Caracteristicile grupei a 4-a a sistemului periodic. Caracteristicile generale ale elementelor grupelor IV-A. Proprietăți. Stările de valență ale atomilor

caracteristici generale elemente din grupa IV, subgrupa principală sistem periodic D. I. Mendeleev

Elementele subgrupului principal din grupa IV includ carbon, siliciu, germaniu, staniu, plumb. Proprietățile metalice sunt îmbunătățite, proprietățile nemetalice sunt reduse. Stratul exterior are 4 electroni.

Proprietăți chimice(pe baza de carbon)

interacționează cu metalele

4Al + 3C \u003d Al 4 C 3 (reacția are loc la temperatură ridicată)

interacționează cu nemetale

2H 2 + C \u003d CH 4

interacționează cu oxigenul

・Interacțiunea cu apa

C + H 2 O \u003d CO + H 2

interacționează cu oxizii

2Fe 2 O 3 + 3C \u003d 3CO 2 + 4Fe

Reacționează cu acizii

3C + 4HNO 3 \u003d 3CO 2 + 4NO + 2H 2 O

Carbon. Caracteristicile carbonului, în funcție de poziția sa în sistemul periodic, alotropia carbonului, adsorbție, distribuție în natură, producție, proprietăți. Cei mai importanți compuși ai carbonului

Carbon (simbol chimic - C, lat. Carboneum) - un element chimic din al patrusprezecelea grup (conform clasificării învechite - principalul subgrup al celui de-al patrulea grup), a doua perioadă a sistemului periodic elemente chimice. numărul de serie 6, masa atomică - 12.0107. Carbonul există în multe modificări alotropice cu proprietăți fizice foarte diverse. Varietatea modificărilor se datorează capacității carbonului de a forma legături chimice de diferite tipuri.

Carbonul natural este format din doi izotopi stabili - 12C (98,93%) și 13C (1,07%) și un izotop radioactiv 14C (emițător β, T½ = 5730 ani), concentrați în atmosferă și în partea superioară a scoarței terestre.

Modificările alotropice principale și bine studiate ale carbonului sunt diamantul și grafitul. În condiții normale, numai grafitul este stabil termodinamic, în timp ce diamantul și alte forme sunt metastabile. Carbonul lichid există doar la o anumită presiune externă.

La presiuni peste 60 GPa, se presupune formarea unei modificări foarte dense a C III (densitatea este cu 15-20% mai mare decât densitatea diamantului), care are conductivitate metalică.

Modificarea cristalină a carbonului din singonia hexagonală cu o structură în lanț de molecule se numește de obicei carbyne. Sunt cunoscute mai multe forme de carabină, care diferă prin numărul de atomi din celula unitate.

Carabina este o pulbere neagră cu granulație fină (densitate 1,9-2 g/cm³) cu proprietăți semiconductoare. Obținut în condiții artificiale din lanțuri lungi de atomi de carbon stivuiți paralel unul cu celălalt.

Carbin este un polimer liniar de carbon. Într-o moleculă de carabină, atomii de carbon sunt legați în lanțuri alternativ fie prin legături triple și simple (structură polienică), fie prin legături duble permanente (structură policumulenică). Carbin are proprietăți semiconductoare, iar sub influența luminii, conductivitatea sa crește foarte mult. Prima aplicație practică se bazează pe această proprietate - în fotocelule.

Grafenul (grafenul englez) este o modificare alotropică bidimensională a carbonului, formată dintr-un strat de atomi de carbon gros de un atom, conectați prin intermediul legăturilor sp² într-o rețea cristalină bidimensională hexagonală.

La temperaturi obișnuite, carbonul este inert chimic, la temperaturi suficient de ridicate se combină cu multe elemente și prezintă proprietăți reducătoare puternice. Activitatea chimică a diferitelor forme de carbon scade în următoarea ordine: carbon amorf, grafit, diamant, în aer se aprind la temperaturi peste 300-500 °C, 600-700 °C și, respectiv, 850-1000 °C.

Produșii de ardere ai carbonului sunt CO și CO2 (monoxid de carbon și, respectiv, dioxid de carbon). De asemenea, este cunoscut suboxidul de carbon instabil C3O2 (punct de topire -111 ° C, punctul de fierbere 7 ° C) și alți oxizi (de exemplu, C12O9, C5O2, C12O12). Grafitul și carbonul amorf încep să reacționeze cu hidrogenul la o temperatură de 1200 °C, cu fluor la 900 °C.

Dioxid de carbon reacționează cu apa, formând un acid carbonic slab - H2CO3, care formează săruri - carbonați. Pe Pământ, cei mai răspândiți sunt carbonații de calciu (forme minerale – cretă, marmură, calcit, calcar etc.) și magneziul (sub formă minerală dolomit).

Grafit cu halogeni, metale alcaline etc.
Găzduit pe ref.rf
substanțele formează compuși de incluziune. Când o descărcare electrică este trecută între electrozii de carbon într-o atmosferă de azot, se formează cian. Acidul cianhidric se obține prin reacția carbonului cu un amestec de H2 și N2 la temperaturi ridicate:

Când carbonul reacţionează cu sulful, se obţine disulfură de carbon CS2; CS şi C3S2 sunt de asemenea cunoscute. Cu majoritatea metalelor, carbonul formează carburi, de exemplu:

Reacția carbonului cu vaporii de apă este importantă în industrie:

Când este încălzit, carbonul reduce oxizii metalici în metale. Această proprietate utilizat pe scară largă în industria metalurgică.

