Войти на сайт

или
Регистрация

Навигация


0 COз-+OH - (I ступень).

Из-за полного гидролиза из водных растворов нельзя выделить карбонаты Cr3+, ai3+, Ti4+, Zr4+ и др.

Практически важными являются Ка2СОз (сода), К2СОз (поташ) и СаСОз (мел, мрамор, известняк). Гидрокарбонаты в отличие от карбонатов растворимы в воде. Из гидрокарбонатов практическое применение находит NaHCО3 (питьевая сода). Важными основными карбонатами являются 2СиСОз-Си (ОН) 2, РЬСО3 Х ХРЬ (ОН) 2.

Свойства галогенидов углерода приведены в табл.6. Из галогенидов углерода самое большое значение имеет-бесцветная, достаточно токсичная жидкость. В обычных условиях ССІ4химически инертен. Его применяют как невоспламеняющийся и негорючий растворитель смол, лаков, жиров, а также для получения фреона CF22кип= 303 К):

Другой используемый в практике органический растворитель - сероуглерод CSa (бесцветная, летучая жидкость с Ткип=319 К) – реакционно способное вещество:

CS2+302=C02+2S02+258 ккал/моль,

CS2+3Cl2=CCl4-S2Cl2,CS2+2H2 0==C02+2H2S, CS2+K2S=K2CS3 (соль тиоугольной кислоты Н2СSз).

Пары сероуглерода ядовиты. [8,463-464]

 

2.2 Азотсодержащие производные углерода

Циановодородная (синильная) кислота HCN (H-C = N) - бесцветная легко подвижная жидкость, кипящая при 299,5 К. При 283 К она затвердевает. HCN и ее производные чрезвычайно ядовиты. HCN можно получить по реакции

В воде синильная кислота растворяется; при этом она слабо диссоциирует

HCN=H++CN-, К=6,2.10-10.

Соли синильной кислоты (цианиды) в некоторых реакциях напоминают хлориды. Например СН---ион с ионами Ag+ дает плохо растворимый в минеральных кислотах белый осадок цианида серебра AgCN. Цианиды щелочных и щелочноземельных металлов растворимы в воде. Из-за гидролиза их растворы пахнут синильной кислотой (запах горького миндаля). Цианиды тяжелых металлов плохо растворимы в воде. CN--сильный лиганд, важнейшими комплексными соединениями являются K4 [Fe (CN) 6] и Кз [Ре (СN) 6].

Цианиды - непрочные соединения, при длительном воздействии содержащегося в воздухе СO2 цианиды разлагаются

2KCN+C02+H20=K2C03+2HCN.

(CN) 2 - дициан (N=C-C=N) –

бесцветный ядовитый газ; с водой взаимодействует с образованием циановой (HOCN) и синильной (HCN) кислот:

(HCN) кислот:

(CN) 2+H20==HOCN+HCN.

В этой, как и в реакции, приведенной ниже, (CN) 2 похож на галоген:

СО+ (CN) 2=CO (CN) 2 (аналог фосгена).

Циановая кислота известна в двух таутомерных формах:

H-N=C=O==H-0-C=N.

Изомером является кислота H-0=N=C (гремучая кислота). Соли HONC взрывают (используются как детонаторы). Родановодородная кислота HSCN - бесцветная, маслянистая, летучая, легко затвердевающая (Тпл=278 К) жидкость. В чистом состоянии очень неустойчива, при ее разложении выделяется HCN. В отличие от синильной кислоты HSCN достаточно сильная кислота (К=0,14). Для HSCN характерно таутомерное равновесие:

H-N = С = S=H-S-C =N.

SCN - ион кроваво-красного цвета (реактив на ион Fe3+). Производные от HSCN соли-роданиды - легко получить из цианидов путем присоединения серы:

KCN+S=KSCN.

Большинство роданидов растворимо в воде. Нерастворимы в воде соли Hg, Au, Ag, Си. Ион SCN-, как и CN-, склонен давать комплексы типа Мз1 M" (SCN) 6, где M''Cu, Mg и некоторые другие. Диродан (SCN) 2-светло-желтые кристаллы, плавящиеся - 271 К. Получают (SCN) 2 по реакции

2AgSCN+Br2==2AgBr+ (SCN) 2.

