NHĨM IV TRONG BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HỒN
5.1.1. Đặc tính của các nguyên tố nhĩm IVA
- Gồm các nguyên tố : Cacbon (C), Silic (Si), Gecmani (Ge), Thiếc (Sn), Chì (Pb).
- Đều là nguyên tố p cĩ 4 electron lớp ngoaì, tương ứng cấu hình ns2np2.
- Xu hướng nhường 2, 4 electron mang tính khử X–2, X–4. - Nhận 4 electron mang tính oxy hĩa X–4.
- Từ C – Pb khả năng nhường electron tăng, tính oxy hĩa giảm.
- Số Oxi hĩa –4 thể hiện ở C, Si. Số oxy hĩa + 4 giảm dần từ C → B số oxy hĩa +2 tăng dần từ C → Pb.
5.1.2. Đơn chất của các nguyên tố phân nhĩm IVA
Một số thơng số hĩa lý
Thơng số hĩa lý Ck/c Si Ge Sn Pb
Bán kính nguyên tử RK (Å) 0,77 1,34 1,39 1,50 1,75 Năng lượng ion hĩa 1 (eV) 11,26 8,15 7,88 7,34 7,42 Khối lượng riêng d(g/cm3) 3,52 2,33 5,32 7,29 11,34 Nhiệt độ nĩng chảy tnc (0C) 73500 1410 2830 2690 1750 Hàm lượng trong vỏ quả đất
HĐ (%)
0,15 20 2.10–4 7.10–4 1,6.10–4+ Cacbon : + Cacbon :
- Cấu hình electron 1s22s2sp2.
- Khuynh hướng tạo mạch đồng thể C-C rất bền.
- Cĩ 3 thù hình : Kim cương, granfit (than chì), cacbon.
- Kim cương là tinh thể rắn, rất cứng, khơng dẫn điện, khĩ nĩng chảy, khĩ bay hơi, hoạt động hĩa học kém.
- Grafit tinh thể mềm, cĩ màu xám, ánh kim, dẫn điện, hoạt động hĩa học mạnh hơn kim cương.
- Cacbon bột màu đen, cacbon là chất bán dẫn, bền ở phương diện nhiệt động.
- Ở nhiệt độ thường cacbon trơ hồn tồn. Ở nhiệt độ cao thể hiện tính khử mạnh, oxy hĩa eu. Khi đốt cho CO2 và tỏa nhiệt.
- C phản ứng với S ở 8000C tạo thành CS2 là chất lỏng khơng màu. - Ở nhiệt độ cao, cacbon phản ứng yếu với Hydro tạo thành Hydrocacbon.
- Ở nhiệt độ cao phản ứng với kim loại tạo cacbon kim loại khĩ nĩng chảy, khơng bay hơi và khơng tan.
- Cacbua kim loại nặng khơng tác dụng với axít lỗng. - Các loại khác tác dụng với trước và axít lỗng.
- Cacbon khừn hợp chất ở nhiệt độ cao, dùng để luyện kim. - Cacbon chỉ phản ứng với axít mạnh, đặc nĩng H2SO4, HNO3. - Chỉ cĩ bazơ kiềm đặc nĩng mới tác dụng với cacbon.
- Trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng kim cương, grafat, than ... dạng hợp chất như : dầu mỏ, khí thiên nhiên ...
- Kim cương sử dụng làm trang sức, mũi khoan, bột mài ...
-Grafịt sử dụng làm bút chì, dầu bơi trơn, điện cực, nơi chịu nhiệt ... - Than cốc dùng làm nhiên liệu và chất khử, mực in ...
+ Silic :
- Cấu hình 1s22s22p63s23p2.
- Cĩ hai loại thù hình lập phương (bền) và lục phương (khơng bền) - Dạng bền cĩ tinh thể màu xám, ánh kim và cĩ tính bán dẫn. - Cĩ trạng thái oxy hĩa : –4, +2, +4.
- Ở điều kiện thường nĩ trơ. Nhiệt độ cao thể hiện tính khử. 4000C bị Clo oxy hĩa, 6000C bị oxy oxy hĩa, 10000C phản ứng với Nitơ, 20000C phản ứng với cacbon.
- Trong hồ quang điện tác dụng với Hydro tạo ra Silan. - Chỉ tan trong hỗn hợp axit HF và HNO3.
- Phản ứng dễ dàng với kiềm giải phĩng H2.
- Hoạt tính oxy hĩa với một số kim loại hoạt động Zn, Mg ... tạo ra Silixua kim loại.
- Phổ biến thứ 2 trên trái đất (sau oxy) thường gặp ở trạng thái hợp chất.
- Được dùng nhiều trong luyện kim để khử oxy và oxýt kim loại. - Silic tinh khiết được dùng làm chỉnh lưu, tế bào quang điện, pin mặt trời.
+ Gecmani, thiếc, chì :
- Cấu hình eletron giống C, Si : ns2np2. - Tính kim loại tăng từ Ge - Pb.
- Ge màu trắng bạc, Sn cĩ hai loại αSn và βSn, Pb là kim loại màu xám sẫm.
- Ge là bán dẫn, Sn, Pb là kim loại.
- Điều kiện thường : Ge, S3 bền với khơng khí và nước, Pb bị oxy
hĩa PbO.
- Ở nhiệt độ cao tác dụng với các phi kim loại và tạo thành Ge(+4), Sn(+4), Pb(+2).
- Ge chỉ tác dụng với axít cĩ tính oxy hĩa mạnh HNO3.
- Trong HNO3 lỗng, Sn phản ứng như kim loại Sn(+2).
- Pb phản ứng với HNO3 ở bất cứ một nồng độ nào.
- Trong axit HCl đặc Sn, Pb cho phức và tác dụng với dung dịch kiềm tạo muối kép. Ge khơng tan trong kiềm.
- Các nguyên tố này khơng thuộc loại phổ biến trong tự nhiên dưới dạng quặng.
- Điều chế bằng cách khử oxyt thơng thường. - Dùng để chế tạo hợp kim.