Grafitul este folosit în industria creionului, dar amestecat cu argilă pentru a-i reduce moliciunea. Diamantul, datorită durității sale excepționale, este un material abraziv indispensabil. În farmacologie și medicină, diverși compuși de carbon sunt utilizați pe scară largă - derivați acid carbonicȘi acizi carboxilici, diverși heterocicli, polimeri și alți compuși. Carbonul joacă un rol important în viața umană. Aplicațiile sale sunt la fel de diverse ca și elementul cu multe fețe în sine. În special, carbonul este o componentă integrală a oțelului (până la 2,14% în greutate) și a fontei (mai mult de 2,14% în greutate)

Carbonul face parte din aerosolii atmosferici, care pot schimba clima regională și pot reduce numărul de zile însorite. Carbonul intră în mediu inconjurator sub formă de funingine în compoziția gazelor de evacuare a vehiculelor atunci când cărbunele este ars la centralele termice, în minele de cărbune deschise, gazeificarea subterană a acestuia, producția de concentrate de cărbune etc.
Găzduit pe ref.rf
Concentrația de carbon peste sursele de ardere 100-400 µg/m³, marile orașe 2,4-15,9 µg/m³, zonele rurale 0,5 - 0,8 µg/m³. Cu emisiile de gaze și aerosoli de la centralele nucleare, (6-15)·109 Bq/zi 14СО2 intră în atmosferă.

Conținutul ridicat de carbon din aerosolii atmosferici duce la creșterea incidenței populației, în special a căilor respiratorii superioare și a plămânilor. Bolile profesionale sunt în principal antracoza și bronșita de praf. În aerul zonei de lucru MPC, mg/m³: diamant 8,0, antracit și cocs 6,0, cărbune 10,0, negru de fum și praf de carbon 4,0; în aerul atmosferic maxim o singură dată 0,15, medie zilnică 0,05 mg/m³.

Cele mai importante conexiuni. Monoxid de carbon (II) (monoxid de carbon) CO În condiții normale, este un gaz incolor, inodor și fără gust. Toxicitatea se explică prin faptul că se combină ușor cu hemoglobina din sânge Monoxid de carbon (IV) CO2. În condiții normale, este un gaz incolor, cu miros și gust ușor acrișor, de o dată și jumătate mai greu decât aerul, nu arde și nu suportă arderea. Acidul carbonic H2CO3. Acid slab. Moleculele de acid carbonic există doar în soluție. Fosgen COCl2. Gaz incolor cu miros caracteristic, tbp=8oC, tm=-118oC. Foarte otravitoare. Puțin solubil în apă. Reactiv. Folosit în sinteza organică.

Caracteristicile generale ale elementelor grupului IV, principalul subgrup al sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev - conceptul și tipurile. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Caracteristicile generale ale elementelor grupului IV, principalul subgrup al sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev” 2017, 2018.

- Sculptură gotică franceză. secolele XIII-XIV

Începuturile sculpturii gotice franceze au fost puse la Saint-Denis. Cele trei portaluri ale fațadei de vest a celebrei biserici au fost umplute cu imagini sculpturale, în care pentru prima dată s-a manifestat dorința unui program iconografic strict gândit, a apărut o dorință... .

- TEMA PRELEGIEI: URBANISTICĂ ÎN ITALIA, FRANȚA, GERMANIA, ANGLIA ÎN SECOLELE X – XIV.

Orașe noi practic nu au fost construite în timpul Evului Mediu timpuriu. Războaiele constante au făcut necesară construirea de așezări fortificate, mai ales în zonele de graniță. Mănăstirile au fost centrul culturii materiale și spirituale medievale timpurii. Ei construiau...

- Îmbrăcămintea în perioada gotică XII-XIV

SOLUȚII DE AMENAJARE A SPAȚIULUI Soluție generală a clădirilor și ansamblurilor instituție educaționalăîn conformitate cu structura lor arhitecturală și de planificare, sunt cuprinse următoarele direcții: secții generale de institut și facultate cu birouri și laboratoare; ...

Carbonul, siliciul, germaniul, staniul și plumbul formează subgrupul principal al grupului IV. Nivelurile de energie externă ale elementelor p din grupa IV conțin fiecare patru electroni (configurație ns 2 np 2), dintre care sunt doi electroni s perechi și doi electroni p neperechi.

În starea neexcitată, elementele acestui subgrup prezintă o valență egală cu două. La trecerea la o stare excitată, însoțită de tranziția unuia dintre electronii s ai nivelului exterior la o celulă liberă a subnivelului p de același nivel, toți electronii stratului exterior devin nepereche, iar valența crește la 4.

Energia cheltuită pentru tranziția unui electron este mai mult decât compensată de energia eliberată în timpul formării a patru legături.

În compuși, elementele subgrupului de carbon prezintă o stare de oxidare de +4 sau -4, precum și +2, aceasta din urmă devenind mai caracteristică odată cu creșterea sarcinii nucleare. Pentru carbon, siliciu și germaniu, cea mai tipică stare de oxidare este +4, pentru plumb - +2. Starea de oxidare -4 în secvența C - Pb devine din ce în ce mai puțin caracteristică.

Elementele subgrupului de carbon formează oxizi cu formula generală RO 2 și RO și compuși cu hidrogen cu formula - RH 4 . Hidrații oxizilor superiori de carbon și siliciu au proprietăți acide, hidrații altor elemente sunt amfoteri, iar proprietățile acide sunt mai pronunțate la hidrații de germaniu, iar cele bazice la hidrații de plumb. De la carbon la plumb, puterea compușilor hidrogen RH 4 scade: CH 4 este o substanță puternică, iar PbH 4 nu a fost izolat în formă liberă.

La trecerea de la carbon la plumb, razele atomilor neutri cresc, iar energia de ionizare scade, prin urmare, de la carbon la plumb, proprietățile nemetalice scad, iar cele metalice cresc. Nemetalele sunt carbonul și siliciul (vezi Tabelul 24).

IVA-grupa sistemului periodic de elemente D.I. Mendeleev sunt carbon, siliciu, germaniu, staniu, plumb. Formula electronică generală a învelișului de valență a atomilor elementelor grupului IVA.

