Презентация на тему "Элементы iv группы главной подгруппыпериодической системы элементов таблицы Менделеева"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Элементы IV группы главной подгруппыпериодической системы элементов таблицы Менделеева

  Выполнила студентка группы х-116 Осипова Вера Руководитель: к.х.н., доц. НХ и ХТ Перегудов Ю.С. Кафедра неорганической химии и химической технологии Воронежский Государственный Университет Инженерных Технологий

• 
  Слайд 2
  

  Подгруппа углерода, в которую входят углерод, кремний, германий, олово и свинец, является главной подгруппой 4 группы Периодической системы. Дмитрий Иванович Менделеев

• 
  Слайд 3
  

  С 2s22p2 Si 3s23p23d0 Ge3d104s24p24d0 Sn4d105s25p25d0 Pb4f145d106s26p26d0 Начиная с кремния, р-элементыIV группы имеют вакантные d-орбитали. Это определяет возможность образования связей по донорно-акцепторному механизму и приводит к увеличению валентности в координационных соединениях до VI. Ввиду отсутствия d-подуровня у атома углерода его валентность в соединениях не может быть более IV, и углерод, в отличие от Si, Ge, Sn и Pb, не способен образовывать комплексные соединения.

• 
  Слайд 4
  

  Углерод и кремний являются типичными неметаллами, а олово и свинец – типичными металлами. Германий занимает промежуточное положение.

• 
  Слайд 5

  Степень окисления

  все элементы имеют характерные степени окисления 4, +2, +4. Как и у всех элементов главных подгрупп периодической системы, при движении сверху вниз устойчивость соединений «крайних» степеней окисления (4 и +4) уменьшается, а степени окисления +2 увеличивается.

• 
  Слайд 6

  Общая характеристика подгруппы

  Атомный радиус сверху вниз возрастает Температура плавления и кипения убывает Энергия ионизации убывает Металлические свойства увеличиваются Основные свойства увеличиваются

• 
  Слайд 7

  Углерод

• 
  Слайд 8

  Физические свойства

  Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

• 
  Слайд 9
  

  Известны четыре кристаллические модификации углерода: графит, алмаз, карбин и лонсдейлит. Графит - серо-чёрная, непрозрачная, жирная на ощупь, чешуйчатая, очень мягкая масса с металлическим блеском, обладает электропроводимостью. Сгорает при 700С в присутствии кислорода. Встречается в природе; получается искусственно. При высокой температуре, давлении и присутствии катализатора (марганец Mn, хром Cr, платиновые металлы) графит превращается в алмаз. Алмаз - минерал, имеющий желтоватый, белый, серый, зеленоватый, реже голубой и черный цвет. Не проводит электрический ток, плохо проводит тепло.. Алмаз - это самое твердое вещество из всех известных. Температура плавления выше 3500 С. Химически стоек. Сгорает при 870С в присутствии кислорода. При 1800С в отсутствие кислорода превращается в графит. Прозрачные кристаллы; после обработки - бриллианты. Добывают из россыпей и коренных месторождений. Карбин получен искусственно. Он представляет собой мелкокристаллический порошок чёрного цвета (плотность = 2 г/см). Построен из длинных цепочек атомов С, уложенных параллельно друг другу. Лонсдейлит найден в метеоритах и получен искусственно; его структура и свойства окончательно не установлены.

• 
  Слайд 10

  Химические свойства

  Химические свойства углерода обычно рассматриваются на примере графита или углей, поскольку алмаз химически неактивен. Углерод малоактивное вещество и в реакции вступает при нагревании или поджигании, что связано с затратами энергии для разрушения кристаллической решетки.

• 
  Слайд 11
  

  1. Взаимодействие с водородом происходит при высокой температуре и наличии катализатора. Ni C + 2H2 = CH4 2. Взаимодействие с кислородом. При сгорании углей образуется диоксид углерода (СО2).. C + O2 = CO2 С + СО2 = 2СО (угарный газ) 3. Углерод непосредственно взаимодействует только с фтором. Соединения с хлором, бромом, йодом получают косвенным путем. С + 2F2 = CF4 4. Углерод при нагревании соединяется с серой и азотом.  C + 2S = CS2 (сероуглерод) 2C + N2 = (CN) 2 - дициан Сероуглерод является хорошим растворителем жиров, смол, лаков. 5. При высокой температуре углерод образует с металлами или их оксидами карбиды. 2C + Ca = CaC2 2Na + 2C = Na2C2 4Al + 3C = Al4C3 C + 3Fe = Fe3C CaO + 3C = CaC2 + CO2Al2O3+ 9C = Al4C3 + 6CO

