Chemia rep41

Węglowce C, Si, Ge, Sn, Pb

Pierwiastki IV grupy z racji swego centralnego położenia w układzie okresowym (4 elektrony walencyjne) powinny mieć równą w przybliżeniu tendencję do oddania jak i pobrania elektronów i skompletowania w ten sposób konfiguracji oktetowej. Wniosek taki jest słuszny tylko w odniesieniu, do węgla, ze wzrostem bowiem, masy atomowej charakter pierwiastków w grupie zmienia się od niemetalicznego - węgla - do cyny i ołowiu. Pierwiastki C i Si na dodatnich stopniach utlenienia +4 sąkationoidami, tzn. występują tylko w złożonych anionach.

Równocześnie obserwuje się w grupach drugą zależność, a mianowicie, że ze wzrostem masy atomowej rośnie trwałość niższych stopni utlenienia. Tlenki cyny mają charakter - amfoteryczny i są trwalsze na +4 niż na +2 stopniu utlenienia. Tlenki cięższego ołowiu, odwrotnie, są trwalsze na +2 stopniu utlenienia i mają charakter wyraźnie zasadowy. Ponieważ tlenek na wyższym stopniu utlenienia ma zawsze charakter bardziej kwasowy, a na niższym bardziej zasadowy [np. HMn0₄ jest kwasem, a Mn(OH)₂ - zasadą], nic dziwnego, że najcięższe pierwiastki w grupie mają bardziej metaliczny charakter.

Specyficzną cechą węgla, różniącą go od pozostałych węglow-ców, jest tendencja do tworzenia łańcuchów węglowych oraz podwójnych i potrójnych wiązań.

W grupie IV obserwuje się znacznie większe różnice między pierwiastkami niż w omówionych już grupach I-III. Węgiel i krzem są niemetalami, german ma charakter półmetaliczny, a cyna i ołów są już metalami.

Węgiel. W związkach chemicznych jest czterowartościowy, ponieważ w stanie wzbudzonym wszystkie cztery elektrony walencyjne pojedynczo obsadzają orbital s i trzy orbitale p.

Obie odmiany alotropowe węgla: diament i grafit, różnią się między sobą strukturą sieci przestrzennej. Tetraedrycznie rozmiesz-r /one w diamencie atomy węgla są połączone równocennymi wiązaniami kowalencyjnymi. Grafit, w przeciwieństwie do diamentu, dysponuje wiązaniami 7t i jest przewodnikiem prądu.

Węgiel tworzy z tlenem dwutlenek węgla C0₂ i tlenek węgla (’0. Z wodąC0₂ tworzy kwas węglowy:

co₂+h₂o»h₂co₃

Zależnie od temperatury ustala się między węglem, tlenkiem i dwu-I lenkiem węgla równowaga:

C0₂ + C « 2CO

Tlenek węgla jest związkiem słabo reaktywnym, ale wobec odpowiednich katalizatorów oraz ciśnienia i temperatury wchodzi w wiele ważnych technicznie reakcji, jak np.:

ciśnienie

CO + 2H₂ Fe Zn > CH₃OH—CH3COOH CO + 3H₂ —JT+ CH₄ + H₂0

Tlenek węgla jest silnie trujący, łączy się bowiem z hemoglobiną silniej niż tlen. Z wieloma metalami tlenek węgla tworzy związki zwane karbonylkami:

Ni + 4CO = Ni(CO)₄

Fe + 5CO = Fe(CO)₅

Oprócz C0₂ i CO znany jest również podtlenek węgla C₃0₂ (O = C = C = C = O), który powstaje podczas termicznego rozkładu kwasu malonowego. W temperaturze pokojowej C₃0₂ jest cieczą.

Z fluorowcami węgiel tworzy liczne halogenki proste i mieszane. W wyniku bezpośredniej syntezy z fluorem w podwyższonych temperaturach powstają fluorki węgla. Mieszane fluoropochod-ne węgla (CF₃C1, CF₂C1₂, CC1₃F), zwane freonami, są gazami, a że

81