Pročitajte također:
|
Glavna podgrupa grupe IV periodnog sistema uključuje elemente: ugljenik, silicijum, germanijum, kalaj i olovo. Ugljik i silicijum su tipični nemetali, a kalaj i olovo su tipični metali. Germanijum zauzima srednju poziciju. Na uobičajenim temperaturama je poluvodič, ima atomsku kristalnu rešetku i vrlo je krhak, pokazujući nemetalne osobine. Međutim, na povišenim temperaturama germanij poprima karakteristična metalna svojstva, kao što su duktilnost i visoka električna provodljivost.
Atomi ugljika, silicija, germanija, kositra i olova u osnovnom stanju imaju sličnu strukturu vanjskog elektronskog sloja i pripadaju p-elementima:
Si 3s23p23d0
Ge 3d104s24p24d0
Sn 4d105s25p25d0
Pb 4f145d106s26p26d0
Međutim, samo germanijum, kalaj i olovo su potpuni elektronski analogi - imaju istu elektronsku konfiguraciju i spoljašnjeg i prethodnog podnivoa. Imaju slična hemijska svojstva.
Pošto je broj nesparenih elektrona u osnovnom stanju 2, a u valentno pobuđenom stanju – 4, glavne valencije svih elemenata su II i IV. Počevši od silicijuma, p-elementi IV grupe imaju slobodne d-orbitale. Ovo određuje mogućnost formiranja veza putem donor-akceptor mehanizma i dovodi do povećanja valencije u koordinacionim spojevima do VI. Zbog odsustva d-podnivoa na atomu ugljika, njegova valencija u jedinjenjima ne može biti veća od IV, a ugljik, za razliku od Si, Ge, Sn i Pb, nije sposoban za formiranje kompleksnih spojeva. Ova okolnost, kao i najmanja veličina atoma i najveća elektronegativnost ugljika, objašnjavaju zašto se hemijska svojstva ovog elementa značajno razlikuju ne samo od hemijskih svojstava germanijuma, kalaja i olova, već i od hemijskih svojstava silicijuma.
Zahvaljujući njegovom elektronska struktura i prosječne vrijednosti elektronegativnosti, svi elementi imaju karakteristična oksidaciona stanja -4, +2, +4. Kao i kod svih elemenata glavnih podgrupa periodnog sistema, pri kretanju od vrha do dna, stabilnost jedinjenja „ekstremnih“ oksidacionih stanja (-4 i +4) opada, a +2 oksidaciono stanje raste.
opšte karakteristikečetvrta grupa glavne podgrupe:
a) svojstva elemenata sa stanovišta strukture atoma;
b) oksidaciono stanje;
c) svojstva oksida;
d) svojstva hidroksida;
e) jedinjenja vodonika.
a) Ugljenik (C), silicijum (Si), germanijum (Ge), kalaj (Sn), olovo (Pb) - elementi grupe 4 glavne podgrupe PSE. Na vanjskom elektronskom sloju, atomi ovih elemenata imaju 4 elektrona: ns2np2. U podgrupi, kako se atomski broj elementa povećava, atomski radijus se povećava, nemetalna svojstva slabe, a metalna svojstva se povećavaju: ugljenik i silicijum su nemetali, germanijum, kalaj, olovo su metali.
b) Elementi ove podgrupe pokazuju i pozitivna i negativna oksidaciona stanja: -4, +2, +4.
V) Viši oksidi ugljenik i silicijum (C02, Si02) imaju kisela svojstva, oksidi preostalih elemenata podgrupe su amfoterni (Ge02, Sn02, Pb02).
d) Ugljične i silicijumske kiseline (H2CO3, H2SiO3) su slabe kiseline. Hidroksidi germanijuma, kositra i olova su amfoterni i pokazuju slaba kisela i bazična svojstva: H2GeO3 = Ge(OH)4, H2SnO3 = Sn(OH)4, H2PbO3 = Pb(OH)4.
e) Jedinjenja vodonika:
CH4; SiH4, GeH4. SnH4, PbH4. Metan - CH4 je jako jedinjenje, silan SiH4 je manje jako jedinjenje.
Sheme strukture atoma ugljika i silicija, opća i karakteristična svojstva.
Si 1S22S22P63S23p2.
Ugljik i silicijum su nemetali jer se u vanjskom elektronskom sloju nalaze 4 elektrona. Ali pošto silicijum ima veći atomski radijus, veća je verovatnoća da će odati elektrone nego ugljenik. Ugljik - redukcijski agens:
Ugljik je nemetal. Glavne kristalne modifikacije ugljika su dijamant i grafit.
Silicijum je tamni nemetal siva. Čini 27,6% mase zemljine kore.
Germanijum je metal srebrno-sive boje. Gustina germanijuma u čvrstom stanju jednako 5,327 g/cm3, u tečnosti -5,557 g/cm3.
Kalaj je savitljiv, lagan metal srebrno-bijele boje.
Olovo je savitljiv sivi metal. Element je prilično mekan i lako se može rezati nožem.
Flerovij je vještački superteški radioaktivni element. Od poznatih izotopa, 289Fl je najstabilniji. Poluživot je oko 2,7 sekundi za 289Fl i 0,8 sekundi za 288Fl.
| | | | 5 |
IVA grupa periodnog sistema elemenata D.I. Mendeljejevljevi elementi su ugljenik, silicijum, germanijum, kalaj i olovo. Opća elektronska formula valentne ljuske atoma elemenata grupe IV.
Atomi ovih elemenata imaju četiri valentna elektrona u s- i p-orbitalama vanjskog energetskog nivoa. U nepobuđenom stanju, dva p elektrona nisu uparena. Posljedično, u jedinjenjima ovi elementi mogu pokazati +2 oksidacijsko stanje. Ali u pobuđenom stanju, elektroni vanjskog energetskog nivoa poprimaju konfiguraciju ns1pr3, a sva 4 elektrona su nesparena.
Na primjer, za ugljik, prijelaz sa s-podnivoa na p-podnivo može se predstaviti na sljedeći način.
U skladu sa elektronskom strukturom pobuđenog stanja, elementi grupe IVA mogu da ispolje oksidaciono stanje od +4 u jedinjenjima. Polumjeri atoma elemenata grupe IVA prirodno rastu s povećanjem atomskog broja. U istom smjeru prirodno se smanjuju energija jonizacije i elektronegativnost.
Tokom tranzicije u grupi C--Si--Ge--Sn--Pb, uloga usamljenog elektronskog para na vanjskom s-podnivou tokom formiranja hemijske veze. Stoga, ako je za ugljik, silicij i germanij oksidacijsko stanje +4, onda je za olovo +2.
U živom organizmu ugljik, silicijum i germanijum su u oksidacionom stanju +4, a kositar i olovo karakteriše oksidaciono stanje +2.