Из других азотсодержащих соединений следует указать цианамид

и его производное - цианамид кальция CaCN2 (Ca=N-C=N), который используется в качестве удобрения [4,464].

 

2.3 Карбиды металлов

Карбидами называют продукты взаимодействия углерода с металлами, кремнием и бором. Карбиды по растворимости разделяются на два класса: карбиды, растворимые в воде (или в разбавленных кислотах), и карбиды, нерастворимые в воде (или в разбавленных кислотах).

 

2.3.1 Карбиды, растворимые в воде и разбавленных кислотах

А. Карбиды, при растворении образующие C2H2 К этой группе относятся карбиды металлов первых двух главных групп; близки к ним и карбиды Zn, Cd, La, Се, Th состава MC2 (LaC2, CeC2, ТhC2.)

CaC2+2H20=Ca (OH) 2+C2H2,ThC2+4H20=Th (OH) 4+H2C2+H2.

Б. Карбиды, при растворении образующие СН4, например:

АНСз+ 12Н20=4Аl (ОН) з+ЗСН4,Ве2С+4Н20=2Ве (ОН) 2+СН4. По свойствам к ним близок МnзС:

МnзС+6Н20=ЗМn (ОН) 2+СН42.

В. Карбиды, при растворении образующие смесь углеводородов и водород. К ним относятся большинство карбидов редкоземельных металлов.

 

2.3.2 Карбиды, нерастворимые в воде и в разбавленных кислотах

К этой группе относится большинство карбидов переходных металлов (W, Мо, Та и др.), а также SiC, B4C.

Они растворяются в окислительных средах, например:

VC + 3HN03 + 6HF = HVF6 + СO2 + 3NO + 4Н20, SiC+4KOH+2C02=K2Si03+K2C03+2H20.

 

Рисунок 3. Икосаэдр B12

Практически важными являются карбиды переходных металлов, а также карбиды кремния SiC и бора B4C. SiC - карборунд - бесцветные кристаллы с решеткой алмаза, по твердости приближающийся к алмазу (технический SiC за счет примесей имеет темную окраску). SiC очень огнеупорен, теплопроводен и при высокой температуре электропроводен, химически чрезвычайно инертен; его можно разрушить только при сплавлении на воздухе со щелочами.

B4C - полимер. Решетка карбида бора построена из линейно расположенных трех атомов углерода и групп, содержащих 12 атомов В, расположенных в форме икосаэдра (рис.3); твердость B4C превышает твердость SiC.


Глава 3. Соединения кремния

Отличие химии кремния от углерода в основном обусловлено большими размерами его атома и возможностью использования свободных Зй-орбиталей. Из-за дополнительного связывания (по донорно-акцепторному механизму) связи кремния с кислородом Si-О-Si и фтором Si-F (табл.17.23) более прочны, чем у углерода, а из-за большего размера атома Si по сравнению с атомом С связи Si-Н и Si-Si менее прочны, чем у углерода. Атомы кремния практически не способны давать цепи. Аналогичный углеводородам гомологический ряд кремневодородов SinH2n+2 (си-ланы) получен лишь до состава Si4Hio. Из-за большего размера у атома Si слабо выражена и способность к л-перекрыванию, поэтому не только тройные, но и двойные связи для него малохарактерны.

При взаимодействии кремния с металлами образуются силициды (Ca2Si, Mg2Si, BaSi2, Cr3Si, CrSi2 и др.), похожие во многом на карбиды. Силициды не характерны для элементов I группы (кроме Li). Галогениды кремния (табл.5) более прочные соединения, чем галогениды углерода; вместе с тем водой они разлагаются.

