Bài Giảng Hóa Vô Cơ - Chương 8

NHÓM IVA - Nhóm IVA gồm những nguyên tố: cacbon (C), silic (Si), gecmani (Ge), thiếc (Sn) và chì (Pb). Nhưng C và Si là 2 nguyên tố phi kim điển hình của nhóm IVA. - Nguyên tố nhóm IVA có lớp electron hoá trị là ns2np2, số electron hoá trị bằng số orbital hoá trị là nguyên nhân tạo nên độ bền lớn của liên kết - C - C và khả năng tạo mạch khác nhau của C và Si: thẳng, nhánh, vòng. - Do có tổng năng lượng ion hoá khá lớn, chúng không thể mất 4...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài Giảng Hóa Vô Cơ - Chương 8 Chương8 – Nguyên tố và các chất nhóm IVCHƯƠNG 8 – NGUYÊN TỐ VÀ CÁC CHẤT NHÓM IV8 .1. NHÓM IVA - N hóm IVA gồm những nguyên tố: cacbon (C), silic (Si), gecmani (Ge),thiếc (Sn) và chì (Pb). Nhưng C và Si là 2 nguyên tố p hi kim điển h ình củanhóm IVA. - Nguyên tố nhóm IVA có lớp electron hoá trị là ns2np2, số electron hoátrị bằng số orbital hoá trị là nguyên nhân tạo nên độ bền lớn của liên kết - C - C -và khả năng tạo mạch khác nhau của C và Si: thẳng, nhánh, vòng. - D o có tổng năng lượng ion hoá khá lớn, chúng không thể mất 4 electronhoá trị để tạo ion 4+. Mặt khác độ âm điện của chúng cũng không lớn nên khókết hợp thêm electron để thành ion 4-. Để đạt được cấu hình electron bền, nhữngnguyên tử, nguyên tố nhóm IVA tạo nên những cặp electron chung của liên kếtcộng hoá trị và trong các hợp chất chúng có các số oxi hoá -4, +2, và +4. - Trong những số oxi hoá dương đặc trưng, thì +4 là số oxi hoá đặc trưngcho C hơn Si và ngược lại, +2 là số oxi hoá đặc trưng cho Si hơn C.8 .1.1. CACBON8 .1.1.1. Cấu tạo - Cấu hình electron hoá trị: 2s22p2 - Cacbon là nguyên tố duy nhất có thể tạo nên những mạch C - C dài đếnhàng trăm nguyên tử do độ bền liên kết C - C khá lớn (347KJ/mol) - Năng lượng liên kết C - C là khá lớn, tương đương với những liên kếtcủa C với H, Cl, O. Chính nhờ khả năng tạo những liên kết C - C và C -H và khảnăng tạo liên kết  kiểu p - p với những nguyên tố C, N , O mà C có thể tạo nênrất nhiều hợp chất hữu cơ.8 .1.1.2. Đồng vị - Thù hình - Cacbon đơn chất cũng như trong hợp chất trong thiên nhiên là hai đồngvị bền 12C (98 ,89%) và 13C (1,11%). - H àm lượng C trong vỏ của đất là 0,14% tổng nguyên tử. - Trong khí quyển còn có một lượng nhỏ đồng vị 11C được tạo nên do tiavũ trụ bắn phá N. 14 + 0 n  14 C + 11 H 1 7N 6 1 14 là đ ồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã T = 5570 năm. Đồng vị 14 C có 6C 6trong khí quyển ở dạng khí CO2 với nồng độ không đổi, với chu kỳ bán hủy lớnnên 14 C ở trong khí CO2 của khí q uyển được phát hiện trong mọi chất có chứa 6cacbon nằm cân bằng với khí CO 2 của khí quyển. Khi sinh vật chết thì ngừngđồng hóa hợp chất 14C và lượng 14C giảm xuống do phân hủy phóng xạ. Xácđ ịnh hàm lượng còn lại của 14C trong xác sinh vật từ đó tính được thời gian sinhvật đã chết. Phương pháp Cacbon p hóng xạ này sai số thường là  5%. * Cacbon có nhiều dạng thù hình: kim cương, grafit  và  , cacbin,fuleren, cacbon vô định hình. 120Hoá vô cơ Chương8 – Nguyên tố và các chất nhóm IV - Kim cương: Tinh thể kim cương thuộc hệ lập phương mặt. Bên trong ôm ạng cơ sở của tinh thể này còn có 4 nguyên tử C nằm ở tâm của 4 lập phươngcon.  : N guyên tử C ở đỉnh ô mạng  : N guyên tử C ở tâm mặt : Nguyên tử C ở tâm mỗi lập phương con (Chỉ vẽ ở 1 lập phương con để đơn giản) Ô mạng cơ sở của tinh thể kim cương: Mạng lưới tinh thể kim cương làm ạng lưới nguyên tử điển hình, nút mạng là nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp3, 0nên mỗi C liên kết với 4C khác bằng liên kết cộng hoá trị: dC-C=1,545 A ,CCC = 109 028 Tinh thể có mạng lưới tinh thể điển hình tuân theo nguyên lý sắp xếp đặckhít nhất và đều đặn, tạo nên một phân tử khổng lồ, có tỷ khối lớn (3,51), có độcứng nhất. Người ta quy ước độ cứng của đá tan [Mg3(Si2O 5)2(OH)2] hay3 MgO.2SiO4.H 2O bằng 1 thì kim cương bằng 10 K im cương cứng nhưng dòn, dễ nghiền thành bột bằng cối sắt, nhiệt độnóng chảy ở 4100  200K ở 125.000 atm. Tinh thể kim cương hoàn toàn trongsuốt, không màu, khúc xạ ánh sáng. Trước đây chỉ có kim cương tự nhiên. Cuối thế kỷ thứ XX, người ta đãtổng hợp kim cương nhân tạo từ than chì và axeton. 0  3800 Cgr 1500 C  Ckc (60120.000atm, xúc tác là M chuyển tiếp) V í dụ : - Than chì (Grafit , ): Than chì có tinh thể lục phương mặt thoi đều cócấu trúc lớp như nhau, chỉ khác là lớp xắp xếp chồng lớp này lên lớp khác làkhông giống nhau. Trong than chì, C ở trạng thái lai hoá sp2 nên mỗi C liên kết với 3C kháctrong cùng lớp bằng liên kết cộng hoá trị, tạo thành lục giác đều với (CCC =1200 và dC - C = 1,415Å. 121Hoá vô cơ Chương8 – Nguyên tố và các chất nhóm IV Trên mỗi C còn (AO)2px chứa 1 electron không lai hóa, tạo nên liên kết không định chỗ. Như vậy, liên kết đơn  giữa C-C được bổ sung thêm một phầncủa liên kết , nên liên kết cộng hoá trị trong than thì bền hơn trong kim cương. G iữa các lớp, liên kết với nhau bằng lực Van de Van với độ dài liên kết là3 ,351Å . + Dạng tinh thể lục phương (grafit ) : Dạng thù hình bền nhất. + Dạng tinh thể mặt thoi (grafit ). Than chì có cấu trúc lớp nên mềm, nóng chảy ở 4100  100K ở 9000 atm. Than chì và kim cương có thể chuyển hoá cho nhau : Ckc Cgr 0 1500 C, atm 1200 - 18000C 5.10-4  6.10 4 atm - C acbin : Là dạng C tổng hợp, bột màu đen chứa 99%C, tinh thể thuộchệ lục phương và có kiến trúc mạch th ...