U skladu s povećanjem veličine atoma i smanjenjem energije ionizacije tijekom prijelaza s ugljika na olovo, nemetalna svojstva slabe, jer se smanjuje sposobnost vezivanja elektrona i povećava lakoća njihovog oslobađanja. Zaista, prva dva člana grupe: ugljenik i silicijum su tipični nemetali, germanijum, kalaj i olovo su amfoterni elementi sa izraženim metalnim svojstvima u potonjem.
Povećanje metalnih svojstava u seriji C--Si--Ge--Sn--Pb takođe se manifestuje u hemijskim svojstvima jednostavne supstance. U normalnim uslovima, elementi C, Si, Ge i Sn su otporni na vazduh i vodu. Olovo oksidira u vazduhu. U elektrohemijskom nizu napona metala, Ge se nalazi iza vodonika, a Sn i Pb neposredno ispred vodonika. Stoga germanij ne reagira sa kiselinama kao što su HCl i razrijeđeni H2SO4.
Elektronska struktura i veličina atoma, prosječna vrijednost elektronegativnosti objašnjavaju snagu veze S--S i sklonost atoma ugljika da formiraju duge homolance:
Zbog srednje vrijednosti elektronegativnosti, ugljik stvara niskopolarne veze sa vitalnim elementima - vodonikom, kisikom, dušikom, sumporom itd.
Hemijska svojstva kisikovih spojeva ugljika i silicija. Među neorganskim jedinjenjima ugljika, silicija i njihovih analoga, kisikovi spojevi ovih elemenata su od najvećeg interesa za liječnike i biologe.
Oksidi ugljenika (IV) i silicijum (IV) EO2 su kiseli, a odgovarajući hidroksidi H2EO3 su slabe kiseline. Odgovarajući oksidi i hidroksidi preostalih elemenata grupe IV su amfoterni.
Ugljični dioksid CO2. se konstantno formira u tkivima organizma tokom metabolizma i igra važnu ulogu u regulaciji disanja i cirkulacije krvi. Ugljični dioksid je fiziološki stimulans respiratornog centra. Velike koncentracije CO2 (preko 10%) uzrokuju tešku acidozu – smanjenje pH krvi, nasilnu otežano disanje i paralizu respiratornog centra.
Ugljični dioksid se otapa u vodi. U tom slučaju u otopini nastaje ugljična kiselina:
H2O + CO2 ? H2CO3
Ravnoteža je pomjerena ulijevo, tako da je većina ugljičnog dioksida u obliku CO2 H2O hidrata, a ne H2CO3. Ugljena kiselina H2CO3 postoji samo u rastvoru. Odnosi se na slabe kiseline.
Kao dvobazna kiselina, H2CO3 formira srednje i kisele soli: prve se nazivaju karbonati: Na2CO3, CaCO3 su natrijum i kalcijum karbonati; drugi - hidrokarbonati: NaHCO3, Ca(HCO3)2 - natrijum i kalcijum bikarbonati. Svi bikarbonati su visoko rastvorljivi u vodi; karbonati su rastvorljivi iz srednjih soli alkalni metali i amonijum.
Slani rastvori ugljična kiselina zbog hidrolize imaju alkalnu reakciju (pH>7), na primjer:
Na2CO3 + HON? NaHCO3 + NaOH
CO32- + NOH? HCO3- + OH-
Hidrogenkarbonatni puferski sistem (H2CO3 - HCO3 -) služi kao glavni puferski sistem krvne plazme, osiguravajući održavanje acidobazne homeostaze, konstantne pH vrijednosti krvi od oko 7,4.
Pošto hidroliza karbonata i bikarbonata rezultira alkalnom sredinom, ova jedinjenja se u medicinskoj praksi koriste kao antacidi (neutralizatori kiseline) za visoku kiselost želudačnog soka. To uključuje natrijum bikarbonat NaHCO3 i kalcijum karbonat CaCO3:
NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2
Silikatnom cementu koji sadrži SiO2 dodaje se tekućina, koja je vodeni rastvor ortofosforne kiseline H3PO4, djelomično neutraliziran cink oksidom ZnO i aluminij hidroksidom Al(OH)3. Proces “stvrdnjavanja” silikatnog cementa počinje razgradnjom praha ortofosfornom kiselinom uz nastajanje koloidnih otopina aluminij fosfata i silicijumske kiseline promjenjivog sastava xSiO2 yH2O:
Al2O3 + 2H3PO4 = 2AlPO4 + 3H2O
xSiO2 + yH3O+ = xSiO2 yH2O + yH+
Tokom pripreme punjenja, kao rezultat mešanja, dolazi do hemijskih reakcija sa stvaranjem metalnih fosfata, npr.
3CaO + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3H2O
Samo silikati alkalnih metala su visoko rastvorljivi u vodi. Kada mineralne kiseline deluju na rastvore silikata, dobijaju se silicijumske kiseline, na primer metasilicijum H2SiO3 i ortosilicijum H4SiO4.
Silicijumske kiseline su slabije od ugljenih kiselina; talože se kada CO2 deluje na rastvore silikata. Silikati su visoko hidrolizovani. To je jedan od razloga uništavanja silikata u prirodi.
Spajanjem različitih mješavina silikata međusobno ili sa silicijum dioksidom dobijaju se prozirni amorfni materijali koji se nazivaju staklima.
Sastav stakla može varirati i zavisi od uslova proizvodnje.
Kvarc staklo (gotovo čist silicijum) toleriše nagle promene temperature i gotovo ne blokira ultraljubičaste zrake. Takvo staklo se koristi za pripremu živino-lučnih lampi, koje se široko koriste u fizioterapiji, kao i sterilizaciji operacionih sala.
Porcelanske mase koje se koriste u ortopedskoj stomatologiji sastoje se od kvarcnog SiO2 (15-35%) i aluminosilikata: feldspat E2O Al2O3 6SiO2, gdje je E K, Na ili Ca (60-75%), i kaolin Al2O3 2SiO2 2H2O (3--10%) ). Omjer komponenti može varirati ovisno o namjeni porculanske mase.
Feldspat K2O Al2O3 6SiO2 je glavni materijal za proizvodnju zubnih porculanskih masa. Kada se otopi, pretvara se u viskoznu masu. Što je više feldspata, to je porculanska masa nakon žarenja transparentnija. Prilikom žarenja porculanskih masa, feldspat, koji je više topljiv, snižava tačku topljenja smjese.
Kaolin (bijela glina) je bitan dio dentalnog porculana. Dodatak kaolina smanjuje fluidnost porculanske mase.
Kvarc, koji je dio dentalnog porculana, jača keramički proizvod, dajući mu veću tvrdoću i hemijsku otpornost.
