Węglowce

Z Wikipedii

Węglowce – pierwiastki czternastej grupy układu okresowego. Są to:

Węgiel (C)
Krzem (Si)
German (Ge)
Cyna (Sn)
Ołów (Pb)
Ununquadium (Uuq)

Spis treści

1 Odkrycie
2 Wystepowanie w przyrodzie
3 Właściwości
4 Najważniejsze związki chemiczne węglowców
5 Otrzymywanie
6 Zastosowanie
- 6.1 Bibliografia

[edytuj] Odkrycie

Węgiel - grafit.

Węgiel - diament.

Węgiel - fulleren C 60.

Krzem.

German.

Cyna.

Ołów.

Ununquadium.

Trzy z sześciu węglowców znano już w starożytności. Były to węgiel, cyna i ołów. Krzem i german zostały odkryte w XIX w. (krzem przez Antoine Lavoisiera, zaś german przez Clemensa Alexandera Winklera). Ununqadium został otrzymany sztucznie w 1999 roku przez naukowców z Instytutu Badań Jądrowych w Dubnej.

[edytuj] Wystepowanie w przyrodzie

Węgiel wchodzi w skład licznych związków organicznych. Ponadto występuje w przyrodzie w postaci węgli kopalnych. Najważniejszym minerałem zawierającym węgiel jest węglan wapnia.

Krzem zajmuje drugie miejsce pod względem zawartości w przyrodzie (zaraz po tlenie). Nie występuje jednak w stanie wolnym, ale w postaci krzemionki, krzemianów i glinokrzemianów.

German występuje w przyrodzie w niewielkich ilościach, tylko w postaci związków, np.: germanit (Cu₂GeS₃), argyrodyt (Ag₈GeS₆). Niewielkie ilości germanu są zawarte w węglu kamiennym.

Głównym źródłem cyny są minerały: kasyteryt (SnO₂), stannin (Cu₂FeSnS₄).

Ołów występuje w niewielkich ilościach w postaci rodzimej, jednak jego głównym źródłem jest galena (PbS).

[edytuj] Właściwości

Węgiel jest ciałem stałym, nierozpuszczalnym w wodzie. Jest bezbarwny, bezwonny, nie ma smaku. Jest pierwiastkiem mało reaktywnym; w wysokiej temperaturze reaguje z fluorem, tlenem, siarką oraz metalami 1, 2 i 13 grupy. Rozżażony koks reaguje z wodą, dając mieszaninę tlenku węgla i wodoru (tzw. gaz syntezowy): C + H₂O → CO + H₂.

Tworzy trzy odmiany alotropowe:

Diament – bezbarwny, krystaliczny, posiada dużą gęstość i twardość; podczas ogrzewania do temperatury powyżej 1500°C przechodzi w grafit
Grafit – mała twardość, łupliwość; jest bardziej reaktywny niż diament.
Fulereny - czarne ciała stałe o metalicznym połysku, posiadają własności nadprzewodzące i półprzewodnikowe.

W związkach chemicznych występuje na -4, +2 i +4 stopniu utlenienia.

Krzem to szare, bezbarwne, kruche ciało stałe. Jest półprzewodnikiem. W związkach jest czterowartościowy.

German jest kruchym, srebrzystobiałym metalem o właściwościach półprzewodnikowych. Nie reaguje z wodą oraz z kwasami (oprócz kwasu azotowego).

Cyna jest ciałem stałym. Występuje w trzech odmianach krystalicznych:

Cyna α – posiada strukturę diamentu, ma właściwości półprzewodnikowe; występuje jako proszek barwy szarej
Cyna β – srebrzystobiała z niebieskawym odcieniem
Cyna γ

W związkach chemicznych cyna występuje na -4, +2 i +4 stopniu utlenienia.

Ołów to szarosrebrzysty, miękki, kowalny metal. Na powietrzu pokrywa się warstwą tlenku. Jego sole są zazwyczaj słabo rozpuszczalne lub nierozpuszczalne w wodzie (z wyjątkiem azotanu(V) ołowiu(II) oraz octan ołowiu(II).