Atomii acestor elemente au patru electroni de valență în orbitalii s și p ai nivelului energetic exterior. În starea neexcitată, doi electroni p nu sunt perechi. Prin urmare, în compuși, aceste elemente pot prezenta o stare de oxidare de +2. Dar în starea excitată, electronii nivelului de energie exterior capătă configurația ps1pr3 și toți cei 4 electroni se dovedesc a fi nepereche.

De exemplu, pentru carbon, tranziția de la subnivelul s la subnivelul p poate fi reprezentată după cum urmează.

În conformitate cu structura electronică a stării excitate, elementele grupului IVA pot prezenta o stare de oxidare de +4 în compuși. Razele atomice ale elementelor din grupa IVA cresc în mod natural odată cu creșterea numărului atomic. În aceeași direcție, energia de ionizare și electronegativitatea scad în mod natural.

În timpul tranziției în grupul C--Si--Ge--Sn--Pb, rolul perechii de electroni singuri la subnivelul s extern scade în formarea legăturilor chimice. Prin urmare, dacă pentru carbon, siliciu și germaniu cea mai caracteristică stare de oxidare este +4, atunci pentru plumb este +2.

Într-un organism viu, carbonul, siliciul și germaniul sunt în starea de oxidare +4, în timp ce staniul și plumbul sunt caracterizate prin starea de oxidare +2.

În conformitate cu creșterea dimensiunii atomilor și scăderea energiei de ionizare în tranziția de la carbon la plumb, proprietățile nemetalice slăbesc, deoarece capacitatea de a atașa electroni scade și ușurința revenirii lor crește. Într-adevăr, primii doi membri ai grupului: carbonul și siliciul sunt nemetale tipice, germaniul, staniul și plumbul sunt elemente amfotere cu proprietăți metalice pronunțate în cele din urmă.

Întărirea caracteristicilor metalice din seria C--Si--Ge--Sn--Pb se manifestă și prin proprietăți chimice substanțe simple. În condiții normale, elementele C, Si, Ge și Sn sunt rezistente la aer și apă. Plumbul se oxidează în aer. În seria de tensiune electrochimică a metalelor, Ge este situat după hidrogen, iar Sn și Pb sunt situate imediat înaintea hidrogenului. Prin urmare, germaniul nu reacționează cu acizi precum HCl și H2SO4 diluat.

Structura electronică și dimensiunea atomului, valoarea medie a electronegativității explică puterea Conexiuni C--Cși tendința atomilor de carbon de a forma homolanțuri lungi:

Datorită valorii intermediare a electronegativității, carbonul formează legături cu polaritate scăzută cu elementele vitale - hidrogen, oxigen, azot, sulf etc.

Proprietăți chimice compușii oxigenului carbon și siliciu. Printre compuși anorganici carbonul, siliciul și analogii lor pentru medici și biologi, compușii oxigenați ai acestor elemente sunt de cel mai mare interes.

Oxizii de carbon (IV) și de siliciu (IV) EO2 sunt acizi, iar hidroxizii lor corespunzători H2EO3 sunt acizi slabi. Oxizii și hidroxizii corespunzători ai elementelor rămase din grupa IVA sunt amfoteri.

CO2 dioxid de carbon. se formează în mod constant în țesuturile corpului în procesul de metabolism și joacă un rol important în reglarea respirației și a circulației sanguine. Dioxidul de carbon este un stimulent fiziologic al centrului respirator. Concentrații mari de CO2 (peste 10%) provoacă acidoză severă - scăderea pH-ului sângelui, scurtarea violentă a respirației și paralizia centrului respirator.

Dioxidul de carbon se dizolvă în apă. În acest caz, acidul carbonic se formează în soluție:

H2O + CO2? H2CO3

Echilibrul este deplasat spre stânga, astfel încât cea mai mare parte a dioxidului de carbon este sub formă de hidrat de CO2 H2O, și nu de H2CO3. Acidul carbonic H2CO3 există numai în soluție. Se referă la acizi slabi.

Ca acid dibazic, H2CO3 formează săruri medii și acide: primii se numesc carbonați: Na2CO3, CaCO3 sunt carbonați de sodiu și de calciu; al doilea - bicarbonați: NaHCO3, Ca (HCO3) 2 - bicarbonați de sodiu și calciu. Toți bicarbonații sunt foarte solubili în apă; din sărurile medii sunt solubili carbonații de metale alcaline și de amoniu.

Soluțiile de săruri ale acidului carbonic datorate hidrolizei au o reacție alcalină (pH> 7), de exemplu:

Na2CO3 + HOH? NaHC03 + NaOH

CO32- + HOH? HCO3- + OH-

Sistemul tampon hidrogen-carbonat (H2CO3--HCO3-) servește ca principal sistem tampon al plasmei sanguine, asigurând menținerea homeostaziei acido-bazice, un pH constant al sângelui de aproximativ 7,4.

Deoarece hidroliza carbonaților și bicarbonaților produce un mediu alcalin, acești compuși sunt utilizați în practica medicală ca agenți antiacizi (neutralizarea acidului) pentru creșterea acidității sucului gastric. Acestea includ bicarbonat de sodiu NaHCO3 și carbonat de calciu CaCO3:

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

În cimentul silicat care conține SiO2 se adaugă un lichid, adică soluție de apă acid fosforic H3PO4, neutralizat parțial cu oxid de zinc ZnO și hidroxid de aluminiu Al(OH)3. Procesul de „privire” a cimentului silicat începe cu descompunerea pulberii cu acid fosforic cu formarea de soluții coloidale de fosfat de aluminiu și acizi silicici cu compoziție variabilă xSiO2 yH2O:

Al2O3 + 2H3PO4 = 2AlP04 + 3H2O

xSiO2 + yH3O+ = xSiO2 yH2O + yH+

În timpul preparării umpluturii, ca urmare a amestecării, apar reacții chimice cu formarea de fosfați metalici, de exemplu

3CaO + 2H3PO4 \u003d Ca3 (PO4) 2 + 3H2O

Doar silicații de metale alcaline sunt foarte solubili în apă. Când acizii minerali acționează asupra soluțiilor de silicați, se obțin acizi silicici, de exemplu, H2SiO3 metasilicic și H4SiO4 ortosilicic.

