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

олово и
свинец, является главной подгруппой 4 группы Периодической

системы.

Дмитрий Иванович
Менделеев

3s23p23d0
Ge 3d104s24p24d0
Sn

4d105s25p25d0
Pb 4f145d106s26p26d0

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

и свинец – типичными металлами. Германий занимает промежуточное положение.

окисления 4, +2, +4. Как и у всех элементов

главных подгрупп периодической системы, при движении сверху вниз устойчивость соединений «крайних» степеней окисления (4 и +4) уменьшается, а степени окисления +2 увеличивается.

и кипения убывает

Энергия ионизации убывает

Металлические свойства увеличиваются

Основные свойства увеличиваются

очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода

образовывать химические связи разного типа.

карбин и лонсдейлит.
Графит - серо-чёрная, непрозрачная, жирная на

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

или углей, поскольку алмаз химически неактивен. Углерод
малоактивное вещество и

в реакции вступает при нагревании или
поджигании, что связано с затратами энергии для разрушения
кристаллической решетки.

температуре и
наличии катализатора. Ni
C + 2H2 = CH4
2. Взаимодействие

с кислородом. При сгорании углей образуется
диоксид углерода (СО2)..
C + O2 = CO2
С + СО2 = 2СО (угарный газ)
3. Углерод непосредственно взаимодействует только с фтором.
Соединения с хлором, бромом, йодом получают косвенным путем.
С + 2F2 = CF4
4. Углерод при нагревании соединяется с серой и азотом.
 C + 2S = CS2 (сероуглерод) 2C + N2 = (CN) 2 - дициан
Сероуглерод является хорошим растворителем жиров, смол, лаков.
5. При высокой температуре углерод образует с металлами или их
оксидами карбиды.
2C + Ca = CaC2 2Na + 2C = Na2C2 4Al + 3C = Al4C3
C + 3Fe = Fe3C CaO + 3C = CaC2 + CO2 Al2O3+ 9C = Al4C3 + 6CO

конц. серной
кислотами, хотя на холоду устойчив к действию этих

и других кислот.
 C + 2H2SO4(конц.) = CO2 + 2SO2 + 2H2O
3C + 4HNO3(разб.) = 3CO2 + 4NO + 2H2O

7. Уголь при нагревании проявляет сильные восстановительные
свойства, что используется в металлургии. Восстановителем является как
сам углерод, так и,образующийся при сгорании угля,монооксид углерода.
Fe3O4 + 2C = 3Fe + 2CO2
2ZnO + C = 2Zn + CO2
MnO2 + C = Mn + CO2
BaSO4 + 2C = BaS + 2CO2
SiO2+ C = Si + CO2
Ca3(PO4) 2+ 10C + 6SiO2 = P4 + 6CaSiO3+ 10CO

8. При высокой температуре (1000o C) уголь разлагает воду:
 С + H2O = CO + H2

элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного

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

в виде:
алмаза
карбина
графита
в соединениях – в виде каменного и

бурого углей и нефти.
Входит в состав природных карбонатов: известняка, мрамора, мела CaCO3, доломита CaCO3 *MgCO3. Является важной составной частью органических веществ.

используют в качестве смазки при особо высоких или низких

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

из диоксида
кремния, а наиболее чистый кремний -

восстановлением SiCl4.
SiO2 + 2C = Si + 2CO
3SiO2 + 4Al = 3Si + 2Al2O3
SiO2 + 2Mg = Si + 2MgO
SiCl4 + 2Zn = Si + 2ZnCl2

В земной коре его 27.6%. Технология получения его отличается

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

и его химическая активность проявляется преимущественно при высоких температурах.

1.Кремний

взаимодействует с кислородом при 400-500 С, а с
водородом - при 3000 оC
Si + O2 = SiO2
Si + 2H2 = SiH4 (cилан)

 2. Кремний взаимодействует с фтором при обычной температуре, а с остальными
галогенами при нагревании.
Si + 2F2 = SiF4 Si + 2Cl2= SiCl4 Si + 2Br2 = SiBr4
Галогениды кремния гидролизуются водой с образованием кремневой кислоты
или диоксида кремния (если гидролиз идет при нагревании).
SiСl4 + 3H2O = H2SiO3 + 4HCl SiCl4 + 2H2O = 4HCl + SiO2
 
3. Взаимодействие с другими неметаллами также идет при нагревании:
Si + 2S = SiS2 3Si + 2N2 = Si3N4 Si + C = SiC
 

силициды. Силициды
разлагаются водой и кислотами с образованием силана (основной

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

элемент в земной коре. В отличие от углерода в

свободном состоянии кремний в природе не встречается. Наиболее распространенными его соединениями являются оксид кремния (IV) SiO2 и соли кремниевых кислот — силикаты. Они образуют оболочку земной коры. Соединения кремния содержатся в организмах растений и животных.

состав некоторых природных силикатов: полевой шпат К2О× Аl2O3× 6SiO2, асбест 3MgО× 2SiO2× 2H2O, cлюда К2О× 3Аl2O3× 6SiO2× 2H2O, каолинит 3Аl2O3× 2SiO2× 2H2O.

