خانه » مشاوره » فرمول های شیمیایی ترکیبات پتاسیم با گوگرد. برهمکنش سیلیکون با مواد ساده اسید سیلیسیک و سیلیکات ها

فرمول های شیمیایی ترکیبات پتاسیم با گوگرد. برهمکنش سیلیکون با مواد ساده اسید سیلیسیک و سیلیکات ها

مشخصات کلی گروه چهارم از زیر گروه اصلی:

الف) خواص عناصر از دیدگاه ساختار اتمی؛
ب) حالت اکسیداسیون؛
ج) خواص اکسیدها.
د) خواص هیدروکسیدها.
ه) ترکیبات هیدروژنی.

الف) کربن (C)، سیلیکون (Si)، ژرمانیوم (Ge)، قلع (Sn)، سرب (Pb) - عناصر گروه 4 از زیر گروه اصلی PSE. در لایه بیرونی الکترونی، اتم های این عناصر دارای 4 الکترون هستند: ns 2 np 2. در یک زیرگروه، با افزایش عدد اتمی یک عنصر، شعاع اتمی افزایش می‌یابد، خواص غیرفلزی ضعیف می‌شود و خواص فلزی افزایش می‌یابد: کربن و سیلیسیم غیرفلز هستند، ژرمانیوم، قلع، سرب فلزات هستند.

ب) عناصر این زیرگروه هر دو حالت اکسیداسیون مثبت و منفی را نشان می دهند: -4، +2، +4.

ج) اکسیدهای بالاتر کربن و سیلیکون (C0 2، Si0 2) دارای خواص اسیدی هستند، اکسیدهای عناصر باقیمانده از زیر گروه آمفوتریک هستند (Ge0 2، Sn0 2، Pb0 2).

د) اسیدهای کربنیک و سیلیسیک (H 2 CO 3، H 2 SiO 3 ) اسیدهای ضعیفی هستند. هیدروکسیدهای ژرمانیوم، قلع و سرب آمفوتریک هستند و خواص اسیدی و بازی ضعیفی از خود نشان می دهند: H 2 GeO 3 = Ge(OH) 4، H 2 SnO 3 = Sn(OH) 4، H 2 PbO 3 = Pb(OH) 4.

ه) ترکیبات هیدروژنی:

CH 4; SiH 4، GeH 4. SnH4، PbH4. متان - CH 4 یک ترکیب قوی است، سیلان SiH 4 یک ترکیب کمتر قوی است.

طرح های ساختار اتم های کربن و سیلیکون، خواص کلی و متمایز.

با lS 2 2S 2 2p 2 ;

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

کربن و سیلیکون غیرفلز هستند زیرا 4 الکترون در لایه الکترونی بیرونی وجود دارد. اما از آنجایی که سیلیکون شعاع اتمی بزرگ‌تری دارد، احتمال بیشتری دارد که الکترون‌ها را نسبت به کربن دفع کند. عامل کاهنده کربن:

وظیفه. چگونه ثابت کنیم که گرافیت و الماس تغییرات آلوتروپیک یک عنصر شیمیایی هستند؟ چگونه می توانیم تفاوت در خواص آنها را توضیح دهیم؟

راه حل. هم الماس و هم گرافیت وقتی در اکسیژن می سوزند، مونوکسید کربن (IV) C0 2 را تشکیل می دهند که وقتی از آب آهک عبور می کند، رسوب سفیدی از کربنات کلسیم CaC0 3 ایجاد می کند.

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

علاوه بر این، الماس را می توان از گرافیت با حرارت دادن تحت فشار بالا به دست آورد. در نتیجه، گرافیت و الماس هر دو فقط کربن دارند. تفاوت در خواص گرافیت و الماس با تفاوت در ساختار شبکه کریستالی توضیح داده می شود.

در شبکه کریستالی الماس، هر اتم کربن توسط چهار اتم دیگر احاطه شده است. اتم ها در فواصل مساوی از یکدیگر قرار دارند و با پیوندهای کووالانسی بسیار محکم به یکدیگر متصل هستند. این سختی زیاد الماس را توضیح می دهد.

گرافیت دارای اتم های کربن است که در لایه های موازی قرار گرفته اند. فاصله بین لایه های مجاور بسیار بیشتر از بین اتم های مجاور یک لایه است. این باعث می شود استحکام پیوند بین لایه ها کم شود و بنابراین گرافیت به راحتی به تکه های نازکی تقسیم می شود که خود بسیار قوی هستند.

ترکیباتی با هیدروژن که کربن را تشکیل می دهند. فرمول های تجربی، نوع هیبریداسیون اتم های کربن، ظرفیت و حالت های اکسیداسیون هر عنصر.

