Erstellen Sie chemische Formeln für Calcium- und Schwefelverbindungen. Atomstruktur und Eigenschaften von Silizium. Oxidative Eigenschaften von Kohlenstoff

Kohlenstoff ist in der Lage, mehrere allotrope Modifikationen zu bilden. Dies sind Diamant (die inertste allotrope Modifikation), Graphit, Fulleren und Carbin.

Holzkohle und Ruß sind amorpher Kohlenstoff. Kohlenstoff hat in diesem Zustand keine geordnete Struktur und besteht tatsächlich aus winzigen Fragmenten von Graphitschichten. Mit heißem Wasserdampf behandelter amorpher Kohlenstoff wird Aktivkohle genannt. 1 Gramm Aktivkohle hat aufgrund der vielen Poren eine Gesamtoberfläche von mehr als dreihundert Quadratmetern! Aufgrund seiner Fähigkeit, verschiedene Substanzen zu absorbieren, wird Aktivkohle häufig als Filterfüller sowie als Enterosorbens bei verschiedenen Arten von Vergiftungen eingesetzt.

Aus chemischer Sicht ist amorpher Kohlenstoff seine aktivste Form, Graphit weist eine mäßige Aktivität auf und Diamant ist ein äußerst inerter Stoff. Aus diesem Grund sollten die im Folgenden diskutierten chemischen Eigenschaften von Kohlenstoff in erster Linie dem amorphen Kohlenstoff zugeschrieben werden.

Reduzierende Eigenschaften von Kohlenstoff

Als Reduktionsmittel reagiert Kohlenstoff mit Nichtmetallen wie Sauerstoff, Halogenen und Schwefel.

Je nach Sauerstoffüberschuss oder -mangel bei der Kohleverbrennung ist die Bildung von Kohlenmonoxid CO oder Kohlendioxid CO 2 möglich:

Wenn Kohlenstoff mit Fluor reagiert, entsteht Kohlenstofftetrafluorid:

Beim Erhitzen von Kohlenstoff mit Schwefel entsteht Schwefelkohlenstoff CS 2:

Kohlenstoff ist in der Lage, Metalle nach Aluminium in der Aktivitätsreihe aus ihren Oxiden zu reduzieren. Zum Beispiel:

Kohlenstoff reagiert auch mit Oxiden aktiver Metalle, allerdings wird in diesem Fall in der Regel nicht die Reduktion des Metalls beobachtet, sondern die Bildung seines Karbids:

Wechselwirkung von Kohlenstoff mit Nichtmetalloxiden

Kohlenstoff geht eine Coproportionierungsreaktion mit Kohlendioxid CO 2 ein:

Einer der wichtigsten Prozesse aus industrieller Sicht ist der sogenannte Umwandlung von Kraftwerkskohle. Der Prozess wird durchgeführt, indem Wasserdampf durch heiße Kohle geleitet wird. Es kommt zu folgender Reaktion:

Bei hohen Temperaturen ist Kohlenstoff in der Lage, sogar eine so inerte Verbindung wie Siliziumdioxid zu reduzieren. In diesem Fall ist je nach Bedingungen die Bildung von Silizium oder Siliziumkarbid möglich ( Karborund):

Außerdem reagiert Kohlenstoff als Reduktionsmittel mit oxidierenden Säuren, insbesondere konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure:

Oxidative Eigenschaften von Kohlenstoff

Das chemische Element Kohlenstoff ist nicht stark elektronegativ, daher zeigen die einfachen Stoffe, die es bildet, selten oxidierende Eigenschaften gegenüber anderen Nichtmetallen.

Ein Beispiel für solche Reaktionen ist die Wechselwirkung von amorphem Kohlenstoff mit Wasserstoff beim Erhitzen in Gegenwart eines Katalysators:

und auch mit Silizium bei einer Temperatur von 1200-1300 o C:

Kohlenstoff weist gegenüber Metallen oxidierende Eigenschaften auf. Kohlenstoff ist in der Lage, mit aktiven Metallen und einigen Metallen mittlerer Aktivität zu reagieren. Beim Erhitzen treten folgende Reaktionen auf:

Aktive Metallkarbide werden durch Wasser hydrolysiert: sowie Lösungen nichtoxidierender Säuren: Dabei entstehen Kohlenwasserstoffe, die Kohlenstoff in der gleichen Oxidationsstufe enthalten wie das ursprüngliche Karbid.

Chemische Eigenschaften von Silizium

Silizium kann wie Kohlenstoff in einem kristallinen und amorphen Zustand vorliegen und wie im Fall von Kohlenstoff ist amorphes Silizium chemisch deutlich aktiver als kristallines Silizium.