• 
  Слайд 12
  

  6. При нагревании углерод окисляется азотной и конц. серной кислотами, хотя на холоду устойчив к действию этих и других кислот.  C + 2H2SO4(конц.) = CO2 + 2SO2 + 2H2O 3C + 4HNO3(разб.) = 3CO2 + 4NO + 2H2O 7. Уголь при нагревании проявляет сильные восстановительные свойства, что используется в металлургии. Восстановителем является как сам углерод, так и,образующийся при сгорании угля,монооксид углерода. Fe3O4 + 2C = 3Fe + 2CO2 2ZnO + C = 2Zn + CO2 MnO2 + C = Mn + CO2 BaSO4 + 2C = BaS + 2CO2 SiO2+ C = Si + CO2 Ca3(PO4) 2+ 10C + 6SiO2 = P4 + 6CaSiO3+ 10CO 8. При высокой температуре (1000o C) уголь разлагает воду:  С + H2O = CO + H2

• 
  Слайд 13

  Углерод в организме

  Углерод - важнейший биогенный элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного числа органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (биополимеры, а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества - витамины, гормоны, медиаторы и др.). Значительная часть необходимой организмам энергии образуется в клетках за счёт окисления углерода. Возникновение жизни на Земле рассматривается в современной науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений.

• 
  Слайд 14

  Нахождение в природе

  В природе углерод встречается в виде: алмаза карбина графита в соединениях – в виде каменного и бурого углей и нефти. Входит в состав природных карбонатов: известняка, мрамора, мела CaCO3, доломита CaCO3*MgCO3. Является важной составной частью органических веществ.

• 
  Слайд 15

  Применение

  Графитиспользуется в карандашной промышленности. Также его используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах. Алмаз. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бормашин. Кроме этого, ограненные алмазы — бриллиантыиспользуются в качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях. Благодаря редкости, высоким декоративным качествам и стечению исторических обстоятельств, бриллиант неизменно является самым дорогим драгоценным камнем. Исключительно высокая теплопроводность алмаза (до 2000 Вт/м·К) делает его перспективным материалом для полупроводниковой техники в качестве подложек для процессоров. Но относительно высокая цена (около 50 долларов/грамм) и сложность обработки алмаза ограничивают его применение в этой области. В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода — производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения. Так, карболен(активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) — для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода — для научных исследований (радиоуглеродный анализ).

• 
  Слайд 16

  Кремний

• 
  Слайд 17

  получение

  Основным способом получения кремния является восстановление из диоксида кремния, а наиболее чистый кремний - восстановлением SiCl4. SiO2 + 2C = Si + 2CO 3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3 SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO SiCl4 + 2Zn = Si + 2ZnCl2

• 
  Слайд 18

  Физические свойства

  Кремний - широко распространённый элемент в природе. В земной коре его 27.6%. Технология получения его отличается от технологии получения германия. Исходное сырьё в виде двуокиси кремния широко распространено в природе. Из кремнезёма в дуговых электрических печах путём восстановления его углеродом кокса получают кремний чистотой до 97%. Кристаллический кремний - темно-серое вещество с металлическим блеском.

• 
  Слайд 19

  Химические свойства

  Кремний довольно инертное вещество и его химическая активность проявляется преимущественно при высоких температурах. 1.Кремний взаимодействует с кислородом при 400-500 С, а с водородом - при 3000оC Si + O2 = SiO2 Si + 2H2 = SiH4 (cилан)  2. Кремний взаимодействует с фтором при обычной температуре, а с остальными галогенами при нагревании. Si + 2F2 = SiF4 Si + 2Cl2= SiCl4 Si + 2Br2 = SiBr4 Галогениды кремния гидролизуются водой с образованием кремневой кислоты или диоксида кремния (если гидролиз идет при нагревании). SiСl4 + 3H2O = H2SiO3 + 4HCl SiCl4 + 2H2O = 4HCl + SiO2   3. Взаимодействие с другими неметаллами также идет при нагревании: Si + 2S = SiS2 3Si + 2N2 = Si3N4 Si + C = SiC  

• 
  Слайд 20
  

  4. При нагревании кремния с металлами образуются силициды. Силициды разлагаются водой и кислотами с образованием силана (основной способ получения силана). Силан горит и разлагается щелочью. 2Ca + Si = Ca2Si 2Mg + Si = Mg2Si Сa2Si + 4HCl = 2CaCl2 + SiH4 Сa2Si + 4H2O = 2Ca(OH) 2+ SiH4 SiH4 + 2О2 = SiO2 + 2H2O SiH4 + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 4H2   5. Кислоты, кроме плавиковой, на кремний не действуют, в щелочах кремний растворяется с выделением водорода. Si + 4HF = SiF4 + 2H2 Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2   6. При нагревании кремний разлагает воду. Si + 2H2O = SiO2 + 2H2

