Төртінші негізгі топша элементтері

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 11 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

1 Жалпы мінездемесі

2 Төртінші негізгі топша элементтері

3 Көміртек

4 Кремний

5 Германий

6 Қалайы

7 Қорғасын

Қолданылған әдебиеттер

Кіріспе

1 Жалпы мінездемесі

Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесінің төртінші негізгі топшасын көміртек С, кремний Si, германий Ge, қалайы Sn, қорғасын Pb түзеді. Бұл элементтерден көміртек пен кремний металл еместерге, ал германий, қалайы, қорғасын металдарға жатады.

Аталған элементтердің электрондық формулалары төмендегідей:

₆ С 1s ² 2s ² 2p ²

₁₄ Si 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ²

₃₂ Ge 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ²

₅₀ Sn 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ²

₈₂ Pb ² 5p ⁶ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ²

Бұл элементтердің электрондық формулаларынан олардың сыртқы қабаттары төрт электроннан (s ² p ² ) тұратынын көруге болады. Сондықтан олар 4 электрон қосып алып тотығу дәрежесін 4 - дейін кеміте алады (қорғасыннан басқасы) :

Э ⁰ +4е ^- -Э ⁴ - немесе s ² p ² +4е ^- =s ² p ⁶

Сонымен қатар бұл элементтер 4 электрон беріп жіберіп тотығу дәрежелерін 4+-ке дейін өсіре алады:

Э ⁰ +4е -Э ⁴⁺ немесе s ² p ² - 4е=s ⁰ p ⁰

Топша элементтерінің сыртқы электрондық қабаттарының графикалық формуласы мынадай:

$C:\Documents and Settings\Admin\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Чертеж.jpg$

қалыпты күйі қозған күйі

Формуладан элементтердің екі дара р-электрондары бар екенін көруге болады. Сондықтан олардың қалыпты жағдайдағы валенттілігі екіге тең. Қозған кезде элементтердің s-орбиталдарындағы жұп электрондарының біреуі бос тұрған р-орбиталына көшеді де валенттіліктерінің саны 4-ке дейін өседі. Химиялық қосылыстарда топша элементтері 4+, 2+, 4 - тең тотығу дәрежелерін көрсетеді. Металдармен және сутекпен қосылыстарында элементтердің (қорғасыннан басқалары) тотығу дәрежелері 4 -, ал күшті металдармен қосылыстарындағы тотығу дәрежелері 4+ болады.

Төртінші негізгі топша элементтердің қатысуымен түзілген молекулалардың пішіндері тетраэдр тәрізді болады.

1 - сурет. 4sp ³ - гибридті орбитальдардың түзілуі және кеңістіктегі бағыттары.

Топша элементтері (қорғасыннан басқа) сутекпен ЭН ₄ типтес қосылыстар түзеді: СН ₄ - метан, SiН ₄ - силан, GeН ₄ - германсутек, SnН ₄ - станнан. СН ₄ - SnН ₄ бағытында қосылыстардың беріктігі кемиді.

Топша элементтері оттекпен ЭО, ЭО ₂ типтес қосылыстар түзеді. СО, SiО тұз түзбейтін оксидттер, ал GeO, SnO, PbO амфотерлі оксидттер. ЭО ₂ типтес қосылыстардың барлығы да қышқылдық оксидттер. Бұл оксидттерге Н ₂ ЭО ₃ типтес қышқылдар сәйкес келеді.

Топша бойынша элементтердің реттік нөмірлерінің өсуіне байланысты металеместік қасиеттері кемиді де, металдық қасиеттері арта береді. СН ₄ -тен SnН ₄ сутек қосылыстардың тұрақтылығының кемуі осы қасиеттерінен түсіндіріледі.

2 Төртінші негізгі топша элементтері

Төртінші негізгі топша элементтерін - көміртек, кремний, германий, олово және қорғасын құрайды.

Көміртектен қалайыға дейінгі аралықта атом саны көбейіп отырады. Бұл жағдайда металеместік қасиеттері азайады да, электрондарды беріп жіберу қасиеті көбейеді. Бұл топтағы германий металл және металемеске ал, қалайы мен қорғасын металлға топтастырылады.

Қарастырылп отырылған топтардағы қышқылдану дәрежесі +2 және +4.

1 - кесте. Көміртек пен оның аналогтерінің кейбір қасиеттері

Қаситтері

Көміртек,

Кремний,

Германий,

Қалайы,

Қорғасын,

Қаситтері: Атом құрамының сыртқы электрондар құрылысы

Көміртек,С: 2s ² 2p ²

Кремний,Si: 3s ² 3p ²

Германий,Ge: 4s ² 4p ²

Қалайы,Sn: 5s ² 5p ²

Қорғасын,Pb: 6s ² 6p ²

Қаситтері: Атом иондану энергиясы Э-Э ⁺ , эВ

Көміртек,С: 11, 26

Кремний,Si: 8, 15

Германий,Ge: 7, 90

Қалайы,Sn: 7, 34

Қорғасын,Pb: 7, 42

Қаситтері: Электртерістігі

Көміртек,С: 2, 5

Кремний,Si: 1, 8

Германий,Ge: 1, 8

Қалайы,Sn: 1, 8

Қорғасын,Pb: 1, 9

Қаситтері: Атом радиусы, нм

Көміртек,С: 0, 077

Кремний,Si: 0, 134

Германий,Ge: 0, 139

Қалайы,Sn: 0, 155

Қорғасын,Pb: 0, 175

Қаситтері: Атомданудың стандартты энтольпиясы, 25°С, 1кДж 1 моль атомға

Көміртек,С: 715, 0

Кремний,Si: 451, 9

Германий,Ge: 379, 1

Қалайы,Sn: 302, 1

Қорғасын,Pb: 195, 0

Қаситтері: Балқу температурасы, °С

Көміртек,С: 3750 ^**

Кремний,Si: 1420 ^3*

Германий,Ge: 936

Қалайы,Sn: 231, 9

Қорғасын,Pb: 327, 4

Қаситтері: Қайнау температурасы, °С

Көміртек,С: . . .

Кремний,Si: 3300

Германий,Ge: 2850

Қалайы,Sn: 2620

Қорғасын,Pb: 1745

Қаситтері: Тығыздығы, г/см ³

Көміртек,С:

Алмаз

3, 52

Графит

2, 26

Кремний,Si: 2, 33 ^3*

Германий,Ge: 5, 32

Қалайы,Sn:

Ақ

7, 29

Сұр

5, 58

Қорғасын,Pb: 11, 34

Көміртек пен кремний қосылыстары, егерде қышқылдану дәрежелері 2+ болса, онда бұл қосылыстар аз беріктікте.

3 Көміртек

Көміртек ерте заманнан белігіл элемент.

Табиғатта таралуы: Жер қыртысының 0, 14%-і көміртектің үлесіне тиеді. Көміртек табиғатта бос күйінде алмаз, графит түрінде, қосылыс күйінде бордың, мрамордың СаСО ₃ магнезиттің МgCО ₃ , сидериттің FeСО ₃ , малахиттің Сu(OH) ₂ , CuCO ₃ құрамына кіреді. Ауада 0, 03% шамасында көміртек (IV) оксиді болады. Сондықтан көміртек көмірдің, мұнайдың, табиғи газдардың құрамында болады.

Физикалық қасиеттері: Көміртек үш түрлі аллотропиялық түр өзгерістер түзеді. Оған алмаз, графит және карбин жатады. Бұл аллотропиялық түр-өзгерістер бір-бірінен құрылыстарының өзгешеліктерімен айырылады. Соған сәйкес бұлардың физикалық қасиеттері де әр түрлі болады.

Алмаз түссіз, мөлдір зат, тығыздығы 3, 5г/см ³ . Ол сәулені күшті сындырады. Электр мен жылуды нашар өткізеді., омырылғыш, минералдардың ішіндегі ең қаттысы. Қазіргі кезде алмаз қаттылығына байланысты техникада бұрғылау, кесу және тесу құралдарын жасауға қолданады. Алмаздың таза түрлері бриллиант деген атпен қымбат бағалы сәндік бұйымдары ретінде қолданады.

Алмаз Африкада, Якутияда, Оралда өндіріледі. Бірақ алмаздың табиғи қоры техниканың қажетін қамтамасыз ете алмайды. 1955 жылы арнаулы камерада 1КГС/см ² қысымда және 25000°С температурада гравиттен алмаздың кішкене кристалы алынады. Соңғы жылдары жасанды жолмен гравиттен алмаз алу техникада өріс алды.

Графит сұр түсті, аздап жылтыры бар, қолға, денеге, қағазға оңай жұғады. Тығыздығы 2, 17-2, 3г/см ³ . Графиттен электродттар, отқа төзімді ыдыстар даярлайды. Графиттің маймен қоспасынан майлағыш заттар жасайды.

Графиттің мол қоры Сібірде, Алтайда, Украйнада кездеседі.

Графит техникадад кең түрде қолданады. Оның химиялық активтігінің кемдігі және электр өткізгіштік қасиеттерінің негізінде электродттар жасауға пайдаланады. Ол қарындаштар, машина майын жасауға қолданады. Графит өте қиын балқитын зат болғандықтан оның сазбен қоспасы металл балқытатын отқа төзімді ыдыстар жасауға жұмсалады.

Алмаз бен графиттің қасиеттеріндегі үлкен айырмашылық олардың құрылыстарының ерекшеліктерімен түсіндіріледі. Алмаздың кристалында көміртек атомдары бір-бірімен бірдей қашықтықта орналасқан. Көміртектің әрбір атомы дұрыс тетраэдрдің ортасында болады да, ковалентті байланыс арқылы тетраэдрдің төбелерінде орналасқан төрт көміртек атомдарымен байланысқан.

2 сурет. Көміртектің аллотропиялық түрөзгерістері:

Көміртектің жаңа түрөзгерістері - карбин және фуллерин. Көміртектің алмаз бен графиттен басқа да жасанды әдіспен алынған аллотропиялық түрөзгерістері бар. Олар - карбин мен фуллориндер.

Карбин өз қасиеті бойынша графитке ұқсас болып келеді, кейде ақшыл жолақтары бар түрі кездеседі. Карбиннің алмаз бен графиттен айырмашылығы - сызықтық құрылымданған болады. Ондағы көміртек атомдары тізбек түзе байланысып, шынжыр іспетті қос байланысты

(=С=С=С=С=С=)

Немесе 3 және 1 байланыстары кезектескен түрде құрылымданады.

(-С=С - С=С - С=С-)

Қаттылығы бойынша крабин графиттен берік, ал алмаздан әлдеқайда жұмсағырақ болып келеді.

1985 жылы көміртектің молекула пішінді тағы бір түрөзгерісі - фуллерендер табылады. Олар қатты күйдегі кристалдық заттарға жатады. Алмаз, графит, карбиннен айырмашылығы - органикалық еріткіштерде еріп, ерітіндіні ашық түске бояйды. Фуллериннің молекулалары өзара байланысқан сфера тәрізді эллипсоидттерден құралады. Олар көміртек атомдарынан түзілетін 5 немесе 6 бұрышты пішінді болып келеді. Олардың түрлері әйгілі америкалық сәулетшісі Р. Б. Фуллердің сфера типті заманауи конструкцияларына ұқсайтын болғандықтан жаңа көміртектің түрөзгерісіне фуллерен деген атау тағылған.

Көміртектің химиялық қасиеттері: Көміртек әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді. Көміртек металдармен және сутекпен әрекеттескенде тотықтырғыш, ал оттекпен, галогендермен қосылысында тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді. Көміртек төмен температурада ғана енжар болып келеді.

Көмірді қатты қыздырғанда оттекте немесе ауада көміртек диоксидін, яғни көмірқышқыл газын түзе түтінсіз жанады, көп жылу бөледі

700°С

С + О ₂ = СО ₂ + 402 кДж

Егер толықтай жанбаса, көміртек монооксидін түзеді:

1000°С

2С + О ₂ = 2СО

Көміртек тотықсыздандырғыш ретінде хлормен әрекеттеседі, одан алынған көміртек тетрахлориді ССl ₄ органикалық еріткіш:

С + 2Cl ₂ = CCl ₄

Сутек атмосферасында көмірден жасалған өзекте электр доғасы пайда болған мезетте көміртек сутекпен әрекеттесіп метан СН ₄ түзеді:

t°

С+2Н ₂ = СН ₄

метан

Көміртек тотықсыздандырғыш ретінде көптеген металл оксидттерімен әрекеттеседі: 0 +2 0 +4

С+2СuО = 2Сu + 2СО ₂

4 Кремний

Кремнийдің 1811 жылы француз ғалымдары Гей-Люссак пен Тенар алғаш рет ашқан.

Атаом құрылысы. Кремнийдің атом құрылысы көміртек атомына ұқсас, ондағы электрондардың орналасуы:

₊₁₄ Si) 2е ^- ) 8е ^- ) 4е ^-

Графиктік формуласы:

$C:\Documents and Settings\Admin\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Чертеж.jpg$

Табиғатта таралуы. Кремний табиғатта көп таралған элемент. Жер қыртысының 27, 6%-і кремнийдің үлесіне тиеді. Кремний жер қыртысындағы

мөлшері бойынша оттектен кейінгі екніші орында. Табиғатта кремний тек қосылыс, яғни оксид және силикат түрінде кездеседі. Кремний минералдар мен тау жыныстары құрамындағы басты элемент болып саналады. Сонымен қатар кремний органикалық заттардың құрамына да енеді.

Ең көп тараған кремнезем SiО ₂ - құмның негізгі бөлігі. Каолинат (ақбалшық) және алюмосиликаттардың Al ₂ O ₃ · 2SiO ₂ · 2Н ₂ О дала шпаты немесе ортоклаздың

К ₂ О · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ құрамында да кремний диоксиді мол.

Физикалық қасиеті: Кремнийдің түсі күңгірт-сұр, шайырдай жылтыр, салмағы 2, 32 г/м ³ , балқу t 1420С, қайнау t 2600С-қа жуық. Өнеркәсіпте Кремний кремнеземді қыздырып, кокспен тотықсыздандыру, ал таза кремний төрт хлорлы кремнийді мырыш буымен тотықсыздандыру арқылы алынады.

Қыздырғанда сутектен басқа кез-келген бейметалмен қосыла алады. Төменгі температурада инертті.

Тазакремний темір, мыс, алюминий, қорғасын қорытпаларында қолданылады.

Ол мұндай қорытпалардың қышқылдарға төзімді, мықты, электрлік және магниттік магниттік қасиеттерін арттырады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.