Главная подгруппа IV группы
К элементам главной подгруппы IV группы относятся углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn) и свинец (Pb). В ряду элементы настолько отличаются по своей химической природе, что при изучении их свойств целесообразно производить разбиение на две подгруппы: углерод и кремний составляют подгруппу углерода, германий, олово, свинец - подгруппу германия.
Общая характеристика подгруппы
Сходство элементов:
- одинаковая структура внешнего электронного слоя атомов ns2nр2;
- р-элементы;
- высшая С.О. +4;
- типичные валентности II, IV.
Валентные состояния атомов
Для атомов всех элементов возможны 2 валентных состояния:
1. Основное (невозбужденное) ns2np2
2. Возбужденное ns1np3
Простые вещества
Элементы подгруппы в свободном состоянии образуют твердые вещества, в большинстве случаев - с атомной кристаллической решеткой. Характерна аллотропия
Как физические, так и химические свойства простых веществ существенным образом различаются, причем вертикальные изменения часто имеют немонотонный характер. Обычно подгруппу делят на две части:
1 - углерод и кремний (неметаллы);
2 - германий, олово, свинец (металлы).
Олово и свинец являются типичными металлами, германий, как и кремний, - полупроводники.
Оксиды и гидроксиды
Низшие оксиды ЭО
CO и SiO - несолеобразующие оксиды
GeO, SnO, PbO - амфотерные оксиды
Высшие оксиды ЭО+2О
CO2 и SiO2 - кислотные оксиды
GeO2, SnO2, PbO2 - амфотерные оксиды
Существуют многочисленные гидроксопроизводные типа ЭО • nН2O и ЭO2 • nН2O, которые проявляют слабокислотные или амфотерные свойства.
Соединения с водородом ЭН4
Ввиду близости значений ЭО связи Э-Н являются ковалентными, малополярными. Гидриды ЭН4 при обычных условиях представляют собой газы, плохо растворимые в воде.
СН4 - метан; SiH4 - силан; GeH4 - герман; SnH4 - станнан; PbH4 - не получен.
Прочность молекул ↓
Химическая активность ↑
Восстановительная способность ↑
Метан химически малоактивен, остальные гидриды очень реакционноспособны, они полностью разлагаются водой с выделением водорода:
ЭН4 + 2Н2O = ЭO2 + 4Н2↑
ЭН4 + 6Н2O = Н2[Э(ОН)6] + 4Н2↑
Способы получения
Гидриды ЭН4 получают косвенным путем, так как прямой синтез из простых веществ возможен только в случае СН4, но и эта реакция протекает обратимо и в очень жестких условиях.
Обычно для получения гидридов используют соединения соответствующих элементов с активными металлами, например:
Аl4С3 + 12Н2O = ЗСН4↑ + 4Al(OH)2
Mg2Si + 4HCl = SiH4↑ + 2MgCl2
Углеводороды, кремневодороды, германоводороды.
Углерод с водородом, кроме СН4, образует бесчисленное множество соединений СxНy - углеводородов (предмет изучения органической химии).
Получены также кремневодороды и германоводороды общей формулы ЭnН2n+2. Практического значения не имеют.
По значимости 2 элемента главной подгруппы IV группы занимают особое положение. Углерод является основой органических соединений, следовательно - главным элементом живой материи. Кремний - главный элемент всей неживой природы.