Acizii silicici sunt mai slabi decât cei carbonici, precipită sub acțiunea CO2 asupra soluțiilor de silicați. Silicații sunt puternic hidrolizați. Acesta este unul dintre motivele distrugerii silicaților din natură.

Când diferite amestecuri de silicați sunt topite între ele sau cu dioxid de siliciu, se obțin materiale amorfe transparente, numite pahare.

Compoziția sticlei poate varia într-o gamă largă și depinde de condițiile de producție.

Sticla de cuarț (silice aproape pură) tolerează schimbări bruște de temperatură, aproape că nu întârzie razele ultraviolete. O astfel de sticlă este utilizată pentru prepararea lămpilor cu arc cu mercur, care sunt utilizate pe scară largă în fizioterapie, precum și în sterilizarea sălilor de operație.

Masele de porțelan utilizate în stomatologia ortopedică constau din cuarț SiO2 (15-35%) și aluminosilicați: feldspat E2O Al2O3 6SiO2, unde E este K, Na sau Ca (60--75%) și caolin Al2O3 2SiO2 2H2O (3--10) %). Raportul componentelor poate varia în funcție de scopul masei de porțelan.

Feldspat K2O Al2O3 6SiO2 este principalul material pentru obținerea maselor de porțelan dentar. Când se topește, se transformă într-o masă vâscoasă. Cu cât mai mult feldspat, cu atât este mai transparentă masa de porțelan după recoacere. In timpul recoacerii maselor de portelan, feldspatul, fiind mai fuzibil, scade punctul de topire al amestecului.

Caolinul (argila albă) este o parte esențială a porțelanului dentar. Adăugarea de caolin reduce fluiditatea masei de porțelan.

Cuarțul, care face parte din porțelanul dentar, întărește produsul ceramic, îi conferă duritate și rezistență chimică mai mare.

CO monoxid de carbon. Dintre compușii elementelor grupului IVA, în care prezintă o stare de oxidare de +2, monoxidul de carbon (II) CO este de interes pentru medici și biologi. Acest compus este otrăvitor și extrem de periculos, deoarece este inodor.

Monoxid de carbon (II) - monoxid de carbon - un produs al oxidării incomplete a carbonului. Paradoxal, una dintre sursele de CO este chiar persoana, al cărei organism produce și eliberează în mediul extern (cu aer expirat) circa 10 ml de CO pe zi. Acesta este așa-numitul monoxid de carbon endogen (II), care se formează în procesele de hematopoieză.

Pătrunzând cu aer în plămâni, monoxidul de carbon (II) trece rapid prin membrana alveolo-capilară, se dizolvă în plasma sanguină, difuzează în eritrocite și intră într-o interacțiune chimică reversibilă atât cu HbO2 oxidat, cât și cu hemoglobina redusă:

HbO2 + CO? HbCO + O2

Hb + CO? HbCO

Hemoglobina carbonil HbCO rezultată nu este capabilă să atașeze oxigenul la sine. Ca urmare, devine imposibil să transferați oxigenul de la plămâni la țesuturi.

Afinitatea chimică ridicată a monoxidului de carbon (II) CO pentru fierul feros este principalul motiv al interacțiunii CO cu hemoglobina. Se poate presupune că și alți compuși bioanorganici care conțin ioni de Fe2+ ar trebui să reacționeze cu această otravă.

Deoarece reacția de interacțiune a oxihemoglobinei cu monoxidul de carbon este reversibilă, o creștere a presiunii parțiale a O2 în mediul respirator va accelera disociarea carbonilhemoglobinei și eliberarea de CO din organism (echilibrul se va deplasa spre stânga în funcție de Principiul Le Chatelier):

HbO2 + CO? HbCO + O2

În prezent, există preparate medicinale care sunt folosite ca antidoturi pentru otrăvirea organismului cu monoxid de carbon (II). De exemplu, introducerea fierului redus accelerează brusc eliminarea CO din organism sub formă, evident, de carbonil de fier. Acțiunea acestui medicament se bazează pe capacitatea CO de a acționa ca ligand în diferite complexe.

Proprietățile chimice ale staniului și compușilor plumbului. Oxizii de staniu (II) și plumb (II), SnO și PbO sunt amfoteri, la fel ca hidroxizii corespunzători Sn(OH)2 și Pb(OH)2.

Sărurile Pb2+ - acetat, nitrat - sunt foarte solubile în apă, clorura și fluorura sunt puțin solubile, sulfatul, carbonatul, cromatul, sulfura sunt practic insolubile. Toți compușii plumbului (II), în special cei solubili, sunt otrăvitori.

Activitatea biologică a plumbului este determinată de capacitatea sa de a pătrunde în organism și de a se acumula în acesta.

Plumbul și compușii săi sunt otrăvuri care acționează în primul rând asupra sistemului neurovascular și direct asupra sângelui. Chimia acțiunii toxice a plumbului este foarte complexă. Ionii Pb2+ sunt agenți de complexare puternici în comparație cu cationii celorlalte elemente p din grupa IVA. Ele formează complexe puternice cu bioliganzii.

