탄소와 실리콘. IVA 그룹의 요소. 원자 주기율표 구조의 IVA 그룹의 일반적인 특성. 자연의 보급

8강

주제 : 그룹 요소 IVA.

탄소

강의에서 공부한 질문:

1. IVA 그룹.
2. 탄소. 탄소의 일반적인 특성.
3. 탄소의 화학적 성질.
4. 탄소의 가장 중요한 화합물.

요소의 일반적인 특성 IVA 그룹

주요 하위 그룹의 요소 IV 그룹이 속해 있다 C, Si, Ge, Sn, P V. 외부 원자가 수준의 전자 공식 ns 2 np 2 즉, 4개의 원자가 전자를 갖고 p 원소이므로 주 하위 그룹에 속합니다. IV 그룹.

││││

│↓│np

원자의 바닥 상태에서는 두 개의 전자가 쌍을 이루고 두 개는 짝을 이루지 않습니다. 탄소의 바깥 껍질에는 전자가 2개 있고, 규소에는 전자가 8개 있습니다. Ge, Sn, P 18개의 전자를 갖고 있다. 그렇기 때문에 Ge, Sn, P c는 게르마늄 하위 그룹으로 결합됩니다(이들은 완전한 전자 유사체입니다).

p 원소의 다른 하위 그룹과 마찬가지로 이 p 원소 하위 그룹에서는 원소 원자의 특성이 주기적으로 변경됩니다.

표 9

요소	공유결합 원자 반경, nm	원자의 금속 반경, nm	조건부 이온 반경, nm		에너지 이온화 E E o → E + , ev.	상대적인 전기음성도
								E 2+	이자 4+
	0,077				11,26
	0,117	0,134		0,034	8,15
	0,122	0,139	0,065	0,044	7,90
	0,140	0,158	0,102	0,067	7,34
핀		0,175	0,126	0,076	7,42

따라서 하위족에서는 위에서 아래로 원자의 반경이 커지므로 이온화 에너지가 감소하므로 전자를 주는 능력이 증가하고, 외부 전자껍질을 옥텟으로 완성하려는 경향이 급격하게 감소하므로 C에서 Pb, 환원성 및 금속성 특성은 증가하고, 비금속성 특성은 감소합니다. 탄소와 실리콘은 대표적인 비금속이며,게 금속 특성이 이미 나타나고 있으며 외관상으로는 반도체이지만 금속처럼 보입니다. 주석의 경우 금속 특성이 이미 지배적이며 납이 대표적인 금속입니다.

4개의 원자가 전자를 갖는 화합물의 원자는 최소(-4)에서 최대(+4)까지의 산화 상태를 나타낼 수 있으며 SO도 특징입니다: -4, 0, +2, +4; 그래서. = -4는 C의 경우 일반적이며금속과 Si.

다른 요소와의 관계의 성격.탄소는 공유결합만을 형성하고, 규소도 주로 공유결합을 형성합니다. 주석과 납의 경우, 특히 S.O. = +2, 결합의 이온 성질이 더 특징적입니다(예: Рв(아니오 3 ) 2 ).

공유성 원자의 원자가 구조에 의해 결정됩니다. 탄소 원자는 4개의 원자가 궤도를 가지며 최대 공유 원자가는 4입니다. 다른 원소의 경우 원자가가 있기 때문에 공유 원자가는 4보다 클 수 있습니다.디 하위 수준(예: H2[SiF6]).

이종 교잡 . 혼성화 유형은 원자가 궤도의 유형과 수에 따라 결정됩니다. 탄소는에스 - 그리고 p-원자 궤도는 다음과 같을 수 있습니다. Sp(카빈, CO 2 , CS 2 ), Sp 2(흑연, 벤젠, COCl 2 ), Sp 3 혼성화(CH 4 , 다이아몬드, CCl 4 ). 실리콘의 경우 가장 특징적인 것은 Sp 3 혼성화(SiO 2, SiCl 4 ) 그러나 그것은 원자가를 가지고 있습니다디 -하위 레벨도 있습니다. Sp 3d 2 - 예를 들어 혼성화 H2[SiF6].

IV PSE 그룹은 D.I. Mendeleev 테이블의 중간에 있습니다. 여기서는 비금속에서 금속으로의 급격한 성질 변화를 뚜렷하게 볼 수 있습니다. 탄소, 실리콘, 게르마늄 하위 그룹의 원소를 별도로 고려해 보겠습니다.

탄소. 탄소의 일반적인 특성

지각의 탄소 함량은 낮습니다(질량 약 0.1%). 대부분은 난용성 탄산염(CaCO)으로 구성되어 있습니다. 3, MgCO3 ), 석유, 석탄, 천연 가스. CO 함량 2 공기 중에 존재하는 양은 0.03%로 작지만 총질량은 약 6억톤에 달합니다. 탄소는 모든 살아있는 유기체의 조직(식물과 동물 세계의 주요 구성 요소)의 일부입니다. 탄소는 자유 상태에서도 주로 흑연과 다이아몬드 형태로 발견됩니다.

자연에서 탄소는 두 가지 안정 동위원소로 알려져 있습니다. 12C(98.892%) 및 13 C(1.108%). 우주선의 작용으로 대기 중에도 일정량의 β방사성 동위원소가 형성됩니다. 14 와 함께: . 내용별 14 식물 잔류물에서는 연령이 판단됩니다. 질량수가 10에서 16까지인 방사성 동위원소도 얻어졌습니다.

F 2, N 2, O 2와 달리 탄소의 단순한 물질은 고분자 구조를 가지고 있습니다. 원자가 궤도의 혼성화의 특징적인 유형에 따라 C 원자는 3차원 변형의 중합체 형성(다이아몬드, sp 3 ), 2차원 또는 층상 변형(흑연, Sp 2 ) 및 선형 폴리머(카빈총, sp).

탄소의 화학적 성질

화학적으로 탄소는 매우 불활성입니다. 그러나 가열되면 많은 금속 및 비금속과 상호 작용할 수 있으며 산화 및 환원 특성을 모두 나타냅니다.

다이아몬드 + 2 F 2 → CF 4 , 흑연은 불화흑연을 형성합니다. CF

(그리고 + F 2 → CF 4 ). 흑연에서 다이아몬드를 분리하는 방법 중 하나는 불소에 대한 다른 태도에 기초합니다. 탄소는 다른 할로겐과 반응하지 않습니다. 산소(O 2 ) 산소가 부족한 탄소는 CO를 형성하고, 산소가 과잉되면 CO를 형성합니다. 2 .

2C + O 2 → 2CO; C + O 2 → CO 2.

고온에서 탄소는 금속과 반응하여 금속 탄화물을 형성합니다.

Ca + 2C \u003d CaC 2.

가열하면 수소, 황, 규소와 반응합니다.

~ ~ ~ ~

C + 2H 2 \u003d CH 4 C + 2S ← CS 2

C + Si = SiC.

탄소는 복잡한 물질과도 반응합니다. 수증기가 가열된 석탄을 통과하면 CO와 H의 혼합물이 형성됩니다. 2 수성 가스 (1200 이상의 온도에서약 C):

C + HOH \u003d CO + H 2.

이 혼합물은 기체 연료로 널리 사용됩니다.

고온에서 탄소는 야금에서 널리 사용되는 산화물로부터 많은 금속을 환원시킬 수 있습니다.

ZnO + C → Zn + CO

가장 중요한 탄소 화합물

1. 금속 탄화물.

탄소가 호모체인을 형성하는 것이 일반적이기 때문에 대부분의 탄화물의 조성은 (-4)와 같은 탄소의 산화 상태와 일치하지 않습니다. 화학 결합의 유형에 따라 공유, 이온 공유 및 금속 탄화물이 구별됩니다. 대부분의 경우 탄화물은 해당 단순 물질이나 산화물을 탄소와 함께 강하게 가열하여 얻습니다.

또또

V2O5 + 7C → 2VC + 5CO; Ca + 2C → CaC 2.

이 경우, 다른 조성의 탄화물이 얻어집니다.

염류 또는 이온 공유 탄화물은 활성 금속과 일부 다른 금속의 화합물입니다. 2C, CaC2, Al4C3, Mn3C . 이들 화합물에서 화학 결합은 이온 결합과 공유 결합의 중간입니다. 물이나 묽은 산의 작용으로 가수분해되어 수산화물과 상응하는 탄화수소가 얻어집니다.

CaC 2 + 2HON → Ca(OH) 2 + C 2 H 2;

Al 4 C 3 + 12HOH → 4Al(OH) 3 + 3CH 4 .

금속 탄화물에서 탄소 원자는 금속 구조에서 팔면체 공극을 차지합니다(측면 하위 그룹). IV VIII 여러 떼). 이들은 매우 단단하고 내화성이 있으며 내열성이 있는 물질이며, 이들 중 다수는 높은 전기 전도성, 금속 광택과 같은 금속 특성을 나타냅니다. 이러한 탄화물의 조성은 넓은 범위에 걸쳐 다양합니다. 따라서 티타늄 탄화물은 다음과 같은 조성을 갖습니다. TiC 0.6 1.0 .

공유 탄화물 SiC 및 B 4 C. 중합체성이다. 붕소와 규소는 PSE에서 탄소의 이웃이고 원자 반경과 OEO 측면에서 가깝기 때문에 이들의 화학 결합은 순전히 공유 결합에 접근합니다. 그들은 매우 단단하고 화학적으로 불활성입니다. 메탄 CH는 또한 가장 단순한 공유 탄화물로 간주될 수 있습니다. 4 .

1. 탄소 할로겐화물

탄소는 할로겐과 많은 화합물을 형성하며, 그 중 가장 간단한 것은 다음과 같습니다: C H al 4 , 즉 탄소 테트라할라이드. 그 안에 S.O. 탄소는 +4이고, sp 3 -C 원자의 혼성화, 그래서 분자 C Н al 4 사면체. CF 4 가스, CCl 4 액체, CBr 4 및 CJ 4 고체. 오직 CF4 에서 직접 얻은 F2 C, 탄소는 다른 할로겐과 반응하지 않습니다. 사염화탄소는 이황화탄소를 염소화하여 얻습니다.

