Графит Алмаз

Кристаллическая решетка графита состоит из плоских слоев атомов углерода, которые в sp² - гибридном состоянии связаны между собой в правильные смыкающиеся шестиугольники. Соседние слои атомов углерода в графите связаны между собой слабым межмолекулярным взаимодействием. Слои легко отделяются один от другого, поэтому при проведении графитом по бумаге или дереву остается след (черта).

Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp³ - гибридизации и связаны между собой в трехмерную тетраэдрическую сетку. Из всех твердых веществ алмаз имеет максимальное число атомов в единице объема, что объясняет его твердость

Графит и алмаз химически очень инертны: не взаимодействуют с HNO₃ и царской водкой, устойчивы в щелочах, с кислородом, серой, галогенами и металлами взаимодействуют только при высоких температурах. Аморфный углерод более активен: он окисляется азотной кислотой и концентрированной серной:

С + 4HNO₃ = CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O C + 2H₂SO₄ = CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

Углерод широко используется в хозяйственной деятельности человека. В виде кокса он применяется в металлургии для восстановления металлов.

FeO + C = CO + Fe,

т.е. является восстановителем.

Кремний - второй по распространенности (после кислорода) элемент. Он входит в состав около 3000 минералов, из которых состоят горные породы и земная кора.

Кремний химически инертен. При комнатной температуре он взаимодействует только со фтором, а реакции с хлором и кислородом протекают с заметной скоростью при 400^оС и 600^оС. С кислотами и царской водкой кремний не взаимодействует, и только смесь азотной и фтороводородной кислот переводит кремний в раствор в виде комплексного соединения:

3Si + 4HNO₃ + 18НF = 3H₂SiF₆ + 4NO + 8H₂O

Кремний взаимодействует с расплавами и растворами щелочей, при этом он, в отличие от других неметаллов, не диспропорционирует, а только окисляется:

Si + 4KOH = K₄SiO₄ + 2H₂­

Кремний взаимодействует при высоких температурах со многими металлами, образуя силициды. В силицидах щелочных и щелочноземельных металлов химическая связь имеет ионно-ковалентный характер, состав соединений постоянный, соответствующий степени окисления кремния (-4): Na₄Si, Mg₂Si и т.д. Таким образом, кремний проявляет окислительные свойства.

Кремний не реагирует с водородом, но его соединения с водородом силаны существуют: SiH₄ (моносилан). С галогенами кремний образует тетрагалогениды: газообразный SiF₄, жидкие SiCl₄ и SiBr₄ и твердый SiI₄. С серой кремний образует дисульфид кремния SiS₂. С углеродом кремний образует карбид кремния.

2.4. Характерные химические свойства оксидов: основных, амфотерных, кислотных.

Оксидами называются сложные вещества, которые состоят из кислорода (в степени окисления -2) и другого элемента.

Основные – это оксиды, которым соответствуют основания. К₂О – КОН; ВаО – Ва(ОН)₂; La₂O₃ – La(OH)₃.

Кислотные – это оксиды, которым соответствуют кислоты. SO₃ –H₂SO₄; CO₂ – H₂CO₃; SO₂ – H₂SO₃ и т.д.

Амфотерные – это оксиды, которым соответствуют амфотерные основания. ZnO – Zn(OH)₂; Al₂O₃ – Al(OH)₃.

Из основных, кислотных и амфотерных оксидов можно получать соли, поэтому их называют солеобразующими, но имеется небольшая группа оксидов, которые солей не образуют. У них нет соответствующих кислот и оснований, поэтому они называются несолеобразующими (безразличными). К ним относятся СО, N₂O, NO, SiO.

Неметаллы образуют кислотные и несолеобразующие оксиды, а металлы, в зависимости от степени их окисления, могут образовывать и основные, и амфотерные, и кислотные оксиды.

Если степень окисления металла +1 и +2, то оксиды обладают основными свойствами, за исключением ZnO, BeO, SnO, PbO. Слабыми амфотерными свойствами обладают Ag₂O и Cu₂O.

Если степень окисления металла +3 и +4, то оксиды обладают амфотерными свойствами, за исключением La₂O₃, Bi₂O₃, Tl₂O₃, которые обладают основными свойствами. При степени окисления металла больше +4 оксиды являются кислотными.

Химические свойства оксидов определяются их взаимодействием с водой, кислотами и основаниями.

1. Основные оксиды наиболее активных металлов (щелочных и щелочно-земельных) взаимодействуют с водой с образованием сильных оснований – щелочей.

Основные оксиды менее активных металлов с водой при обычных условиях не взаимодействуют.

Все основные оксиды взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды.

С основаниями основные оксиды не взаимодействуют.

2. Многие кислотные оксиды взаимодействуют с водой с образованием кислот:

Некоторые кислотные оксиды при обычных условиях с водой не взаимодействуют.

Все кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды.

С кислотами кислотные оксиды не взаимодействуют.

3. Основные и кислотные оксиды взаимодействуют между собой с образованием соли.

4. Амфотерные оксиды обладают и основными и кислотными свойствами, поэтому реагируют и с кислотами, и с основаниями. В этих реакциях образуются соль и вода. Амфотерный оксид Al₂O₃ реагирует с кислотой:

Он же взаимодействует с основаниями. При взаимодействии с расплавленными щелочами образуется алюминат натрия, а в водном растворе щелочи – комплексная соль (тетрагидроксоалюминат(III) натрия).

5. Амфотерные оксиды взаимодействуют с кислотными и основными оксидами, а также между собой. Обычно эти реакции идут при нагревании с образованием солей.