4.2. Химические свойства

 

        В соединениях углерод и кремний проявляют степени окисления −4, +2, +4; Ge, Sn, Pb  − +2 и +4. Устойчивость соединений элементов в высших степенях окислениях от Si к Pb уменьшаются.

        По химическим и физическим свойствам углерод и его соединения резко    отличаются от остальных элементов группы. Углерод способен образовывать кратные связи, цепи, кольца.

        При обычных условиях углерод и кремний весьма инертны, другие же элементы группы IVА достаточно активны и взаимодействуют со многими веществами. При увеличении температуры химическая активность всех веществ резко возрастает. На рисунке 10 представлена схема взаимодействия р – элементов IV группы с простыми веществами.

        Углерод переводится в раствор действием кислот – окислителей:

С + 2H₂SO_{4 (конц.)}  = CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

  C + 4HNO_{3 (конц.)}  = CО₂ +  4NO₂ + 2H₂O

        Кремний с обычными кислотами не реагирует. Взаимодействует с плавиковой кислотой, а также смесью HF и HNO₃, легко растворяется в щелочах:

Si + 4HF _(г) = SiF₄ + 2H₂               (40-100 ⁰C)

Si _{(аморфн.)} + 6HF _(конц.) = H₂ [SiF₆] + 2H₂

3Si + 18HF + 4HNO₃ = 3H₂ [SiF₆] + 4NO + 8H₂O

3Si + 18HF + 2KClO₃ = 3H₂ [SiF₆] + 2KCl + 6 H₂O

Si + 2KOH + H₂O = K₂SiO₃ + 2H₂

Si _{(аморфн.)} + 4NaOH _(конц.) = Na₄SiO₄ + 2H₂

 

 

 

 

Рис. 10. Схема взаимодействия элементов группы IVA с простыми веществами

 

 

Отношение  Ge, Sn и Pb к кислотам и щелочам показано в таблице 10.

 

 

4.3. Бинарные соединения

 

        Свойства бинарных соединений типа ЭХ₄ (Х – галогены, водород) закономерно меняются от углерода к свинцу. Устойчивость таких соединений для углерода намного выше, чем для остальных элементов.

 

4.3.1. Соединения с водородом

        Для всех элементов рассматриваемой группы известны водородные соединения типа ЭН₄. Это газы, устойчивость которых при переходе от СН₄ к РbН₄ уменьшается, а восстановительная способность увеличивается.

        В лаборатории метан получают нагреванием ацетата натрия со щелочью:

CH₃COOH + NaOH = CH₄ + Na₂CO₃

        Метан может быть получен и прямым воздействием углерода с водородом:

С + 2Н₂ = СН₄

        Остальные элементы группы IVA с водородом не взаимодействуют, поэтому их гидриды  могут быть получены  только косвенным методом, например,  действием разбавленных кислот на силициды, германиды, станниды:

 

        В ряду силан SiH₄ – герман GeH₄ – станнан SnH₄ – плюмбан PbH₄ устойчивость соединений понижается. РbН₄ настолько устойчив, что его существование определяют лишь по косвенным признакам.

        Метан химически инертен, остальные гидриды имеют высокую реакционную способность, например, силан самовоспламеняющийся на воздухе:

SiH₄ + О₂ = SiО₂ + 2Н₂О

        Вода разлагает SiH₄, GeH₄, SnH₄, причем в щелочной среде взаимодействие происходит быстрее:

ЭH₄ + 2H₂O = ЭO₂ + 4H₂

Взаимодействие германия, олова и свинца с кислотами и щелочами

 

Реагент	Продукты реакции  реагента с металлом
	Ge	Sn	Pb
HCl	Не взаимодействует	H2 [SnCl4] + H2
H2SO4 а) концентрированная   б) разбавленная	GeO2 + SO2 + H2O   не взаимодействует	Sn (SO4)2 + SO2 + H2O   Sn(SO4)2 + H2	Pb(HSO4)2 + SO2 + H2O
HNO3 а) концентрированная     б) разбавленная	H2GeO3 + NO2 + H2O        (GeO2∙nH2O)   не взаимодействует	H2SnO3 + NO2 + H2O       (SnO2∙nH2O)   Sn(NO3)2 + NO + H2O или Sn(NO3)2 + NH4NO3 + H2O	Pb(NO3)2 + NO2 + H2O     Pb(NO3)2 + NO + H2O
KOH	K2[Ge(OH)6]*	K2[Sn(OH)4] + H2	K2[Pb(OН)4] + H2

 

               * Только в присутствии H₂O₂ или O₂

 

SiH₄ + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 4H₂

        Силаны со взрывом реагируют с галогенами, образуя галогениды SiГ₄.