GRUPA IV A (14)

CARACTERIZARE GENERAL Carbon C Siliciu Si Germaniu Ge - semimetal Staniu Sn Plumb Pb

- Configuraiaelectronic: ns2 np2

- Valena: 2 i4 - Carbonulisiliciulformeazlegturicovalente,nstarehibridizat

- Siliciul i germaniul - au compui divaleni instabili - Sn i Pb formeaz compui di i tetravaleni - Carbonul i siliciul nu formeaz ioni C 4+ i Si 4+

- Carbonul - singurul element din grup care formeaz legturi multiple.

- Atomii de carbon pot forma lanuri (catene) de C.

- Siliciul - lanuri cu pn la 6 atomi.

CARBONUL C

PROPRIETI FIZICE Solid Punct de topire foarte ridicat ( 3700o C) Nusedizolvnniciunsolvent Puteremaredeadsorbie

PROPRIETI CHIMICE Reactivitatesczut Secombincu H2 la 1100oC CH4 Cu fluorul

CF4

2C + (O2 + 4N2) 2CO+4N2 (gaz de aer; t = 300oC)

C + H2OCO+H2 (gaz de ap; t = 1100oC )

ReacioneazcuB,Si,metalecarburi (B4C3)

Caracterreductor : Reduce: 2 Cu +2O + C0 2 Cu 0 + C +4O2 H2S+6O4 S+4O2 K2Cr2+6O7 Cr2+3O3 P2+5O5 P 0

I. COMPUSII CARBONULUI CU OXIGENUL

I. I MONOXIDUL DE CARBON CO

METODE DE PREPARARE Arderea C ntr-o cantitatelimitatdeaer

Trecereaaeruluisauavaporilordeappestecrbunenroit Trecerea unui curent de CO2 peste cocs

C +4 O2 + C 0 2C +2O Descompunerea HCOOH sau (COOH)2, la 70 -80oC, cu H2SO4 concentrat

HC +2OOH C +2O + H2O H2C2O4 CO+CO2 + H2O

PROPRIETIFIZICE

Gaz incolor, inodor, insipid Maiuordectaerul Stabilitate mare Izoelectronic cu azotul Foarte toxic !!! Puinsolubilnap

PROPRIETI CHIMICE

Caracterreductor: Fe2 +3O3-2 + 3C +2O 2 Fe 0 + 3 C +4O2 5 C +2O -2 + I2+5O5 I2 0 + 5 C +4O2 (reaciedeidentificareaCOnaer)

Caracter oxidant: C +2O + 2 H2 0 C -2H3OH +1

Altereacii: C +2O + Na +1OH HC +2OONa +1 C +2O + N -3H3 H-C +2 = O (formamida)

N -3H2 Ligand n compuidetipcarbonil-metalici: Fe(CO)5 ; Ni(CO)5

PROPRIETI FIZIOLOGICE

Foarte toxic (0,5% n aer - provoacmoartea)

Cu hemoglobina, formeaz carboxihemoglobina

Intoxicaiile produc : cefalee,oboseal,ameeli,pierdereacunotinei

Mtiledeprotecieconinunamestecdeoxizi, care oxideazCOlaCO2

CrbuneleactivnureineCO

I.II DIOXIDUL DE CARBON CO2

PREPARARE ArdereaCiasubstanelororganicenaer Descompunereatermicacarbonailor CaCO3 CaO + CO2 Tratareacarbonailorcuaciziminerali

CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O

PROPRIETI FIZICE Gazincolor,cugustacru,frmiros Mai greu dect aerul Se poate lichefia Solubilnap

PROPRIETI CHIMICE

Moleculfoartestabil

Caracter slab oxidant:

CO2 +C2CO

CO2 + 4H2 CH4 + 2 H2O

ReacioneazcuNH3

CO2 + 2NH3 O = C(NH2)2 + H2O

ACIUNEFIZIOLOGIC

Nuntreineviaa

Arerolimportantnasimilaiaclorofilian ( plantele reinCO2 ielibereazO2 )