Ionii Pb2+ sunt capabili să interacționeze și să blocheze grupările sulfhidril ale proteinelor SH din moleculele enzimelor implicate în sinteza porfirinelor, reglând sinteza temei și a altor biomolecule:

R--SH + Pb2+ + HS--R > R--S--Pb--S--R + 2H+

Adesea, ionii Pb2+ înlocuiesc ionii naturali M2+, inhibând metaloenzimele EM2+:

EM2+ + Pb2+ > EPb2+ + M2+

Reacționând cu citoplasma celulelor și țesuturilor microbiene, ionii de plumb formează albuminate asemănătoare gelului. În doze mici, sărurile de plumb au un efect astringent, determinând gelificarea proteinelor. Formarea gelurilor îngreunează pătrunderea microbilor în celule și reduce răspunsul inflamator. Actiunea lotiunilor cu plumb se bazeaza pe aceasta.

Pe măsură ce concentrația ionilor Pb2+ crește, formarea albuminaților devine ireversibilă, albuminații proteinelor R-COOH ale țesuturilor de suprafață se acumulează:

Рb2+ + 2R--СООН = Рb(R--СОО)2 + 2Н+

Prin urmare, preparatele cu plumb (II) au un efect predominant astringent asupra țesuturilor. Sunt prescrise exclusiv pentru uz extern, deoarece, fiind absorbite în tractul gastro-intestinal sau tractul respirator, prezintă o toxicitate ridicată.

Compușii anorganici de staniu (II) nu sunt foarte toxici, spre deosebire de compușii organici de staniu.

Subiect:Caracteristicile generale ale elementelor grupelor IV-A.

Proprietăți.

Ţintă : Luați în considerare caracteristicile generale ale elementelor grupelor IV-A folosind exemplul carbonului și siliciului; fizice şi Proprietăți chimice aceste elemente, pentru a da conceptul de „absorbție”.

Educational : să-i învețe pe elevi să dobândească în mod independent cunoștințe prin utilizarea rațională a diverselor surse de informare (manuale, literatură populară) și să aplice cunoștințele dobândite; stabilește relații de cauzalitate între structura, proprietățile și utilizarea substanțelor pe baza teoriilor studiate, generalizează și sistematizează cunoștințele elevilor despre carbon și siliciu, compușii acestora, semnificația acestor substanțe în natură și în viața umană;

Educational : să dezvolte interesul cognitiv al școlarilor, capacitatea de a evidenția principalul, de a compara, de a generaliza, de a exprima logic gândurile;

încurajează comportamentul de salvare a sănătății în sala de clasă.

Echipamente: calculator, prezentare, manual, tabel „Sistemul periodic al elementelor chimice”

În timpul orelor:

1. Moment organizatoric.

2. Verificarea temelor.

3.Actualizarea cunoștințelor de bază

(conversație frontală).

Denumiți elementele dinIVgrup.

Denumiți elementele subgrupului secundarIVgrupuri.

4. Studiul de material nou.

Poziția în sistemul periodic al elementelor chimice, structura atomului C,Si

Profesor . Băieți, să ne uităm la Tabelul periodic al elementelor chimice și să stabilim ce elemente sunt incluseeuSubgrup V-A?

Răspunsul elevului.

La subgrupul principaleuV-A gr. Articole incluse:C, Si, GE, sn, Pb-

C, Si, Ge - nemetale, Sn, Pb - metale

Profesor . Ce este comun în structura atomilor acestor elemente?

( munca elevului la tablă )

1. Carbon

6 C)2)4

…2 s22 p2

2. Siliciu

14 Si)2)8)4

…3 s23 p2

Răspunsul elevului . Au aceeași structură atomică (la ultimul nivel 4e).ns 2 np 2 și arată valențăII, IV

Profesor. Cum se modifică proprietățile elementelor odată cu creșterea Ar?

Răspunsul elevului . Pe măsură ce Ar crește, proprietățile metalice cresc, în timp ce proprietățile nemetalice scad.

Profesor . Ce oxizi superiori formează elemente din grupul 1V-A?

Răspunsul elevului . Ele formează oxizi mai mari de tipul -RO 2 ( munca elevului la tablă ) CO 2, SiO 2 GE O 2 SNO 2 PbO 2

Profesor. Ce compuși volatili de hidrogen formează aceste elemente?

Răspunsul elevului. Compuși de hidrogen volatil de tipul -RH 4 ( CH 4 , SiH 4 )

Profesor. Carbonul formează 2 modificări alotropice: grafit, diamant

Tabel „Structura rețelelor cristaline de diamant și grafit”

Alotropia carbonului

Grafit

diamant

proprietăți fizice

gri închis, conduce electricitatea și căldura

Cristalin transparent solid cu strălucirea caracteristică.

t \u003d 1420 topire; nu conduce electricitatea și căldura

Lucrați în grupuri cu manualul. Schimb de informatii. Intrare caiet.

Grupul #1 Grupul #2

DIN

Si

fiind în natură

cretă CaCO 3 diamant de marmură

Grafit

Malachit CuCO 3

Ulei

27% din scoarța terestră este nisip SiO 2

Proprietăți chimice

C+2H 2 → CH 4

C+O 2 →CO 2

3 C+4 AL→AL 4 C 3

Ca +2C → CaC 2

2AL 2 O 3 +3C →4AL + 3CO 2

Si+O 2 → SiO 2

Si+2CL 2 →SiCL 4

Si+2Br 2 → SiBr 4

2Mg + Si → Mg 2 Si

Aplicație

burghie, tăietori de sticlă, praf de măcinat, pietre prețioase,medicamentpurificarea alcoolului din uleiurile de fusel

purificarea zahărului în rafinării din substanțe care îi conferă culoarea galbenă

Pe baza proprietăților de adsorbție ale cărbunelui, chimistul rus Nikolai Dmitrievich Zelinsky a dezvoltat o mască de gaz filtrantă

(demonstrarea structurii cutiei de filtrare a măștii de gaz).

