14 (IV) тобының элементтері. Химия, 11 сынып, дидактикалық материал.

4-топтың оксидтері

Бұл парақта көміртегі, кремний, германий, қалайы және қорғасын оксиді туралы қысқаша ақпарат бар. Ол 4-топқа түскенде көмірқышқыл газы мен кремний диоксиді арасындағы құрылымдық айырмашылықтарға және оксидтердің қышқыл-негіздік әрекетінің тенденцияларына шоғырланған.

Көмірқышқыл газы мен кремний диоксидінің құрылымдары

Көмірқышқыл газы мен кремний диоксиді (кремний (IV) оксиді немесе кремний деп те аталады) физикалық қасиеттерінің арасында үлкен айырмашылық бар. Көмірқышқыл газы - бұл газ, ал кремний диоксиді - қатты еритін қатты зат. 4-топтағы басқа диоксидтер де қатты заттар.

Бұл көмірқышқыл газы мен Топтың қалған диоксидтерінің арасындағы айырмашылықты айқын көрсетеді.

Көмірқышқыл газының құрылымы

Көмірқышқыл газының газ екендігі оның қарапайым молекулалардан тұруы керек дегенді білдіреді. Көміртек оттегімен қарапайым молекулалар түзе алады, өйткені ол оттегімен қос байланыс жасай алады.

4-топтағы басқа элементтердің ешқайсысы оттегімен қос байланыс жасамайды, сондықтан оларға әртүрлі құрылымдар әсер етеді.

Көміртек оттегімен байланыс түзгенде, алдымен электрондардың біреуін бос 2p деңгейіне шығарады. Бұл 4 электронды шығарады.

Енді екі электронды және 2p электронының біреуін тең энергияның екі сп1 гибридті орбиталына айналдыру арқылы екі электронды будандастыру арқылы сол электрондарды сәл өзгертеді. Қалған 2p электрондар қазіргі уақытта жалғыз қалады.

Олардың атомдағы көрінісі (сол түсті кодтауды қолдана отырып):

Байқаңыз, екі жасыл лоб - екі түрлі гибридті орбитальдар, олар мүмкіндігінше бір-бірінен алшақ орналасқан. Оларды орбиталь пішінімен шатастырмаңыз.

Осылайша көміртек байланысқанға дейін осылай ұйымдастырылған. Енді оттегіге қарау керек.

Оттегінің электрондық құрылымы 1s22s22px22py12pz1.

Гибридизация оттегіде де жүреді. Бұл жолы sp2 гибридтері s орбитальмен және екі орбитальмен түзіліп, 3 орбитальға тең энергия береді, бұл уақытша орамалды қалдырады.

Бұл жолы sp2 гибридті орбитальдарының екеуінде жалғыз электрон жұбы болады.

Енді байланыстырмас бұрын екі оксиген мен көміртекті туралаңыз. Сол жақтағы оттегі 90 ° арқылы айналғанына назар аударыңыз:

Одан кейін қарапайым коваленттік байланыстарды қалыптастыру үшін бозғылт жасыл гибридті орбитальдар соңынан-соңына қабаттасатындай етіп біріктіріңіз. Олар сигма байланысы деп аталады және келесі диаграммада қызғылт сары түрінде көрсетілген.

Бұл әртүрлі p орбитальдарын бір-біріне жақындастыратындай етіп жақындастырады.

Екі орбитальдар жиынтығының жанама қабаттасуы екі pi байланысын тудырады - айталық, этенде кездесетін pi байланысына ұқсас. Бұл pi байланыстары ақырғы молекулада бір-біріне 90 ° -да бұралған.

Сонымен. . . Көміртек-оттегінің қос байланысын қалыптастыру үшін көміртегідегі p орбитальдары мен оттегі бір-біріне қабаттасуы керек.

Кремний диоксидінің құрылымы

Кремний оттегімен қос байланыс жасамайды.

Кремний атомдары көміртектен үлкен. Бұл кремний-оттегі байланыстары көміртегі мен оттегі байланыстарына қарағанда ұзағырақ болады дегенді білдіреді.

Елестетіп көріңізші, кремний-оттегі қос байланысын біз көміртегі-оттегі қос байланысы сияқты жасадық. Кремний-оттегі байланыстары неғұрлым ұзақ болса, кремний мен оттегі рбитальдары бір-біріне жақын орналаспайды, олар тұрақты пи байланысын қамтамасыз ете алады.

Сонымен, кремний оттегімен байланысады, тек бір ғана байланыс пайда болады.

Кремний диоксиді үшін әртүрлі құрылымдар бар. Есте сақтау мен сурет салу оңай:

Бұл алмаз құрылымына негізделген, оның әрқайсысы кремний атомдарын басқа төрт көршіге оттегі атомымен байланыстырады.

Бұл кремний диоксиді үлкен ковалентті құрылым екенін білдіреді. Үш өлшемдегі күшті байланыстар оны қатты, жоғары балқу нүктесін қатты етеді.

The acid-base behaviour of the Group 4 oxides

The oxides of the elements at the top of Group 4 are acidic, but acidity of the oxides falls as you go down the Group. Towards the bottom of the Group, the oxides become more basic - although without ever losing their acidic character completely.

