주기율표 IVA족의 일반적인 특성. IVA 그룹의 요소 IIIA, IVA 및 VA 그룹 요소의 일반적인 특성
IVA 그룹에는 가장 중요한 요소가 포함되어 있으며, 이것이 없으면 우리도 우리가 살고 있는 지구도 없을 것입니다. 이 탄소는 모든 유기체의 기초이며, 규소는 광물계의 “군주”입니다.
탄소와 실리콘이 전형적인 비금속이고 주석과 납이 금속이라면 게르마늄은 중간 위치를 차지합니다. 일부 교과서에서는 이를 비금속으로 분류하고 다른 교과서에서는 금속으로 분류합니다. 색상은 은백색이고 금속성 외관을 가지고 있으나 다이아몬드와 같은 결정격자를 갖고 있으며 실리콘과 같은 반도체이다.
탄소에서 납까지(비금속 특성 감소):
승 음의 산화 상태의 안정성이 감소합니다(-4).
승 가장 높은 양성 산화 상태의 안정성이 감소합니다(+4).
승 낮은 양성 산화 상태의 안정성이 증가합니다(+2).
탄소는 모든 유기체의 주요 구성 요소입니다. 자연에는 탄소(다이아몬드, 흑연)와 화합물(이산화탄소, 다양한 탄산염, 메탄 및 천연가스와 석유의 기타 탄화수소)로 형성된 단순 물질이 모두 있습니다. 무연탄의 탄소 질량 분율은 97%에 이릅니다.
바닥 상태의 탄소 원자는 교환 메커니즘에 의해 두 개의 공유 결합을 형성할 수 있지만 정상적인 조건에서는 그러한 화합물이 형성되지 않습니다. 탄소 원자가 여기 상태에 들어갈 때 원자가 전자 4개를 모두 사용합니다.
탄소는 상당히 많은 동소체 변형을 형성합니다(그림 16.2 참조). 이들은 다이아몬드, 흑연, 카빈총 및 다양한 풀러렌입니다.
무기 물질에서 탄소의 산화 상태는 +II 및 +IV입니다. 이러한 탄소의 산화 상태에는 두 가지 산화물이 있습니다.
일산화탄소(II)는 무색, 무취의 유독가스입니다. 사소한 이름은 일산화탄소입니다. 탄소 함유 연료의 불완전 연소 중에 형성됩니다. 분자의 전자 구조는 121페이지를 참조하십시오. 화학적 특성에 따르면 CO는 염을 형성하지 않는 산화물이며, 가열되면 환원 특성을 나타냅니다(활성이 낮은 금속의 많은 산화물을 금속으로 환원함).
일산화탄소(IV)는 무색, 무취의 기체입니다. 사소한 이름은 이산화탄소입니다. 산성 산화물. 물에 (물리적으로) 약간 용해되고 부분적으로 반응하여 탄산 H2CO3을 형성합니다 (이 물질의 분자는 매우 묽은 수용액에만 존재합니다).
탄산은 두 종류의 염(탄산염과 중탄산염)을 형성하는 매우 약한 이염기산입니다. 대부분의 탄산염은 물에 녹지 않습니다. 탄화수소류 중 알칼리금속과 암모늄탄산염만이 개별 물질로 존재합니다. 탄산염 이온과 중탄산염 이온은 모두 기본 입자이므로 수용액의 탄산염과 중탄산염은 모두 음이온에서 가수분해됩니다.
탄산염 중에서 가장 중요한 것은 탄산나트륨 Na2CO3(소다, 소다회, 세탁소다), 중탄산나트륨 NaHCO3(베이킹소다, 베이킹소다), 탄산칼륨 K2CO3(칼륨) 및 탄산칼슘 CaCO3(분필, 대리석, 석회암)입니다.
가스 혼합물에 이산화탄소가 존재하는 것에 대한 정성적 반응: 테스트 가스를 석회수(수산화칼슘의 포화 용액)에 통과시킬 때 탄산칼슘 침전물이 형성되고, 가스를 추가로 통과시킬 때 침전물의 후속 용해가 발생합니다. 일어나는 반응:
Ca2 + 2OH +CO2 = CaCO3 + H2O;
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2 +2HCO3.
약리학 및 의학에서는 탄산 및 카르복실산 유도체, 다양한 헤테로사이클, 폴리머 및 기타 화합물과 같은 다양한 탄소 화합물이 널리 사용됩니다. 따라서 카르볼렌(활성탄)은 신체에서 다양한 독소를 흡수하고 제거하는 데 사용됩니다. 흑연 (연고 형태) - 피부 질환 치료용; 방사성 탄소 동위원소 - 과학 연구용(방사성 탄소 연대 측정).
탄소는 모든 유기물질의 기본이다. 모든 살아있는 유기체는 주로 탄소로 구성됩니다. 탄소는 생명의 기초입니다. 살아있는 유기체의 탄소원은 일반적으로 대기나 물의 CO 2 입니다. 광합성을 통해 생물이 서로 또는 서로의 잔해를 먹으며 탄소를 얻어 자신의 몸을 만드는 생물학적 먹이사슬에 들어갑니다. 탄소의 생물학적 순환은 산화되어 대기로 돌아가거나 석탄이나 석유 형태로 매장되면서 끝납니다.
탄산이온 CO 3 2-의 분석반응
탄산염은 불안정하고 매우 약한 탄산 H 2 CO 3의 염으로, 수용액의 자유 상태에서는 불안정하고 CO 2의 방출로 분해됩니다. H 2 CO 3 - CO 2 + H 2 O
암모늄, 나트륨, 루비듐, 탄산세슘은 물에 용해됩니다. 탄산리튬은 물에 약간 용해됩니다. 다른 금속의 탄산염은 물에 약간 용해됩니다. 탄화수소는 물에 용해됩니다. 수용액의 탄산염 이온은 무색이며 가수분해됩니다. 알칼리 금속 중탄산염 수용액에 페놀프탈레인 용액 한 방울을 첨가해도 색이 변하지 않으므로 탄산염 용액과 중탄산염 용액을 구별할 수 있습니다(약전 시험).
1. 염화바륨과의 반응.
Ba 2+ + CO3 2 - -> BaCO 3 (백색 미세결정)
유사한 탄산염 침전물은 칼슘(CaCO 3) 및 스트론튬(SrCO 3) 양이온에 의해 생성됩니다. 침전물은 무기산과 아세트산에 용해됩니다. H 2 SO 4 용액에서는 BaSO 4의 흰색 침전물이 형성됩니다.
침전물이 완전히 용해될 때까지 침전물에 HC1 용액을 천천히 적가합니다. BaCO3 + 2 HC1 -> BaCl 2 + CO 2 + H 2 O
2. 황산마그네슘과의 반응(약전).
Mg 2+ + COZ 2 - ->MgCO 3 (백색)
탄산수소염 - HCO 3 이온 - 끓을 때만 황산마그네슘과 함께 침전물 MgCO 3 형성: Mg 2+ + 2 HCO3- -> MgCO 3 + CO 2 + H 2 O
MgCO3 침전물은 산에 용해됩니다.
3. 무기산과의 반응(약전).
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
방출된 기체 CO 2는 가스, 가스 기포(CO 2) 감지 장치 및 수용기 테스트 튜브(용액의 탁도)에서 바리톤 또는 석회수의 탁도에 의해 감지됩니다.
4. 우라닐 헥사시아노철산염(II)과의 반응.
2CO 3 2 - + (UO 2) 2 (갈색) -> 2 UO 2 CO 3 (무색) + 4 -
우라닐 헥사시아노철산염(II)의 갈색 용액은 우라닐 아세테이트(CH 3 COO) 2 UO 2 용액과 칼륨 헥사시아노철산염(II) 용액을 혼합하여 제조됩니다.
2(CH 3 SOO) 2 GO 2 + K 4 -> (UO 2) 2 + 4 CH 3 SOOK
Na 2 CO 3 또는 K 2 CO 3 용액을 갈색이 사라질 때까지 교반하면서 생성된 용액에 적가합니다.
5. 칼슘 양이온 및 암모니아와의 반응을 통해 탄산 이온과 중탄산 이온을 분리하여 발견합니다.
탄산염 이온과 중탄산염 이온이 용액에 동시에 존재하면 각각 별도로 열릴 수 있습니다.
이렇게 하려면 먼저 분석된 용액에 과량의 CaCl 2 용액을 추가합니다. 이 경우 CO3 2는 CaCO 3 형태로 침전됩니다.
CO3 2 - + Ca 2+ = CaCO 3
Ca(HCO 3) 2 가 물에 용해되기 때문에 중탄산염 이온은 용액에 남아 있습니다. 침전물을 용액에서 분리하고 암모니아 용액을 후자에 첨가합니다. HCO 2 - 암모니아와 칼슘 양이온이 포함된 음이온은 다시 CaCO 3 침전물을 생성합니다: HCO 3 - + Ca 2+ + NH 3 -> CaCO3 + NH 4 +
6. 탄산이온의 다른 반응.
탄산 이온은 염화철(III) FeCl 3과 반응하여 갈색 침전물 Fe(OH)CO 3을 형성하고 질산은은 탄산은 Ag 2 CO3의 흰색 침전물로 HbTO3에 용해되고 물에서 끓을 때 분해됩니다. 어두운 침전물 Ag 2 O ISO 2: Ag 2 CO 3 -> Ag 2 O + CO 2
아세테이트 이온 CH 3 COO"의 분석 반응
아세테이트 - 이온 CH 3 COO- - 약한 일염기 아세트산의 음이온 CH 3 COOH: 수용액에서 무색이며, 가수분해되고, 산화환원 특성이 없습니다. 이는 상당히 효과적인 리간드이며 많은 금속의 양이온과 안정한 아세테이트 착물을 형성합니다. 산성 환경에서 알코올과 반응하면 에스테르가 생성됩니다.
암모늄, 알칼리 및 대부분의 기타 금속의 아세트산염은 물에 잘 녹습니다. 은 CH 3 COOAg 및 수은(I)의 아세테이트는 다른 금속의 아세테이트보다 물에 덜 용해됩니다.
1. 염화철(III)과의 반응(약전).
pH = 5-8에서 Fe(III) 양이온을 함유한 아세트산 이온은 용해성 진한 빨간색(진한 차의 색) 아세트산염 또는 철(III) 옥시아세트산을 형성합니다.
수용액에서는 부분적으로 가수분해됩니다. 무기산으로 용액을 산성화하면 가수분해가 억제되고 용액의 붉은색이 사라집니다.
3 CH3COOH + Fe --> (CH 3 COO) 3 Fe + 3 H +
끓으면 염기성 아세트산 철(III)의 적갈색 침전물이 용액에서 침전됩니다.
(CH 3 COO) 3 Fe + 2 H 2 O<- Fe(OH) 2 CH 3 COO + 2 СН 3 СООН
철(III) 이온과 아세트산 이온의 농도 비율에 따라 퇴적물의 조성이 변경될 수 있으며 예를 들어 Fe OH (CH 3 COO) 2, Fe 3 (OH) 2 O 3 공식과 일치합니다. (CH 3 COO), Fe 3 O (OH)(CH 3 COO) 6 또는 Fe 3 (OH) 2 (CH 3 COO) 7.
반응은 철(III)과 함께 침전을 형성하는 음이온 CO 3 2 -, SO 3 "-, PO 4 3 -, 4 및 SCN- 음이온(Fe 3+ 양이온과 적색 착물 생성)에 의해 방해됩니다. , 요오드화 이온 G는 요오드 1 2로 산화되어 용액에 노란색을 부여합니다.
2. 황산과의 반응.
강산성 환경의 아세트산 이온은 약한 아세트산으로 변하며, 그 증기에서는 식초 특유의 냄새가 납니다.
CH 3 COO- + H +<- СН 3 СООН
반응은 음이온 NO 2 \ S 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 -에 의해 방해되며, 이는 또한 농축된 H 2 SO4 환경에서 특유의 냄새가 있는 기체 생성물을 방출합니다.
3. 아세트산 에틸 에테르 형성 반응(약전).
반응은 황산 환경에서 수행됩니다. 에탄올의 경우:
CH 3 COO- + H + -- CH 3 COOH CH 3 COOH + C 2 H 5 OH = CH 3 COOC 2 H 4 + H 2 O
방출된 에틸 아세테이트는 특유의 기분 좋은 냄새로 감지됩니다. 은염은 이 반응을 촉매하므로 이 반응을 수행할 때 소량의 AgNO 3 를 첨가하는 것이 좋습니다.
마찬가지로 아밀알코올 C 5 HcOH와 반응하면 아밀아세테이트 CH 3 SOOC 5 Ni(-배-)가 생성되어 기분 좋은 냄새가 나며, 에틸아세테이트 특유의 냄새가 느껴지며, 혼합물을 천천히 가열하면 더욱 심해집니다. .
주석산염의 분석반응 - POC 이온 - CH(OH) - CH(OH) - CONST. 타르타르산 이온은 약한 이염기성 타르타르산의 음이온입니다.
호-치-쿠오
H2O-CH-COOH
타르타르산 이온은 물에 잘 녹습니다. 수용액에서 주석산염 이온은 무색이고, 가수분해되며 착물을 형성하기 쉬우므로 많은 금속 양이온과 안정한 주석산염 착물을 제공합니다. 타르타르산은 2가의 전하를 띤 주석산염(COCH(OH)CH(OH)COO)을 함유한 중간 주석산염, 그리고 단일 전하를 띤 주석산 수소를 함유한 하이드로타르타르산염(HOOOCH(OH)CH(OH))이라는 두 가지 일련의 염을 형성합니다. COO - 이온. 타르타르산 수소 칼륨 (-타르타르-) KNS 4 H 4 O 6은 물에 거의 녹지 않으며 칼륨 양이온을 여는 데 사용됩니다. 평균 칼슘염도 물에 약간 용해됩니다. 평균 칼륨 염 K 2 C 4 H 4 O 6은 물에 잘 녹습니다.
I. 염화칼륨과의 반응(약전).
C 4 H 4 O 6 2 - + K + + N + -> KNS 4 H 4 O 6 1 (백색)
2. 산성 환경에서 레조르시놀과의 반응(약전).
진한 황산에 있는 레조르시놀 메타 - C 6 H 4 (OH) 2와 함께 가열하면 타르타르산염이 체리색 반응 생성물을 형성합니다.
14) 은의 암모니아 착물과의 반응. 금속성 은의 검은 침전물이 떨어져 나옵니다.
15) 황산철(II) 및 과산화수소와의 반응.
주석산염이 함유된 용액에 FeSO 4 및 H 2 O 2의 묽은 수용액을 첨가합니다. 주름진 색상을 갖는 불안정한 철 복합체가 형성됩니다. NaOH 알칼리 용액으로 후속 처리하면 복합체가 파란색으로 변합니다.
