химия 28.10.24

1.

Элементы 14 (IVА) группы
периодической системы

2.

Общая характеристика IVА группы
1. Электронная конфигурация:
• Внешний электронный слой: ns2np2.
• Валентность обычно IV, но возможна и II (особенно
для более тяжёлых элементов).
2. Химическая активность:
• С увеличением атомного номера снижается
прочность ковалентных связей, что уменьшает
химическую активность.
• Углерод и кремний активно образуют
соединения, особенно с кислородом (оксиды),
водородом (гидриды) и другими элементами.
• Германий, олово и свинец более инертны, но
способны вступать в реакции в определённых
условиях.
3. Степень окисления:
• Типичные степени окисления: +4 и +2.
• У более лёгких элементов, таких как углерод и
кремний, стабильнее степень окисления +4.
• У тяжёлых элементов (например, у свинца)
более устойчива степень окисления +2
4. Физические свойства:
• Углерод существует в нескольких аллотропных
формах (графит, алмаз, фуллерены).
• Кремний и германий — полупроводники, важные в
электронике.
• Олово и свинец — мягкие металлы, имеют низкие
температуры плавления.

3.

Элемент
Атомный радиус
Электроотрицател Тип связи
ьность
Температура
плавления
Углерод
Малый
Высокая
Ковалентная
Высокая
Кремний
Средний
Средняя
Полупроводниковая Высокая
Германий
Средний
Средняя
Полупроводниковая Средняя
Олово
Большой
Низкая
Металлическая
Низкая
Свинец
Большой
Низкая
Металлическая
Низкая

4.

Углерод
1. Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p²
2. Аллотропные формы.
Углерод существует в нескольких формах
(аллотропах), включая:
Графит: мягкий, черный и проводящий
электричество.
Алмаз: один из самых твердых природных
материалов, прозрачный и изолятор.
Фуллерены и графен: молекулы и листы
углерода, используемые в нанотехнологиях.
3. Химическая активность:
Углерод может образовывать устойчивые связи с
водородом, кислородом, азотом и другими
элементами.
Он образует соединения в различных степенях
окисления, например, углекислый газ (CO₂) и угарный
газ (CO).
Углерод
—
основа
органической химии и
жизни. Все органические
соединения состоят из
углерода, поскольку он
легко образует цепи и
сложные молекулы.

5.

Кремний
1. Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²
Кремний второй по
распространенности
2. Аллотропные формы.
элемент в земной коре
Кремний обычно существует в виде кристаллической
(после кислорода) и
структуры, похожей на алмазную. Он не имеет
разнообразных аллотропных форм, как углерод, но его входит в состав песка,
горных
пород
и
кристаллические структуры широко используются в
минералов (например,
электронике.
кварц — SiO₂).
3. Химическая активность:
Его соединения важны
Кремний химически менее активен, чем углерод, и в
для жизни некоторых
природе встречается главным образом в виде оксидов. растений
и
В соединениях чаще всего проявляет степень
микроорганизмов.
окисления +4, как в диоксиде кремния (SiO₂) и
различных силикатах.

6.

Германий
1. Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p² 4. Применение германия:
2. Аллотропные формы.
Германий существует в виде серого, твердого и хрупкого
кристаллического полуметалла. Он не имеет множества
аллотропных форм, как углерод, но образует
кристаллическую решетку, аналогичную кремнию и алмазу.
3. Химическая активность:
В химических реакциях германий обычно проявляет степени
окисления +2 и +4, причем наиболее устойчивыми
соединениями являются его оксиды и галогениды.
Он взаимодействует с кислородом, образуя оксид германия
(GeO₂), который часто используется в оптических
приложениях.
Германий относительно редок
в земной коре и встречается в
небольших количествах в
некоторых рудных минералах,
таких как аргиродит. Он также
обнаружен в составе углей и
некоторых минералов.
Электроника: Германий используется в транзисторах и диодах,
особенно в высокочувствительных устройствах, так как его
полупроводниковые свойства аналогичны кремнию.
Оптика: Высокий показатель преломления германия делает его
полезным в инфракрасной оптике, для изготовления линз и окон в
инфракрасных приборах.
Солнечная энергетика: Германий используется в
высокоэффективных солнечных панелях, особенно для космических
аппаратов.

7.

Олово
1. Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰
4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p²
2. Аллотропные формы.
Олово существует в двух основных аллотропах:
• Белое олово (β-олово): устойчиво при
температурах выше 13,2 °C, металлическое и
пластичное.
• Серое олово (α-олово): устойчиво при низких
температурах, имеет хрупкую кристаллическую
структуру.
При температуре ниже 13,2 °C олово может
превращаться из белой формы в серую, что вызывает
эффект "оловянной чумы" и делает его хрупким.
3. Химическая активность:
Олово — химически устойчивый элемент, но при
нагревании взаимодействует с кислородом, образуя
диоксид олова (SnO₂).
В соединениях олово может проявлять степень
окисления +2 (в хлориде олова SnCl₂) и +4 (в диоксиде
олова SnO₂).
4. Применение олова:
Производство сплавов: Основной компонент в бронзе (сплав с медью) и мягком припое (сплав с
свинцом), широко применяемом для соединения металлов.
Защитное покрытие: Используется для покрытия железа в виде лужения для защиты от коррозии
(жестяные банки).
Стекольная промышленность: В технологии флоат-стекла, когда расплавленное стекло распределяется
на поверхность расплавленного олова, что обеспечивает идеально ровную поверхность стекла.
Олово довольно редкое и
обычно встречается в виде
минерала касситерита (SnO₂).
Добывается из руд для
использования в различных
промышленных целях.

8.

Свинец
1. Электронная конфигурация: [Xe] 6s²4f¹⁴5d¹⁰6p²
2. Аллотропные формы
Свинец не имеет различных аллотропных форм, как
это наблюдается у олова. В стандартных условиях он
существует в одной форме — твердом состоянии с
кристаллической структурой.
3. Химическая активность
Свинец является химически устойчивым элементом,
но может реагировать с кислородом и углекислым
газом, образуя оксиды и карбонаты свинца (например,
свинцовый оксид (PbO) и свинцовый карбонат
(PbCO₃)).
В соединениях свинец может проявлять степени
окисления +2 (например, в хлориде свинца PbCl₂) и +4
(например, в диоксиде свинца PbO₂).
Применение
1.Производство сплавов:
Свинец используется в различных сплавах, таких как бронза и баббит,
а также в батареях (свинцово-кислотные батареи).
2.Защитные материалы:
Благодаря своей плотности и способности блокировать радиацию,
свинец используется в радиационных защитных материалах.
3.Краски и пигменты:
Свинец применялся в производстве красок (например, свинцовые
белила), хотя его использование сократилось из-за токсичности.
4.Строительство:
Свинец используется для производства водопроводных труб и
свинцовых листов, хотя это также ограничено из-за проблем с
токсичностью.
Свинец встречается в природе в виде
различных минералов, таких как
галенит (PbS) и англезит (PbSO₄).
Эти минералы являются основными
источниками
свинца
для
промышленности.