Таблица 5. Прочность некоторых связей углерода и кремния

Связь Энергия связи, кДж/моль Связь Энергия связи, к Д ж/моль
С-С 348 Si-Si 222
С-Н 414 Si-H 319
С-О 359 Si-О 445
C-F 487 Si-F 567
С-Сl 340 Si-Cl 382
С-Вг 285 Si-Br 310
С-I 214 Si-I 235
C-N 206 Si-N 330-350

Наиболее прочным галогенидом кремния является SiF4 (разлагается только под действием электрического разряда), но так же, как и другие галогениды, подвергается гидролизу. При взаимодействии SiF4 с HF образуется гексафторокремниевая кислота:

SiF4+2HF=H2 [SiF6].

H2SiF6 по силе близка к H2S04. Производные этой кислоты - фторосиликаты, как правило, растворимы в воде. Плохо растворимы фторосиликаты щелочных металлов (кроме Li и NH4). Фторосиликаты используются как ядохимикаты (инсектициды).

Практически важным галогенидом является SiCO4. Он используется для получения кремнийорганических соединений. Так, SiCL4 легко взаимодействует со спиртами с образованием эфиров кремниевой кислоты HaSiO3:

SiCl4+4C2H5OH=Si (OC2H5) 4+4HCl 4

Таблица 6. Галогениды углерода и кремния

Эфиры кремниевой кислоты, гидролизуясь, образуют силиконы - полимерные вещества цепочечного строения:

(R-органический радикал), которые нашли применение для получения каучуков, масел и смазок.

Сульфид кремния (SiS2) n-полимерное вещество; при обычной температуре устойчив; разлагается водой:

SiS2+ ЗН2О = 2H2S + H2SiO3.

 

3.1 Кислородные соединения кремния

Важнейшим кислородным соединением кремния является диоксид кремния SiO2 (кремнезем), имеющий несколько кристаллических модификаций.

Низкотемпературная модификация (до 1143 К) называется кварцем. Кварц обладает пьезоэлектрическими свойствами. Природные разновидности кварца: горный хрусталь, топаз, аметист. Разновидностями кремнезема являются халцедон, опал, агат,. яшма, песок. [5, 322]

Кремнезем химически стоек; на него действуют лишь фтор, плавиковая кислота и растворы щелочей. Он легко переходит в стеклообразное состояние (кварцевое стекло). Кварцевое стекло хрупко, химически и термически весьма стойко. Отвечающая SiO2 кремниевая кислота не имеет определенного состава. Обычно кремниевую кислоту записывают в виде xH2O-ySiO2. Выделены кремниевые кислоты: H2SiO3 (H2O-SiO2) - метакремниевая (три-оксокремниевая), H4Si04 (2H20-Si02) - ортокремниевая (тетра-оксокремниевая), H2Si2O5 (H2O * SiO2) - диметакремниевая.

Кремниевые кислоты - плохо растворимые вещества. В соответствии с менее металлоидным характером кремния по сравнению с углеродом H2SiO3 как электролит слабее Н2СОз. [4,467 - 468]

Отвечающие кремниевым кислотам соли-силикаты-в воде нерастворимы (кроме силикатов щелочных металлов). Растворимые силикаты гидролизуются по уравнению

2SiOз2-+H20=Si2O52-+20H-.

Концентрированные растворы растворимых силикатов называют жидким стеклом. Обычное оконное стекло-силикат натрия и кальция-имеет состав Na20-CaO-6Si02. Его получают по реакции

Известно большое разнообразие силикатов (точнее, оксосиликатов). В строении оксосиликатов наблюдается определенная закономерность: все состоят из тетраэдров Si04, которые через атом кислорода соединены друг с другом. Наиболее распространенными сочетаниями тетраэдров являются (Si2O76-), (Si3O9) 6-, (Si40l2) 8-, (Si6O1812-), которые как структурные единицы могут объединяться в цепочки, ленты, сетки и каркасы (рис 4).

Важнейшими природными силикатами являются, например, тальк (3MgO * H20-4Si02) и асбест (SmgO*H2O*SiO2). Как и для SiO2, для силикатов характерно стеклообразное (аморфное) состояние. При управляемой кристаллизации стекла можно получить мелкокристаллическое состояние (ситаллы). Ситаллы характеризуются повышенной прочностью.

Кроме силикатов в природе широко распространены алюмосиликаты. Алюмосиликаты - каркасные оксосиликаты, в которых часть атомов кремния заменена на трехвалентный Аl; например Na12 [ (Si, Al) 04] 12.