CS 2 + 3Cl 2 \u003d CCl 4 + S 2 Cl 2.

모든 C H al 4 물에는 녹지 않으나 유기용매에는 녹는다.

응, 캣

C H al 4 (g) + 2HON (g) \u003d CO 2 + 4HNa l (d) (가수분해는 강한 가열과 촉매 존재 하에서 발생합니다). 실용적인 중요성 CF 4 , SS 1 4 .

CF4 , 뿐만 아니라 기타 불소화 탄소 화합물, 예를 들어 CF2Cl2 (디플루오로디클로로메탄)은 냉동기의 프레온 작동 물질로 사용됩니다.

CCl4 유기물질(지방, 오일, 수지)의 불연성 용매 및 소화기용 액체로 사용됩니다.

1. 일산화탄소(P).

일산화탄소(P)CO는 무색, 무취의 가스로 물에 약간 용해됩니다. 독성이 매우 높음(일산화탄소): CO와 결합된 혈액 헤모글로빈은 O와 결합하는 능력을 잃습니다. 2 그리고 그 운반자가 되어라.

일산화탄소(P)가 얻어집니다:

• 탄소 2C + O의 불완전 산화로 2 = 2CO;

• 산업계에서는 다음 반응으로 얻습니다. CO 2 + C = 2CO;
• 뜨거운 석탄 위로 과열된 수증기를 통과시킬 때:

C + HOH \u003d CO + H 2t o

• 카르보닐의 분해 Fe(CO)5 → Fe + 5CO;
• 실험실에서는 수분 제거 물질이 포함된 포름산에 작용하여 CO를 얻습니다( H 2 SO 4, P 2 O 5):

HCOOH → CO + HOH.

그러나 CO에서는 탄소가 3가이고 HCOOH에서는 4가이기 때문에 CO는 포름산 무수물이 아닙니다. 따라서 CO는 염을 형성하지 않는 산화물입니다.

물에 대한 CO의 용해도는 낮고 화학 반응이 일어나지 않습니다. 분자에서와 마찬가지로 CO 분자에서도엔 2 삼중결합. 원자가 결합 방법에 따르면 (각 원자의) 두 개의 짝을 이루지 않은 p-전자 C와 O의 쌍으로 인해 2개의 결합이 형성되고, C의 자유 2p 궤도로 인해 공여자-수용체 메커니즘에 따라 세 번째 결합이 형성됩니다. 산소 원자의 원자와 2p 전자쌍: C ← O CO 삼중결합은 매우 강하고 에너지가 매우 크다(1066 kJ/mol).엔 2 . 일산화탄소(P)의 경우 다음 세 가지 유형의 반응이 특징적입니다.

1. 산화 반응. CO는 강력한 환원제이지만 분자 내 강한 삼중 결합으로 인해 CO와 관련된 산화 환원 반응은 고온에서만 빠르게 진행됩니다. 가열 중 CO의 도움으로 산화물을 환원하는 것은 야금학에서 매우 중요합니다.

Fe 2 O 3 + 3CO = 3CO 2 + 2Fe.

CO는 산소에 의해 산화될 수 있습니다.에게

2CO + O 2 \u003d 2CO 2.

1. CO의 또 다른 특징적인 화학적 성질은부가 반응, 이는 CO에서 탄소의 원자가 불포화로 인해 발생합니다(이 반응에서 탄소는 4가 상태로 전환되며 이는 CO에서 탄소의 3가보다 더 특징적입니다).

따라서 CO는 염소와 반응하여 포스겐 COC를 형성합니다. l2 :

CO + Cl 2 \u003d COCl 2 (이 반응에서 CO는 환원제이기도 합니다.) 빛과 촉매의 작용으로 반응이 가속화됩니다. 포스겐 브라운 가스, 매우 유독한 강한 독성 물질. 천천히 가수분해 COCl 2 + 2 HOH → 2 HCl + H 2 CO 3.

포스겐은 다양한 물질의 합성에 사용되며, 제1차 세계대전에서는 화학무기로 사용되었습니다.

가열되면 CO는 황과 반응하여 황화탄소를 형성합니다.코스:

CO + S = COS(가스).

압력 하에서 가열하면 CO는 수소와 반응하여 메탄올을 형성합니다.

맨 위

CO + 2H 2 ← CH 3 OH.

CO와 H로부터 메탄올 합성 2 가장 중요한 화학 생산품 중 하나입니다.

1. 대부분의 다른 탄소 화합물과 달리 CO 분자는 C 원자에 비공유 전자쌍을 가지고 있습니다. 따라서 CO 분자는 다음과 같은 작용을 할 수 있습니다.리간드 다양한 단지에서. 특히 카르보닐이라고 불리는 금속 원자에 CO를 첨가한 생성물이 많습니다. CO 외에 다른 리간드를 포함하는 카르보닐을 포함하여 약 1000개의 카르보닐이 알려져 있습니다. 카르보닐(복합체)은 다음을 제공합니다.

티, 피티, 피

Fe + 5CO → Ni + 4CO → .

금속의 산화 상태가 0인 기체, 액체 및 고체 카르보닐이 있습니다. 가열하면 카르보닐이 분해되어 매우 높은 순도의 금속 분말이 얻어집니다.

에게

Ni(CO)4 → Ni + 4CO.

카르보닐은 합성과 고순도 금속을 얻는 데 사용됩니다. CO와 같은 모든 카르보닐은 독성이 매우 높습니다.

1. 일산화탄소(IV).

CO 2 분자 선형 구조(O = C = O)를 가지며, sp 탄소 원자의 혼성화. σ 유형의 두 결합은 두 결합의 중첩으로 인해 발생합니다. sp C 원자와 두 개의 2p의 하이브리드 궤도엑스 짝을 이루지 않은 전자를 가진 두 개의 산소 원자의 궤도. 2p가 겹칠 때 π 유형의 다른 두 결합이 발생합니다. y - 및 2p z - 해당 2p를 갖는 C 원자(비하이브리드)의 궤도 y - 및 2p z -산소 원자의 궤도.

CO 2 획득:

- 업계에서석회석을 구워서 얻은

CaCO3 → CaO + CO2;

실험실에서 반응에 따라 Kipp 장치에서 얻은

CaCO 3 + 2HCl → CaCl 2 + CO 2 + HOH.

CO의 물리적 특성 2 : 기체이며 공기보다 무겁고 물에 대한 용해도가 낮음(0에서)영형 1리터의 물에 C가 1.7리터의 CO를 용해시킵니다. 2, 그리고 15시에 C는 1리터의 CO를 용해시킵니다. 2 ), 용해된 CO의 일부는 2 물과 반응하여 탄산을 형성합니다.

HOH + CO 2 ← H 2 CO 3 . 평형이 왼쪽(←)으로 이동하므로 용해된 CO의 대부분이 2는 산이 아닌 CO 2 형태입니다.

안에 화학적으로 CO 2 a) 산성 산화물의 특성과 알칼리 용액과 상호 작용할 때 탄산염이 형성되고 과량의 CO 2 중탄산염:

2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O NaOH + CO 2 → NaHCO 3.

b) 산화 특성은 있지만 산화 특성은 있습니다. CO2 S.O. 이후로 매우 약합니다. = +4 이것은 탄소의 가장 특징적인 산화 상태입니다. 동시에, CO 2 CO 또는 C로 감소:

C + CO 2 ← 2CO.

CO 2 소다 생산, 화재 진압, 생수 제조, 합성의 불활성 매체로 사용됩니다.

1. 탄산 및 그 염

탄산은 묽은 수용액에서만 알려져 있습니다. CO의 상호작용에 의해 형성됨 2 물로. 수용액에서는 대부분의 용해된 CO가 2 수화된 상태이고 H 형태의 작은 부분만 있음 2 CO 3, HCO 3 -, CO 3 2- 즉, 수용액에서 평형이 확립됩니다.

CO 2 + HOH ← H 2 CO 3 ← H + + HCO 3 - ← 2H + + CO 3 2-.

평형은 왼쪽(←)으로 강하게 이동하며 그 위치는 온도, 환경 등에 따라 달라집니다.

탄산은 약산(K)으로 간주됩니다. 1 = 4,2 ∙ 10 -7 ). 이것은 겉보기 이온화 상수 K입니다.그리고 그는. , 이는 물에 용해된 CO의 총량과 관련이 있습니다. 2 , 그리고 정확히 알려지지 않은 실제 탄산 농도와는 다릅니다. 하지만 분자 H 때문에 2 CO 3 용액의 값이 작으면 실제 K그리고 그는. 탄산은 위에 표시된 것보다 훨씬 더 많습니다. 따라서 K의 실제 가치는 다음과 같습니다. 1 ≈ 10 -4 , 즉 중간 강도의 탄산입니다.

염(탄산염)은 일반적으로 물에 약간 용해됩니다. 탄산염은 잘 녹는다+ , Na + , R в + , Cs + , Tl +1 , NH 4 + . 중탄산염은 탄산염과 달리 대부분 물에 용해됩니다.

소금 가수분해: Na 2 CO 3 + HOH ← NaHCO 3 + NaOH(pH> 7).

가열하면 탄산염이 분해되어 금속 산화물과 CO가 생성됩니다. 2 .양이온을 형성하는 원소의 금속성이 강할수록 탄산염은 더욱 안정해집니다. 그래서, Na2CO3 분해되지 않고 녹는다. CaCO 3 825에서 분해됨 o C 및 Ag 2 CO 3 100에서 분해됨영형 C. 중탄산염은 약간의 가열로 분해됩니다.

2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O.

1. 요소와 이황화탄소.

요소 또는 요소는 CO의 작용으로 얻어집니다. 2 수용액의 경우 130 o C 및 1∙10 7 Pa에서 H 3 N.

