COз-+OH - (I ступень)

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 CF₂CІ₂ (Т_кип= 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-S₂Cl_2,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+C₂H_2,ThC₂+4H₂0=Th (OH) ₄+H₂C₂+H₂.

Б. Карбиды, при растворении образующие СН₄, например:

АНСз+ 12Н₂0=4Аl (ОН) з+ЗСН_4,Ве₂С+4Н₂0=2Ве (ОН) ₂+СН₄. По свойствам к ним близок Мn_зС:

Мn_зС+6Н₂0=ЗМn (ОН) ₂+СН₄+Н₂.

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 (Si₂O₇^6-), (Si₃O₉) ^6-, (Si₄0_l2) ^8-, (Si₆O₁₈^12-), 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 SiO_{2 (}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.