Для кремниевой кислоты характерно коллоидное состояние при воздействии на ее соли кислот H2SiO3 выпадает не сразу. Коллоидные растворы кремниевой кислоты (золи) при определенных условиях (например, при нагревании) можно перевести в прозрачную, однородную студнеобразную массу-гель кремниевой кислоты. Гели - высокомолекулярные соединения с пространственной, весьма рыхлой структурой, образованной молекулами Si02, пустоты которой заполнены молекулами H2O. При обезвоживании гелей кремниевой кислоты получают силикагель - пористый продукт, обладающий высокой адсорбционной способностью.

Рисунок 4. Строение силикатов.


Выводы

Рассмотрев в своей работе химические соединения на основе кремния и углерода, я пришла к выводу, что углерод, являясь не очень распространённым количественно элементом есть важнейшим составляющим земной жизни, существуют его соединения в воздухе, нефти а также в таких простых веществах как алмаз и графит. Одной из важнейших характеристик углерода есть прочные ковалентные связи между атомами, а также атомом водорода. Важнейшими неорганическими соединениями углерода являются: оксиды, кислоты, соли, галогениды, азотосодержащие производные, сульфиды, карбиды.

Говоря о кремнии необходимо отметить большие количества его запасов на земле, он является основой земной коры и встречается в огромном многообразии силикатов, песка и т.д. В настоящее время использование кремния из-за его качеств полупроводника возврастает. Он используется в электронике при производстве компьютерных процессоров, микросхем и чипов. Соединения кремния с металлами образуют силициды, важнейшим кислородным соединением кремния есть оксид кремния SiO2 (кремнезем) В природе есть большое разнообразие силикатов - это тальк, асбест, также распространены алюмосиликаты.


Список литературы

1.    Большая советская энциклопедия. Третье издание. Т.28. - М.: Советская энциклопедия, 1970.

2.    Жиряков В.Г. Органическая химия.4-е изд. - М., "Химия", 1971.

3.    Краткая химическая энциклопедия. - М. "Советская энциклопедия", 1967.

4.    Общая химия / Под ред. Е.М. Соколовской, Л.С. Гузея.3-е изд. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1989.

5.    Мир неживой природы. - М., "Наука", 1983.

6.    Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. Учебник.4-е изд. - М.: "Химия", 1989.


Информация о работе «Химические соединения на основе кремния и углерода»
Раздел: Химия
Количество знаков с пробелами: 25110
Количество таблиц: 3
Количество изображений: 9

Похожие работы

Скачать
9930
0
0

... биохимических процессов на планетах, подобных нашей. Остается возможность того, что при других условиях температуры и давления, кремний может участвовать в формировании биологических молекул в качестве замены углероду. Следует отметить, что соединения кремния (в частности, диоксид кремния) используются некоторыми организмами на земле. Из них свой панцирь формируют диатомовые водоросли, получая ...

Скачать
229328
20
9

... разовая) – 0,01%. 4 Содержание Введение......................................................................................................................4 Глава 1. Межпредметные связи в курсе школьного предмета химии на примере углерода и его соединений.......................................................................5 1.1 Использование межпредметных связей для формирования у учащихся ...

Скачать
35067
1
3

... для которого служит специально получаемый высокомарганцевый низкофосфористый шлак) применяется в производстве металлического марганца. Силикохром Силикохром, ферросиликохром, ферросплав, основные компоненты которого — кремний и хром; выплавляется в рудно-термической печи углевосстановительным процессом из кварцита и гранулированного передельного феррохрома или хромовой руды. С. с 10—46% Si ( ...

Скачать
19978
3
2

... инертны и практически не взаимодействуют ни с какими простыми и сложными веществами. Исключение составляет аморфный кремний, реагирую­щий с фтором. При нагревании углерод и кремний взаимодействуют с галоге­нами, с элементами подгруппы серы, азотом, водородом и многими металлами. В последнем случае образуются соединения, называ­емые карбидами и силицидами. С углеродом и кремнием взаимо­действуют ...

0 комментариев


Наверх