Ciri-ciri umum golongan IVA Tabel Periodik. Unsur golongan IVA Ciri-ciri umum unsur golongan IIIA, IVA dan VA
Golongan IVA mengandung unsur-unsur terpenting, yang tanpanya tidak akan ada kita maupun Bumi tempat kita hidup. Karbon ini adalah dasar dari semua kehidupan organik, dan silikon adalah “raja” dunia mineral.
Jika karbon dan silikon merupakan tipikal non-logam, sedangkan timah dan timbal adalah logam, maka germanium menempati posisi perantara. Beberapa buku teks mengklasifikasikannya sebagai non-logam, sementara yang lain mengklasifikasikannya sebagai logam. Warnanya putih keperakan dan tampak metalik, tetapi memiliki kisi kristal seperti berlian dan merupakan semikonduktor seperti silikon.
Dari karbon menjadi timbal (dengan sifat non-logam yang menurun):
w kestabilan bilangan oksidasi negatif menurun (-4)
w kestabilan bilangan oksidasi positif tertinggi menurun (+4)
w stabilitas bilangan oksidasi positif rendah meningkat (+2)
Karbon adalah komponen utama semua organisme. Di alam, terdapat zat sederhana yang dibentuk oleh karbon (berlian, grafit) dan senyawa (karbon dioksida, berbagai karbonat, metana, dan hidrokarbon lain dalam gas alam dan minyak). Fraksi massa karbon pada batubara keras mencapai 97%.
Sebuah atom karbon dalam keadaan dasar dapat membentuk dua ikatan kovalen melalui mekanisme pertukaran, namun dalam kondisi normal senyawa tersebut tidak terbentuk. Ketika atom karbon memasuki keadaan tereksitasi, ia menggunakan keempat elektron valensi.
Karbon membentuk modifikasi alotropik yang cukup banyak (lihat Gambar 16.2). Ini adalah berlian, grafit, karabin, dan berbagai fullerene.
Dalam zat anorganik, bilangan oksidasi karbon adalah +II dan +IV. Dengan bilangan oksidasi karbon ini, terdapat dua oksida.
Karbon monoksida (II) adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan beracun. Nama sepelenya adalah karbon monoksida. Terbentuk selama pembakaran tidak sempurna bahan bakar yang mengandung karbon. Untuk struktur elektronik molekulnya, lihat halaman 121. Berdasarkan sifat kimianya, CO adalah oksida yang tidak membentuk garam, bila dipanaskan akan menunjukkan sifat pereduksi (mengurangi banyak oksida dari logam yang tidak terlalu aktif menjadi logam).
Karbon monoksida (IV) adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Nama sepelenya adalah karbon dioksida. Oksida asam. Ia sedikit larut dalam air (secara fisik), sebagian bereaksi dengannya, membentuk asam karbonat H2CO3 (molekul zat ini hanya ada dalam larutan berair yang sangat encer).
Asam karbonat adalah asam dibasa yang sangat lemah yang membentuk dua rangkaian garam (karbonat dan bikarbonat). Kebanyakan karbonat tidak larut dalam air. Dari hidrokarbonat, hanya logam alkali dan amonium hidrokarbonat yang ada sebagai zat individual. Ion karbonat dan ion bikarbonat adalah partikel basa, oleh karena itu karbonat dan bikarbonat dalam larutan air mengalami hidrolisis pada anion.
Dari karbonat yang paling penting adalah natrium karbonat Na2CO3 (soda, soda abu, soda cuci), natrium bikarbonat NaHCO3 (soda kue, soda kue), kalium karbonat K2CO3 (kalium) dan kalsium karbonat CaCO3 (kapur, marmer, batu kapur).
Reaksi kualitatif terhadap keberadaan karbon dioksida dalam campuran gas: pembentukan endapan kalsium karbonat ketika gas uji dilewatkan melalui air kapur (larutan kalsium hidroksida jenuh) dan pelarutan endapan selanjutnya ketika gas dilewatkan lebih lanjut. Reaksi yang terjadi:
Ca2 + 2OH +CO2 = CaCO3 + H2O;
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2 +2HCO3.
Dalam farmakologi dan kedokteran, berbagai senyawa karbon banyak digunakan - turunan dari asam karbonat dan asam karboksilat, berbagai heterosiklik, polimer dan senyawa lainnya. Jadi, karbolena (karbon aktif) digunakan untuk menyerap dan mengeluarkan berbagai racun dari tubuh; grafit (dalam bentuk salep) - untuk pengobatan penyakit kulit; isotop karbon radioaktif - untuk penelitian ilmiah (penanggalan radiokarbon).
Karbon adalah dasar dari semua zat organik. Setiap organisme hidup sebagian besar terdiri dari karbon. Karbon adalah dasar kehidupan. Sumber karbon bagi organisme hidup biasanya CO2 dari atmosfer atau air. Melalui fotosintesis, ia memasuki rantai makanan biologis di mana makhluk hidup memakan satu sama lain atau sisa-sisa satu sama lain dan dengan demikian memperoleh karbon untuk membangun tubuh mereka sendiri. Siklus biologis karbon berakhir dengan oksidasi dan kembali ke atmosfer, atau dengan penguburan dalam bentuk batu bara atau minyak.
Reaksi analitik ion karbonat CO 3 2-
Karbonat adalah garam dari asam karbonat H 2 CO 3 yang sangat lemah dan tidak stabil, yang dalam keadaan bebas dalam larutan berair tidak stabil dan terurai dengan pelepasan CO 2: H 2 CO 3 - CO 2 + H 2 O
Amonium, natrium, rubidium, dan cesium karbonat larut dalam air. Litium karbonat sedikit larut dalam air. Karbonat dari logam lain sedikit larut dalam air. Hidrokarbonat larut dalam air. Ion karbonat dalam larutan air tidak berwarna dan mengalami hidrolisis. Larutan bikarbonat logam alkali dalam air tidak berubah warna ketika setetes larutan fenolftalein ditambahkan ke dalamnya, sehingga memungkinkan untuk membedakan larutan karbonat dari larutan bikarbonat (uji farmakope).
1.Reaksi dengan barium klorida.
Ba 2+ + CO3 2 - -> BaCO 3 (kristal halus berwarna putih)
Endapan karbonat serupa dihasilkan oleh kation kalsium (CaCO 3) dan strontium (SrCO 3). Endapannya larut dalam asam mineral dan asam asetat. Dalam larutan H 2 SO 4 terbentuk endapan putih BaSO 4.
Larutan HC1 ditambahkan perlahan-lahan tetes demi tetes ke dalam endapan sampai endapan benar-benar larut: BaCO3 + 2 HC1 -> BaCl 2 + CO 2 + H 2 O
2. Reaksi dengan magnesium sulfat (farmakope).
Mg 2+ + COZ 2 - ->MgCO 3 (putih)
Hidrokarbonat - ion HCO 3 - membentuk endapan MgCO 3 dengan magnesium sulfat hanya jika mendidih: Mg 2+ + 2 HCO3- -> MgCO 3 + CO 2 + H 2 O
Endapan MgCO 3 larut dalam asam.
3. Reaksi dengan asam mineral (farmakope).
CO 3 2- + 2 H 3 O = H 2 CO 3 + 2H 2 O
HCO 3 - + H 3 O + = H 2 CO 3 + 2H 2 O
H 2 CO 3 -- CO 2 + H 2 O
Gas CO 2 yang dilepaskan dideteksi dengan kekeruhan bariton atau air kapur di alat pendeteksi gas, gelembung gas (CO 2), dan di tabung reaksi penerima - kekeruhan larutan.
