاف پذیر. در هوای مرطوب با یک فیلم اکسید پوشیده می شود و در برابر اکسیژن و آب مقاوم است. در باتری ها، کابل ها، رنگ ها، شیشه ها، روان کننده ها، بنزین و محصولات محافظت در برابر اشعه استفاده می شود. این یک فلز سمی از گروه خطر 1 است، زیرا در بدن در بافت استخوانی با اختلال عملکرد کلیوی و قلبی عروقی تجمع می یابد. در کشورهای توسعه یافته، محتوای آن در طول معاینه پزشکی اجباری جمعیت کنترل می شود. باعث بروز انواع بیماری ها می شود.

بیوانارگانیک پزشکی گ.ک. باراشکوف

مشخصات کلی عناصر زیر گروه اصلی گروه IV فرمول الکترونیکی عمومی. . . ns 2 p 2. عناصر دارای چهار الکترون ظرفیت هستند. ترکیبات آنها می توانند حالت های اکسیداسیون را از +4 تا -4 نشان دهند. در زیرگروه تغییر شدیدی در خواص عناصر وجود دارد: کربن و سیلیکون غیر فلزات معمولی هستند، ژرمانیوم یک نیمه فلز است، قلع و سرب فلز هستند. با افزایش شعاع اتمی از کربن به سرب، خواص فلزی افزایش می‌یابد و کمترین حالت اکسیداسیون مشخص‌تر می‌شود. برای C, Si, Ge حالت اکسیداسیون مشخصه +4 است. برای Sn و Pb +2. فقط کربن دارای ترکیبات هیدروژنی پایدار است.

کربن ترکیبات طبیعی بخشی از بسیاری از مواد معدنی، ترکیبات آلی است و در حالت آزاد (الماس، گرافیت، زغال سنگ) یافت می شود. چهار تغییر آلوتروپیک کربن شناخته شده است: الماس، گرافیت، کاربین، فولرن C 60. همولوگ پایدار بعدی آن C 70 است و به دنبال آن C 76، C 78، C 82، C 84، C 90، C 94، C 96، و غیره قرار دارند. d C 540. ساختار مولکول های آنها بر اساس یکی از نتیجه های قضیه اویلر است، که می گوید برای خط کشی یک سطح کروی، n شش ضلعی و 12 پنج ضلعی مورد نیاز است، به استثنای n = 1. گرافیت - سیاه، الماس نرم - بی رنگ، شفاف، بسیار سخت. الماس دارای یک شبکه کریستالی چهار وجهی است، در حالی که شبکه کریستالی گرافیت ساختاری چندسطحی دارد. گرافیت ریز پراکنده (دوده) کربن آمورف نامیده می شود. الماس را می توان با گرم کردن گرافیت تا دمای 1500 تا 2000 درجه سانتیگراد تحت فشار تا 500 هزار اتمسفر از گرافیت به دست آورد.

خواص شیمیایی 1. کربن کاملاً بی اثر است. هنگامی که تا دمای 800 تا 900 درجه سانتیگراد گرم می شود، با غیر فلزات و فلزات واکنش نشان می دهد: 2 C + N 2 = C 2 N 2 (سیان یا سیانوژن) C + Si = Si. C (کاربوراندوم)؛ C + O 2 = CO 2 3 C + 4 Al = Al 4 C 3 (کاربید آلومینیوم) C + 2 S = CS 2 (دی سولفید کربن) 2. کربن با اکسیژن دو اکسید (CO و CO 2) تشکیل می دهد. CO - اکسید کربن دو ظرفیتی (مونوکسید کربن): بی رنگ و بی بو، سمی، تولید شده در اثر احتراق ناقص زغال سنگ. در شرایط آزمایشگاهی می توان آن را با آبگیری اسید فرمیک با اسید سولفوریک به دست آورد.

CO یک عامل احیا کننده خوب است و برای بدست آوردن فلزات از اکسیدهای مس استفاده می شود. O + CO = Cu + CO 2 CO به راحتی وارد واکنش های اضافه می شود: CO + Cl 2 = COCl 2 (فسژن) CO + S = COS (تی اکسید کربن) مولکول های CO - می توانند به عنوان لیگاند در کمپلکس های کربونیل عمل کنند: Ni + 4 CO = کمپلکس های کربونیل مایعات سمی هستند. به طور گسترده برای به دست آوردن فلزات خالص استفاده می شود.

در دمای 1000 درجه سانتیگراد با آمونیاک اوره (اوره) تشکیل می دهد: CO 2 + 2 NH 3 = CO(NH 2) 2 + H 2 O + CO 2 CO 2 یک اکسید اسیدی از اسید کربنیک است: CO 2 + H اسید 2 O = H 2 CO 3 بسیار ضعیف و ناپایدار است. نمک های اسیدی (هیدروکربنات ها) را می توان با واکنش به دست آورد: Ca. CO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 نمک ها (به جز نمک های فلزات قلیایی) اسید کربنیک از نظر حرارتی ناپایدار هستند: Zn. CO 3 = روی. O+CO2

3. هنگامی که بخار گوگرد از زغال سنگ داغ عبور می کند، مایع روغنی تشکیل می شود: دی سولفید کربن CS 2 CS 2 - انیدرید اسید تیو کربنیک است که به طور غیر مستقیم به دست می آید: CS 2 + Na 2 S = Na 2 CS 3 Na 2 CS. 3 + 2 HCl = H 2 CS 3 + 2 Na. Cl این اسید ماده اولیه برای تولید اسید مونوتیوکربنیک H 2 CO 2 S و اسید دی تیو کربنیک H 2 CO 2 S 2 است که برای تولید ریون استفاده می شود. 4. کربن با نیتروژن، سیانوژن را تشکیل می دهد، گازی با بوی بادام، بسیار محلول در آب: 2 C + N 2 = (CN)2. (CN)2 + 4 H 2 O = (NH 4) 2 C 2 O 4 هنگامی که سیانوژن با مواد قلیایی برهمکنش می کند، دو سری نمک تشکیل می شود: سیانیدها و سیانات ها: (CN)2 + 2 KOH = KCN + KNCO + H 2 O KCN - نمک اسید هیدروسیانیک (سیانید پتاسیم)، KNCO - نمک اسید سیانیک (سیانات پتاسیم).

5. هنگام تعامل کربن با فلزات، کاربیدها تشکیل می شوند - ترکیب Me 2 C 2، Me 4 C 3، Me 3 C، که به غیر قابل تجزیه و تجزیه شدن تقسیم می شوند: Ca. C 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2 Al 4 C 3 + 12 HCl = 4 Al. Cl 3 + 3 CH 4 Mn 3 C + 6 H 2 O = 3 Mn(OH) 2 + CH 4 + H 2

کاربرد هالیدهای مخلوط CCl 2 F 2 , CCl 3 F , CBr 3 F فریون نامیده می شوند و به عنوان مبرد در فناوری تبرید استفاده می شوند. کاربرد CO 2: به عنوان یک جو بی اثر در هنگام جوشکاری فلزات. در صنایع غذایی Na HCO 3, NH 4 HCO 3 - در تولید پخت. Na 2 CO 3، Ca. CO 3 - در تولید مواد شوینده، شیشه.

سیلیکون سیلیکون به طور طبیعی در بسیاری از مواد معدنی به شکل اکسید سی وجود دارد. O 2 که سیلیکون عنصری را می توان از طریق احیا با منیزیم یا کربن بدست آورد. سیلیکون در شکل خالص خود سخت، شکننده است و ساختاری شبیه الماس دارد. سیلیکون آمورف و کریستالی وجود دارد.

خواص شیمیایی 1. سیلیکون بسیار بی اثر است. در دماهای بالا با فلوئور، کربن و برخی فلزات تعامل دارد: Si + 2 F 2 = Si. F 4; Si + C = Si. C (کاربوراندوم)؛ Si + 2 Mg = Mg 2 Si (سیلیسید). 2. به خوبی در قلیاها و اسید هیدروفلوئوریک حل می شود: Si + 4 Na. OH = Na 4 Si. O 4 + 2 H 2 Si + 4 HF = Si. F 4 + 2 H 2 Si. F 4 + 2 HF = H 2 3. پلیمر اکسید سیلیکون، Si. O 2 اسیدهای پلی سیلیسیک متعددی را تشکیل می دهد. در اسید هیدروفلوئوریک و قلیاها حل می شود: Si. O 2 + 4 HF = Si. F 4 + 2 H 2 O