Ianaterenorganismulanimalnurmaarderilor

Esteeliminatprinplmni

INTREBUINRI

Ape carbogazoase

ObinereaNa2CO3 ia ureei

n amestec cu O2 ( 5% ) formeazamestec carbogen utilizat contra intoxicaiilor cu CO

Zpadacarbonic

Extinctoare cu spum

II. COMPUII CARBONULUI CU AZOTUL (Combinaii cianice)

C2N2 (NC CN) dician

HCN (H CN) acid cianhidric

HOCN (HO - CN) acid cianic

HSCN (HS CN) - acid tiocianic

II.I ACIDUL CIANHIDRIC HCN

PREPARARE

Prin amonooxidarea metanului:

C+4H4 + NH3 + 3/2 O2 0 HC+2N + 3 H2O-2

PROPRIETI FIZICE

Lichid incolor, cu miros de migdale amare

Solubilnap

Molecule sunt asociateprinlegturidehidrogen

PROPRIETI CHIMICE

Acid foarte slab, mai slab decat H2CO3

Caracter reductor 4 HC+2N + 5O2 0 4 C+4O2 + 2 N2 0 + 2 H2O 3 HC+2N + 2 KMn+7O4 + 2 KHCO3 2 K2Mn+4O3 + 3 HOC+4N + 2 C+4O2 + H2O

Srurile HCN se numesc cianuri . Toxice !!!

Cianurile alcaline i alcalino-pmntoase sunt solubile n ap. Hidrolizeaz (au reacie alcalin).

Cianurile insolubile se pot solubiliza n KCN: AgCN + KCN K [ Ag(CN)2]

SILICIUL Si PREPARARE Si+4 O2 + 2 Mg 0 Si0 + 2Mg+2O Si+4 O2 + C 0 Si0 + C+4O2 Si+4 Cl4 + 2 H2 0 Si 0 + 4 H+1Cl

PROPRIETI FIZICE

Prezint dou forme alotropice:

1. Siliciul amorf structur microcristalin, prezint reactivitate crescut

2. Siliciul cristalizat (sist.cubic) proprieti metalice

PROPRIETI CHIMICE Arde n aer : Si0 + O2 0 Si +4 O2 -2 (reacie exoterm)

Reacioneaz cu : N2 ( Si3N4 -3 ); C ( Si +4 C -4 ); B ( Si3 B4 -3)

cu S (la t = 600 o C) Si +4 S2-2

cu acidul fluorhidric (HF) : Si + 4 HF SiF4 + 2H2

SiF4 + 2HF H2[Si F6]

Se dizolv n soluii de hidroxizi alcalini: Si 0 + 2KOH +1 + 4H2O K2Si +4O3 + 2H2 0 + 3H2O

Se dizolv n metale (la cald) siliciuri interstiiale

COMPUII SILICIULUI CU HIDROGENUL SILANI Si2H2n+2

PREPARARE Mg2 +2Si 4 + 4HCl Si -4H4 + 2Mg +2Cl2

PROPRIETI FIZICE Silanii inferiori (n = 1, 2, 3) sunt gaze, urt mirositoare, toxice Silanii superiori sunt lichizi Se aprind spontan n aer SiO2 Caracter reductorputernic

PROPRIETI CHIMICE Caracterreductorputernic Reacioneaz cu halogenii sau hidracizii, formnd halogeno-silani:

SiH4 + HCl SiH3Cl + H2 (mono cloro - silan) SiH4 SiH3Cl SiH2Cl2 SiHCl3 SiCl4

Halogeno-silanii hidrolizeaz, formnd silanoli: SiH3Cl + H2OSiH3 OH (silanol)

Silanolii pot condensa ntre ei, formnd siloxani: H3Si OH + HO SiH3 H3Si O SiH3 + H2O

