lection11 (1113309)
Текст из файла
Биологический факультет (Специальность биофизика)Факультет биоинженерии и биоинформатики2005/2006Общая и неорганическая химияЛЕКЦИИЛекция 11. Углерод,кремний, германий, олово, свинецСвойства простых веществC (графит)SiGeSn*Pb0Темп. плавл., С35001420936232327Темп. кипен., 0С3700285026201745Радиус атома, пм77117122158 (мет)175 (мет)0*Данные для белого (металлического) олова; при температурах ниже +13,2 С болееустойчиво серое олово (полупроводник).Аллотропные модификации углеродаграфиталмазкарбин00+1,83∆Н образования, кДж/мольТеплота сгорания, кДж/моль-393,5-395,3-360С60+42нанотрубкиПрименение простых веществМировое производство синтетических алмазов – до 120 т/год. На заводе ГАЗ загод расходуется в инструментах до 400 тыс.
каратов (80 кг) синтетических алмазов.Перспективный метод синтеза алмазов – взрывной. Из смеси тротила сгексогеном (50/50) получается до 10% микроалмазов (2-20 нм) от массы ВВ.Параметры взрыва: скорость детонационной волны 7-8 км/с, давление 20-30 ГПа(1 ГПа = 104 атм), Т = 3000-4000 К. При взрывном укрупнении получают кристаллы до0,6 мм [1].Кристаллы чистого графита позволяют получить на свежих сколах “атомночистые” поверхности и потому широко используются в качестве электропроводящихподложек для образцов, исследуемых туннельной микроскопией [2].Блоки из графита служат замедлителями нейтронов в реакторах атомныхэлектростанций. Из графита и стеклографита делают рулевые пластины реактивныхдвигателей.
Графитовые аноды используют в промышленных электролизерах дляполучения алюминия.Все шире применяется новый материал – вспененный графит, сочетающийгибкость и высокую химическую и термическую стойкость.Получаемая при пиролизе метана сажа – основной наполнитель резины дляавтомобильных покрышек.Особо чистые кремний и германий в настоящее время – основныеполупроводниковые материалы (особенно кремний).Примерно половина производимого в мире олова расходуется на покрытиестальной жести – для консервных банок.12 млн. т. свинца (50% мирового производства) ежегодно расходуются дляизготовления аккумуляторов.УглеродКарбидыКарбид кальция:CaO + 3 C = CaC2 + CO∆H0 = +462 кДжCaC2 + 2 H2O = Ca(OH)2 + C2H2Ацетилен выделяют при реакции с водой и карбиды цинка, кадмия, лантана ицерия:2 LaC2 + 6 H2O = 2La(OH)3 + 2 C2H2 + H2Be2C и Al4C3 разлагаются водой с образованием метана:Al4C3 + 12 H2O = 4 Al(OH)3 = 3 CH4В технике применяют карбиды титана TiC, вольфрама W2C (твердые сплавы), кремнияSiC (карборунд – в качестве абразива и материала для нагревателей).Неорганические соединения углерода с азотом и кислородомВ промышленности получают цианамид кальция:CaC2 + N2 = CaCN2 + C∆H0 = - 301 кДжЦианамид применяют в качестве азотного удобрения, поскольку он гидролизуется:CaCN2 + 3 H2O = CaCO3 + 2 NH3Цианиды получают при нагревании соды в атмосфере аммиака и угарного газа:Na2CO3 + 2 NH3 + 3 CO = 2 NaCN + 2 H2O + H2 + 2 CO2 ∆H0 = +121 кДжСинильная кислота HCN – важный продукт химической промышленности,широко применяется в органическом синтезе.
Ее мировое производство достигает 200тыс. т в год.Электронное строение цианид-аниона аналогично оксиду углерода (II), такиечастицы называют изоэлектронными::C=O:[:C=N:]–Цианиды (0,1-0,2%-ный водный раствор) применяют при добыче золота :2 Au + 4 KCN + H2O + 0,5 O2 = 2 K[Au(CN)2] + 2 KOHПри кипячении растворов цианидов с серой или сплавлении твердых веществобразуются роданиды:KCN + S = KSCNПри нагревании цианидов малоактивных металлов получается дициан:Hg(CN)2 = Hg + (CN)2Растворы цианидов окисляются до цианатов:2 KCN + O2 = 2 KOCNЦиановая кислота существует в двух формах:H-N=C=O ↔ H-O-C=N:В 1828 г.
Фридрих Вёлер (1800-1882) получил из цианата аммония мочевину:при упаривании водного раствораNH4OCN = CO(NH2)2Это событие обычно рассматривается ка победа синтетической химии над"виталистической теорией".Существует изомер циановой кислоты – гремучая кислота H-O-N=C2Ее соли (гремучая ртуть Hg(ONC)2) используются в ударных воспламенителях.Синтез мочевины (карбамида) :CO2 + 2 NH3 = CO(NH2)2 + H2OПри 1300С и 100 атм.Мочевина является амидом угольной кислоты, существует и ее “азотныйаналог” – гуанидин:угольнаякислотамочевинагуанидинКарбонатыВажнейшие неорганические соединения углерода – соли угольной кислоты(карбонаты). H2CO3 – слабая кислота (К1 = 1,3*10-4; К2 = 5*10-11). Карбонатный буфер(см. лекцию 5) поддерживает углекислотное равновесие в атмосфере.Мировой океан обладает огромной буферной емкостью, потому что он являетсяоткрытой системой. Основная буферная реакция – равновесие при диссоциацииугольной кислоты:H2CO3 ↔ H+ + HCO3При понижении кислотности происходит дополнительное поглощение углекислого газаиз атмосферы с образованием кислоты:CO2 + H2O ↔ H2CO3При повышении кислотности происходит растворение карбонатных пород (раковины,меловые и известняковые отложения в океане); этим компенсируется убыльгидрокарбонатных ионов:H+ + CO32- ↔ HCO3CaCO3(тв.) + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2 HCO3Твердые карбонаты переходят в растворимые гидрокарбонаты.