حالت اکسیداسیون هیدروژن در همه ترکیبات +1 است.

ظرفیت هیدروژن یک، ظرفیت کربن چهار است.

فرمول اسیدهای کربنیک و سیلیسیک، خواص شیمیایی آنها در رابطه با فلزات، اکسیدها، بازها، خواص ویژه.

H 2 CO 3 - اسید کربنیک،

H 2 SiO 3 - اسید سیلیسیک.

H 2 CO 3 - فقط در محلول وجود دارد:

H 2 C0 3 = H 2 O + C0 2

H 2 SiO 3 یک ماده جامد است که عملاً در آب نامحلول است ، بنابراین کاتیون های هیدروژن در آب عملاً تجزیه نمی شوند. از این نظر، چنین خاصیت کلی اسیدها به عنوان اثر بر شاخص ها توسط H 2 SiO 3 حتی ضعیف تر از اسید کربنیک است.

H 2 SiO 3 یک اسید شکننده است و با حرارت دادن به تدریج تجزیه می شود:

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

H 2 CO 3 با فلزات، اکسیدهای فلزی، بازها واکنش می دهد:

الف) H 2 CO 3 + Mg = MgCO 3 + H 2

ب) H 2 CO 3 + CaO = CaCO 3 + H 2 0

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

خواص شیمیایی اسید کربنیک:

1) مشترک با سایر اسیدها،
2) خواص خاص

پاسخ خود را با معادلات واکنش تایید کنید.

1) با فلزات فعال واکنش می دهد:

وظیفه. با استفاده از تبدیل های شیمیایی، مخلوط اکسید سیلیکون (IV)، کربنات کلسیم و نقره را جدا کنید و به ترتیب اجزای مخلوط را حل کنید. دنباله اقدامات را شرح دهید.

راه حل.

1) محلولی از اسید کلریدریک به مخلوط اضافه شد:

کربن یک عنصر شیمیایی از گروه چهارم دوره دوم است، بنابراین ساختار اتم آن را می توان با نمودار نشان داد:

اتم کربن با داشتن چهار الکترون ظرفیت نزدیک به هسته، خواص غیرفلزی از خود نشان می دهد، یعنی می تواند تایید کنیدالکترون ها

سوال. یک اتم کربن قبل از تکمیل سطح بیرونی خود چند الکترون می تواند بپذیرد؟

با پذیرش چهار الکترون، اتم کربن حالت اکسیداسیون پیدا می کند –4 :

سوال. آیا یک اتم کربن می تواند ج -4هنوز الکترون ها را قبول دارید؟ اتم هایی که الکترون را می پذیرند (عامل اکسید کننده یا عامل احیا کننده) نامیده می شوند؟

اتم کربن در کمترین حالت اکسیداسیون ( –4 ) دیگر نمی تواند الکترون ها را بپذیرد، اما می تواند آنها را دفع کند. این بدان معناست که اتم کربن در کمترین حالت اکسیداسیون قرار دارد –4 فقط می تواند یک عامل کاهش دهنده باشد. بنابراین، متان CH4 (ساده ترین ترکیب هیدروژنی این عنصر) به راحتی می سوزد:

وظیفه 13.1.معادله این واکنش را کامل کنید (اگر مشکل دارید، درس 2.1 را ببینید).

همانطور که مشخص است، اتم های غیر فلزی می توانند الکترون اهدا کنند.

سوالحداکثر تعداد الکترون هایی که یک اتم کربن می تواند از دست بدهد چقدر است؟

با اهدای چهار الکترون ظرفیتی، اتم کربن به حالت تبدیل می شود C +4 :

سوالات.آیا یک اتم کربن در این حالت هنوز می تواند الکترون ها را رها کند؟ نام اتم هایی که در واکنش های ردوکس الکترون اهدا می کنند چیست؟

نمودار نشان می دهد که اتم کربن در بالاترین حالت اکسیداسیون قرار دارد +4 دیگر نمی تواند الکترون ها را رها کند، اما می تواند آنها را اضافه کند، یعنی فقط می تواند یک عامل اکسید کننده باشد. بنابراین، دی اکسید کربن CO 2 (ساده ترین ترکیب چنین اتمی) نمی سوزد:

اجازه دهید نتیجه گیری کنیم: هر اتمی در بالاترینحالت اکسیداسیون فقط می تواند یک عامل اکسید کننده باشد. هر اتمی در پست ترحالت اکسیداسیون فقط می تواند باشد عامل کاهنده.