Ugljen monoksid CO. Od jedinjenja elemenata grupe IVA, u kojima pokazuju oksidaciono stanje +2, ugljični monoksid (II) CO je od interesa za liječnike i biologe. Ovo jedinjenje je otrovno i izuzetno opasno jer nema miris.
Ugljični monoksid (II) - ugljični monoksid - je proizvod nepotpune oksidacije ugljika. Paradoksalno, jedan od izvora CO je i sam čovjek čije tijelo proizvodi i oslobađa u vanjsko okruženje (sa izdahnutim zrakom) oko 10 ml CO dnevno. To je takozvani endogeni ugljični oksid (II), koji nastaje u procesima hematopoeze.
Prodirući u pluća sa zrakom, ugljični monoksid (II) brzo prolazi kroz alveolarno-kapilarnu membranu, otapa se u krvnoj plazmi, difundira u crvena krvna zrnca i ulazi u reverzibilnu kemijsku interakciju s oksidiranim HbO2 i smanjenim hemoglobinom Hb:
HbO2 + CO? HbCO + O2
Hb + CO? NbSO
Nastali karbonilhemoglobin HbCO nije u stanju da veže kiseonik na sebe. Kao rezultat toga, prijenos kisika iz pluća u tkiva postaje nemoguć.
Visok hemijski afinitet ugljen monoksida (II) CO prema željeznom gvožđu glavni je razlog interakcije CO sa hemoglobinom. Može se pretpostaviti da bi s ovim otrovom trebala reagirati i druga bioanorganska jedinjenja koja sadrže Fe2+ ione.
Budući da je reakcija između oksihemoglobina i ugljičnog monoksida reverzibilna, povećanje parcijalnog tlaka O2 u respiratornom okruženju će ubrzati disocijaciju karbonilhemoglobina i oslobađanje CO iz tijela (ravnoteža će se miješati ulijevo prema Le Chatelierovom principu ):
HbO2 + CO? HbCO + O2
Trenutno postoje medicinski lijekovi koji se koriste kao protuotrovi za trovanje tijela ugljičnim monoksidom (II). Na primjer, uvođenje reduciranog željeza naglo ubrzava uklanjanje CO iz tijela u obliku, naizgled, željeznog karbonila. Djelovanje ovog lijeka zasniva se na sposobnosti CO da djeluje kao ligand u različitim kompleksima.
Hemijska svojstva jedinjenja kositra i olova. Oksidi kalaja (II) i olova (II), SnO i PbO su amfoterni, kao i odgovarajući hidroksidi Sn(OH)2 i Pb(OH)2.
Pb2+ soli - acetat, nitrat - su visoko rastvorljive u vodi, hlorid i fluorid su slabo rastvorljivi, sulfat, karbonat, hromat i sulfid su praktično nerastvorljivi. Sva jedinjenja olova (II), posebno rastvorljiva, su otrovna.
Biološka aktivnost olova određena je njegovom sposobnošću da prodre u tijelo i akumulira se u njemu.
Olovo i njegova jedinjenja su otrovi koji deluju prvenstveno na neurovaskularni sistem i direktno na krv. Hemija toksičnog efekta olova je vrlo složena. Pb2+ joni su jaki kompleksatori u poređenju sa katjonima drugih p-elemenata grupe IVA. Oni formiraju jake komplekse sa bioligandima.
Ioni Pb2+ su u stanju da interaguju i blokiraju sulfhidrilne grupe SH proteina u molekulima enzima uključenih u sintezu porfirina, regulišući sintezu materije i drugih biomolekula:
R--SN + Rb2+ + NS--R > R--S--Rb--S--R + 2N+
Često ioni Pb2+ istiskuju prirodne M2+ ione, inhibirajući EM2+ metaloenzime:
EM2+ + Pb2+ > EPb2+ + M2+
Reagujući sa citoplazmom mikrobnih ćelija i tkiva, joni olova formiraju albuminate u obliku gela. U malim dozama, soli olova imaju adstringentno djelovanje, uzrokujući geliranje proteina. Formiranje gelova otežava prodiranje mikroba u ćelije i smanjuje upalni odgovor. Na tome se zasniva djelovanje olovnih losiona.
Kako koncentracija Pb2+ jona raste, formiranje albuminata postaje ireverzibilno, akumuliraju se albuminati proteina R--COOH površinskih tkiva:
Pb2+ + 2R--COOH = Pb(R--COO)2 + 2H+
Stoga preparati olova (II) imaju pretežno adstringentno dejstvo na tkivo. Propisuju se isključivo za vanjsku upotrebu, jer kada se apsorbiraju u gastrointestinalnom ili respiratornom traktu, pokazuju visoku toksičnost.
Neorganska jedinjenja kalaja (II) nisu jako otrovna, za razliku od organskih jedinjenja kalaja.
Plan lekcije
Opšte karakteristike elemenata grupe IV A.
Ugljik i silicijum
Cilj:
edukativni: formirati kod učenika opštu predstavu o elementima uključenim u 4. grupu, proučavati njihova osnovna svojstva, razmotriti njihovu biohemijsku ulogu i upotrebu glavnih spojeva elemenata.
razvojno: razviti pisanje i usmeni govor, razmišljanje, sposobnost korištenja stečenog znanja za rješavanje različitih zadataka.
Obrazovanje: razvijati osjećaj potrebe za učenjem novih stvari.
Tokom nastave
Ponavljanje obrađene teme:
Koliko je elemenata nemetala? Navedite njihovo mjesto u PSHE?
Koji elementi se klasifikuju kao organogeni?
Odrediti stanje agregacije svi nemetali.
Od koliko atoma se sastoje nemetalni molekuli?
Koji oksidi se nazivaju ne-soli? Napišite formule oksida nemetala koji ne stvaraju soli.
Cl 2 → HCl → CuCl 2 → ZnCl 2 → AgCl
Napišite posljednju jednačinu reakcije u ionskom obliku.
Dodajte moguće jednačine reakcije:
1) H 2 + Cl 2 = 6) CuO + H 2 =
2) Fe + Cl 2 = 7) KBr + I 2 =
3) NaCl + Br 2 = 8) Al + I 2 =
4) Br 2 + KI = 9) F 2 + H 2 O =
5) Ca + H 2 = 10) SiO 2 + HF =
Zapišite jednadžbe reakcije za interakciju dušika sa a) kalcijem; b) sa vodonikom; c) kiseonikom.
Izvršite lanac transformacija:
N 2 → Li 3 N → NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3
Kada je 192 g amonijum nitrita razloženo reakcijom NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O, dobijeno je 60 litara azota. Pronađite prinos proizvoda od teoretski mogućeg.
Učenje novog gradiva.
