Главную подгруппу четвертой группы периодической системы образуют 5 элементов-С,Si,Ge, Sn(олово), Pb. При переходе от С к Pb размеры атомов возрастают, поэтому способность к присоединению электрона, а следовательно и неметалические свойства ослабевают, а лёгкость отдачи е возрастает. Характерная ст ок +2 и +4.
Карбогениум-рождающий уголь. В природе находится в виде алмаза или графита, мела, известняка, мрамора. Горючее икопаемое. В атмосфере и гидросфере в виде СО2.
Химические свойства: электронная конфигурация: 1s22s22p2. На электронной оболочке атома – 6 электронов; на внешнем валентном уровне – 4 электрона. Наиболее характерные степени окисления: +4, +2 – в неорганических соединениях, – 4, -2 – в органических. Углерод в любом гибридном состоянии способен использовать все свои валентные электроны и орбитали. У 4-валентного углерода нет неподеленных электронных пар и нет свободных орбиталей – углерод химически относительно устойчив. Характерно несколько типов гибридизации: sp, sp2, sp3. При низких температурах углерод инертен, при комнатной Т реагирует с F:C+2F2=CF4 но при нагревании его активность возрастает. Углерод – хороший восстановитель, но соединяясь с металлами и образуя карбиды, он выступает окислителем: Са+2С=СаС2. Сr+C=CrC. 4Аl+3C=Al4C3. 3Fe+C=Fe3C.
Углерод (кокс) вступает в реакции с оксидами металлов:СaO+3C=CaC2+CO. 2ZnO+C=2Zn+CO2. PbO+C=Pb+CO
Таким образом выплавляют металл из руды. При очень высоких температурах углерод реагирует со многими неметаллами: С+2S=CS2. C+O2=CO2. Огромное количество органических соединений он образует с водородом – углеводороды. В присутствии никеля (Ni) углерод, реагируя с водородом, образует предельный углеводород – метан: С + Н2 = СН4.
При взаимодействии с серой образует сероуглерод: С + 2S2 = СS2.
При температуре углерод соединяется с азотом, образуя ядовитый газ циан: 2С + N2 = (СN)2.
В соединении с водородом циан образует синильную кислоту – НСN. С галогенами углерод реагирует в зависимости от их химической активности, образуя галогениды.При 2000 °C в электропечи углерод соединяется с кремнием, образуя карборунд: Si + C = SiC.
Физические свойства: Углерод образует 5 аллотропных модификаций: кубический алмаз, гексагональный алмаз, графит и две формы карбина. Гексагональный алмаз найден в метеоритах (минерал лонсдейлит) и получен искусственно при очень высоком давлении и длительном нагревании.
Алмаз – самый твердый из всех природных веществ – используют для резки стекла и для бурения горных пород. Алмаз – прозрачное, бесцветное, кристаллическое вещество, обладающее высокой светопреломляемостью. Алмазы образуют отдельные кристаллы, образующие кубическую гранецентрированную решетку – одна половина атомов в кристалле расположена в вершинах и центрах граней одного куба, а другая – в вершинах и центрах граней другого куба, смещенного относительно первого в направлении его пространственной диагонали. sp3-гибридизация. Атомы образует трехмерную тетраэдрическую сетку, где они связаны ковалентными связями.
Из простых веществ алмаз имеет максимальное число атомов, расположенных плотно друг к другу, отчего он прочный и твердый. Прочность связей в углеродных тетраэдрах обуславливает высокую химическую устойчивость алмаза. На него действует лишь F2 и O2 при 800 °C.
При сильном нагревании без доступа воздуха алмаз переходит в графит. Графит – кристаллы темно-серого цвета, со слабым металлическим блеском, маслянистый на ощупь. sp3-гибридизация. Каждый атом образует по 3 ковалентных связи с соседними атомами – образуется плоская сетка, состоящая из правильных шестиугольников, в вершинах которых находятся атомы С. Образовавшиеся слои С идут параллельно друг другу. Связи между ними слабые, их обеспечивают электроны, не участвующие в гибридизации орбиталей. Связь атомов С в разных слоях носит частично металлический характер – обобществление электронов всеми атомами.
Графит обладает относительно высокой электро– и теплопроводностью, стоек к нагреванию. Из графита изготавливают карандаши.
Карбин получен синтетические формы (поликумулен) каталитическим окислением ацетилена. Это твердые, черные вещества со стеклянным блеском. При нагревании без доступа воздуха переходят в графит.
Уголь – аморфный углерод – неупорядоченная структура графита – получается при нагревании углеродосодержащих соединений.
В природе имеется большие залежи угля.
Уголь имеет несколько сортов:1) кокс;2) костяной уголь;3) сажа.
Фуллерены-выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Атомы углерода в молекуле фуллерена связаны σ- и π-связями. Фуллерен в качестве материала для полупроводниковой техники.аккумуляторы и электрические батареи.использованы в фармакологии для создания новых лекарств.