Manchmal werden amorphes und kristallines Silizium als allotrope Modifikationen bezeichnet, was streng genommen nicht ganz stimmt. Amorphes Silizium ist im Wesentlichen ein Konglomerat aus winzigen Partikeln aus kristallinem Silizium, die zufällig relativ zueinander angeordnet sind.

Wechselwirkung von Silizium mit einfachen Stoffen

Nichtmetalle

Unter normalen Bedingungen reagiert Silizium aufgrund seiner Inertheit nur mit Fluor:

Silizium reagiert nur beim Erhitzen mit Chlor, Brom und Jod. Charakteristisch ist, dass je nach Aktivität des Halogens eine entsprechend unterschiedliche Temperatur erforderlich ist:

Bei Chlor findet die Reaktion also bei 340–420 °C statt:

Mit Brom – 620-700 o C:

Mit Jod – 750-810 o C:

Die Reaktion von Silizium mit Sauerstoff findet statt, erfordert jedoch eine sehr starke Erwärmung (1200–1300 °C), da der starke Oxidfilm die Wechselwirkung erschwert:

Bei einer Temperatur von 1200–1500 °C interagiert Silizium langsam mit Kohlenstoff in Form von Graphit und bildet Carborundum SiC – eine Substanz mit einem atomaren Kristallgitter, das dem Diamanten ähnelt und diesem in der Festigkeit fast nicht nachsteht:

Silizium reagiert nicht mit Wasserstoff.

Metalle

Aufgrund seiner geringen Elektronegativität kann Silizium nur gegenüber Metallen oxidierende Eigenschaften aufweisen. Von den Metallen reagiert Silizium mit aktiven (Alkali- und Erdalkalimetallen) sowie vielen Metallen mit mittlerer Aktivität. Durch diese Wechselwirkung entstehen Silizide:

Wechselwirkung von Silizium mit komplexen Substanzen

Silizium reagiert selbst beim Kochen nicht mit Wasser, jedoch interagiert amorphes Silizium mit überhitztem Wasserdampf bei einer Temperatur von etwa 400–500 °C. Dabei entstehen Wasserstoff und Siliziumdioxid:

Von allen Säuren reagiert Silizium (in amorphem Zustand) nur mit konzentrierter Flusssäure:

Silizium löst sich in konzentrierten Alkalilösungen. Die Reaktion geht mit der Freisetzung von Wasserstoff einher.

Allgemeine Merkmale der vierten Gruppe der Hauptuntergruppe:

• a) Eigenschaften von Elementen aus Sicht der Atomstruktur;
• b) Oxidationsstufe;
• c) Eigenschaften von Oxiden;
• d) Eigenschaften von Hydroxiden;
• e) Wasserstoffverbindungen.

a) Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn), Blei (Pb) – Elemente der Gruppe 4 der Hauptuntergruppe von PSE. Auf der äußeren Elektronenschicht haben die Atome dieser Elemente 4 Elektronen: ns 2 np 2. In einer Untergruppe nimmt mit zunehmender Ordnungszahl eines Elements der Atomradius zu, die nichtmetallischen Eigenschaften werden schwächer und die metallischen Eigenschaften nehmen zu: Kohlenstoff und Silizium sind Nichtmetalle, Germanium, Zinn und Blei sind Metalle.

b) Elemente dieser Untergruppe weisen sowohl positive als auch negative Oxidationsstufen auf: -4, +2, +4.

c) Höhere Oxide von Kohlenstoff und Silizium (C0 2, Si0 2) haben saure Eigenschaften, Oxide der übrigen Elemente der Untergruppe sind amphoter (Ge0 2, Sn0 2, Pb0 2).

d) Kohlensäure und Kieselsäure (H 2 CO 3, H 2 SiO 3) sind schwache Säuren. Germanium-, Zinn- und Bleihydroxide sind amphoter und weisen schwach saure und basische Eigenschaften auf: H 2 GeO 3 = Ge(OH) 4, H 2 SnO 3 = Sn(OH) 4, H 2 PbO 3 = Pb(OH) 4.

e) Wasserstoffverbindungen:

CH 4; SiH 4, GeH 4. SnH4, PbH4. Methan – CH 4 ist eine starke Verbindung, Silan SiH 4 ist eine weniger starke Verbindung.

Schemata der Struktur von Kohlenstoff- und Siliziumatomen, allgemeine und charakteristische Eigenschaften.

Mit lS 2 2S 2 2p 2 ;

Si 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3p 2 .