Grupa 4A uključuje p-elemente: ugljenik, silicijum, germanijum, kalaj i olovo. Razlikujući se po broju energetskih nivoa, njihovi nepobuđeni atomi imaju 4 elektrona na vanjskom nivou. Zbog povećanja broja popunjenih elektronskih slojeva i veličine atoma u grupi od vrha do dna, privlačenje vanjskih valentnih elektrona na jezgro je oslabljeno, pa se zbog toga nemetalna svojstva elemenata u podgrupi od od vrha do dna su oslabljene, a metalna svojstva su poboljšana. Međutim, ugljik i silicij imaju značajno drugačija svojstva od ostalih elemenata. To su tipični nemetali. Germanijum ima metalne karakteristike, a u kalaju i olovu preovlađuju nad nemetalnim.
U prirodi ugljenik nalazi se u slobodnom stanju u obliku dijamanta i grafita. Sadržaj ugljika u zemljine kore iznosi oko 0,1%. Sastoji se od prirodnih karbonata: krečnjaka, mermera, krede, magnezita, dolomita. Ugljik je glavni sastavni dio organska materija. Ugalj, treset, nafta, drvo i prirodni gas se obično smatraju zapaljivim materijalima koji se koriste kao gorivo.
Fizička svojstva. Ugljik kao jednostavna supstanca postoji u nekoliko alotropnih oblika: dijamant, grafit, karbin i fuleren, koji se oštro razlikuju fizička svojstva, što se objašnjava strukturom njihovih kristalnih rešetki. karbin – fino kristalni crni prah, koji su prvi sintetizirali 60-ih godina sovjetski hemičari, a kasnije pronađen u prirodi. Kada se zagrije na 2800º bez pristupa zraka, pretvara se u grafit. fuleren - 80-ih godina sintetizirane su sferne strukture formirane od atoma ugljika, tzv fulereni. To su zatvorene strukture koje se sastoje od određenog broja atoma ugljika - C 60, C 70.
Hemijska svojstva. Hemijski, ugljenik je inertan u normalnim uslovima. Reaktivnost raste sa porastom temperature. Ugljik na visokim temperaturama reagira s vodikom, kisikom, dušikom, halogenima, vodom i nekim metalima i kiselinama.
Kada se vodena para propušta kroz vrući ugalj ili koks, dobija se mješavina ugljičnog monoksida (II) i vodika:
C + H 2 O = CO + H 2 ( vodena para ),
Ova reakcija se odvija na 1200º, na temperaturama ispod 1000º dolazi do oksidacije do CO 2 :
C + 2H 2 O= CO 2 + 2 H 2 .
Industrijski važan proces je pretvaranje vodenog plina u metanol (metil alkohol):
CO + 2H 2 = CH 3 HE
Kada je izložen visokim temperaturama, ugljik može stupiti u interakciju s metalima, formirajući karbid, Među njima se razlikuju "metanidi" i "acetilenidi", ovisno o tome koji se plin oslobađa kada su u interakciji s vodom ili kiselinom:
SaS 2 + HCl = CaCl 2 + C 2 H 2
Al 4 C 3 + 12 H 2 O = 2 Al(OH) 3 ↓ + 3 CH 4
Veliki praktični značaj ima kalcijum karbid koji se dobija zagrijavanjem vapna CaO i koksa u električnim pećima bez pristupa zraka:
CaO + 3C = CaC 2 + CO
Kalcijum karbid se koristi za proizvodnju acetilena:
SaS 2 + 2 H 2 O= Ca(OH) 2 + C 2 H 2
Međutim, ugljik karakteriziraju reakcije u kojima pokazuje redukcijska svojstva:
2 ZnO + C = Zn+ CO 2
Cujedinjavanje ugljenika.
Ugljen monoksid (CO) je ugljen monoksid. Industrijski se proizvodi propuštanjem ugljičnog dioksida preko vrućeg uglja na visokoj temperaturi. U laboratorijskim uslovima CO se dobija djelovanjem koncentrirane sumporne kiseline na mravlju kiselinu kada se zagrije ( sumporna kiselina oduzima vodu):
UNSOUN =H 2 O+ CO
Ugljični monoksid (CO 2) je ugljični dioksid. U atmosferi, ugljični dioksid iznosi 0,03% po zapremini ili 0,04% po masi. Vulkani i topli izvori opskrbljuju atmosferu, a na kraju, ljudi sagorevaju fosilna goriva. Atmosfera neprestano izmjenjuje plinove s okeanskom vodom, koja sadrži 60 puta više ugljičnog dioksida od atmosfere. Poznato je da ugljični dioksid dobro apsorbira sunčevu svjetlost u infracrvenom području spektra. Tako nastaje ugljični dioksid Efekat staklenika i reguliše globalnu temperaturu.
U laboratorijskim uslovima ugljični dioksid se proizvodi hlorovodonične kiseline na mermeru:
SaCO 3 + 2 HCl = CaCl 2 + H 2 O+ CO 2
Svojstvo ugljičnog dioksida da ne podržava sagorijevanje koristi se u uređajima za gašenje požara. Kako pritisak raste, topljivost ugljičnog dioksida naglo raste. To je osnova za njegovu upotrebu u proizvodnji gaziranih pića.
Ugljena kiselina postoji samo u rastvoru. Kada se otopina zagrije, razlaže se na ugljični monoksid i vodu. Soli kiseline su stabilne, iako je sama kiselina nestabilna.
Najvažnija reakcija na karbonatni ion je djelovanje razrijeđenih mineralnih kiselina - klorovodične ili sumporne. Istovremeno se uz šištanje oslobađaju mjehurići ugljičnog dioksida, a kada se prođe kroz otopinu kalcijum hidroksida (vapnena voda), postaje zamućen kao rezultat stvaranja kalcijum karbonata.
Silicijum. Nakon kiseonika, to je najzastupljeniji element na Zemlji. Čini 25,7% mase zemljine kore. Značajan dio predstavlja silicijum oksid, tzv silicijum, koji se javlja u obliku pijeska ili kvarca. U vrlo čistom obliku, silicijum oksid se javlja kao mineral tzv gorski kristal. Kristalni silicijum oksid, obojen raznim nečistoćama, formira drago i poludrago kamenje: ahat, ametist, jaspis. Druga grupa prirodnih spojeva silicija su silikati - derivati silicijumsku kiselinu.
U industriji se silicij dobiva redukcijom silicijum oksida koksom u električnim pećima:
SiO 2 + 2 C = Si + 2 CO
U laboratorijama se magnezij ili aluminij koriste kao redukcioni agensi:
SiO 2 + 2Mg = Si + 2MgO
3 SiO 2 + 4Al = Si + 2Al 2 O 3 .
Najčišći silicijum se dobija redukcijom silicijum tetrahlorida cinkovom parom:
SiCl 4 + 2 Zn = Si + 2 ZnCl 2
Fizička svojstva. Kristalni silicijum je krhka supstanca tamnosive boje sa čeličnim sjajem. Struktura silicijuma je slična dijamantu. Silicijum se koristi kao poluprovodnik. Od njega se prave takozvane solarne baterije koje pretvaraju svjetlosnu energiju u električnu. Silicijum se koristi u metalurgiji za proizvodnju silicijumskih čelika, koji imaju visoku otpornost na toplotu i kiselinu.
Hemijska svojstva. U pogledu hemijskih svojstava, silicijum je, kao i ugljenik, nemetal, ali je njegova nemetaličnost manje izražena, jer ima veliki atomski radijus.
Silicijum at normalnim uslovima hemijski prilično inertan. On direktno reaguje samo sa fluorom, formirajući silicijum fluorid:
Si + 2 F 2 = SiF 4
Kiseline (osim mješavine fluorovodonične kiseline i dušične kiseline) nemaju efekta na silicijum. Ali otapa se u hidroksidima alkalnih metala:
Si + NaOH + H 2 O=Na 2 SiO 3 + 2H 2
Na visokim temperaturama u električnoj peći, mješavina pijeska i koksa proizvodi silicijum karbid SiC– karborund:
SiO 2 + 2C =SiC+ CO 2
Brusi i brusi su napravljeni od silicijum karbida.
Spojevi metala sa silicijumom nazivaju se silicidi:
Si + 2 Mg = Mg 2 Si
Kada se magnezijev silicid tretira hlorovodoničnom kiselinom, dobija se najjednostavnije vodonikovo jedinjenje silicijuma silan -SiH 4 :
Mg 2 Si+ 4NSl = 2 MdCl 2 + SiH 4
Silan je otrovan gas neprijatnog mirisa koji je zapaljiv u vazduhu.
Silikonska jedinjenja. Silica– čvrsta, vatrostalna supstanca. U prirodi je rasprostranjen u dva oblika kristalni i amorfni silicijum dioksid. Silicijumska kiselina- je slaba kiselina; kada se zagrije, lako se razlaže na vodu i silicijum dioksid. Može se dobiti ili u obliku želatinozne mase koja sadrži vodu ili u obliku koloidne otopine (sol). Soli silicijumske kiseline su pozvani silikati. Prirodni silikati su prilično složena jedinjenja, njihov sastav se obično prikazuje kao kombinacija nekoliko oksida. Samo natrijum i kalijum silikati su rastvorljivi u vodi. Oni se nazivaju rastvorljivo staklo, i njihovo rešenje – tečno staklo.
Zadaci za konsolidaciju.
2. Dodajte moguće jednačine reakcije i riješite problem.
| 1 tim
| 2. tim
| Tim 3
|
| H2SO4 + HCl - | CaCO 3 +? - ? + CO 2 + H 2 O |
|
| NaOH + H 2 SO 4 - | CaCO 3 + H 2 SO 4 - | K 2 SO 4 + CO 2 +H 2 O - |
| CaCl 2 + Na 2 Si O 3 - |
||
| Si O 2 + H 2 SO 4 - | ||
| Ca 2+ + CO 3 -2 - | CaCl 2 ++ NaOH - |
|
| zadatak: Kada je oksid željeza (111) reduciran ugljikom, dobiveno je 10,08 g željeza, što je bilo 90% teoretski mogućeg prinosa. Kolika je masa uzetog željezovog (III) oksida? | zadatak: Koliko će se natrijum silikata dobiti spajanjem silicijum (IV) oksida sa 64,2 kg sode koja sadrži 5% nečistoća? | zadatak: Djelovanjem hlorovodonične kiseline na 50 g kalcijum karbonata nastalo je 20 g ugljen monoksida (IV). Koliki je prinos ugljen monoksida (IV) (u %) od teoretski mogućeg? |
Ukrštenica.
Po vertikali: 1. So ugljične kiseline.
Horizontalno: 1. Najčvršća prirodna supstanca na Zemlji. 2. Građevinski materijal. 3. Supstanca koja se koristi za pravljenje testa. 4. Jedinjenja silicijuma sa metalima. 5. Element glavne podgrupe 1V grupe PS hemijski elementi. 6. Soli ugljene kiseline koje sadrže vodonik. 7. Prirodno jedinjenje silicijuma.
Zadaća: str.210 – 229.
8939 0
Grupa 14 uključuje C, Si, Ge, Sn, Pb (tablice 1 i 2). Kao i elementi podgrupe 3A, ovo su p-elementi sa sličnom elektronskom konfiguracijom vanjske ljuske - s 2 p 2. Kako se spuštate niz grupu, atomski radijus se povećava, uzrokujući slabljenje veza između atoma. Zbog sve veće delokalizacije elektrona vanjskih atomskih omotača, električna provodljivost raste u istom smjeru, pa se svojstva elemenata mijenjaju od nemetalnih do metalnih. Ugljenik (C) u obliku dijamanta je izolator (dielektrik), Si i Ge su polumetali, Sn i Pb su metali i dobri provodnici.
Tabela 1. Neka fizička i hemijska svojstva metala grupe 14
|
|
Ime |
Relates, at. težina |
Elektronska formula |
Radijus, pm |
Glavni izotopi (%) |
|
|
Ugljik Ugljik [od lat. ugljenik - ugalj] |
kovalentna 77 kod dvostruke veze 67, kod trostruke veze 60 |
14 C (tragovi) |
||||
|
Silicijum Silicijum [od lat. silicis - kremen] |
atomski 117, kovalentno 117 | |||||
|
Germanium Germanium [od lat. Njemačka - Njemačka] |
3d 10 4s 2 4p 2 |
atomski 122.5, kovalentno 122 | ||||
|
Tin Tin [iz anglosaksonskog. lim, lat. stannum] |
4d 10 5s 2 5p 2 |
atomski 140.5, kovalentno 140 | ||||
|
Lead Lead [iz anglosaksonskog. olovo, lat. plumbum] |
4f 14 5d 10 6s 2 6r 2 |
atomski 175, kovalentno 154 |
Svi elementi ove grupe formiraju jedinjenja sa oksidacionim stanjem od +4. Stabilnost ovih jedinjenja se smanjuje kada se pomeraju na dno grupe, kada se, kao i kod dvovalentnih jedinjenja, ona, naprotiv, povećava takvim kretanjem. Svi elementi osim Si, takođe formiraju jedinjenja sa valentnošću +2, što je zbog “ efekat inertnog para": uvlačenjem para vanjskih s-elementi u unutrašnju elektronsku ljusku zbog lošijeg oklopa vanjskih elektrona d- I f-elektroni u poređenju sa s- I R- elektroni unutrašnjih ljuski velikih atoma nižih članova grupe.
