Не реагирует с водой – т.к. кремниевая кислота нерастворима.

Водород.

Водород – легкий газ без цвета, без запаха. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью.

Получение: 1.В промышленности: Конверсионный способ. Вначале получают водяной газ, пропуская пары воды через раскаленный кокс при 1000 °С: С + Н2О -tà СО + Н2. Затем оксид углерода (II) окисляют в оксид углерода (IV), пропуская смесь водяного газа с избытком паров воды над нагретым до 400–450 °С катализатором Fe2O3: CO +H2O = CO2 + H2. Окисление метана водяным паром: CH4 + 2Н2O –(t, Ni)à4Н2 + CO2 Термическое разложение метана при 1200 °С: CH4 -tà C + 2H2 Электролиз водного раствора поваренной соли или гидроксида натрия: (NaOH) + 2Н2O –эл.токà 2Н2 + O2 2NaCl + 2H2O –эл.токà H2 + Cl2 + 2NaOH; 2. В лаборатории: Zn + 2HCl à ZnCl2 + Н2 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2; Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2.

Свойства: 1.С металлами: Н2 + 2Na -tà2NaH Н2 + Са -tà СаН2 2. С неметаллами: 2Н2 + O2 à 2Н2O Н2 + Cl2 -hvà 2HCl 3Н2 + N2 -t, p, кат.à 2NH3 H2 + S à H2S 3. С оксидами металлов (неактивных) и неметаллов: CuO + H2 à Cu + H2O 2NO + 2H2 = N2 + 2H2O.

Водородные соединения металлов и неметаллов.

 

1. Ионные гидриды: Получение: Н₂ + 2Na -tà2NaH

Свойства: разлагаются водой и кислотами:

NaH + Н₂O à NaOH + Н₂

СаН₂ + 2HCl à CaCl₂ + 2Н₂

 

2. Ковалентные водородные соединения:

Все газы, кроме воды (водородные связи).

CH4- метан	NH3-аммиак	H2O - вода	HF –фтороводород
SiH4 - силан	PH3 - фосфин	H2S - сероводород	HCl - хлороводород

Неустойчивые: фосфин и силан.

Основными свойствами обладает: аммиак.

Амфотерные свойства проявляет: вода.

Кислоты образуют в водном растворе: сероводород и галогеноводороды.

Вода.

Молекулы воды связаны водородными связями: nH₂O = (Н₂O)_n, поэтому вода жидкая в отличии от ее газообразных аналогов H₂S, H₂Se и Н₂Те.

 

Свойства:

1. С металлами:

а) щелочные и щелочноземельные (кроме бериллия и магния): 2Na + 2Н₂O = 2NaOH + Н₂

б) остальные металлы в ряду активности до Н могут окисляться водяным паром до оксида при высокой температуре: Fe + 4Н₂O-tà Fe₃O₄ + 4Н₂

2. С оксидами щелочных и щелочноземельных металлов: Н₂O + СаО = Са(OH)₂

3. С кислотными оксидами растворимых кислот: P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄.

4. Гидролиз солей, бинарных соединений металлов и неметаллов:

2CuSO₄ + 2Н₂O ⇄ (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄

Al₂S₃ + 6H₂O à 2Al(OH)₃ + 3H₂S

Са₃Р₂ + 6Н₂О à 3Са(ОН)₂ + 2РН₃↑

PCl₅ + 4H₂O à H₃PO₄ + 5HCl

Применение водорода

Применение водорода основано на его физических и химических свойствах:

• как легкий газ, он используется для наполнения аэростатов (в смеси с гелием);
• кислородно-водородное пламя применяется для получения высоких температур при сварки металлов;
• как восстановитель используется для получения металлов (молибдена, вольфрама и др.) из их оксидов;
• для получения аммиака и искусственного жидкого топлива, для гидрогенизации жиров.

Элементы IVA-группы.

С	неметаллы	Радиус атома растёт	Электроотри-цательность уменьшается	Металличес-кие свойства усиливаются	Степени окисления: + 4, +2, - 4(для неметаллов)
Si
Ge	металлы
Sn
Pb

Углерод.

1. Простое вещество. Имеет несколько аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Алмаз – кристаллическое вещество, прозрачное, сильно преломляет лучи света, очень твёрдое, не проводит электрический ток, плохо проводит тепло. Каждый атом углерода находится в состоянии sp³-гибридизации.

Алмаз.

Графит – мягкое вещество серого цвета со слабым металлическим блеском, жирное на ощупь, проводит электрический ток. Атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации и связаны в плоские слои, состоящие из соединенных ребрами шестиугольников, наподобие пчелиных сот.

Графит.

Графит – наиболее устойчивая при комнатной температуре аллотропная модификация углерода.

Карбин – мелкокристаллический порошок серого цвета, полупроводник. Его кристаллы состоят из линейных цепочек углеродных атомов, соединенных чередующимися тройными и одинарными связями, или двойными связями, углерод находится в состоянии sp-гибридизации: -С≡С-С≡С-С≡С-С≡С-

По твердости карбин превосходит графит, но значительно уступает алмазу.

Фуллерен - искусственно полученная модификация углерода, состоящая из молекул C₆₀, C₇₀, …. C₁₀₂₀. Эти молекулы составлены из атомов углерода, объединенных в пяти и шести угольники с общими ребрами. Это черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников. При давлении порядка 2·10⁵ атм и комнатной температуре фуллерен превращается в алмаз.

Свойства углерода:

Взаимодействие с фтором: углерод обладает низкой реакционной способностью, из галогенов реагирует только с фтором.	С + 2F2 = CF4.
Взаимодействие с кислородом:	2С + О2(недост) = 2СО (угарный газ), С + О2(изб) = СО2(углекислый газ).
Взаимодействие с другими неметаллами: не взаимодействует с азотом и фосфором.	С + 2S = CS2 C + 2H2 –t, Nià CH4 Ca + 2C = CaC2 ЗС + 4Al =Al4С3
Взаимодействие с водой: при пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и водород:	C + H2O = CO + H2.
Восстановительные свойства: углерод способен восстанавливать многие металлы из их оксидов:	2ZnO + C –tà 2Zn + CO 4С + Fe3O4 –tà 3Fe + 4CO
Концентрированные серная и азотная кислоты при нагревании окисляют углерод до оксида углерода (IV):	C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O; C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O.

Карбиды - это соединения углерода с металлами.

Ковалентные	Ионные, или солеобразующие
SiC. Имеют прочные ковалентные связи в атомной решетке, поэтому очень стабильны и химически инертны.	Карбиды, при гидролизе которых образуется метан – «метаниды»: Al4C3, Be2C Al4С3+12HCl =4AlCl3+ 3CH4	Карбиды, при гидролизе которых получается ацетилен – «ацетилениды»: Na2C2, Ag2C2, CaC2 СаС2+2Н2O=Са(OH)2+С2Н2 Ag2C2 + 2HCl = 2AgCl + C2H2

Оксиды углерода.

	CO	CO2
Характеристика	угарный газ – б\ц, б\з, ядовит	углекислый газ – б/ц, б/з
	Молекула оксида углерода (II) имеет линейное строение. Между атомами углерода и кислорода образуется тройная связь.	Молекула СО2 линейная, тип гибридизации углерода – sp2
Тип оксида	несолеобразующий	кислотный
	CO + NaOH = HCOONa (формиат натрия) 2СО + О2 = 2СО2 СО + Н2 = С + Н2О СО + Cl2 = COCl2 (фосген) CO + CuO = Сu + CO2	С + СО2 = 2СО. 2Mg + CO2 = 2MgO + C. Типичный кислотный оксид. Na2O + CO2 = Na2CO3, 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O, NaOH + CO2 = NaHCO3. Качественной реакцией для обнаружения углекислого газа является помутнение известковой воды: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O.
Получение	1)Образуется в газогенераторах при пропускании воздуха через раскаленный уголь: C + O2 = CO2, CO2 + C = 2CO. 2)Получается при термическом разложении муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты: HCOOH = H2O + CO, H2C2O4 = CO + CO2 + H2O	Получают углекислый газ обжигом известняка: CaCO3 = CaO + CO2, или действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты: CaCO3 +2HCl =CaCl2 +H2O + CO2, NaHCO3 + HCl =NaCl +H2O +CO2.

 

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА Н₂СО₃

 

При растворении углекислого газа в воде образуется очень слабая угольная кислота Н₂СО₃.

 

Углекислый газ в воде находится преимущественно в виде гидратированных молекул СО₂ и лишь в незначительной степени в форме угольной кислоты. При этом в растворе устанавливается равновесие:

СО_2(г) + Н₂О ⇄ СО₂ · Н₂О _{(раствор)} ⇄ Н₂СО₃ ⇄ Н⁺ + HCO₃^-

Угольная кислота – слабая неустойчивая кислота, которую в свободном состоянии из водных растворов выделить нельзя.

