ELEMENTI 14. GRUPE PSE
2. razred gimnazije- opšti i prirodno-matematički smer
ELEMENTI 14.(IVa) GRUPE PSE
OPŠTE KARAKTERISTIKE
 Elementi 14. (IVa) grupe PSE su veoma bitni za živi svet.
 U ovu grupu spadaju elementi: ugljenik, silicijum, germanijum, kalaj i olovo.
2
2
2
ugljenik
6
C
1s 2s 2p
silicijum
14
Si
1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
Ge
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
germanijum 32
kalaj
50
Sn
olovo
82
Pb
2
2
6
2
6
2
10
2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p2
2
2
6
2
6
2
10
6
2
10
6
2
14
10
2
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p
 Zajednička konfiguracija za elemente ove grupe je ns2 np2 , za sve elemente što
znači da imaju 2 nesparena elektrona u p-orbitalama .
 Međusobni položaj ugljenikovih atoma uslovljen je usmerenošću sp3-orbitala i takvu
strukturu mogu da imaju i ostali elementi grupe sem olova.
 Jačina veze opada sa porastom atomskog radijusa elemenata, na osnovu sniženja
vrednosti temperatura topljenja i ključanja.
 Sa povećanjem atomskog broja i atomskog radijusa opada elektronegativnost,
energija jonizacije.
 Ugljenik, silicijum i germanijum kako u elementarnom stanju, tako i u jedinjenjima,
poseduju kovalentne veze, dok modifikacije kalaja i olova imaju metalnu strukturu.
 U grupi opada temperatura topljenja i ključanja.
 Zbog svoje elektronske konfuguracije grade jedinjenja sa oksidacionim brojem -4, -2,
+2 i +4.
1
ELEMENTI 14. GRUPE PSE
2. razred gimnazije- opšti i prirodno-matematički smer
UGLJENIK
 Nalaženje u prirodi:
- Nalazi se u elementarnom stanju i gradi dve alotropske modifikacije: dijamant i
grafit.
 Fizičke osobine:
Dijamant- u njemu vlada tetraedarski raspored atoma
ugljenika povezani jakim kovalentnim vezama (atomi
ugljenika sp3 hibridizovani) te je zbog te strukture najtvrđa
prirodna supstanca visoke temperature topljenja.
Grafit- ugljenici povezani u šestočlane prstenove povezani
jakim kovalentnim vezama (atomi ugljenika sp2
hibridizovani), a paralelni slojevi slabim Van der Valsovim
silama. Ima dobru električnu i toplotnu provodljivost.
 Postoje amorfni ugljevi, koji se sastoje od sitnih čestica grafitne strukture. Glavne
vrste amorfnog ugljenika su:
1. Prirodni ili mineralni ugalj;
2. Modifikovani ugalj (koks, aktivni ugalj ili čađ).
 Primena:
- Ugljenik se upotrebljava u obliku jedinjenja koja se nazivaju ugljenici koji su
veoma bitni za živi svet i njihov najpoznatiji izvor je nafta.
- Dijamanti se koriste za izradu nakita, a zbog svoje tvrdoće se koristi i industrijske
svrhe: za izradu bušilica, noževa kojima se obrađuju tvrdi materijali (staklo).
- Grafit se upotrebljava za izradu elektroda i obloga, za izradu olovki, kao dodatak
uljima za podmazivanje, u nuklearnoj industriji itd.
2
ELEMENTI 14. GRUPE PSE
2. razred gimnazije- opšti i prirodno-matematički smer
JEDINJENJA UGLJENIKA
1. Oksidi ugljenika
a) Ugljenik (II)-oksid ili ugljen-monoksid, CO
- Dobijanje:
nastaje nepotpunim sagorevanjem ugljenika:
2 C + O2
2CO
Industrijski se dobija provođenjem vazduha ili vodene pare preko usijanog uglja:
C + O2
-
CO2 + C
2CO
H2O + C
CO + H2
Osobine: gas bez boje, mrisa i ukusa, lakši je od vazduha. Ima ga u izduvnim
gasovima automobila, dimu cigarete. Otrovnog je dejstva, jer se vezuje sa
hemoglobinom iz krvi gradeći stabilan kompleks koji sprečava prenošenje labilno
vezanog kiseonika.
Snažno je redukciono sredstvo, vezuje kiseonik iz metalnih oksida:
FeO + CO
-
CO2
Fe + CO2
Primena: Koristi se pri redukciji gvožđa u visokim pećima.
b) Ugljenik (IV)-oksid ili ugljen-dioksid, CO2
- Dobijanje: nastaje sagorevanjem ugljenika ili ugljen-monoksida:
C + O2
2 CO + O2
CO2
2 CO2
VIDEO 1a
DOBIJANJE UGLJENIK (IV)-OKSIDA
-
Osobine: gas bez boje, mirisa i ukusa, slabo kiselog ukusa, nije otrovan, no teži je
od vazduha, može da izazove gušenje jer sa hemoglobinom gradi stabilan
kompleks.
