Chemia Liceum Gimnazjum Testy Matura

Powrót

Węgiel

Struktura elektronowa węgla:  6C: 1s2 2s2 2p2         lub [He] 2s2 2p2      
W reakcjach chemicznych atomy węgla oddają  elektrony walencyjne. Stopień utlenienia węgla w związkach nieorganicznych wynosi +II lub +IV. 


Alotropia węgla

Grafit.  Ciemnoszary, nieprzezroczysty,  topi się w bardzo wysokiej temperaturze (3500–4000 st.C).

Ma strukturę warstwową, wiązania między warstwami są słabe i mogą się przesuwać – grafit jest miękki, śliski, może się ścierać.

Wewnątrz warstwy są wiązania kowalencyjne typu sigma, między warstwami są słabe, zdelokalizowane wiązania typu π. Dzieki tej delokalizacji  grafit przewodzi prąd elektryczny.

Alotropia węgla Grafit
fot. Wikimedia

 Zastosowanie:  tygle ogniotrwałe, klocki hamulcowe, elektrody, suche smary, pręty spowalniające w reaktorach jądrowych.

  

Diament. Nie przewodzi prądu elektrycznego, dobrze przewodzi ciepło, bardzo twardy, posiada połysk, jest przezroczysty.

Atomy w diamencie są równomiernie rozłożone, mocne wiązania typu sigma mają taką samą długość – każdy atom połączony jest z 4 innymi atomami. Kryształ ma kształt czworościanu foremnego.

fot. Wikimedia

Alotropia węgla Diament

Zastosowanie: noże do cięcia szkła, wiertła, w jubilerstwie (brylanty)

 

Fulereny. Czarne ciało stałe, metaliczny połysk, metaliczny połysk, własności półprzewodnikowe.

Składają się z atomów węgla połączonych w kształt zamkniętej, pustej w środku bryły. Najpopularniejszy składa się z 60 atomów węgla. Alotropia węgla Fuleren

Zastosowanie: w medycynie, w optyce, stabilizatory paliw w lotnictwie, tworzywa o unikalnych właściwościach elektrooptycznych

 

Grafen

– dobry przewodnik elektyczności

– jest prawie całkowicie przezroczysty

– warstwa grafitu o grubości 1 atomu

– tworzy pierścienie 6–członowe

 – duża wytrzymałość mechaniczna i termiczna

Alotropia węgla Grafen

Zastosowanie:  wyświetlacze dotykowe, baterie słoneczne, dodatek wzmacniający tworzywa sztuczne.


Tlenek węgla (IV)

Otrzymywanie

Spalanie węgla przy nieograniczonym dostępie powietrza: C + O2 → CO2
Rozkład kwasu węglowego: H2CO3 → H2O + CO2

Rozkład termiczny węglanów. Poniższą reakcję wykorzystuje się w przemyśle – prażenie wapieni w celu otrzymania wapna palonego.
CaCO3 →  CaO + CO2

   Tlenek węgla(IV) dobrze rozpuszcza się w wodzie, ma charakter kwasowy, tworzy słaby kwas węglowy.
CO2 + H2O ⇌ H2CO3
Kwas węglowy jest nietrwały i łatwo rozkłada się na tlenek węgla(VI) i wodę.

Tlenek węgla(II)

Otrzymywanie: spalanie węgla przy ograniczonym dostępie powietrza:  2C + O2 → 2CO
Tlenek węgla(II) ma charakter obojętny 
 


Węglany i wodorowęglany

        Dośw. Reakcje węglanów z mocnymi kwasami

Do probówki zawierającej węglan wapnia dodawano roztwór HCl
Obserwacje: wydziela się bezbarwny gaz
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
CaCO3 + 2H+  → Ca2+ + H2O + CO2

Do probówki zawierającej węglan sodu dodawano roztwór H2SO4 
Obserwacje: wydziela się bezbarwny gaz
Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2
CO32– + 2H+  → H2O + CO2

Wniosek: kwas węglowy jest kwasem słabym. Mocny kwas wypiera go z roztworu jego soli.


Pod wpływem CO2 i wody węglany przechodzą w rozpuszczalne w wodzie wodorowęglany. W skałach wapiennych powstają w ten sposób jaskinie i inne zjawiska krasowe.
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 

Węgiel reaguje ze stężonym kwasem siarkowym(VI)
C + 2 H2SO4(stężony) → CO2 + 2 SO2 + 2 H2O


Krzem

Struktura elektronowa: 14Si: 1s 2 2s2 2p6 3s23p2     lub     [Ne]3s23p2     

W reakcjach chemicznych atomy krzemu oddają elektrony walencyjne.
Stopień utlenienia krzemu w związkach wynosi +IV.

Własności fizyczne krzemu.

