Общие химические свойства элементов IVА группы

В соединениях углерод и кремний проявляют следующие степени окисления: -4, 0, +2, +4 (наиболее устойчивая).

Реагируя со многими простыми и сложными веществами при нагревании, углерод и кремний проявляют свойства сильного восстановителя, например, при взаимодействии с галогенами, серой, азотом в интервале температур от 600º до 1200ºС.

Кремний и углерод непосредственно реагируют только с фтором:

С + 2F₂ = С F₄

Si + 2F₂ → SiF₄↑

С + 2S = СS₂ (сероуглерод-растворитель)

Si + S = SiS₂ (сульфид кремния)

С + N₂ = 2С₂N₂ (дициан)

3Si + 2N₂ = Si₃N₄ (нитрид кремния)

При 600º-700º углерод сгорает в избытке кислорода с образованием углекислого газа СО₂

С + О₂ = СО₂

а при недостатке кислорода выше 1000ºС образуется угарный газ СО:

2С + О₂ = 2СО

С кислородом аморфный кремний взаимодействует при температуре около 400ºС, а кристаллический при температуре выше 1200ºС, образуя оксид кремния (IV):

Si + О₂ → SiО₂

При взаимодействии с большинством сложных веществ углерод также выступает как восстановитель. При температуре от 600 до 1000ºС аморфный углерод реагирует с оксидами металлов и водяным паром:

CuO + C = Cu + CO

C + H₂O CO↑ + H₂↑ (синтез – газ)

Углерод взаимодействует с горячими растворами концентрированных серной и азотной кислот, являющихся сильными окислителями:

С + 2H₂SO_4(конц) → СО₂↑ + 2SO₂↑ + 2H₂O

C + 4HNO_3(конц) → CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂O

При температуре около 600ºС в присутствии катализатора Pt и под давлением 6-8 МПа углерод реагирует с водородом, образуя метан СН₄:

_tº

С + 2Н₂ → СН₄

При взаимодействии с более сильными восстановителями: кремнием, бором, металлами углерод проявляет окислительные свойства. Эти реакции идут при очень высоких температурах (до 1300ºС):

С + Si = SiC (карборунд- твердый, тугоплавкий, химически инерт.материал)

2С + Ca = CaC₂

3C + 4Al = Al₄C₃

Из сложных веществ при комнатной температуре кремний как восстановитель реагирует только с концентрированной фтороводородной кислотой, а также со смесью концентрированных фтороводородной и азотной кислот:

Si + 6HF = H₂[SiF₆] + 2H₂↑

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

В обеих реакциях кремний образует растворимую в воде комплексную гексафторкремневую кислоту Н₂[SiF₆].

Кремний взаимодействует при комнатной температуре с концентрированными щелочами, с выделением водорода:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑

При нагревании до температуры от 100ºС до 400ºС кремний реагирует с газообразными галогеноводородами, например:

Si + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂↑

Si + 4HI → SiI₄↑ + 2H₂↑

В присутствии следов щелочи кремний при температуре около 500ºС взаимодействует с водяным паром:

Si + H₂O → SiО₂ + 2H₂↑

Окислительные свойства кремний проявляет в реакциях с металлами. Он взаимодействует при сплавлении с литием, натрием, а также с некоторыми другими металлами, образуя силициды, например:

2Li + Si = Li₄Si

^{силицид лития}