4a grupės nemetalai anglis ir silicis
5 (100%) 1 vote

4a grupės nemetalai anglis ir silicis

4A grupės nemetalai

Anglis ir silicis

Išnagrinėję lentelę 23-8 pastebėsite, kad anglis ir silicis gerokai skiriasi vienas nuo kito. Tarp jų yra bene patys didžiausi skirtumai, kurie stebimi tarp tos pačios grupės antrojo ir trečiojo periodų elementų. Didelės jungčių C-C ir C-H energijos yra palankios anglies atomų grandinių ir žiedų susidarymui. Šias grandines ir žiedus bei prie jų prisijungusias atomų grupes nagrinėja organinė chemija (žr. 27 ir 28 skyrius). Jungčių Si-Si energija yra yra gerokai mažesnė už jungčių C-C arba Si-O energiją, todėl siliciui būdingesnės Si-O-Si grandinės (silikatai ir panašios medžiagos), o ne Si-Si grandinės.

Šiame paragrafe išnagrinėsime kai kuriuos neorganinius anglies junginius, nebekartodami to, kas buvo pasakyta apie karbonatus ir anglies oksidus paragrafe 8-5. Vėliau susipažinsime su neorganiniais silicio junginiais.

Lentelė 23-8

Anglies ir silicio palyginimas

Anglis Silicis

Svarbiausiosios alotropinės modifikacijos: grafitas ir deimantas

Sudaro du stabilius dujinius oksidus (CO ir CO2) ir keletą mažiau stabiliu oksidų, pvz. C3O2

Netirpsta šarmų tirpaluose

Svarbiausiasis oksoanijonas CO32-. Erdvinė sandara plokštuminė

Stiprus polinkis sudaryti vienodų atomų grandines ir žiedus. Juose gali būti net šimtai C atomų

Lengvai sudaro kartotines jungtis, tam panaudojant sp2+p arba sp+p2 orbitalių komplektus.

Apytikslės viengubų jungčių energijos, kJ/mol

C-C 347

C-H 414

C-O 360 Žinoma tik viena stabili deimanto tipo kristalinė modifikacija

Sudaro tik vieną stabilų kambario temperatūroje kietą oksidą SiO2. Silicio oksidas SiO yra stabilus tik temperatūrų intervale 1180 – 2480°C

Tirpsta šarmų tirpaluose išskirdamas H2(d) ir sudarydamas SiO44-(aq)

Svarbiausiasis oksoanijonas SiO44-. Erdvinė sandara – tetraedras

Mažesnis polinkis sudaryti vienodų atomų grandines. Paprastai vienoje grandinėje nebūna daugiau 6 silicio atomų.

Menkai linkęs sudaryti kartotines jungtis.

Apytikslės viengubų jungčių energijos, kJ/mol

Si-Si 226

Si-H 318

Si-O 464

Silicio gamyba ir naudojimas

Silicį galima pagaminti elektrinėse krosnyse redukuojant kvarcą arba smėlį (SiO2) koksu.SiO2 + 2 C Si + 2 CO(d) (23.42)

Saulės elementų gamybai reikia ypatingai gryno silicio, kurį galima pagaminti redukuojant natriu fosforinių trąšų gamybos šalutinį produktą – Na2SiF6. Tranzistorių ir kitokių puslaidininkinių prietaisų gamybai irgi reikia labai gryno silicio.Silicio oksidai

Silicis sudaro tik vieną stabilų oksidą – SiO2. Tai kristalinė medžiaga, kurioje kiekvienas Si atomas yra susijungęs su keturiais O atomais, o kiekvienas O atomas – su dviem silicio atomais. Kovalentinės jungtys silicio diokside veikia ne tarp kelių atomų, bet apima milžinišką skaičių Si ir O atomų. Tokio kristalo sandara pavaizduota paveiksle 23-15a. SiO2 savo sandara ir savybėmis primena deimantą. Pavyzdžiui kvarcas (viena iš SiO2 formų) yra labai kietas (kietumas Mohs’o skalėje 7), lydosi maždaug 1700°C temperatūroje.

