Элементы IVA группы: углерод, кремний, германий.

3. Элементы IVA группы: углерод, кремний, германий.

3.1. Углерод. Оксиды углерода. Парниковый эффект. Углерод встречается в виде нескольких аллотропных модификаций: алмаза, графита, карбина, кроме этого известны фуллерен и графен. Все они отличаются строением и свойствами. Углерод входит в состав всех органических соединений.

При высоких температурах углерод реагирует с кислородом, азотом, галогенами и многими металлами. С кислородом углерод образует два оккисда – CO – и CO₂. Монооксид углерода или угарный газ образуется как продукт неполного окисления углерода. Это соединение ядовито и чрезвычайно опасно потому, что не имеет запаха. Проникая с воздухом в легкие, СО реагирует как с окисленным HbO₂, так и с восстановленным гемоглобином Hb: HbO₂ + CO « HbCO + O₂; Hb + CO « HbCO.

Образующийся карбонилгемоглобин не способен присоединять к себе кислород – становится невозможным перенос кислорода от легких к тканям. СО образует прочные комплексы с d-металлами, так катион Fe²⁺ является антидотом СО.

Диоксид углерода или углекислый газ – бесцветный газ без запаха, с низкой растворимостью в воде, кристаллизуется в виде молекулярных кристаллов (сухой лед), в этом виде используется как хладагент.

СО₂ прозрачен для солнечного света, но не пропускает в атмосферу ИК излучение Земли. Слой СО₂ подобен полиэтиленовой пленке парника. В настоящее время, концентрация углекислого газа на планете все время растет, что вызывает таяние ледников и повышение уровня мирового океана. Аналогично СО₂ на ИК излучение воздействует метан и другие углеводороды. Парниковый эффект несколько компенсируется выбросом в атмосферу твердых частиц, снижающих ее способность пропускать солнечный свет. Однако, необходимо снижать концентрацию СО₂, и пока решения этой проблемы нет.

Диоксид углерода, как кислотный оксид, образует слабую угольную кислоту, соли которой карбонаты и гидрокарбонаты широко распространены в природе.

Из других соединений углерода применяются галогениды, сульфид, оксо- и сульфогалогениды, например ССl₄, CS₂ в качестве растворителя, COCl₂ – фосген (очень ядовит!) – в органическом синтезе.

3.2. Кремний и германий.Кремний встречается в виде одной аллотропной модификации. Кремний тугоплавкий и твердый, по внешнему виду напоминает темно-серый металл. При комнатной температуре является полупроводником, химически инертен. Реагирует с кислородом, азотом и галогенами только при повышенной температуре. Кремний широко применяется в полупроводниковой технике и в металлургии.

Диоксид кремния – кремнезем – имеет несколько модификаций, наиболее распространен кварц. Кристаллы кварца – гигантская полимерная молекула. Кварц обладает большой твердостью, высокими температурами плавления и кипения, химической стойкостью по отношению ко многим реагентам. Кремнезем легко переходит в стеклообразное состояние. Кварцевое стекло химически и термически стойкое, используется в химических лабораториях и производствах, в волоконной оптике.

Как кислотный оксид SiO₂ образует кремниевую кислоту и соли – силикаты, для которых также характерно полимерное строение. Силикаты составляют около 75% массы земной коры. При сплавлении силикатов и других соединений получают стекло. Силикат натрия – жидкое стекло – используется как клей, при нагревании жидкое стекло превращается в силикагель – пористую структуру с очень развитой поверхностью. Силикагель служит адсорбентом, осушителем, основой для катализаторов.

В составе керамики и цемента тоже основную массу занимают силикаты.

Германий по свойствам похож на кремний, полупроводник, используется в основном в полупроводниковой технике. Соединения германия малотоксичны.

⇐ Предыдущая 12