CO 2 + 2H 3 N \u003d CO (NH 2) 2 + H 2 O.

우레아는 백색 결정질 물질입니다. 이는 질소 비료, 가축 사료, 플라스틱 생산, 의약품(베로날, 루미날)로 사용됩니다.

이황화탄소(이황화탄소) CS2 정상적인 조건에서는 휘발성의 무색 액체이며 독성이 있습니다. 깨끗한 CS2 약간 기분 좋은 냄새가 나지만 공기와 접촉하면 산화 생성물의 역겨운 냄새가 납니다. 이황화탄소는 물에 용해되지 않습니다. 가열하면 (150영형 C) CO로 가수분해 2 및 H 2 S:

CS 2 + 2HOH = CO 2 + 2H 2 S.

이황화탄소는 쉽게 산화되고 약간의 가열로 공기 중에서 쉽게 발화됩니다. CS 2 + 3 O 2 \u003d CO 2 + 2 SO 2.

이황화탄소는 유황 증기와 뜨거운 석탄의 상호작용에 의해 생성됩니다. 이황화탄소는 유기물질, 인, 황, 요오드에 대한 좋은 용매로 사용됩니다. 대부분 CS2 비스코스 실크를 얻고 농업에서 해충을 퇴치하는 수단으로 사용됩니다.

1. 시안화수소산, 티오시안산염 및 시안산.

청산 HCN (또는 시안화수소산)은 선형 구조를 가지며, 실온에서 왼쪽으로 이동하는 호변이성체 평형의 2가지 유형의 분자로 구성됩니다.

H C ‚ N ← H N ‚ C

시안화물 이소시아나이드

수소 수소

HCN 가장 강한 독 중 하나인 아몬드 냄새가 나는 휘발성 액체이며 어떤 비율로든 물과 섞입니다. 수용액에서 HCN - 약산(K = 7.9 ∙ 10-10 ), 탄산보다 훨씬 약합니다.

업계에서는 HCN 촉매 반응에 의해 얻어짐:

토, 캣

CO + NH3 → HCN + HOH.

염(시안화물)은 가열될 때 탄소로 탄산염을 환원하여 얻습니다.

Na 2 CO 3 + C + 2NH 3 \u003d 2NaCN + 3H 2 O.

시안화수소는 유기합성에 사용되며, NaCN과 KCN 금 채굴에서 복잡한 시안화물 등을 얻기 위해

시안화물은 기본 ( NaCN) 및 산(JCN ). 염기성 시안화물의 가수분해:

NaCN + HOH ← NaOH + HCN(pH > 7).

산성 시안화물이 가수분해되면 두 가지 산이 생성됩니다.

JCN + HOH = HJO + HCN.

시안화물 d -원소는 물에 용해되지 않지만 착물 형성으로 인해 염기성 시안화물이 있는 경우 쉽게 용해됩니다.

4KCN + Mn(CN) 2 = K 4 .

복합 시안화물은 매우 안정적입니다.

티오시안산수소 HSCN 또는 HNCS 선형 구조를 가지며 두 가지 유형의 분자로 구성됩니다. HSC ∨ N또는시간 – N = 씨 = 에스. 결정질 티오시안산염에서NaNCS, 바(NCS) 2 금속 이온은 질소 원자 근처에 위치합니다. VAgSCN, HG(SCN) 2 황 원자 근처의 금속 이온.

토다나이드 또는 티오시아네이트는 알칼리 금속 시안화물(황과 끓는 용액)에 황을 작용시켜 얻습니다.

티영형

KCN + S = KNCS.

무수 티오시안산수소는 납(또는 수은) 티오시안산염을 전류로 가열하여 얻습니다.시간2 에스:

티영형

Rv(SCN)2 + H2 에스 →RvS↓ + 2HNCS.

HNCS무색의 유성 액체로 자극적인 냄새가 나고 쉽게 분해됩니다. 물, 수용액에 잘 녹습니다.HNCS강한 티오시안산(K = 0.14)을 형성합니다. 로다니이드는 주로 직물 염색에 사용되며,NH4 중추신경계이온 시약으로 사용철3+ .

또한 호변이성질체 시아노익(호크엔) 및 이소시안성(HNCO) 산:

.

실온에서 이 평형은 왼쪽으로 이동합니다.

시안산염과 이소시아네이트 염은 시안화물을 산화하여 얻습니다. 2KCN + 영형2 = 2 KOCN. 수용액의 시안산은 중간 강도의 산입니다.

알다

• 주기율표에서 탄소와 규소의 위치, 자연에서의 존재 및 실제 적용;
• 탄소와 규소의 원자 구조, 원자가, 산화 상태;
• 흑연, 다이아몬드 및 실리콘과 같은 단순 물질의 획득 방법 및 특성; 새로운 동소체 형태의 탄소;
• 주요 유형의 탄소 및 규소 화합물;
• 게르마늄 하위 그룹 요소의 특징;

가능하다

• 탄소와 규소의 단순 물질을 얻는 반응과 이들 물질의 화학적 특성을 특성화하는 반응에 대한 방정식을 작성합니다.
• 탄소 그룹의 원소 특성을 비교합니다.
• 탄소와 규소의 실질적으로 중요한 화합물을 특성화합니다.
• 탄소와 규소가 참여하는 반응 방정식에 따라 계산을 수행합니다.

소유하다

탄소, 규소 및 그 화합물과 관련된 반응 과정을 예측하는 기술.

원자의 구조. 자연의 보급

주기율표의 IVA족은 원자 번호가 짝수인 5개의 원소, 즉 탄소 C, 실리콘 Si, 게르마늄 Ge, 주석 Sn 및 납 Pb로 구성됩니다(표 21.1). 자연적으로 그룹의 모든 요소는 안정 동위 원소의 혼합물입니다. 탄소에는 *|С(98.9%)와 *§С(1.1%)라는 두 가지 등소체가 있습니다. 또한 자연에는 방사성 동위원소 "|C의 흔적이 있습니다. t t= 5730년. 이는 지구 대기에서 우주 방사선 중성자와 질소 핵이 충돌하는 동안 지속적으로 형성됩니다.

표 21.1

IVA 그룹 요소의 특성

* 생물학적 요소.

탄소의 주요 동위원소는 원자 질량 단위, 즉 원자 질량 단위를 기반으로 하기 때문에 화학 및 물리학에서 특히 중요합니다. { /2 원자 질량의 일부 'ICO 예).

실리콘에는 자연적으로 세 가지 동위원소가 있습니다. 그중 가장 흔한 것은 ^)Si(92.23%)이다. 게르마늄에는 5개의 동위원소(j^Ge - 36.5%)가 있습니다. 주석 - 10개의 동위원소. 이것은 화학 원소 중 기록입니다. 가장 일반적인 것은 12 5 gSn(32.59%)입니다. 납에는 4개의 동위원소가 있습니다: 2 SgPb(1.4%), 2 S|Pb(24.1%), 2S2βL(22.1%) 및 2S2βL(52.4%). 납의 마지막 3개 동위원소는 우라늄과 토륨의 천연 방사성 동위원소 붕괴의 최종 산물이므로 지구 전체 존재에 걸쳐 지각 내 함량이 증가했습니다.

지각의 확산 측면에서 탄소는 상위 10개 화학 원소 중 하나입니다. 이는 흑연, 다양한 종류의 석탄, 석유, 천연 가연성 가스, 석회석(CaCO e), 백운석(CaCO 3 -MgC0 3) 및 기타 탄산염의 일부로 발생합니다. 천연 다이아몬드는 이용 가능한 탄소 중 미미한 부분을 차지하지만 아름답고 단단한 광물로서 매우 가치가 높습니다. 그러나 물론 탄소의 가장 높은 가치는 모든 생명체의 몸을 구성하는 생물 유기 물질의 구조적 기초라는 사실에 있습니다. 탄소는 생명체가 존재하는 데 필요한 많은 화학 원소 중 첫 번째로 간주되는 것은 당연합니다.

실리콘은 지각에서 두 번째로 풍부한 원소입니다. 여러분이 보는 모래, 점토, 그리고 많은 암석들은 규소 광물로 이루어져 있습니다. 산화규소의 결정질 품종을 제외하고 모든 천연 화합물은 다음과 같습니다. 규산염, 즉. 다양한 규산의 염. 이들 산 자체는 개별 물질로 얻어지지 않았습니다. 오르토실리케이트는 SiOj ~ 이온을 포함하고, 메타실리케이트는 중합체 사슬(SiO 3 ") w로 구성됩니다. 대부분의 실리케이트는 실리콘과 산소 원자의 골격 위에 만들어지며, 그 사이에 금속 원자와 일부 비금속(불소) 원자가 위치할 수 있습니다. 알려진 실리콘 광물로는 석영 SiO 2, 장석(orthoclase KAlSi 3 0 8), 운모(백운모 KAl 3 H 2 Si 3 0 12) 등이 있으며, 총 400종 이상의 실리콘 광물이 알려져 있습니다. 실리콘 화합물은 보석과 보석의 절반 이상을 차지합니다. 장식용 돌.산소-실리콘 구조는 물에 대한 용해도가 낮은 실리콘 광물을 유발합니다.지하의 뜨거운 샘에서만 수천년에 걸쳐 실리콘 화합물의 성장과 껍질이 퇴적될 수 있습니다.재스퍼는 이러한 유형의 암석에 속합니다.

탄소, 규소, 주석, 납 등은 고대부터 단순한 물질이나 화합물의 형태로 알려졌기 때문에 발견 시기를 말할 필요가 없다. 게르마늄은 1886년 K. Winkler(독일)에 의해 희귀 광물인 아지로디테에서 발견되었습니다. 그러한 특성을 가진 요소의 존재가 D. I. Mendeleev에 의해 예측되었다는 것이 곧 분명해졌습니다. 새로운 요소의 이름은 논란을 불러일으켰습니다. Mendeleev는 Winkler에게 보낸 편지에서 그 이름을 강력히 지지했습니다. 게르마늄.