Именно этот процессхимического растворения избыточного углекислого газа противодействует“парниковому эффекту” – глобальному потеплению из-за поглощения углекислымгазом теплового излучения Земли [3].Примерно треть мирового производства (30,5 млн. т. в 1990 г.) соды (карбонатнатрия Na2CO3) используется в производстве стекла.КремнийКремний – один из основных элементов земной коры (27,7 вес %).Силициды обычно разлагаются с выделением силана:Mg2Si + 4 H2O = 2 Mg(OH)2 + SiH4Кремний легко растворяется в щелочах. Известна пиросмесь на основе кремния,горящая с выделением водорода – гидрогенит:Si + Ca(OH)2 + 2 NaOH = Na2SiO3 + CaO + 2 H2Выделяется до 370 л водорода на 1 кг смеси.В отличие от углерода, наиболее прочные структуры кремний образует скислородными мостиками.3Кристаллический кварц в воде практически не растворим (0,0005% при 250С),очень слабую (слабее угольной) кремниевую кислоту невозможно выделить в видеH2SiO3 , она выпадает при подкислении растворов силикатов щелочных металлов ввиде студня xSiO2*yH2O.
Широко используется как осушитель – силикагель.Наиболее распространенное стекло варят при 14000С:Na2CO3 + CaCO3 + 6 SiO2 = Na2O*CaO*6SiO2 + 2 CO2 ↑ГерманийЕго соединения похожи на соединения кремния. Менее активен, чем кремний иолово – растворяется только в кислотах-окислителях и в щелочах в присутствиипероксида.Ge + 4 H2SO4 (конц) = Ge(SO4)2 + 2 SO2 + 4 H2OGe + 2 NaOH + 2 H2O2 = Na2[Ge(OH)6]Олово и свинецЯвно выражены металлические свойства. В отличие от более легких элементовIV группы, олово и свинец образуют преимущественно соли со степенью окисления +2:Sn + 2 HCl = SnCl2 + H2 ↑Оба металла проявляют амфотерные свойства:Pb + 2 NaOH + 2 H2O = Na2[Pb(OH)4] + H2 ↑Концентрированная азотная кислота окисляет олово (и германий) досоответствующих кислот H2ЭО3 , а свинец – до соли Pb(NO3)2 .
Соединения свинца (IV)получаются только при действии сильных окислителей и сами являются сильнымиокислителями:5 PbO2 + 2 MnSO4 + 3 H2SO4 = 5 PbSO4 + 2 HMnO4 + 2 H2OОксид олова (IV) – полупроводник, причем прозрачный для видимого света.Поэтому его используют (вместе с оксидом индия) для изготовления токопроводящихдорожек жидкокристаллических индикаторов и дисплеев, а также для нагревателейстеклянной посуды [4] и химических датчиков (сенсоров) [5]. К последним относятсяпопулярные сейчас датчики СО/СН (угарный газ и углеводороды) на постахэкологического контроля автомобилей.Свинцовые аккумуляторы (см. лекцию 5): ЭДС мин.
2,1 В; зарядный ток = 1/10емкости; емкость 3-4 Ач/кг. Выпускается 100 млн. свинц. аккумуляторов в год.PbO2 + 2 H2SO4 + Pb ↔ PbSO4 + 2 H2O + PbSO4 → разряд(+)(-)Содержание в живом организме и биологическое действиеВ организме человека содержится 21,15% углерода, 10-3% кремния (печень,надпочечники, волосы, хрусталик глаза), 10-5% германия, 10-4% олова, 10-6% свинца.Токсические свойства соединений углерода [6]CO2CO(CN)2HCN0Температура кипения, С-78,5(в) -191,5-20,7+25,73ПДК (8 часов в сутки), мг/м9800201,20,34KCN0,3COCl2+8,20,513,6%2000600Смертельно за 1 - 3 часа, мг/м3*средняя разовая смертельная доза для человека100000,12г*5Углекислый газ в малых концентрациях возбуждает дыхательный центр, вбольших - угнетает.СО вытесняет кислород из оксигемоглобина крови благодаря образованиюпрочного комплекса с железом.Синильная кислота и цианиды блокируют дыхательные ферменты, "выключая"дыхательный и сосудодвигательный рефлексы.
Ткани перестают потреблять кислород(алая окраска венозной крови).Фосген поражает капилляры легких - резко повышается проницаемость дляводы и белка капилляров и стенок альвеол. В результате развивается отек легких,сопровождаемый денатурацией белка (повышается вязкость крови).Тетраэтилсвинец“Этиловая жидкость” – антидетонационная добавка к бензину, состоит изтетраэтилсвинца Pb(C2H5)4 (61%), дибромэтана (25-35%), дихлорэтана (до 9%),хлорнафталина (до 8%) [7]. При добавлении 0,82 г ТЭС к 1 кг изооктана октановоечисло увеличивается от 100 до 110 [8]. Но...Воздействие ТЭС на нервную систему (при вдыхании паров) [9]: “Отравленныйбуйствует, ломает все, что попадается под руку, нередко делает попытки ксамоубийству.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