 

 

 

Карбонаты.

1) Карбонаты металлов (кроме щелочных) при нагревании разлагаются:

CuCO₃ – tà CuO + CO₂

2) При пропускании углекислого газа из карбонатов образуются гидрокарбонаты:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂.

3) Гидрокарбонаты разлагаются до карбонатов: 2NaHCO₃ – tà Na₂CO₃ + H₂O + CO₂.

4) Карбонаты и гидрокарбонаты вступают в обменные реакции:

а) с сильными кислотами (качественная реакция на карбонаты):

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑;

б) с растворимыми солями и основаниями, если образуется осадок:

Na₂CO₃ + Ва(ОН)₂ = ВаСО₃ ↓+ 2NaOH

Na₂CO₃ + СаСl₂ = СаСО₃ ↓+ 2NaCl

5) Гидрокарбонаты реагируют со щелочами, образуя средние соли:

КНСО₃ + КОН = К₂СО₃ + Н₂О

Кремний.

Расположен в IV группе Периодической системы. На внешнем слое 4 электрона, которые имеют электронную конфигурацию 3s23p2. Проявляет степени окисления -4, +2, +4.

Второй по распространенности элемент на Земле после кислорода. Встречается только в виде соединений. Важнейшее соединение кремния — оксид SiO2 образует большое количество природных веществ – горный хрусталь, кварц, кремнезем. SiO2 необходим для жизни растений и животных. Он придает прочность стеблям растений и защитным покровам животных. Благодаря ему тростники, камыши и хвощи стоят крепко, как штыки, острые листья осоки режут, как ножи, стерня на скошенном поле колет, как иголки, а стебли злаков настолько крепки, что не позволяют ниве на полях ложиться от дождя и ветра. Чешуя рыб, панцири насекомых, крылья бабочек, перья птиц и шерсть животных прочны, так как содержат кремнезем.

 

Физические свойства. Вещество темно-серого цвета с металлическим блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см³. Полупроводник. В отличие от металлов с повышением температуры его электропроводность увеличивается. На спутниках, космических кораблях и станциях устанавливают солнечные батареи, преобразующие солнечную энергию в электрическую. В них работают кристаллы полупроводников, и в первую очередь кремния.

Кремниевые фотоэлементы могут превратить в электрическую до 10% поглощенной солнечной энергии.

Химические свойства:

Кремний – типичный неметалл, может быть окислителем и восстановителем.

Взаимодействие с галогенами: непосредственно взаимодействует только с фтором. С хлором реагирует при нагревании.	Si + 2F2 = SiF4 Si + 2Cl2 -tà SiCl4
Взаимодействие с кислородом	Si + O2 -tàSiO2
Взаимодействие с другими неметаллами: С водородом не взаимодействует.	Si + C -tàSiC 3Si + 2N2 = Si3N4
Взаимодействие с галогеноводородами. С фтороводородом реагирует при обычных условиях, с хлороводородом – при 300 °С, с бромоводородом – при 500 °С.	Si + 4HF = SiF4 + 2H2
Взаимодействие с металлами: образует силициды.	2Ca + Si = Ca2Si силицид кальция Si + 2Mg = Мg2 Si Силициды легко разлагаются водой или кислотами, при этом выделяется газообразное водородное соединение кремния — силан: Мg2 Si + 2Н2SO4 = 2MgSO4 + SiH4 В отличие от углеводородов силан на воздухе самовоспламеняется и сгорает с образованием диоксида кремния и воды: SiH4 + 202 = SiO2 + 2Н2О Повышенная реакционная способность силана по сравнению с метаном СН4 объясняется тем, что у кремния больше размер атома, чем у углерода, поэтому химические связи —Н слабее связей С—Н.
Взаимодействие с кислотами. Устойчив к действию кислот, взаимодействует только со смесью плавиковой и азотной кислот.	3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2[SiF6] + 4NO + 8H2O
Растворяется в щелочах, образуя силикат и водород:	Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2

 

Получение кремния.

В лаборатории: Восстановлением из оксида магнием или алюминием: SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO; 3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3.