IVA족 원소는 바깥쪽에 4개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 에스-그리고 p-하위레벨:

원자의 전자식:

바닥 상태에서 이들 원소는 2가가 되고 들뜬 상태에서는 4가가 됩니다.

탄소와 규소는 2가 상태에서 화합물을 거의 형성하지 않습니다. 거의 모든 안정한 화합물에서는 4가입니다. 그룹 아래로 내려가면 게르마늄, 주석, 납의 경우 2가 상태의 안정성이 증가하고 4가 상태의 안정성이 감소합니다. 따라서 납(IV) 화합물은 강력한 산화제처럼 작용합니다. 이 패턴은 VA 그룹에서도 나타납니다. 탄소와 그룹의 나머지 원소 사이의 중요한 차이점은 세 가지 다른 혼성화 상태에서 화학 결합을 형성하는 능력입니다. sp, sp2그리고 sp3.실리콘에는 사실상 단 하나의 하이브리드 상태만 남았습니다. sp3.이는 탄소와 규소 화합물의 특성을 비교할 때 명확하게 나타납니다. 예를 들어, 일산화탄소 CO 2 는 기체(이산화탄소)이고, 산화규소 SiO 2 는 내화물질(석영)입니다. 첫 번째 물질은 기체 상태입니다. sp-탄소의 혼성화, CO 2 분자에서 모든 공유 결합이 닫힙니다.

분자 사이의 인력은 약하며, 이것이 물질의 상태를 결정합니다. 산화규소에서는 4개의 하이브리드 5p 3 실리콘 오비탈이 2개의 산소 원자에서 닫힐 수 없습니다. 규소 원자는 4개의 산소 원자에 결합되어 있으며, 각 산소 원자는 차례로 다른 규소 원자에 결합되어 있습니다. 모든 원자 사이의 결합 강도가 동일한 프레임 구조로 밝혀졌습니다 (그림 1 권, 40 페이지 참조).

메탄 CH 4 및 실란 SiH 4 와 같이 동일한 혼성화를 갖는 탄소와 규소 화합물은 구조와 물리적 특성이 유사합니다. 두 물질 모두 가스입니다.

IVA 원소의 전기음성도는 VA족 원소에 비해 낮으며, 이는 특히 2주기와 3주기 원소에서 두드러집니다. IVA 그룹 원소의 금속성은 VA 그룹 원소보다 더 뚜렷합니다. 흑연 형태의 탄소는 전도체입니다. 실리콘과 게르마늄은 반도체이고, 주석과 납은 진정한 금속입니다.

IVA 그룹에는 가장 중요한 요소가 포함되어 있으며, 이것이 없으면 우리도 우리가 살고 있는 지구도 없을 것입니다. 이것은 모든 유기 생명체의 기초인 탄소이고, 광물 왕국의 "군주"인 규소입니다.

탄소와 실리콘이 전형적인 비금속이고 주석과 납이 금속이라면 게르마늄은 중간 위치를 차지합니다. 일부 교과서에서는 이를 비금속으로 분류하고 다른 교과서에서는 금속으로 분류합니다. 색깔은 은백색이고 금속처럼 보이지만 다이아몬드 같은 결정격자를 갖고 있고 실리콘과 같은 반도체이다.

탄소에서 납까지(비금속 특성 감소):

승 음의 산화 상태의 안정성이 감소합니다(-4).

승 가장 높은 양성 산화 상태의 안정성이 감소합니다(+4).

승 낮은 양성 산화 상태의 안정성을 증가시킵니다(+2).

탄소는 모든 유기체의 주요 구성 요소입니다. 자연에는 탄소(다이아몬드, 흑연)와 화합물(이산화탄소, 다양한 탄산염, 메탄 및 천연 가스와 석유 구성의 기타 탄화수소)로 형성된 단순 물질이 모두 있습니다. 무연탄의 탄소 질량 분율은 97%에 이릅니다.
바닥 상태의 탄소 원자는 교환 메커니즘에 의해 두 개의 공유 결합을 형성할 수 있지만, 이러한 화합물은 정상적인 조건에서는 형성되지 않습니다. 들뜬 상태로 들어가는 탄소 원자는 원자가 전자 4개를 모두 사용합니다.
탄소는 꽤 많은 동소체 변형을 형성합니다(그림 16.2 참조). 이들은 다이아몬드, 흑연, 카빈총, 다양한 풀러렌입니다.

무기 물질에서 탄소의 산화 상태는 + II 및 + IV입니다. 이러한 탄소 산화 상태를 갖는 두 가지 산화물이 있습니다.
일산화탄소(II)는 무색, 무취의 독성가스입니다. 사소한 이름은 일산화탄소입니다. 이는 탄소 함유 연료의 불완전 연소 중에 형성됩니다. 121페이지의 분자의 전자 구조를 참조하십시오. 염을 형성하지 않는 산화물인 CO의 화학적 특성에 따르면 CO는 가열되면 환원 특성을 나타냅니다(활성이 낮은 금속의 많은 산화물을 금속으로 환원함).
일산화탄소(IV)는 무색, 무취의 기체입니다. 사소한 이름은 이산화탄소입니다. 산성 산화물. 물에 (물리적으로) 약간 용해되고 부분적으로 반응하여 탄산 H2CO3을 형성합니다 (이 물질의 분자는 매우 묽은 수용액에만 존재합니다).
탄산은 두 가지 염(탄산염과 탄화수소)을 형성하는 매우 약한 이염기산입니다. 대부분의 탄산염은 물에 녹지 않습니다. 중탄산염 중 알칼리금속과 중탄산암모늄만이 개별물질로 존재합니다. 탄산 이온과 중탄산염 이온은 모두 염기의 입자이므로 수용액의 탄산염과 중탄산염은 모두 음이온 가수 분해를 겪습니다.
탄산염 중에서 가장 중요한 것은 탄산나트륨 Na2CO3(소다, 소다회, 세탁소다), 중탄산나트륨 NaHCO3(베이킹소다, 베이킹소다), 탄산칼륨 K2CO3(칼륨) 및 탄산칼슘 CaCO3(분필, 대리석, 석회암)입니다.
가스 혼합물에 존재하는 이산화탄소에 대한 정성적 반응: 시험 가스가 석회수(수산화칼슘의 포화 용액)를 통과할 때 탄산칼슘 침전물이 형성되고, 가스를 추가로 통과시키면서 침전물이 용해됩니다. . 일어나는 반응:

Ca2 + 2OH + CO2 = CaCO3 + H2O;
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2 + 2HCO3 .

약리학 및 의학에서는 탄산 및 카르복실산 유도체, 다양한 헤테로사이클, 폴리머 및 기타 화합물과 같은 다양한 탄소 화합물이 널리 사용됩니다. 따라서 카르볼렌(활성탄)은 신체의 다양한 독소를 흡수하고 제거하는 데 사용됩니다. 흑연 (연고 형태) - 피부 질환 치료용; 탄소 방사성 동위원소 - 과학 연구(방사성탄소 분석)용.

탄소는 모든 유기물질의 기본이다. 모든 살아있는 유기체는 주로 탄소로 구성됩니다. 탄소는 생명의 기초입니다. 살아있는 유기체의 탄소원은 일반적으로 대기나 물의 CO 2 입니다. 광합성의 결과로 생물이 서로 먹거나 서로의 잔해를 잡아먹으면서 탄소를 추출해 자신의 몸을 만드는 생물학적 먹이사슬 속으로 들어가게 된다. 탄소의 생물학적 순환은 산화되어 대기로 돌아가거나 석탄이나 석유 형태로 폐기되면서 끝납니다.

분석 반응 탄산염 - 이온 CO 3 2-

탄산염은 불안정하고 매우 약한 탄산 H 2 CO 3의 염으로, 수용액의 자유 상태에서는 불안정하고 CO 2의 방출로 분해됩니다. H 2 CO 3 - CO 2 + H 2 O

암모늄, 나트륨, 루비듐, 탄산세슘은 물에 용해됩니다. 탄산리튬은 물에 약간 용해됩니다. 다른 금속 탄산염은 물에 약간 용해됩니다. 탄화수소는 물에 용해됩니다. 탄산염 - 수용액의 이온은 무색이며 가수분해됩니다. 알칼리 금속 중탄산염 수용액에 페놀프탈레인 용액 ​​한 방울을 첨가해도 얼룩이 지지 않으므로 탄산수용액과 중탄산염 용액을 구별할 수 있습니다(약전 시험).

1. 염화바륨과의 반응.

Ba 2+ + COz 2 - -> BaCO 3 (백색 미세 결정)

유사한 탄산염 침전물은 칼슘 양이온(CaCO 3)과 스트론튬(SrCO 3)을 생성합니다. 침전물은 무기산과 아세트산에 용해됩니다. H 2 SO 4 용액에서 흰색 침전 BaSO 4가 형성됩니다.

침전물이 완전히 용해될 때까지 HC1 용액을 침전물에 천천히 적가합니다. BaCO3 + 2 HC1 -> BaC1 2 + CO 2 + H 2 O

2. 황산마그네슘과의 반응(약전).

Mg 2+ + CO3 2 - -> MgCO 3 (백색)

중탄산염 - HCO 3 이온 - 끓을 때만 황산마그네슘과 함께 MgCO 3 침전물을 형성합니다. Mg 2+ + 2 HCO3- -> MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

MgCO 3 침전물은 산에 용해됩니다.

3. 무기산과의 반응(약전).

CO 3 2- + 2 H 3 O \u003d H 2 CO 3 + 2H 2 O

HCO 3 - + H 3 O + = H 2 CO 3 + 2H 2 O

H 2 CO 3 - CO 2 + H 2 O

방출된 기체 CO 2 는 시험관 - 수용기 - 용액의 탁도에서 가스, 기포(CO 2)를 감지하는 장치에서 바리톤 또는 석회수의 탁도에 의해 감지됩니다.