Semiconductor (panouri solare)

Oţel

nisip de constructii

Adsorbţie-– capacitatea de a absorbi gaze și substanțe dizolvatesuprafaţă corp solid lichide(datorită structurii poroase a corpului).

intrebare problematica: Este adsorbția un proces fizic sau chimic?

Experiment demonstrativ „Adsorbție”.EXPERIMENT: Adăugați cărbune activ zdrobit la o soluție de turnesol albastru. Se filtrează amestecul rezultat. Filtratul este complet transparent.

RĂSPUNS : fizic, pentru că nu modifică compoziția substanței.

5 Sistematizarea și generalizarea cunoștințelor

Efectuați transformări. Scrieți ecuațiile de reacție adecvate.

CH 4 ← C → CO → CO 2 → H 2 CO 3

CaC 2

Reflecţie

Crezi că lecția noastră și-a atins scopul?

Ce ți-ar plăcea să faci din nou și ce ai face diferit?

Ai primit emoții pozitive din lecția de azi?

6. D/s

8939 0

Grupul 14 include C, Si, Ge, Sn, Pb (Tabelele 1 și 2). Ca și elementele subgrupului 3A, acestea sunt elemente p cu o configurație electronică similară a carcasei exterioare - s 2 p 2. Când vă deplasați în jos într-un grup raza atomică crește, determinând o slăbire a legăturii dintre atomi. Datorită delocalizării tot mai mari a electronilor învelișurilor atomice exterioare, conductivitatea electrică crește în aceeași direcție, astfel încât proprietățile elementelor se schimbă de la nemetalice la metalice. Carbonul (C) sub formă de diamant este un izolator (dielectric), Si și Ge sunt semimetale, Sn și Pb sunt metale și buni conductori.

Tabelul 1. Unele proprietăți fizice și chimice ale metalelor din grupa 14

	Nume		Se referă, la. greutate	Formula electronica	Raza, pm	Izotopi principali (%)
	Carbon Carbon [din lat. carbo - cărbune]				covalent 77 cu dublă legătură 67, cu triplă legătură 60	14 C (urme)
	Silicon Silicon [din lat. silicis - silex]				atomic 117, covalent 117
	Germanium Germanium [din lat. Germania]			3d 10 4s 2 4p 2	atomic 122,5, covalent 122
	Tin Tin [din anglo-sax. tablă, lat. stannum]			4d 10 5s 2 5p 2	atomic 140,5, covalent 140
	Lead Lead [din anglo-sax. plumb, lat. plumb]			4f 14 5d 10 6s 2 6p 2	atomic 175, covalent 154

Toate elementele acestui grup formează compuși cu o stare de oxidare de +4. Stabilitatea acestor compuși scade la mutarea în partea inferioară a grupului, în timp ce, ca și în compușii divalenți, ea, dimpotrivă, crește cu o astfel de mișcare. Toate elementele cu excepția Si, formează, de asemenea, compuși cu o valență de +2, care se datorează " efect de pereche inertă»: prin tragerea unei perechi de exterior s-elemente în interior învelișul de electroni datorită ecranării mai proaste a electronilor externi d- Și f-electroni comparativ cu s- Și R-electroni ai învelișurilor interioare ale atomilor mari ai membrilor inferiori ai grupului.

Proprietățile elementelor acestui grup au făcut posibilă utilizarea lor ca acoperiri anti-alge (AP) pentru nave. Primele astfel de acoperiri utilizate Pb, apoi a început să se aplice sn(sub forma unui radical bis-tributil organostanic asociat cu un polimer de carbon). Din motive de mediu, în 1989 a fost utilizată acestea, precum și alte metale toxice în PP ( Hg, Cd, As) a fost interzisă, înlocuită cu PP pe bază de polimeri organosilici.

Masa 2. Conținutul în organism, doze toxice (TD) și letale (LD) de metale din grupa a 14-a

	ÎN Scoarta terestra (%)	In ocean (%)	În corpul uman
			Medie (cu o greutate corporală de 70 kg)			Sânge (mg/l)
							de obicei netoxic, dar sub formă de cianuri de CO și CN este foarte toxic
		(0,03-4,09)x10 -4					Non-toxic
		(0,07-7)x10 -10					Non-toxic
		(2,3-8,8)x10 -10			(0,33-2,4)x10 -4		TD 2 g, LD nd, ceva organostaniu. compușii sunt foarte toxici
					(0,23-3,3)x10 -4		TD 1 mg, LD 10 g

Carbon (C) - diferit de toate celelalte elemente ale așa-numitului catenare, adică capacitatea de a forma compuși în care atomii săi sunt legați între ei în lanțuri lungi sau inele. Această proprietate explică formarea a milioane de compuși numiți organic, care este dedicat unei secțiuni separate de chimie - Chimie organica.

Capacitatea carbonului de a catenare este explicată prin mai multe caracteristici:

In primul rand, putere conexiuni C - C. Astfel, entalpia medie a acestei legături este de aproximativ 350 kJ/mol, în timp ce entalpia legăturii Si - Si— doar 226 kJ/mol.

În al doilea rând, capacitatea unică a atomilor de carbon de a hibridizare: educatie 4 sp 3 orbitali cu orientare tetraedrică (asigurând formarea de legături covalente simple) sau 3 sp 2 orbitali orientați în același plan (care asigură formarea de legături duble) sau 2 sp-orbitali cu orientare liniară (asigurând formarea de legături triple).

Astfel, carbonul poate forma 3 tipuri de mediu de coordonare: liniar pentru molecule cu două și trei atome, când CN al elementului este 2, plan triunghiular pentru molecule de grafit, fulerene, alchene, compuși carbonilici, inel benzenic, când CN este 3 și tetraedric pentru alcani și derivații lor cu CN = 4.