В промышленности: 1)Восстановлением из оксида коксом в электрических печах: SiO2 + 2C -tà Si + 2CO. При таком процессе Si загрязнен карбидами кремния. 2) Наиболее чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния водородом при 1200 °С: SiCl4 +2H2-tàSi + 4HCl, или цинком: SiCl4 + 2Zn -tà Si + 2ZnCl2. 3)Также чистый кремний получается при разложении силана: SiH4 -tà Si + 2H2

Силициды – соединения кремния с металлами, в которых кремний имеет степень окисления -4.

Силициды щелочных и щелочно-земельных металлов характеризуются ионным типом связи, они химически активны. Они легко разлагаются водой или разбавленными кислотами с выделением силана: Ca₂Si + 2H₂SO₄ = 2CaSO₄ + SiH₄.

В силицидах неметаллов ковалентная связь. Среди таких силицидов наибольшее значение имеет карбид кремния – карборунд SiC, имеющий структуру алмаза, он характеризуется высокой твердостью и температурой плавления, а также высокой химической устойчивостью.

Получают силициды сплавлением простых веществ или восстановлением смеси оксидов коксом в электропечах: 2Mg + Si = Mg₂Si,

2MgO + SiO₂ + 4C = Mg₂Si + 4CO.

Силан SiH₄. (моносилан).

Образуются при действии на силицид магния соляной кислотой: Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4.

SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2Н2O (самовоспламенение на воздухе) Активно взаимодействует со щелочами: SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 4H2. При нагревании разлагается: SiH4 = Si + 2H2.

 

Оксид кремния (IV) – кислотный оксид.

В природе – речной песок, кварц.

Не реагирует с водой – т.к. кремниевая кислота нерастворима.

2) При сплавлении реагирует со щелочами: SiO₂ + 2KOH -tàK₂SiO₃ + H₂O

3) Реагирует с основными оксидами: SiO₂ + MgО -tàMgSiO₃ и карбонатами щелочных металлов: SiO₂ + K₂CO₃ -tà K₂SiO₃ + CO₂ при сплавлении.

4) Из кислот растворяется только в плавиковой: SiO₂ + 6HF = H₂[SiF₆] + 2H₂O

5) При температуре выше 1000 °С реагирует с активными металлами, при этом образуется кремний: SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO

или при избытке восстановителя – силициды: SiO₂ + 4Mg = Mg₂Si + 2MgO.

6) Взаимодействие с неметаллами.

Реагирует с водородом: SiO₂ + 2Н₂ = Si + 2Н₂O,

Взаимодействует с углеродом: SiO₂ + 3С = SiС + 2СO.

Кремниевая кислота.

Имеет полимерное строение и состав xSiO₂ • yH₂O. В водных растворах доказано существование ортокремниевой H₄SiO₄, метакремниевой H₂SiO₃ кислот.

Получение: только косвенным путём, из солей: Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl

Na₂SiO₃ + 2Н₂O + 2CO₂ = 2NaHCO₃ + H₂SiO₃↓,

Свойства: 1)Растворяются в концентрированных щелочах: H₄SiO₄ +4KOH à K₄SiO₄ + 4H₂O

2)Разлагаются при нагревании: H₂SiO₃ -tàSiO₂ + H₂O

 

Силикаты.

Большинство нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом». Их водные растворы — это хорошо известный силикатный клей.

Получение: 1) растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

H₄SiO₄ + 4KOH à K₄SiO₄ + 4H₂O

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + H₂

SiO₂ + 2KOH -tàK₂SiO₃ + H₂O

2) Сплавление оксидов: СаО + SiO₂ -tà CaSiO₃

₃₎ Сплавлением диоксида кремния с карбонатами: SiO₂ + СаС0₃ = СаSiO₃ + С0₂

4) Взаимодействие солей: K₂SiO₃ + CaCl₂ = CaSiO₃ + 2KCl

Из растворов силикатов действием на них более сильных кислот — соляной, серной, уксусной и даже угольной получается кремниевая кислота Н₂SiO₃:

К₂SiO₃ + 2НСl = 2КСl + Н₂SiO₃

Следовательно, Н₂SiO₃ очень слабая кислота. Она нерастворима в воде и выпадает из реакционной смеси в виде студенистого осадка, иногда заполняющего компактно весь объем раствора, превращая его в полутвердую массу, похожую на студень, желе. При высыхании этой массы образуется высокопористое вещество — силикагелъ, широко применяемый в качестве адсорбента — поглотителя других веществ.