4. 우라닐 헥사시아노철산염(II)과의 반응.

2CO 3 2 - + (UO 2) 2 (갈색) -> 2 UO 2 CO 3 (무색) + 4 -

우라닐 헥사시아노철산염(II)의 갈색 용액은 우라닐 아세테이트(CH 3 COO) 2 UO 2 용액과 칼륨 헥사시아노철산염(II) 용액을 혼합하여 얻습니다.

2(CH 3 COO) 2 GO 2 + K 4 -> (UO 2) 2 + 4 CH 3 COOK

생성된 용액에 갈색이 사라질 때까지 교반하면서 Na 2 CO 3 또는 K 2 CO 3 용액을 적가합니다.

5. 칼슘 양이온 및 암모니아와의 반응을 통해 탄산 이온과 중탄산염 이온을 분리하여 발견합니다.

용액에 탄산염 이온과 중탄산염 이온이 동시에 포함되어 있으면 각각을 별도로 열 수 있습니다.

이를 위해 먼저 분석된 용액에 과량의 CaCl 2 용액을 첨가합니다. 이 경우 CO3 2 -는 CaCO 3 형태로 침전됩니다.

COz 2 - + Ca 2+ \u003d CaCO 3

중탄산염 - 물에 Ca(HCO 3) 2 용액이 있기 때문에 이온이 용액에 남아 있습니다. 침전물을 용액에서 분리하고 암모니아 용액을 후자에 첨가합니다. HCO 2 - 암모니아와 칼슘 양이온이 포함된 음이온은 다시 CaCO 3를 침전시킵니다: HCO s - + Ca 2+ + NH 3 -> CaCO3 + NH 4 +

6. 탄산염-이온의 다른 반응.

탄산염 - 이온은 염화철(III) FeCl 3과 반응하여 갈색 침전물 Fe(OH) CO 3을 형성하고 질산은은 탄산은 Ag 2 CO3의 흰색 침전물로 HbTO3에 용해되고 물에서 끓을 때 분해됩니다. 어두운 침전물 Ag 2 O ISO 2: Ag 2 CO 3 -> Ag 2 O + CO 2

아세테이트 - 이온 CH 3 COO의 분석 반응 "

아세테이트 - 이온 CH 3 COO- - 약한 일염기 아세트산의 음이온 CH 3 COOH: 수용액에서 무색이며, 가수분해되고, 산화환원 특성이 없습니다. 매우 효과적인 리간드이며 많은 금속 양이온과 안정한 아세테이트 착물을 형성합니다. 산성 매질에서 알코올과 반응하면 에스테르가 생성됩니다.

암모늄, 알칼리 및 대부분의 기타 금속 아세테이트는 물에 잘 녹습니다. 은 아세테이트 CH 3 COOAg 및 수은(I)은 다른 금속의 아세테이트보다 물에 덜 용해됩니다.

1. 염화철(III)과의 반응(약전).

pH = 5-8에서 Fe(III) 양이온을 함유한 아세트산 이온은 가용성 진한 빨간색(강한 차색) 아세테이트 또는 철(III) 수산화아세트산을 형성합니다.

수용액에서는 부분적으로 가수분해됩니다. 무기산으로 용액을 산성화하면 가수분해가 억제되고 용액의 붉은색이 사라집니다.

3 CH3COOH + Fe --> (CH 3 COO) 3 Fe + 3 H +

끓으면 염기성 아세트산철(III)의 적갈색 침전물이 용액에서 침전됩니다.

(CH 3 COO) 3 Fe + 2 H 2 O<- Fe(OH) 2 CH 3 COO + 2 СН 3 СООН

철(III)과 아세테이트-이온의 농도 비율에 따라 침전물의 조성이 변경될 수 있으며 예를 들어 Fe OH (CH 3 COO) 2, Fe 3 (OH) 2 O 3 (CH 3 COO), Fe 3 O (OH) (CH 3 COO) 6 또는 Fe 3 (OH) 2 (CH 3 COO) 7.

반응은 철(III)과 침전물을 형성하는 음이온 CO 3 2 -, SO 3 "-, PO 4 3 -, 4 및 SCN- 음이온(Fe 3+ 양이온과 적색 착물 제공)에 의해 방해됩니다. 요오드화물 - 이온 G, 요오드 1 2로 산화되어 용액에 노란색이 나타납니다.

2. 황산과의 반응.

아세트산 - 강산성 환경의 이온은 약한 아세트산으로 변하며, 그 증기에는 식초 특유의 냄새가 납니다.

CH 3 COO- + H +<- СН 3 СООН

반응은 음이온 NO 2 \ S 2 -, SO 3 2 -, S 2 O 3 2 -에 의해 방해되며, 이는 또한 농축된 H 2 SO4 매질에서 특유의 냄새가 있는 기체 생성물을 방출합니다.

3. 아세트산 에틸 에테르 형성 반응 (약전).

반응은 황산 매질에서 수행됩니다. 에탄올의 경우:

CH 3 COO- + H + -- CH 3 COOH CH 3 COOH + C 2 H 5 OH \u003d CH 3 COOS 2 H 4 + H 2 O

방출된 에틸 아세테이트는 특유의 기분 좋은 냄새로 감지됩니다. 은염은 이 반응을 촉매하므로 반응 중에 소량의 AgNO 3 를 첨가하는 것이 좋습니다.

마찬가지로 아밀 알코올 C 5 HcOH와 반응하면 기분 좋은 냄새가 나는 아밀 아세테이트 CH 3 COOC 5 Ni (-배-)가 형성되며 에틸 아세테이트의 특징적인 냄새가 느껴지며 혼합물을 조심스럽게 가열하면 증가합니다.

분석 반응 주석산염 - ROS 이온 - CH(OH) - CH(OH) - COMP. 주석산 이온 - 약한 이염기성 주석산의 음이온:

호-치-쿠오

호-치-쿠오

타르타르산염 - 이온은 물에 잘 녹습니다. 수용액에서 주석산염 이온은 무색이고, 가수분해되며 착물을 형성하기 쉬우므로 많은 금속 양이온과 안정한 주석산염 착물을 제공합니다. 타르타르산은 두 줄의 염을 형성합니다 - 이중 전하를 띤 주석산염 - COCH(OH)CH(OH)COO를 포함하는 중간 주석산염 - 이온 및 산성 주석산염 - 단일 전하를 띤 주석산염을 포함하는 주석산염 - HOOOCH(OH)CH(OH)COO - 이온. 칼륨 하이드로타르타르산염(-타르타르-) KNS 4 H 4 O 6은 물에 거의 녹지 않으며 칼륨 양이온을 여는 데 사용됩니다. 평균 칼슘염도 물에 약간 용해됩니다. 평균 칼륨 염 K 2 C 4 H 4 O 6은 물에 잘 녹습니다.

I. 염화칼륨과의 반응(약전).

C 4 H 4 O 6 2 - + K + + H + -> KNS 4 H 4 O 6 1 (백색)

2. 산성 매질에서 레조르시놀과의 반응(약전).

진한 황산 매질에서 레조르시놀 메타 - C 6 H 4 (OH) 2와 함께 가열하면 타르타르산염이 체리 레드 반응 생성물을 형성합니다.

14) 은의 암모니아 착물과의 반응. 금속성 은의 검은 침전물이 떨어져 나옵니다.

15) 황산철(II) 및 과산화수소와의 반응.

타르타르산염을 함유한 용액에 FeSO 4 및 H 2 O 2의 묽은 수용액을 첨가합니다. 분쇄된 색상의 불안정한 철 착물이 형성됩니다. NaOH의 알칼리 용액으로 후속 처리하면 복합체가 파란색으로 착색됩니다.

옥살산염 이온 C 2 O 4 2-의 분석 반응

옥살산염 이온 C 2 O 4 2- - 중간 강도의 이염기 옥살산 H 2 C 2 O 4의 음이온으로 물에 비교적 잘 용해됩니다. 수용액의 옥살산염 이온은 무색이고 부분적으로 가수분해되었으며 강력한 환원제이며 효과적인 리간드입니다. 많은 금속의 양이온과 안정한 옥살산염 복합체를 형성합니다. 알칼리 금속, 마그네슘 및 암모늄의 옥살산염은 물에 용해되는 반면 다른 금속은 물에 약간 용해됩니다.

1 염화 바륨과의 반응 Ba 2+ + C 2 O 4 2- \u003d BaC 2 O 4 (흰색) 침전물은 무기산과 아세트산 (끓을 때)에 용해됩니다. 2. 염화칼슘과의 반응(약전): Ca 2+ + C 2 O 4 2 - = CaC 2 O 4 (백색)

침전물은 무기산에는 용해되지만 아세트산에는 용해되지 않습니다.

3. 질산은과의 반응.

2 Ag + + C 2 O 4 2 - -> Ag2C2O 4 .|.(응고됨) 용해도 테스트. 퇴적물은 3부분으로 나누어진다:

ㅏ). 침전물이 용해될 때까지 교반하면서 침전물과 함께 첫 번째 시험관에 HNO 3 용액을 한 방울씩 첨가합니다.

비). 침전물이 용해될 때까지 교반하면서 침전물과 함께 두 번째 시험관에 농축된 암모니아 용액을 한 방울씩 첨가합니다. V). 침전물이 있는 세 번째 시험관에 HCl 용액 4-5방울을 첨가합니다. 시험관에는 흰색 염화은 침전물이 남아 있습니다.

Ag 2 C 2 O 4 + 2 HC1 -> 2 AC1 (백색) + H 2 C 2 O 4

4. 과망간산칼륨과의 반응. 산성 환경에서 KMPO 4를 함유한 옥살산염 이온은 CO 2 방출로 산화됩니다. KMnO 4 용액은 망간(VII)이 망간(II)으로 환원되어 무색이 됩니다.

5 C 2 O 4 2 - + 2 MnO 4 "+ 16 H + -> 10 CO 2 + 2 Mp 2+ + 8 H 2 O

KMPO 4 희석용액. 후자는 변색되었습니다. 기포가 방출됩니다 - CO 2 .

