14. skupina

Question 1

elementi 14. skupine
značilnosti

Answer 1

C ogljik
Si silicij
Ge germanij
Sn kositer
Pb svinec

-po skupini navzdol narašča kovinski značaj (Si in Ge polprevodnika, Sn in Pb kovinske lastnosti)
-pomembni skupini spojin: organske spojine (C) in silikati (Si + O)
razlog: močne enojne vezi C-C (najmočnejša za H-H) in Si-O

Question 2

tvorba vezi

Answer 2

4 valenčni elektrini s2p2

1) sprejem elektronov: le pri C in Si (edina dovolj nekovinska) z močno elektropozitivnimi elemeti (C2”2- , C”4-, Si”4-)

2) oddajanje elektronov: pri C ni znano, Si Ge redko, Sn in Pb obstajata kot dvo in štirivalentna kationa

3) kovalentne vezi: praviloma 4 (sp3 hibridizacija=, od Si navzdol možnih 6 kovalentnih vezi (oktaedrična koordinacija)
vezi lahko tudi dvojne ali trojne

Question 3

C viri in pridobivanje

Answer 3

viri ogljika: premog, nafta, les, minerali

suha destilacija lesa → amorfni ogljik (oglje, koks, saje)
iz tega dobimo grafit v elektropečeh preko SiC
Si + C(saje) → SiC (2 000 C)
SiC → Si + C(grafit) (2 200 C)

uporaba grafita za elektrode

Question 4

Si viri in pridobivanje

Answer 4

Si za kisikom drugi najpogostejši element zemeljske skorje
pridobivanje iz dioksida po redukciji z ogljikom pri 2 500C → amorfni silicij
SiO2 + 2C → Si + 2CO

aluminotermična reakcija (kristalični Si, ki se ne topi v kislinah)
SiO2 + Al → Si + Al2O3

čiščenje za pridobivanje izredno čistega polprevodniškega Si
Si + Cl2 → SiCl4
čiščenje z destilacijo, nato reducirajo nazaj do Si
SiCl4 + H2 → Si + HCl
sledi še consko taljenje/ conska rafiniracija, klado Si predalijo v obročasti peči po celi dolžini, nečistoče se koncentrijajo v talini, dobijo Si kot čist monokristal

Question 5

Si značilnosti

Answer 5

Si kristalizira v diamantnem strukturnem tipu
nereaktiven element
v kislinah se ne raztaplja (razen HF → plin SiF4)

pri višjih temp. reagira z razt. ali talino ionskih hidroksidov
Si + NaOH + H2O→ Na2SiO3 + H2

Question 6

Si zrcalo

Answer 6

SiO2 + 2Mg → Si + 2MgO

Question 7

Ge viri in pridobivanje

Answer 7

Ge v naravi zelo razpršen
pridobivajo iz germanita (Cu6FeGe2S8)
iz njega v zmesi HNO3 + H2SO4 → GeO2
ta se pri 1000C reducira z vodikom do germanija

čiščenje poteka preko GeCl4
z vodo pretvorba do GeO2 in redukcija z vodikom

Ge ima podobne lastnosti kot Si

Question 8

Sn pridobivanje

alotropne modifikacije

Answer 8

Iz kasiterita SnO2 z redukcijo z ogljikom
SnO2 + 2C → Sn + 2CO

alotropne modifikacije:
alfa Sn: sivi prah (diamantna struktura) 13C
beta Sn: kovinsko bele barve, uporaben v tej obliki
gama Sn: zelo krhek 161C

Question 9

zlitine kositra

Answer 9

Cu + Sn → bron
91% Cu, 9%Sn, sledovi P

Pb + Sn → cin
30% Pb, 60% Sn

Question 10

reaktivnost Sn
HCl
NaOH

Answer 10

Sn bolj reaktiven kot Si in Ge
reagira z močnimi kislinami in ionskimi hidroksidi