4. سیلیکون به طور مستقیم با هیدروژن برهمکنش نمی کند، بنابراین ترکیبات هیدروژنی (سیلان ها) از سیلیسیدها به دست می آیند: Mg 2 Si + 4 HCl = 2 Mg. Cl 2 + Si. H 4 (مونوسیلان) سیلان ها می توانند ترکیبات مختلفی داشته باشند: Si 2 H 6، Si 3 H 8، Si 6 H 14،. . . اینها عوامل کاهنده قوی هستند، از نظر شیمیایی بسیار فعال هستند و به طور خود به خود در هوا مشتعل می شوند: Si. H 4 + 2 O 2 = Si. O2 + 2H2O

کاربرد Si. O 2 یک ماده جامد با نقطه ذوب 1715 C است. در ساخت ظروف شیشه ای شیمیایی، لامپ های کوارتز و غیره استفاده می شود. Na 2 Si. O 3 – سیلیکات سدیم (شیشه مایع، چسب اداری) سیلیکون کریستالی زیرلایه، اساس دستگاه های نیمه هادی است. هنگامی که اسید سیلیسیک کلسینه می شود، Si تشکیل می شود. O 2 به شکل یک ترکیب آمورف "سیلیکاژل" نامیده می شود و به عنوان جاذب رطوبت استفاده می شود.

ژرمانیوم، قلع، سرب. ترکیبات طبیعی Sn. O 2 - کاسپریت، سرب. S – براق کننده سرب. ژرمانیوم سنگ معدن خود را ندارد. قلع و سرب با روش پیرومتالورژیکی به دست می آیند: قلع - با احیای کربن از اکسید، سرب - با بو دادن سولفید در اکسیژن، و احیا با اکسید کربن (II) به فلز. ژرمانیوم به روش پیچیده تری به دست می آید: ابتدا تتراکلرید ژرمانیوم Ge بدست می آید. Cl4Ge. Cl 4 + H 2 O = Ge. O 2 + 4 HCl Ge. O 2 + 2 H 2 = Ge + 2 H 2 O

ژرمانیوم و قلع فلزات سفید و براقی هستند که در هوا ضعیف اکسید می شوند. رنگ سرب به دلیل لایه اکسیدی خاکستری است. قلع چند شکلی است. در دماهای > +13 درجه سانتیگراد، اصلاح β پایدار است. با کاهش دما، βتین به تغییر α تبدیل می شود. این انتقال از +13 درجه سانتیگراد شروع می شود و در دمای 33- درجه بسیار سریع ادامه می یابد، در نتیجه قلع به پودر تبدیل می شود. این پدیده "طاعون قلع" نامیده می شود.

خواص شیمیایی 1. هنگامی که گرم می شوند، با غیر فلزات واکنش نشان می دهند. 2 Pb + O 2 = 2 Pb. O; Ge + 2 S = Ge. S2; Sn + 2 Cl 2 = Sn. Cl 4 3. ژرمانیوم و قلع با آب برهمکنش ندارند. سرب به آرامی در آب حل می شود: 2 Pb + O 2 + 2 H 2 O = 2 Pb(OH)2 4. در سری فعالیت، Ge بین Cu و Ag، یعنی بعد از هیدروژن، و Sn و Pb قبل از هیدروژن است. قلع به طور ضعیف هیدروژن را جابجا می کند: Sn + H 2 SO 4 (div) = Sn. SO 4 + H 2 واکنش های مشابهی با سرب عملا رخ نمی دهد، زیرا سرب. Cl 2 و Pb. SO 4 کم محلول است.