بیایید با استفاده از مثال های خاص به این و دیگر خواص کربن و ترکیبات آن نگاه کنیم.

بیایید با این واقعیت شروع کنیم که ماده ساده ای به نام "کربن" در طبیعت وجود ندارد! واقعیت این است که اتم های کربن به روش های مختلف با یکدیگر ترکیب می شوند و مواد ساده مختلفی را تشکیل می دهند. بنابراین، اگر اتم های کربن تشکیل شود چهار وجهیشبکه فضایی:

سپس بیشترین سختماده الماس سنگ های قیمتی - الماس - از آن ساخته می شود و همچنین ابزارهای برش، به عنوان مثال برای برش شیشه.

اگر اتم های کربن در همان قرار بگیرند سطح:

سپس گرافیت تشکیل می شود (از یونانی باستان γράφω - من می نویسم). "صفحات" کربنی روی هم می لغزند، به همین دلیل است که گرافیت آثاری (سرب مداد) روی کاغذ می گذارد. آنها ساختار کریستالی مشابهی دارند (گرافیت). دوده، زغال سنگ، کک. این مواد "کثیف" می شوند و زغال سنگ و گرافیت قادر به هدایت جریان الکتریکی هستند که برای غیر فلزات معمولی نیست.

اگر اتم های کربن یک ساختار خطی تشکیل دهند:

سپس کاربین تشکیل می شود - در طبیعت بسیار نادر است. این ماده بسیار بادوام است.

وجود یک عنصر شیمیایی به شکل چند ماده ساده نامیده می شود آلوتروپی. الماس، گرافیت، کاربین تغییرات آلوتروپیک (اصلاحات) کربن هستند.

هر دو الماس، گرافیت و کاربین دارای خواص شیمیایی تقریبا یکسانی هستند، زیرا توسط یک عنصر شیمیایی تشکیل شده اند. بیایید این خواص را با استفاده از مثال گرافیت یا زغال سنگ در نظر بگیریم. اینها مواد براق سیاه رنگی هستند که (به دلیل ویژگی های ساختار داخلی آنها) قادر به هدایت جریان الکتریکی هستند. بنابراین، میله های گرافیت و کربن به عنوان الکترود در باتری ها، هنگام الکترولیز و غیره استفاده می شوند.

سوالآیا اتم کربن می تواند یک عامل اکسید کننده باشد؟ یک مرمت کننده؟ چرا؟

همانطور که در بالا نشان داده شد، اتم کربن، مانند اتم تقریباً هر غیر فلزی، می تواند هم الکترون اهدا کند و هم می تواند به دست آورد، یعنی هم یک عامل اکسید کننده و هم یک عامل کاهنده باشد:

وظیفه 13.2.تعیین کنید که در کدام یک از واکنش ها اتم کربن یک عامل اکسید کننده و در کدام یک عامل کاهنده است؟

اغلب در عمل از خواص کاهنده کربن استفاده می شود. بنابراین، با کمک کربن (کک)، آهن خالص (چدن) از سنگ معدن طبیعی به دست می آید:

واکنش با اکسیژن در طی احتراق سوخت جامد (زغال سنگ) رخ می دهد.

خواص اکسید کننده کربن در تعامل با فلزات خود را نشان می دهد. اینگونه شکل می گیرند کاربیدها.

وظیفه 13.3.معادله ای برای واکنش آلومینیوم با کربن بنویسید. اگر مشکلی دارید، درس 7.3 را ببینید.

کاربیدهای فلزی به راحتی توسط آب و اسیدها تجزیه می شوند. در این حالت، حالت های اکسیداسیون تغییر نمی کند:

وظیفه 13.4.حالت های اکسیداسیون اتم ها را در نمودار آخر مرتب کنید و مطمئن شوید که تغییر نکرده اند.

مواد ساده متشکل از اتم های کربن کاملاً بی اثر هستند: آنها با قلیاها، محلول های اسیدی یا آب در n واکنش نشان نمی دهند. تو فقط برخی از اسیدهای اکسید کننده (نیتریک، سولفوریک غلیظ) می توانند کربن را اکسید کنند:

در دمای 800 درجه سانتیگراد، کربن با بخار آب واکنش می دهد:

این واکنش یک مخلوط گازی تولید می کند که به عنوان سوخت گازی استفاده می شود - گاز آب.

وظیفه 13.5. ضرایب را در معادلات واکنش (1) و (2) با استفاده از روش تراز الکترونیکی مرتب کنید. مشخص کنید کربن در این ORRها چه ویژگی هایی دارد.