4.Reaksi dengan uranil hexacyanoferrate (II).
2CO 3 2 - + (UO 2) 2 (coklat) -> 2 UO 2 CO 3 (tidak berwarna) + 4 -
Larutan coklat uranil heksasianoferat (II) dibuat dengan mencampurkan larutan uranil asetat (CH 3 COO) 2 UO 2 dengan larutan kalium heksasianoferrat (II):
2(CH 3 JADI) 2 PERGI 2 + K 4 -> (UO 2) 2 + 4 CH 3 JADI
Larutan Na 2 CO 3 atau K 2 CO 3 ditambahkan tetes demi tetes ke dalam larutan yang dihasilkan sambil diaduk sampai warna coklatnya hilang.
5. Penemuan terpisah ion karbonat dan ion bikarbonat melalui reaksi dengan kation kalsium dan amonia.
Jika ion karbonat dan ion bikarbonat ada secara bersamaan dalam larutan, maka masing-masing ion tersebut dapat dibuka secara terpisah.
Untuk melakukan ini, pertama-tama tambahkan larutan CaCl 2 berlebih ke dalam larutan yang dianalisis. Dalam hal ini, CO3 2 diendapkan dalam bentuk CaCO 3:
CO3 2 - + Ca 2+ = CaCO 3
Ion bikarbonat tetap berada dalam larutan, karena larutan Ca(HCO 3) 2 dalam air. Endapan dipisahkan dari larutan dan larutan amonia ditambahkan ke larutan terakhir. HCO 2 - anion dengan kation amonia dan kalsium kembali menghasilkan endapan CaCO 3: HCO 3 - + Ca 2+ + NH 3 -> CaCO3 + NH 4 +
6. Reaksi lain dari ion karbonat.
Ion karbonat bila bereaksi dengan besi (III) klorida FeCl 3 membentuk endapan coklat Fe(OH)CO 3, dengan perak nitrat - endapan putih perak karbonat Ag 2 CO3, larut dalam HbTO3 dan terurai bila direbus dalam air menjadi a endapan gelap Ag 2 O ISO 2 : Ag 2 CO 3 -> Ag 2 O + CO 2
Reaksi analitik ion asetat CH 3 COO"
Asetat - ion CH 3 COO- - anion asam asetat monobasa lemah CH 3 COOH: tidak berwarna dalam larutan air, mengalami hidrolisis, tidak mempunyai sifat redoks; Ini adalah ligan yang cukup efektif dan membentuk kompleks asetat yang stabil dengan kation dari banyak logam. Ketika bereaksi dengan alkohol dalam lingkungan asam, ia menghasilkan ester.
Asetat amonium, alkali dan sebagian besar logam lainnya sangat larut dalam air. Asetat perak CH 3 COOAg dan merkuri (I) kurang larut dalam air dibandingkan asetat logam lainnya.
1. Reaksi dengan besi (III) klorida (farmakope).
Pada pH = 5-8, ion asetat dengan kation Fe(III) membentuk asetat berwarna merah tua (warna teh kental) yang larut atau besi (III) oksiasetat.
Dalam larutan air ia terhidrolisis sebagian; pengasaman larutan dengan asam mineral menekan hidrolisis dan menyebabkan hilangnya warna merah larutan.
3 CH3COOH + Fe --> (CH 3 COO) 3 Fe + 3 H+
Saat mendidih, endapan besi basa (III) asetat berwarna merah kecoklatan mengendap dari larutan:
(CH 3 COO) 3 Fe + 2 H 2 O<- Fe(OH) 2 CH 3 COO + 2 СН 3 СООН
Tergantung pada perbandingan konsentrasi ion besi (III) dan ion asetat, komposisi sedimen dapat berubah dan sesuai, misalnya dengan rumus: Fe OH (CH 3 COO) 2, Fe 3 (OH) 2 O 3 (CH 3 COO), Fe 3 O (OH)(CH 3 COO) 6 atau Fe 3 (OH) 2 (CH 3 COO) 7.
Reaksi terhambat oleh anion CO 3 2 -, SO 3 "-, PO 4 3 -, 4, yang membentuk pengendapan dengan besi (III), serta anion SCN- (menghasilkan kompleks merah dengan kation Fe 3+) , iodida - ion G, teroksidasi menjadi yodium 1 2, memberikan larutan warna kuning.
2. Reaksi dengan asam sulfat.
Ion asetat dalam lingkungan asam kuat berubah menjadi asam asetat lemah, yang uapnya memiliki bau khas cuka:
CH3COO-+H+<- СН 3 СООН
Reaksi terhambat oleh anion NO 2 \ S 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 -, yang juga melepaskan produk gas dengan bau khas dalam lingkungan H 2 SO4 pekat.
3. Reaksi pembentukan etil eter asetat (farmakope).
Reaksi dilakukan dalam lingkungan asam sulfat. Dengan etanol:
CH 3 COO- + H + -- CH 3 COOH CH 3 COOH + C 2 H 5 OH = CH 3 COOC 2 H 4 + H 2 O
Etil asetat yang dilepaskan terdeteksi oleh bau khasnya yang menyenangkan. Garam perak mengkatalisis reaksi ini, jadi disarankan untuk menambahkan sedikit AgNO 3 saat melakukan reaksi ini.
Demikian pula bila direaksikan dengan amil alkohol C 5 HcOH, juga terbentuk amil asetat CH 3 SOOC 5 Ni (-pear-) yang berbau harum.Bau khas etil asetat tercium, yang semakin kuat bila campuran dipanaskan perlahan. .
Reaksi analitik tartrat - ion POC - CH(OH) - CH(OH) - CONST. Ion tartrat adalah anion asam tartarat dibasa lemah:
H2O-CH-COOH
H2O -CH-COOH
Ion tartrat sangat larut dalam air. Dalam larutan berair, ion tartrat tidak berwarna, mengalami hidrolisis, dan rentan terhadap pembentukan kompleks, menghasilkan kompleks tartrat yang stabil dengan kation dari banyak logam. Asam tartarat membentuk dua rangkaian garam - tartrat sedang yang mengandung tartrat bermuatan ganda - ion COCH(OH)CH(OH)COO -, dan asam tartrat - hidrotartrat yang mengandung hidrogen tartrat bermuatan tunggal - HOOOCH(OH)CH(OH) COO - ion. Kalium hidrogen tartrat (-tartar-) KNS 4 H 4 O 6 praktis tidak larut dalam air, yang digunakan untuk membuka kation kalium. Garam kalsium rata-rata juga sedikit larut dalam air. Rata-rata garam kalium K 2 C 4 H 4 O 6 sangat larut dalam air.
I. Reaksi dengan kalium klorida (farmakope).
C 4 H 4 O 6 2 - + K + + N + -> KNS 4 H 4 O 6 1 (putih)
2. Reaksi dengan resorsinol dalam suasana asam (farmakope).
Tartrat, bila dipanaskan dengan resorsinol meta - C 6 H 4 (OH) 2 dalam asam sulfat pekat, membentuk produk reaksi berwarna merah ceri.
14) Reaksi dengan kompleks amonia perak. Endapan hitam perak metalik rontok.
15) Reaksi dengan besi (II) sulfat dan hidrogen peroksida.
Menambahkan larutan encer FeSO 4 dan H 2 O 2 ke dalam larutan yang mengandung tartrat. mengarah pada pembentukan kompleks besi yang tidak stabil dengan warna keriput. Perlakuan selanjutnya dengan larutan alkali NaOH menghasilkan warna biru pada kompleks.