Svojstva elemenata ove grupe omogućila su da se koriste kao premazi protiv algi (AA) za brodove. Prvi takvi premazi korišteni Pb, onda su počeli da koriste Sn(kao bis-tributil organokalajni radikal vezan za ugljični polimer). Iz ekoloških razloga, 1989. godine, upotreba ovih, kao i drugih toksičnih metala u PP ( Hg, Cd, As) je zabranjen, zamijenjen PP na bazi organosilicij polimera.
Tabela 2. Sadržaj u organizmu, toksične (TD) i smrtonosne doze (LD) metala grupe 14
|
|
U zemljinoj kori (%) |
U okeanu (%) | |||||
|
Prosjek (sa tjelesnom težinom 70 kg) |
krv (mg/l) |
||||||
|
obično netoksičan, ali u obliku CO i CN cijanida je vrlo toksičan |
|||||||
|
(0,03-4,09)x10 -4 |
Netoksičan |
||||||
|
(0,07-7)x10 -10 |
Netoksičan |
||||||
|
(2,3-8,8)x10 -10 |
(0,33-2,4)x10 -4 |
TD 2 g, LD nd, nešto organokalaj. jedinjenja su veoma toksična |
|||||
|
(0,23-3,3)x10 -4 |
TD 1 mg, LD 10 g |
||||||
ugljik (C) - razlikuje se od svih ostalih elemenata tzv katenacija, odnosno sposobnost stvaranja spojeva u kojima su njegovi atomi međusobno povezani u duge lance ili prstenove. Ovo svojstvo objašnjava formiranje miliona jedinjenja tzv organski, kojoj je posvećen poseban dio hemije - organska hemija.
Sposobnost ugljika da se katenira objašnjava se s nekoliko karakteristika:
prvo, snagu komunikacije S - S. Tako je prosječna entalpija ove veze oko 350 kJ/mol, dok je entalpija veze Si-Si- samo 226 kJ/mol.
Drugo, jedinstvena sposobnost atoma ugljika da hibridizacija: obrazovanje 4 sp 3 -orbitale tetraedarske orijentacije (obezbeđuju stvaranje jednostavnih kovalentnih veza), ili 3 sp 2 -orbitale orijentisane u istoj ravni (obezbeđuju formiranje dvostrukih veza), ili 2 sp-orbitale sa linearnom orijentacijom (obezbeđuju stvaranje trostrukih veza).
Dakle, ugljenik može formirati 3 vrste koordinacionih okruženja: linearno za dvo- i triatomske molekule, kada je CN elementa 2, ravan-trouglasti u molekulima grafita, fulerena, alkena, karbonilnih jedinjenja, benzenskog prstena, kada je koordinacijski broj 3, i tetraedarski za alkane i njihove derivate sa CN = 4.
Ugljik se u prirodi nalazi u obliku alotropa, odnosno različitih strukturnih oblika (grafit, dijamant, fulereni), kao i u obliku krečnjaka i ugljikovodičnih sirovina (ugalj, nafta i plin). Koristi se u obliku koksa u taljenju čelika, čađi u štampi, aktivnog ugljena u prečišćavanju vode, šećera itd.
Nagrađen 2010 nobelova nagrada u fizici za proučavanje jedinstvenog oblika WITH- grafen. Laureati, porijeklom iz Rusije, A. Geim i K. Novoselov, uspjeli su dobiti ovaj materijal od grafita. To je dvodimenzionalni kristal, odnosno izgleda kao mreža C atoma debljine jednog atoma, talasasta struktura, što osigurava stabilnost kristala. Njegova svojstva su vrlo obećavajuća: to je najtanji prozirni materijal od svih poznatih, također je izuzetno jak (oko 200 puta jači od čelika) i ima električnu i toplinsku provodljivost. Na sobnoj temperaturi, njegov električni otpor je najniži među svim poznatim provodnicima. U bliskoj budućnosti, na bazi grafena će biti kreirani ultra-brzi kompjuteri, ravni ekrani i solarni paneli, kao i osjetljivi detektori plina koji reagiraju na nekoliko molekula plina. Nisu isključena ni druga područja njegove upotrebe.
U oksidnom obliku ( CO) i cijanidi ( CN-) Ugljik je vrlo toksičan jer remeti procese disanja. Mehanizmi biološkog djelovanja ovih jedinjenja su različiti. Cijanid inhibira respiratorni enzim citokrom oksidaza, brzo kontaktiranje Si- aktivni centar enzima, koji blokira protok elektrona u završnom dijelu respiratornog lanca. CO, budući da je Lewisova baza, vezuje se za atom Fe u molekulu hemoglobina je jači od O 2, formiranje karbonilhemoglobin lišen sposobnosti vezivanja i nošenja O 2. Sposobnost CO formiraju koordinacione veze sa d-metali unutra niske stepeni oksidacija dovodi do stvaranja raznih karbonilnih spojeva. Na primjer, Fe u vrlo otrovnoj tvari - psitakarbopilu Fe(CO) 5 - ima nulto oksidacijsko stanje, au kompleksu [ Fe(CO) 4 ] 2- — oksidaciono stanje -2 (slika 1).
Rice. 1.
Stabilizacija atoma metala u niskom oksidacionom stanju u kompleksima sa CO objašnjava se sposobnošću ugljika da strši zbog strukture nižine R*-orbitale u ulozi akceptorski ligand. Ove orbitale se preklapaju sa zauzetim orbitalama metala, formirajući koordinaciju R-veza u kojoj metal viri donator elektrona. Ovo je jedan od rijetkih izuzetaka opšte pravilo formiranje CS, gdje je akceptor elektrona metal.
Nema smisla detaljnije opisivati svojstva ugljika, jer se u višeelementnoj analizi u pravilu ne samo da se ne utvrđuje, već se i njegova nečistoća u uzorku smatra nepoželjnom i podložna maksimalnom uklanjanju tokom pripreme uzorka. U analizi optičke emisije, daje vrlo širok spektar, povećavajući pozadinsku buku i na taj način smanjujući granicu osjetljivosti za detekciju elemenata koji se određuju. Sa masenom spektrometrijom organskih molekula formiraju veliki broj fragmenata molekula različite molekulske težine, što uzrokuje značajne smetnje u analizi. Stoga se u velikoj većini slučajeva sve tvari koje sadrže ugljik uklanjaju tijekom pripreme uzorka.
silicijum (Si) - polumetalni. Prilikom redukcije silicijum dioksida ( SiO 2) ugljenik formira crnu amorfnu Si. Kristali Si visoke čistoće liče na plavo-sivi metal. Silicijum se koristi u poluprovodnicima, legurama i polimerima. Važan je za neke oblike života, na primjer, za izgradnju školjki u dijatomeja; Takođe može biti važan za ljudski organizam. Neki silikati su kancerogeni, neki uzrokuju silikozu.
U svim vezama Sičetvorovalentan, formira hemijske veze kovalentne prirode. Najčešći dioksid SiO 2. Uprkos hemijskoj inertnosti i nerastvorljivosti u vodi, pri ulasku u organizam može formirati silicijsku kiselinu i organosilicijumska jedinjenja sa implicitnim biološka svojstva. Toksičnost SiO 2 ovisi o disperznosti čestica: što su manje, to su toksičnije, iako postoje korelacije između rastvorljivosti različitih oblika SiO 2 i silikogenost nije uočena. Veza između toksičnosti silicijumske kiseline i Si dokazuje potpunu inertnost dijamantske prašine iste disperzije.
Nedavno je uočeno da u biološkim medijima u stvaranju učestvuju silicijumske kiseline hidroksilaluminosilikata, a ovaj fenomen se ne može objasniti nikakvom vezom Si-C, nema komunikacije Si-O-S. Kako se industrijska upotreba širi Al i njegovih spojeva preko aluminosilikata Al sve više uključeni u mnoge biohemijske reakcije. Posebno, funkcionalne grupe koje sadrže kiseonik i fluor lako formiraju visoko stabilna kompleksna jedinjenja sa Al, izopačujući njihov metabolizam.
Najviše proučavan među organosilicijumskim jedinjenjima silikoni- polimeri, čiji se molekularni skelet sastoji od naizmjeničnih međusobno povezanih atoma Si I O 2. Za atome Si Silikoni imaju vezane alkil ili aril grupe. Dostupnost Si u organosilicijumskim jedinjenjima radikalno menja svojstva supstanci kada ih ne sadrže. Na primjer, uobičajeni polisaharidi se mogu izolirati i pročistiti korištenjem jakog etanola, koji precipitira polisaharid iz otopine. Ugljikohidrati koji sadrže silicijum, naprotiv, ne talože se čak ni u 90% etanolu. Klasifikacija organosilicijumskih jedinjenja prikazana je u tabeli. 3.
Tabela 3. Organosilicij polimeri
|
Naziv i struktura |
Bilješka |
|
|
|
Sastoji se samo od Si. Energija veze ugljičnog lanca S - S je jednako 58,6, a y Si-Si 42,5 kcal/mol, te su stoga poliorganosilani nestabilni. |
|
|
|
Energija komunikacije Si - O 89,3 kcal/mol. Stoga su ovi polimeri izdržljivi, otporni na temperaturu i oksidativnu degradaciju. Ova klasa polimera je vrlo raznolika u strukturi. Linearni polisilaksani se široko koriste kao sintetičke elastične gume otporne na toplinu. |
|
|
|
Atomi u glavnom lancu Si odvojeni lancima atoma ugljika. |
|
|
|
Glavni lanac sadrži siloksanske grupe odvojene ugljičnim lancima. |
|
|
|
Glavni lanac se sastoji od atoma WITH i atomi Si sadržane u bočnim grupama ili granama. |
|
|
|
Makromolekularni lanci uključuju atome Si, O i metali, gde M = Al, Ti, Sb, Sn, B. |
Najvjerovatniji mehanizam razvoja silikoza razmotriti uništavanje fagocita koji su uhvatili čestice SiO 2. U interakciji s lizosomima, čestice silicija uništavaju lizozome i samu fagocitnu ćeliju, uzrokujući oslobađanje enzima i fragmenata molekula organela. Oni stupaju u interakciju s drugim fagocitima, odnosno pokreće se lančani proces smrti fagocita. Ako u ćeliji postoji određena količina silicijumske kiseline, ovaj proces se ubrzava. Akumulacija mrtvih makrofaga pokreće proizvodnju kolagena u okolnim fibroblastima, zbog čega se u leziji razvija skleroza.
Koloidna silicijumska kiselina je snažan hemolitik, menja odnos proteina u serumu, inhibira niz respiratornih i tkivnih enzima i remeti metabolizam mnogih supstanci, uključujući i fosfor. Zadnji put velika pažnja platiti sililijevih jona (R3Si+). Oni pokazuju jedinstvena sposobnost atom Si proširiti svoju koordinacionu sferu, u vidu povećanja njene elektrofilnosti. Interagira sa svim nukleofilima, uključujući ione suprotnog naboja (uključujući reaktivne metaboličke intermedijere) i molekule rastvarača. Stoga u zgusnutim fazama postaju “neuhvatljivi” i teško ih je identificirati (Kochina et al., 2006).
Organosilicij polimeri (OSP) su prvi put korišteni kao samopolirajući premazi protiv algi za trupove brodova (Tsukerman i Rukhadze, 1996.). Međutim, tada su različite metode upotrebe COP-a predložene u drugim sektorima nacionalne ekonomije, posebno u medicini kao trajne koštane proteze.
germanij (Ge) - amfoterni polumetal; pri ultravisokoj čistoći izgleda kao krhki kristali srebrno-bijele boje. Koristi se u poluvodičima, legurama i specijalnim staklima za infracrvenu optiku. Smatra se biološkim stimulansom. U jedinjenjima pokazuje oksidaciona stanja od +2 i +4.
Apsorpcija dioksida i halogenida Ge slab u crijevima, ali u obliku germanata M 2 GeO 4 je malo poboljšana. Germanij se ne vezuje za proteine plazme i distribuira se između crvenih krvnih zrnaca i plazme u omjeru od približno 2:1. Brzo se eliminiše iz organizma (poluživot oko 36 sati). Općenito nisko toksično.
kalaj (Sn) - mekani, duktilni metal. Koristi se u mazivima, legurama, lemovima, kao dodatak polimerima, u bojama za premaze protiv obrastanja i u hlapljivim kalajnim jedinjenjima koja su vrlo toksična za niže biljke i životinje. U obliku anorganskih jedinjenja nije toksičan.
Ima dva enantiotrop, “sivi” (b) i “bijeli” (c) kalaj, odnosno različiti alotropni oblici koji su stabilni u određenom rasponu uslova. Prijelazna temperatura između ovih oblika nastaje pri pritisku od 1 atm. jednako 286,2°K (13,2°C). Bijeli kalaj ima iskrivljenu strukturu sive modifikacije sa CN = 6 i gustinom 7,31 g/cm 3 . Stabilan je u normalnim uslovima, a na niskim temperaturama polako se pretvara u oblik dijamantske strukture sa CN = 4 i gustinom od 5,75 g/cm 3 . Takva promjena gustine metala u zavisnosti od temperature okoline izuzetno je rijetka i može uzrokovati dramatične posljedice. Na primjer, u hladnim zimskim uvjetima uništena su limena dugmad na vojničkim uniformama, a 1851. godine u crkvi Seitz limene cijevi orgulja su se pretvorile u prah.
U tijelu se taloži u jetri, bubrezima, kostima i mišićima. Kod trovanja kalajem dolazi do smanjenja eritropoeze, što se očituje smanjenjem hematokrita, hemoglobina i broja crvenih krvnih zrnaca. Uočena je i inhibicija 5-aminolevulinat dehidrataza, jedan od enzima u lancu biosinteze hema, kao i enzimi jetre glutation reduktaza I glukoza-6-fosfat dehidrogenaze, laktat I succinate. Očigledno Sn izlučuje se iz organizma u sklopu kompleksa sa SH-sadrže supstrate.
olovo (Pb) - mekani, savitljivi, duktilni metal. U vlažnom zraku postaje prekriven oksidnim filmom i otporan je na kisik i vodu. Koristi se u baterijama, kablovima, bojama, staklu, mazivima, benzinu i proizvodima za zaštitu od zračenja. To je otrovan metal grupe opasnosti 1, jer se akumulira u organizmu u koštanom tkivu sa oštećenom bubrežnom i kardiovaskularnom funkcijom. U razvijenim zemljama njegov sadržaj se kontroliše tokom obaveznog lekarskog pregleda stanovništva. Uzrokuje razne bolesti.
Medicinska bioanorganika. G.K. Barashkov
Grupa IV p-elementi uključuju ugljenik C, silicijum Si, germanijum Ge, kalaj Sn i olovo Pb. U skladu sa elektronske konfiguracije Njihovi atomi ugljika i silicija su tipični elementi, a germanij, kalaj i olovo čine podgrupu germanija. Ugljik se značajno razlikuje od ostalih p-elemenata grupe po svojoj visokoj energiji jonizacije. Ugljik je tipičan nemetalni element. U seriji C-Si-Ge-Sn-Pb energija ionizacije opada, te stoga slabe nemetalne karakteristike elemenata, a rastu metalne. Sekundarna periodičnost se manifestuje u promenama svojstava atoma i jedinjenja u ovoj seriji. U većini neorganskih jedinjenja, ugljenik pokazuje oksidaciona stanja -4, +4, +2. U prirodi se ugljenik nalazi u obliku dva stabilna izotopa: 12C (98,892%) i 13C (1,108%). Njegov sadržaj u zemljinoj kori je 0,15% (mol frakcija). U zemljinoj kori ugljenik se nalazi u karbonatnim mineralima (prvenstveno CaC0 3 i MgCO 3), uglju, nafti, a takođe iu obliku grafita i, rjeđe, dijamanta. Karbon- glavna komponenta životinje i flora. Alotropske modifikacije : Dijamant- kristalna supstanca sa atomskom koordinacionom kubičnom rešetkom. Grafit- slojevita kristalna supstanca sa heksagonalnom strukturom. Atomi ugljika su kombinovani u C 2∞ makromolekule, koji su beskrajni slojevi šestočlanih prstenova. Karbin- crni prah (ρ=1,9-2 g/cm3); njegova rešetka je heksagonalna, izgrađena od ravnih lanaca C ∞, u kojima svaki atom formira dvije σ- i π-veze. Molekuli fulerena sastoje se od 60, 70 atoma koji formiraju sferu - geodetsku kupolu. Fuleren se dobija isparavanjem grafita i kondenzacijom njegove pare u atmosferi helijuma pod visokim pritiskom.Fuleren je hemijski otporan. Zbog sfernog oblika molekula C 60 i C 70, fuleren je vrlo tvrd. Silicijum- elektronski analog ugljika. Oksidacijsko stanje silicijuma u njegovim jedinjenjima varira od -4 do +4. U jedinjenjima silicija, kada se formiraju kovalentne veze, njegov koordinacijski broj ne prelazi šest. Germanijum Ge, kalaj Sn i olovo Pb su potpuni elektronski analogi. Kao tipični elementi grupe, njihovi valentni elektroni su s 2 p 2 elektroni. U seriji Ge-Sn-Pb, uloga vanjskog s-elektronskog para u formiranju kemijskih veza se smanjuje. Promjena karakterističnih oksidacijskih stanja u seriji C-Si-Ge- -Sn-Pb može se objasniti sekundarnom periodičnošću u razlici u energiji ns i np orbitala.
U seriji Ge-Sn-Pb, metalna svojstva jednostavnih supstanci su jasno poboljšana. germanijum- srebrno-siva supstanca sa metalnim sjajem, izgleda kao metal, ali ima rešetku nalik dijamantu. Kalaj je polimorfan. U normalnim uslovima postoji u obliku β-modifikacije (bijeli kalaj), stabilan iznad 14 °C. Kada se ohladi, bijeli lim se pretvara u α-modifikaciju (sivi kalaj) sa strukturom tipa dijamanta. Prijelaz β→α je praćen povećanjem specifične zapremine (za 25%), pa se kalaj raspada u prah. Olovo- tamno sivi metal sa kockastom strukturom koja je tipična za metale. Jedinjenja ugljika i vodika nazivaju se ugljikovodici. Metan CH 4 - Njegov molekul ima tetraedarski oblik. Metan- bezbojni gas bez mirisa (t.t. -182,49 °C, bp -161,56 °C), hemijski vrlo inertan zbog zasićenosti valence i koordinacije molekula. Na njega ne utiču kiseline i baze. Međutim, lako se zapali; njegove mešavine sa vazduhom su izuzetno eksplozivne. Metan- glavna komponenta prirodnog (60-90%) rudničkog i močvarnog gasa. Sadrži se u obliku klatrata u zemljinoj kori. Nastaje u velikim količinama tokom koksovanja uglja. Gasovi bogati metanom koriste se kao visokokalorična goriva i sirovine za proizvodnju vodenog gasa. Etan C 2 H 6, etilen C 2 H 4 i acetilen C 2 H 2 su gasovi u normalnim uslovima. Zbog velike snage veze C 2 H 6 (E = 347 kJ/mol), C 2 H 4 (E = 598 kJ/mol) i C 2 H 2 (E = 811 kJ/mol), za razliku od H 2 0, N 2 H 4 i posebno N 2 H 2 su prilično stabilni i hemijski neaktivni. Dobijeni su silani, jedinjenja silicijuma sa vodonikom opšte formule Si n H 2n+2 - silani do okta-silana Si 8 Hi 18. Mala čvrstoća Si-Si veze je zbog ograničenog homolognog niza silicijum-dioksida vodika. Na sobnoj temperaturi, prva dva silana - monosilan SiH 4 i disilan Si 2 H 6 - su gasoviti, Si 3 H 8 su tečni, a ostali su čvrsti. Svi silani su bezbojni, imaju neprijatan miris i otrovni su. Za razliku od komunikacije S-N veza Si-H je više jonske prirode. Spontano se pale u vazduhu. Silani se ne javljaju u prirodi.