Kohlenstoff und Silizium sind Nichtmetalle, da sich in der äußeren Elektronenschicht 4 Elektronen befinden. Da Silizium jedoch einen größeren Atomradius hat, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es Elektronen abgibt, größer als bei Kohlenstoff. Kohlenstoff - Reduktionsmittel:

Aufgabe. Wie kann man beweisen, dass Graphit und Diamant allotrope Modifikationen desselben chemischen Elements sind? Wie können wir die Unterschiede in ihren Eigenschaften erklären?

Lösung. Sowohl Diamant als auch Graphit bilden beim Verbrennen in Sauerstoff Kohlenmonoxid (IV) C0 2, das beim Durchleiten durch Kalkwasser einen weißen Niederschlag aus Calciumcarbonat CaC0 3 erzeugt

C + 0 2 = CO 2; C0 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 v - H 2 O.

Darüber hinaus kann Diamant durch Erhitzen unter hohem Druck aus Graphit gewonnen werden. Folglich enthalten sowohl Graphit als auch Diamant nur Kohlenstoff. Der Unterschied in den Eigenschaften von Graphit und Diamant erklärt sich aus der unterschiedlichen Struktur des Kristallgitters.

Im Kristallgitter eines Diamanten ist jedes Kohlenstoffatom von vier anderen umgeben. Die Atome befinden sich in gleichen Abständen voneinander und sind durch kovalente Bindungen sehr eng miteinander verbunden. Dies erklärt die große Härte von Diamant.

Graphit hat Kohlenstoffatome, die in parallelen Schichten angeordnet sind. Der Abstand zwischen benachbarten Schichten ist viel größer als zwischen benachbarten Atomen in einer Schicht. Dies führt zu einer geringen Bindungsfestigkeit zwischen den Schichten und Graphit spaltet sich daher leicht in dünne Flocken auf, die wiederum sehr stark sind.

Verbindungen mit Wasserstoff, die Kohlenstoff bilden. Empirische Formeln, Art der Hybridisierung von Kohlenstoffatomen, Wertigkeit und Oxidationsstufen jedes Elements.

Die Oxidationsstufe von Wasserstoff beträgt in allen Verbindungen +1.

Die Wertigkeit von Wasserstoff ist eins, die von Kohlenstoff ist vier.

Formeln von Kohlen- und Kieselsäuren, ihre chemischen Eigenschaften in Bezug auf Metalle, Oxide, Basen, spezifische Eigenschaften.

H 2 CO 3 - Kohlensäure,

H 2 SiO 3 - Kieselsäure.

H 2 CO 3 – existiert nur in Lösung:

H 2 C0 3 = H 2 O + C0 2

H 2 SiO 3 ist ein Feststoff, praktisch unlöslich in Wasser, daher werden Wasserstoffkationen im Wasser praktisch nicht abgespalten. In dieser Hinsicht wird eine so allgemeine Eigenschaft von Säuren wie die Wirkung auf Indikatoren von H 2 SiO 3 nicht erfasst, es ist sogar schwächer als Kohlensäure.

H 2 SiO 3 ist eine zerbrechliche Säure und zersetzt sich beim Erhitzen allmählich:

H 2 SiO 3 = Si0 2 + H 2 0.

H 2 CO 3 reagiert mit Metallen, Metalloxiden, Basen:

a) H 2 CO 3 + Mg = MgCO 3 + H 2

b) H 2 CO 3 + CaO = CaCO 3 + H 2 0

c) H 2 CO 3 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + 2H 2 0

Chemische Eigenschaften von Kohlensäure:

• 1) gemeinsam mit anderen Säuren,
• 2) spezifische Eigenschaften.

Bestätigen Sie Ihre Antwort mit Reaktionsgleichungen.

1) reagiert mit aktiven Metallen:

Aufgabe. Trennen Sie mithilfe chemischer Umwandlungen die Mischung aus Silizium(IV)-oxid, Calciumcarbonat und Silber und lösen Sie nacheinander die Bestandteile der Mischung auf. Beschreiben Sie die Abfolge der Aktionen.

Lösung.

1) Der Mischung wurde eine Salzsäurelösung zugesetzt:

Variante 1

1. Erklären Sie anhand der Struktur des Siliziumatoms, warum die nichtmetallischen Eigenschaften von Silizium weniger ausgeprägt sind als die von Kohlenstoff.

3. Hochreines Silizium wird durch Reduktion von SiCl₄ mit Zinkdampf bei hoher Temperatur erhalten. Dabei entstehen Silizium- und Zinkchlorid. Schreiben Sie eine Gleichung für diese Reaktion und berechnen Sie die Masse an SiCl₄, die mit Zink reagieren muss, um 560 g Silizium zu bilden. (Antwort: 3,4 kg.)

Option 2

1. Welche Reaktion des Mediums zeigen wässrige Lösungen von Natriumsilikat und Kaliumsilikat? Warum?

2. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung, mit der Sie die folgenden Transformationen durchführen können:

3. Berechnen Sie die Masse des Berthollet-Salzes KClO₃, die zersetzt werden muss, damit der freigesetzte Sauerstoff für die vollständige Verbrennung von 5,6 g Silizium ausreicht. (Antwort: 16,33 Jahre)

Option 3

1. Welche Oxidationsstufen weist Silizium in Verbindungen auf? Schreiben Sie Formeln für Verbindungen, in denen Silizium eine Oxidationsstufe aufweist.

2. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung, mit der Sie die folgenden Transformationen durchführen können:

3. Nach einer der Methoden wird hochreines Silizium durch thermische Zersetzung von Siliziumiodid gewonnen:

Berechnen Sie die Masse an Silizium, die durch die Zersetzung von 214,4 kg SiI₄ erhalten werden kann. (Antwort: 11,2 kg.)

Option 4

1. Zu welcher Gruppe von Oxiden gehört Silizium(IV)-oxid? Warum? Bestätigen Sie Ihre Antwort mit Reaktionsgleichungen.

Kohlenstoff ist ein chemisches Element der vierten Gruppe der zweiten Periode, daher kann die Struktur seines Atoms anhand des Diagramms dargestellt werden:

Mit vier kernnahen Valenzelektronen weist das Kohlenstoffatom nichtmetallische Eigenschaften auf, d. h. es ist dazu fähig akzeptieren Elektronen.

Frage. Wie viele Elektronen kann ein Kohlenstoffatom aufnehmen, bevor es seine äußere Ebene vervollständigt?

Durch die Aufnahme von vier Elektronen erhält das Kohlenstoffatom eine Oxidationsstufe –4 :

Frage. Kann ein Kohlenstoffatom dazu in der Lage sein? C –4 noch Elektronen aufnehmen? Wie nennt man Atome, die Elektronen aufnehmen (Oxidationsmittel oder Reduktionsmittel)?

Kohlenstoffatom im niedrigsten Oxidationszustand ( –4 ) kann keine Elektronen mehr aufnehmen, sondern abgeben. Das bedeutet, dass sich das Kohlenstoffatom in der niedrigsten Oxidationsstufe befindet –4 kann nur ein Reduktionsmittel sein. Daher brennt Methan CH4 (die einfachste Wasserstoffverbindung dieses Elements) leicht:

Aufgabe 13.1. Vervollständigen Sie die Gleichung für diese Reaktion (falls Sie Schwierigkeiten haben, lesen Sie Lektion 2.1).

Bekanntermaßen können Nichtmetallatome Elektronen abgeben.

Frage. Wie viele Elektronen kann ein Kohlenstoffatom maximal abgeben?

Durch die Abgabe von vier Valenzelektronen gelangt das Kohlenstoffatom in den Zustand C +4 :

Fragen. Kann ein Kohlenstoffatom in diesem Zustand noch Elektronen abgeben? Wie heißen Atome, die bei Redoxreaktionen Elektronen abgeben?

Das Diagramm zeigt, dass sich das Kohlenstoffatom in der höchsten Oxidationsstufe befindet +4 kann keine Elektronen mehr abgeben, sondern diese hinzufügen, d. h. es kann nur noch ein Oxidationsmittel sein. Daher brennt Kohlendioxid CO 2 (die einfachste Verbindung eines solchen Atoms) nicht:

Lassen Sie uns schlussfolgern: jedes Atom in höchste Oxidationsstufe kann nur ein Oxidationsmittel sein; irgendein Atom darin minderwertig Oxidationsstufe kann nur sein Reduktionsmittel.

Schauen wir uns diese und weitere Eigenschaften von Kohlenstoff und seinen Verbindungen anhand konkreter Beispiele an.

Beginnen wir mit der Tatsache, dass eine einfache Substanz namens „Kohlenstoff“ in der Natur nicht existiert! Tatsache ist, dass sich Kohlenstoffatome auf unterschiedliche Weise miteinander verbinden und unterschiedliche einfache Substanzen bilden. Wenn also Kohlenstoffatome entstehen tetraedrisch räumliches Gitter:

dann am meisten hart Substanz Diamant. Daraus werden Edelsteine ​​– Diamanten – sowie Schneidwerkzeuge, beispielsweise zum Schneiden von Glas, hergestellt.