옥살산염 이온 C 2 O 4 2-의 분석반응
옥살산염 이온 C 2 O 4 2-는 중간 강도의 이염기 옥살산 H 2 C 2 O 4의 음이온으로 물에 비교적 잘 용해됩니다. 수용액의 옥살산염 이온은 무색이고, 부분적으로 가수분해되었으며, 강력한 환원제이자 효과적인 리간드입니다. 이는 많은 금속의 양이온과 안정한 옥살산염 복합체를 형성합니다. 알칼리 금속, 마그네슘 및 암모늄의 옥살산염은 물에 용해되는 반면 다른 금속은 물에 약간 용해됩니다.
1염화바륨과의 반응 Ba 2+ + C 2 O 4 2- = BaC 2 O 4 (백색) 침전물은 무기산과 아세트산(끓을 때)에 용해됩니다. 2. 염화칼슘과의 반응(약전): Ca 2+ + C 2 O 4 2 - = CaC 2 O 4 (백색)
침전물은 무기산에는 용해되지만 아세트산에는 용해되지 않습니다.
3. 질산은과의 반응.
2 Ag + + C 2 O 4 2 - -> Ag2C2O 4 .|.(응고) 용해도 테스트. 퇴적물은 3부분으로 나누어진다:
ㅏ). 침전물이 있는 첫 번째 시험관에 침전물이 용해될 때까지 교반하면서 HNO 3 용액을 한 방울씩 첨가합니다.
비). 침전물이 용해될 때까지 침전물이 있는 두 번째 시험관에 농축된 암모니아 용액을 교반하면서 한 방울씩 첨가합니다. V). 침전물이 있는 세 번째 시험관에 HC1 용액 4~5방울을 첨가합니다. 시험관에는 흰색 염화은 침전물이 남아 있다.
Ag 2 C 2 O 4 + 2 HC1 -> 2 AC1 (백색) + H 2 C 2 O 4
4.과망간산칼륨과의 반응. 산성 환경에서 KMnO 4 를 함유한 옥살산염 이온은 CO 2 방출과 함께 산화됩니다. KMpO 4 용액은 망간(VII)이 망간(II)으로 환원되어 변색됩니다.
5 C 2 O 4 2 - + 2 MnO 4 " + 16 H + -> 10 CO 2 + 2 Mn 2+ + 8 H 2 O
KMnO 4의 희석 용액. 후자는 변색됩니다. 기포(CO 2)의 방출이 관찰됩니다.
38 VA 그룹 요소
주기율표의 VA 그룹의 일반적인 특성. s x p y 형식으로 VA 그룹 요소의 외부 에너지 수준의 전자 구성입니다.
비소와 안티몬은 분자 및 금속 결정 격자 모두에서 서로 다른 동소체 변형을 갖습니다. 그러나 양이온 형태(As 3+, Sb 3+)의 안정성을 비교하면 비소는 비금속, 안티몬은 금속으로 분류된다.
VA족 원소에 안정적인 산화 상태
질소에서 비스무스까지(비금속 특성 감소):
승 음의 산화 상태(-3)의 안정성이 감소합니다(m. 수소 화합물의 특성).
승 가장 높은 양성 산화 상태의 안정성이 감소합니다(+5).
승 낮은 양성 산화 상태의 안정성이 증가합니다(+3).
알다
- 주기율표에서 탄소와 규소의 위치, 자연에서의 발생 및 실제 적용;
- 탄소와 규소의 원자 구조, 원자가, 산화 상태;
- 흑연, 다이아몬드 및 실리콘과 같은 단순 물질의 생산 방법 및 특성; 새로운 동소체 형태의 탄소;
- 주요 유형의 탄소 및 규소 화합물;
- 게르마늄 하위 그룹 요소의 특징;
가능하다
- 단순 물질인 탄소와 규소의 생산을 위한 반응식과 이들 물질의 화학적 성질을 특성화하는 반응을 작성합니다.
- 탄소 그룹의 원소 특성을 비교합니다.
- 탄소와 규소의 실질적으로 중요한 화합물을 특성화합니다.
- 탄소와 규소가 관련된 반응식을 사용하여 계산을 수행합니다.
소유하다
탄소, 규소 및 그 화합물과 관련된 반응 과정을 예측하는 기술.
원자의 구조. 자연의 보급
주기율표의 IVA족은 원자 번호가 짝수인 5개의 원소, 즉 탄소 C, 실리콘 Si, 게르마늄 Ge, 주석 Sn 및 납 Pb로 구성됩니다(표 21.1). 자연적으로 그룹의 모든 요소는 안정 동위 원소의 혼합물입니다. 탄소에는 *|C(98.9%)와 *§C(1.1%)라는 두 가지 등소곤이 있습니다. 또한 자연에는 방사성 동위원소 "|С с의 흔적이 있습니다. t t= 5730년. 이는 우주 방사선의 중성자와 지구 대기의 질소 핵이 충돌하는 동안 지속적으로 형성됩니다.
표 21.1
IVA 그룹 요소의 특성
* 생물학적 요소.
탄소의 주요 동위원소는 원자 질량 단위, 즉 원자 질량 단위를 기반으로 하기 때문에 화학 및 물리학에서 특히 중요합니다. { /2 원자 질량의 일부 'ICO 예).
실리콘에는 자연적으로 세 가지 동위원소가 있습니다. 그 중 가장 흔한 것은 ^)Si(92.23%)이다. 게르마늄에는 5개의 동위원소(j^Ge - 36.5%)가 있습니다. 주석 - 10개의 동위원소. 이것은 화학 원소 중 기록입니다. 가장 일반적인 것은 12 5 gSn(32.59%)입니다. 납에는 4개의 동위원소가 있습니다: 2 §^Pb(1.4%), 2 §|Pb(24.1%), 2 82?b(22.1%) 및 2 82?b(52.4%). 납의 마지막 3개 동위원소는 우라늄과 토륨의 천연 방사성 동위원소 붕괴의 최종 산물이므로 지구가 존재하는 동안 지각 내 함량이 증가했습니다.
지각의 풍부함 측면에서 탄소는 상위 10개 화학 원소 중 하나입니다. 이는 흑연, 석유의 일부인 다양한 종류의 석탄, 천연 가연성 가스, 석회암 형성물(CaCO e), 백운석(CaC0 3 -MgC0 3) 및 기타 탄산염의 형태로 발견됩니다. 천연 다이아몬드는 이용 가능한 탄소 중 미미한 부분을 차지하지만 아름답고 단단한 광물로서 매우 가치가 높습니다. 그러나 물론 탄소의 가장 높은 가치는 모든 생명체의 몸을 구성하는 생물 유기 물질의 구조적 기초라는 사실에 있습니다. 탄소는 생명체가 존재하는 데 필요한 많은 화학 원소 중 첫 번째 원소로 간주되는 것은 당연합니다.
실리콘은 지각에서 두 번째로 풍부한 원소입니다. 모래, 점토, 그리고 여러분이 보는 많은 암석은 규소 광물로 이루어져 있습니다. 산화규소의 결정질 품종을 제외하고 모든 천연 화합물은 규산염, 즉. 다양한 규산의 염. 이들 산 자체는 개별 물질로 얻어지지 않았습니다. 오르토실리케이트는 SiOj~ 이온을 포함하고, 메타실리케이트는 고분자 사슬(SiO 3 ") w로 구성됩니다. 대부분의 실리케이트는 실리콘과 산소 원자의 골격 위에 만들어지며, 그 사이에 모든 금속 원자와 일부 비금속(불소) 원자가 위치할 수 있습니다. 음 -알려진 규소 광물로는 석영 SiO 2, 장석(orthoclase KAlSi 3 0 8), 운모(백운모 KAl 3 H 2 Si 3 0 12) 등이 있으며, 총 400종 이상의 규소 광물이 알려져 있다. 장신구 및 장신구의 절반 이상 돌은 규소 화합물입니다. 산소-규소 구조는 물에 대한 용해도가 낮은 규소 광물을 생성합니다. 수천 년에 걸쳐 뜨거운 지하 샘에서만 규소 화합물의 성장과 껍질이 퇴적될 수 있습니다. 이러한 유형의 암석에는 벽옥이 포함됩니다.
