Transcript File
ELEMENTI IVa GRUPE PERIODNOG SISTEMA ELEMENATA C Si Ge Sn Pb Uuq (Unt – ununkvadijum) -zajednička oznaka elemenata je: za elektonsku ns² np ² konfiguraciju ovih OTKRIĆA • Ugljenik je element koji je čovek među prvima upoznao. • Kalaj i olovo su bili poznati u starom veku. • Silicijum je otkrio Bercelijus 1824.godine. (Najuspešniji i najpoznatiji naučnik, učestvovao u brojinim otkrićima, otkrio cerijum, selen i torijum, a osnivač je i elektrohemije). • Nemački hemičar Vinkler je 1886. otkrio germanijum. FIZIČKA I HEMIJSKA SVOJSTVA • Jačina veze opada sa porastom atomskog radijusa elementa, što se vidi na osnovu sniženja temperature topljenja i ključanja. • Energija jonizacije i koeficijent elektronegativnosti opadaju sa porastom atomskog broja elementa. • Ugljenik, silicijum i germanijum grade kovalentne veze. • Ugljenik se javlja u dve alotropske modifikacije: dijamant i grafit. • Stabilne alotropske modifikacije kalaja i olova imaju metalnu strukturu. ODSTUPANJA • I u ovoj grupi prvi član grupe – ugljenik, se znatno razlikuje od ostalih, a posebno po: - elektronegativnosti - atomskoj zapremini - elektronskoj konfiguraciji • Jedinjenja ugljenika su stabilna kako sa vodonikom tako i sa elementima veće elektronegativnosti. • Mala zapremina C-atoma omogućava stvaranje dvostrukih i trostrukih veza, pored kojih još postoje slobodni elektroni sposobni za dalje vezivanje. ·C=C· ·C≡C · • Za razliku od drugih elemenata grupe, C-atom može da gradi maksimalno 4 kovalentne veze, jer ne poseduje slobodne d-orbitale kao ostali elementi. • Stabilna jedinjenja ovih elemenata javljaju se sa oksidacionim brojevima: –4, –2, +2, +4 • Jedinjenja sa negativnim oksidacionim brojevima nastaju samo pri reakcijama sa elementima (metalima) veoma male elektronegativnosti. • Jedinjenja metala sa ugljenikom nazivamo KARBIDIMA. • U njima se oksidacioni broj kreće od –4 do –1 • Neki karbidi imaju svojstva jonskih jedinjenja. • Sa porastom elektronegativnosti metala raste kovalentni karakter karbida. • Jedinjenja silicijuma sa metalima nazivamo SILICIDIMA. • Silicidi su pretežno kovalentnog karaktera. JEDINJENJA SA OKSIDACIONIM BROJEM +2 • Ova jedinjenja grade svi elementi ove grupe , ali im stabilnost opada od olova ka ugljeniku. • Pb²+ jon se vrlo teško može oksidovati, stoga su mu redukcione osobine najslabije u grupi. • Veća stabilnost ugljenika potiče od višestruke veze. JEDINJENJA SA OKSIDACIONIM BROJEM +4 • Najvažnija jedinjenja ugljenika, silicijuma i germanijuma spadaju u ovu grupu. • Kalaj ima i veliki broj jedinjenja sa +2, dok su jedinjenja olova manje važna. UGLJENIK • U jedinjenjima se javlja sa negativnim oksidacionim brojevima od –4 do –1 i oksidacionim brojevima +2 i +4. • U elementarnom stanju gradi dve alotropske modifikacije: DIJAMANT GRAFIT DIJAMANT • Tetraedarskim povezivanjem svakog sp³ hibridizovanog atoma ugljenika sa četiri druga Catoma, nastaje beskonačna kristalna rešetka dijamanta. • Sparivanjem sva 4 elektrona, popunjavaju se sve 4 sp³ - orbitale i nema slobodnih elektrona, pa zbog toga dijamant ne provodi električnu struju. • Dijamant je zbog svoje strukture najtvrđa prirodna supstanca, visoke temperature topljenja. • Blještavi sjaj dijamanta potiče od velikog indeksa prelamanja, jer su svetlosni zraci usporeni čvrsto vezanim elektronima. GRAFIT • Grafit je se u prirodi javlja u znatno većim količinama, kao stabilnija alotropska modifikacija. • Zbog sp² hibridizacije svaki C-atom se vezuje sigma vezama sa 3 atoma i dolazi do formiranja šestočlanih prstenova. • Od prstenova nastaju veliki lisnati molekuli grafita, međusobno povezani slabim van der Valsovim silama. • Nakon sp² hibridizacije svakom atomu u prstenu ostaje slobodan elektron i gradi se delokalizovana pi veza, usled čega su veze u prstenu nešto jače od jednostruke veze. • Metalni sjaj, kao i dobra električna i toplotna provodljivost potiču od pokretljivosti elektrona koji čine dvostruku vezu. • Visoka temperatura topljenja grafita potvrđuje veliku jačinu kovalentnih veza u jednom sloju. • Mekoća i laka cepljivost na listiće potvrđuje postojanje slabih veza između slojeva. DOBIJANJE I UPOTREBA • Pri visokim pritiscima i temperaturi se iz grafita mogu dobiti industrijski dijamanti. • Dijamanti, izbrušeni i glačani u specijalne oblike nazivaju se brilijanti (koriste se kao nakit). • Zbog svoje velike tvrdoće dijamanti se koriste i u industrijske svrhe: - za izradu bušilica - za izradu noževa ( za obradu tvrdih materijala – stene, staklo). • Grafit se dobija i veštačkim putem iz petrolkoksa ili granuliranog antracita. • Koristi se za izradu elektroda i obloga, za izradu olovki. • Koristi se kao dodatak uljima za podmazivanje. • Ima upotrebu i u nuklearnoj industriji. • Grafit pomešan sa glinom služi za izradu grafitnih lonaca u kojima se tope metali. AMORFNI UGLJEVI • Poznati su i takozvani amorfni ugljevi koji se sastoje od sitnih čestica grafitne strukture, a sadrže i druge elemente. • Glavne vrste amorfnog ugljenika su: - prirodni ili mineralni ugalj - modifikovani ugljevi MINERALNI UGALJ • U prirodi se nalazi u velikim količinama. • Nastao je ugljenisanjem organskih supstanci, pretežno biljnog porekla. • U zavisnosti od količine ugljenika ima različite nazive: - ANTRACIT – ugalj najbogatiji ugljenikom. - TRESET – ugalj najsiromašniji ugljenikom. MODIFIKOVANI UGLJEVI KOKS • Dobija se iz ugljeva sa većim procentom ugljenika. • Koristi se kao: - redukciono sredstvo za oksidne rude - kao gorivo - petrol-koks se koristi za dobijanje grafita AKTIVAN UGALJ • Nastaje zagrevanjem organskih supstanci (drveta, kostiu, krvi, šećera), bez prisustva vazduha. • Ima veliku moć apsorpcije. • Koristi se u raznim industrijama, za uklanjanje mirisa, ukusa boja (industrija šećera). • • • • ČAĐ Nastaje pri nepotpunom sagorevanju supstanci koje sadrže ugljenik. To je crni prah. Koristi se za proizvodnju tuša i crne boje. Ima upotrebu i kao punilac (gume).