Положение углерода и кремния в периодической системе химических элементов, строение их атомов. Углерод, аллотропные модификации

Цели урока: способствовать дальнейшему закреплению знаний о периодической системе, периодическом законе и строении атома – знать характеристику элементов IV группы главной подгруппы, исходя из положения в периодической системе и строения атома; знать характеристику химических элементов и простых веществ углерода и кремния, их состав, свойства, характер соединений, образованных данными элементами; знать причину изменения свойств элементов, простых веществ и их соединений в группе с увеличением атомной массы.

Ход урока

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала.

Общая характеристика химических элементов подгруппы углерода

Подгруппа углерода – IV группа, главная подгруппа «А» - углерод, кремний, германий, олово, свинец.

1. Строение атомов химических элементов углерода и кремния

Название химического элемента	Схема строения атома	Электронное строение последнего энергоуровня	Формула высшего оксидаRO2	Формула летучего водородного соединения RH4
1. Углерод	C+6 )2 )4	…2s22p2	C+4O2	C-4H4
2. Кремний	Si +14)2 )8 )4	…3s23p2	Si+4O2	Si-4H4

Как видно из схем строения атомов, на внешнем энергетическом уровне этих элементов находится 4 электрона, поэтому, углерод и кремний проявляют степень окисления +4 и -4.

Из схемы видно, что у тома углерода два неспаренных электрона на внешнем уровне (аналогично и у кремния). Этим объясняется, что углерод и кремний могут иметь степень окисления +2 (Например, СО – угарный газ). Переходя в возбуждённое состояние, один из s-электронов может перейти на свободную p-орбиталь. Тогда в атомах появляется 4 неспаренных электрона и степень окисления равна +4 и –4.

2. Изменение свойств в подгруппе

В подгруппе углерода с ростом порядкового номера заряд ядра атомов увеличивается, число электронов на внешнем уровне постоянно, число энергетических уровней в атомах растёт и радиус атома увеличивается от углерода к свинцу, притяжение отрицательных электронов к положительному ядру ослабевает и способность к отдаче электронов увеличивается, и, следовательно, в подгруппе углерода с ростом порядкового номера неметаллические свойства убывают, а металлические усиливаются.

С и Si – неметаллы, Ge – полупроводник, Sn и Pb – металлы.

УГЛЕРОД. АЛЛОТРПОПИЯ УГЛЕРОДА

Углерод встречается в природе, как в свободном виде, так и в соединениях. В свободном виде встречается в виде аллотропных видоизменений – алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Алмаз

Кристаллическое вещество, прозрачное, сильно преломляет лучи света, очень твёрдое, не проводит электрический ток, плохо проводит тепло, ρ = 3,5 г/см3; t°пл. = 3730 °C; t°кип. = 4830 °C.

Можно получить из графита при p > 50 тыс. атм; t° = 1200 °C.

Применение:

Шлифовальный порошок, буры, стеклорезы, после огранки - бриллианты.

Графит

Кристаллическое вещество, слоистое, непрозрачное, тёмно-серое, обладает металлическим блеском, мягкое, проводит электрический ток; ρ = 2,5 г/см3.

Применение:

Электроды, карандашные грифели, замедлитель нейтронов в ядерных реакторах, входит в состав некоторых смазочных материалов.

Карбин

Чёрный порошок; ρ = 2 г/см3; полупроводник.

Состоит из линейных цепочек –C≡C–C≡C– и =С=С=С=С=.

При нагревании переходит в графит.

В конце 80-х годов XX века было обнаружено ещё одно аллотропное видоизменение – фуллерит. Он, в отличие от алмаза и графита, имеет не атомную, а молекулярную кристаллическую решётку.

Атомы углерода могут образовывать также полые трубки – так называемые нанотрубки. В настоящее время фуллерены и нанотрубки рассматриваются в качестве основы для технологий будущего.

Соединения углерода весьма распространены: все живые организмы, каменный уголь, торф, нефть и др. содержат углерод. Углерод входит в состав многих неорганических веществ (известняк, мел, мрамор и др.).

3. Домашнее задание

П. 24-25, упр. 1-7, задача 1, 2 на стр. 91. Подготовка творческих проектов по теме «Наномир».