Reaksi analitik ion oksalat C 2 O 4 2-
Ion oksalat C 2 O 4 2- merupakan anion asam oksalat dibasa H 2 C 2 O 4 dengan kekuatan sedang, relatif mudah larut dalam air. Ion oksalat dalam larutan air tidak berwarna, terhidrolisis sebagian, merupakan zat pereduksi kuat, ligan efektif - membentuk kompleks oksalat yang stabil dengan kation dari banyak logam. Oksalat dari logam alkali, magnesium dan amonium larut dalam air, sedangkan logam lainnya sedikit larut dalam air.
1Reaksi dengan barium klorida Ba 2+ + C 2 O 4 2- = BaC 2 O 4 (putih) Endapan larut dalam asam mineral dan asam asetat (saat mendidih). 2. Reaksi dengan kalsium klorida (farmakope): Ca 2+ + C 2 O 4 2 - = CaC 2 O 4 (putih)
Endapannya larut dalam asam mineral, tetapi tidak larut dalam asam asetat.
3. Reaksi dengan perak nitrat.
2 Ag + + C 2 O 4 2 - -> Ag2C2O 4 .|.(mengental) Uji kelarutan. Sedimen dibagi menjadi 3 bagian:
A). Pada tabung reaksi pertama yang berisi endapan, tambahkan larutan HNO 3 tetes demi tetes sambil diaduk hingga endapan larut;
B). Tambahkan larutan amonia pekat setetes demi setetes sambil diaduk ke dalam tabung reaksi kedua yang berisi endapan sampai endapan larut; V). Tambahkan 4-5 tetes larutan HC1 ke dalam tabung reaksi ketiga yang berisi sedimen; Endapan putih perak klorida tertinggal di dalam tabung reaksi:
Ag 2 C 2 O 4 + 2 HC1 -> 2 AC1 (putih) + H 2 C 2 O 4
4.Reaksi dengan kalium permanganat. Ion oksalat dengan KMnO 4 dalam lingkungan asam dioksidasi dengan pelepasan CO 2; larutan KMPO 4 menjadi berubah warna akibat reduksi mangan (VII) menjadi mangan (II):
5 C 2 O 4 2 - + 2 MnO 4 " + 16 H + -> 10 CO 2 + 2 Mn 2+ + 8 H 2 O
Encerkan larutan KMnO 4. Yang terakhir menjadi berubah warna; pelepasan gelembung gas - CO 2 - diamati.
38 Elemen Grup VA
Ciri-ciri umum golongan VA pada Tabel Periodik. dalam bentuk s x p y konfigurasi elektronik tingkat energi luar unsur-unsur golongan VA.
Arsenik dan antimon memiliki modifikasi alotropik yang berbeda: dengan kisi kristal molekuler dan logam. Namun berdasarkan perbandingan kestabilan bentuk kationik (As 3+, Sb 3+), arsen tergolong nonlogam, dan antimon tergolong logam.
bilangan oksidasi stabil untuk unsur golongan VA
Dari nitrogen menjadi bismut (dengan penurunan sifat non-logam):
w kestabilan bilangan oksidasi negatif (-3) menurun (m. sifat senyawa hidrogen)
w kestabilan bilangan oksidasi positif tertinggi menurun (+5)
w stabilitas bilangan oksidasi positif rendah meningkat (+3)
tahu
- posisi karbon dan silikon dalam tabel periodik, keberadaannya di alam dan penerapan praktisnya;
- struktur atom, valensi, bilangan oksidasi karbon dan silikon;
- metode produksi dan sifat zat sederhana - grafit, berlian dan silikon; bentuk karbon alotropik baru;
- jenis utama senyawa karbon dan silikon;
- ciri-ciri unsur subkelompok germanium;
mampu untuk
- menyusun persamaan reaksi untuk produksi zat sederhana karbon dan silikon serta reaksi yang mencirikan sifat kimia zat tersebut;
- membandingkan sifat-sifat unsur-unsur dalam golongan karbon;
- mengkarakterisasi senyawa karbon dan silikon yang secara praktis penting;
- melakukan perhitungan menggunakan persamaan reaksi yang melibatkan karbon dan silikon;
memiliki
Keterampilan dalam memprediksi jalannya reaksi yang melibatkan karbon, silikon dan senyawanya.
Struktur atom. Prevalensi di alam
Golongan IVA tabel periodik terdiri dari lima unsur dengan nomor atom genap: karbon C, silikon Si, germanium Ge, timah Sn dan timbal Pb (Tabel 21.1). Di alam, semua unsur dalam golongan ini merupakan campuran isotop stabil. Karbon memiliki dua isogon - *|C (98,9%) dan *§C (1,1%). Selain itu, di alam terdapat jejak isotop radioaktif "|С с t t= 5730 tahun. Ia terus-menerus terbentuk selama tumbukan neutron dari radiasi kosmik dengan inti nitrogen di atmosfer bumi:
Tabel 21.1
Ciri-ciri unsur golongan IVA
* Unsur biogenik.
Isotop utama karbon sangat penting dalam kimia dan fisika, karena didasarkan pada satuan massa atom, yaitu { /2 bagian dari massa atom 'ICO Ya).
Silikon memiliki tiga isotop di alam; Diantaranya yang paling umum adalah ^)Si (92,23%). Germanium memiliki lima isotop (j^Ge - 36,5%). Timah - 10 isotop. Ini adalah rekor di antara unsur-unsur kimia. Yang paling umum adalah 12 5 gSn (32,59%). Timbal memiliki empat isotop: 2 §^Pb (1,4%), 2 §|Pb (24,1%), 2 82?b (22,1%) dan 2 82?b (52,4%). Tiga isotop timbal terakhir adalah produk akhir peluruhan isotop radioaktif alami uranium dan thorium, dan oleh karena itu kandungannya di kerak bumi terus meningkat sepanjang keberadaan Bumi.
Dalam hal kelimpahannya di kerak bumi, karbon adalah salah satu dari sepuluh unsur kimia teratas. Ditemukan dalam bentuk grafit, berbagai jenis batubara, dalam minyak, gas alam yang mudah terbakar, formasi batu kapur (CaCO e), dolomit (CaC0 3 -MgC0 3) dan karbonat lainnya. Berlian alami, meskipun merupakan bagian kecil dari karbon yang tersedia, sangat berharga sebagai mineral yang indah dan paling keras. Namun, tentu saja, nilai karbon tertinggi terletak pada kenyataan bahwa karbon merupakan dasar struktural zat bioorganik yang membentuk tubuh semua organisme hidup. Karbon dianggap sebagai unsur kimia pertama di antara banyak unsur kimia yang diperlukan untuk keberadaan kehidupan.
Silikon adalah unsur paling melimpah kedua di kerak bumi. Pasir, tanah liat, dan banyak bebatuan yang Anda lihat terbuat dari mineral silikon. Dengan pengecualian jenis kristal silikon oksida, semua senyawa alaminya adalah silikat, yaitu. garam dari berbagai asam silikat. Asam-asam ini sendiri belum diperoleh sebagai zat individual. Ortosilikat mengandung ion SiOj~, metasilikat terdiri dari rantai polimer (Si0 3 ") w. Kebanyakan silikat dibangun di atas kerangka atom silikon dan oksigen, di mana atom dari logam dan beberapa non-logam (fluor) dapat ditempatkan. Nah -mineral silikon yang dikenal termasuk kuarsa Si0 2, feldspar (ortoklas KAlSi 3 0 8), mika (muscovite KAl 3 H 2 Si 3 0 12). Secara total, lebih dari 400 mineral silikon diketahui. Lebih dari separuh perhiasan dan ornamen batu adalah senyawa silikon. Kerangka oksigen-silikon menyebabkan kelarutan mineral silikon yang rendah dalam air. Hanya dari mata air panas bawah tanah selama ribuan tahun barulah pertumbuhan dan kerak senyawa silikon dapat diendapkan. Batuan jenis ini termasuk jasper.
Tidak perlu membicarakan waktu ditemukannya karbon, silikon, timah dan timbal, karena sudah dikenal dalam bentuk zat atau senyawa sederhana sejak zaman dahulu. Germanium ditemukan oleh K. Winkler (Jerman) pada tahun 1886 dalam mineral langka argyrodite. Segera menjadi jelas bahwa keberadaan unsur dengan sifat seperti itu telah diprediksi oleh D.I.Mendeleev. Nama elemen baru tersebut menimbulkan kontroversi. Mendeleev, dalam suratnya kepada Winkler, sangat mendukung nama tersebut Jerman.
Unsur golongan IVA mempunyai empat elektron valensi pada bagian terluarnya S- dan sublevel p:
Rumus elektronik atom:
Dalam keadaan dasar, unsur-unsur ini bersifat divalen, dan dalam keadaan tereksitasi menjadi tetravalen:
Karbon dan silikon sangat sedikit membentuk senyawa kimia dalam keadaan divalen; di hampir semua senyawa stabil bersifat tetravalen. Di bagian bawah golongan, kestabilan keadaan divalen meningkat untuk germanium, timah dan timbal, sedangkan kestabilan keadaan tetravalen menurun. Oleh karena itu, senyawa timbal(1U) berperilaku sebagai oksidator kuat. Pola ini juga terlihat pada kelompok VA. Perbedaan penting antara karbon dan unsur-unsur lain dalam golongan ini adalah kemampuannya untuk membentuk ikatan kimia dalam tiga keadaan hibridisasi yang berbeda - sp, sp 2 Dan sp3. Silikon praktis hanya memiliki satu keadaan hibrid yang tersisa sp3. Hal ini terlihat jelas ketika membandingkan sifat-sifat senyawa karbon dan silikon. Misalnya, karbon monoksida C0 2 adalah gas (karbon dioksida), dan silikon oksida Si0 2 adalah zat tahan api (kuarsa). Zat pertama berbentuk gas karena kapan sp-hibridisasi karbon, semua ikatan kovalen ditutup dalam molekul C0 2:
Daya tarik antar molekul lemah, dan ini menentukan keadaan suatu zat. Dalam silikon oksida, empat orbital hibrid 5p 3 silikon tidak dapat ditutup pada dua atom oksigen. Sebuah atom silikon berikatan dengan empat atom oksigen, yang masing-masing atom tersebut kemudian berikatan dengan atom silikon lainnya. Hasilnya adalah struktur rangka dengan kekuatan ikatan yang sama antar semua atom (lihat diagram, vol. 1, hal. 40).
Senyawa karbon dan silikon dengan hibridisasi yang sama, misalnya metana CH 4 dan silan SiH 4, memiliki struktur dan sifat fisik yang serupa. Kedua zat tersebut adalah gas.
Keelektronegatifan unsur IVA berkurang dibandingkan dengan unsur golongan VA, dan hal ini terutama terlihat pada unsur periode ke-2 dan ke-3. Sifat logam unsur-unsur pada golongan IVA lebih menonjol dibandingkan pada golongan VA. Karbon dalam bentuk grafit merupakan konduktor. Silikon dan germanium adalah semikonduktor, sedangkan timah dan timbal adalah logam sejati.
16.1. Ciri-ciri umum unsur golongan IIIA, IVA dan VA
B |
C |
N |
Al Aluminium |
Ya |
P |
Ga |
Ge Germanium |
Sebagai |
Di dalam |
sn |
Sb |
Tl |
hal |
Dua |
Susunan ketiga kelompok sistem unsur alam ini ditunjukkan pada Gambar 16.1. Nilai jari-jari orbital atom (dalam angstrom) juga diberikan di sini. Pada golongan inilah batas antara unsur-unsur pembentuk logam (jari-jari orbital lebih besar dari 1,1 angstrom) dan unsur-unsur pembentuk bukan logam (jari-jari orbital kurang dari 1,1 angstrom) terlihat paling jelas. Pada gambar, batas ini ditunjukkan dengan garis ganda. Kita tidak boleh lupa bahwa batasan ini masih sewenang-wenang: aluminium, galium, timah, timbal, dan antimon tentu saja merupakan logam amfoter, namun boron, germanium, dan arsenik juga menunjukkan beberapa tanda amfoter.
Dari atom-atom unsur ketiga golongan tersebut, berikut ini yang paling banyak ditemukan di kerak bumi: Si (w = 25,8%), Al (w = 7,57%), P (w = 0,090%), C (w = 0,087%) dan N (w = 0,030%). Inilah orang-orang yang akan Anda temui di bab ini.
Rumus umum elektron valensi atom unsur golongan IIIA - ns 2 n.p. 1, grup IVA – ns 2 n.p. 2, grup VA – ns 2 n.p. 3. Bilangan oksidasi tertinggi sama dengan nomor golongannya. Yang perantara lebih sedikit 2.
Semua zat sederhana yang dibentuk oleh atom unsur-unsur ini (kecuali nitrogen) berbentuk padat. Banyak unsur yang bercirikan alotropi (B, C, Sn, P, As). Hanya ada tiga zat molekuler stabil: nitrogen N2, fosfor putih P4, dan arsenik kuning As4.
Unsur bukan logam dari ketiga golongan ini cenderung membentuk senyawa molekul hidrogen dengan ikatan kovalen. Selain itu, karbon memiliki begitu banyak sehingga hidrokarbon dan turunannya dipelajari oleh ilmu tersendiri - kimia organik. Jumlah senyawa hidrogen terbesar kedua di antara unsur-unsur ini adalah boron. Borohidrida (boran) sangat banyak dan strukturnya kompleks, sehingga kimia borohidrida juga menjadi cabang ilmu kimia tersendiri. Silikon hanya membentuk 8 senyawa hidrogen (silan), nitrogen dan fosfor - masing-masing dua, sisanya - masing-masing satu senyawa hidrogen. Rumus molekul senyawa hidrogen paling sederhana dan namanya:
Komposisi oksida yang lebih tinggi sesuai dengan bilangan oksidasi tertinggi yang sama dengan nomor golongan. Jenis oksida yang lebih tinggi di setiap golongan secara bertahap berubah seiring bertambahnya nomor atom dari asam menjadi amfoter atau basa.
Sifat asam basa hidroksida sangat beragam. Jadi, HNO 3 adalah asam kuat, dan TlOH adalah basa.
1.Buatlah singkatan rumus elektronik dan diagram energi atom unsur golongan IIIA, IVA dan VA. Tunjukkan elektron terluar dan elektron valensi.
Atom nitrogen mempunyai tiga elektron tidak berpasangan, sehingga melalui mekanisme pertukaran dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Ia dapat membentuk ikatan kovalen lain melalui mekanisme donor-akseptor, di mana atom nitrogen memperoleh muatan formal positif +1 e. Jadi, nitrogen maksimum adalah pentavalen, namun kovalen maksimumnya adalah empat (Hal ini menjelaskan pernyataan yang sering ditemui bahwa nitrogen tidak dapat pentavalen)
Hampir seluruh nitrogen bumi ditemukan di atmosfer planet kita. Sebagian kecil nitrogen terdapat di litosfer dalam bentuk nitrat. Nitrogen merupakan bagian dari senyawa organik yang terkandung dalam semua organisme dan produk penguraiannya.
