DAMOO

Химия · ҰБТ 2026 · 04. Химия және өмір

14(IV) топ элементтері және оның қосылыстары

Тестті бастау

Тест тапсыру үшін жүйеге кіру немесе тіркелу керек.

Конспект

Оқулықтық тірек

Негізгі ұғымдар

  • 14 (IVA) топ: $C$, $Si$, $Ge$, $Sn$, $Pb$; сыртқы қабат $ns^2np^2$ — 4 валенттік электрон.
  • Топ бойынша жоғарыдан төмен металдық қасиет күшейеді: $C$ — бейметалл, $Si$ — жартылай металл (жартылай өткізгіш), $Ge$, $Sn$, $Pb$ — металдар.
  • Тотығу дәрежелері: $-4$, $+2$, $+4$. Жоғарыда $+4$ тұрақты, төменде $+2$ тұрақты болады.
  • $CO$ — тұз түзбейтін улы оксид, $CO_2$ мен $SiO_2$ — қышқылдық оксидтер, $SnO_2$ — амфотерлі, $PbO_2$ — күшті тотықтырғыш.

Теория

Топтағы заңдылықтар. Радиус артқан сайын электрон беру қабілеті артады. Сондықтан $CO_2$ — берік қосылыс, ал $PbO_2$ оңай тотықсызданып $PbO$ береді. $+2$ оксидтердің негіздік қасиеті топ бойынша төмен қарай артады.

Көміртектің аллотропиялық түр өзгерістері (айырмашылық — кристалдық тордың құрылысында):

Түр өзгеріс Құрылысы мен қасиеті
Алмаз ең қатты зат, атомдық тор
Графит жұмсақ, сұр, жылтыр, қолға майлы тиеді, электр тогын өткізеді
Аморфты көміртек ағаш, тас көмір; адсорбция қасиеті бар (1 г белсенді көмірдің беті ~800 м²)
Фуллерен шар тәрізді молекула, бес- және алтыбұрыштардан тұрады; жасанды құрылым
Графен графиттің бір қабаты, «ара ұясы» тәрізді; К. Новосёлов пен А. Гейм — Нобель сыйлығы (2010)

Көміртек оксидтері. Толық жанғанда (оттек артық) $C + O_2 \rightarrow CO_2$, толық жанбағанда (оттек жетіспейді) $2C + O_2 \rightarrow 2CO$. Пеште қызған көмір үстінде $CO_2 + C \rightarrow 2CO$ жүреді.

  • $CO$ («иіс газы») — түссіз, иіссіз, өте улы, ауадан сәл жеңіл ($M = 28$ г/моль, ауа — 29 г/моль). Көгілдір жалынмен жанады: $2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$. Тотықсыздандырғыш: $CuO + CO \rightarrow Cu + CO_2$, $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$. Қан гемоглобинімен берік байланысып, оттек тасымалдауды бұзады.
  • $CO_2$ — қышқылдық оксид: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$; әк суын лайлайды: $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$.

Кремний. 3-период, IVA топ, $1s^22s^22p^63s^23p^2$. Кристалдық кремний — сұр, металдай жылтыр, торы алмаз торына ұқсас (атомдық), жартылай өткізгіш. Табиғатта бос күйінде кездеспейді; массасы бойынша оттектен кейін екінші орында (~27,6 %): кремнезем $SiO_2$ (құм, кварц, шақпақтас), силикаттар.

Химиялық қасиеттері: қалыпты жағдайда инертті, бөлме температурасында тек фтормен әрекеттеседі: $Si + 2F_2 \rightarrow SiF_4$. Қыздырғанда: $Si + 2Cl_2 \rightarrow SiCl_4$, $Si + O_2 \rightarrow SiO_2$, $3Si + 2N_2 \rightarrow Si_3N_4$, $Si + C \rightarrow SiC$. Сілтімен: $Si + 2KOH + H_2O \rightarrow K_2SiO_3 + 2H_2\uparrow$. Металдармен силицидтер: $2Mg + Si \rightarrow Mg_2Si$. Бейметалдармен $Si$ — тотықсыздандырғыш ($Si^0 - 4e^- \rightarrow Si^{+4}$), металдармен — тотықтырғыш ($Si^0 + 4e^- \rightarrow Si^{-4}$).

Кремний қосылыстары.