Wenn Kohlenstoffatome im selben liegen Flugzeug:

dann entsteht Graphit (aus dem Altgriechischen γράφω – ich schreibe). Die Kohlenstoff-„Platten“ gleiten aneinander, weshalb der Graphit Spuren (die Mine eines Bleistifts) auf dem Papier hinterlässt. Sie haben eine ähnliche Kristallstruktur (von Graphit). Ruß, Kohle, Koks. Diese Stoffe „verschmutzen“ und Kohle und Graphit sind in der Lage, elektrischen Strom zu leiten, was für Nichtmetalle nicht typisch ist.

Wenn die Kohlenstoffatome eine lineare Struktur bilden:

dann entsteht Carbin – es kommt in der Natur sehr selten vor. Dies ist eine sehr haltbare Substanz.

Man bezeichnet die Existenz eines chemischen Elements in Form mehrerer einfacher Stoffe Allotropie. Diamant, Graphit, Carbin sind allotrope Modifikationen (Modifikationen) von Kohlenstoff.

Sowohl Diamant, Graphit als auch Karbin haben nahezu die gleichen chemischen Eigenschaften, da sie aus demselben chemischen Element bestehen. Betrachten wir diese Eigenschaften am Beispiel von Graphit oder Kohle. Dabei handelt es sich um schwarz glänzende Stoffe, die aufgrund ihrer inneren Struktur in der Lage sind, elektrischen Strom zu leiten. Daher werden Graphit- und Kohlenstoffstäbe als Elektroden in Batterien, bei der Elektrolyse usw. verwendet.

Frage. Kann ein Kohlenstoffatom ein Oxidationsmittel sein? Ein Restaurator? Warum?

Wie oben gezeigt wurde, kann das Kohlenstoffatom, wie das Atom fast aller Nichtmetalle, Elektronen sowohl abgeben als auch aufnehmen, d. h. sowohl ein Oxidationsmittel als auch ein Reduktionsmittel sein:

Aufgabe 13.2. Bestimmen Sie, bei welcher Reaktion das Kohlenstoffatom ein Oxidationsmittel und bei welcher ein Reduktionsmittel ist?

In der Praxis werden am häufigsten die reduzierenden Eigenschaften von Kohlenstoff genutzt. So wird mit Hilfe von Kohlenstoff (Koks) aus natürlichem Erz reines Eisen (Gusseisen) gewonnen:

Die Reaktion mit Sauerstoff erfolgt bei der Verbrennung fester Brennstoffe (Kohle).

Die oxidierenden Eigenschaften von Kohlenstoff zeigen sich bei der Wechselwirkung mit Metallen. So entstehen sie Karbide.

Aufgabe 13.3. Schreiben Sie eine Gleichung für die Reaktion von Aluminium mit Kohlenstoff. Wenn Sie Schwierigkeiten haben, lesen Sie Lektion 7.3.

Metallkarbide werden durch Wasser und Säuren leicht zersetzt. In diesem Fall ändern sich die Oxidationsstufen nicht:

Aufgabe 13.4. Ordnen Sie die Oxidationsstufen der Atome im letzten Diagramm an und stellen Sie sicher, dass sie sich nicht geändert haben.

Einfache Substanzen, die aus Kohlenstoffatomen bestehen, sind ziemlich inert: Sie reagieren bei n nicht mit Alkalien, Säurelösungen oder Wasser. u. Nur einige oxidierende Säuren (Salpetersäure, konzentrierte Schwefelsäure) können Kohlenstoff oxidieren:

Bei einer Temperatur von 800 °C reagiert Kohlenstoff mit Wasserdampf:

Bei dieser Reaktion entsteht ein Gasgemisch, das als gasförmiger Brennstoff verwendet wird – Wassergas.

Aufgabe 13.5. Ordnen Sie die Koeffizienten in den Reaktionsgleichungen (1) und (2) mithilfe der Methode der elektronischen Waage an. Bestimmen Sie, welche Eigenschaften Kohlenstoff in diesen ORRs aufweist.

Eigenschaften von Kohlenstoffverbindungen

Kohlenstoff bildet zwei Oxid:

• Kohlenmonoxid CO;
• Kohlendioxid CO 2.

Aufgabe 13.6. Benennen Sie diese Oxide. Bestimmen Sie die Natur dieser Oxide. In welchem ​​von ihnen weist Kohlenstoff die höchste Oxidationsstufe auf?