Sn + HCl → SnCl2 + H2
Sn + NaOH + H2O → Na2[Sn(OH)6] + H2

Question 11

Pb viri in pridobivanje

Answer 11

Pb je kovina pridobivanje iz galenita (PbS) s praženjem
rezultat ni oksid kot običajno! ampak PbO in PbSO4
PbS + O2 → PbO + SO2
PbS + O2 → PbSO4
PbS + PbO → Pb + SO2
PbS + PbSO4 →Pb + SO2
majhen izkoristek, povečamo z redukcijo z ogljikom ter dodatkom kremena in apna
PbSO4 + C → PbS + CO
PbO + CO → Pb + CO2
PbSO4 + SiO2 → PbSiO3 + SO2 + O2
PbSiO3 + CO + CaO →Pb + CaSiO3 → CO2

Question 12

alotropije

Answer 12

C :
-saje
-grafit (plasti, polikondenziran sistem)
-diamant
-fulereni (vedno 12 petkotnikov + šestkotniki → žogica; topni v benzenu ali toluenu)

Sn tri modifikacije
pri ostalih elementih pa le po ena

Question 13

reakcije fulerenov

Answer 13

hidrogeniranje → C60H18, C60H36

fluoriranje → C60F46, C60F48

reakcije fulerenov z alkalijskimi kovinami (vgradijo se v praznine, običajno poveča strukturo in prevodnost)
MnC60 (n=1 M=Rb, Cs; n=2,3,4,6 M= Na, K, Rb, Cs)

Question 14

karbidi
sinteza

Answer 14

karbidi (ionski, kovalentni, intersticijski)
sinteza:
-direktna reakcija elementov na 2000C
-z reakcijo kovinskega oksida z C (visoka T)
-z reakcijo razžarjene kovine z ogljikovodikom
-z reakcijo etina s kovinami v tekočem NH3

Question 15

ionski karbidi

Answer 15

C”4- karbidni ion
Be2C, Al4C3
sproščajo metan
Al4C3 + 12H2O → Al(OH)3 + CH4

C2”2- aacetilidni ion (iz acetilena)
elementi 1. in 2. skupine (razen Be in Mg) ter Zn in Cd
sproščajo acetilen
CaC2 + H2O → C2H2 + Ca(OH)2

Question 16

kovalentni karbidi

Answer 16

SiC karborund
BC najtrša znana snov

Question 17

intersticijski karbidi

Answer 17

-4d in 5d elementi prehoda
C atomi s vgradijo v oktaedrične praznine
povečajo gostoto, tališče, trdoto
-3d elementi prehoda
vrzeli premajhne za vgraditev C atomov
strukture so popačene
med kovino in C kovalentne vezi

Question 18

silicidi

Answer 18

sinteza:
neposredno iz elementov
-z redukcijo SiO2 s kovino v prebitku
-silicidi reagirajo s kislinami

Si”4- ion : Mg2Si, Ca2Si
(Si”2-)x ion → verige CaSi
(Si”-)x ion → plasti CaSi2

Question 19

spojine z vodikom- ogljikovodiki

Answer 19

priprava iz anorganskih spojin:
CaO + C → CaC2 (segrevanje apna z ogljem brez zraka)
CaC2 + H2O →CaO + C2H2 (CaC2 z vodo sprošča etin oz. acetilen)

Question 20

spojine z vodikom- silani
nastanek

reakcija z vodo
reakcija na traku

Answer 20

silani SinH2n+2
iz silicidov v kislem:
Mg2Si + HCl → MgCl2 + SiH4 (na zraku se spontano vžgejo)
hidriranje klorida:
SiCl4 + Li[AlH4] → SiH4 + LiCl + AlCl3
vedno nastane zmes silanov
obstojnost pada z dolžino verige

reagirajo z vodo v alkalnih raztopinah
SiH4 + H2O → SiO2 + H2

na zraku se zmes silanov vžge
SiH4 + O2 → SiO2 + H2O

Question 21

spojine z vodikom
Ge, Sn in Pb

Answer 21

germani (do n=5) in stanana (SnH4, Sn2H6) podoben nastanek kot silani (iz germanidov v kislem)