  • $SiO_2$ — атомдық тор (Si–O–Si тізбектері), жеке молекулалары жоқ; сондықтан $CO_2$-ден айырмашылығы — қатты, қиын балқитын. Сумен әрекеттеспейді. Сілтімен: $SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$; негіздік оксидпен: $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$; карбонаттан $CO_2$-ні ығыстырады: $SiO_2 + Na_2CO_3 \rightarrow Na_2SiO_3 + CO_2\uparrow$.
  • $H_2SiO_3$ — өте әлсіз қышқыл, индикатор түсін өзгертпейді; силикатқа күшті қышқыл әсер етіп алынады: $K_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2KCl$ (іркілдек тұнба). Қыздырғанда $H_2SiO_3 \rightarrow SiO_2 + H_2O$.
  • Суда тек $Na_2SiO_3$ және $K_2SiO_3$ ериді («еритін шыны»); силикаттар гидролизденеді (сілтілік орта).
  • $SiC$ (карборунд) — атомдық тор, алмаз торындағы көміртек атомдарының жартысы кремниймен алмастырылған; қаттылығы бойынша алмаз бен бор карбидінен ғана кейін. Қырнауыш, отқа төзімді материал.

Алынуы. Өнеркәсіпте: $SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO\uparrow$ (жанама өнім — $SiC$); магниймен: $SiO_2 + 2Mg \rightarrow Si + 2MgO$; таза кремний: $SiCl_4 + 2H_2 \rightarrow Si + 4HCl$ немесе $SiH_4 \rightarrow Si + 2H_2$. Жартылай өткізгіш кремнийді зоналық балқытумен тазалайды.

Қолданылуы. Кремний — диод, транзистор, фотоэлемент, күн батареялары; силикаттардан шыны ($Na_2CO_3$, $CaCO_3$, $SiO_2$ балқымасынан), керамика, цемент; қалайы мен қорғасын — құймаларда (қола, дәнекер).

Қалайы мен қорғасын қосылыстары, карбонаттардың ыдырауы

  • Топ бойынша төмен қарай $+2$ тотығу дәрежесі тұрақтана түседі. Қалайыда $+4$ әлі де тұрақтырақ, сондықтан $Sn^{2+}$ — тотықсыздандырғыш (иодты, $Fe^{3+}$-ті тотықсыздандырады). Қорғасында $+2$ тұрақты: $PbCl_4$ қыздырғанда $PbCl_2$ мен хлорға, $PbO_2$ — $PbO$ мен оттекке ыдырайды.
  • Карбонат қыздырғанда оксид пен $CO_2$-ге ыдырайды: $CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2\uparrow$.

Гидрокарбонаттардың термиялық ыдырауы. $2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$; $Ca(HCO_3)_2 \xrightarrow{t} CaCO_3\downarrow + H_2O + CO_2\uparrow$ (судың уақытша кермектігін қайнатып жою осыған негізделген).

Мысалдар

  1. 40 г $C$ мен $Si$ қоспасына артық $NaOH$ қосқанда 26,88 л $H_2$ бөлінді. Көміртектің массалық үлесі? $n(H_2) = 1{,}2$ моль; $Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2$, сондықтан $n(Si) = 0{,}6$ моль = 16,8 г. $\omega(C) = (40 - 16{,}8)/40 = 58\%$.
  2. 20 л $CO$ жағуға қанша оттек және ауа керек? $2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$: 10 л $O_2$, ауа (20 % $O_2$) — 50 л; 20 л $CO_2$ түзіледі.

ҰБТ-дағы жиі қателер

  • $SiO_2 + H_2O \rightarrow H_2SiO_3$ деп жазу: кремний (IV) оксиді сумен әрекеттеспейді.
  • $SiO_2$-ні $CO_2$ сияқты молекулалық зат деп санау: оның торы атомдық.
  • $CO$-ны ауадан ауыр не иісі бар деп ойлау: $M(CO) = 28 < 29$, иісі жоқ.
  • Кремний қышқылын күшті қышқыл деп есептеу.

Өзіңді тексер

  1. 14-топ элементтерінің сыртқы қабат формуласы? — $ns^2np^2$.
  2. Көміртектің қай түр өзгерісі электр тогын өткізеді? — Графит.
  3. Кремний бөлме температурасында қай бейметалмен әрекеттеседі? — Тек фтормен.
  4. $PbO_2$ қандай қасиет көрсетеді? — Күшті тотықтырғыш.
  5. Қай силикаттар суда ериді? — Натрий мен калий силикаттары.

Осы бөлімнің басқа тақырыптары