خواص ترکیبات کربنی

کربن دو تشکیل می دهد اکسید:

مونوکسید کربن CO؛
دی اکسید کربن CO 2.

وظیفه 13.6.این اکسیدها را نام ببرید. ماهیت این اکسیدها را مشخص کنید. کربن در کدام یک از آنها بالاترین حالت اکسیداسیون را نشان می دهد؟

مونوکسید کربن CO - غیر نمک سازاکسید*، یعنی تشکیل نمی شود غیرآلینمک هایی که نه اسید دارند و نه باز.

* به این گونه اکسیدها بی تفاوت یا بی تفاوت نیز می گویند.

کربن با داشتن حالت اکسیداسیون میانی (+2) می تواند هم عامل اکسید کننده و هم عامل کاهنده باشد، اما خواص کاهنده آن مشخص تر است:

واکنش (4) در کوره های بلند هنگام ذوب آهن خام از سنگ آهن رخ می دهد (همچنین به درس 11.2 مراجعه کنید). واکنش (3) زمانی رخ می دهد که نورهای آبی روی زغال های نسوخته در آتش یا اجاق گاز ظاهر می شود. واقعیت این است که مونوکسید کربن زمانی تشکیل می شود که دی اکسید کربن (محصول حاصل از احتراق هر سوخت) با زغال سنگ داغ در تماس باشد. کمبود اکسیژن:

با دسترسی کافی به هوا (اکسیژن)، مونوکسید کربن به طور کامل می سوزد. اما اگر پیش نویس بد باشد (دسترسی به اکسیژن مشکل است)، واکنش (3) رخ نمی دهد و مونوکسید کربن وارد اتاق می شود. و این سم کشنده!

دی اکسید کربن از تنفس پشتیبانی نمی کند، اما سمی هم نیست.

سوالچرا CO 2 در اکسیژن نمی سوزد؟

با داشتن بالاترین حالت اکسیداسیون، اتم کربن دی اکسید کربن C +4 است: فقط می توان عامل اکسید کنندهو با عامل اکسید کننده(اکسیژن) واکنش نشان نمی دهد. به همین دلیل، دی اکسید کربن می تواند با عوامل کاهنده فعال (فلزات فعال، زغال سنگ داغ:

دی اکسید کربن CO 2 - اسیداکسید و در هنگام تعامل با آب تشکیل می شود ضعیفو اسید کربنیک ناپایدار که فقط در محلول ها وجود دارد:

همه اسید کربنیک می‌نوشیدند، زیرا آب گازدار معمولی است. زبان را کمی می سوزاند اما اصلا نمی سوزد، چون می سوزد ضعیفاسید.

این اسید دی بازیک تشکیل می شود دونوع نمک - کربنات ها(نمک های متوسط) و هیدروکربنات ها(نمک های اسیدی):

وظیفه 13.7.ضرایب را در دو معادله آخر مرتب کنید و مشخص کنید که ترکیب نمک حاصل به چه چیزی بستگی دارد.

سوالچگونه با استفاده از این نمک ها دی اکسید کربن بدست آوریم؟

اسید کربنیک از اثر اسیدهای قوی تر روی کربنات ها و بی کربنات ها تولید می شود. اما در لحظه تولید، اسید کربنیک ناپایدار به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود. بنابراین، هنگام بازیگری بیشتراسید، قوی تر از اسید کربنیک، دی اکسید کربن بر روی کربنات آزاد می شود:

این یک واکنش کیفی به هر کربنات است، حتی در یک مخلوط: اگر مخلوط مورد مطالعه خشک باشد، در نتیجه تحت تأثیر اسید به دلیل انتشار گاز "صدا" می کند.

دی اکسید کربن بی مزه و بی بو است، از احتراق پشتیبانی نمی کند (یک ترکش در حال سوختن در فضایی از دی اکسید کربن خارج می شود) و وقتی از آب آهک عبور می کند باعث کدر شدن می شود:

با استفاده از واکنش های شیمیایی (5) و (6) و همچنین دانستن خواص دی اکسید کربن، می توان کربنات ها و بی کربنات ها را در محلول ها و مخلوط های جامد تشخیص داد. برای انجام این کار، باید هر اسیدی را به مخلوط جامد اضافه کنید: اگر مخلوط حاوی نمک اسید کربنیک باشد، خش خش می کند. اگر این نمک در محلول باشد، پس از افزودن اسید، حباب های دی اکسید کربن در آن ظاهر می شود. به این ترتیب شما یک "نوشیدنی گازدار" دریافت می کنید.

از واکنش (5) می توان برای تولید CO 2 در آزمایشگاه استفاده کرد.

از آنجایی که اسید کربنیک ضعیف است، تمام کربنات های محلول تحت هیدرولیز قرار می گیرند.

وظیفه 13.8.معادله ای برای واکنش هیدرولیز کربنات پتاسیم (پتاس) بنویسید.

در نتیجه واکنش هیدرولیز، یک محیط قلیایی تشکیل می شود، بنابراین کربنات هایی مانند سودا Na 2 CO 3و پتاس K 2 CO 3به عنوان جایگزینی برای مواد قلیایی، به عنوان مثال هنگام ساخت صابون استفاده می شود.

هیدروکربنات ها به طور ضعیفی هیدرولیز می شوند و بر خلاف کربنات ها در هنگام گرم شدن به راحتی تجزیه می شوند:

از همین رو جوش شیرین NaHCO 3به کوکی ها و سایر محصولات شیرینی پزی آردی اضافه می شود که در نتیجه پف دارتر و شل تر می شوند. جوش شیرین در تولید نوشابه های گازدار (دی اکسید کربن در حضور اسیدهای آلی تشکیل می شود)، برای سوخت کپسول های آتش نشانی و همچنین در پزشکی برای شستشو و استنشاق استفاده می شود.

ساختار اتمی و خواص سیلیکون

از آنجایی که سیلیکون و کربن در یک زیر گروه قرار دارند، توزیع الکترون های ظرفیت آنها یکسان است:

سیلیکون همچنین خواص غیرفلزی از خود نشان می دهد، یعنی هم قادر به پذیرش و هم اهدای الکترون است.

وظیفه 13.9.وضعیت اکسیداسیون اتم سیلیکون را تعیین کنید. برای ساده ترین ترکیبات آن فرمول بسازید.

خواص غیرفلزی سیلیکون کمتر از کربن است. این در این واقعیت آشکار می شود که اولاسیلیکون شبیه فلز و نیمه هادی است. این خواص سیلیکون با خلوص بالا در الکترونیک کاربرد پیدا کرده است. دوما، خواص اسیدی اکسید سیلیکون و هیدروکسید کمتر از کربن مشخص است. بیایید به این خواص نگاه کنیم.

سیلیکون از نظر شیوع در طبیعت پس از اکسیژن در رتبه دوم قرار دارد: هر پنجمین اتم در پوسته زمین متعلق به سیلیکون است. کسر جرمی سیلیکون در پوسته زمین 29.5 درصد است. سیلیکون در طبیعت به شکل یک ماده ساده یافت نمی شود، اما اکسید آن برای همه شناخته شده است: این یک ماده رایج است. شن(سیلیس) SiO 2. این فراوان ترین ماده جامد در سیاره ما است، زیرا 12 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. همین ترکیب را دارد کوارتز, سنگ چخماق. بسیاری از سنگ ها حاوی این اکسید هستند، یعنی همینطور هستند سیلیکات ها. چنین ترکیباتی 75 درصد از جرم پوسته زمین را تشکیل می دهند! بنابراین، نام عنصر شیمیایی از کلمه یونانی گرفته شده است. کرمنو"، که به معنای "صخره، صخره" است.

ماده ساده سیلیکون کریستال های خاکستری نقره ای با درخشندگی فلزی است. اتم‌های سیلیکون در این کریستال‌ها مانند اتم‌های کربن در الماس قرار گرفته‌اند، اما پیوندها استحکام کمتری دارند (طول پیوند طولانی‌تر است زیرا شعاع اتمی بزرگ‌تر است)، و سیلیکون سخت‌تر از الماس است.

دقیقا سنگ چخماقاین سنگ سخت که توسط مردم باستان برای ساختن اولین ابزار استفاده می شد، به نیاکان ما اجازه می داد تا آتش را رام کنند. قبل از اختراع کبریت، مردم با استفاده از سنگ چخماق جرقه می ساختند. اولین نمونه ها شیشهکه حدود 5 هزار سال قدمت دارند، حاوی اکسید سیلیکون نیز هستند.

در اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات، سیلیکون چهار ظرفیتی است. سیلیکون یک ماده نسبتاً بی اثر است که در شرایط عادی فقط با فلوئور واکنش نشان می دهد. هنگامی که تا 400 ... 600 درجه سانتیگراد گرم می شود، با کلر، برم، اکسیژن و همچنین فلزات فعال برهمکنش می کند و تشکیل می شود. سیلیسیدها. سیلیکون با هیدروژن واکنش نمی دهد.

وظیفه 13.10.معادلات واکنش های فهرست شده را بنویسید.

سیلیسیدها مانند کاربیدها توسط آب و محلول اسید تجزیه می شوند.