În natură, carbonul apare sub formă de alotropice, adică diferite forme structurale (grafit, diamant, fulerene), precum și sub formă de materii prime calcaroase și hidrocarburi (cărbune, petrol și gaz). Se folosește sub formă de cocs în topirea oțelului, negru de fum în imprimare, cărbune activ la purificarea apei, zahărului etc.

Premiat în 2010 Premiul Nobelîn fizică pentru studiul unei forme unice DIN- grafen. Laureații - originari din Rusia - A. Geim și K. Novoselov au reușit să obțină acest material din grafit. Este un cristal bidimensional, adică arată ca o rețea de atomi C grosimea unui atom, structură sub formă de undă, care asigură stabilitatea cristalului. Proprietățile sale sunt foarte promițătoare: este cel mai subțire material transparent dintre toate cunoscute în prezent, în plus, este extrem de rezistent (de aproximativ 200 de ori mai puternic decât oțelul), are conductivitate electrică și termică. La temperatura camerei, rezistența sa electrică este cea mai scăzută dintre toți conductorii cunoscuți. În viitorul apropiat, grafenul va fi folosit pentru a crea computere de ultra-înaltă viteză, ecrane cu ecran plat și panouri solare, precum și detectoare de gaz sensibile care răspund la mai multe molecule de gaz. Alte domenii de utilizare a acestuia nu sunt excluse.

Sub formă de oxid ( ASA DE) și cianuri ( CN-) carbonul este foarte toxic deoarece perturbă procesele de respirație. Mecanismele de acțiune biologică ale acestor compuși sunt diferite. Cianura inhibă enzima respiratorie citocrom oxidaza contactând rapid Xi- centrul activ al enzimei, blocand fluxul de electroni la capatul lantului respirator. ASA DE, fiind o bază Lewis, se leagă de un atom Feîn molecula de hemoglobină este mai puternică decât O 2, formând carbonilhemoglobina lipsit de capacitatea de a lega și de a transporta O 2. Abilitatea ASA DE formează legături cu d-metale în stări scăzute de oxidare duce la formarea diverșilor compuși carbonilici. De exemplu, Feîntr-o substanță foarte toxică - psitacarbopilă Fe(CO) 5 are o stare de oxidare zero, iar în complexul [ Fe(CO) 4 ] 2- este starea de oxidare -2 (Fig. 1).

Orez. unu.

Stabilizarea unui atom de metal în stare scăzută de oxidare în complexe cu ASA DE datorită capacității carbonului de a ieși din cauza structurii joase R*-orbitali în rol ligand acceptor. Acești orbitali se suprapun cu orbitalii ocupați ai metalului, formând o coordonare R-legatura in care actioneaza metalul donator electroni. Aceasta este una dintre puținele excepții de la regula generala formarea unui CS, unde acceptorul de electroni este un metal.

Nu are sens să descriem proprietățile carbonului mai detaliat, deoarece, de regulă, acesta nu numai că nu este determinat în analiza multielementului, dar amestecul său în probă este, de asemenea, considerat nedorit și supus unei îndepărtări maxime în timpul preparării probei. În analiza emisiilor optice, acesta oferă un spectru foarte larg, crescând fondul de zgomot și reducând astfel limita de sensibilitate pentru detectarea elementelor care sunt determinate. În spectrometria de masă, moleculele organice formează un număr mare de fragmente de molecule cu greutăți moleculare diferite, care dau interferențe semnificative în analiză. Prin urmare, în marea majoritate a cazurilor, toate substanțele care conțin carbon sunt îndepărtate în timpul pregătirii probei.

Siliciu (Si) - semimetal. Când siliciul este redus ( SiO 2) amorful negru este format din carbon Si. cristale Si puritate ridicată seamănă cu un metal gri-albastru. Siliciul este folosit în semiconductori, aliaje și polimeri. Este important pentru unele forme de viață, de exemplu, pentru construirea de scoici din diatomee; posibil important pentru corpul uman. Unii silicați sunt cancerigeni, unii provoacă silicoză.

În toate conexiunile Si tetravalent, formează legături chimice de natură covalentă. Cel mai comun oxid SiO 2. În ciuda inerției chimice și insolubilității în apă, atunci când este ingerată, poate forma acizi silicici și compuși organosilicici cu proprietăți biologice implicite. Toxicitate SiO 2 depinde de dispersia particulelor: cu cât sunt mai mici, cu atât mai toxice, deși corelațiile dintre solubilitate diferite forme SiO 2 și silicogenitatea nu este observată. Relația dintre toxicitatea acizilor silicici cu Si dovedește inerția completă a prafului de diamant de aceeași finețe.

ÎN În ultima vreme s-a remarcat că în mediile biologice acizii silicici sunt implicaţi în formare hidroxilaluminosilicati, iar acest fenomen nu poate fi explicat prin relație Sic, nici o legătură Si-O-C. Pe măsură ce utilizarea industrială se extinde Alși compușii săi prin aluminosilicați Al implicat tot mai mult în multe reacţii biochimice. În special, grupările funcționale care conțin oxigen și fluor formează cu ușurință compuși complecși foarte stabili cu Al pervertindu-le metabolismul.

Cel mai studiat dintre compușii organosiliciului siliconi- polimeri, al căror schelet al moleculei este format din atomi interconectați alternanți SiȘi O 2. La atomi Siîn siliconi sunt atașate grupări alchil sau arii. Disponibilitate Siîn compușii organosiliciului, modifică radical proprietățile substanțelor atunci când acestea nu îl conțin. De exemplu, polizaharidele convenționale pot fi izolate și purificate folosind etanol puternic, care precipită polizaharida din soluție. Carbohidrații care conțin siliciu, pe de altă parte, nu precipită nici măcar în etanol 90%. Clasificarea compușilor organosiliciului este prezentată în tabel. 3.