COMPUSII SILICIULUI CU OXIGENUL

I. DIOXIDUL DE SILICIU SiO2 (silice)

STARE NATURAL - Cristalizat. Exemplu: cuar - Amorf. Exemple: agat, onix, opal, kiselgur (SiO2 de natur organic) PROPRIETI - Insolubilnapin acizi - Reactivitate chimicredus - Silicea hidratat- SiO2 . n H2O este mai reactiv: (SiO2 . n H2O) Na2SiO3 + H Cl 2 Na Cl + n H2O - Reacioneaz cu oxizi sau cu hidroxizi alcalini: SiO2 +CaOCaSiO3 (silicat de calciu - sticla) SiO2 + 2NaOH Na2SiO3 + H2O

Este anhidrida acidului silicic - o anhidrid fix! Na2S +6O4 + Si +4O2 Na2Si +4O3 + S +6O3 Carbonul i borul reduc Si +4 O2 la Si 0 Si +4 O2 + C 0 Si 0 + C +4 O2 Cu acidul molibdenic (H2MoO4) acidsilico -

molibdenic: H4 [Si (Mo12O40) ] - pp. galben

ACIUNEFIZIOLOGIC Silicoza: - Determinat de expunerea la praf de silice, care

se acumuleaz n alveolele pulmonare i astfel se micoreaz capacitatea respiratorie, prin formarea unui esut fibros, caracteristic.

ACIZII SILICIULUI

H4SiO4 sau Si(OH)4 - acidul ortosilicic H2SiO3 - acidul metasilicic H2Si2O5 - acidul disilicic

SRURILE ACIDULUI SILICIC SILICAI

1. SILICATUL DE SODIU Na2Si +4O3 - Este insolubil n ap rece, dar solubil la cald. - Sub form de soluie 5-10 % este utilizat n tratamentul tuberculozei, drept mineralizant. - n practic denumit sticl solubil.

2. SILICAII NATURALI Ortosilicai - au formula: Me2+2 SiO4 (Me +2 poate fi

Be, Mg, Fe, Mn, Zn) sau Me +4 SiO4 (Me +4 poate fi, de exemplu, Zirconiu).

n natur: granate (pietre preioase de culoare roie, folosite la fabricarea glass-papier-ului), topaz, acvamarin.

Topazul este numit "diamant ssesc" (de la sai). Sistemul de cristalizare este ortorombic.

ZrSiO4 - piatr preioas cu aspectul diamantului, dar este mult mai ieftin. Are duritatea mult mai mic.

3. PIROSILICAI ( DI SILICAI ) [ Si2 O7 ] 6 - se ntlnesc mai rar.

4. SILICAI CICLICI Berilul ( cristale de culoare verde deschis)

Smaraldul (conine 12% ioni Cr) - culoare verde intens. Ambele varieti sunt pietre preioase.

5. SILICAII FIBROI (AMFIBOLI) -AZBESTUL-

Structur fibroas, neinflamabil, rezistent la nclzire i la aciunea acizilor i bazelor Foarte periculos pentru sntate Inhalarea pulberii de azbest Azbestoz

- afecteazplmnii - poate determina cancer pulmonar

6. SILICAI STRATIFICAI Talcul, Mg3(OH)2(Si2O5)2 mineral foarte moale, unsuros la pipit, ntrebuinat la prepararea unor produse farmaceutice (pudre). Bentonitele au o mare putere de absorbi apa i de a se dispersa n aceasta (CICATROL). Caolinul , Al2O3 2 SiO2 2 H2O - subst. solid, alb.

- se foloseste pentru filigranarea hrtiei - la fabricarea porelanurilor, a sticlelor decorative i

a ceramicii - n cromatografie, ca schimbtor de ioni - n medicin intern, la tratamentul indigestiilor

dar i extern, pentru cataplasme. Mica este un silicat stratificat; cliveaz uor n foie transparente, caracteristice.