این یک گاز بسیار سمی تولید می کند. سیلان. این یک عامل کاهنده قوی است که به طور خود به خود در هوا مشتعل می شود.

وظیفه 13.11.معادله ای برای واکنش احتراق سیلان بنویسید.

در نتیجه ابری از دود تشکیل می شود که از ذرات ریز اکسید سیلیکون تشکیل شده است. این اکسید برخلاف مونوکسید کربن مشابه، جامد است.

سیلیکون، بر خلاف کربن، با آب و اسیدها واکنش نمی دهد، اما با مواد قلیایی واکنش می دهد:

این واکنش باعث تولید سیلیکات سدیم، نمک اسید سیلیسیک می شود.

سیلیکون از برهمکنش اکسید آن با منیزیم، آلومینیوم یا کک تشکیل می شود:

سیلیکون تشکیل شده در طی این واکنش معمولاً به سیلیسیدها آلوده می شود. سیلیکون با خلوص بالا مورد نیاز برای الکترونیک با کاهش کلرید سیلیکون با هیدروژن به دست می آید:

ایجاد و استفاده از کامپیوترهای مدرن بدون سیلیکون غیرقابل تصور است. همان غیر فلزی برای ایجاد باتری های خورشیدی ضروری است - منابع جریان الکتریکی که در آن انرژی خورشید تبدیل می شود.

اسید سیلیسیک و سیلیکات ها

همانطور که قبلا ذکر شد، مواد معدنی مبتنی بر اکسید سیلیکون حدود 12 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهند. اینها شامل ماسه و کوارتز، کریستال سنگی و سنگهای نیمه قیمتی (یاسپر، عقیق و غیره) است. ماسه ماده ای نسوز است که وقتی مذاب آن سرد شود تشکیل می شود شیشه کوارتز. شیشه های معمولی از ذوب این اکسید با کربنات های کلسیم و سدیم تشکیل می شوند.

اکسید سیلیکون یک اکسید اسیدی است، زیرا اسیدها روی این اکسید اثر نمی‌گذارند و با قلیاها و اکسیدهای بازی نمک تشکیل می‌دهند.

وظیفه 13.11.معادلات واکنش اکسید سیلیکون با هیدروکسید کلسیم و اکسید منیزیم را بنویسید. به یاد داشته باشید که این فرآیندها کجا رخ می دهند (درس 9 را ببینید).

اما این اکسید اسیدی با آب واکنش نمی دهد، زیرا هیدروکسید مربوطه (اسید) در آب نامحلول است. اسید سیلیسیک H 2 SiO 3 یک ماده بی رنگ آمورف است که به راحتی رطوبت خود را از دست می دهد و به متخلخل تبدیل می شود. ژل سیلیکا. سیلیکاژل مانند کربن فعال به عنوان جاذب* استفاده می شود.

* جاذب - ماده ای است که رطوبت، بو و سایر مواد را جذب می کند.

اسیدهای سیلیسیک از اثر هر اسید بر روی محلول سیلیکات تشکیل می شوند. این منجر به تشکیل یک رسوب ژلاتینی می شود:

محلول غلیظ سیلیکات های پتاسیم و سدیم "شیشه مایع" نامیده می شود و به عنوان چسب اداری استفاده می شود. این چسب تحت تاثیر دی اکسید کربن موجود در هوا سفت می شود:

سیلیکات های محلول به شدت هیدرولیز می شوند.

وظیفه 13.12.معادله ای برای واکنش هیدرولیز سیلیکات ترسیم کنید و واکنش محیط را تعیین کنید.

این سیلیکات ها با ایجاد یک محیط قلیایی و اتصال یون های کلسیم و منیزیم، فرآیند شستشو را تسهیل می کنند و در برخی مواد شوینده گنجانده می شوند. اگر منسوجات یا چوب با شیشه های محلول آغشته شوند، مشتعل نمی شوند. اما هر نساجی نمی تواند چنین رفتاری را تحمل کند: یک محیط بسیار قلیایی مواد را از بین می برد.

اگر با دقت به اطراف نگاه کنید، سیلیکات های تولید شده مصنوعی از همه طرف ما را احاطه کرده اند. این:

محصولات سرامیکی (گلدان، فنجان، ماهیتابه با روکش سرامیکی که غذا به آن نمی چسبد)
آجر، شیشه، سیمان و بتن، سایر مصالح ساختمانی؛
محصولات چینی و سفالی (فنجان و بشقاب).

ورزش.چندین مورد از صنعت سیلیکات را در اطراف خانه خود پیدا کنید.