• 
  Слайд 21

  Нахождение в природе

  Кремний после кислорода — самый распространенный элемент в земной коре. В отличие от углерода в свободном состоянии кремний в природе не встречается. Наиболее распространенными его соединениями являются оксид кремния (IV) SiO2 и соли кремниевых кислот — силикаты. Они образуют оболочку земной коры. Соединения кремния содержатся в организмах растений и животных. состав некоторых природных силикатов: полевой шпат К2О× Аl2O3× 6SiO2, асбест 3MgО× 2SiO2× 2H2O, cлюда К2О× 3Аl2O3× 6SiO2× 2H2O, каолинит 3Аl2O3× 2SiO2× 2H2O. Силикаты, содержащие в своем составе также оксид алюминия, называются алюмосиликатами- полевой шпат, каолинит и слюда. Граниты и гнейсы — состоят из кристалликов кварца, полевого шпата и слюды.

• 
  Слайд 22

  применение

  Технический кремний находит следующие применения: сырьё для металлургических производств: компонент сплава (бронзы, силумин); раскислитель (при выплавке чугуна); модификатор свойств металлов или легирующий элемент (например, добавка определённого количества кремния при производстве трансформаторных сталей, сырьё для производства более чистого поликристаллического кремния и очищенного металлургического кремния (в литературе «umg-Si»); сырьё для производства кремнийорганических материалов, силанов; иногда кремний технической чистоты и его сплав с железом (ферросилиций) используется для производства водорода в полевых условиях; для производства солнечных батарей.

• 
  Слайд 23

  Германий, олово, свинец

• 
  Слайд 24

  германий

  Твёрдое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском. Природный Германий представляет собой смесь пяти стабильных изотопов с массовыми числами 70, 72, 73, 74 и 76. Германий кристаллизуется в кубической структуре типа алмаза, параметр элементарной ячейки а = 5, 6575Å. Даже весьма чистый Германий хрупок при обычной температуре, но выше 550°С поддается пластической деформации. Германий - типичный полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,104·10-19дж или 0,69 эв (25°С); Прозрачен для инфракрасных лучей с длиной волны больше 2 мкм.

• 
  Слайд 25

  олово

  Олово при нормальных условиях — мягкий, ковкий, пластичный металл серебристо-белого цвета. Обладая высокой мягкостью и тягучестью, олово может быть прокатано в тонкие листы, которые называют оловянной фольгой или станиолем.

• 
  Слайд 26

  свинец

  Металл мягкий, легко режется ножом. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.

• 
  Слайд 27

  получение

  ГЕРМАНИЙ встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO2, который восстанавливают водородом при 600 °С до простого вещества: GeO2+ 2H2= Ge + 2H2O.Очистка и выращивание монокристалов германия производится методом зонной плавки( метод очистки твёрдых веществ, основанный на различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах). СВИНЕЦ. Основной источник – сульфидные полиметаллические руды, содержащие от 1 до 5% свинца. Руду концентрируют до содержания свинца 40 – 75%, затем подвергают обжигу: 2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 и восстанавливают свинец коксом и оксидом углерода(II) ОЛОВО. Промышленное получение целесообразно, если содержание его в россыпях 0,01% , в рудах 0,1%; обычно же десятые и единицы процентов. Олову в рудах часто сопутствуют W, Zr, Cs, Rb, редкоземельные элементы, Та, Nb и другие ценные металлы. Первичное сырье обогащают: россыпи - преимущественно гравитацией, руды - также флотогравитацией или флотацией.

• 
  Слайд 28

  Нахождение в природе

  СВИНЕЦ. Содержание в земной коре 1,6·10-3% по массе. Самородный свинец встречается редко. В природе известно 180 минералов свинца. Основные — галенит PbS и продукты его химических превращений — англезит PbSO4 и церуссит PbCO3. Реже встречаются пироморфит PbCl2·3Pb32, миметит PbCl2·3Pb32, крокоит PbCrO4, вульфенит PbMoO4, штольцит PbWO4. В свинцовых рудах часто находятся также другие металлы — медь, цинк, кадмий, серебро, золото, висмут и др. ОЛОВО— редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10−4 до 8·10−3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn). ГЕРМАНИЙ. Общее содержание в земной коре7×10−4% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4, аргиродит Ag8GeS6, конфильдит Ag8(Sn, Ce) S6 и др. Кроме того, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.

