Курс лекций по дисциплине «неорганическая химия» (для студентов инженерно технологического факультета) (стр. 12 из 24)

.

Соединения углерода с отрицательной степенью окисления:

1) ковалентные (SiC карборунд)

;

2) ионноковалентные;

3) металлические карбиды.

Ионноковалентные разлагаются водой с выделением газа, в зависимости от того какой выделяется газ, их делят на:

метаниды (выделяется СН₄)

ацетилениды (выделяется С₂Н₂)

Металлические карбиды – соединения стехиометрического состава образованные элементами 4, 7,8 групп посредством внедрения атомов Ме в кристаллическую решетку углерода.

3. Химия кремния

Отличие химии кремния от углерода обусловлено большими размерами его атома и возможностью использования 3d-орбиталей. Из-за этого связи Si – O - Si, Si - F более прочны, чем у углерода.

Для кремния известны оксиды состава SiO и SiO₂.Монооксид кремния существует только в газовой фазе при высоких температурах в инертной атмосфере; он легко окисляется кислородом с образованием более стабильного оксида SiO₂.

2SiO + О₂ ^t® 2SiO₂

SiO₂ – кремнезем, имеет несколько кристаллических модификаций. Низкотемпературная – кварц, обладает пьезоэлектрическими свойствами. Природные разновидности кварца: горный хрусталь, топаз, аметист. Разновидности кремнезема – халцедон, опал, агат, песок.

Известно большое разнообразие силикатов (точнее оксосиликатов). В строении их общая закономерность: все состоят из тетраэдров SiO₄^4- которые через атом кислорода соединены друг с другом.

Сочетания тетраэдров могут соединяться в цепочки, ленты, сетки и каркасы.

Важные природные силикаты 3MgO×H₂O×4SiO₂ тальк, 3MgO×2H₂O×2SiO₂ асбест.

Как и для SiO₂ для силикатов характерно (аморфное) стеклообразное состояние. При управляемой кристаллизации можно получить мелкокристаллическое состояние – ситаллы – материалы повышенной прочности. В природе распространены алюмосиликаты – каркасные ортосиликаты, часть атомов Si заменены на Al, например Na₁₂[(Si,Al)O₄]₁₂.

Наиболее прочный галогенид SiF₄ разлагается только под действием электрического разряда.

гексафторокремниевая кислота (по силе близка к H₂SO₄).

(SiS₂)_n – полимерное вещество, разлагается водой:

Кремниевые кислоты.

Соответствующие SiO₂ кремниевые кислоты не имеют определенного состава, обычно их записывают в виде xH₂O • ySiO₂ – полимерные соединения

Известны:

H₂SiO₃ (H₂O×SiO₂) – метакремниевая (не существует реально)

H₄SiO₄ (2H₂O×SiO₂) – ортокремниевая (простейшая реально существующая только в растворе)

H₂Si₂O₅ (H₂O×2SiO₂) – диметакремниевая.

Кремниевые кислоты – плохо растворимые вещества, для H₄SiO₄ характерно коллоидное состояние, как кислота слабее угольной (Si менее металличен, чем С).

В водных растворах идет конденсация ортокремневой кислоты, в результате образуются поликремниевые кислоты.

Силикаты – соли кремневых кислот, в воде нерастворимы, кроме силикатов щелочных металлов.

Растворимые силикаты гидролизуются по уравнению

Желеобразные растворы натриевых солей поликремневых кислот называются «жидким стеклом». Широко применяются как силикатный клей и в качестве консерванта древесины.

Сплавлением Na₂CO₃, CaCO₃ и SiO₂ получают стекло, которое является переохлажденным взаимным раствором солей поликремниевых кислот.

Силикат записан как смешанный оксид.

Силикаты больше всего используются в строительстве. 1 место в мире по выпуску силикатной продукции – цемент, 2-е – кирпич, 3 – стекло.

Строительная керамика – облицовочная плитка, керамические трубы. Для изготовления санитарно-технических изделий – стекло, фарфор, фаянс, глиняная керамика.