نتیجه گیری

کربن رایج ترین عنصر شیمیایی در طبیعت آلی، یعنی طبیعت زنده است. اتم های کربن قادر به واکنش با یکدیگر برای تشکیل زنجیره های کربنی (مانند کاربین) هستند. چنین زنجیره های کربنی اساس هر ترکیب آلی را تشکیل می دهند که اساس زندگی روی زمین را تشکیل می دهد.

ترکیبات معدنی تنها شامل ساده ترین ترکیبات کربنی هستند: مونوکسید کربن، دی اکسید کربن و نمک های اسید کربنیک.

سیلیکون در طبیعت بی جان همان نقشی را ایفا می کند که کربن در طبیعت زنده ایفا می کند. اتم های سیلیکون به گیاهان قدرت خاصی می بخشند. بدون سیلیکون، نه علف و نه درخت می توانستند به سمت بالا رشد کنند، بلکه در امتداد زمین پخش می شدند. مواد معدنی مبتنی بر اکسید سیلیکون حدود 12 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهند.

کربن قادر به ایجاد چندین تغییر آلوتروپیک است. اینها الماس (بی اثرترین اصلاح آلوتروپیک)، گرافیت، فولرن و کاربین هستند.

زغال سنگ و دوده کربن آمورف هستند. کربن در این حالت ساختار منظمی ندارد و در واقع از قطعات ریز لایه های گرافیت تشکیل شده است. کربن آمورف تصفیه شده با بخار آب داغ، کربن فعال نامیده می شود. 1 گرم کربن فعال به دلیل وجود منافذ زیاد در آن، در مجموع بیش از سیصد متر مربع سطح دارد! کربن فعال به دلیل توانایی جذب مواد مختلف به طور گسترده ای به عنوان پرکننده فیلتر و همچنین جاذب داخلی برای انواع مسمومیت ها استفاده می شود.

از نقطه نظر شیمیایی، کربن آمورف فعال ترین شکل آن است، گرافیت فعالیت متوسطی از خود نشان می دهد و الماس یک ماده بسیار بی اثر است. به همین دلیل، خواص شیمیایی کربن مورد بحث در زیر باید در درجه اول به کربن آمورف نسبت داده شود.

کاهش خواص کربن

کربن به عنوان یک عامل کاهنده با غیر فلزات مانند اکسیژن، هالوژن و گوگرد واکنش می دهد.

بسته به مقدار اضافی یا کمبود اکسیژن در طی احتراق زغال سنگ، تشکیل مونوکسید کربن CO یا دی اکسید کربن CO 2 امکان پذیر است:

هنگامی که کربن با فلوئور واکنش می دهد، تترا فلوراید کربن تشکیل می شود:

هنگامی که کربن با گوگرد گرم می شود، دی سولفید کربن CS 2 تشکیل می شود:

کربن قادر است فلزات را پس از آلومینیوم در سری فعالیت از اکسیدهای آنها کاهش دهد. مثلا:

کربن نیز با اکسیدهای فلزات فعال واکنش می دهد، اما در این مورد، به عنوان یک قاعده، کاهش فلز مشاهده نمی شود، بلکه تشکیل کاربید آن است:

برهمکنش کربن با اکسیدهای غیرفلزی

کربن با دی اکسید کربن CO 2 وارد یک واکنش هم تناسبی می شود:

یکی از مهمترین فرآیندها از دیدگاه صنعتی به اصطلاح می باشد تبدیل زغال سنگ بخار. این فرآیند با عبور بخار آب از زغال سنگ داغ انجام می شود. واکنش زیر رخ می دهد:

در دماهای بالا، کربن قادر است حتی چنین ترکیب بی اثری مانند دی اکسید سیلیکون را کاهش دهد. در این صورت بسته به شرایط امکان تشکیل سیلیکون یا کاربید سیلیکون وجود دارد. کربوراندوم):

همچنین کربن به عنوان یک عامل کاهنده با اسیدهای اکسید کننده، به ویژه اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ واکنش می دهد:

خواص اکسیداتیو کربن

عنصر شیمیایی کربن خیلی الکترونگاتیو نیست، بنابراین مواد ساده ای که تشکیل می دهد به ندرت خاصیت اکسید کنندگی را نسبت به سایر غیرفلزات نشان می دهند.

