Химические свойства простых веществ

Химические свойства углерода.

В обычных условиях углерод (особенно алмаз) очень инертен и вступает во взаимодействие только с очень энергичными окислителями. При нагревании химическая активность углерода повышается. В аморфном виде уголь и кокс легко горят на воздухе, образуя CO₂. При недостатке кислорода углерод окисляется только до СО. Алмаз способен гореть лишь в чистом кислороде при 700 — 800єС. Эта способность углерода окисляться при нагревании используется при восстановлении многих металлов из их оксидов.

C + 2F₂ = CF₄;

C + O₂ = CO₂;

2C + O₂ = 2CO;

C галогенами углерод непосредственно не соединяется (за исключением фтора). Соответствующие соединения получают косвенным путем. Четыреххлористый углерод получают пропусканием хлора через сероуглерод при 60єС в присутствии катализатора FeS:

CS₂ + 2Cl₂ = CCl₄ + 2S.

При высокой температуре углерод взаимодействует с серой, азотом и кремнием:

C + 2S = CS₂;

2C + N₂ = C₂N₂ или (СN)₂;

C + Si = SiC.

С металлами углерод реагирует при высоких температурах, образуя карбиды. Карбиды также можно получить при взаимодействии угля с оксидами металлов:

3C + CaO = CaC₂ + CO.

Углерод взаимодействует и с оксидами других металлов при нагревании:

C + 2PbO = 2Pb + CO₂.

Углерод растворяется только в кислотах-окислителях при нагревании:

С + 2H₂SO₄ (конц.) = CO₂^+ 2SO₂^+ 2H₂O;

C + 4HNO₃ (конц.) = CO₂^ + 4NO₂^ + 2H₂O.

Химические свойства кремния.

Кристаллический кремний — химически инертное вещество. Более высокая активность у кремния аморфного. Так например, последний взаимодействует со фтором при обычных условиях: Si + 2F₂ = SiF₄.

При повышенных температурах кремний реагирует со многими другими неметаллами:

• 400єС: Si + 2Cl₂ = SiCl₄;
• 600єС: Si + O₂ = SiO₂;
• 1000єС: 3Si + 2N₂ = Si₃N₄;
• 2000єС: Si + C = SiC.

Окислительные свойства кремний проявляет только по отношению к некоторым металлам, например, 2Mg + Si = Mg₂Si.

С водородом непосредственно кремний не взаимодействует, водородные соединения получаются косвенным путем.

Кислоты на кремний при обычных условиях не действуют за исключением плавиковой кислоты, которая растворяет защитную оксидную пленку за счет комплексообразования. Поэтому, в отсутствии плавиковой кислоты, кислоты-окислители не реагируют с кремнием:

Si + 6HF (конц.) = H₂[SiF₆] + 2H₂^;

3Si + 4HNO₃ (конц.) + 18HF = 3H₂[SiF₆] + 4NO^ + 8H₂O.

Кремний нерастворим в воде, но растворяется в водных растворах щелочей:

Si + 4NaOH (конц.) = Na₂H₂SiO₄ + 2H₂^.

Химические свойства Ge, Sn, Pb.

В обычных условиях Ge и Sn устойчивы по отношению к воздуху и воде. Свинец на воздухе тускнеет, покрываясь синевато-серой оксидной пленкой PbO, а в присутствии влаги взаимодействует с кислородом воздуха по реакции:

2PbO + O₂ + 2H₂O = 2Pb (OH)₂.

При повышенных температурах Ge, Sn, Pb взаимодействуют с большинством неметаллов. При этом германий и олово образуют соединения в степени окисления (+4), а свинец — соединения (+2):

Ge + O₂ = Ge O₂ ;Ge + 2Cl₂ = GeCl₄;

Sn + O₂ = SnO₂;Sn + 2Cl₂ = SnCl₄;

Pb + O₂ = PbO;Pb + 2Cl₂ = PbCl₂

В ряду напряжений германий расположен правее водорода (между медью и серебром), а олово и свинец непосредственно перед водородом. Поэтому германий не растворяется в разбавленных кислотах-неокислителях. Германий растворяется в плавиковой и концентрированной серной кислотах только при нагревании, а в концентрированной азотной кислоте и в царской водке растворяется при обычной температуре:

Ge + 6HF = H₂[GeF₆] + 2H₂;

Ge + 4H₂SO₄ (конц.) = Ge (SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O;

Ge + 4HNO₃ (конц.) = GeO₂ + 4NO₂^ + 2H₂O;

Ge + 4HNO₃ (конц.) + 18HCl = 3H₂[GeCl₆] + 4NO^ + 8H₂O.

Олово легко вытесняет водород из кислот-неокислителей:

Sn + 3HCl = H[SnCl₃] + H₂.

Горячая серная кислота окисляет олово до Sn (+4):

Sn + 4H₂SO₄ (конц.) = Sn (SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O.

Концентрированная азотная кислота окисляет олово до в-оловянной кислоты, в разбавленной азотной кислоте олово ведет себя как металл:

Sn + 4HNO₃ (конц.) + x H₂O = SnO₂ • x H₂Ov+ 4NO₂^ + 2H₂O;

4Sn + 4HNO₃ (разб.) = 4Sn (NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3 H₂O.

Свинец практически не растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах, так как на поверхности образуются малорастворимые соли PbCl₂ и PbSO₄:

Pb + 2HCl = PbCl2 v + H2; Pb + 4HCl (конц.) = H2PbCl4 + H2;

Pb + H₂SO₄ = PbSO₄ v + H₂; Pb + H₂SO₄ (ср.конц.) = Pb (HSO₄)₂ + H₂

Легко растворяется свинец в уксусной кислоте в присутствии кислорода воздуха:

2Pb + 4CH₃COOH + O₂ = 2Pb (CH₃COO)₂ + 2H₂O.

Концентрированная азотная кислота свинец пассивирует, в разбавленной азотной кислоте он легко растворяется:

3Pb + 8HNO₃ (разб.) = 3Pb (NO₃)₂ + 2NO^ +4H₂O.

С растворами щелочей германий реагирует только в присутствии окислителей: олово и свинец, хотя и медленно, взаимодействуют с растворами щелочей с выделением водорода:

Ge +2NaOH + 2H₂O₂ = Na₂[Ge (OH)₆];

Sn + 4NaOH + 2H₂O = Na₄[Sn (OH)₆] + H₂^;

Pb + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Sn (OH)₄] + H₂^.

Еще раз обратим внимание на то, как проявляется стабилизация низшей степени окисления (+2) и дестабилизация высшей степени окисления (+4) в подгруппе углерода.