4. УГЛЕРОД И КРЕМНИЙ

Углерод и кремний можно назвать главнейшими среди всех остальных элементов. Углерод входит в состав тканей всех живых организмов, а также в состав продуктов их разложения (угли, сланцы, нефть, природный газ). В земной коре углерод содержится как в самородном состоянии, так и в составе карбонатных пород.

Если углерод – основа живых организмов, то кремний – основа неживой природы. Более половины всех минералов, составляющих земную кору, – это многочисленные силикаты, а также разновидности кремнезема: кристаллического, скрытокристаллического и аморфного (горный хрусталь, кварцевые пески, халцедон, агат, яшма, опал, диатомит, трепел и др.).

Углерод и кремний – типичные неметаллы. Это элементы главной подгруппы 4 группы периодической системы. На внешнем энергетическом уровне у них содержится по 4 электрона. Электронная конфигурация внешнего слоя в нормальном состоянии – s2p2, в возбужденном состоянии один s-электрон переходит на р-орбиталь и конфигурация становится s1p3. Для соединений углерода и кремния более характерна степень окисления +4 и –4. Степень окисления +2 и –2 встречается значительно реже. Так как число валентных электронов равно числу валентных орбиталей, связь С – С очень прочная. Это же является причиной склонности углерода к образованию цепей. Кремний, в отличие от углерода, имеет свободные d-орбитали, поэтому по свойствам отличается от углерода. В соединениях с кислородом и галогенами кремний образует более прочные связи, чем углерод, так как возникает связь между свободными d-орбиталями кремния и неподелёнными электронными парами связанных с ним элементов. Наоборот, связь Si – Si менее прочная, чем С – С. Кремний также склонен к образованию цепей.

В обычных условиях углерод и кремний достаточно инертны, но при высоких температурах они становятся химически активны и образуют ряд соединений с металлами и неметаллами. Соединение, в котором углерод связан с элементом с меньшим значением электроотрицательности, называется карбидом, подобное соединение кремния называется силицидом.