نمونه ای از این واکنش ها برهمکنش کربن آمورف با هیدروژن است که در حضور کاتالیزور گرم می شود:

و همچنین با سیلیکون در دمای 1200-1300 درجه سانتیگراد:

کربن در رابطه با فلزات دارای خواص اکسید کننده است. کربن قادر به واکنش با فلزات فعال و برخی فلزات با فعالیت متوسط است. واکنش ها هنگام گرم شدن رخ می دهد:

کاربیدهای فلز فعال توسط آب هیدرولیز می شوند:

و همچنین محلولهای اسیدهای غیر اکسید کننده:

در این حالت، هیدروکربن های حاوی کربن در همان حالت اکسیداسیون کاربید اصلی تشکیل می شوند.

خواص شیمیایی سیلیکون

سیلیکون می تواند مانند کربن در حالت کریستالی و بی شکل وجود داشته باشد و مانند کربن، سیلیکون آمورف به طور قابل توجهی از سیلیکون کریستالی از نظر شیمیایی فعال تر است.

گاهی اوقات سیلیکون آمورف و کریستالی را اصلاحات آلوتروپیک می نامند، که به طور دقیق، کاملاً درست نیست. سیلیکون آمورف اساساً یک کنگلومرا از ذرات ریز سیلیکون کریستالی است که به طور تصادفی نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند.

برهمکنش سیلیکون با مواد ساده

غیر فلزات

در شرایط عادی، سیلیکون به دلیل بی اثر بودن، فقط با فلوئور واکنش نشان می دهد:

سیلیکون تنها زمانی با کلر، برم و ید واکنش نشان می دهد. مشخص است که بسته به فعالیت هالوژن، دمای متفاوتی مورد نیاز است:

بنابراین با کلر واکنش در دمای 340-420 درجه سانتیگراد رخ می دهد:

با برم - 620-700 o C:

با ید - 750-810 o C:

واکنش سیلیکون با اکسیژن رخ می دهد، اما به گرمایش بسیار قوی (1200-1300 درجه سانتیگراد) نیاز دارد، زیرا فیلم اکسید قوی تعامل را دشوار می کند:

در دمای 1200-1500 درجه سانتیگراد، سیلیکون به آرامی با کربن به شکل گرافیت تعامل می کند تا کربن SiC را تشکیل دهد - ماده ای با شبکه کریستالی اتمی شبیه الماس و تقریباً به همان قوی بودن آن:

سیلیکون با هیدروژن واکنش نمی دهد.

فلزات

به دلیل الکترونگاتیوی کم، سیلیکون می تواند خواص اکسید کننده را فقط نسبت به فلزات از خود نشان دهد. از میان فلزات، سیلیکون با فلزات فعال (قلیایی و خاکی قلیایی) و همچنین بسیاری از فلزات با فعالیت متوسط واکنش می دهد. در نتیجه این تعامل، سیلیسیدها تشکیل می شوند:

برهمکنش سیلیکون با مواد پیچیده

سیلیکون حتی در زمان جوشاندن با آب واکنش نمی دهد، با این حال، سیلیکون آمورف با بخار آب فوق گرم در دمای حدود 400-500 درجه سانتیگراد برهمکنش می کند. در این حالت هیدروژن و دی اکسید سیلیکون تشکیل می شود:

از بین تمام اسیدها، سیلیکون (در حالت آمورف) فقط با اسید هیدروفلوئوریک غلیظ واکنش می دهد:

سیلیکون در محلول های قلیایی غلیظ حل می شود. واکنش با آزاد شدن هیدروژن همراه است.

انتخاب 1

1. بر اساس ساختار اتم سیلیکون، توضیح دهید که چرا خواص غیرفلزی سیلیکون کمتر از کربن مشخص است.

3. سیلیکون با خلوص بالا با کاهش SiCl4 با بخار روی در دمای بالا به دست می آید. در این حالت سیلیکون و کلرید روی تشکیل می شود. معادله ای برای این واکنش بنویسید و جرم SiCl4 را که باید با روی واکنش دهد تا 560 گرم سیلیکون تشکیل شود، محاسبه کنید. (پاسخ: 3.4 کیلوگرم.)

گزینه 2

1. محلول های آبی سیلیکات سدیم و سیلیکات پتاسیم چه واکنشی از محیط دارند؟ چرا؟

2. معادله واکنشی را بنویسید که می توان از آن برای انجام تبدیل های زیر استفاده کرد:

3. جرم نمک برتوله KClO3 را که باید تجزیه شود به طوری که اکسیژن آزاد شده برای احتراق کامل 5.6 گرم سیلیکون کافی باشد، محاسبه کنید. (پاسخ: 16.33 سال)

گزینه 3

1. سیلیسیم در ترکیبات چه حالت های اکسیداسیونی از خود نشان می دهد؟ فرمول ترکیباتی را بنویسید که سیلیکون در آنها حالت اکسیداسیون دارد.