• 
  Слайд 29

  Химические свойства

  При нагревании реагируют с кислородом, серой, хлором, не реагируют с водородом, углеродом, азотом. 2Pb + O2 = 2PbO; Ge + 2S = GeS2; Sn + 2Cl2 = SnCl4 Германий и олово с водой не взаимодействуют.Свинец медленно растворяется в воде:  2Pb + O2 + 2H2O = 2Pb(OH)2 . В ряду активности Ge стоит между Cu и Ag, т.е. после водорода, а Sn и Pb до водорода. Олово взаимодействуя с разбавленными кислотами вяло вытесняет водород:  Sn + H2SO4 (pазб) = SnSO4 + H2  Sn + 2HCl = SnCl2 + H2  Все три элемента взаимодействуют со щелочами (германий в присутствии окислителя):  Sn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Sn(OH)4] + H2  Ge + 2NaOH + 2H2O2 = Na2[Ge(OH)6]

• 
  Слайд 30
  

  С кислородом Ge, Sn, Pb дают два ряда оксидов и гидроксидов (валентности II и IV). SnO + 2HCl = SnCl2 + H2O SnO + 2NaOH = Na2SnO2 + H2O Гидроксиды (II) получают взаимодействием соли со щелочью: SnCl2 + 2NaOH = Sn(OH)2 ↓ + 2NaCl.  При избытке щелочи гидроксиды, выпавшие в осадок растворяются: Sn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Sn(OH)4] Оксид свинца PbO2 можно получить по реакции:  Pb(CH3COO)2 + CaOCl2 + H2O = PbO2↓ + CaCl2 + 2CH3COOH   Все три оксида проявляют амфотерные свойства, но кислотная функция у них выражена сильнее, чем у оксидов в низшей степени окисления. Существует смешанный оксид свинца Pb3O4 – свинцовый сурик, нерастворимый в воде порошок красивого ярко-оранжевого цвета. При взаимодействии этого оксида с разбавленной азотной кислотой образуются двухвалентный нитрат свинца и диоксид свинца:  Pb3O4 + 4HNO3 = PbO2 ↓ + 2Pb(NO3)2 + 2H2O   Гидроксиды (IV) можно получить при действии на соли четырехвалентных металлов щелочью:  SnCl4 + 2NaOH = Sn(OH)4↓ + 2NaCl  Гидроксиды (IV) амфотерны: Sn(OH)4 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + H2O Sn(OH)4 + 2NaOH = Na2[Sn(OH6)]    

• 
  Слайд 31

  Оловянная чума

  Есть у олова свойство, которое называют «оловянной чумой». Металл «простужается» на морозе уже при -13°С и начинает постепенно разрушаться. При температуре -33 °С свойство прогрессирует с невероятной быстротой — оловянные изделия превращаются в серый порошок. Именно из-за оловянной чумы до нас не дошли известнейшие коллекции оловянных солдатиков из прошлого. Почему сейчас не случаются подобные истории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выяснена ее физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивость металла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуют этому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.

• 
  Слайд 32

  Применение германия

  полупроводниковая техника,используется для изготовления диодов, триодов, кристаллических детекторов и силовых выпрямителей. в дозиметрических приборах и приборах, измеряющих напряженность постоянных и переменных магнитных полей. инфракрасная техника, в частности производство детекторов инфракрасного излучения, работающих в области 8-14 мкм. стекла на основе GeO2

• 
  Слайд 33

  Применение олова

  безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами изготовления тары пищевых продуктов известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn. двуокись олова — очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.

• 
  Слайд 34
  

  оловоорганические стекла надежно защищают от рентгеновского облучения, полимерными свинец- и оловоорганическими красками покрывают подводные части кораблей, чтобы на них не нарастали моллюски. в химических источниках тока в качестве анодного материала перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе олово имеет непосредственное отношение к рождению мелодичных звуков в самых различных колоколах, поскольку оно входит в состав медных сплавов, применяемых для их отливки. защита древесины от гниения, уничтожение насекомых-вредителей и многое другое.

• 
  Слайд 35

  Применение свинца

  в производстве свинцовых аккумуляторов. свинец сильно поглощает γ-лучи и рентгеновские лучи, благодаря чему его применяют как материал для защиты от их действия (контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратура рентгеновских кабинетов и других). изготовление оболочек электрических кабелей, защищающих их от коррозии и механических повреждений. оксид Свинца РbО вводят в хрусталь и оптическое стекло для получения материалов с большим показателем преломления