Nitrogen merupakan satu-satunya sederhana molekuler zat N 2 dengan ikatan rangkap tiga diatomik dalam molekul (Gbr. 16.2). Energi ikatan ini adalah 945 kJ/mol, melebihi nilai energi ikatan lainnya (lihat Tabel 21). Hal ini menjelaskan kelembaman nitrogen pada suhu biasa. Berdasarkan ciri fisiknya, nitrogen merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, yang kita kenal sejak lahir (tiga perempat atmosfer bumi terdiri dari nitrogen). Nitrogen sedikit larut dalam air.
Nitrogen membentuk dua senyawa hidrogen: amonia NH 3 dan hidrazin N 2 H 6:
Amonia adalah gas tidak berwarna dengan bau yang menyengat dan menyesakkan. Menghirup uap amonia pekat secara sembarangan dapat menyebabkan kejang dan mati lemas. Amonia sangat larut dalam air, hal ini dijelaskan oleh pembentukan empat ikatan hidrogen dengan molekul air oleh setiap molekul amonia.
Molekul amonia adalah partikel basa (lihat Lampiran 14). Dengan menerima proton, ia berubah menjadi ion amonium. Reaksi dapat terjadi baik dalam larutan air maupun dalam fase gas:
NH 3 + H 2 O NH 4 + OH (dalam larutan);
NH 3 + H 3 O B = NH 4 + H 2 O (dalam larutan);
NH 3g + HCl g = NH 4 Cl cr (dalam fasa gas).
Larutan amonia dalam air cukup basa untuk mengendapkan hidroksida yang tidak larut, tetapi tidak cukup basa untuk melarutkan hidroksida amfoter di dalamnya dan membentuk kompleks hidrokso. Oleh karena itu, larutan amonia mudah digunakan untuk pembuatan hidroksida amfoter P-unsur: Al(OH) 3, Be(OH) 2, Pb(OH) 2, dan seterusnya, misalnya:
Pb 2 + 2NH 3 + 2H 2 O = Pb(OH) 2 + 2NH 4.
Saat tersulut di udara, amonia terbakar membentuk nitrogen dan air; ketika berinteraksi dengan oksigen dengan adanya katalis (Pt), ia teroksidasi secara reversibel menjadi nitrogen monoksida:
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O (tanpa katalis),
4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O (dengan katalis).
Saat dipanaskan, amonia dapat mereduksi oksida logam yang tidak terlalu aktif, misalnya tembaga:
3CuO + 2NH 3 = 3Cu + N 2 + 3H 2 O
Sifat garam amonium (kecuali stabilitas termal) mirip dengan garam logam alkali. seperti yang terakhir, hampir semuanya larut dalam air, tetapi karena ion amonium adalah asam lemah, mereka dihidrolisis pada kation. Saat dipanaskan, garam amonium terurai:
NH 4 Cl = NH 3 + HCl;
(NH 4) 2 SO 4 = NH 4 HSO 4 + NH 3;
(NH 4) 2 CO 3 = 2NH 3 + CO 2 + H 2 O;
NH 4 HS = NH 3 + H 2 S;
NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O;
NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O;
(NH 4) 2 HPO 4 = NH 3 + (NH 4)H 2 PO 4;
(NH 4)H 2 PO 4 = NH 4 PO 3 + H 2 O.
Nitrogen dalam berbagai keadaan oksidasi membentuk lima oksida: N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 dan N 2 O 5.
Yang paling stabil adalah nitrogen dioksida. Ini adalah gas beracun berwarna coklat dengan bau yang tidak sedap. Bereaksi dengan air:
2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3.
Dengan larutan alkali, terjadi reaksi dengan pembentukan nitrat dan nitrit.
N 2 O dan NO adalah oksida yang tidak membentuk garam.
N 2 O 3 dan N 2 O 5 adalah oksida asam. Bereaksi dengan air, masing-masing membentuk larutan asam nitrat dan asam nitrat.
Asam nitrogen okso dengan bilangan oksidasi +III adalah asam nitrat HNO 2. Ini adalah asam lemah yang molekulnya hanya ada dalam larutan air. Garamnya adalah nitrit. Nitrogen dalam asam nitrat dan nitrit mudah teroksidasi menjadi bilangan oksidasi +V.
Berbeda dengan asam nitrat, asam nitrat HNO 3 merupakan asam kuat. Struktur molekulnya dapat dinyatakan dalam dua cara:
Asam nitrat bercampur dengan air dalam segala hal, bereaksi sempurna dengannya dalam larutan encer:
HNO3 + H2O = H3O + NO3
Asam nitrat dan larutannya merupakan oksidator kuat. Ketika asam nitrat diencerkan, aktivitas oksidatifnya menurun. Dalam larutan asam nitrat dengan konsentrasi berapa pun, atom pengoksidasi utamanya adalah atom nitrogen, bukan hidrogen. Oleh karena itu, selama oksidasi berbagai zat dengan asam nitrat, hidrogen hanya dilepaskan sebagai produk sampingan. Tergantung pada konsentrasi asam dan aktivitas pereduksi reagen lainnya, produk reaksi dapat berupa NO 2, NO, N 2 O, N 2 dan bahkan NH 4. Campuran gas paling sering terbentuk, tetapi dalam kasus asam nitrat pekat, hanya nitrogen dioksida yang dilepaskan:
Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
3FeS + 30HNO3 = Fe2(SO4)3 + Fe(NO3)3 + 27NO2 + 15H2O
Dalam kasus asam nitrat encer, nitrogen monoksida paling sering dilepaskan:
Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
3H 2 S + 2HNO 3 = 2NO + 4H 2 O + 3S
Jika asam nitrat sangat encer bereaksi dengan zat pereduksi kuat (Mg, Al, Zn), ion amonium akan terbentuk:
4Mg + 10HNO3 = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Logam-logam yang dipasivasi oleh asam sulfat pekat juga dipasivasi oleh asam nitrat pekat.
Garam asam nitrat - nitrat - adalah senyawa yang tidak stabil secara termal. Saat dipanaskan, mereka terurai:
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2 ;
2Zn(NO 3) 2 = 2ZnO + 4NO 2 + O 2;
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2.
1. Tuliskan persamaan deskriptif reaksi yang diberikan dalam teks paragraf.
2. Buatlah persamaan reaksi yang mencirikan sifat kimia a) amonia, b) asam nitrat, c) seng nitrat.
Sifat kimia amonia dan asam nitrat.
16.3. Fosfor
Berbeda dengan atom nitrogen, atom fosfor dapat membentuk lima ikatan kovalen melalui mekanisme pertukaran. Penjelasan tradisional untuk hal ini adalah kemungkinan eksitasi salah satu dari 3 S-elektron dan transisinya ke 3 D-subtingkat.
Unsur fosfor yang terbentuk cukup banyak modifikasi alotropik. Dari jumlah tersebut, tiga modifikasi yang paling stabil: fosfor putih, fosfor merah, dan fosfor hitam. Fosfor putih adalah zat beracun dan lilin yang rentan terhadap pembakaran spontan di udara, terdiri dari molekul P4. Fosfor merah adalah zat non-molekul, kurang aktif, berwarna merah tua dengan struktur yang agak kompleks. Biasanya fosfor merah selalu mengandung campuran warna putih, sehingga fosfor putih dan merah selalu tersimpan di bawah lapisan air. Fosfor hitam juga merupakan zat non-molekul dengan struktur kerangka yang kompleks.
