Углерод и кремний
Углерод (C) и кремний (Si) — элементы IV группы (14-я по новой номенклатуре) периодической системы.
Сравнительная характеристика
| Свойство | Углерод (C) | Кремний (Si) |
|---|---|---|
| Электронная конфигурация (основное состояние) | 1s22s22p2 | 1s22s22p63s23p2 |
| Возбуждённое состояние | 1s22s12p3 | 1s22s22p63s13p3 |
| Валентность | II (основное), IV (возбуждённое) | II (основное), IV (возбуждённое) |
| Степени окисления | –4, –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3, +4 | –4, 0, +2, +4 |
| Высший оксид | CO2 | SiO2 |
| Высший гидроксид | H2CO3 | H2SiO3 |
| Водородное соединение | CH4 | SiH4 |
| Нахождение в природе | Карбонаты (известняк), угли, нефть, природный газ, CO2, все органические вещества | Кремнезем, кварц, песок, силикаты, алюмосиликаты |
- Оба элемента почти всегда четырёхвалентны (возбуждённое состояние).
- Углерод в органических соединениях проявляет большее разнообразие степеней окисления.
- Ключевое отличие: углерод образует устойчивые цепи (катенация), кремний — нет.
Углерод
Физические свойства. Аллотропия
Аллотропные модификации:
| Свойство | Алмаз | Графит | Карбин | Фуллерен |
|---|---|---|---|---|
| Кристаллическая решётка | Атомная | Атомная | Атомная | Молекулярная |
| Цвет | Прозрачный | Тёмно-серый | Чёрный | — |
| Твёрдость | Самый твёрдый | Мягкий | Твёрдый | — |
| Структура | Тетраэдрическая | Слоистая | Линейная | Полые сферы (C60) |
| Электропроводность | Изолятор | Проводник | Полупроводник | — |
| Плотность, г/см³ | 3,5 | 2,5 | 2,0 | — |
Аморфные формы: древесный уголь, сажа.
Химические свойства
Углерод малоактивен на холоду, реагирует при нагревании.
1. Горение:
2. С водородом:
3. С металлами (образуют карбиды):
4. С неметаллами:
5. Восстановительные свойства (пирометаллургия):
6. С кислотами-окислителями:
С HCl и HF не реагирует.
Оксиды углерода
CO — угарный газ — бесцветный, без запаха, ядовитый.
Получение:
Свойства:
CO2 — углекислый газ — бесцветный, без запаха, «сухой лёд» — твёрдый CO2.
Получение:
Свойства:
Карбонаты и гидрокарбонаты
Термическое разложение:
Качественные реакции:
Гидролиз (совместный с солями Al3+, Cr3+):
Кремний
Физические свойства
Тёмно-серый полупроводник с металлическим блеском, атомная кристаллическая решётка (аналог алмаза). Второй по распространённости элемент в земной коре (27,6%).
Аморфный кремний — бурый порошок, более реакционноспособный.
Химические свойства
1. Горение:
2. С металлами:
3. С неметаллами (при нагревании):
Не реагирует с водородом.
4. С кислотами: только с HF
5. С щелочами:
Соединения кремния
Оксид кремния(IV) — SiO2 (кремнезем): твёрдые бесцветные кристаллы.
Кремниевая кислота — H2SiO3: белый осадок, нерастворима в воде.
Получение:
Свойства: