9. Загальна характеристика неметалів головної підгрупи ІІІ, ІV груп. Вуглець. Характеристика елемента. Поширення у природі. Алотропні видозміни вуглецю: алмаз, графіт, карбін. Уявлення про адсорбцію. Хімічні властивості вуглецю

До головної підгрупи ІІІ групи відносяться бор, алюміній, галій, індій, талій. На зовнішньому електронному рівні елементів головної підгрупи ІІІ групи є по 3 електрони (s²р¹). Вони легко віддають ці електрони або утворюють 3 неспарених електрони за рахунок переходу одного s-електрона на р-рівень.

Для бору і алюмінію характерними є ступені окислення 3+. У галію, індію і талію на зовнішньому електронному рівні також знаходиться по 3 електрони (конфігурація s²р¹), але вони розташовані після 18-електронного шару. Тому, на відміну від алюмінію, галій виявляє явно неметалічні властивості. В ряду галій-індій-талій металічні властивості посилюються.

До головної підгрупи ІV групи відносяться вуглець, кремній (неметали) та германій, олово, свинець (металоїди, метали).

На зовнішньому електронному рівні атомів головної підгрупи ІV групи знаходиться по 4 електрони (s²р²). Тому вони можуть приєднувати по 4 електрони, утворюючи восьмиелектронну оболонку, або за рахунок переходу s-елек-трона на р-рівень утворювати 4 неспарених електрони. З цієї причини для неметалів головної підгрупи ІV групи характерними ступенями окислення є 4- та 4+.

Вуглець зустрічається у природі як у вільному стані, так і у сполуках. Вміст його у земній корі становить 0,02%. У вільному кристалічному стані вуглець зустрічається у вигляді алотропних видозмін - алмазу, графіту, карбіну. У звязаному стані вуглець зустрічається в карбонатах (кальцит, магнезит, доломіт, залізний шпат, малахіт). Крім того, вуглець - головна складова камяного та інших видів вугілля, горючих природних газів та всіх живих організмів.

Алмаз - прозора речовина, найтвердіша з усіх відомих природних речовин. Його вважають еталоном твердості, яка за десятибальною шкалою оцінюється числом 10. Твердість алмазу обумовлена особливою структурою його кристалічної решітки. Алмаз погано проводить тепло і не проводить електричний струм. При нагріванні без доступу повітря перетворюється на графіт.

Графіт - темно-сіра речовина з металічним блиском. Він має шарувату структуру, тому порівняно мякий (залишає слід на папері). Графіт добре проводить електрику (але гірше, ніж метали), дуже тугоплавкий.

Чорний (аморфний) вуглець або карбін являє собою пористу речовину чорного кольору. Характерні представника цієї модифікації - сажа, кокс, деревне вугілля.

Найбільш реакційноздатним є чорний вуглець, за ним йдуть графіт і алмаз. За звичайної температури вуглець доволі інертний, але при нагріванні реагує з багатьма речовинами: киснем, сіркою, оксидами металів і неметалами. При взаємодії вуглецю з киснем утворюються монооксид або діоксид вуглецю та виділяється велика кількість теплоти:

С + O₂ > СO₂^

2С + O₂ > 2СО^

Вуглець - сильний відновник: віднімаючи кисень у багатьох оксидів, він відновлює речовини до вільного стану:

ZnО + С > Zn + СО^

Вуглець взаємодіє з металами з утворенням карбідів:

Са + 2С > СаС₂

Деякі речовини здатні поглинати молекули інших речовин з газів, парів та розчинів і утримувати їх на своїй поверхні. Поглинання газів, парів та розчинених речовин поверхнею інших речовин називають адсорбцією, а речовини, які поглинають - адсорбентами. Чим більша поверхня адсорбенту, тим інтенсивніше йде процес поглинання.

Одним з кращих адсорбентів є деревне вугілля. Воно добре поглинає різні гази, пари та розчинені речовини. Наприклад, якщо водний розчин барвника прокипятити з деревним вугіллям і профільтрувати, то фільтрат виявиться безбарвним (весь барвник поглинеться вугіллям).