Реакционная способность элементов IV группы
Реакционная способность элементов IV группы в целом возрастает при перемещении к нижней части группы, от углерода к свинцу. В электрохимическом ряду напряжений только олово и свинец расположены выше водорода (см. разд. 10.3). Свинец очень медленно реагирует с разбавленными кислотами, высвобождая водород. Реакция между оловом и разбавленными кислотами протекает с умеренной скоростью.
Углерод окисляется орячими концентрированными кислотами, например концентрированнойазотной кислотой и концентрированной серной кислотой:
Кремний не реагирует ни с какими кислотами, кроме плавиковой (фтороводородной) кислоты.
Все элементы IV группы, кроме углерода, реагируют со щелочами. Например, кремний реагирует с разбавленным раствором гидроксида натрия, образуя силикат натрия:
Олово и свинец реагируют с горячим концентрированным раствором гидроксида натрия, образуя и соответственно.
Все элементы IV группы, за исключением свинца, при нагревании реагируют с кислородом, образуя диоксиды. Например
Свинец соединяется с кислородом, образуя оксид РЬО.
Углерод восстанавливает водяной пар (см. разд. 12.1) и оксиды многих металлов (см. разд. 5.3).
СОЕДИНЕНИЯ
Мы уже отмечали, что при перемещении к нижней части IV группы усиливается металлический характер элементов. Углерод и кремний образуют ковалентные соединения с молекулярной или каркасной (макромолекулярной) структурой. Лишь свинец и олово образуют соединения ионного типа. Эти закономерности находят отражение и в значениях первой энергии ионизации, электроотрицательности и стандартного окислительно-восстановительного потенциала рассматриваемых элементов (табл. 15.5).
Степени окисления
Все элементы IV группы образуют соединения, в которых они обладают степенью окисления Устойчивость соединений, в которых элементы IV группы имеют эту Степень окисления, уменьшается при перемещении к нижней части группы. Например, углерод и кремний образуют каждый по четыре прочные ковалентные связи. Образование этих связей происходит вследствие промотирования (возбуждения) одного s-электрона на р-орбиталь и появления в результате этого четырех -гибридных орбиталей.
Таблица 15.5. Свойства элементов IV группы
Таблица 15.6. Устойчивость различных состояний окисления у элементов IV группы
Все элементы IV группы, кроме кремния, образуют также соединения, в которых они имеют степень окисления Возникновение этого состояния окисления объясняется так называемым эффектом инертной пары. В больших атомах, таких, как атомы олова и свинца, d- и f-электроны не столь хорошо экранируют внешние электроны, как это делают s- и р-электроны внутренних оболочек. В результате внешние -электроны, находящиеся на сферических орбиталях, гораздо сильнее притягиваются к ядру, чем внешние р-электроны. Таким образом, пара внешних -электронов как бы втягивается во внутреннюю электронную оболочку и поэтому становится «инертной».Устойчивость соединений, в которых элементы IV группы имеют степень окисления возрастает при перемещении к нижней части группы (табл. 15.6). Так, моноксид углерода СО легко окисляется с образованием более устойчивого диоксида углерода . Соединения, содержащие кремний со степенью окисления встречаются редко. Кремний в своих соединениях обнаруживает оба состояния окисления, но соединения, куда он входит со степенью окисления более устойчивы. Например, устойчивее, чем Соединения оловасо степенью окисления несколько более устойчивы, чем со степенью окисления Поэтому ион имеет тенденцию к окислению с образованием иона и может выступать в роли восстановителя. Например
Соединения свинца со степенью окисления устойчивее, чем со степенью окисления . Поэтому имеет тенденцию к восстановлению до и, следовательно, может выступать в роли окислителя. Например, оксид окисляет соляную кислоту с образованием хлора:
