Элементы IVА - группы

IVА – группу периодической системы Д.И. Менделеева составляют р – элементы: углерод, кремний, германий, олово и свинец. Атомы этих элементов на внешнем энергетическом уровне содержат по 4 электрона в состоянии s²p², чем объясняется сходство их химических свойств.

Схема перехода атома углерода в возбужденное состояние может быть представлена так:

Подобные схемы можно отобразить и для остальных элементов группы. Из них следует, что в обычном состоянии эти элементы двухвалентны, так как их атомы имеют на внешнем уровне два неспаренных электрона.

В соединениях эти элементы проявляют степень окисления, равную +4 и –4, так как их атомы могут отдавать и принимать по четыре электрона (однако эта способность выражена слабо из-за малых размеров атомов и высокой энергии ионизации). Они проявляют также степень окисления +2, причем последняя с увеличением заряда ядра становится более характерной.

Химические связи в соединениях углерода, кремния, германия, олова (IV) и свинца (IV) носят ковалентный или преимущественно ковалентный характер, а в соединениях Sn(II) и Pb(II) - смешанный или преимущественно ионный.Олово и свинец – менее типичные и менее активные металлы, чем металлы IA-, IIA-, IIIA-групп, германий – полупроводник.

Элементы этой группы образуют оксиды типа ЭО и ЭО₂, а водородные соединения - типа ЭН₄. Гидраты высших оксидов углерода и кремния обладают кислотными свойствами, гидроксиды остальных элементов амфотерны, причем кислотные свойства сильнее выражены у германия, а основные у свинца. От углерода к свинцу уменьшается прочность водородных соединений ЭН₄: СН₄ – прочное вещество, а PbH₄ в свободном виде не выделен.

Элементы IVA – группы в свободном состоянии являются восстановителями. Поскольку для них, кроме свинца, более устойчивой является степень окисления +4, то и соединения со степенью окисления +2, как и элементарные вещества, являются восстановителями, например:

Sn²⁺ + 6Cl^- - 2e^- == [SnCl₆]^2- (в кислой среде)

[Sn(OH)₄]^2- + 2OH^- - 2e^- = [Sn(OH)₆]^2- (в щелочной среде)

СO + Cl₂ = COCl (фосген)

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂

Соединения же свинца (II) весьма устойчивы. Поэтому соединения свинца (IV) являются окислителями, например:

PbO₂ + 4H⁺ + 2e^- = Pb²⁺ + 2H₂O (в кислой среде)

[Pb(OH)₆]^2- + 2e^- = [Pb(OH)₄]^2- + 2OH^- (в щелочной среде)

Олово хорошо растворяется в концентрированных растворах H₂SO₄ и HCl:

Sn + 4H₂SO₄ = Sn(SO₄)₂ + 2SO₂ + 4H₂O

Sn + 2HCl = SnCl₂ + H₂

Свинец не растворяется в серной и соляной кислотах, так как покрывается пленками малорастворимых солей PbSO₄ и PbCl₂:

Pb + H₂SO₄ = PbSO₄ + H₂

Pb + 2HCl = PbCl₂ + H₂

Однако с концентрированной серной кислотой образует растворимую соль – гидросульфат свинца Pb(HSO₄)₂ – и растворяется в такой кислоте.

Германий и олово растворяются в концентрированной азотной кислоте, образуя германиевую Н₂GeO₃ и оловянную H₂SnO₃ кислоты. Олово к тому же реагирует и с разбавленной азотной кислотой:

3Sn + 8HNO₃ = 3Sn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Свинец взаимодействует и с разбавленной, и с концентрированной азотной кислотой с образованием нитрата свинца Pb(NO₃)₂. Углерод и кремний не взаимодействуют с разбавленными соляной и серной кислотами, но окисляются концентрированной азотной кислотой при нагревании.

При нагревании кремний, олово и свинец растворяются в водных растворах щелочей (германий взаимодействует со щелочью лишь в присутствии окислителей):

Sn + 2KOH + 4H₂O = K₂[Sn(OH)₆] + 2H₂

Ge + 2NaOH + 2H₂O₂ = Na₂[Ge(OH)₆]

По содержанию в организме человека (21,15%) углерод относится к микроэлементам. Он входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов, гормонов.

Кремний относится к примесным микроэлементам. Больше всего кремния в печени, надпочечниках, волосах, хрусталике. С нарушением обмена кремния связывает возникновение гипертонии, ревматизма, язвы, малокровия.

Германий относится к микроэлементам. Биологическая роль окончательно не выяснена. Соединения германия усиливают процессы кровообращения в костном мозге. Известно также, что соединения германия малотоксичны.

Олово относится к микроэлементам. Сведения о биологической роли противоречивы. Олово попадает в организм человека с кислыми продуктами, консервированными в жестяных банках, покрытых слоем олова.

Свинец и его соединения, особенно органические, весьма токсичны. Соединения свинца влияют на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат. Установлено, что свинец – один из элементов, присутствие которых в продуктах питания влияет на развитие кариеса. Существуют многочисленные доказательства постепенного накопления свинца в растениях и тканях животных и человека в результате повседневного загрязнения окружающей среды свинцом. С пищей, водой, атмосферным воздухом человек ежесуточно поглощает до 100 мг свинца. Безопасным для человека считают суточное поступление 0,2 – 2 мг свинца.

Дата добавления: 2015-07-12