курсовая. Курсовая по элементам. Сравнение структуры и свойств водородных соединений s и рэлементов i и iv групп
 Скачать 259.8 Kb.
|
3. Структура и свойства s- и p-элементов IV группы периодической таблицы3.1. Общие характеристики элементов группы IVAЧетвертая большая группа периодической таблицы элементов, кроме элементов германия, олова, свинца (подгруппа германия), включает два общих элемента — углерод и кремний. Углерод — основа органической химии, главный органогенный элемент, неотъемлемая часть тела всего живого. Второй распространенный элемент — кремний — основной элемент неорганической химии и всей неживой природы. Основными полупроводниковыми материалами являются кремний и германий. Интегральные схемы из кремния и германия составляют основу компьютеров, микропроцессоров и т. д. Все элементы этой подгруппы содержат четыре валентных электрона - электроны ns2np2. Такое количество валентных электронов оптимально для образования тетраэдрических связей по обменному механизму.[10] Внутри IVA-группы существует зависимость свойств от положения элемента. Таким образом, у германия ЭЭО выше, чем у кремния, хотя первый потенциал ионизации у германия меньше. Это объясняется тем, что атом германия, в отличие от кремния, имеет заполненный внутренний уровень 3d10, который служит диафрагмой для β-электронов. В ряду C — Si — Ge — Sn — Pb энергия ионизации уменьшается, а радиус атома увеличивается, т. е. улучшаются свойства металла. Первые два элемента — типичные неметаллы, кремний и германий — полуметаллы. Свинец является типичным металлом. Все элементы проявляют степень окисления: +4, +2 и сверху вниз стабильность высокой степени окисления уменьшается, а низкой увеличивается. В соединениях со степенью окисления (+4) в порядке от углерода к свинцу окислительные свойства усиливаются, а в соединениях со степенью окисления (+2) - ослабляются. Например, германий и олово в окислительном состоянии (+2) являются сильными восстановителями, у соединений Ge (+2) восстановительные свойства настолько сильны, что в отсутствие окислителя они непропорциональны. Для свинца наиболее устойчива степень окисления (+2), а соединения свинца (+4) являются сильными окислителями. Углерод (символ С — от латинского Carboneum) — элемент главной подгруппы группы 4, порядковый номер 6, электронное строение атома — 1s22s22p2. степени окисления в соединениях -4, +2, +4. Углерод известен с древних времен. Древесный уголь использовали для извлечения металлов из руд, алмазоподобных драгоценных камней. Гораздо позже графит стали использовать для изготовления баночек и карандашей. В 1778 г. К. Шееле, нагревая графит с селитрой, обнаружил, что так же, как и при нагревании угля с селитрой, выделяется углекислый газ. Химический состав алмаза был определен в результате опытов А. Лавуазье (1772 г.) по горению алмаза на воздухе и исследований С. Теннанта (1797 г.), доказавшего, что одинаковое количество алмаза и угля дает одинаковое количество углекислого газа при окислении. Углерод был признан химическим элементом в 1789 году Лавуазье. Латинское название carboneum carbon произошло от carbo — уголь. Соединения кремния, широко распространенные на Земле, известны человеку с каменного века. Использование каменных орудий для работы и охоты продолжалось тысячи лет. Использование соединений кремния в связи с их обработкой – производством стекла – началось около 3000 г. до н.э. э. (в Древнем Египте). Самым старым известным соединением кремния является SiO2 (кремнезем). В 18 веке кремнезем считался простым твердым телом и назывался «землей» (что также отражено в его названии). Сложность состава кремнезема определил И. Я. Берцелиус. Он первым получил элементарный кремний из фторида кремния SiF4 в 1825 г., восстановив его металлическим калием. Новый элемент получил название «кремний» (от латинского silex). Русское название было введено Г.И. Гесс в 1834 году. Сплавы олова с медью и бронзой были известны еще в 4 тысячелетии до нашей эры, а чистые металл во 2-м тысячелетии до н.э. е. В античном мире из олова изготавливали украшения, посуду и утварь. Происхождение названий «станнум» и «олово» не уточняется. Олово — характерный элемент верхней части земной коры, его содержание в литосфере составляет 2,5·10-4 % по массе, в кислых изверженных породах 3·10-4 % и в более глубоких щелочных 1,5·10-4 % тем более олова в мантии. Концентрация олова связана как с магматическими процессами (известными как «оловянные граниты», обогащенные оловом пегматиты), так и с гидротермальными процессами. Из 24 известных минералов олова 23 образовались при высоких температурах и давлениях. Основное промышленное значение имеет касситерит SnO2, меньше - станин Cu2FeSnS4. В биосфере олово мигрирует слабо, в морской воде его всего 3·10-7%; известные водные растения с высоким содержанием олова. Однако общей тенденцией геохимии олова в биосфере является дисперсия. Свинец был известен 6-7 тысяч лет до нашей эры. е. народов Месопотамии, Египта и других стран древнего мира. Из него изготавливали скульптуры, предметы домашнего обихода, письменные доски. Римляне использовали свинцовые трубы для водопровода. Алхимики назвали Свинец Сатурном и назвали его знаком этой планеты. Соединения Свинец – «зола свинца» РbО, свинцовые белила 2РbСО3 • Рb(ОН)2 применялись в Древней Греции и Риме в качестве компонентов лекарств и красок. Когда было изобретено огнестрельное оружие, свинец стал использоваться в качестве материала для пуль. Токсичность свинца была зафиксирована еще в I веке нашей эры. е. Греческий врач Диоскорид и Плиний Старший. Содержание свинца в земной коре (кларк) 1,6 • 10-3% мас. С образованием гидротермальных месторождений в основном связано образование в земной коре около 80 свинецсодержащих минералов (основной из которых — галенит PbS). В зонах окисления полиметаллических руд образуется ряд (около 90) вторичных минералов: сульфаты (англезит PbSO4), карбонаты (церусцит PbCO3), фосфаты [пироморфит Pb5(PO4)3Cl]. Свинец рассеян в биосфере, имеет низкое содержание живого вещества (5·10-5%), морской воды (3·10-9%). Свинец из природных вод частично сорбируется глинами и осаждается сероводородом, поэтому он накапливается в водорослях, загрязненных сероводородом, и в образованных из них черных глинах и сланцах.[11] Таблица 2 – Свойства элементов подгруппы углерода
|