§ 41. Элементы IVA-группы. Углерод и кремний
Химические свойства
Углерод и кремний, как и подавляющее число других неметаллов, проявляют как окислительные (например, реагируя с металлами), так и восстановительные свойства (в реакциях с кислородом и фтором, некоторыми оксидами):
| «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»4«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/math» |
| «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mn»3«/mn»«mover»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mover»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi»Fe«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mn»4«/mn»«mi»Fe«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mrow»«mn»3«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«/mrow»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»4«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/math» |
| «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«munder»«mrow»«mn»4«/mn»«mi»Al«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mpadded voffset=¨+1px¨»«mi»§#1084;§#1077;§#1090;§#1072;§#1083;§#1083;«/mi»«/mpadded»«/munder»«mn»3«/mn»«munder»«mrow»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mover»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«/mrow»«mi»t«/mi»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»Al«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»4«/mn»«/mrow»«/mover»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#8199;«/mo»«mo»§#8199;«/mo»«mo»§#8199;«/mo»«/mrow»«mpadded voffset=¨-5px¨»«mi»§#1082;§#1072;§#1088;§#1073;§#1080;§#1076;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1072;§#1083;§#1102;§#1084;§#1080;§#1085;§#1080;§#1103;«/mi»«/mpadded»«/munder»«/math» |
Также вспомним, что углерод вступает в реакцию с оксидом кальция:
«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi»§#1057;§#1072;§#1054;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»3«/mn»«mover»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1057;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mn»0«/mn»«/mover»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1057;«/mi»«msub»«mover»«mi»§#1072;§#1057;«/mi»«mrow»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»-«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«/mover»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«/msub»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1057;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«/mrow»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/mover»«mpadded lspace=¨-3px¨»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«/mpadded»«/mstyle»«/math»,
а образующийся при этом карбид используют для получения ацетилена (например, для газовой сварки):
«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi»§#1057;§#1072;§#1057;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1054;«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1057;§#1072;«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«mi»§#1054;§#1053;«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8595;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1057;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8593;«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math».
Второй важной реакцией, известной вам из курса химии 9-го класса, является взаимодействие углерода и кремния при высоких температурах:
«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«mi»Si«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mn»0«/mn»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mo»=«/mo»«mpadded voffset=¨+6px¨»«mi»t«/mi»«/mpadded»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mi»Si«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»4«/mn»«/mrow»«/mover»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»4«/mn»«/mrow»«/mover»«/math».
Продукт реакции — карборунд SiC обладает высокой твёрдостью и термостойкостью, вследствие чего широко используется как абразивный и режущий материал, конструкционный материал в автомобилестроении, химической промышленности, ядерной энергетике. Полупроводниковые свойства обеспечивают его применение в электронике и электротехнике, оптические — в точной оптике и ювелирных изделиях (рис. 97.1).
В промышленных масштабах карборунд получают при температуре 1600−2500 °С, используя в качестве сырья оксид кремния(IV) и углерод:
SiO2 + 3C = SiC + 2CO↑.