Sa krečnom vodom gradi kalcijum-karbonat, od čega se rastvor zamuti:
Ca(OH)2 + CO2
CaCO3 + H2O
VIDEO 1b
SVOJSTVA UGLJENIK (IV)-OKSIDA
3
ELEMENTI 14. GRUPE PSE
2. razred gimnazije- opšti i prirodno-matematički smer
Rastvorljiv je u vodi, gradi ugljenu (karbonantnu) kiselinu:
CO2 + H2O
H2CO3
Ugljena kiselina je slaba kiselina i gradi dve vrste soli:
H2CO3 + H2O
H3O+ + HCO3-
hidrogen-karbonati
HCO3- + H2O
H3O+ + CO3 -2
karbonati
Vodeni rastvori hidrogen-karbonata deluju slabo bazno:
-
HCO3 + H2O
H2CO3 + OH
Žarenjem na visokim temperaturama karbonati se razlažu na okside
odgovarajućih metala i ugljen-dioksida:
MCO3
-
MO + CO2
Primena: Koristi se za pripremu osvežavajućih (penušavih) pića, za gašenje
požara, pri industrijskom dobijanju šećera itd.
2. Cijanidi
Cijanovodonik, HCN
- Osobine: bezbojan, otrovan gas, miriše na (gorki) badem.
Rastvorljiv u vodi, pri čemu nastaje cijanovodonična kiselina, HCN. To je slaba
kiselina. Vodeni rastvori njene soli- cijanidi, reaguju bazno:
CN- + H2O
HCN + OH-
Cijanidi su tzv. krvni otrovi. Ne smeju dospeti na rane.
3. Karbidi
Kalcijum-karbid, CaC2
- Dobijanje:
nastaje žarenjem negašenog kreča sa ugljenikom:
CaO
-
+
3C
CaC2 + CO
Osobine: bela kristalna supstanca, često je sive boje, zbog nečištoća.
Sa vodom reaguje gradeći kalcijum-hidroksid i etin (acetilen):
CaC2 +2 H2O
Ca(OH)2 + H C C H
4
ELEMENTI 14. GRUPE PSE
2. razred gimnazije- opšti i prirodno-matematički smer
SILICIJUM
 Nalaženje u prirodi:
- Ne nalazi se slobodan u prirodi, već u obliku silicijum (IV)-oksida, SiO2 i
mnogobrojnih silikata. Po rasprostranjenosti u Zemljinoj kori, odmah je iza
kiseonika (W=25,7%).
 Dobijanje:
Dobija se u kristalnom stanju ili u amorfnom obliku:
SiO2 + 2C
Si + 2CO
 Fizičke osobine:
Silicijum je element velike tvrdoće i visoke temperature topljenja. Ne reaguje sa
kiselinama, a sa bazama gradi silikate, uz oslobađanje vodonika:
Si + 2OH + H2O
SiO32- + 2 H2
Sa halogenim elementima silicijum gradi tetrahalogenide:
Si + 2 Cl2
SiCl4
Silicijum-tetrahlorid (SiCl4) na vlažnom vazduhu jako dimi, usled protolize:
SiCl4 + 8H2O
Si(OH)4 + 4H3O+ + 4Cl-
pa se koristi za zamagljivanje.
 Primena:
Čist kristalni silicijum se upotrebljava kao poluprovodnik pri izradi tranzistora,
ispravljača struje i sunčevih baterija.
JEDINJENJA SILICIJUMA
1. Oksidi silicijuma
a) silicijum (IV)-oksid ili silicijum-dioksid, SiO2 (kvarcni pesak):
- Osobine: hemijski prilično inertno jedinjenje,
Reaguje samo sa fluorovodonikom, a pri topljenju sa alkalnim hidroksidima
prelazi u silikate:
SiO2 + 2OH-
SiO32- + H2O
Silikati su soli silicijumovih kiselina:
1. Metasilicijumova kiselina, H2SiO3,
2. Ortosilicijumova kiselina, H4SiO4.
-
Primena: Koristi se za konstrukciju aparata koji služe za izazivanje ultrazvučnih
talasa.
5
ELEMENTI 14. GRUPE PSE
2. razred gimnazije- opšti i prirodno-matematički smer
KALAJ I JEDINJENJA KALAJA
 Nalaženje u prirodi:
- Nalazi se u vidu jedinjenja; u obliku rude kasiterit (SnO2).