An oxide which can show both acidic and basic properties is said to be amphoteric.

Осылайша, тренд Топтың жоғарғы жағындағы қышқыл оксидтерден бастап, төменгі бөлігіндегі амфотериялыққа дейін.

Көміртек және кремний оксидтері

Көмірқышқыл газы

Көмірқышқыл газы әдетте бейтарап оксид сияқты өңделеді, бірақ іс жүзінде ол өте қышқыл. Ол сумен әрекеттеспейді, бірақ натрий метаноатының ерітіндісін беру үшін ыстық концентрацияланған натрий гидроксиді ерітіндісімен әрекеттеседі.

Көмірқышқыл газының негізгі гидроксиді ионымен әрекеттесетіндігі оның қышқыл болу керектігін көрсетеді.

Көміртек және кремний диоксиді

Бұл екеуі де әлсіз қышқыл.

Сумен

Кремний диоксиді сумен әрекеттеспейді, өйткені үлкен ковалентті құрылымды бұзу қиынға соғады.

Көмірқышқыл газы суда аз мөлшерде әрекеттесіп, сутегі иондарын (қатаң түрде гидроксион иондары) және гидрокарбонат иондарын шығарады.

Жалпы, бұл реакция:

Судағы көмірқышқыл газының ерітіндісі кейде көміртегі қышқылы деп аталады, бірақ іс жүзінде көмірқышқыл газының тек 0,1% -ы ғана реакция жасады. Тепе-теңдік жағдайы сол жақта жақсы.

Негіздерімен

Көмірқышқыл газы натрий гидроксиді ерітіндісімен реакцияға түседі, реакцияланатын пропорцияларға байланысты - натрий карбонаты немесе натрий гидрокарбонаты ерітіндісін береді.

Кремний диоксиді натрий гидроксиді ерітіндісімен де әрекеттеседі, бірақ ол тек ыстық және шоғырланған болса. Натрий силикатының ерітіндісі түзіледі.

Темірді домна пешінде алу кезінде пайда болатын реакциялардың бірімен таныс болуыңыз мүмкін - кальций оксиді (шикізаттың бірі болып табылатын әктастан) сұйық шлак, кальций силикатын алу үшін кремний диоксидімен әрекеттеседі. Бұл сонымен бірге негізмен әрекеттесетін қышқыл кремний диоксидінің мысалы.

Германий, қалайы және қорғасын оксидтері

Тотығу

Барлық осы оксидтер амфотериялық болып табылады - олар негізгі және қышқылдық қасиеттерін көрсетеді.

Оксидтердің негізгі табиғаты

Бұл оксидтер қышқылдармен әрекеттесіп, тұз түзеді.

Мысалы, олардың барлығы концентрацияланған тұз қышқылымен әрекеттеседі. Мұны былай тұжырымдауға болады:

. . . мұнда X Ge және Sn бола алады, бірақ өкінішке орай қорғасын үшін аздап өзгерту керек.

Қорғасын (II) хлориді суда ерімейді және ерітіндінің орнына қорғасын (II) оксидінің үстінен ерімейтін қабат түзеді, егер сіз сұйылтылған тұз қышқылын қолдансаңыз - реакцияның тоқтап қалуы мүмкін.

Алайда, бұл мысалда біз концентрацияланған тұз қышқылын пайдалану туралы айтып отырмыз.

Концентрацияланған қышқылдағы хлорид иондарының көп мөлшері қорғасын (II) хлоридімен әрекеттесіп, PbCl42- сияқты еритін кешендерді шығарады. Бұл иондық кешендер суда ериді, сондықтан проблема жоғалады.

Өкінішке орай, бұл сізге көп нәрсені есте сақтау керек дегенді білдіреді!

Қышқылдардың табиғаты

Барлық осы оксидтер натрий гидроксиді ерітіндісі сияқты негіздермен әрекеттеседі. Бұл жолы біз жалпылама тұжырым жасай аламыз:

Мысалы, қорғасын (II) оксиді PbO22- - плумбатты (II) иондарға әсер етеді.

Диоксидтер

Бұл диоксидтер қайтадан амфотериялық - негізгі және қышқылдық қасиеттерін көрсетеді.

Диоксидтердің негізгі табиғаты

Диоксидтер алдымен концентрацияланған тұз қышқылымен әрекеттесіп, XCl4 типті қосылыстар береді:

Бұған комплекстерді беру үшін тұз қышқылындағы артық хлорид иондары әсер етеді XCl₆^2-.

Қорғасын (IV) оксиді болған жағдайда реакцияны мұздатылған тұз қышқылымен жасау керек. Егер реакция әлдеқайда жылы болса, қорғасын (IV) хлориді қорғасын (II) хлориді мен хлор газын беру үшін ыдырайды. Бұл қорғасынның тотығу күйінің +4 емес, +2 болатын әсері.

Диоксидтердің қышқылдық табиғаты

Диоксидтер ыстық концентрацияланған натрий гидроксиді ерітіндісімен реакцияға түсіп, ерітінді түрінде болады [X(OH)₆]^2-.

Кейбір деректерде қорғасын (IV) оксиді балқытылған натрий гидроксиді қажет деп санайды. Бұл жағдайда теңдеу басқаша болады.