Урок по химии в 10 классе: «Углерод и кремний – р-элементы IVA-группы» подготовил учитель химии и биологии ГУО СШ 163 г.Минска Костюкевич Юрий Михайлович

Углерод и кремний являются химическими элементами IVA-группы периодической системы. К этой же группе периодической системы относят германий Ge, олово Sn и свинец Pb. Углерод и кремний – элементы неметаллы, германий и олово – полуметаллы, а у свинца преобладают металлические свойства.

Углерод обозначается символом C (лат. Carbonium). Кремний обозначается символом Si (лат. Silicium, от лат. silex кремень).

Электронно-графическая конфигурация внешнего электронного слоя атомов элементов IVA-группы – ns 2 np 2, например: у углерода – 2s 2 2p 2, у кремния – 3s 2 3p 2. В соединениях с другими элементами атомы углерода и кремния могут проявлять степени окисления -4, +2, +4, для элементов-полуметаллов и металлов в их соединениях с другими элементами (кроме гидридов) более характерны положительные степени окисления +2 и+4.

В земной коре содержится 0,093% углерода по массе, причем он встречается как в свободном состоянии, так и в виде химических соединений с другими элементами. Углерод является основой органической жизни на Земле.

Уголь, торф, нефть и природный газ - продукты разложения растительного мира Земли древнейших времен. Самое мягкое ископаемое – торф – содержит остатки растений, в нем имеется не более 50-60% углерода. Бурый уголь содержит 65-70% углерода. Каменный уголь содержит 75-95% углерода. Самый твердый уголь – антрацит – может содержать 91-98% углерода.

При нагревании углеродосодержащих соединений без доступа воздуха образуется аморфный углерод: кокс, древесный уголь, костяной уголь, сажа. Кокс получают при сухой перегонке каменного угля, широко используется как восстановитель в процессах промышленного получения металлов из руд.

В виде углекислого газа углерод входит в состав атмосферы (0,03% по объему).

Природные неорганические соединения углерода – карбонаты. Минерал кальцит CaCO 3 является основой осадочных горных пород – известняков. Другие модификации карбоната кальция известны как мрамор и мел.

Распространения кремния в природе Кремний – второй по распространенности на Земле элемент после кислорода. Он широко распространен в виде кремнезема SiO 2 и различных силикатов. Например, гранит содержит более 60% кремнезема, а кристаллический кварц является самым чистым из природных соединений кремния с кислородом.

Листья крапивы покрыты колючими волосками из чистого оксида кремния(IV), которые представляют собой полые трубочки длинной 1-2 мм. Трубочки заполнены жидкостью, содержащей муравьиную кислоту. При легком прикосновении листьев крапивы к телу волоски проникают сквозь кожу и кислота попадает внутрь, вызывая жжение.

Строение и физические свойства простых веществ углерода и кремния.

Известны следующие аллотропные модификации углерода: графит, алмаз, карбин и фуллерены. a) алмаз b) графит c) лонсдейлит d) фуллерен бакибол C60 e) фуллерен C540 f) фуллерен C70 g) аморфный углерод h) углеродная нанотрубка

В алмазе каждый атом углерода окружен такими же атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Такое строение обуславливает особые физические свойства алмаза и прежде всего его твердость. Алмаз служит эталоном твердости, которая по десятибалльной системе оценивается высшим балом 10. Алмаз плохо проводит теплоту и почти не проводит электрический ток. Ограненные прозрачные алмазы называются бриллиантами.

В графите атомы углерода расположены слоями, состоящими из шестичленных колец. Слоистая структура графита обуславливает его мягкость: он легко оставляет след на бумаге. Из мельчайших кристаллов графита состоит сажа, образующаяся при неполном сгорании органических соединений.

Карбин – это разновидность углерода, состоящая из цепочек углеродных атомов =С=С=С=С= или -CC-CC-. Это вещество обладает полупроводниковыми свойствами.

Фуллерены представляют собой шарообразные молекулы, образованные пяти- и шестиугольниками из атомов углерода, соединенных между собой. Внутри молекулы полые. В настоящее время получены фуллерены состава С 60, С 70 и др.

Химические свойства простых веществ Для углерода и кремния характерна невысокая химическая активность: большинство реакций с их участием протекают только при высокой температуре. Химические свойства различных аллотропных модификаций углерода сходны, отличаются лишь условия протекания реакций, потому что энергия разрыва связей между атомами в алмазе, графите и других модификациях углерода различны. В химических реакциях с простыми веществами углерод и кремний проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства. В реакциях со сложными веществами, например с оксидами металлов, углерод и кремний чаще всего проявляют восстановительные свойства.

Применение углерода Графит используется в карандашной промышленности. Также его используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах. Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бормашин. Кроме этого, ограненные алмазы бриллианты используются в качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях. Благодаря редкости, высоким декоративным качествам и стечению исторических обстоятельств, бриллиант неизменно является самым дорогим драгоценным камнем. В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода производные угольной кислоты и карбоновых кислот. Карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов.

Углеродные материалы технического и медицинского назначения в широком ассортименте производятся на Светлогорском производственном объединении «Химволокно». Здесь выпускают углеродный медицинский сорбент, который непосредственно используется для лечения ран, язв, ожогов, а также в различных фильтрах для воды. Широкое применение находят также выпускаемые в Светлогорске углеродные нити и ткани.

Применение кремния Кремний находит применение в полупроводниковой технике и микроэлектронике, в металлургии в качестве добавки к сталям и в производстве сплавов. Стив Джобс демонстрирует кремниевую пластину, на которой «сидят» десятки процессоров G5.

Домашнее задание: Параграф §55.

Список используемых источников html