7. SILICAI TRIDIMENSIONALI (ALUMINOSILICAI)

Feldspai - granitul Zeolii:catalizatori, site moleculare, schimbtori de ioni Sitele moleculare - au proprietatea de a absorbi selectiv

anumite substane. Sitele moleculare se folosesc la uscarea gazelor i la

separarea componentelor dintrun amestec. Ultramarinele conin sulf sub form de radicali anioni

de tip polisulfur care determin culoarea albastru clar sau imprim o nuan verde.

Piatra semipreioas albastr numit lapis lazuli a fost cunoscut nc din antichitate, iar apoi a fost folosit ca pigment pentru picturile n ulei din evul mediu (conine ultramarin.)

S T I C L A - Este alctuit din silicai insolubili, obinui n mod artificial prin topirea SiO2 cu carbonai de metale sau cu oxizi. - Este considerat o soluie solid, cu o compoziie variabil. - Sticla obinuit: Na2O CaO 6SiO2 - Prin nlocuirea ionului de Na i Ca, cu alti ioni, se obin varieti speciale de sticl: Jena, Pyrex, Duran (foarte rezistente fa de ap, acizi i la nclzire). Ceramica (conine argil), porelanul (cel mai fin produs al ceramicii), cimentul (amestec de silicai de calciu, aluminat de calciu i ferit de calciu sau de sodiu, care are proprietatea de a se ntri n contact cu apa) etc.

DERIVAI ORGANOSILICICI - SILICONI

Conin n structura lor legturi Si C foarte puternice, asemntoare legturii tip C - C.

OBINERE SiCl4 + CH3MgCl CH3Si Cl3 + MgCl2

Si + 2CH3Cl (CH3)2Si Cl2

PROPRIETI Compuilichizi, volatili, inflamabili Hidrolizeaz: (CH3)3 Si Cl + H2O ( CH2 )3 Si OH + HCl trimetil - silanol

OH2(CH3)3SiOH + HOSi(CH3)3 (CH3)3SiO-Si(CH3)3 hexametilsilanol Dimetil dicloro - silanul formeazprinhidrolizdimetil - silanol, care apoi, prin policondensare formeazcompuimacromolecularinumiisiliconi.

(CH3)2 Si Cl2 + 2 H2O (CH3)2 Si (OH)2 + 2 HCl

Siliconii se pot clasifica n :

Siliconi fluizi sau uleiuri de silicon. Nu sunt toxici. Folosii ca materiale izolatoare i fluide hidraulice. Elastomeri sau cauciucuri de silicon. Buni izolatori electrici.

Rinide silicon Buni izolatori electrici si termici.

Se folosesc n farmacie, la prepararea unor unguente,

paste, creme, emulsii etc.

BORUL B

STARE NATURAL n natur - form combinat: acid boric i borai

Mineralele, mai importante, ce conin bor sunt: - boraxul Na2B4O7 . 10 H2O - kernitul Na2B4O7 . 4 H2O

n cantiti mici se gsete n unele lacuri, n apa de mare, n ape minerale, alimente i buturi, n fructe, bumbac, tutun.

Borul este considerat hormon anorganic al plantelor, deoarece n lipsa lui acestea se ofilesc.

PREPARARE Prin reducerea B2O3 la cald n absena aerului, cu Mg, Ca, Al, Na sau K

B2O3 + Mg 2 B + 3 MgO Prin reducerea BCl3 sau BBr3 cu hidrogen:

2 BCl3 + 3 H2 2 B + 6 HCl

PROPRIETI FIZICE Borulseprezintsubdouforme:

- amorf - culoare brunneagr - cristalizat dimorfism ( foie stralucitoare, negre sau roii / cristale prismatice incolore)

Borul este insolubil n solvenii obinuii Se dizolv n metale topite, la fel ca siliciul i carbonul.