탄소, 규소, 주석, 납 등은 고대부터 단순한 물질이나 화합물의 형태로 알려졌기 때문에 발견 시기를 말할 필요가 없다. 게르마늄은 1886년 K. Winkler(독일)에 의해 희귀 광물인 아지로디테에서 발견되었습니다. 그러한 특성을 가진 요소의 존재가 D.I. Mendeleev에 의해 예측되었다는 것이 곧 분명해졌습니다. 새로운 요소의 이름은 논란을 불러일으켰습니다. Mendeleev는 Winkler에게 보낸 편지에서 그 이름을 강력히 지지했습니다. 게르마늄.
IVA족 원소는 가장 바깥쪽에 4개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 에스-그리고 p-하위레벨:
원자의 전자식:
바닥 상태에서 이들 원소는 2가가 되고 들뜬 상태에서는 4가가 됩니다.
탄소와 규소는 2가 상태에서 화합물을 거의 형성하지 않습니다. 거의 모든 안정한 화합물에서는 4가입니다. 그룹 아래로 내려가면 게르마늄, 주석, 납의 경우 2가 상태의 안정성이 증가하고 4가 상태의 안정성은 감소합니다. 따라서 납(1U) 화합물은 강력한 산화제 역할을 합니다. 이러한 패턴은 VA 그룹에서도 분명하게 나타납니다. 탄소와 그룹의 다른 원소 사이의 중요한 차이점은 세 가지 다른 혼성화 상태에서 화학 결합을 형성하는 능력입니다. sp, sp 2그리고 sp3.실리콘에는 사실상 단 하나의 하이브리드 상태만 남아 있습니다. sp3.이는 탄소와 규소 화합물의 특성을 비교할 때 분명하게 드러납니다. 예를 들어 일산화탄소 C0 2 는 기체(이산화탄소)이고, 산화규소 SiO 2 는 내화물질(석영)이다. 첫 번째 물질은 기체 상태입니다. sp-탄소 혼성화, CO 2 분자에서 모든 공유 결합이 닫힙니다.
분자 사이의 인력은 약하며, 이것이 물질의 상태를 결정합니다. 산화규소에서는 규소의 혼성 5p 3 오비탈 4개가 2개의 산소 원자에서 닫힐 수 없습니다. 규소 원자는 4개의 산소 원자와 결합하고, 각 산소 원자는 차례로 다른 규소 원자와 결합합니다. 그 결과 모든 원자 사이의 결합 강도가 동일한 프레임 구조가 탄생했습니다(그림 1권, 40페이지 참조).
동일한 혼성화를 갖는 탄소와 규소의 화합물(예: 메탄 CH4 및 실란 SiH4)은 구조와 물리적 특성이 유사합니다. 두 물질 모두 가스입니다.
IVA 원소의 전기음성도는 VA족 원소에 비해 감소하며, 이는 특히 2주기 및 3주기 원소에서 두드러집니다. IVA 그룹 원소의 금속성은 VA 그룹 원소보다 더 뚜렷합니다. 흑연 형태의 탄소는 전도체입니다. 실리콘과 게르마늄은 반도체이고, 주석과 납은 진정한 금속입니다.
16.1. IIIA, IVA 및 VA 그룹 요소의 일반적인 특성
비 |
씨 |
N |
알루미늄 알루미늄 |
시 |
피 |
가 |
게르마늄 |
처럼 |
~ 안에 |
Sn |
Sb |
틀 |
납 |
비 |
자연 요소 시스템의 세 그룹의 구성이 그림 16.1에 나와 있습니다. 원자의 궤도 반경 값(옹스트롬 단위)도 여기에 제공됩니다. 금속을 형성하는 원소(1.1옹스트롬보다 큰 궤도 반경)와 비금속을 형성하는 원소(1.1옹스트롬보다 작은 궤도 반경) 사이의 경계가 가장 명확하게 보이는 것은 이 그룹에 속합니다. 그림에서 이 경계는 이중선으로 표시됩니다. 우리는 이 경계가 여전히 임의적이라는 점을 잊어서는 안 됩니다. 알루미늄, 갈륨, 주석, 납 및 안티몬은 확실히 양쪽성 금속이지만 붕소, 게르마늄 및 비소도 양쪽성의 징후를 나타냅니다.
이 세 그룹의 원소 원자 중에서 다음은 지각에서 가장 흔히 발견됩니다: Si(w = 25.8%), Al(w = 7.57%), P(w = 0.090%), C(w = 0.087%) 및 N(w = 0.030%). 이번 장에서 여러분이 만나게 될 사람들은 바로 이러한 사람들입니다.
IIIA족 원소 원자의 일반 원자가 전자식 – ns 2 n.p. 1, IVA 그룹 – ns 2 n.p. 2, VA 그룹 - ns 2 n.p.삼. 가장 높은 산화 상태는 그룹 번호와 같습니다. 중급은 2개 적습니다.
이러한 원소의 원자로 형성된 모든 단순 물질(질소 제외)은 고체입니다. 많은 원소는 동소성을 특징으로 합니다(B, C, Sn, P, As). 안정적인 분자 물질은 질소 N2, 백린 P4, 황 비소 As4의 세 가지뿐입니다.
이들 세 그룹의 비금속 원소는 공유 결합을 통해 분자 수소 화합물을 형성하는 경향이 있습니다. 더욱이 탄소에는 탄화수소와 그 파생물이 별도의 과학, 즉 유기 화학으로 연구되는 것들이 너무 많습니다. 이들 원소 중에서 두 번째로 많은 수소 화합물은 붕소입니다. 보로하이드라이드(보란)은 매우 많고 구조가 복잡하므로 보로하이드라이드의 화학도 별도의 화학 분야가 되었습니다. 실리콘은 8개의 수소 화합물(실란), 즉 질소와 인(각각 2개, 나머지는 각각 1개의 수소 화합물)을 형성합니다. 가장 간단한 수소 화합물의 분자식과 그 이름:
더 높은 산화물의 조성은 그룹 번호와 동일한 가장 높은 산화 상태에 해당합니다. 각 그룹의 고급 산화물 유형은 원자 번호가 증가함에 따라 산성에서 양쪽성 또는 염기성으로 점차 변합니다.
수산화물의 산-염기 특성은 매우 다양합니다. 따라서 HNO 3는 강산이고 TlOH는 알칼리입니다.
1. IIIA, IVA 및 VA 그룹 원소의 원자에 대한 축약된 전자 공식과 에너지 다이어그램을 만듭니다. 외부 전자와 원자가 전자를 나타냅니다.
질소 원자에는 3개의 짝을 이루지 않은 전자가 있으므로 교환 메커니즘을 통해 3개의 공유 결합을 형성할 수 있습니다. 이는 질소 원자가 +1의 양전하를 획득하는 공여체-수용체 메커니즘에 의해 또 다른 공유 결합을 형성할 수 있습니다. 이자형. 따라서 최대 질소는 5가이지만 최대 공유 원자가는 4입니다.(이것은 질소가 5가가 될 수 없다는 자주 접하는 설명을 설명합니다.)
