УГЛЕРОД_И_КРЕМНИЙ_САФОНОВ.И_9В

1.

2.

Углерод (С) и Кремний (Si)
Углерод (C) и кремний (Si) являются элементами четырнадцатой группы
(бывшая IVA группа) периодической системы. У них схожее строение
внешнего электронного уровня: оба могут проявлять валентность IV и
способны образовывать четыре ковалентные связи.

3.

Физические свойства и аллотропия
Здесь проявляется первое важное различие.
Углерод знаменит своими многочисленными аллотропными модификациями,
каждая из которых обладает уникальными свойствами:
● Алмаз: самый твёрдый природный минерал, прозрачный, диэлектрик.
● Графит: мягкий, чёрный, слоистой структуры, хорошо проводит
электричество.
● Фуллерены, нанотрубки, графен: современные наноматериалы с
выдающимися прочностными и проводящими свойствами.
1)
2)
3)
1) Алмаз;
2) Графит;
3) Кристаллический
фуллерен.

4.

Кремний в кристаллической форме представляет собой тёмно-серый
полуметалл со структурой, похожей на алмаз, но гораздо менее твёрдый. Он
является основным полупроводниковым материалом в электронике.
Аморфный кремний имеет вид бурого порошка
1)
2)
1) Кристаллический
кремний.
1) Аморфный кремний.

5.

Химические свойства: сходства и различия
И углерод, и кремний проявляют амфотерные свойства, т.е. в одних
реакциях выступают как восстановители, в других — как окислители
Тип реакции
Углерод
Кремний
Как восстановитель
Горение: с O₂ образует CO
или CO₂.
С водяным паром: C + H₂O →
CO + H₂ (при нагревании).
С кислородом: Si + O₂ → SiO₂
(при сильном нагревании
>1200°C) .
Со щелочами: Si + 2NaOH +
H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂↑.
Как окислитель
С активными металлами
образует карбиды (CaC₂,
Al₄C₃)
С металлами образует
силициды (Ca₂Si, Mg₂Si).
Прочее
Углерод не реагирует с
кислотами-неокислителями
(HCl, H₂SO₄ разб.), но
окисляется
концентрированными HNO₃ и
H₂SO₄ до CO₂.
Кремний не реагирует с
большинством кислот, но
растворяется в плавиковой
кислоте (HF): Si + 4HF → SiF₄
+ 2H₂.

6.

Сравнение окислительно-восстановительных
свойств
Несмотря на общую амфотерность, активность элементов различается:
● Восстановительные свойства у углерода и кремния выражены
достаточно сильно, но кремний инертнее при обычных условиях.
● Окислительные свойства выражены слабо и проявляются в основном
при нагревании с металлами.
Ключевое отличие: Углерод — амфотерен (и окислитель, и
восстановитель). Кремний — преимущественно восстановитель.

7.

Важнейшие соединения и применение
Элемент
Важнейшие соединения
Ключевое применение
Углерод
CO₂, CO, угольная
кислота (H₂CO₃),
карбонаты, органические
соединения.
Основа всей органической
жизни и химической
промышленности
(топливо, пластмассы,
лекарства). Металлургия
(кокс), адсорбция
(активированный уголь) .
Кремний
SiO₂ (песок, кварц),
силикаты, кремниевая
кислота.
Полупроводниковая
электроника (процессоры,
чипы) . Производство
стекла, цемента, керамики
. Силиконы (полимеры
для медицины, смазок).

8.

Ключевой вывод: Почему жизнь основана на
углероде, а не на кремнии?
Это главный вопрос для сравнения . Хотя элементы похожи, углерод
способен:
● Образовывать прочные двойные и тройные связи, создавая огромное
разнообразие сложных молекул (белки, ДНК, углеводы).
● Формировать длинные и стабильные цепи из атомов C-C.
● Входить в состав газообразного CO₂, который легко участвует в
глобальном круговороте веществ (фотосинтез, дыхание).
Кремний, хоть и распространён в земной коре, не способен на такое
разнообразие. Его связи Si-Si менее прочны, способность образовывать
двойные связи ограничена, а главный оксид SiO₂ — это твёрдый и
инертный кварц или песок, что затрудняет его биологическое усвоение.

9.

Интересные факты
● На Уране и Нептуне идут алмазные дожди: метан под давлением
распадается, и углерод кристаллизуется в алмазы.
● Углеродные нанотрубки — один из прочнейших материалов,
теоретически пригодный для создания космического лифта.
● Регион Кремниевая долина (Silicon Valley) назван именно в честь
кремния — основы микрочипов.