WĘGLOWCE

C, Si, Ge, Sn, Pb ns2p2

-4 elektrony walencyjne

- charakter chemiczny: C,Si – niemetale, Ge –półmetal, Sn, Pb – metale

-C/Si – kationoidy, występują tylko w złożonych anionach , np. CO3 (2-), CS3 (2-), SiO3 (2-)

-wzrost masy atomowej węglowca -> wzrost trwałości niższych stopni utlenienia (PbO trwalszy od PbO2)

Występowanie:

Węgiel

-czwarte miejsce we Wszechświecie za H, He, O

- 0,08% skorupy ziemskiej

Węglany CaCO3 kalcyt

MgCO3*CaCO3 dolomit

MgCO3 magnezyt

FeCO3 syderyt

Kopaliny: węgiel kamienny, ropa naftowa, gaz ziemny, wosk ziemny, łupki bitumiczne

Związki organiczne (przyroda ożywiona)

CO2 (powietrze, wody)

Izotopy naturalne (3):

C12, C13 – trwałe

C14 – promieniotwórczy, T1/2 =5700 lat

Odmiany alotropowe węgla:

1. Diament

- atomy węgla (sp3) – tetraedrycznie rozmieszczone

- wiązania równocenne kowalencyjne

-bezbarwne przeźroczyste kryształy

-nie przewodzi prądu elektrycznego

- atakuje go stopiona siarka i stopiony Na2CO3

-zanieczyszczony - żółty, czerwony, brunatny, niebieski, czarny (karbonado)

-brylanty – oszlifowane diamenty

2. Grafit

-atomy węgla (sp2) – warstwowa sieć heksagonalna

-wiązania

-w obrębie warstwy – kowalencyjne

-między warstwami – słabe siły molekularne

-ciemnoszary

-miękki

-przewodzi dobrze prąd elektryczny i ciepło

-mało aktywny

Związki grafitu:

(CF)8

KC8, KC10, LIC6

C8Br

3. fuleren (fulereny)

-cząsteczki – parzysta liczba atomów węgla

-od 28 do ok. 1500 atomów

-forma – zamknięta, pusta w środku bryła

-właściwości (niektóre) – zbliżone do węglowodorów aromatycznych

4. Grafen – 2004 r.

-połączone pierścienie sześcioczłonowe

-pojedyncza warstwa atomów węgla (struktura plastru miodu)

-przejrzysty, duże przewodnictwo cieplne i elektryczne

Węgiel bezpostaciowy (pierwiastkowy) :

-węgiel drzewny (jako adsorbent)

-sadza (produkcja farb, tuszu, wypełniacz tworzyw)

-koks (metalurgia, ciepłownictwo)

Si:

-ok. 27,1% litosfery (drugi po tlenie)

- w przyrodzie w stanie związanym (krzemiany, glinokrzemiany, SiO2)

Ge:

-bardzo słabo rozpowszechniony w przyrodzie (w postaci minerału Cu2GeS3 –tritiogermanian (IV) miedzi (I)

-towarzyszy pokładom C i Sn

Sn:

- 4*10^-3 % skorupy ziemskiej

-minerały, SnO2 - kasyteryt

Pb:

-2x10^-4 %skorupy ziemskiej

-minerały

PbS galena (błyszcz ołowiowy)

PbCO3 ceruzyt

PbSO4 anglezyt

Otrzymywanie – 2 sposobami z PbS:

1. 2 PbS + 3O2 (600 C) -> 2PbO + SO2 prażenie

PbO + CO -> Pb + CO2 redukcja

2. 2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2 SO2

2PbO + PbS -> 3Pb + SO2

Ge, Sn, Pb

Ge, 1 odmiana alotropowa

Pb, 1 odmiana alotropowa

Sn, 3 odmiany alotropowe

Sn Reg cyna szara, α, luźny, czarny połysk

13,2 C

Sn tetragonalna biała, β, metal srebrzysty, ciągliwy

Sn, romb γ, krucha

Sn stop

Ge, Sn, Pb

-trwałe w atmosferze powietrza

- po podgrzaniu -> GeO2, SnO2, PbO ->PbO2

-H2O – nie działa na Ge i Sn

-H2O – powoli atakuje powierzchnię Pb

Pb:

-nie ulega działaniu kwasów tworzących sole trudno rozpuszczalne (H2SO4, HF, HCl)

-ulega działaniu:

HNO3 -> Pb(NO3)2

H2SO4 (c>80%) -> PbSO4 -> Pb(HSO4)2

Zastosowanie

Ge: jako półprzewodnik w elektronice

Sn: pokrywanie innych metali – ochrona przed korozją

Składnik stopów: Sb + Pb + Sn -> stop łożyskowy

Sn + Pb -> stop lutowniczy

Pb:

Produkcja komór (w produkcji H2SO4)

Płyty do akumulatorów

Stopy

Związki Pb – trujące, chroniczne zatrucie – ołowica

Węgiel

Stopnie utlenienia: od –IV do +IV

2 tlenki: CO i CO2

Podtlenek C3O2 O-C-C-C-O (podwójne wiązania)

CO2

-sublimacja: CO2 (s) -> CO2 (g) i resublimacja

-z H2O tworzy słaby kwas:

CO2 + H2O -><- H2CO3 -><- H+ + HCO3(-) -><- H+ + CO3 (2-)

Ka1=4,3*10^-7, Ka2=4,4*10^-11

CO

-silnie trujący, łączy się z hemoglobiną

-bardzo trwały, mało reaktywny

-z niektórymi metalami -> karbonylki, np.

Ni + 4CO = Ni(CO)4

Fe + 5CO = Fe(CO)5

-z chlorem -> fosgen (tlenochlorek węgla),

Bojowy środek chemiczny: CO + Cl2 = COCl2

HALOGENKI węgla

-freony – mieszane chlorowcopochodne węgla

CF3Cl, CF2Cl2, CFCl3

WĘGLIKI

- powstawanie – bezpośrednio reakcja węgla z tlenkami metali lub niemetali w wysokich temperaturach

- CaC2, BaC2, SrC2 – jonowe, nie hydrolizują

- Al4C3, BeC2 – rozkładają się pod wpływem wody (->CH4):

-TaC, WC – bierne chemicznie, bardzo twarde

- Fe3C, Mn3C, Ni3C – twarde, ulegają działaniu kwasów

Węglik wapnia

CaC2 + H2O -> Ca(OH)2 + C2H2 (acetylen, do syntezy organicznej)

CYJANKI

NaCN, KCN

- pod wpływem kwasów – rozkład z wydzieleniem HCN

HCN

-cyjanowodór (kwas pruski), bardzo słaby kwas

- z jonami metali tworzy związki kompleksowe

(Fe3+) + 6(CN-) = [Fe(III)(CN)6](3-) heksacyjanożelazian (III)

(Fe2+) + 6(CN-) = [Fe(II)(CN)6](4-) heksacyjanożelazian (II)

Tiocyjaniany (rodanki)

-cyjanek (temp., S) ->tiocyjanian, np.

NaCN + S = NaSCN rodanek sodu

(NCS)-

-jon tiocyjankowy (rodankowy)

-posiada wolne pary elektronowe

-tworzy liczne i trwałe związki, także kompleksowe

(Fe3+) + (NCS)- -><- Fe(SCN)2 (+)

[Fe(NCS)5](2-) + (NCS)- -><- Fe(SCN)6 (3-) krwistoczerwone zabarwienie

Roztwór do wykrywania jonów (Fe3+)

KRZEM

-twardy, kruchy

-ulega działaniu HF i HNO3

-rozpuszcza się w alkaliach

Si + 2(OH)- + H2O = SiO3(2-) + 2H2

-właściwości półprzewodnikowe

- stosowany w elektronice

Związki Si

Halogenki

SiF4 – gaz

- SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O reakcja trawienia szkła

-pod wpływem wody -> mocny kwas fluorokrzemowy

3SiF4 + 2H2O = H2SiO3 + 2H2[SiF6]

SiCl4 – ciecz

SiI4 - ciało stałe

KRZEMOWODORY (silany)

SinH2n+2, n=1-6

Silikony

-zhydrolizowane i spolimeryzowane alikilochlorosilany, np. (CH3)2SiCl2

-polimery łańcuchowe – oleje

-polimery o strukturze przestrzennej – smary silikonowe

Tlenowe związki krzemu

SiO2

- krzemionka, 3 odmiany

Kwarc – trydymit – krystobalit

Kryształ górski; agat, stopiony i chłodzony -> szkło kwarcowe (tygle, rurki)

-tlenek kwasowy (nierozpuszczalny w wodzie)

- z alkaliami tworzy krzemiany, tzw. szkło wodne:

SiO2 + 2NaOH =Na2SiO3 + H2O metakrzemian

SiO2 + 4NaOH = Na4SiO4 + 2H2O ortokrzemian

Krzemiany

-element budowy – tetraedr (SiO4 )4-

-polikrzemiany – element budowy –(SiO3)-

-krzemiany potasowe – rozpuszczalne w wodzie

Struktury krzemianowe w przyrodzie:

1. Odrębne tetraedry [SiO4]4-

2 .Krzemiany wsypowe [Si2O7]6- [Si3O9]6-, [Si6O18]12- pojawia się pierścień

3. Krzemiany łańcuchowe i wstęgowe [SiO3]2-(n)

4. Krzemiany warstwowe

5. Krzemiany szkieletowe (trójwymiarowe)

Glinokrzemiany

-atomy Si w krzemianach zastąpione częściowo przez Al.

-tworzą skorupę ziemską (skały)

-95% skorupy – granit

Granit (wietrzenie) -> krzemionka + kaolinit

Diatomity (ziemia okrzemkowa)

-skały osadowe z jednokomórkowych okrzemek

-zastosowanie:

Filtracja, izolacja, adsorpcja, polerowanie, odlewnictwo metali, wypełnienie, materiały ścierne, ceramiczne

Szkła krzemianowe

-skład: SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 (1800K) + dodatki barwiące, np. tlenki metali

-sodowe

-sodowe-wapniowe

-potasowo-wapniowe

-jenajskie (odporne termicznie)

-potasowo-ołowiowe (szkło krystaliczne)

Szkło wodne – Na2SiO3; K2SiO3

Związki Ge, Sn, Pb

Wodorki

Germanowodory Cynowodór Ołowiowodór

GeH4 SnH4 PbH4 gaz

Ge2H6 ciecz

Ge3H8 ciecz

Ge4H10 ciecz

(GeH2)_∞ ciało stałe

Halogenki

Tetrahalogenki

GeF gaz

GeCl4, SnCl4, PbCl4 ciecze

GeI4, ciało stałe

SnI4, ciało stałe

PbI4 -> nie występuje

-tworzą jony i kwasy kompleksowe np.

SnCl4 + 2HCl -> H2SnCl6 kwas heksachlorocynowy (IV)

Dwuhalogenki

-EX2

Rozpuszczalność:

(i) maleje od Ge do Pb oraz od Cl do I

Np. Ir(PbCl2)>Ir(PbBr2)>Ir>(PbI2)

(ii)zależy silnie od temperatury

Wodorotlenki

Sn(OH)2, Pb(OH)2 amfoteryczne

Sn(OH)2 + NaOH = Na[Sn(OH)3] trihydroksocynian (II) sodu

Sn(OH)2 + HCl = SnCl2 + H2O

M(IV)

GeO2

-przewaga właściwości kwasowych

-reaguje z HF (jak SiO2)

-nieznacznie rozpuszcza się w wodzie

-trudno rozpuszczalny w kwasach

-łatwo rozpuszczalny w alkaliach -> germaniany, np. Na2GeO3

-tworzy kwasy germanowe, H2GeO3 metagermanowy (IV), H4GeO4 ortogermanowy (IV)

SnO2

- nie rozpuszczalny w wodzie i wodnych roztworach kwasów

-ulega stopieniu z NaOH:

SnO2 + 2NaOH = Na2SnO3 + H2O

Na2SnO3(3H2), rozp. -> Na2[Sn(OH)6]

xSnO2*yH2O biały osad

Sole kwasów beztlenowych

Siarczki

GeS, GeS2, SnS, SnS2, PbS

H2, red.

GeS szaroczarne kryształy

PbS błyszcz ołowiowy

-ulega utlenieniu HNO3 do PbSO4

-ulega działaniu HCl :

PbS + 2HCl = PbCl2 + H2S

Sole kwasów tlenowych

Sn

-tworzy sole z kwasami nieorganicznymi i organicznymi

-brak większego znaczenia

Pb

-sole trudno rozpuszczalne w wodzie

Wyjątek Pb(NO3)2

Oraz Pb(CH3COO)2 tzw. cukier oławiany

Rozpuszcza duże ilości PbO, dając zasadowe octany ołowiu

Pb(CH3COO)OH

Pb(CH3COO)2*2Pb(OH)2

PbSO4

-biała sól

-rozpuszczalna w kwasie winowym

W ługu potasowym ->[ Pb(OH)4]2-

2PbCO3*Pb(OH)2 zasadowy węglan ołowiu, biel ołowiowa

PbCrO4

-chromian (VI) ołowiu (II), pomarańczowy

-wytrącany chromianem lub dichromianem

- farba malarska