PROPRIETI CHIMICE Borul purestefoartepuinreactiv

Arde n aer sau oxigen cu o flacrverdeformnd B2O3 4 B + 3 O2 2 B2O3

Reacioneazcu halogenii formnd trihalogenuri de bor 2 B + 3 X2 2 BX3 (X = F, Cl, Br, I)

Se combinlacaldcusulful(12000C) 2 B + 3 S B2S3

Reactioneazcu azotul (20000C) 2 B + N2 2 BN

Nu se combin direct cu hidrogenul.

Cu carbonul se combin la temperatura arcului electric 4 B + 3 C B4C3 (carbura de bor)

B4C3 are cea mai mare duritate cunoscut, putnd lefui chiar diamantul !!!

Cu metalele formeaz, la ~ 20000C, diveri compui numii boruri, substane dure, refractare, bune conductoare de cldur i electricitate.

Dintre acizi, numai acidul nitric i apa regal atac borul la temperaturi sub 1000C, cu formare de acid boric: B + 3 HNO3 H3BO3 + 3 NO2

Cu bazele, n topitur, formeaz sruri, numite borai: 2 B + 6 NaOH 2 Na3BO3 + 3 H2

Borul este un reductor puternic - descompune apa, la temperatur ridicat, cu eliberare de H2, formnd B2O3: 2 B + 3 H2O B2O3 + 3 H2

NTREBUINRI

Obinerea unor oeluri speciale, dure, rezistente la coroziune, ca feroborul (conine 10 20% bor)

Aliaje cu Al, Cu, Ni, Si, W, cu mare rezisten chimic i mecanic

n tehnica nuclear, ca absorbant de neutroni.

Intr n compoziia unor ngrminte, ca activator pentru fixarea azotului

COMPUII BORULUI

Compuii borului cu halogenii BX3

Se obin - Direct din elemente - Indirect: B2O3 + 6 HCl 2 BCl3 + 3 H2O

Hidrolizeazuor:

BX3 + 3 HOH H3BO3 + 3 HX

Suntcompuicovaleni

CoordineazioniideX- , formnd ionul (BX4)

TRIFLUORURA DE BOR BF3

OBINERE B2O3 + 6 HF 2 BF3 + 3 H2O

PROPRIETI Gazincolorisufocant.

Hidrolizeaz: BF3 + 3 HOH H3BO3 + 3 HF BF3 +HF H[BF4]

Acidul tetrafluoroboric este un acid tare, cunoscut numainsoluie.

UTILIZRI BF3 acioneazdreptcatalizator

TRICLORURA DE BOR BCl3

OBINERE B2O3 + 3Cl2 +3C 2BCl3 + 3CO

PROPRIETI Lichidincolorlatemperaturacamerei,mobil,fumegtare n aer umed Cu apa sedescompune,eliberndHCliH3BO3 Cu metanolul sau alcoolul etilic formeazboraiirespectivi, esteri ai acidului boric, volatili, care coloreaz flacranverdecaracteristic.

BCl3 + 3 HOC2H5 B (O C2 H5 )3 + 3 HCl

OXIZII I OXOACIZII BORULUI

TRIOXIDULDEBOR(ANHIDRIDABORIC) B2O3

OBINERE Deshidratarea acidului boric:

2 H3BO3 2 HBO2 B2O3 acid ortoboric acid metaboric

PROPRIETI FIZICE Massticloas

Solid Incolor

Este un oxid acid

PROPRIETATI CHIMICE Cu apa, formeazacidulboric: B2O3 + 3 H2O 2 H3BO3

Topit, anhidrida boric dizolv o serie de oxizi metalici, cu formare de metaborai, sticloi, diferit colorai aanumitele perle de borax !