38 VA 그룹의 요소

주기율표의 VA 그룹의 일반적인 특성. s x p y 형식으로 VA 그룹 요소의 외부 에너지 수준의 전자 구성입니다.

비소와 안티몬은 분자 및 금속 결정 격자 모두에서 서로 다른 동소체 변형을 갖습니다. 그러나 양이온 형태(As 3+ , Sb 3+)의 안정성을 비교하면 비소는 비금속, 안티몬은 금속으로 분류됩니다.

VA족 원소에 안정한 산화 상태

질소에서 비스무스까지(비금속 특성이 감소함):

승 음의 산화 상태(-3)의 안정성을 감소시킵니다. (m. 수소 화합물의 특성)

승 가장 높은 양성 산화 상태의 안정성이 감소합니다(+5).

승 낮은 양성 산화 상태의 안정성을 증가시킵니다(+3).

16.1. IIIA, IVA 및 VA 그룹 요소의 일반적인 특성

비 보레 0,776	씨 탄소 0,620	N 질소 0,521
알루미늄 알루미늄 1,312	시 규소 1,068	피 인 0,919
가 갈륨 1,254	Ge 게르마늄 1,090	처럼 비소 1,001
~ 안에 인듐 1,382	sn 주석 1,240	Sb 안티몬 1,193
틀 탈륨 1,319	납 선두 1,215	비 창연 1,295

자연 요소 시스템의 세 그룹의 구성이 그림 16.1에 나와 있습니다. 원자의 궤도 반경 값(옹스트롬 단위)도 여기에 제공됩니다. 금속을 형성하는 원소(궤도 반경이 1.1옹스트롬보다 큼)와 비금속을 형성하는 원소(궤도 반경이 1.1옹스트롬보다 작음) 사이의 경계가 가장 명확하게 추적되는 것은 이 그룹에 속합니다. 그림에서 이 경계는 이중선으로 표시됩니다. 이 경계는 여전히 조건부라는 점을 잊어서는 안 됩니다. 알루미늄, 갈륨, 주석, 납 및 안티몬은 확실히 양쪽성 금속이지만 붕소, 게르마늄 및 비소도 양쪽성의 징후를 보입니다.
이 세 그룹의 원소 원자 중에서 다음은 지각에서 가장 흔히 발견됩니다: Si(w = 25.8%), Al(w = 7.57%), P(w = 0.090%), C(w = 0.087%) 및 N(w = 0.030%). 이 장에서 당신이 만날 사람은 바로 그들입니다.
IIIA족 원소 원자의 일반 원자가 전자식 - ns 2 np 1, IVA 그룹 - ns 2 np 2, VA 그룹 - ns 2 np삼 . 가장 높은 산화 상태는 그룹 번호와 같습니다. 중급 2 이하.
이러한 원소의 원자로 형성된 모든 단순 물질(질소 제외)은 고체입니다. 많은 원소는 동소성을 특징으로 합니다(B, C, Sn, P, As). 안정적인 분자 물질은 질소 N 2, 백린 P 4 및 황 비소 As 4의 세 가지뿐입니다.

이 세 그룹의 비금속 원소는 공유 결합을 통해 분자 수소 화합물을 형성하는 경향이 있습니다. 더욱이 탄소에는 탄화수소와 그 파생물이 별도의 과학, 즉 유기 화학으로 연구되는 것들이 너무 많습니다. 이들 원소 중에서 두 번째로 많은 수소 화합물은 붕소입니다. 보로하이드라이드(보란)은 매우 많고 구조가 복잡하므로 보로하이드라이드의 화학도 별도의 화학 분야가 되었습니다. 실리콘은 8개의 수소 화합물(실란), 즉 질소와 인(각각 2개, 나머지는 각각 1개의 수소 화합물)을 형성합니다. 가장 간단한 수소 화합물의 분자식과 그 이름:

고급 산화물의 조성은 그룹 번호와 동일한 가장 높은 산화 상태에 해당합니다. 각 그룹의 고급 산화물 유형은 일련 번호가 증가함에 따라 산성에서 양쪽성 또는 염기성으로 점차 변합니다.

수산화물의 산-염기 특성은 매우 다양합니다. 따라서 HNO 3는 강산이고 TlOH는 알칼리입니다.

1. IIIA, IVA 및 VA 그룹 원소의 원자에 대한 축약된 전자 공식과 에너지 다이어그램을 만듭니다. 외부 전자와 원자가 전자를 나타냅니다.

질소 원자에는 3개의 짝을 이루지 않은 전자가 있으므로 교환 메커니즘에 의해 3개의 공유 결합을 형성할 수 있습니다. 공여체-수용체 메커니즘에 의해 또 다른 공유 결합을 형성할 수 있는 반면, 질소 원자는 +1의 형식 전하를 얻습니다. 이자형. 따라서 최대 질소는 5가이지만 최대 공유가는 4입니다.(이것은 질소가 5가가 될 수 없다는 자주 발생하는 설명을 설명합니다.)
거의 모든 육상 질소는 우리 행성의 대기에 있습니다. 상당히 적은 양의 질소가 암석권에 질산염 형태로 존재합니다. 질소는 모든 유기체와 그 분해 생성물에 포함된 유기 화합물의 일부입니다.
질소는 유일한 형태이다. 단순한분자 물질분자 내에 삼중 이원자 결합이 있는 N 2 (그림 16.2). 이 결합의 에너지는 945 kJ/mol로 다른 결합 에너지의 값을 초과합니다(표 21 참조). 이것은 상온에서 질소의 불활성을 설명합니다. 물리적 특성에 따르면 질소는 태어날 때부터 우리에게 잘 알려진 무색, 무취의 가스입니다(지구 대기의 4분의 3은 질소입니다). 질소는 물에 약간 용해됩니다.

질소는 두 가지를 형성한다 수소 화합물: 암모니아 NH 3 및 히드라진 N 2 H 6:

암모니아는 자극적이고 질식하는 냄새가 나는 무색의 가스입니다. 농축된 암모니아 증기를 부주의하게 흡입하면 경련과 질식을 초래할 수 있습니다. 암모니아는 물에 매우 잘 녹으며, 이는 각 암모니아 분자에 의해 물 분자와 4개의 수소 결합이 형성되는 것으로 설명됩니다.

암모니아 분자는 기본 입자입니다(부록 14 참조). 양성자를 받으면 암모늄 이온이 됩니다. 반응은 수용액과 기체상 모두에서 진행될 수 있습니다.

NH 3 + H 2 O NH 4 + OH(용액 중);
NH 3 + H 3 O B \u003d NH 4 + H 2 O (용액 중);
NH 3g + HCl g \u003d NH 4 Cl cr (기체상).

암모니아 수용액은 불용성 수산화물을 침전시킬 만큼 알칼리성이지만 양쪽성 수산화물이 용해되어 수산화물 복합체를 형성할 만큼 알칼리성은 아닙니다. 따라서 양쪽성 수산화물을 얻기 위해서는 암모니아 용액을 사용하는 것이 편리합니다. 피-원소: Al(OH)3, Be(OH)2, Pb(OH)2 등, 예:

Pb 2 + 2NH 3 + 2H 2 O \u003d Pb(OH) 2 + 2NH 4.

공기 중에서 점화되면 암모니아는 연소되어 질소와 물을 형성합니다. 촉매(Pt)가 있는 상태에서 산소와 상호작용하면 가역적으로 일산화질소로 산화됩니다.

4NH 3 + 3O 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O(촉매 없음),
4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O(촉매 포함).

가열하면 암모니아는 구리와 같이 그다지 활성이 좋지 않은 금속의 산화물을 감소시킬 수 있습니다.

3CuO + 2NH3 \u003d 3Cu + N2 + 3H2O

암모늄염의 특성(열 안정성 제외)은 알칼리 금속염과 유사합니다. 후자와 마찬가지로 거의 모두 물에 용해되지만 암모늄 이온은 약산이므로 양이온에 의해 가수분해됩니다. 가열하면 암모늄염이 분해됩니다.

NH 4 Cl \u003d NH 3 + HCl;
(NH 4) 2 SO 4 \u003d NH 4 HSO 4 + NH 3;
(NH4) 2 CO 3 \u003d 2NH 3 + CO 2 + H 2 O;
NH 4 HS \u003d NH 3 + H 2 S;
NH 4 NO 3 \u003d N 2 O + 2H 2 O;
NH 4 NO 2 \u003d N 2 + 2H 2 O;
(NH 4) 2 HPO 4 \u003d NH 3 + (NH 4) H 2 PO 4;
(NH4) H2PO4 \u003d NH4PO3 + H2O.

다양한 산화 상태의 질소는 산소 5와 함께 형성됩니다. 산화물: N 2 O, NO, N 2 O 3 , NO 2 및 N 2 O 5 .
그 중 가장 안정적인 것은 이산화질소입니다. 불쾌한 냄새가 나는 갈색의 유독가스이다. 물과 반응:

2NO 2 + H 2 O \u003d HNO 2 + HNO 3.

알칼리 용액을 사용하면 질산염과 아질산염이 형성되면서 반응이 진행됩니다.
N 2 O 및 NO는 염을 형성하지 않는 산화물입니다.
N 2 O 3 및 N 2 O 5는 산성 산화물입니다. 물과 반응하여 각각 아질산과 질산 용액을 형성합니다.

산화 상태의 질소 산소산 + III - 아질산 HNO 2. 분자가 수용액에만 존재하는 약산입니다. 그 염은 아질산염입니다. 아질산과 아질산염의 질소는 +V 산화 상태로 쉽게 산화됩니다.

아질산과 달리 질산 HNO 3은 강산입니다. 분자의 구조는 두 가지 방식으로 표현될 수 있습니다.

질산은 모든 면에서 물과 섞일 수 있으며, 완전히 반응하는 희석 용액에서는 다음과 같습니다.