Kohlenmonoxid CO - nicht salzbildend Oxid*, d. h. es bildet sich nicht anorganisch Salze ohne Säuren und Basen.

* Solche Oxide werden auch indifferent oder indifferent genannt.

Kohlenstoff hat eine mittlere Oxidationsstufe (+2) und kann sowohl ein Oxidationsmittel als auch ein Reduktionsmittel sein, seine reduzierenden Eigenschaften sind jedoch charakteristischer:

Reaktion (4) findet in Hochöfen beim Schmelzen von Roheisen aus Eisenerzen statt (siehe auch Lektion 11.2). Reaktion (3) tritt auf, wenn blaue Lichter auf unverbrannten Kohlen in einem Feuer oder Ofen erscheinen. Tatsache ist, dass Kohlenmonoxid entsteht, wenn Kohlendioxid (ein Produkt der Verbrennung eines beliebigen Brennstoffs) mit heißen Kohlen in Kontakt kommt Sauerstoffmangel:

Bei ausreichendem Luftzugang (Sauerstoff) verbrennt Kohlenmonoxid vollständig. Ist der Luftzug jedoch schlecht (der Zugang zu Sauerstoff ist schwierig), findet die Reaktion (3) nicht statt und Kohlenmonoxid gelangt in den Raum. Und das tödliches Gift!

Kohlendioxid unterstützt die Atmung nicht, ist aber auch nicht giftig.

Frage. Warum verbrennt CO 2 nicht in Sauerstoff?

Das Kohlenstoffatom von Kohlendioxid hat die höchste Oxidationsstufe und ist C +4: kann nur sein Oxidationsmittel Und mit Oxidationsmittel(Sauerstoff) reagiert nicht. Aus dem gleichen Grund kann Kohlendioxid mit aktiven Reduktionsmitteln (aktive Metalle, heiße Kohle:

Kohlendioxid CO 2 - Säure Oxid und bildet sich bei Wechselwirkung mit Wasser schwach und instabile Kohlensäure, die nur in Lösungen existiert:

Jeder trank Kohlensäure, da es sich um gewöhnliches kohlensäurehaltiges Wasser handelte. Es brennt leicht auf der Zunge, brennt aber überhaupt nicht, weil es schwach Säure.

Es entsteht eine zweibasige Säure zwei Art der Salze - Carbonate(mittlere Salze) und Hydrogencarbonate(saure Salze):

Aufgabe 13.7. Ordnen Sie die Koeffizienten in den letzten beiden Gleichungen an und bestimmen Sie, wovon die Zusammensetzung des resultierenden Salzes abhängt.

Frage. Wie können wir mit diesen Salzen Kohlendioxid gewinnen?

Kohlensäure entsteht durch die Einwirkung stärkerer Säuren auf Carbonate und Bicarbonate. Doch im Moment der Produktion zerfällt instabile Kohlensäure in Kohlendioxid und Wasser. Deshalb beim Handeln mehr Stärker als Kohlensäure wird Kohlendioxid in Carbonat freigesetzt:

Dies ist eine qualitative Reaktion auf etwaige Carbonate, auch in einer Mischung: Wenn die untersuchte Mischung trocken ist, „zischt“ sie unter dem Einfluss von Säure aufgrund der Freisetzung von Gas.

Kohlendioxid ist geschmacks- und geruchlos, unterstützt die Verbrennung nicht (ein glimmender Splitter geht in einer Atmosphäre aus Kohlendioxid aus) und verursacht beim Durchleiten durch Kalkwasser Trübungen:

Mithilfe der chemischen Reaktionen (5) und (6) sowie der Kenntnis der Eigenschaften von Kohlendioxid können Sie Carbonate und Bicarbonate in Lösungen und Feststoffmischungen nachweisen. Dazu müssen Sie der festen Mischung eine beliebige Säure hinzufügen: Die Mischung zischt, wenn sie ein Kohlensäuresalz enthält. Liegt dieses Salz in Lösung, bilden sich nach Zugabe von Säure darin Kohlendioxidblasen. So erhalten Sie ein „kohlensäurehaltiges Getränk“.

Mit Reaktion (5) kann im Labor CO 2 erzeugt werden.

Da Kohlensäure schwach ist, unterliegen alle löslichen Carbonate einer Hydrolyse.

Aufgabe 13.8. Schreiben Sie eine Gleichung für die Hydrolysereaktion von Kaliumcarbonat (Kali).

Durch die Hydrolysereaktion entsteht ein alkalisches Milieu, also Carbonate wie Soda Na 2 CO 3 und Kali K 2 CO 3 werden als Ersatz für Alkalien verwendet, beispielsweise bei der Herstellung von Seife.