[edytuj] Najważniejsze związki chemiczne węglowców

Węgiel:

Krzem:

Dwutlenek krzemu (SiO₂)
Kwas krzemowy (H₂SiO₃)
Krzemiany
Krzemowodory
Krzemki
Węglik krzemu (karborund) (SiC)

German:

Germanowodory
Siarczek germanu(II) (GeS)
Siarczek germanu(IV) (GeS₄)
Tlenek germanu(II) (GeO)
Tlenek germanu(IV) (GeO₂)

Cyna:

Tlenek cyny(II) (SnO)
Tlenek cyny(IV) (SnO₂)
Kwas cynowy ((SnO₂)_x•(H₂O)_y)
Wodorotlenek cyny(II) (Sn(OH)₂)
Cynowodór (SnH₄)
Siarczek cyny(II) (SnS)
Siarczek cyny(IV) (SnS₄)
Chlorek cyny(II) (SnCl₂)
Chlorek cyny(IV) (SnCl₄)

Ołów:

Węglan ołowiu(II) (PbCO₃)
Chlorek ołowiu(II) (PbCl₂)
Chlorek ołowiu(IV) (PbCl₄)
Chromian ołowiu(II) (PbCrO₄)
Azydek ołowiu(II) (Pb(N₃)₂)
Azotan ołowiu(II) (Pb(NO₃)₂)
Tlenek ołowiu(II) (PbO)
Tlenek ołowiu(IV) (PbO₂)
Tlenek diołowiu(II), ołowiu(IV) (Pb₃O₄)
Wodorotlenek ołowiu(II) (Pb(OH)₂)
Siarczek ołowiu(II) (PbS)
Siarczan(VI) ołowiu(II) (PbSO₄)

[edytuj] Otrzymywanie

Węgiel do celów laboratoryjnych otrzymuje się przez prażenie sacharozy bez dostępu tlenu z powietrza. Na skalę przemysłową otrzymuje się go z węgli kopalnych, przez rozkład termiczny drewna oraz jako diament.

Krzem można otrzymać w laboratorium przez redukcję krzemionki magnezem: SiO₂ + 2 Mg → 2 MgO + Si. Na skalę przemysłową redukuje się krzemionkę węglem (SiO₂ + C → CO₂ + Si) lub węglikiem wapnia.

Pozostałe węglowce są otrzymywane przez redukcję ich tlenków. Ołów można otrzymać elektrolitycznie z jego siarczku.

[edytuj] Zastosowanie

Węgiel jest podstawowym składnikiem związków organicznych. Diament służy do wyrobu biżuterii. Ze względu na jego twardość używa się go także do wyrobu narzędzi do obróbki stali i szkła. Grafit jest używany do wyrobu elektrod, grafitów do ołówków oraz tygli laboratoryjnych.

Węgle kopalne są wykorzystywane jako surowce energetyczne.

Izotop węgla ¹⁴C jest stosowany jako wskaźnik izotopowy, zaś 1/12 masy izotopu ¹²C stanowi wzorzec jednostki masy atomowej.

Krzem o dużym stopniu czystości jest stosowany do wyrobu półprzewodników. Krzem jest też stosowany do odtleniania specjalnych gatunków stali oraz jako składnika wielu stopów. Krzem i jego związki są surowcami w przemyśle szklarskim, ceramicznymi materiałów budowlanych.

German stosuje się do produkcji półprzewodników, luminoforów, filtrów optycznych oraz stopów specjalnych.

Cyna jest używana do pokrywania metali mniej odpornych na korozję. Jest też składnikiem stopów. W średniowieczu wykonywano wiele przedmiotów z cyny, ze względu na jej dostępność i niską cenę.

Ołów służy do wyrobu rur kanalizacyjnych oraz ekranów chroniących przed promieniowaniem. Wykłada się nim także komory do produkcji kwasu siarkowego(VI), celulozy i wapna bielącego. Ołowiu używa się też do wyrobu płyt akumulatorowych, szkła ołowiowego oraz do otrzymywania innych związków ołowiu.