Энциклопедия Кольера - углерода семейство

УГЛЕРОД, КРЕМНИЙ, ГЕРМАНИЙ, ОЛОВО, СВИНЕЦ

Характерная для подгруппы IIIA особенность постепенного перехода от легкого неметаллического элемента к тяжелому типичному металлу наблюдается и в этой подгруппе. Но если в подгруппе IIIA имеется один неметалл, то в данной уже два углерод и кремний, а остальные элементы металлы (германий, олово, свинец). Общие свойства элементов этой подгруппы приведены в табл. 5.

Углерод, первый элемент подгруппы IVA периодической таблицы. В виде древесного угля и сажи углерод был известен еще доисторическому человеку. В древнем Египте древесный уголь получали тем же способом, что и теперь, прокаливанием дерева без доступа воздуха. Углерод встречается в природе в виде двух кристаллических модификаций алмаза и графита, а также виде многих некристаллических форм древесный уголь, копоть, костяная сажа. В составе сложных соединений углерод находится в угле, нефти, он составляет основу всех органических соединений, встречается в известняке, магнезите и входит в состав многих неорганических соединений. В соединениях с водородом углерод образует углеводороды (например, метан CH4, этан C2H6, бензол C6H6); в соединениях с кислородом, азотом и водородом образует различные классы веществ кислоты, спирты, амины, кетоны и др.; в сочетании со фтором углерод образует фторуглероды, сходные с углеводородами. Растения и живые организмы содержат бесчисленное количество соединений углерода. Углерод соединяется со многими металлами, образуя карбиды (например, карбид кремния SiC, карбид кальция CaC2), а с кислородом образует оксиды (оксид углерода(II) СО, оксид углерода(IV) CO2 и субоксид углерода C3O2). Оксид углерода(II) СО (монооксид углерода) хорошо известный загрязнитель воздуха, так как образуется при неполном сгорании большинства топлив; он также входит в состав светильного газа и является сильным ядом для живых существ. Оксид углерода(IV) СО2 (диоксид углерода, углекислый газ) непосредственно связан с жизненными процессами, у животных в процессе нормального дыхания происходит связывание углерода и кислорода в CO2, а растения превращают CO2 снова в углерод и кислород в процессе фотосинтеза. Питьевая сода NaHCO3 при нагревании выделяет CO2. При реакции с серой углерод образует дисульфид углерода CS2 прекрасный растворитель для воска, жиров и масел, а также пестицид, применяемый против крыс, сусликов и др. грызунов. Тетрахлорид углерода CCl4 используется как пятновыводитель и в огнетушителях (как негорючее вещество). Такие огнетушители не являются широко распространенными, так как тетрахлорид при высоких температурах может образовывать токсичное газообразное соединение фосген COCl2 (см. также Углерод).

Кремний. Этот элемент занимает второе место по распространенности в земной коре. Выделение кремния из его природных источников, таких, как силикаты, очень сложная задача. Химическая связь кремния с кислородом очень прочная благодаря малому ионному радиусу кремния и большой зарядовой плотности иона Si4+. Зарядовая плотность кремния значительно больше, чем у углерода, т.к. электроны кремния сильнее оттянуты к кислороду, создавая больший положительный заряд у кремния. В результате образуется связь SiO с остаточным отрицательным зарядом у кислорода и положительным у кремния, что не проявляется в заметной степени у углерода и кислорода в соединении типа CO2. Такое зарядовое распределение способствует образованию тетраэдрической сетки связей SiO вместо молекулярной структуры SiO2. Схема силикатного тетраэдрического строения такова: