Химия p-элементов IV группы Периодической системы

Общая характеристика p-элементов IV группы: электронные конфигурации атомов; закономерности в изменении атомных и ионных радиусов, потенциалов ионизации, электроотрицательности. Прогноз свойств соединений элементов IV группы: особенность химии углерода; общность химии кремния и германия. Эффект инертной пары: влияние 6s²-электронной конфигурации на устойчивость валентных состояний свинца.

Особенность группы - ярко выраженный переход от свойств типичного неметалла к свойствам металла.

УГЛЕРОД

Устойчивые валентные состояния и степени окисления углерода. Особенности электронного строения атома углерода в основном и возбужденном состоянии и его способность образовывать связи углерод - углерод различной кратности. Аллотропные модификации: алмаз, графит, карбин, фуллерены, шварцит. Аморфные формы углерода.

Нахождение углерода в природе.

Химические свойства углерода. Углерод как потенциальный восстановитель металлов из их оксидов. Соединения углерода с неметаллами и металлами.

Оксид углерода (II). Термодинамика образования из простых веществ. Получение оксида углерода (II) в промышленности и лаборатории. Строение молекулы (метод МО), причины совпадения свойств со свойствами молекулярного азота и реакционная способность. Физические свойства. Основные типы химических реакций: окисления и присоединения. Причина токсичности оксида углерода (II).

Оксид углерода (IV). Термодинамика образования из простых веществ. Получение углекислого газа в промышленности и лаборатории. Строение молекулы, реакционная способность и физические свойства. Химические свойства. Растворимость оксида углерода (IV) в воде. Угольная кислота. Строение молекулы (кратность связей, координационное число, геометрия молекулы и гибридное состояние валентных орбиталей). Устойчивость и реакционная способность.. Истинная и кажущаяся константы диссоциации угольной кислоты. Карбонаты. Строение карбонат-иона. Сравнение устойчивости угольной кислоты и ее солей. Растворимость карбонатов, гидрокарбонатов и гидроксокарбонатов, гидролитическая устойчивость и способы получения. Мочевина, получение, свойства. Окислительные свойства оксида углерода (IV): восстановление металлами и неметаллами.

Сероуглерод, тиоугольная кислота и ее соли. Получение. Физические и химические свойства. Эфиры дитиоугольной кислоты - ксантогеновые кислоты.

Галогениды углерода. Термодинамика образования из простых веществ в стандартных условиях и при высоких температурах. Получение. Химическая инертность. Применение.

Соединения углерода с азотом (псевдогалогены). Строение молекулы CN (метод МО). Дициан. Строение молекулы, причины сходства химии дициана и хлора, реакционная способность. Получение, физические и химические свойства. Строение цианид-иона (метод МО) и обоснование возможности образования таутомерных форм циановодородной кислоты. Устойчивость таутомерных форм. Кислотные свойства циановодородной кислоты. Восстановительные и комплексообразующие свойства ионных цианидов. Получение циановодородной кислоты и ионных цианидов в промышленности и лаборатории. Хлорциан и цианамиды. Важнейшие реакции и способы получения. Оксоциан, тиоциан, циановая и тиоциановая кислоты. Сравнение кислотных свойств в ряду HCN – HNCO – HNCS. Важнейшие реакции цианатов и тиоцианатов. Термическая устойчивость тиоцианатов. Получение.

Карбиды металлов. Получение. Классификация по типу химической связи. Гидролиз ионных карбидов. Применение.

КРЕМНИЙ

Сравнительная характеристика электронных конфигураций углерода и кремния. Устойчивые валентные состояния и степени окисления кремния. Различие строения однотипных соединений углерода и кремния. Характерные типы реакций. Максимальное координационное число углерода и кремния.

Нахождение кремния в природе. Кислородные соединения кремния – основа земной коры. Получение технического и сверхчистого кремния. Физические и химические свойства кремния. Применение.

Оксид кремния (IV). Природные разновидности кристаллического, скрытокристаллического строения и аморфной формы. Кристаллические модификации кремнезема, кварцевое стекло. Химические свойства оксида кремния (IV). Термодинамика реакций взаимодействия оксидов углерода (IV) и кремния (IV) с оксидом кальция и сравнение кислотных свойств оксидов. Кремниевые кислоты и их соли. Условия получения ортокремниевой кислоты, геля и золя метакремниевой кислоты. Растворимое стекло. Гидролиз. Кремнекислородный тетраэдр - основная структурная единица кристаллических решеток силикатов; причины многообразия кислородных соединений кремния. Островные и полимерные (цепочечные, ленточные и сетчатые) структуры. Примеры природных силикатов. Искусственные силикаты, стекла. Термическая и химическая устойчивость. Принципы промышленного получения стекла. Применение различных стекол в технике.

Галогениды кремния. Получение. Физические и химические свойства. Сравнительная характеристика гидролитической устойчивости галогенидов углерода и кремния, фторида и хлорида кремния. Гексафторокремниевая кислота и ее соли.

Силициды металлов. Методы получения. Классификация по типу химической связи. Гидролиз силицидов. Силаны. Строение. Получение. Физические и химические свойства.

Карборунд. Строение. Получение. Физические и химические свойства. Применение.