SiO2 yra stiklo ir keraminių medžiagų gamybos žaliava. Labai svarbi silicio junginių klasė – silikatai. Visų silikatų struktūrinis elementas yra teraedro formos SiO44- jonas (paveikslas 23-15b). SiO44- tetraedrai įvairiausiais būdais gali būti sujungti tarpusavyje. Mineralą asbestą sudaro ilgos šių tetraedrų grandinėlės. Žėrutį sudaro tie patys silikato tetraedrai, bet jau sujungti į dvimatį tinklą (paveikslas 23-15c).

SiO2 yra silpnai rūgštinis oksidas, lėtai reaguojantis su stipriomis bazėmis ir sudarantis įvairius silikatus, pavyzdžiui Na2SiO3 (natrio metasilikatas) ir Na4SiO4 (natrio ortosilikatas). Natrio silikatai tirpsta vandenyje. Jų tirpalai vadinami skystu stiklu.

Silikatų anijonai yra bazės, todėl parūgštinus sudaro nepatvarias silicio rūgštis, kurios skyla į SiO2. Skilimo produktai, priklausomai nuo tirpalo rūgštumo gali susidaryti koloidinę dispersiją, žele pavidalo nuosėdas arba į kietą medžiagą panašų gelį, kuriame „užrakinamas“ visas vanduo. Visi išvardinti produktai yra silicio rūgščių polimerai, susidarantys atskylant po vieną vandens molekulę nuo dviejų gretimų silicio rūgšties molekulių. Procesą pradeda reakcija

SiO44-(aq) + 4 H+(aq) Si(OH)4

po to prasideda polimerizacijaOH OH

HO-Si-OH + HO-Si-OH + … –> (xSiO2*yH2O)

/ / koloidinė dispersija

OH OHPaveikslas 23-15 // SiO2 ir silikatų sandara. // (a) Erdvinė SiO2 sandara. (b) Silikato anijonas, SiO44-, aptinkamas visuose silikatuose. Tetraedro centre yra silicio atomas, o tetraedro viršūnėse – keturi deguonies atomai. (c) Žėručio sandara pavaizduota naudojant tetraedrus, žyminčius SiO44- fragmentus. Besiliečiančios tetraedrų viršūnės reiškia, kad atitinkamas deguonies atomas priklauso abiem kaimyniniams tetraedrams (vienam fragmentui tenka tik po du O atomus). Katijonai (K+, Al3+) piešinyje neparodyti. Silikatų sandara dažniausiai vaizduojama taip, kaip šiame piešinyje.

Verta žinoti …

Kodėl silicis nesudaro SiO2 molekulių, panašių į CO2 molekules? Anglis ir silicis yra periodinės sistemos 4A grupės elementai, todėl logiška būtų tikėtis panašių savybių oksidų susidarymo. CO2 molekulėje yra
palankios sąlygos C ir O atomų 2p orbitalių persiklojimui šonais. Todėl dvigubos jungties tarp C ir O energija yra didesnė (736 kJ/mol), nei dviejų viengubų jungčių energija (kiekviena po 360 kJ/mol).

Silicis, būdamas trečiojo periodo elementas, galėtų sudaryti dvigubas jungtis, panaudodamas 3p orbitales persiklojimui su deguonies 2p orbitalėmis. Galimybės persikloti šonais 3p orbitalėms su 2p orbitalėmis yra gana ribotos. Tai rodo jungčių energijos. Sudaryti keturias viengubas Si-O jungtis (jungties energija 464 kJ/mol) yra energetiškai naudingiau, nei dvi dvigubas (jungties energija 640 kJ/mol). Savo ruoštu deguonis turi būti sujungtas su dviem Si atomais, todėl susidaro erdvinis Si-O-Si jungčių tinklas, o ne atskiros molekulės.

Neseniai mes nagrinėjome skirtumus tarp 6A grupės antrojo ir trečiojo periodų elementų O ir S. Dabar susipažinome su 4A grupės antrojo periodo elemento – anglies – skirtingumais nuo likusiųjų grupės narių (Si, Ge, Sn ir Pb). Silicio organiniai junginiai

Šiuo metu Jūs matote 51% šio straipsnio.
Matomi 933 žodžiai iš 1829 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.