 Dobijanje:
Dobija se redukcijom rude kasiterita:
SnO2 + 2C
Sn + 2CO
 Fizičke osobine:
Metal srebrnastobele male tvrdoće, valjanjem se izvlači u tanke listiće.
 Hemijske osobine:
Sa kiseonikom reaguje iznad 1300oC gradeći kalaj (IV)-oksid (kalaj-dioksid):
Sn + O2
SnO2
Sa halogenim elementima kalaj gradi tetrahalogenide:
Sn + 2Cl2
SnCl4
 Primena:
Kalaj se koristi za zaštitu drugih metala od korozije, za izradu legure bronze, pribora
za jelo i za klizne ležajeve.
Kalaj (IV)-oksid se koristi kao sredstvo za poliranje i za izradu emajl-glazura.
Kalaj (IV)-hlorid se koristi pri bojenju kao močilo.
6
ELEMENTI 14. GRUPE PSE
2. razred gimnazije- opšti i prirodno-matematički smer
OLOVO
 Nalaženje u prirodi:
- Nalazi se u vidu jedinjenja sulfida kao ruda galenit PbS, minijuma Pb2PbO4
(Pb3O4).
 Dobijanje:
Dobija se redukcijom oksida olova koji se dobija prženjem rude galenit:
2 PbS + 3O2
2 PbO + 2 SO2
2 PbO + C
2 Pb + CO2
 Fizičke osobine:
Mek metal plavičastobele boje, može se seći nožem, velike gustine, niske
temperature topljenja, lako se izvlači u listove i žice.
 Hemijske osobine:
Rastvara se dobro u razblaženoj azotnoj kiselini:
3 Pb + 8 HNO3
3 Pb(NO3)2 + 2NO + 4 H2O
 Primena:
Olovo se koristi za izradu limova, kanalizacionih i vodonikovih cevi, u vojnoj
industriji, za izradu olovnih akumulatora...
JEDINJENJA OLOVA
1. Olovo (II)-oksid, PbO
Nastaje oksidacijom olova na vazduhu, crvene ili žute boje, sa kiselinama gradi
olovne soli, a sa bazama kompleksne soli:
PbO + 2HCl
PbCl2 + 2H2O
PbO + NaOH + H2O
Na Pb(OH)3
natrijum-tetrahidroksiplumbat (II)
Koristi se za glaziranje keramičkih proizvoda, kao žuta boja u slikarstvu.
Poznato jedinjenje oksida olova: olovno belilo, Pb(OH)2.2PbCO3.
2. Olovo (IV)-oksid, PbO2
Nastaje anodnom oksidacijom soli olova koja sadrži Pb2+ jone:
Pb2+
+ 6 H2O
+
PbO2 + 4H3O
Tamnosmeđi prah, amfoternog karaktera, sa kiselim svojstvima. Pri zagrevanju
prelazi u PbO.
Upotrebljava se za izradu pozitivnog pola olovnih akumulatora.
7
ELEMENTI 14. GRUPE PSE
2. razred gimnazije- opšti i prirodno-matematički smer
ELEMENTI 14. GRUPE PSE – pitanja i zadaci
1. Elementi 14. grupe PSE- opšte karakteristike.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Ugljenik - mesto u PSE.
Ugljenik - nalaženje u prirodi.
Uglenik - fizičke osobine (grafit).
Ugljenik - fizičke osobine (dijamant)
Ugljenik - primena.
Jedinjenja ugljenika (oksidi ugljenika, cijanidi i karbidi).
8. Silicijum- mesto u PSE.
9. Silicijum- nalaženje u prirodi.
10. Silicijum- dobijanje.
11. Silicijum- fizičke osobine.
12. Silicijum- hemijske osobine.
13. Silicijum- primena.
14. Jedinjenja silicijuma (oksid silicijuma).
15. Kalaj- mesto u PSE.
16. Kalaj- nalaženje u prirodi.
17. Kalaj- dobijanje.
18. Kalaj- fizičke osobine.
19. Kalaj- hemijske osobine.
20. Kalaj- primena.
21. Jedinjenja kalaja (oksid kalaja, hlorid kalaja).
22. Olovo- mesto u PSE.
23. Olovo- nalaženje u prirodi.
24. Olovo- dobijanje.
25. Olovo- fizičke osobine.
26. Olovo- hemijske osobine.
27. Olovo- primena.
28. Jedinjenja olova (oksidi olova).
REFERATI ZA OBLAST ELEMENTI 14. GRUPE PSE
1. Ugljen-monoksid i ugljen-dioksid i njihov štetan utucaj po atmosferu.
2. Silikatni materijali.
3. Kvarc.
8
Download

ELEMENTI 14. GRUPE PSE 2. razred gimnazije