Molekul fosfor putih berbentuk tetrahedral, atom fosfor di dalamnya bersifat trivalen. Model bola-dan-tongkat dan rumus struktur molekul fosfor putih:
Struktur fosfor merah dapat dinyatakan dengan rumus struktur:
Fosfor diperoleh dari kalsium fosfat dengan pemanasan dengan pasir dan kokas:
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 + 5C = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO.
Fosfor paling dicirikan oleh senyawa dengan bilangan oksidasi +V. Ketika bereaksi dengan klorin berlebih, fosfor membentuk pentaklorida. Selama pembakaran modifikasi alotropik fosfor, oksigen berlebih terbentuk oksida fosfor(V):
4P + 5O2 = 2P2O5.
Ada dua modifikasi fosfor(V) oksida: non-molekul (dengan rumus paling sederhana P 2 O 5) dan molekuler (dengan rumus molekul P 4 O 10). Fosfor oksida biasanya merupakan campuran dari zat-zat tersebut.
Oksida asam yang sangat higroskopis ini, bereaksi dengan air, berturut-turut membentuk asam metafosfat, difosfat, dan ortofosfat:
P 2 O 5 + H 2 O = 2HPO 3, 2HPO 3 + H 2 O = H 4 P 2 O 7, H 4 P 2 O 7 + H 2 O = 2H 3 PO 4.
Ortofosfat asam(biasanya disebut hanya fosfat) adalah asam lemah tribasa (lihat Lampiran 13). Ini adalah zat kristal tidak berwarna, sangat larut dalam air. Ketika bereaksi dengan basa kuat, tergantung pada perbandingan reagennya, ia membentuk tiga baris garam(ortofosfat, hidroortofosfat, dan dihidrogen ortofosfat - biasanya awalan “orto” dihilangkan dari namanya):
H 3 PO 4 + OH = H 2 PO 4 + H 2 O,
H 3 PO 4 + 2OH = HPO 4 2 + 2H 2 O,
H 3 PO 4 + 3OH = PO 4 3 + 3H 2 O.
Sebagian besar fosfat medium (dengan pengecualian garam unsur basa selain litium) tidak larut dalam air. Ada fosfat asam yang jauh lebih larut.
Asam fosfat diperoleh dari kalsium fosfat alami dengan mengolahnya dengan asam sulfat berlebih. Dengan perbandingan kalsium fosfat dan asam sulfat yang berbeda, terbentuk campuran dihidrogen fosfat dan kalsium sulfat, yang digunakan dalam pertanian sebagai pupuk mineral yang disebut “superfosfat sederhana”:
Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 = 2H 3 PO 4 + 3CaSO 4 ;
Ca 3 (PO 4) 2 + 2H 2 SO 4 = Ca (H 2 PO 4) 2 + 2CaSO 4.
"Superfosfat ganda" yang lebih berharga diperoleh melalui reaksi
Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 = 3Ca(H 2 PO 4) 3.
Bahan utama pupuk mineral ini adalah kalsium dihidrogen fosfat.
1. Tulis persamaan molekul untuk reaksi yang persamaan ioniknya diberikan dalam teks paragraf.
2. Tuliskan persamaan reaksi yang diberikan dalam teks paragraf secara deskriptif.
3. Buatlah persamaan reaksi yang mencirikan sifat kimia a) fosfor, b) fosfor oksida (V), c) asam ortofosfat, d) natrium dihidrogen fosfat.
Sifat kimia asam fosfat.
16.4. Karbon
Karbon adalah komponen utama semua organisme. Di alam, terdapat zat sederhana yang dibentuk oleh karbon (berlian, grafit) dan senyawa (karbon dioksida, berbagai karbonat, metana, dan hidrokarbon lain dalam gas alam dan minyak). Fraksi massa karbon pada batubara keras mencapai 97%.
Atom karbon dalam keadaan dasar dapat membentuk dua ikatan kovalen melalui mekanisme pertukaran, namun dalam kondisi normal senyawa tersebut tidak terbentuk. Ketika atom karbon memasuki keadaan tereksitasi, ia menggunakan keempat elektron valensi.
Karbon terbentuk cukup banyak modifikasi alotropik(lihat Gambar 16.2). Ini adalah berlian, grafit, karabin, dan berbagai fullerene.
Berlian adalah zat kristal yang sangat keras, tidak berwarna, dan transparan. Kristal berlian terdiri dari atom karbon di sp Keadaan 3-hibridisasi, membentuk kerangka spasial.
Grafit adalah zat kristal agak lunak berwarna abu-abu kehitaman. Kristal grafit terdiri dari lapisan datar tempat atom karbon berada sp Keadaan 2-hibrida dan membentuk jaringan dengan sel heksagonal.
Carbyne adalah zat tidak berwarna dengan struktur berserat, terdiri dari molekul linier tempat atom karbon berada sp-keadaan hibrid (=C=C=C=C= atau –C C–C C–).
Fullerene adalah modifikasi alotropik molekul karbon dengan molekul C 60, C 80, dll. Molekul zat ini berbentuk bola jaring berongga.
Semua modifikasi karbon menunjukkan sifat pereduksi lebih besar daripada sifat pengoksidasi, misalnya kokas (produk pengolahan batubara; mengandung hingga 98% karbon) digunakan untuk mereduksi besi dari bijih oksida dan sejumlah logam lain dari oksidanya. :
Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO (pada suhu tinggi).
Sebagian besar senyawa karbon dipelajari dalam kimia organik, yang akan Anda pelajari di kelas 10 dan 11.
Dalam zat anorganik, bilangan oksidasi karbon adalah +II dan +IV. Dengan bilangan oksidasi karbon ini, ada dua oksida.
Karbon monoksida (II) adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, dan beracun. Nama sepelenya adalah karbon monoksida. Terbentuk selama pembakaran tidak sempurna bahan bakar yang mengandung karbon. Untuk struktur elektronik molekulnya, lihat halaman 121. Berdasarkan sifat kimianya, CO adalah oksida yang tidak membentuk garam, bila dipanaskan akan menunjukkan sifat pereduksi (mengurangi banyak oksida dari logam yang tidak terlalu aktif menjadi logam).
Karbon monoksida (IV) adalah gas yang tidak berwarna dan tidak berbau. Nama sepelenya adalah karbon dioksida. Oksida asam. Ini sedikit larut dalam air (secara fisik), sebagian bereaksi dengannya, membentuk batubara asam H 2 CO 3 (molekul zat ini hanya ada dalam larutan air yang sangat encer).
Asam karbonat merupakan asam yang sangat lemah (lihat Lampiran 13), bersifat dibasa, membentuk dua baris garam(karbonat dan bikarbonat). Kebanyakan karbonat tidak larut dalam air. Dari hidrokarbonat, hanya logam alkali dan amonium hidrokarbonat yang ada sebagai zat individual. Ion karbonat dan ion bikarbonat adalah partikel basa, oleh karena itu karbonat dan bikarbonat dalam larutan air mengalami hidrolisis pada anion.
Dari karbonat, yang paling penting adalah natrium karbonat Na 2 CO 3 (soda, soda ash, soda cuci), natrium bikarbonat NaHCO 3 (baking soda, baking soda), kalium karbonat K 2 CO 3 (kalium) dan kalsium karbonat CaCO 3 (kapur, marmer, batu kapur).
Reaksi kualitatif untuk keberadaan karbon dioksida dalam campuran gas: pembentukan endapan kalsium karbonat ketika gas uji dilewatkan melalui air kapur (larutan kalsium hidroksida jenuh) dan pembubaran endapan selanjutnya ketika gas dilewatkan lebih lanjut. Reaksi yang terjadi: Unsur silikon membentuk satu zat sederhana dengan nama yang sama. Ini adalah zat non-molekul dengan struktur berlian, yang kekerasannya hanya sedikit lebih rendah dari silikon. Selama setengah abad terakhir, silikon telah menjadi bahan yang sangat penting bagi peradaban kita, karena kristal tunggalnya digunakan di hampir semua peralatan elektronik.
Silikon adalah zat yang cukup lembam. pada suhu kamar ia tidak bereaksi dengan apa pun kecuali fluor dan hidrogen fluorida:
Si + 2F 2 = SiF 4;
Si + 4HF = SiF 4 + 2H 2.
Ketika dipanaskan dalam bentuk bubuk yang digiling halus, ia terbakar dalam oksigen, membentuk dioksida (SiO 2). Ketika digabungkan dengan alkali atau ketika direbus dengan larutan alkali pekat, ia membentuk silikat:
Si + 4NaOH = Na 4 SiO 4 + 2H 2;
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2.
Silikon monoksida SiO – tidak membentuk garam oksida; mudah teroksidasi menjadi dioksida.
Silikon dioksida SiO 2 adalah zat non-molekul dengan struktur kerangka. Tidak bereaksi dengan air. oksida asam – bila menyatu dengan basa akan membentuk silikat, misalnya:
SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O. Aluminium merupakan unsur paling melimpah berikutnya di litosfer bumi setelah silikon. Sendiri dan bersama dengan silikon, ia membentuk banyak mineral: feldspar, mika, korundum Al 2 O 3 dan varietasnya yang berharga (leucosapphire tidak berwarna, rubi yang mengandung kromium, safir yang mengandung titanium).
Bahan sederhana aluminium adalah logam ringan berwarna putih keperakan mengkilat. Aluminium murni sangat lembut, dapat digulung menjadi kertas tipis dan kawat dapat ditarik keluar. Aluminium mempunyai daya hantar listrik yang baik. Ini tahan terhadap pelapukan. Paduan aluminium cukup keras, namun dapat diproses dengan baik. Aluminium tidak beracun. Semua ini memungkinkan penggunaan aluminium di berbagai industri: penerbangan, listrik, industri makanan, dan konstruksi. Aluminium juga banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Aluminium diproduksi melalui elektrolisis lelehan senyawanya.
Kelambanan kimiawi aluminium disebabkan oleh adanya lapisan oksida padat pada permukaannya, yang mencegah kontak logam dengan reagen. Ketika film ini dihilangkan secara kimia atau mekanis, aluminium menjadi sangat aktif. Jadi, tanpa lapisan oksida, aluminium secara spontan menyala dan terbakar di udara tanpa pemanasan tambahan.
Sifat pereduksi aluminium terutama terlihat saat dipanaskan. Dalam kondisi ini, ia mereduksi banyak logam dari oksida: tidak hanya besi, titanium, zirkonium, tetapi bahkan kalsium dan barium.
Aluminium oksida Al 2 O 3 (nama sepele - alumina, korundum) adalah zat non-molekul, ikatannya sulit digambarkan sebagai ionik dan kovalen. Seperti biasa dalam kasus ini, ini adalah oksida amfoter. Itu diperoleh dengan kalsinasi aluminium hidroksida, yang juga memiliki sifat amfoter.
Ion aluminium terhidrasi adalah asam kationik, sehingga garam aluminium terlarut terhidrolisis cukup tinggi.
Dari garam aluminium, yang paling umum digunakan adalah kalium tawas KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O - kalium aluminium sulfat dodekahidrat. Ini adalah zat non-higroskopis yang mengkristal sempurna. Larutannya berperilaku seperti campuran larutan dari dua sulfat berbeda: kalium sulfat dan aluminium sulfat. Struktur tawas dapat dinyatakan dengan rumus: (SO 4) 2.
1. Tuliskan persamaan deskriptif reaksi yang diberikan dalam teks paragraf.
2. Buatlah persamaan reaksi yang mencirikan sifat kimia a) aluminium, b) aluminium hidroksida, i) kalium tawas..
Sifat kimia garam aluminium
Kata kunci abstrak: karbon, silikon, unsur golongan IVA, sifat-sifat unsur, intan, grafit, karabin, fullerene.
Unsur golongan IV adalah karbon, silikon, germanium, timah dan timbal. Mari kita lihat lebih dekat sifat-sifat karbon dan silikon. Tabel tersebut menunjukkan karakteristik terpenting dari elemen-elemen ini.
Hampir semua senyawanya mengandung karbon dan silikon tetravalen , atom-atomnya berada dalam keadaan tereksitasi. Konfigurasi lapisan valensi atom karbon berubah ketika atom tereksitasi:
Konfigurasi lapisan valensi atom silikon berubah serupa: 
Tingkat energi terluar atom karbon dan silikon mengandung 4 elektron tidak berpasangan. Jari-jari atom silikon lebih besar, terdapat titik-titik kosong pada lapisan valensinya. 3 D-orbital, hal ini menyebabkan perbedaan sifat ikatan yang membentuk atom silikon.
Bilangan oksidasi karbon bervariasi dalam kisaran dari –4 hingga +4.
Ciri khas karbon adalah kemampuannya membentuk rantai: atom karbon terhubung satu sama lain dan membentuk senyawa stabil. Senyawa silikon serupa tidak stabil. Kemampuan karbon untuk membentuk rantai menentukan keberadaan sejumlah besar karbon senyawa organik .
KE senyawa anorganik karbon termasuk oksida, asam karbonat, karbonat dan bikarbonat, karbida. Senyawa karbon yang tersisa bersifat organik.
Unsur karbon dicirikan oleh alotropi, modifikasi alotropiknya adalah berlian, grafit, carbyne, fullerene. Modifikasi karbon alotropik lainnya sekarang telah diketahui.
Batu bara Dan jelaga dapat dilihat sebagai amorf varietas grafit.
Silikon membentuk zat sederhana - silikon kristal. Ada silikon amorf - bubuk putih (tanpa kotoran).
Sifat-sifat berlian, grafit, dan silikon kristal diberikan dalam tabel. 
Alasan perbedaan nyata dalam sifat fisik grafit dan berlian adalah karena perbedaannya struktur kisi kristal . Dalam kristal berlian, setiap atom karbon (tidak termasuk yang ada di permukaan kristal) terbentuk empat ikatan kuat yang sama dengan atom karbon tetangga. Ikatan ini diarahkan ke simpul tetrahedron (seperti pada molekul CH 4). Jadi, dalam kristal berlian, setiap atom karbon dikelilingi oleh empat atom yang sama, yang terletak di simpul tetrahedron. Simetri dan kekuatan ikatan C–C dalam kristal berlian menentukan kekuatannya yang luar biasa dan kurangnya konduktivitas elektronik.
DI DALAM kristal grafit Setiap atom karbon membentuk tiga ikatan kuat dan setara dengan atom karbon tetangganya pada bidang yang sama pada sudut 120°. Pada bidang ini terbentuk lapisan yang terdiri dari cincin datar beranggota enam.
Selain itu, setiap atom karbon memiliki satu elektron tidak berpasangan. Elektron-elektron ini membentuk sistem elektron bersama. Hubungan antar lapisan disebabkan oleh gaya antarmolekul yang relatif lemah. Lapisan-lapisan tersebut diposisikan relatif satu sama lain sedemikian rupa sehingga atom karbon dari satu lapisan terletak di atas pusat segi enam lapisan lainnya. Panjang ikatan C–C di dalam lapisan adalah 0,142 nm, jarak antar lapisan adalah 0,335 nm. Akibatnya, ikatan antar lapisan jauh lebih lemah dibandingkan ikatan antar atom di dalam lapisan. Ini menentukan sifat grafit: Lembut, mudah terkelupas, berwarna abu-abu dan berkilau metalik, bersifat konduktif secara elektrik dan lebih reaktif secara kimia dibandingkan berlian. Model kisi kristal berlian dan grafit ditunjukkan pada gambar.