4. Химия германия, олова, свинца (Ge, Sn, Pb)

GeO, SnO – сильные восстановители. Все оксиды и гидроксиды (II) амфотерны, реагируют как с кислотами, так и основаниями.

Диоксиды Ge, Sn получают синтезом из простых веществ. Диоксид свинца в 2 стадии получают. У свинца 2 простых оксида PbO и PbO₂. Рb₂О₃ – смешанный оксид или РbРbО₃ – метаплюмбат свинца (II). Рb₃О₄ (2 PbO • PbO₂ - сурик).

Диоксиды не образуют с водой кислот. Со щелочами дают гидроксокомплексы

(гексагидроксоплюмбат (IV)).

PbO₂ – сильный окислитель.

Pb + О₂ ® Pb₃О₄ – – красный краситель, свинцовый сурик можно рассматривать как соль Pb₂²⁺(PbO₄) (ортоплюмбат свинца II).

Pb₃O₄ + HNO₃ ® PbO₂ + Pb(NO₃)₂ + H₂O.

Sn + HCI_конц

Sn⁺²CI₂ + H₂

Sn + H₂SO_конц

Sn⁺⁴(SO₄)₂ + SO₂

₊ H₂O

Sn + HNO_3разб

Sn (NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂O

Sn + HNO_3конц

H₂Sn⁺²O₃ + NO₂ + H₂O

^{β -оловянная}

t

Sn + NaOH _конц

Na₂Sn⁺²O₂ + H₂O

^{станнит (соль оловяннистой кислоты H}₂^SnO₂⁾

В водных растворах станниты дают гидроксостанниты.

Na₂Sn⁺²O₂ + 2H₂O

Na₂[Sn⁺²(OH)₄]; Na₂[Sn⁺²(OH)₃]

Sn(OH)₂ ++ HCI

SnCI₂ + H₂O

^{амфонит}

Sn(OH)₂ + 2NaOH

Na₂[Sn(OH)₄]

^{тетрагидроксостаннит}

SnO₂ кислотные свойства

Sn(OH)₄ амфотерный, с преобладанием кислотных, H₂SnO₃ – оловянная кислота (α и β), растворяется в кислотах и щелочах.

H₂SnO₃ + 2NaOH + H₂O

Na₂[Sn(OH)₆]

H₂SnO₃ + 4HCI

SnCI₄ + 3H₂O

SnCI₄ + 3H₂O

H₂SnO₃ + 4HCI дымообразователь, дымит во влажном воздухе.

Ge(OH)₂ ® Sn(OH)₂ ® Pb(OH)₂

усиление основных свойств

Ge(OH)₄ ® Sn(OH)₄ ® Pb(OH)₄

усиление основных свойств

2PbCO₃×Pb(OH)₂ – белая краска – свинцовые белила.

Pb(CH₃COO)₄ – тетраэтилсвинец – летучая ядовитая жидкость, добавляется к бензину для повышения его качеств как моторного топлива.

5. Биогенная роль

Значение углерода в природе и сельском хозяйстве

Среди биомолекул клетки важнейшими является 4 класса веществ: 1) белки, 2) нуклеиновые кислоты; 3) углеводы; 4) липиды. В природе главное горючее – ископаемые угли (антрациты, каменные и бурые угли). Главное транспортное горючее – нефть. Горючий природный газ, содержит 80-99% СН₄ – экологически чистое бытовое и промышленное топливо.

Основная форма углерода в гидросфере – это растворенный в воде СО₂ и НСО₃^-. Она является буферной системой, поддерживающей содержание СО₂ в атмосфере на постоянном уровне. В атмосфере – углерод в виде СО₂, его содержание меньше чем в гидросфере. Атмосфера и гидросфера интенсивно обмениваются СО₂.

Наземные растения и фитопланктон ассимилируют СО₂ атмосферы и НСО₃^- гидросферы, превращая их в биомассу. Одним из основных источников поступления СО₂ в атмосферу служит дыхание растений и фитопланктона.