Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Ugljikova skupina elemenata te
fizikalna i kemijska svojstva
elemenata ugljikove skupine
3. razred gimnazije
Predmet: Kemija
Profesor: Antonija Jurčić
Gimnazija Ljubuški
Ugljikova skupina elemenata
Ugljikova
skupina
elemenata
Ugljikova skupina elemenata
• U ugljikovu skupinu periodnog sustava elemenata pripadaju:
• Nemetal: ugljik
• Polumetali: silicij i germanij
• Metali: kositar i olovo
Ugljikova skupina elemenata
• Tri elementa ove skupine ljudi su poznavali i koristili od davnina:
• Ugljik
• Olovo
• Kositar
• Čađa, dijamant i grafit su 3 oblika ugljika koji su dobro znani (ljudi prije nisu znali da je to isti element)
• Olovo i kositar su koristili u elementarnom stanju ili u slitinama
• Silicij i germanij su otkriveni tek u 19. stoljeću
Ugljikova skupina elemenata
• Zajednička elektronska konfiguracija ns2 np2
• Atomi elemenata ove skupine imaju 4 elektrona u posljednjoj ljusci od kojih su dva nesparena u p-orbitalama
• Takav raspored elektrona upućuje na to da će svi elementi te skupine najčešće biti dvovalentni, međutim činjenica je da su oni uglavnom četverovalentni (to se može protumačiti na više načina a jedan od njih je model hibridizacije orbitala)
• Dovođenjem energije moguće je raspariti s-elektrone i jedan od njih prebaciti u p orbitalu
• Dobiju se 4 nesparena elektrona koji prave 4 istovrsne sp3 hibridne orbitale -usmjerene u 4 vrha tetraedra
• Zbog ovakve elektronske konfiguracije ni jedan od elemenata 14. skupine ne može praviti dvoatomnu molekulu
Ugljikova skupina elemenata
• Najveći oksidacijski broj im je IV a najmanji -IV
• Ugljik se od ostalih elemenata iz skupine razlikuje po:
• Elektronegativnosti
• Ugljikov atom nema d-orbitala (to je razlog njegovog drugačijeg ponašanja)
• Najmanji radijus (omogućava stvaranje jednostrukih, dvostrukih i trostrukih veza)
• Ugljik i silicij su jako važni kemijski elementi
• Ugljik ulazi u sastav svih živih bića na Zemlji
• Spojevi silicija čine najveći dio litosfere
• Uloga silicija u mineralnom svijetu jednaka je ulozi ugljika u organskom svijetu
Fizikalna i kemijska svojstva elemenata
ugljikove skupine
• Kovalentni radijus raste u skupini prema dolje
• Talište, vrelište i energija veze prema dolje opadaju
Tablica 1. Pregled fizikalnih svojstava elemenata ugljikove skupine
Ugljik (C) i kositar (Sn) u prirodi se javljaju u 2
alotropske modifikacije
Tablica 2. Alotropske modifikacije elemenata ugljikove skupine
Energija ionizacije elemenata ugljikove skupine
Tablica 3. Energija ionizacije elemenata ugljikove skupine
Spojevi s negativnim stupnjem oksidacije
• Negativan stupanj oksidacije imaju samo u spojevima s elementima male
elektronegativnosti
• Reakcijom ugljika s metalima nastaju karbidi – spojevi u kojima je stupanj oksidacije
ugljika negativan (npr. kalcijev karbid (CaC2) i silicijev karbid (SiC))
• Po analogiji - silicidi: spojevi silicija s negativnim stupnjem oksidacije (kalcijev silicid čija
formula i struktura ovise o omjeru silicija i kalcija, npr. Ca2Si2, CaSi2 i Ca2Si, a koriste se u
metalurgiji kao snažno sredstvo za dezoksidaciju rastaljenih metala)
Stupanj oksidacije +II
• Ostvaruju ga angažiranjem 2 nesparena p-elektrona
• Spojevi Pb2+ su stabilni, a stabilnost u skupini opada prema gore, da bi kod
Si skroz nestala
• Pb2+ se vrlo teško može oksidirati do Pb4+
• Stabilnost spojeva ugljika(II) uzrokovana je mogućnošću stvaranja
višestrukih veza, kojih nema kod ostalih članova skupine
• Okside stupnja oksidacije +II imaju svi elementi ove skupine
Stupanj oksidacije +IV
• Okside mogu stvarati svi elementi ove skupine
• CO2 je plin
• SiO2 je kristalna tvar visokog vrelišta
• Struktura SiO2 ima prostorni oblik tetraedra, veze Si-O su vrlo jake
• PbO2 - najmanje stabilan, lako zagrijavanjem gubi kisik
• Kiseline:
• Ugljična (karbonatna) kiselina, H2CO3
• Ortosilicijska kiselina, H4SiO4
Samostalni rad
1. Objasni zašto se ugljik razlikuje od ostalih elemenata 14. skupine.
2. Izračunaj broj molekula ugljikovog(II) oksida u 1 m3 zraka ako je njegov
volumni udio pri 1 bar i 0 °C 150 ppm.
3. Koliki se volumen ugljikovog(IV) oksida može dobiti od 100 kg vapnenca
pri temperaturi od 25 °C i atmosferskom tlaku?
Za sve nejasnoće u vezi
nastavnog gradiva iz kemije
možete se obratiti vašim
predmetnim profesorima, ili
meni na mail:
Literatura
1. Habuš, S., Stričević, D., Tomašić, V., (2017), Anorganska kemija, Zagreb, Profil
2. Filipović, I., Lipanović, S., (1988), Opća i anorganska kemija, Zagreb, Školska
knjiga