Hydrokarbonate sind schwach hydrolysiert und zersetzen sich im Gegensatz zu Karbonaten beim Erhitzen leicht:

Deshalb Backpulver NaHCO 3 werden Keksen und anderen Mehlsüßwaren zugesetzt, die dadurch fluffiger und lockerer werden. Backpulver wird bei der Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken verwendet (Kohlendioxid entsteht in Gegenwart organischer Säuren), als Brennstoff für Feuerlöscher und in der Medizin zum Spülen und Inhalieren.

Atomstruktur und Eigenschaften von Silizium

Da Silizium und Kohlenstoff zur gleichen Untergruppe gehören, ist ihre Verteilung der Valenzelektronen gleich:

Silizium weist auch nichtmetallische Eigenschaften auf, das heißt, es ist in der Lage, Elektronen sowohl aufzunehmen als auch abzugeben.

Aufgabe 13.9. Bestimmen Sie den Oxidationszustand des Siliziumatoms. Erfinden Sie Formeln für die einfachsten Verbindungen.

Die nichtmetallischen Eigenschaften von Silizium sind weniger ausgeprägt als die von Kohlenstoff. Dies zeigt sich darin, dass Erstens, Silizium sieht aus wie ein Metall und ist ein Halbleiter. Diese Eigenschaften von hochreinem Silizium finden Anwendung in der Elektronik. Zweitens Die sauren Eigenschaften von Siliziumoxid und -hydroxid sind weniger ausgeprägt als die von Kohlenstoff. Schauen wir uns diese Eigenschaften an.

In der Natur kommt Silizium nach Sauerstoff am zweitgrößten vor: Jedes fünfte Atom in der Erdkruste gehört zu Silizium. Der Massenanteil von Silizium in der Erdkruste beträgt 29,5 %. Silizium kommt in der Natur nicht in Form einer einfachen Substanz vor, aber sein Oxid ist jedem bekannt: Es ist ein gewöhnliches Sand(Siliciumdioxid) SiO 2. Es ist die am häufigsten vorkommende feste Substanz auf unserem Planeten, da es 12 % der Erdkruste ausmacht. Die gleiche Zusammensetzung hat Quarz, Feuerstein. Viele Gesteine ​​enthalten dieses Oxid, d. h. sie sind es Silikate. Solche Verbindungen machen 75 % der Masse der Erdkruste aus! Daher stammt der Name des chemischen Elements vom griechischen Wort „ Kremnos„, was „Klippe, Fels“ bedeutet.

Bei der einfachen Substanz Silizium handelt es sich um silbergraue Kristalle mit metallischem Glanz. Siliziumatome sind in diesen Kristallen auf die gleiche Weise angeordnet wie Kohlenstoffatome in Diamant, aber die Bindungen sind weniger stark (die Bindungslänge ist länger, weil der Atomradius größer ist) und Silizium ist weniger hart als Diamant.

genau Feuerstein Dieser harte Stein wurde von den alten Menschen zur Herstellung der ersten Werkzeuge verwendet und ermöglichte unseren Vorfahren, das Feuer zu zähmen. Bevor Streichhölzer erfunden wurden, erzeugten die Menschen Funken aus Feuerstein. Erste Proben Glas, die etwa 5.000 Jahre alt sind, enthalten auch Siliziumoxid.

In den allermeisten Verbindungen ist Silizium vierwertig. Silizium ist eine ziemlich inerte Substanz, die unter normalen Bedingungen nur mit Fluor reagiert. Beim Erhitzen auf 400...600 °C reagiert es mit Chlor, Brom, Sauerstoff sowie aktiven Metallen und bildet sich Silizide. Silizium reagiert nicht mit Wasserstoff.

Aufgabe 13.10. Schreiben Sie Gleichungen für die aufgeführten Reaktionen auf.

Silizide werden wie Karbide durch Wasser und Säurelösungen zersetzt.

Dabei entsteht ein äußerst giftiges Gas. Silan. Es ist ein so starkes Reduktionsmittel, dass es sich an der Luft spontan entzündet.

Aufgabe 13.11. Schreiben Sie eine Gleichung für die Verbrennungsreaktion von Silan.

Dadurch entsteht eine Rauchwolke, die aus winzigen Siliziumoxidpartikeln besteht. Dieses Oxid ist im Gegensatz zum ähnlichen Kohlenmonoxid ein Feststoff.