Mungkinkah mengubah grafit menjadi berlian? Proses ini dapat dilakukan dalam kondisi yang keras - pada tekanan sekitar 5000 MPa dan pada suhu dari 1500 °C hingga 3000 °C selama beberapa jam dengan adanya katalis (Ni). Sebagian besar produknya adalah kristal kecil (dari 1 hingga beberapa mm) dan debu berlian.
karbin– modifikasi karbon alotropik, di mana atom karbon membentuk rantai linier dengan tipe:
–С≡С–С≡С–С≡С–(α-karabin, poliuna) atau =C=C=C=C=C=C=(β-karbina, poliena)
Jarak antar rantai ini lebih kecil dibandingkan antar lapisan grafit karena interaksi antarmolekul yang lebih kuat.
Carbyne adalah bubuk hitam dan merupakan semikonduktor. Secara kimiawi lebih aktif daripada grafit.
Fullerene– modifikasi alotropik karbon yang dibentuk oleh molekul C60, C70 atau C84. Pada permukaan bola molekul C60, atom karbon terletak di simpul 20 segi enam beraturan dan 12 segi lima beraturan. Semua fullerene adalah struktur atom karbon tertutup. Kristal fullerene adalah zat dengan struktur molekul.
Silikon. Hanya ada satu modifikasi alotropik silikon yang stabil, kisi kristalnya mirip dengan berlian. Silikon itu keras, tahan api ( T° pl = 1412 °C), zat yang sangat rapuh berwarna abu-abu tua dengan kilau metalik, dalam kondisi standar merupakan semikonduktor.
| Elemen | C | Ya | Ge | sn | hal |
|---|---|---|---|---|---|
| Nomor seri | 6 | 14 | 32 | 50 | 82 |
| Massa atom (relatif) | 12,011 | 28,0855 | 72,59 | 118,69 | 207,2 |
| Kepadatan (n.s.), g/cm 3 | 2,25 | 2,33 | 5,323 | 7,31 | 11,34 |
| t jam, °C | 3550 | 1412 | 273 | 231 | 327,5 |
| tidak, °C | 4827 | 2355 | 2830 | 2600 | 1749 |
| Energi ionisasi, kJ/mol | 1085,7 | 786,5 | 762,1 | 708,6 | 715,2 |
| Rumus elektronik | 2s 2 2p 2 | 3s 2 3p 2 | 3d 10 4s 2 4p 2 | 4d 10 5s 2 5p 2 | 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 |
| Keelektronegatifan (menurut Pauling) | 2,55 | 1,9 | 2,01 | 1,96 | 2,33 |
Rumus elektronik gas mulia:
- Dia - 1s 2 ;
- Ne - 1s 2 2s 2 2p 6 ;
- Ar - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
- Kr - 3d 10 4s 2 4p 6 ;
- Xe - 4d 10 5s 2 5p 6 ;
Beras. Struktur atom karbon.
Golongan 14 (golongan IVa menurut klasifikasi lama) tabel periodik unsur kimia D.I.Mendeleev meliputi 5 unsur: karbon, silikon, germanium, timah, timbal (lihat tabel di atas). Karbon dan silikon adalah non-logam, germanium adalah zat yang memiliki sifat logam, timah dan timbal adalah logam yang khas.
Unsur golongan 14(IVa) yang paling banyak terdapat di kerak bumi adalah silikon (unsur terbanyak kedua di bumi setelah oksigen) (27,6% massa), diikuti oleh: karbon (0,1%), timbal (0,0014%) , timah ( 0,00022%), germanium (0,00018%).
Silikon, tidak seperti karbon, tidak ditemukan dalam bentuk bebas di alam; ia hanya dapat ditemukan dalam bentuk terikat:
- SiO 2 - silika, ditemukan dalam bentuk kuarsa (bagian dari banyak batuan, pasir, tanah liat) dan variasinya (batu akik, batu kecubung, kristal batu, jasper, dll.);
- silikat kaya akan silikon: bedak, asbes;
- aluminosilikat: feldspar, mika, kaolin.
Germanium, timah dan timbal juga tidak ditemukan dalam bentuk bebas di alam, tetapi merupakan bagian dari beberapa mineral:
- germanium: (Cu 3 (Fe, Ge)S 4) - mineral germanit;
- timah: SnO 2 - kasiterit;
- memimpin: PbS - galena; PbSO 4 - situs sudut; PbCO 3 - situs cerus.
Semua unsur golongan 14(IVa) dalam keadaan tidak tereksitasi pada tingkat energi terluar mempunyai dua elektron p yang tidak berpasangan (valensi 2, misalnya CO). Saat bertransisi ke keadaan tereksitasi (prosesnya membutuhkan energi), satu pasangan elektron s dari tingkat terluar “melompat” ke orbital p bebas, sehingga membentuk 4 elektron “kesepian” (satu di sublevel s dan tiga di sublevel s p-sublevel) , yang memperluas kemampuan valensi unsur (valensinya 4: misalnya, CO 2).
Beras. Transisi atom karbon ke keadaan tereksitasi.
Karena alasan di atas, unsur golongan 14(IVa) dapat menunjukkan bilangan oksidasi: +4; +2; 0; -4.
Karena “lompatan” elektron dari sublevel s ke sublevel p dalam rangkaian dari karbon ke timbal memerlukan lebih banyak energi (lebih sedikit energi yang dibutuhkan untuk mengeksitasi atom karbon daripada untuk mengeksitasi atom timbal), karbon “lebih rela” memasuki senyawa yang valensinya empat; dan memimpin - dua.
Hal yang sama dapat dikatakan tentang bilangan oksidasi: pada rangkaian dari karbon ke timbal, manifestasi bilangan oksidasi +4 dan -4 berkurang, dan bilangan oksidasi +2 meningkat.
Karena karbon dan silikon merupakan non-logam, keduanya dapat menunjukkan bilangan oksidasi positif atau negatif, bergantung pada senyawanya (dalam senyawa dengan unsur yang lebih elektronegatif, C dan Si melepaskan elektron, dan memperoleh senyawa dengan unsur yang lebih elektronegatif):
C +2 O, C +4 O 2, Si +4 Cl 4 C -4 H 4, Mg 2 Si -4
Ge, Sn, Pb, sebagai logam dalam senyawa, selalu melepaskan elektronnya:
Ge +4 Cl 4, Sn +4 Br 4, Pb +2 Cl 2
Unsur-unsur golongan karbon membentuk senyawa berikut:
- tidak stabil senyawa hidrogen yang mudah menguap(rumus umum EH 4), dimana hanya metana CH 4 yang merupakan senyawa stabil.
- oksida yang tidak membentuk garam- menurunkan oksida CO dan SiO;
- oksida asam- oksida CO 2 dan SiO 2 yang lebih tinggi - berhubungan dengan hidroksida, yang merupakan asam lemah: H 2 CO 3 (asam karbonat), H 2 SiO 3 (asam silikat);
- oksida amfoter- GeO, SnO, PbO dan GeO 2, SnO 2, PbO 2 - yang terakhir berhubungan dengan hidroksida (IV) germanium Ge(OH) 4, strontium Sn(OH) 4, timbal Pb(OH) 4;