지구의 거의 모든 질소는 지구의 대기에서 발견됩니다. 상당히 적은 양의 질소가 암석권에 질산염 형태로 존재합니다. 질소는 모든 유기체와 그 분해 생성물에 포함된 유기 화합물의 일부입니다.
질소는 유일한 형태이다. 단순한분자 물질분자 내에 이원자 삼중 결합이 있는 N 2 (그림 16.2). 이 결합의 에너지는 945 kJ/mol로 다른 결합 에너지의 값을 초과합니다(표 21 참조). 이것은 상온에서 질소의 불활성을 설명합니다. 물리적 특성에 따르면 질소는 태어날 때부터 우리에게 친숙한 무색, 무취의 가스입니다(지구 대기의 4분의 3이 질소로 구성되어 있음). 질소는 물에 약간 용해됩니다.
질소는 두 가지를 형성합니다. 수소 화합물: 암모니아 NH 3 및 히드라진 N 2 H 6:
암모니아는 자극적이고 질식하는 냄새가 나는 무색의 가스입니다. 농축된 암모니아 증기를 부주의하게 흡입하면 경련과 질식을 일으킬 수 있습니다. 암모니아는 물에 매우 잘 녹으며, 이는 각 암모니아 분자에 의해 물 분자와 4개의 수소 결합이 형성되는 것으로 설명됩니다.
암모니아 분자는 기본 입자입니다(부록 14 참조). 양성자를 받아들이면 암모늄 이온으로 변합니다. 반응은 수용액과 기체상 모두에서 일어날 수 있습니다.
NH 3 + H 2 O NH 4 + OH(용액 중);
NH 3 + H 3 OB = NH 4 + H 2 O(용액 중);
NH 3g + HCl g = NH 4 Cl cr(기체상).
암모니아 수용액은 불용성 수산화물을 침전시킬 만큼 알칼리성이지만 양쪽성 수산화물이 용해되어 수산화물 복합체를 형성할 만큼 알칼리성은 아닙니다. 따라서 양쪽성 수산화물의 제조에는 암모니아 용액을 사용하는 것이 편리하다. 피-원소: Al(OH) 3, Be(OH) 2, Pb(OH) 2 등, 예:
Pb 2 + 2NH 3 + 2H 2 O = Pb(OH) 2 + 2NH 4.
공기 중에서 점화되면 암모니아는 연소되어 질소와 물을 형성합니다. 촉매(Pt)가 있는 상태에서 산소와 상호작용하면 가역적으로 일산화질소로 산화됩니다.
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O(촉매 없음),
4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O(촉매 포함).
가열하면 암모니아는 구리와 같이 활성이 좋지 않은 금속의 산화물을 감소시킬 수 있습니다.
3CuO + 2NH3 = 3Cu + N2 + 3H2O
암모늄염의 특성(열 안정성 제외)은 알칼리 금속염과 유사합니다. 후자와 마찬가지로 거의 모두 물에 용해되지만 암모늄 이온은 약산이므로 양이온에서 가수분해됩니다. 가열하면 암모늄염이 분해됩니다.
NH 4 Cl = NH 3 + HCl;
(NH4)2SO4 = NH4HSO4 + NH3;
(NH4)2CO3=2NH3+CO2+H2O;
NH4HS = NH3 + H2S;
NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O;
NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O;
(NH4)2HPO4 = NH3 + (NH4)H2PO4;
(NH4)H2PO4 = NH4PO3 + H2O.
다양한 산화 상태의 질소는 5개를 형성합니다. 산화물: N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2 및 N 2 O 5.
그 중 가장 안정적인 것은 이산화질소입니다. 불쾌한 냄새가 나는 갈색의 유독가스이다. 물과 반응:
2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3.
알칼리 용액을 사용하면 질산염과 아질산염이 형성되면서 반응이 일어납니다.
N 2 O 및 NO는 염을 형성하지 않는 산화물입니다.
N 2 O 3 및 N 2 O 5는 산성 산화물입니다. 물과 반응하여 각각 아질산과 질산 용액을 형성합니다.
산화 상태 +III의 질소 옥소산은 아질산 HNO 2입니다. 분자가 수용액에만 존재하는 약산입니다. 그 염은 아질산염입니다. 아질산과 아질산염의 질소는 +V 산화 상태로 쉽게 산화됩니다.
아질산과 달리 질산 HNO 3은 강산입니다. 분자의 구조는 두 가지 방식으로 표현될 수 있습니다.
질산은 모든 측면에서 물과 혼합되어 묽은 용액에서 완전히 반응합니다.
HNO3 + H2O = H3O + NO3
질산과 그 용액은 강력한 산화제입니다. 질산이 희석되면 산화 활성이 감소합니다. 모든 농도의 질산 용액에서 산화 원자는 주로 수소가 아닌 질소 원자입니다. 따라서 질산으로 다양한 물질을 산화시키는 동안 수소는 부산물로만 방출됩니다. 산의 농도와 다른 시약의 환원 활성에 따라 반응 생성물은 NO 2, NO, N 2 O, N 2 및 NH 4 가 될 수 있습니다. 대부분 가스 혼합물이 형성되지만, 농축된 질산의 경우 이산화질소만 방출됩니다.
Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
3FeS + 30HNO3 = Fe2(SO4)3 + Fe(NO3)3 + 27NO2 + 15H2O
묽은 질산의 경우 일산화질소가 가장 자주 방출됩니다.
Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
3H 2 S + 2HNO 3 = 2NO + 4H 2 O + 3S
매우 묽은 질산이 강한 환원제(Mg, Al, Zn)와 반응하면 암모늄 이온이 형성됩니다.
4Mg + 10HNO3 = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
진한 황산에 의해 부동태화되는 금속은 진한 질산에 의해서도 부동태화됩니다.
질산 염(질산염)은 열적으로 불안정한 화합물입니다. 가열하면 분해됩니다.
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2 ;
2Zn(NO 3) 2 = 2ZnO + 4NO 2 + O 2;
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2.
1. 문단의 본문에 주어진 반응을 설명하는 방정식을 쓰십시오.
2. a) 암모니아, b) 질산, c) 질산 아연의 화학적 특성을 특성화하는 반응 방정식을 만듭니다.
암모니아와 질산의 화학적 성질.
16.3. 인
질소 원자와는 달리, 원자인은 교환 메커니즘에 의해 5개의 공유 결합을 형성할 수 있습니다. 이에 대한 전통적인 설명은 3가지 중 하나가 자극될 가능성으로 귀결됩니다. 에스-전자와 3으로의 전이 디-하위 수준.
인 원소는 꽤 많이 형성됩니다. 동소체 변형. 이들 중에서 백린탄, 적린탄, 흑린탄의 세 가지 변형이 가장 안정적입니다. 백린탄은 P4 분자로 구성된 공기 중에서 자연 연소되기 쉬운 왁스 같은 독성 물질입니다. 적린은 다소 복잡한 구조를 지닌 비분자성, 짙은 붉은색의 덜 활성인 물질입니다. 일반적으로 적린에는 항상 백색 혼합물이 포함되어 있으므로 백린과 적린은 항상 물층 아래에 저장됩니다. 흑린은 복잡한 골격 구조를 지닌 비분자 물질이기도 합니다.