plumban PbH4 nastane le v sledovih na Pb elektrodi kjer se razvija vodik

Question 22

oksidi in oksospojine ogljika

Answer 22

pri gorjenju na zraku nastaneta CO2 in CO
manj pogosti oksidi (anhidrida malonove in melitne kisline C3O2 in C12O9)

dve tehnološko pomembni ravnotežji:
2CO(g) ⇿ C(s) + CO2(g)
pri 400C prisoten samo CO2, pri 1000C pa samo CO

vodni plin:
C(s) + H2O(g) → H2(g) + CO(g)
CO(g) + H2O(g) → H2(g) + CO2(g)

Question 23

ogljikov dioksid
z močnimi reducenti
topi v vodi

Answer 23

pridobivanje iz karbonatov
z močnimi reducenti reagira pri višjih temp.
CO2 + Mg → C + MgO

v vodi se dobro topi
CO2 + H2O → H2CO3 počasna reakcija (H2CO3 nastane za zelo kratek čas, takoj reagira z vodo)
prva stopnja protolize te kisline je zelo hitra
H2CO3 + H2O ⇿ H3O+ + HCO3-

ogljikova kislina srednje mčna
glede celotne množine raztopljenega CO2 pa je šibka kislina

Question 24

derivati ogljikove kisline
topnost
ravnotežje med karbonati in hidrogenkarbonati v vodi

Answer 24

karbonati (soli ogljikove kisline)
nastanek CO2 + baza
v laboratoriju uporabni za pridobivanje oksidov (če segrevamo) in pridobivanje raznih soli (s kislinami, ker je CO2 zelo šika kislina)

topni samo alkalijski karbonati in (NH4)2CO3
hidrogen karbonati topni razen NaHCO3

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2
raztapljanje in odlaganje apnenca v naravi

Question 25

natrijev karbonat (soda)
pridobivanje /ekonomični industrijski postopek)

Answer 25

vhodne surovine NaCl, CaCO3, NH3 (ki se ne porablja) in H2O (ki se tudi formalno ne porablja)
najprej iz apnenca dobio CO2 in gašeno apno
CaCO3 → CaO + CO2
CaO + H2O → Ca(OH)2
CO2 uvajamo v nasičeno raztopino NaCl in amoniaka, slabo topni natrijev hidrogenkarbonat odfiltriramo
NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl
pri 200C nastaja soda, CO2 gre nazaj v postopek
NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
regeneracija amoniaka, kalcijev klorid je odpadek
NH4Cl + Ca(OH)2 → NH3 + CaCl2 + H2O

sumarno:
NaCl + CaCO3 → Na2CO3+ CaCl2

Question 26

ogljikov oksid
pridobivanje v laboratoriju
značilnosti
izosteričnost
reaktivnost (z Cl2 in H2)

Answer 26

CO: anhidrid mravljinčne kisline
laboratorijsko pridobivanje:
HCOOH → CO + H2O (75C + konc. H2SO4)
krvni strup
slabo topen v vodi
reducent
gori s svetlomodrim plamenom
CO izosteren z N2 (izosternost= enako št. atomov in elektronov)
CO bolj reaktiven kot N2, ker je polarna snov
CO + Cl2 → COCl2 fozgen
CO + 2H2 → CH3OH (visok tlak, ZnO + Cr2O3)
CO + H2 → zmes ogljikovodikov (180C, vplinjanje premoga)

Question 27

silicijeve kisline
pridobivanje
značilnosti

Answer 27

pridobivanje:
-reakcija SiCl4 z vodo
SiCl4 + H2O → H4SiO4 + HCl
-reakcija topnih silikatov (npr. Na2SiO3, ki ga dobimo s taljenjem sode in SiO2) s kislino
Na2SiO3 + HCl +H2O → H4SiO4 + NaCl