HNO 3 + H 2 O \u003d H 3 O + NO 3

질산과 그 용액은 강력한 산화제입니다. 질산이 희석되면 산화 활성이 감소합니다. 모든 농도의 질산 용액에서 산화 원자는 주로 수소가 아닌 질소 원자입니다. 따라서 질산으로 각종 물질을 산화시키는 과정에서 수소가 방출되면 부산물일 뿐이다. 산의 농도와 다른 시약의 환원 활성에 따라 반응 생성물은 NO 2 , NO, N 2 O, N 2 심지어 NH 4 가 될 수 있습니다. 대부분의 경우 가스 혼합물이 형성되지만 농축 질산의 경우 이산화질소만 방출됩니다.

Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
3FeS + 30HNO 3 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + Fe (NO 3) 3 + 27NO 2 + 15H 2 O

묽은 질산의 경우 일산화질소가 가장 자주 방출됩니다.

Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
3H 2 S + 2HNO 3 = 2NO + 4H 2 O + 3S

매우 묽은 질산이 강한 환원제(Mg, Al, Zn)와 반응하면 암모늄 이온이 형성됩니다.

4Mg + 10HNO 3 \u003d 4Mg (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

진한 황산으로 부동태화된 금속은 진한 질산으로도 부동태화됩니다.
질산 염 - 질산염 - 열적으로 불안정한 화합물. 가열하면 다음과 같이 분해됩니다.
2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2;
2Zn(NO 3) 2 \u003d 2ZnO + 4NO 2 + O 2;
2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2.

1. 단락 본문에 주어진 반응의 방정식을 설명적으로 작성하십시오.
2. a) 암모니아, b) 질산, c) 질산아연의 화학적 성질을 특성화하는 반응 방정식을 작성하십시오.
암모니아와 질산의 화학적 성질.

16.3. 인

질소 원자와는 달리, 원자인은 교환 메커니즘에 의해 5개의 공유 결합을 형성할 수 있습니다. 이에 대한 전통적인 설명은 3가지 중 하나를 자극할 가능성으로 귀결됩니다. 에스-전자와 3으로의 전이 디-하위 수준.
인 원소는 꽤 많이 형성됩니다. 동소체 변형. 이들 중에서 백린탄, 적린탄, 흑린탄의 세 가지 변형이 가장 안정적입니다. 백린탄은 P4 분자로 구성된 공기 중에서 자연 연소되기 쉬운 왁스 같은 독성 물질입니다. 적린은 다소 복잡한 구조를 지닌 비분자성, 짙은 붉은색의 덜 활성인 물질입니다. 일반적으로 적린에는 항상 백색 혼합물이 포함되어 있으므로 백린과 적린은 항상 물층 아래에 ​​저장됩니다. 흑린은 복잡한 골격 구조를 지닌 비분자 물질이기도 합니다.
백린탄의 분자는 사면체이고, 그 안에 있는 인 원자는 3가입니다. 백린탄 분자의 볼-스틱 모델 및 구조식:

적린의 구조는 구조식으로 표현됩니다.

인은 모래와 코크스와 함께 가열하면 인산 칼슘에서 얻습니다.

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 + 5C = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO.

인의 경우 산화 상태가 +V인 화합물이 가장 특징적입니다. 과량의 염소와 상호작용할 때 인은 5염화물을 형성합니다. 과잉 산소에서 인의 동소체 변형이 연소되는 동안, 산화물인(V):

4P + 5O 2 \u003d 2P 2O 5.

인(V) 산화물에는 두 가지 변형이 있습니다: 비분자형(가장 간단한 공식 P 2 O 5 포함)과 분자형(분자식 P 4 O 10 포함). 일반적으로 산화인은 이러한 물질의 혼합물입니다.

흡습성이 매우 높은 이 산성 산화물은 물과 반응하여 연속적으로 메타인산, 이인산 및 오르토인산을 형성합니다.

P 2O 5 + H 2 O \u003d 2HPO 3, 2HPO 3 + H 2 O \u003d H 4 P 2 O 7, H 4 P 2 O 7 + H 2 O \u003d 2H 3 PO 4.

정인산의 산(보통 간단히 인산이라고 함) - 삼염기성 약산(부록 13 참조). 무색의 결정성 물질로 물에 잘 녹는다. 강염기와 반응시 시약의 비율에 따라 3열을 형성 염류(오르토인산염, 하이드로오르토인산염 및 디히드로오르토인산염 - 일반적으로 접두사 "오르토"는 이름에서 생략됩니다):

H 3 PO 4 + OH \u003d H 2 PO 4 + H 2 O,
H3PO4 + 2OH = HPO42 + 2H2O,
H 3 PO 4 + 3OH = PO 4 3 + 3H 2 O.

대부분의 중인산염(리튬을 제외한 알칼리 원소의 염 제외)은 물에 불용성입니다. 훨씬 더 많은 가용성 산성 인산염이 있습니다.
인산은 천연 인산칼슘을 과량의 황산으로 처리하여 얻습니다. 인산칼슘과 황산의 비율이 다르면 인산이수소와 황산칼슘의 혼합물이 형성되며, 이는 농업에서 "단순 과인산염"이라고 불리는 광물질 비료로 사용됩니다.
Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 \u003d 2H 3 PO 4 + 3CaSO 4;
Ca 3 (PO 4) 2 + 2H 2 SO 4 \u003d Ca (H 2 PO 4) 2 + 2CaSO 4.

더 가치 있는 "이중 과인산염"은 다음 반응에 의해 얻어집니다.

Ca 3 (PO 4) 2 + 4H 3 PO 4 \u003d 3Ca (H 2 PO 4) 3.

이 광물질 비료의 주성분은 인산이수소칼슘입니다.

1. 문단의 본문에 이온 방정식이 제공되는 분자 반응 방정식을 작성하십시오.
2. 단락의 텍스트에 주어진 반응의 방정식을 설명적으로 작성하십시오.
3. a) 인, b) 인(V) 산화물, c) 인산, d) 인산이수소나트륨의 화학적 특성을 특성화하는 반응식을 구성합니다.
인산의 화학적 성질.

16.4. 탄소

탄소는 모든 유기체의 주요 구성 요소입니다. 자연에는 탄소(다이아몬드, 흑연)와 화합물(이산화탄소, 다양한 탄산염, 메탄 및 천연 가스와 석유 구성의 기타 탄화수소)로 형성된 단순 물질이 모두 있습니다. 무연탄의 탄소 질량 분율은 97%에 이릅니다.
원자바닥 상태의 탄소는 교환 메커니즘에 의해 두 개의 공유 결합을 형성할 수 있지만 이러한 화합물은 정상적인 조건에서는 형성되지 않습니다. 들뜬 상태로 들어가는 탄소 원자는 원자가 전자 4개를 모두 사용합니다.
탄소가 꽤 많이 생성된다 동소체 변형(그림 16.2 참조) 이들은 다이아몬드, 흑연, 카빈총, 다양한 풀러렌입니다.

다이아몬드는 매우 단단하고 무색 투명한 결정질 물질입니다. 다이아몬드 결정은 탄소 원자로 구성되어 있습니다. sp 3-혼성화된 상태로 공간적 틀을 형성합니다.
흑연은 다소 부드러운 회색-검정색 결정질 물질입니다. 흑연 결정은 탄소 원자가 들어 있는 평평한 층으로 구성됩니다. sp 2-하이브리드 상태이며 육각형 셀로 격자를 형성합니다.
카빈(Carbyne)은 탄소 원자가 들어 있는 선형 분자로 구성된 섬유상 구조의 무색 물질입니다. sp-하이브리드 상태(=C=C=C=C= 또는 –C C–C C–).
풀러렌은 C 60 , C 80 및 기타 분자를 사용하여 탄소의 분자 동소체 변형입니다. 이러한 물질의 분자는 속이 빈 메쉬 구체입니다.
탄소의 모든 변형은 산화성보다 더 큰 환원 특성을 나타냅니다. 예를 들어 코크스(석탄 처리 제품, 최대 98% 탄소 함유)는 산화물 광석에서 철을 환원하고 산화물에서 기타 여러 금속을 환원하는 데 사용됩니다. :

Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO(고온에서).

대부분의 탄소 화합물은 유기화학으로 연구되며, 10학년과 11학년에서 만나게 됩니다.
무기 물질에서 탄소의 산화 상태는 + II 및 + IV입니다. 이러한 탄소의 산화 상태에는 두 가지가 있습니다. 산화물.
일산화탄소(II)는 무색, 무취의 독성가스입니다. 사소한 이름은 일산화탄소입니다. 이는 탄소 함유 연료의 불완전 연소 중에 형성됩니다. 121페이지의 분자의 전자 구조를 참조하십시오. 염을 형성하지 않는 산화물인 CO의 화학적 특성에 따르면 CO는 가열되면 환원 특성을 나타냅니다(활성이 낮은 금속의 많은 산화물을 금속으로 환원함).
일산화탄소(IV)는 무색, 무취의 기체입니다. 사소한 이름은 이산화탄소입니다. 산성 산화물. 물에 (물리적으로) 약간 용해되고 부분적으로 반응하여 석탄을 형성합니다. 산 H 2 CO 3 (이 물질의 분자는 매우 묽은 수용액에만 존재합니다).
탄산은 매우 약한 산(부록 13 참조)이며 이염기성이며 두 줄을 형성합니다. 염류(탄산염 및 중탄산염). 대부분의 탄산염은 물에 녹지 않습니다. 중탄산염 중 알칼리금속과 중탄산암모늄만이 개별물질로 존재합니다. 탄산 이온과 중탄산염 이온은 모두 염기의 입자이므로 수용액의 탄산염과 중탄산염은 모두 음이온 가수 분해를 겪습니다.
탄산염 중 탄산나트륨 Na 2 CO 3 (소다, 소다회, 세척 소다), 중탄산 나트륨 NaHCO 3 (베이킹 소다, 베이킹 소다), 탄산 칼륨 K 2 CO 3 (칼륨) 및 탄산 칼슘 CaCO 3 (분필, 대리석 , 석회석).
정성적 반응가스 혼합물에 이산화탄소가 존재하는 경우: 테스트 가스가 석회수(수산화칼슘 포화 용액)를 통과할 때 탄산칼슘 침전물이 형성되고, 가스가 추가로 통과하면서 침전물이 용해됩니다. 일어나는 반응: 실리콘 원소가 하나를 형성합니다. 단체같은 이름으로. 이것은 실리콘이 경도가 약간 떨어지는 다이아몬드 구조의 비분자 물질입니다. 지난 반세기 동안 실리콘은 단결정이 거의 모든 전자 장비에 사용되면서 우리 문명에 절대적으로 필수적인 재료가 되었습니다.
실리콘은 상당히 불활성인 물질입니다. 실온에서는 불소 및 불화수소를 제외한 어떤 것과도 거의 반응하지 않습니다.
Si + 2F 2 \u003d SiF 4;
Si + 4HF \u003d SiF 4 + 2H 2.
미세한 분말 형태로 가열하면 산소 속에서 연소하여 이산화물(SiO2)을 생성합니다. 알칼리와 융합되거나 농축 알칼리 용액과 함께 끓이면 규산염이 형성됩니다.