Stały stan skupienia, barwa szara, połysk metaliczny, twardy, kruchy, wysoka temperatura topnienia, własności półprzewodnikowe.


Krzem w temp. pokojowej – mało aktywny, reaguje po podgrzaniu.

Si + O2 → SiO 2 tlenek krzemu(IV), ditlenek krzemu


  Metakrzemian sodu

Krzem ulega reakcji z roztworami wodorotlenków litowców –  tworzą się krzemiany litowców

Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2      metakrzemian sodu 
Si + 2OH  + H2O  → SiO32–   + 2H2     
Nasycony roztwór metakrzemianu sodu to szkło wodne.

 




  SiO2 – Tlenek krzemu(IV)
  Tlenek kwasowy, nie rozpuszcza się w wodzie, nie ulega działaniu kwasów, reaguje ze stopionym wodorotlenkiem.

Reakcja stopionego SiO2 z wodorotlenkiem prowadzi do powstania krzemianu sodu:
SiO2 + 2NaOH  → Na2SiO3 + H2O

Kwarc – minerał zawierajacy SiO2
Szkło kwarcowe – bezpostaciowa masa powstała ze stopienia SiO2
Szkło – bezpostaciowe ciało stałe powstałe ze stopienia SiO2 z tlenkami metali (np. sodu, wapnia) 

 
Kwasy krzemowe.
H2SiO3 kwas metakrzemowy (trioksokrzemowy)
H4SiO4 kwas ortokrzemowy (tetraoksokrzemowy)

Kwasy tlenowe krzemu otrzymuje się w reakcjach hydrolizy krzemianów.
Są to kwasy małaj mocy, nie rozpuszczają się  w wodzie, tworzą białe, galaretowate osady.
 

Glinokrzemiany
Glinokrzemiany mają skomplikowaną budowę ich skład można przedstawić wzorami sumarycznymi.

Przykłady
beryl Be3Al2Si6O18
ortoklaz K2Al2Si6O16 lub w formie tlenkowej K2O•Al2O3•6SiO2
kaolinit Al2(OH)4Si2O5 lub w formie tlenkowej Al2O3•2SiO2•2H2O
Tlenki we wzorze układa się wg kolejności: zasadowe–amfoteryczne–kwasowe–woda

 


Węglowce

Pierwiastek C Si Ge Sn Pb
Stan skupienia ciała stałe
 Charakter metaliczny

 wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej

  ——————————→

    niemetale metale  
Konfiguracja powłoki elektronowej ns2p2
 Stopnie utlenienia  (II) IV (II) IV (II) IV II, IV II,IV
 Tlenki

obojętny CO

kwasowy CO2

SiO obojętny

SiO2 kwasowy

GeO obojętny

GeO2 kwasowy

SnO, SnO2 amfoteryczne PbO, PbO2 amfoteryczne
Połączenia z wodorem węglowodory: np. CH4, C2H4, C3H6 silany: np. Si2H6, Si3H8, Si4H10. germanowodory:  np. Ge2H6, Ge3H8, Si4H10 wodorek cyny SnH4 wodorek ołowiu PbH4

Stopnie utlenienia

CH4 ⇒  C (–IV), H (+I)   , SiH4 ⇒ Si (+IV), H (–I) 

W związkach chemicznych ujemny stopień utlenienia mają zwykle te pierwiastki, których elektroujemość jest wyższa. np. C (2,5), Si (1,8), H (2,1) 

 

  


Dlaczego ditlenek krzemu (SiO2) jest ciałem stałym w ditlenek węgla (CO2) jest gazem w warunkach normalnych?

Krótka odpowiedź: mają różne struktury, więc i różne własności fizyczne.

Wyjaśnienie.

Węgiel ma mały promień atomowy zbliżony do tlenu i tworzy z nim wiązania podwójne. Są to pojedyncze cząsteczki CO2 . W krysztale CO2 (ciało stałe w niskich temp.) są słabe oddziaływania między cząsteczkami i dlatego łatwo odrywają się od kryształu przechodząc w gaz.

Krzem ma większy od tlenu promień atomowy i nie może z nim utworzyć wiązań podwójnych. SiO2 tworzy wielkie cząsteczki w których każdy atom krzemu połączony jest z 4 atomami tlenu a każdy atom tlenu z dwoma atomami krzemu. Tworzą się silne, kowalencyjne wiązania –Si–O–.

Taka struktura sprawia, że ditlenek krzemu ma wysoką temperaturę topnienia i jest ciałem stałym w warunkach normalnych. Jego wzór sumaryczny można zapisać jako (SiO2)n.

Przekaż darowiznę
Załóż konto | Zaloguj się

Copyright 2011-2019Chem24.pl Ta strona internetowa wykorzystuje pliki cookies. Możesz określić metody zapisywania oraz dostępu do cookies w swojej przeglądarce internetowej lub w konfiguracji usługi.