H4SiO4
neobstojna
hitro polikondenzira: nastanejo verige, obroči, plasti…

posušen gel polisilicijevih kislin= silikagel
za sušenje plinov, vlago adsorbira, v kapilarah pa kondenzira

končni produkt polikondenzacije polisilicijevih kislin je SiO2

Question 28

silicijev dioksid SiO2
reakcija s kislinami
reakcija s hidroksidi
polimorfne modifikacije

Answer 28

SiO2 (kremenčev pesk) zelo obstojna snov
-ne reagira s kislinami razen z HF
SiO2(s) + HF(g) → SiF4(g) + H2O(l)
-reagira s hidroksidi v talinah
SiO2(l) + NaOH(l) → Na2SiO3(l) + H2O(g)

polimorfne modifikacije:
alfa in beta kremen
alfa in beta tridimit
alfa in beta kristobalit

Question 29

silikoni

Answer 29

silikoni imajo organski ostanek
silikat in silikoni hrbtenica enaka vendar:
silikat: še kisiki
silikoni: namesto kisikov organske spojine

OH skupine v polisilicijevih se zamenjajo z alkilnimi skupinami
-olje, guma, mehke in trdne mase
-zelo obstojne snovi uporabne tudi pri ekstremno visokih in nizkih temperaturah

(CH3)2SiCl2 + 2H2O → (CH3)2Si(OH)2 + 2HCl

(CH3)2Si(OH)2 + (CH3)2Si(OH)2 - H2O → veriga

Question 30

silanoli

Answer 30

organski derivati silicijevih kislin
ena ali dve OH skupini se ohranita, ostale se zamenjajo z organskimi spojinami (CH3)

Question 31

soli silicijevih kislin= silikati struktura

Answer 31

strukturno izredno raznovrstni
uporaba:
glina zmes silikatov in aluminosilikatov
keramika surovine za porcelan
cement
katalizatorji, ionski izmenjevalci- zeoliti
azbest iz silikatov

silikati: otočasti, verižni (enojne, dvojne verige), plastoviti, tridimenzionalni
trije tetraedri že lahko tvorijo obroč

Question 32

steklo

Answer 32

steklo= amorfna podhlajena talina

sestava: Na- in Ca- silikati
dobimo s taljenjem Na2CO3/ CaCO3 + SiO2 (350-400C)
kremen sam zelo visoko tališče, če dodamo npr. CaCO3 in žgemo skupaj je tališče veliko nižje

kalijeva stekla: tališče nad 450
laboratorijska stekla: borovi in aluminijevi oksidi

Question 33

okso spojine Ge
pridobivanje
lastnosti

Answer 33

GeO2 pridobivanje:
segrevanje germanija na zraku, oksidacija GeS

2 polimorfni modifikaciji: beta kristalobalit GeO4/2 in rutiln GeO6/3

Ge večji atom od Si, tudi koordinacija 6
bolj kovinski značaj od silicija
-se ne topi v kislinah, s konc. HCl tvori GeCl4
-reagira s hidroksidi v raztopini
-reagira s kovinskimi oksidi v talini
-tvori podobne spojine kot silicij
-ortogermaniti: verižni in plastoviti germaniti

Question 34

okso spojine Sn

Answer 34

SnO2 kasiterit
rutilna struktura SnO6/3

delno amfoteren
SnO2 + H3O+ + Cl- → [SnCl6]’2- + H2O
SnO2 + Oh- + H2O → [Sn(OH)6]’2-

Question 35

svinčevi oksidi

Answer 35

PbO
dve polimorfni modifikaciji
rdeča: tetragonalna- termodinamsko bolj obstojna
rumena: ortorombska
PbO2 rjave barve
Pb’4+ je že dovolj močan oksidant, obstojnost najvišjega oksidacijskega št. po skupini navzdol pada?
Pb3O4 rdečeoranžne barve (minij)
PbO amfoteren oksid
pridobivanje: oksidacija Pb na zraku→ PbO