سرب و قلع به طور مشابه برهم کنش دارند (در سرب غلیظ غیرفعال می شود): 3 سرب + 8 HNO 3 (رقیق شده) = 3 سرب (NO 3) 2 + 2 NO + 4 H 2 O قلع و ژرمانیوم با اسید نیتریک غلیظ واکنش می دهند: Sn + 4 HNO 3 = H 2 Sn. O 3 + 4 NO 2 + H 2 O 5. هر سه عنصر با مواد قلیایی (ژرمانیوم در حضور یک عامل اکسید کننده) واکنش می دهند: Sn + 2 Na. OH + 2 H 2 O = Na 2 + H 2 Ge + 2 Na. OH + 2 H 2 O 2 = Na 2

استفاده از Ge - به عنوان ماده نیمه هادی، Sn و Pb عمدتاً به شکل آلیاژ (برنز، بابیت)، Sn - به عنوان پوشش محافظ در برابر خوردگی، Pb 3 O 4 - به عنوان رنگ، Pb(C 2 H 5)4 (تترااتیل سرب) - افزودنی بنزین (عامل ضد ضربه).

عناصر زیر گروه ثانویه گروه IV -. در طبیعت به شکل مواد معدنی یافت می شود: Fe. Ti O 3 - ایلمنیت، Ti. O 2 – روتیل، Zr. سی O 4 - زیرکون. Hf سنگ معدن خود را ندارد و در سنگ معدن زیرکونیوم، آهن و منگنز یافت می شود. Ti با فرآیند پیرومتالورژی از Ti به دست می آید. Cl 4 یا Ti. O2: Ti. O 2 + 2 Mg = Ti + 2 Mg. O تصفیه تیتانیوم از ناخالصی ها معمولاً با استفاده از روش انتقال گاز انجام می شود: Ti + 2 J 2 → Ti. J 4 → Ti + 2 J 2 زیرکونیوم و هافنیوم از الکترولیز نمک های مذاب به دست می آیند.

فلزات خالص سخت، مقاوم در برابر ضربه، با نقطه ذوب بالا هستند (Ti - 1700 C، Zr - 1900 C، Hf - 2200 C). Ti یک فلز سبک است، چگالی آن 4.5 گرم بر سانتی متر مکعب است. از نظر شیمیایی، تیتانیوم فعال ترین است. زیرکونیوم و هافنیوم کمتر فعال هستند.

خواص شیمیایی 1. حالت های اکسیداسیون مشخصه در ترکیبات برای Ti +4, +3; برای Zr و Hf +4. هنگامی که گرم می شود، هر سه عنصر به طور فعال با غیر فلزات مختلف تعامل دارند: Zr + C = Zr. ج Hf + 2 S = Hf. S2; 2 Ti + N 2 = 2 Ti. N; Ti + 2 Cl 2 = Ti. Cl 4 2. با اسیدهای Ti، Zr و Hf ضعیف واکنش نشان می دهند. فقط تیتانیوم در اسید نیتریک حل می شود: Ti + 4 HNO 3 = H 2 Ti. O 3 + 4 NO 2 + H 2 O

زیرکونیوم و هافنیوم فقط با "آکوا رژیا" برهم کنش دارند: 3 Hf + 18 HCl + 4 HNO 3 = 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O 3. اکسیدهای Ti. O 2 – آمفوتریک، Zr. O 2 – آمفوتریک ضعیف، Hf. O 2 - اساسی. 4. هنگام تعامل با اسید سولفوریک، اکسیدها سولفات های مربوطه را تشکیل می دهند که به سرعت به تیتانیل، زیرکونیل، هافنیل سولفات هیدرولیز می شوند: Ti. O 2 + 2 H 2 SO 4 = Ti(SO 4) 2 + 2 H 2 O Ti(SO 4) 2 + H 2 O = Ti. OSO 4 + H 2 SO 4 در Ti آمفوتریک. O 2 عملکرد اسیدی بارزتری دارد. اسید متاتیتانیک مربوط به آن H 2 Ti است. O 3 در دو تغییر α و β وجود دارد. فرمول کلی اسیدهای تیتانیک x. Ti O2·y. H2O.

کاربرد تیتانیوم سومین ماده سازه مهم (بعد از آهن و آلومینیوم) است. تیتانیوم به شکل آلیاژ در کشتی‌ها، موشک‌سازی و مهندسی مکانیک استفاده می‌شود. زیرکونیوم و هافنیوم در ساخت راکتور هسته ای (زیرکونیوم برای پوسته عناصر سوختی، هافنیوم برای میله های کنترل برای جذب نوترون ها در حین کار راکتور) استفاده می شود.