백린탄의 분자는 사면체이고, 그 안에 있는 인 원자는 3가입니다. 백린탄 분자의 볼-스틱 모델 및 구조식:
적린의 구조는 구조식으로 표현됩니다.
인은 인산칼슘에서 모래와 코크스와 함께 가열하여 얻습니다.
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 + 5C = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO.
인은 산화 상태 +V를 갖는 화합물이 가장 특징적입니다. 과량의 염소와 반응하면 인이 5염화물을 형성합니다. 인의 동소체 변형이 연소되는 동안 과잉 산소가 형성됩니다 산화물인(V):
4P + 5O2 = 2P2O5.
인(V) 산화물에는 두 가지 변형이 있습니다: 비분자성(가장 간단한 공식 P 2 O 5 사용)과 분자형(분자식 P 4 O 10 사용). 산화인은 일반적으로 이러한 물질의 혼합물입니다.
흡습성이 매우 높은 이 산성 산화물은 물과 반응하여 연속적으로 메타인산, 이인산 및 오르토인산을 형성합니다.
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.
정인산 산(보통 단순히 인산이라고 함)은 삼염기성 약산입니다(부록 13 참조). 무색의 결정성 물질로 물에 잘 녹는다. 강염기와 반응시 시약의 비율에 따라 3열을 형성 염류(오르토인산염, 하이드로오르토인산염 및 오르토인산이수소 - 일반적으로 접두사 "오르토"는 이름에서 생략됩니다):
H3PO4 + OH = H2PO4 + H2O,
H3PO4 + 2OH = HPO42 + 2H2O,
H 3 PO 4 + 3OH = PO 4 3 + 3H 2 O.
대부분의 중인산염(리튬 이외의 알칼리 원소 염 제외)은 물에 용해되지 않습니다. 훨씬 더 많은 가용성 산성 인산염이 있습니다.
인산은 천연 인산칼슘을 과량의 황산으로 처리하여 얻습니다. 인산칼슘과 황산의 비율이 다르면 인산이수소와 황산칼슘의 혼합물이 형성되어 농업에서 "단순 과인산염"이라고 불리는 광물질 비료로 사용됩니다.
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.
더 가치 있는 "이중 과인산염"은 다음 반응에 의해 얻어집니다.
Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 = 3Ca(H 2 PO 4) 3.
이 광물질 비료의 주성분은 인산이수소칼슘입니다.
1. 단락 본문에 이온 방정식이 제공되는 반응에 대한 분자 방정식을 작성하십시오.
2. 문단의 본문에 주어진 반응에 대한 방정식을 설명적으로 적으십시오.
3. a) 인, b) 산화인(V), c) 오르토인산, d) 인산이수소나트륨의 화학적 특성을 특성화하는 반응식을 작성합니다.
인산의 화학적 성질.
16.4. 탄소
탄소는 모든 유기체의 주요 구성 요소입니다. 자연에는 탄소(다이아몬드, 흑연)와 화합물(이산화탄소, 다양한 탄산염, 메탄 및 천연가스와 석유의 기타 탄화수소)로 형성된 단순 물질이 모두 있습니다. 무연탄의 탄소 질량 분율은 97%에 이릅니다.
원자바닥 상태의 탄소는 교환 메커니즘에 의해 두 개의 공유 결합을 형성할 수 있지만 정상적인 조건에서는 그러한 화합물이 형성되지 않습니다. 탄소 원자가 여기 상태에 들어갈 때 원자가 전자 4개를 모두 사용합니다.
탄소가 꽤 많이 생성된다 동소체 변형(그림 16.2 참조) 이들은 다이아몬드, 흑연, 카빈총 및 다양한 풀러렌입니다.
다이아몬드는 매우 단단하고 무색 투명한 결정질 물질입니다. 다이아몬드 결정은 탄소 원자로 구성되어 있습니다. sp 3-혼성화된 상태로 공간적 틀을 형성합니다.
흑연은 회색-검정색의 다소 부드러운 결정질 물질입니다. 흑연 결정은 탄소 원자가 위치한 평평한 층으로 구성됩니다. sp 2-하이브리드 상태이며 육각형 세포로 네트워크를 형성합니다.
카빈(Carbyne)은 탄소 원자가 위치하는 선형 분자로 구성된 섬유상 구조의 무색 물질입니다. sp-하이브리드 상태(=C=C=C=C= 또는 –C C–C C–).
풀러렌은 분자 C 60, C 80 등을 사용하여 탄소의 분자 동소체 변형입니다. 이러한 물질의 분자는 속이 빈 메쉬 구체입니다.
탄소의 모든 변형은 산화성보다 더 큰 환원 특성을 나타냅니다. 예를 들어 코크스(석탄 처리 제품, 최대 98% 탄소 함유)는 산화물 광석에서 철을 환원하고 산화물에서 기타 여러 금속을 환원하는 데 사용됩니다. :
Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO(고온에서).
대부분의 탄소 화합물은 유기화학에서 공부하며, 10학년과 11학년에 배우게 됩니다.
무기 물질에서 탄소의 산화 상태는 +II 및 +IV입니다. 이러한 탄소의 산화 상태에는 두 가지가 있습니다. 산화물.
일산화탄소(II)는 무색, 무취의 유독가스입니다. 사소한 이름은 일산화탄소입니다. 탄소 함유 연료의 불완전 연소 중에 형성됩니다. 분자의 전자 구조는 121페이지를 참조하십시오. 화학적 특성에 따르면 CO는 염을 형성하지 않는 산화물이며, 가열되면 환원 특성을 나타냅니다(활성이 낮은 금속의 많은 산화물을 금속으로 환원함).
일산화탄소(IV)는 무색, 무취의 기체입니다. 사소한 이름은 이산화탄소입니다. 산성 산화물. 물에 (물리적으로) 약간 용해되고 부분적으로 반응하여 석탄을 형성합니다. 산 H 2 CO 3 (이 물질의 분자는 매우 묽은 수용액에만 존재합니다).
탄산은 매우 약한 산(부록 13 참조)이며 이염기성이며 두 줄을 형성합니다. 염류(탄산염 및 중탄산염). 대부분의 탄산염은 물에 녹지 않습니다. 탄화수소류 중 알칼리금속과 암모늄탄산염만이 개별 물질로 존재합니다. 탄산염 이온과 중탄산염 이온은 모두 기본 입자이므로 수용액의 탄산염과 중탄산염은 모두 음이온에서 가수분해됩니다.
탄산염 중에서 가장 중요한 것은 탄산나트륨 Na 2 CO 3 (소다, 소다회, 세척 소다), 중탄산 나트륨 NaHCO 3 (베이킹 소다, 베이킹 소다), 탄산 칼륨 K 2 CO 3 (칼륨) 및 탄산 칼슘 CaCO 3 (분필, 대리석, 석회암).
정성적 반응가스 혼합물에 이산화탄소가 존재하는 경우: 테스트 가스를 석회수(수산화칼슘의 포화 용액)에 통과시킬 때 탄산칼슘 침전물이 형성되고, 가스를 추가로 통과시킬 때 침전물의 후속 용해가 발생합니다. 일어나는 반응: 실리콘 원소가 하나를 형성합니다. 단체같은 이름으로. 이것은 실리콘보다 경도가 약간 떨어지는 다이아몬드 구조의 비분자 물질입니다. 지난 반세기 동안 실리콘은 단결정이 거의 모든 전자 장비에 사용되면서 우리 문명에 절대적으로 필수적인 재료가 되었습니다.
실리콘은 상당히 불활성인 물질입니다. 실온에서는 불소와 불화수소를 제외한 거의 어떤 것과도 반응하지 않습니다.