Si + 4NaOH \u003d Na 4 SiO 4 + 2H 2;
Si + 2NaOH + H 2 O \u003d Na 2 SiO 3 + 2H 2.

일산화규소 SiO - 비염성 산화물; 쉽게 이산화물로 산화됩니다.
이산화규소(SiO2)는 프레임 구조의 비분자 물질입니다. 물과 반응하지 않습니다. 산성 산화물 - 알칼리와 융합되면 규산염을 형성합니다. 예:
SiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 SiO 3 + H 2 O. 알루미늄은 실리콘 다음으로 지구 암석권에서 가장 풍부한 원소입니다. 그 자체로 그리고 실리콘과 함께 장석, 운모, 강옥 Al 2 O 3 및 그 귀중한 품종(무색 백류사파이어, 크롬 함유 루비, 티타늄 함유 사파이어) 등 많은 미네랄을 형성합니다.
단체 알루미늄은 은백색의 반짝이는 경금속입니다. 순수 알루미늄은 매우 부드럽기 때문에 얇은 호일로 말아서 와이어처럼 꺼낼 수 있습니다. 알루미늄은 전기 전도성이 좋습니다. 날씨에 강합니다. 알루미늄 합금은 매우 단단하지만 가공이 잘되어 있습니다. 알루미늄은 독성이 없습니다. 이 모든 것을 통해 항공, 전기, 식품 산업, 건설 등 다양한 산업 분야에서 알루미늄을 사용할 수 있습니다. 알루미늄은 일상생활에서 널리 사용됩니다. 알루미늄은 그 화합물의 용융물을 전기분해하여 얻습니다.
알루미늄의 화학적 불활성은 표면에 치밀한 산화막이 존재하여 금속과 시약의 접촉을 방지하기 때문에 발생합니다. 이 필름을 화학적으로나 기계적으로 제거하면 알루미늄이 매우 활성화됩니다. 따라서 산화막이 없는 알루미늄은 추가 가열 없이 공기 중에서 자연 발화되어 연소됩니다.
알루미늄의 환원 특성은 가열될 때 특히 잘 나타납니다. 이러한 조건에서 철, 티타늄, 지르코늄뿐만 아니라 칼슘과 바륨까지 산화물로부터 많은 금속을 복원합니다.
산화알루미늄 Al 2 O 3 (사소한 이름 - 알루미나, 커런덤)은 비분자 물질로, 결합이 이온성 및 공유성으로 잘 설명되지 않습니다. 이 경우 항상 그렇듯이 양성 산화물입니다. 이는 양쪽성 특성을 지닌 수산화알루미늄을 하소하여 얻습니다.
수화된 알루미늄 이온은 양이온산이므로 수용성 알루미늄염은 상당히 강하게 가수분해됩니다.
알루미늄 염 중 가장 일반적으로 사용되는 칼륨 명반은 KAl(SO 4) 2 12H 2 O - 칼륨-황산알루미늄 12수화물입니다. 비흡습성, 우수한 결정화 물질입니다. 그 용액은 황산칼륨과 황산알루미늄이라는 두 가지 다른 황산염 용액의 혼합물처럼 거동합니다. 명반의 구조는 (SO 4) 2 공식으로 표현됩니다.

1. 단락 본문에 주어진 반응의 방정식을 설명적으로 작성하십시오.
2. a) 알루미늄, b) 수산화 알루미늄 및) 칼륨 명반의 화학적 특성을 특성화하는 반응 방정식을 구성하십시오.
알루미늄염의 화학적 성질

D.I의 화학 원소 IVA 그룹. 멘델레예프에는 비금속(탄소 및 규소)과 금속(게르마늄, 주석, 납)이 포함됩니다. 이 원소의 원자는 외부 에너지 준위에 4개의 전자(ns 2 np 2)를 포함하고 있으며 그 중 2개는 짝을 이루지 않습니다. 따라서 화합물에서 이러한 원소의 원자는 원자가 II를 나타낼 수 있습니다. IVA족 원소의 원자는 여기 상태로 들어가 짝을 이루지 못한 전자의 수를 최대 4개까지 증가시킬 수 있으며, 따라서 화합물에서는 IV족의 수와 동일한 더 높은 원자가를 나타냅니다. 화합물의 탄소는 -4에서 +4까지의 산화 상태를 나타내며, 나머지 산화 상태는 -4, 0, +2, +4로 안정화됩니다.

탄소 원자에서는 다른 모든 원소와 달리 원자가 전자의 수는 원자가 궤도의 수와 같습니다. 이것이 C-C 결합의 안정성과 탄소가 호모체인을 형성하는 예외적인 경향, 그리고 수많은 탄소 화합물이 존재하는 주된 이유 중 하나입니다.

C–Si–Ge–Sn–Pb 계열의 원자 및 화합물의 특성 변화는 2차 주기성을 나타냅니다(표 5).

표 5 - IV족 원소의 원자 특성

	6C	1 4 시	3 2 게	50초	82Pb
원자 질량	12,01115	28,086	72,59	118,69	207,19
원자가 전자	2초 2 2p 2	3초 2 3p 2	4초 2 4p 2	5초 2 5p 2	6초 2 6p 2
원자의 공유결합 반경, κ	0,077	0,117	0,122	0,140	–
금속 원자 반경, τ	–	0,134	0,139	0,158	0,175
조건부 이온 반경, E 2+ , nm	–	–	0,065	0,102	0,126
조건부 이온 반경 E 4+ , ​​​​nm	–	0,034	0,044	0,067	0,076
이온화 에너지 E 0 - E +, 에브	11,26	8,15	7,90	7,34	7,42
지각의 내용, at. %	0,15	20,0	2∙10 –4	7∙10 – 4	1,6∙10 – 4

2차 주기성(그룹 내 요소 특성의 비단조적 변화)은 외부 전자가 핵으로 침투하는 특성에 기인합니다. 따라서 실리콘에서 게르마늄으로, 주석에서 납으로 전이하는 동안 원자 반경 변화의 비단조성은 게르마늄의 3d 10 전자 스크린과 4f 14의 이중 스크린 아래에서 각각 s-전자의 침투로 인해 발생합니다. 그리고 납에는 5d 10개의 전자가 있습니다. s>p>d 계열에서 관통력이 감소하기 때문에 특성 변화의 내부 주기성은 s-전자에 의해 결정되는 원소의 특성에서 가장 명확하게 나타납니다. 따라서 원소의 가장 높은 산화 상태에 해당하는 주기율표의 A- 족 원소 화합물의 경우 가장 일반적입니다.

탄소는 높은 이온화 에너지로 인해 그룹의 다른 p-원소와 크게 다릅니다.

탄소와 실리콘은 서로 다른 결정 격자 구조로 다형성 변형을 갖습니다. 게르마늄은 금속에 속하며 색상은 황색을 띠는 은백색이지만 강한 공유 결합을 가진 다이아몬드와 같은 원자 결정 격자를 가지고 있습니다. 주석에는 두 가지 다형성 변형이 있습니다. 즉, 금속 결정 격자와 금속 결합을 사용한 금속 변형입니다. 원자 결정 격자를 사용한 비금속 변형으로 13.8C 미만의 온도에서 안정합니다. 납은 금속성 면심 입방형 결정 격자가 있는 짙은 회색 금속입니다. 게르마늄-주석-납 계열의 단순 물질 구조 변화는 물리적 특성의 변화에 ​​해당합니다. 따라서 게르마늄과 비금속 주석은 반도체이고, 금속 주석과 납은 전도체입니다. 주로 공유 결합에서 금속 결합으로의 화학 결합 유형의 변화는 단순 물질의 경도 감소를 동반합니다. 따라서 게르마늄은 상당히 단단한 반면, 납은 얇은 시트로 쉽게 굴러갑니다.

수소가 포함된 원소의 화합물은 EN 4라는 공식을 갖습니다. CH 4 - 메탄, SiH 4 - 실란, GeH 4 - 독일, SnH 4 - 스탠난, PbH 4 - 배관. 물에 불용성. 일련의 수소 화합물에서는 위에서 아래로 안정성이 감소합니다(플럼베인은 너무 불안정하여 그 존재를 간접적인 징후로만 판단할 수 있습니다).

산소와 원소의 화합물은 EO와 EO 2라는 일반식을 갖습니다. 산화물 CO 및 SiO는 염을 형성하지 않습니다. GeO, SnO, PbO는 양쪽성 산화물입니다. CO 2, SiO 2 GeO 2 - 산성, SnO 2, PbO 2 - 양쪽성. 산화도가 증가함에 따라 산화물의 산성 특성은 증가하는 반면 기본 특성은 약화됩니다. 해당 수산화물의 특성도 비슷하게 변합니다.

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