Silizium reagiert im Gegensatz zu Kohlenstoff nicht mit Wasser und Säuren, sondern mit Laugen:

Bei dieser Reaktion entsteht Natriumsilikat, ein Kieselsäuresalz.

Silizium entsteht durch die Wechselwirkung seines Oxids mit Magnesium, Aluminium oder Koks:

Das bei dieser Reaktion entstehende Silizium ist meist mit Siliziden verunreinigt. Hochreines Silizium, das für die Elektronik benötigt wird, wird durch Reduktion von Siliziumchlorid mit Wasserstoff gewonnen:

Die Entwicklung und Nutzung moderner Computer ohne Silizium ist undenkbar. Das gleiche Nichtmetall wird für die Herstellung von Solarbatterien benötigt – elektrischen Stromquellen, in denen die Energie der Sonne umgewandelt wird.

Kieselsäure und Silikate

Wie bereits erwähnt, machen Mineralien auf Basis von Siliziumoxid etwa 12 % der Erdkruste aus. Dazu gehören Sand und Quarz, Bergkristall und Halbedelsteine ​​(Jaspis, Achat usw.). Sand ist ein feuerfester Stoff, der sich beim Abkühlen seiner Schmelze bildet Quarzglas. Gewöhnliches Glas entsteht durch die Verschmelzung dieses Oxids mit Calcium- und Natriumcarbonaten.

Siliziumoxid ist ein saures Oxid, da Säuren auf dieses Oxid nicht einwirken und es mit Alkalien und basischen Oxiden Salze bildet.

Aufgabe 13.11. Schreiben Sie Gleichungen für die Reaktionen von Siliziumoxid mit Calciumhydroxid und Magnesiumoxid auf. Denken Sie daran, wo diese Prozesse stattfinden (siehe Lektion 9).

Dieses saure Oxid reagiert jedoch nicht mit Wasser, da das entsprechende Hydroxid (Säure) in Wasser unlöslich ist. Kieselsäure H 2 SiO 3 ist eine amorphe farblose Substanz, die leicht Feuchtigkeit verliert und porös wird Kieselgel. Als Adsorbens* wird Kieselgel wie Aktivkohle verwendet.

* Adsorbens – ein Material, das Feuchtigkeit, Gerüche und andere Substanzen absorbiert.

Kieselsäuren entstehen durch die Einwirkung einer beliebigen Säure auf eine Silikatlösung. Dadurch entsteht ein gelatineartiger Niederschlag:

Eine konzentrierte Lösung aus Kalium- und Natriumsilikaten wird „Flüssigglas“ genannt und als Bürokleber verwendet. Dieser Kleber härtet unter dem Einfluss von Kohlendioxid in der Luft aus:

Lösliche Silikate sind stark hydrolysiert.

Aufgabe 13.12. Stellen Sie eine Gleichung für die Reaktion der Silikathydrolyse auf und bestimmen Sie die Reaktion des Mediums.

Durch die Schaffung eines alkalischen Milieus und die Bindung von Calcium- und Magnesiumionen erleichtern diese Silikate Waschvorgänge und sind in einigen Waschmitteln enthalten. Wenn Textilien oder Holz mit löslichem Glas imprägniert sind, entzünden sie sich nicht. Doch nicht jedes Textil hält einer solchen Behandlung stand: Eine stark alkalische Umgebung zerstört das Material.

Schaut man sich genau um, umgeben uns von allen Seiten künstlich hergestellte Silikate. Das:

• Keramikprodukte (Vasen, Tassen, Bratpfannen mit Keramikbeschichtung, an denen Lebensmittel nicht haften bleiben),
• Ziegel, Glas, Zement und Beton, andere Baumaterialien;
• Porzellan- und Steingutprodukte (Tassen und Teller).

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Schlussfolgerungen

Kohlenstoff ist das häufigste chemische Element in der organischen, also lebenden Natur. Kohlenstoffatome können miteinander reagieren und Kohlenstoffketten (wie Carbin) bilden. Solche Kohlenstoffketten bilden die Grundlage jeder organischen Verbindung, die die Grundlage des Lebens auf der Erde bildet.

Zu den anorganischen Verbindungen zählen nur die einfachsten Kohlenstoffverbindungen: Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Kohlensäuresalze.

Silizium spielt in der unbelebten Natur die gleiche Rolle wie Kohlenstoff in der belebten Natur. Siliziumatome verleihen Pflanzen besondere Kraft. Ohne Silizium könnten weder Gras noch Bäume in die Höhe wachsen, sondern würden sich über den Boden ausbreiten. Mineralien auf Siliziumoxidbasis machen etwa 12 % der Erdkruste aus.