Силикаты, содержащие в своем составе также оксид алюминия, называются алюмосиликатами- полевой шпат, каолинит и слюда. Граниты и гнейсы — состоят из кристалликов кварца, полевого шпата и слюды.

компонент сплава (бронзы, силумин); раскислитель (при выплавке чугуна); модификатор

свойств металлов или легирующий элемент (например, добавка определённого количества кремния при производстве трансформаторных сталей, сырьё для производства более чистого поликристаллического кремния и очищенного металлургического кремния (в литературе «umg-Si»);

сырьё для производства кремнийорганических материалов, силанов;
иногда кремний технической чистоты и его сплав с железом (ферросилиций) используется для производства водорода в полевых условиях;

для производства солнечных батарей.

Германий представляет собой смесь пяти стабильных изотопов с массовыми

числами 70, 72, 73, 74 и 76.

Германий кристаллизуется в кубической структуре типа алмаза, параметр элементарной ячейки а = 5, 6575Å. Даже весьма чистый Германий хрупок при обычной температуре, но выше 550°С поддается пластической деформации. Германий - типичный полупроводник с шириной запрещенной зоны 1,104·10-19дж или 0,69 эв (25°С); Прозрачен для инфракрасных лучей с длиной волны больше 2 мкм.

металл серебристо-белого цвета. Обладая высокой мягкостью и тягучестью, олово

может быть прокатано в тонкие листы, которые называют оловянной фольгой или станиолем.

обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при

разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет.

вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных

и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO2, который восстанавливают водородом при 600 °С до простого вещества: GeO2+ 2H2= Ge + 2H2O.Очистка и выращивание монокристалов германия производится методом зонной плавки( метод очистки твёрдых веществ, основанный на различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах).

СВИНЕЦ. Основной источник – сульфидные полиметаллические руды, содержащие от 1 до 5% свинца. Руду концентрируют до содержания свинца 40 – 75%, затем подвергают обжигу: 2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 и восстанавливают свинец коксом и оксидом углерода(II)

ОЛОВО. Промышленное получение целесообразно, если содержание его в россыпях 0,01% , в рудах 0,1%; обычно же десятые и единицы процентов. Олову в рудах часто сопутствуют W, Zr, Cs, Rb, редкоземельные элементы, Та, Nb и другие ценные металлы. Первичное сырье обогащают: россыпи - преимущественно гравитацией, руды - также флотогравитацией или флотацией.

по массе. Самородный свинец встречается редко. В природе известно

180 минералов свинца. Основные — галенит PbS и продукты его химических превращений — англезит PbSO4 и церуссит PbCO3. Реже встречаются пироморфит PbCl2·3Pb32, миметит PbCl2·3Pb32, крокоит PbCrO4, вульфенит PbMoO4, штольцит PbWO4. В свинцовых рудах часто находятся также другие металлы — медь, цинк, кадмий, серебро, золото, висмут и др.

ОЛОВО— редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10−4 до 8·10−3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn).

ГЕРМАНИЙ. Общее содержание в земной коре7×10−4% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Однако собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu2(Cu, Fe, Ge, Zn)2 (S, As)4, аргиродит Ag8GeS6, конфильдит Ag8(Sn, Ce) S6 и др. Кроме того, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти.

не реагируют с водородом, углеродом, азотом.

2Pb + O2 = 2PbO;
Ge + 2S = GeS2;
Sn + 2Cl2 = SnCl4

Германий и олово с водой не взаимодействуют.Свинец медленно растворяется в воде:
 2Pb + O2 + 2H2O = 2Pb(OH)2


. В ряду активности Ge стоит между Cu и Ag, т.е. после водорода, а Sn и Pb до водорода. Олово взаимодействуя с разбавленными кислотами вяло вытесняет водород:
  Sn + H2SO4 (pазб) = SnSO4 + H2 
Sn + 2HCl = SnCl2 + H2 
Все три элемента взаимодействуют со щелочами (германий в присутствии окислителя):
  Sn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Sn(OH)4] + H2 
Ge + 2NaOH + 2H2O2 = Na2[Ge(OH)6]

ряда оксидов и гидроксидов (валентности II и IV).

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

 

чумой». Металл «простужается» на морозе уже при -13°С и

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

детекторов и силовых выпрямителей.
в дозиметрических приборах и приборах,

измеряющих напряженность постоянных и переменных магнитных полей.
инфракрасная техника, в частности производство детекторов инфракрасного излучения, работающих в области 8-14 мкм.
стекла на основе GeO2

или в сплавах с другими металлами
изготовления тары пищевых продуктов
известный

сплав — пьютер — используется для изготовления посуды.
используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn.
двуокись олова — очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.

полимерными свинец- и оловоорганическими красками покрывают подводные части кораблей,

чтобы на них не нарастали моллюски.
в химических источниках тока в качестве анодного материала
перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе
олово имеет непосредственное отношение к рождению мелодичных звуков в самых различных колоколах, поскольку оно входит в состав медных сплавов, применяемых для их отливки.
защита древесины от гниения, уничтожение
насекомых-вредителей и многое другое.