Tabelul 3 Polimeri siliconici

	Nume și structură	Notă
		Constă numai din Si. Energia de legare a unui lanț de carbon C - C este 58,6 și Si - Si 42,5 kcal/mol și, prin urmare, poliorganosilanii sunt instabili.
		Energie legată Si-O 89,3 kcal/mol. Prin urmare, acești polimeri sunt puternici, rezistenți la temperatură și la degradarea oxidativă. Această clasă de polimeri este foarte diversă ca structură. Polisiloxanii liniari sunt utilizați pe scară largă ca cauciucuri sintetice elastice și rezistente la căldură.
		Atomi din lanțul principal Si separate prin lanțuri de atomi de carbon.
		Lanțul principal conține grupări siloxan separate prin lanțuri de carbon.
		Coloana vertebrală este formată din atomi DIN, și atomii Si cuprinse în grupuri laterale sau ramuri.
		Lanțurile macromoleculare includ atomi Si, O si metale, unde M = Al, Ti, Sb, Sn, V.

Cel mai probabil mecanism de dezvoltare silicoză luați în considerare distrugerea fagocitelor care au capturat particule SiO 2. Atunci când interacționează cu lizozomii, particulele de siliciu distrug lizozomii și celula fagocitară în sine, provocând eliberarea de enzime și fragmente de molecule de organele. Ele interacționează cu alte fagocite, adică se lansează un proces în lanț de moarte a fagocitelor. Dacă în celulă există o anumită cantitate de acizi silicici, acest proces este accelerat. Acumularea de macrofage moarte inițiază producția de colagen în fibroblastele din jur, în urma căreia se dezvoltă scleroza în focar.

Acidul silicic coloidal este un hemolitic puternic, modifică raportul dintre proteinele serice, inhibă o serie de enzime respiratorii și tisulare, perturbă metabolismul multor substanțe, inclusiv fosforul. Recent, s-a acordat multă atenție ionii de siliiu (R3 Si+). Ele arată capacitatea unică a atomului Si să-și extindă sfera de coordonare, sub forma creșterii electrofilității sale. Interacționează cu orice nucleofil, inclusiv cu ionii cu sarcină opusă (inclusiv cu intermediari metabolici reactivi) și cu molecule de solvent. Prin urmare, în fazele condensate, ele devin „evazive” și este dificil de detectat (Kochina et al., 2006).

Polimerii organosiliciului (OSP) au fost utilizați pentru prima dată ca acoperiri anti-alge cu autolustruire pentru corpul navei (Tsukerman, Rukhadze, 1996). Cu toate acestea, de atunci au fost propuse o varietate de modalități de aplicare a CPC în alte industrii. economie nationala, în special, în medicină ca proteze osoase durabile.

Germaniu (Ge) — semimetal amfoter; la puritate ultra-înaltă, apare ca cristale fragile alb-argintiu. Este folosit în semiconductori, aliaje și ochelari speciale pentru optică în infraroșu. Este considerat un stimulent biologic. În compuși, prezintă o stare de oxidare de +2 și +4.

Absorbția dioxidului și halogenurilor GE slab în intestin, dar sub formă de germanate M 2 GeO 4 este oarecum îmbunătățită. Germaniul nu se leagă de proteinele plasmatice și este distribuit între eritrocite și plasmă într-un raport de aproximativ 2:1. Rapid (timp de înjumătățire de aproximativ 36 de ore) este excretat din organism. În general, toxicitate scăzută.

staniu (Sn) - metal moale, ductil. Se folosește în lubrifianți, aliaje, lipire, ca aditiv la polimeri, în compoziția vopselelor pentru acoperiri antifouling, în compoziția compușilor organostanici volatili foarte toxici pentru plantele și animalele inferioare. Sub formă de compuși anorganici, este netoxic.

Are doua enantiotrop, „gri” (b) și „alb” (c) staniu, adică diferite forme alotrope care sunt stabile într-un anumit interval de condiții. Temperatura de tranziție între aceste forme se formează la o presiune de 1 atm. egal cu 286,2°K (13,2°C). Staniul alb are o structură de modificare gri distorsionată cu CN = 6 și o densitate de 7,31 g/cm 3 . Este stabil în condiții normale, iar la temperatură scăzută se transformă lent într-o formă având o structură asemănătoare unui diamant cu CN = 4 și o densitate de 5,75 g/cm 3 . O astfel de modificare a densității metalului în funcție de temperatura mediului este extrem de rară și poate provoca consecințe dramatice. De exemplu, în condițiile iernilor reci, butonii de tablă de pe uniformele soldaților au fost distruși, iar în 1851, în biserica din Seitz, țevile de tablă ale orgii s-au transformat în pulbere.

In organism se depune in ficat, rinichi, oase, muschi. Cu otrăvirea cu staniu, eritropoieza scade, ceea ce se manifestă prin scăderea hematocritului, a hemoglobinei și a numărului de globule roșii. A existat și o inhibiție 5-aminolevulinat dehidratază, una dintre enzimele din lanțul de biosinteză a hemului, precum și enzimele hepatice glutation reductazăȘi dehidrogenază glucozo-6-fosfat, lactatȘi succinate. Aparent sn excretat din organism ca parte a complexelor cu SH conţinând substraturi.

Plumb (Pb) - metal moale, maleabil, ductil. În aer umed este acoperit cu o peliculă de oxid, rezistentă la oxigen și apă. Folosit în baterii, cabluri, vopsele, sticlă, lubrifianți, benzină și produse de protecție împotriva radiațiilor. Este un metal toxic din grupa de pericol 1, deoarece se acumulează în organism în țesutul osos cu funcție renală afectată și în sistemul cardiovascular. În țările dezvoltate, conținutul său este controlat cu examinarea medicală obligatorie a populației. Provoacă diverse boli.

Bioanorganice medicale. G.K. Barașkov