Получение и физические свойства

Углерод встречается в природе в самородном состоянии в виде каменного угля, графита и алмаза. В этих формах он добывается и используется. Значительная часть потребляемого в промышленности углерода получается искусственно в виде сажи при неполном сгорании углеводородов:

Сажа используется в основном как наполнитель в резинотехнической промышленности.

Основная масса добываемого каменного угля используется как топливо и как восстановитель в металлургии.

Кремний получают восстановлением Si0₂ углеродом. Полученный технический продукт хлорируют, и хлорид, жидкий при обычных условиях, тщательно очишают от примесей ректификацией, а затем восстанавливают кремний при высоких температурах:

Для получения особо чистого кремния его подвергают зонной плавке.

В лабораторных условиях небольшие количества кремния можно получить, восстанавливая его диоксид магнием:

Продукты реакции обрабатывают соляной кислотой, которая растворяет MgO, в результате остается коричневый осадок аморфного кремния.

Чистый кремний — кристаллическое вещество с металлическим блеском, имеющим отчетливый фиолетовый оттенок. При обычных условиях кремний без химического взаимодействия не растворяется ни в одном из растворителей.

Применяется кремний в металлургии для получения специальных сплавов. Так, добавка кремния к чугуну увеличивает его кислотоупорность. В последние десятилетия главное применение кремний находит в электронной технике как один из важнейших полупроводниковых материалов. В частности, пока только кремний идет на изготовление «солнечных батарей», непосредственно трансформирующих излучение солнца в электроэнергию.

Основным источником германия служат побочные продукты различных производств: зола некоторых углей, а также отходы коксохимических заводов и переработки полиметаллических руд. Содержание германия в этих источниках составляет 0,001−0,1 %. Получаемый из них различными путями концентрат (5−10% Се) хлорируют, выделяют СеСЦ, очищают его, подвергают гидролизу и полученный диоксид восстанавливают водородом:

Особо чистый германий для полупроводниковой промышленности получают зонной плавкой.

В свободном состоянии германий — серебристо-белое хрупкое вещество с металлическим блеском. Подобно кремнию германий не растворяется без химического взаимодействия ни в одном из растворителей и при обычных условиях устойчив к действию растворов кислот и щелочей.

Таблица 24.1. Физико-химические свойства элементов IV группы.

Развитие промышленных методов получения германия и его применения обусловлено исключительными полупроводниковыми свойствами, делающими этот элемент наряду с кремнием одним из основных материалов полупроводниковой электроники.

Олово и свинец восстанавливают из их оксидов углем. По свойствам это типичные легкоплавкие металлы. Основное применение они находят в различных сплавах. Значительная часть олова используется в качестве покрытия листового железа, применяемого в консервной промышленности (белая жесть). Свинец используется для изготовления кислотных аккумуляторов и незаменим как материал для защиты от радиоактивного излучения.

Основные физико-химические свойства элементов IV группы приведены в табл. 24.1.