Si + 2F 2 = SiF 4 ;
Si + 4HF = SiF 4 + 2H 2.
잘게 분쇄된 분말 형태로 가열하면 산소 속에서 연소하여 이산화물(SiO2)을 형성합니다. 알칼리와 융합되거나 농축된 알칼리 용액과 함께 끓이면 규산염이 형성됩니다.
Si + 4NaOH = Na 4 SiO 4 + 2H 2;
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2.
일산화규소 SiO - 염을 형성하지 않음 산화물; 쉽게 이산화물로 산화됩니다.
이산화규소 SiO 2는 골격 구조를 가진 비분자 물질입니다. 물과 반응하지 않습니다. 산성 산화물 - 알칼리와 융합하면 규산염을 형성합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O. 알루미늄은 실리콘 다음으로 지구 암석권에서 가장 풍부한 원소입니다. 단독으로 또는 실리콘과 함께 장석, 운모, 강옥 Al 2 O 3 및 그 귀중한 품종(무색 백혈구, 크롬 함유 루비, 티타늄 함유 사파이어) 등 많은 미네랄을 형성합니다.
단체 알루미늄은 은백색의 반짝이는 경금속입니다. 순수 알루미늄은 매우 부드러워서 얇은 포일로 말아서 와이어를 빼낼 수 있습니다. 알루미늄은 전기 전도성이 좋습니다. 대기 영향에 강합니다. 알루미늄 합금은 매우 단단하지만 가공이 잘됩니다. 알루미늄은 독성이 없습니다. 이 모든 것을 통해 항공, 전기, 식품 산업, 건설 등 다양한 산업 분야에서 알루미늄을 사용할 수 있습니다. 알루미늄은 일상생활에서도 널리 사용됩니다. 알루미늄은 그 화합물의 용융물을 전기분해하여 생산됩니다.
알루미늄의 화학적 불활성은 표면에 치밀한 산화막이 존재하여 금속과 시약의 접촉을 방지하기 때문에 발생합니다. 이 필름을 화학적으로나 기계적으로 제거하면 알루미늄이 매우 활성화됩니다. 따라서 산화막이 없는 알루미늄은 추가 가열 없이 공기 중에서 자연 발화하여 연소됩니다.
알루미늄의 환원 특성은 가열될 때 특히 두드러집니다. 이러한 조건에서는 철, 티타늄, 지르코늄뿐만 아니라 칼슘과 바륨까지 산화물로부터 많은 금속을 감소시킵니다.
산화알루미늄 Al 2 O 3 (사소한 이름 - 알루미나, 커런덤)은 비분자 물질로, 결합이 이온성 및 공유성으로 잘 설명되지 않습니다. 이 경우 항상 그렇듯이 양성 산화물입니다. 이는 양쪽성 특성을 지닌 수산화알루미늄을 하소하여 얻습니다.
수화된 알루미늄 이온은 양이온산이므로 수용성 알루미늄염은 매우 높게 가수분해됩니다.
알루미늄 염 중 가장 일반적으로 사용되는 것은 칼륨 명반 KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O - 칼륨 알루미늄 황산염 12수화물입니다. 비흡습성, 완벽하게 결정화되는 물질입니다. 그 용액은 황산칼륨과 황산알루미늄이라는 두 가지 다른 황산염 용액의 혼합물처럼 작용합니다. 명반의 구조는 (SO 4) 2 공식으로 표현됩니다.
1. 문단의 본문에 주어진 반응을 설명하는 방정식을 쓰십시오.
2. a) 알루미늄, b) 수산화알루미늄, i) 칼륨명반의 화학적 특성을 특성화하는 반응식을 작성하십시오.
알루미늄염의 화학적 성질
초록의 핵심 단어: 탄소, 실리콘, IVA 그룹의 원소, 원소의 특성, 다이아몬드, 흑연, 카빈, 풀러렌.
그룹 IV 요소는 다음과 같습니다. 탄소, 실리콘, 게르마늄, 주석 및 납. 탄소와 실리콘의 특성에 대해 자세히 살펴 보겠습니다. 표는 이러한 요소의 가장 중요한 특성을 보여줍니다.
거의 모든 화합물에는 탄소와 규소가 포함되어 있습니다. 4가 , 그들의 원자는 들뜬 상태에 있습니다. 원자가 여기되면 탄소 원자의 원자가 층 구성이 변경됩니다.
실리콘 원자의 원자가층 구성도 비슷하게 변경됩니다. 
탄소와 규소 원자의 외부 에너지 준위에는 4개의 짝을 이루지 않은 전자가 포함되어 있습니다. 규소 원자의 반경은 더 크며 원자가 층에 빈 반점이 있습니다. 3 디-궤도, 이는 실리콘 원자를 형성하는 결합의 특성에 차이를 유발합니다.
탄소의 산화 상태는 -4에서 +4까지 다양합니다.
탄소의 특징은 사슬을 형성하는 능력입니다. 탄소 원자는 서로 연결되어 안정적인 화합물을 형성합니다. 유사한 실리콘 화합물은 불안정합니다. 사슬을 형성하는 탄소의 능력은 엄청난 수의 존재를 결정합니다. 유기 화합물 .
에게 무기 화합물 탄소에는 산화물, 탄산, 탄산염 및 중탄산염, 탄화물이 포함됩니다. 나머지 탄소 화합물은 유기물입니다.
탄소원소의 특징은 다음과 같습니다. 동소체, 동소체 변형은 다음과 같습니다 다이아몬드, 흑연, 카빈, 풀러렌. 탄소의 다른 동소체 변형이 현재 알려져 있습니다.
석탄그리고 그을음로 볼 수 있다 무정형의흑연의 종류.
실리콘은 단순한 물질을 형성합니다 - 결정질 실리콘. 비정질 실리콘이 있습니다 - 흰색 분말 (불순물 없음).
다이아몬드, 흑연 및 결정질 실리콘의 특성이 표에 나와 있습니다. 
흑연과 다이아몬드의 물리적 특성이 확연히 다른 이유는 다음과 같습니다. 결정 격자의 구조 . 다이아몬드 결정에서는 각 탄소 원자(결정 표면의 탄소 원자 제외)가 형성됩니다. 네인접한 탄소 원자와 동일한 강한 결합을 갖습니다. 이 결합은 사면체의 꼭지점을 향합니다(CH 4 분자에서와 같이). 따라서 다이아몬드 결정에서 각 탄소 원자는 사면체의 꼭지점에 위치한 동일한 원자 4개로 둘러싸여 있습니다. 다이아몬드 결정의 C-C 결합의 대칭성과 강도는 다이아몬드 결정의 탁월한 강도와 전자 전도성 부족을 결정합니다.
안에 흑연 결정 각 탄소 원자는 동일한 평면에서 120° 각도로 인접한 탄소 원자와 3개의 강력하고 등가적인 결합을 형성합니다. 이 평면에는 평평한 6원 고리로 구성된 층이 형성됩니다.
또한 각 탄소 원자는 짝을 이루지 않은 전자 1개. 이 전자들은 공통 전자 시스템을 형성합니다. 층 사이의 연결은 상대적으로 약한 분자간 힘으로 인해 발생합니다. 한 층의 탄소 원자가 다른 층의 육각형 중심 위에 위치하도록 층이 서로 상대적으로 배치됩니다. 층 내부의 C-C 결합 길이는 0.142 nm이고, 층 사이의 거리는 0.335 nm입니다. 결과적으로, 층 사이의 결합은 층 내의 원자 사이의 결합보다 훨씬 약합니다. 이는 다음을 결정합니다. 흑연의 성질: 부드럽고 벗겨지기 쉬우며, 회색을 띠고 금속성 광택을 띠며, 전기 전도성이 있고 다이아몬드보다 화학적 반응성이 더 높습니다. 다이아몬드와 흑연의 결정 격자 모델이 그림에 표시되어 있습니다.
흑연을 다이아몬드로 바꾸는 것이 가능합니까? 이 공정은 촉매(Ni) 존재 하에 약 5000MPa의 압력과 1500°C~3000°C의 온도에서 몇 시간 동안 열악한 조건에서 수행될 수 있습니다. 제품의 대부분은 작은 결정(1~수 mm)과 다이아몬드 먼지입니다.
카빈– 탄소 원자가 다음 유형의 선형 사슬을 형성하는 탄소의 동소체 변형:
–СלС–СДС–СДС–(α-카빈, 폴리인) 또는 =씨=씨=씨=씨=씨=씨=(β-카르빈, 폴리엔)
이들 사슬 사이의 거리는 더 강한 분자간 상호 작용으로 인해 흑연 층 사이보다 작습니다.
Carbyne은 흑색 화약이며 반도체입니다. 화학적으로 흑연보다 더 활동적입니다.
풀러렌– 분자 C60, C70 또는 C84에 의해 형성된 탄소의 동소체 변형. C60 분자의 구형 표면에서 탄소 원자는 20개의 정육각형과 12개의 정오각형의 꼭지점에 위치합니다. 모든 풀러렌은 탄소 원자의 닫힌 구조입니다. 풀러렌 결정은 분자 구조를 가진 물질입니다.
규소.실리콘에는 단 하나의 안정한 동소체 변형이 있으며, 그 결정 격자는 다이아몬드의 결정 격자와 유사합니다. 실리콘은 단단하고 내화성이 있습니다( 티° pl = 1412 °C), 금속 광택이 있는 짙은 회색의 매우 취약한 물질이며 표준 조건에서는 반도체입니다.
| 요소 | 씨 | 시 | 게 | Sn | 납 |
|---|---|---|---|---|---|
| 일련번호 | 6 | 14 | 32 | 50 | 82 |
| 원자 질량(상대) | 12,011 | 28,0855 | 72,59 | 118,69 | 207,2 |
| 밀도(n.s.), g/cm 3 | 2,25 | 2,33 | 5,323 | 7,31 | 11,34 |
| t pl, °C | 3550 | 1412 | 273 | 231 | 327,5 |
| 티킵, °C | 4827 | 2355 | 2830 | 2600 | 1749 |
| 이온화 에너지, kJ/mol | 1085,7 | 786,5 | 762,1 | 708,6 | 715,2 |
| 전자식 | 2초 2 2p 2 | 3초 2 3p 2 | 3d 10 4s 2 4p 2 | 4d 10 5s 2 5p 2 | 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 |
| 전기음성도(폴링에 따르면) | 2,55 | 1,9 | 2,01 | 1,96 | 2,33 |
희가스의 전자식:
- 그는 - 1s 2 ;
- Ne - 1s 2 2s 2 2p 6 ;
- Ar - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
- 크르 - 3d 10 4s 2 4p 6 ;
- Xe - 4d 10 5s 2 5p 6 ;
쌀. 탄소 원자의 구조.
D.I. Mendeleev의 화학 원소 주기율표의 14족(이전 분류에 따른 IVa족)에는 탄소, 규소, 게르마늄, 주석, 납의 5개 원소가 포함됩니다(위 표 참조). 탄소와 실리콘은 비금속, 게르마늄은 금속성을 나타내는 물질, 주석과 납은 대표적인 금속이다.
지각에서 가장 흔한 14(IVa)족 원소는 규소(지구에서 산소 다음으로 두 번째로 풍부한 원소)(질량 기준 27.6%)이며, 그 다음은 탄소(0.1%), 납(0.0014%), 주석( 0.00022%), 게르마늄(0.00018%).
실리콘은 탄소와 달리 자연에서 자유 형태로 발견되지 않고 결합 형태로만 발견됩니다.
- SiO 2 - 석영(많은 암석, 모래, 점토의 일부) 및 그 종류(마노, 자수정, 암석 수정, 벽옥 등) 형태로 발견되는 실리카;
- 규소가 풍부한 규산염: 활석, 석면;
- 알루미노규산염: 장석, 운모, 카올린.
게르마늄, 주석, 납 역시 자연에서 자유 형태로 발견되지 않지만 일부 광물의 일부입니다.
- 게르마늄: (Cu 3 (Fe, Ge)S 4) - 게르마나이트 광물;
- 주석: SnO 2 - 석석;
- 납: PbS - 방연광; PbSO4 - 앵글사이트; PbCO 3 - 세루사이트.
외부 에너지 준위에서 들뜬 상태에 있는 14(IVa)족의 모든 원소는 두 개의 짝을 이루지 않은 p-전자(가가 2, 예를 들어 CO)를 갖습니다. 여기 상태(이 과정에는 에너지가 필요함)로 전환할 때 외부 준위의 한 쌍의 s-전자가 자유 p-오비탈로 "점프"하여 4개의 "외로운" 전자(1개는 s-하위 준위, 3개는 하위 준위)를 형성합니다. p-하위 수준), 요소의 원자가 능력을 확장합니다(가가 4: 예: CO 2).
쌀. 탄소 원자가 들뜬 상태로 전이.
위의 이유로 14(IVa)족 원소는 산화 상태: +4; +2; 0; -4.
탄소에서 납으로 일련의 s-하위 준위에서 p-하위 준위로 전자의 "점프"에는 점점 더 많은 에너지가 필요하기 때문에(납 원자를 여기시키는 것보다 탄소 원자를 여기시키는 데 필요한 에너지가 훨씬 적습니다), 탄소 "더 기꺼이"는 원자가가 4인 화합물을 입력합니다. 그리고 리드-2.
산화 상태에 대해서도 마찬가지입니다. 탄소에서 납까지 일련의 산화 상태 +4 및 -4의 발현이 감소하고 산화 상태 +2가 증가합니다.
탄소와 실리콘은 비금속이기 때문에 화합물에 따라 양극 또는 음극 산화 상태를 나타낼 수 있습니다(전기 음성 원소가 더 많은 화합물에서는 C와 Si가 전자를 포기하고 전기 음성 원소가 적은 화합물에서는 이득을 얻습니다).
C +2 O, C +4 O 2, Si +4 Cl 4 C -4 H 4, Mg 2 Si -4
Ge, Sn, Pb는 화합물의 금속으로서 항상 전자를 방출합니다.
Ge +4 Cl 4, Sn +4 Br 4, Pb +2 Cl 2
탄소 그룹의 요소는 다음 화합물을 형성합니다.
- 불안정한 휘발성 수소 화합물(일반식 EH 4) 중 메탄 CH 4만이 안정한 화합물입니다.
- 비염 형성 산화물- 더 낮은 산화물 CO 및 SiO;
- 산성 산화물- 더 높은 산화물 CO 2 및 SiO 2 - 약산인 수산화물에 해당합니다: H 2 CO 3 (탄산), H 2 SiO 3 (규산);
- 양쪽성 산화물- GeO, SnO, PbO 및 GeO 2, SnO 2, PbO 2 - 후자는 게르마늄 Ge(OH) 4, 스트론튬 Sn(OH) 4, 납 Pb(OH) 4의 수산화물(IV)에 해당합니다.