PbO + HCl →PbCl2 + H2O
PbO + OH- →[Pb(OH)3]- trihitroksidoplumbat(1-)

Question 36

PbO2 pridobivanje
značilnosti

Answer 36

pridobivanje: oksidacija Pb2+ soli s Cl2 ali ClO-

močan oksidant: oksidira Mn2+ → MnO4-
ne topi se v kislinah (višja valenca, manj bazične lastnosti)
topi se v vodnih raztopinah hidroksidov → [Pb(OH)6]2- heksahidroksidoplumbat(2-)

topi v talinah ionskih hidroksidov (Na2PbO3, Ca2PbO4)

na traku pri segrevanju razpade:

PbO2 300C→ (Pb12O19, Pb12O17) 370C→ Pb3O4 600C → PbO

Question 37

PbO2 + kisline

Answer 37

spojine z oksidacijskim +2 so obstojnejše od spojin z oksidacijskim +4
PbO2 se v vročih kislinah topi in hkrati oksidira do +2
PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + H2O + O2
PbO2 + HNO3 →Pb(NO3)2 + H2O + O2
PbO2 + HCl → PbCl2 + H2O + O2
v hladni HCl →PbCl4

Pb3O4 mešan oksid (2+ in 4+) → Pb2PbO4 svinčev(2+)tetraoksidoplumbat(4-)

Pb3O4 + HNO3 →Pb(NO3)2 + PbO2 + H2O
dva pomešana: trik: HNO3 ju presortira, iz enega naredi sol, drudi PbO2

Question 38

halogenidi ogljikove spojine

Answer 38

dokaj inertna CF4 in CCl4
sintezi:
CaCN2 + F2 (CsF/25C)→ CF4 + CaF2 + N2
CS2 + Cl2 (Fe)→ cCl4 + S2Cl2

pomemben tudi tetrafluoroeten, ki pri polimerizaciji tvori teflon
CHCl3 + HF (HF, SbF5)→ CHClF2 + HCl
CHClF2 (700C)→ C2F4 + HCl

kloriranje CO → fosgen (derivat ogljikove kisline)
CO + Cl2 (aktivno oglje)→COCl2

Question 39

halogenidi Si

Answer 39

SiF4 je plin, v suhi atmosferi nereaktiven
SiO2 + HF → SiF4 + H2O
SiF4 + H2O → H2[SiF6] + SiO2

H2[SiF6] močna kislina, znana sabo v raztopini
iz vodnih razt kristalizira (H3O)2[SiF6]

SiO2 + C + Cl2 → SiCl4 + CO
hkrati oksidacija in redukcija

Question 40

halogenidi Ge, Pb

Answer 40

GeCl4 tekočine + H2O → GeO2x xHO
SnCl4 enako

GeX4, SnX4, PbX4 obstojnost pada
GeX2, SnX2, PbX2 obstojnost narašča

PbCl4 segrevanje→ PbCl2 + Cl2

Question 41

sulfidi elementov 14. skupine

Answer 41

CH4 + S (Al2O3, 700C) → CS2 + H2

SiS4 tetraedri- povezani prek robov

Question 42

pseudohalogeni

vodikov cianid

Answer 42

pseudohalogeni
npe. plinast cianogen (CN)2
Hg(CN)2 + HgCl2 (200C) → (CN)2 + Hg2Cl2
(CN)2 + OH- →CN- + OCN- + H2O

vodikov cianid HCN: šibka kislina
CH4 + NH3 (1200-1300C)→ HCN + H2
HCN + Na2CO3 → NaCN + H2O + CO2

Question 43

silicijev nitrid

Answer 43

Si3N4
ogljeodporen keramični material
SiCl4 + NH3 (- 4HCl)→Si(NH2)4 segrevanje→ Si(NH)2 sefrevanje→ Si3N4