Reacia este folosit la identificarea pe cale uscat a unor ioni metalici: B2O3 + CoO Co(BO2)2

La cald, B2O3 este redus de reductori ca: Na, K, Mg, Al, la bor (Bo): B2+3O3 + 6 Nao 3 Na2+1O + 2Bo

ACIDUL BORIC (ORTOBORIC) H3BO3

STARE NATURAL Segseteliber nnaturnuneleizvoaretermale,apeminerale,buturi(vin,bere)

Sub formdesruri : de Na, Ca, Mg

OBTINERE Tratarea boraxului cu acizi tari Na2B4O7 + 2HCl H2B4O7 + 2NaCl

Dizolvarea B2O3 nap B2O3 + 3H2O2H3BO3

PROPRIETATI FIZICE

Cristalizeaznfoiestrlucitoare,sidefii,inodore

Sedizolvpuinnap,solubilitatealuicrescndodatcucretereatemperaturii: - la 0 0 C, se dizolv 2% - la 1000C, se dizolv 25%

Sedizolvngliceriniuleiurieterice

PROPRIETATI CHIMICE Este un acid foarte slab Reacioneazcu glicerina, formnd acid gliceroboric

Reacioneazcualcoolii,lacald,nprezenaaciduluisulfuric iformeazesterivolatili,care coloreazflacranverdecaracteristic B(OH)3 + 3 C2H5 OH B (O C2H5)3 + 3 H2O

NTREBUINRI

Dezinfectant,folositnbolideochiidegur, caapboricsaupomadboric

Subformdeborai,sefolosetecadecapant la curatul metalelor, nainte de sudare sau de lipire

n tbcrie

La fabricarea sticlei

n spltorie,datoritreacieialcalineasoluiilorrespective

Intrncompoziiaunorinsecticide

BORAII SRURILE ACIDULUI BORIC

ORTOBORAI: formai cu elemente trivalente i divalente Mg3(BO3)2 ;

METABORAII sunt n realitate polimeri ciclici sau liniari, de forma (MBO2)n.

metaborat de Na metaborat de calciu

-

-

-

.........

+Ca2

O BOO B

O

O BOO

BO

;

3-

OB O

O

B OB O

O

3Na+-

PIROBORAII Provin de la acidul piroboric H4B2O5 (prin eliminarea unei molecule de ap din dou molecule de acid boric).

B O BOO

OO

POLIBORAII

Cel mai cunoscut i utilizat poliborat este tetraboratul de sodiu sau boraxul: Na2B4O7 . 10 H2O

Na2B4O7 este sarea acidului tetraboric, rezultat prin eliminarea a 5 molecule de ap din 4 molecule de acid boric

4 H3BO3 H2B4O7 + 5 H2O

BORAXUL PREPARARE Prin tratareaaciduluiboriccuosoluiecalddehidroxid de sodiu:

4 B(OH)3 + 2 NaOH Na2B4O7 + 7 H2O

PROPRIETATI Cristale (monoclinice) incolore, transparente, efluorescente n aer devenind apoi opace (mate)

Cristalizeazcu 10moleculedeap,pecarelepierdetotal la 3500C: Na2B4O7 2NaBO2 + B2O3 (perla de borax) B2O3 + MeO Me(BO2)2 (identificarea cationilor !)

UTILIZRI

Boraxul este folosit n industria sticlei i a ceramicii, la prepararea sticlelor optice, a sticlelor colorate, a sticlei de Jena, la obinerea smalurilor

n metalurgie, ca decapant

n industria spunurilor nealcaline

n industria textil ca mordant i pentru splare

n farmacie i cosmetic, avnd aciune antiseptic

PER BORAII

FORMULE NaBO3 4 H2O NaBO2 H2O2 3 H2O Na2B4O7 H2O2 9 H2O

OBINERE Se obin din reacia apei oxigenate (H2O2) i a peroxizilor cu acid boric, borax sau metaborai.

PROPRIETI

Perboratul de sodiu, NaBO3, sedizolvnapcuformare de H2O2:

NaB+5O3 + H2O2 NaB+3O2 + H2O21

UTILIZRI

Oxidant i decolorant al prului, lnii, mtsii, pieilor, fildeului

Dezinfectani n preparate ca: spunuri cu borax, past de dini, prafuri de splat.