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碳族元素
鎖定
碳族元素分佈
碳族元素中,硅的丰度最大,僅次於氧;碳、硅都是地殼中的常量元素;錫、鉛的丰度較小,但礦藏集中,易於開採和冶煉,因而其歷史也較為長久;鍺屬於稀散型稀有金屬,礦藏極少;鈇主要是人工合成。
碳族元素元素性質
碳族元素週期律性質
主條目:元素週期律
⒈相似性
·最外層都有4個電子,化合價主要有+4和+2,易形成共價化合物。
·氣態氫化物的通式:RH4
·最高價氧化物對應的水化物通式為H2RO3或R(OH)4
⒉遞變性
·熔沸點降低,單質密度逐漸增大
·金屬性增強,非金屬性減弱,最高價氧化物對應水化物的酸性減弱,氫化物的穩定性減弱
碳族元素硅的特殊性
主條目:對角線規則
①硅與ⅢA族的硼在週期表中處於對角線位置,表現出特有的對角線規則。而其他碳族元素無此規律。
②碳的氫化物類型眾多(例如各種烴類),而硅的氫化物類型較少
碳族元素形成的MH4 型氫化物中,CH4的生成焓為負值,其他均為正值如下表
CH4 | SiH4 | GeH4 | SnH4 | PbH4 | |
生成焓 | -74.9 | 34.3 | 90 | 163 | 正值 |
因此,CH4最為穩定,其它由上到下穩定性逐漸降低。且由於碳原子的半徑較小,可以形成碳碳雙鍵(烯烴)、三鍵(炔烴);而硅原子的半徑較大,硅與硅原子之間雙鍵型的氫化物(H2Si=SiH2)直到1981年才製得,極不穩定。
③碳的含氧酸鹽很少,而硅的含氧酸鹽類型眾多。
硅酸根離子具有正四面體結構,極其穩定,因而有許多正硅酸鹽;四面體共用單元頂點氧原子連接形成各種各樣的結構形式。
碳族元素化學性質
碳可以跟濃硫酸、硝酸反應,被氧化成二氧化碳,不與鹽酸作用。硅不跟鹽酸、硫酸、硝酸作用,只與氫氟酸反應。鍺不和稀鹽酸、稀硫酸反應,但能被濃硫酸、濃硝酸氧化。錫和稀鹽酸、稀硫酸反應,生成低價錫(Ⅱ)的化合物;跟濃H2SO4、濃HNO3反應生成高價錫(Ⅳ)的化合物。鉛跟鹽酸、硫酸、硝酸都能反應被氧化成亞鉛離子。碳族元素中跟鹼溶液反應的有硅和錫,它們既表現出金屬性又表現出非金屬性。碳族元素在加熱時都能跟氧反應,被氧化成二氧化碳、二氧化硅和氧化亞鉛等。碳族元素跟硫、氯共熱生成相應的高價氯化物和硫化物,鉛則生成鉛(Ⅱ)化合物。碳、硅跟金屬共熱生成碳化物和硅化物,錫、鉛與金屬形成合金。都不能直接與氫化合,其氫化物是間接製得的。
碳族元素化學反應
C + O₂——→CO₂
2C + O₂——→ 2CO
2CO + O₂——→2CO₂
C+ 2CuO ——→2Cu + CO₂↑
3C+ 2Fe2O₃——→4Fe + 3CO₂↑
CO+ CuO——→Cu + CO₂
3CO+ Fe2O₃——→2Fe + 3CO₂
2NaOH + CO₂——→Na2CO₃+ H2O
Ca(OH)₂ + CO₂——→CaCO₃ ↓+ H2O
CO₂+ H2O——→H2CO₃
C+ H2O——→CO + H₂(生成水煤氣)
C+CO₂——→2CO
2C+ SiO₂——→2CO↑ + Si
Si +O₂——→SiO₂
2F₂+ Si——→SiF₄
Si + 4HF——→SiF₄↑+2H₂↑
Si+2NaOH+ H2O——→Na2SiO₃+2H₂↑
SiO2+2NaOH——→Na2SiO₃+H2O
SiO2+ 4HF——→SiF₄+2H2O
CaO+ SiO₂——→CaSiO₃
SiO₂+ Na2CO₃——→Na2SiO₃+ CO₂
SiO₂+ CaCO₃——→CaSiO₃+ CO₂↑
Na2SiO₃+ 2HCl——→2 NaCl+ H2SiO₃↓
Na2SiO₃+H2O +CO₂——→Na2CO₃+ H2SiO₃↓
碳族元素重要性質
碳族元素參見
·硼族元素(Boron group)
·氮族元素(Nitrogen group)