Osobine elemenata i njihova jedinjenja 2

Elementi IIIa grupe

Opšte osobine:

U IIIa grupi PSE se nalaze: bor (B), aluminijum (Al), galijum (Ga), indijum (In) i talijum (Tl).
Pripadaju p-elmentima.
Svi elementi IIIa grupe su metali osim bora (B). Bor je metaloid.
Svi elementi sa kiseonikom grade okside.

Jedinjenja bora:

Bor ima nemetalni karakter. Gradi kovalentna jedinjenja u kojima mu je oksidaciono stanje +3.

B₂O₃, bor(III)-oksid

Oksid bora rastvoren u vodi prikazuje kisela svojstva.
Bor(III)-oksid predstavlja anhidrid velikog broja bornih kiselina od kojih samo dve postoje u slobodnom stanju: HBO₂ i H₃BO₃.

 

Aluminijum i jedinjenja aluminijuma

Aluminijum se ne nalazi slobodan u prirodi, ali je veoma rasprostranjen u obliku jedinjenja.
Čvrst aluminijum teško reaguje sa vodom.

Metalni aluminijum ima amfoterni karakter:
        a) dobro se rastvara u hlorovodoničnoj kiselini (oslobađa se vodonik):

2Al + 6HCl ---> 2Al³⁺ + 3Cl^- + 3H₂

        b) rastvara se i u natrijum-hidroksidu:

2Al + 2NaOH + 6H₂O <---> 2Na⁺ + 2/Al(OH)₄/^- +3H₂

Rastvaranjem metalnog aluminijuma u jakim bazama nastaju komplksna jedinjenja aluminati, a oslobađa se vodonik.

Aluminijum je jako redukciono sredstvo i koristi se za dobijanje nekih metala (Mn, Cr i dr.) iz njihovih oksida. Taj proces se naziva aluminotermija.
Kada se smeša sprašenog metalnog aluminijuma i gvožđe(III)-oksida zapali pomoću metalnog magnezijuma nastaje veoma egzotermna reakcija. Ovaj postupak se naziva termitni postupak.

Al₂O₃, aluminijum(III)-oksid

Ne rastvara se u vodi.
Hidratisani oblici aluminijum(III)-oksida ( Al₂O₃*3H₂O i Al₂O₃*H₂O) su u prirodi rasprostranjeni kao sastavni delovi minerala boksita.

AlH₃, aluminijum-hidrid

Dobija se zagrevanjem LiH sa aluminijum-hloridom:

I) 4LiH + AlCl₃ ---> LiAlH₄ + 3LiCl

II) 3LiAlH₄ + AlCl₃ ---> 4AlH₃ + 3LiCl

Pri zagrevanju iznad -->100^oC aluminijum-hidrid se razlaže na elemente:

2AlH₃ ---> 2Al + 3H₂

LiAlH4 (litijumaluminijumhidrid) je jako redukciono sredstvo.

KAl(SO₄)₃*12H₂O, aluminijumova stipsa

Aluminijumova so je dvoguba so koja nastaje iz rastvora jednakih količina smeša  K₂SO₄ i  Al₂(SO4)₃ koja se ostavi da kristališe. Dvogube soli postoje samo u čvrstom agregatnom stanju.

Elementi IVa grupe

Opšte osobine:

U IVa grupu PSE nalaze se: ugljenik (C), silicijum (Si), germanijum (Ge), kalaj (Sn) i olovo (Pb).
Ugljenik, silicijum i germanijum grade isključivo kovalentna jedinjenja, a kalaj i olovo pretežno jonska jedinjenja.
Elementi IVa grupe PSE postižu stabilnu konfiguraciju deljenjem zajedničkih elektronskih parova elektrona.
Ugljenik je nemetal, silicijum i germanijum se ubrajaju u metaloide, a kalaj i olovo u metale.
Ovi elementi se u jedinjenjima koje grade  mogu naći u oksidacionom stanju +2, +4 i -4.
Ugljenik se u prirodi javlje u dve alotropske modifikacije - grafit i dijamant.

Elementi IVa grupe PSE sa kiseonikom grade dve vrste oksida EO i  EO₂ (E=C, Si, Ge, Sn, Pb). Oksida tipa  su kiselog karaktera ( SiO₂ - IZUZETAK!).
Sa vodonikom ovi elementi grade odgovarajuće hidride. Oksidacioni broj ugljenika je -4, a ostalih elemenata je +4.

Jedinjenja ugljenika:

 Hidridi - ugljenik sa vodonikom gradi veliki broj jedinjenja, poznatih pod imenom ugljovodonici. Ova jedinjenja se izučavaju u organskoj hemiji. Ugljovodonici se u prorodi nalaze u afti i prirodnom gasu. Iz nafte se izdvajaju frakcionom destilacijom. Dobijaju se i suvom destilacijom kamenog uglja.

Oksidi

CO, ugljenik(II)-oksid
Bezbojan i otrovan gas, bez mirisa.
Nastaje sagorevanjem ugljenika, uglja ili orgnskih supstanci uz nedovoljno prisusutvo kisonika:

2C + O₂ <---> 2CO

Ugljenik(II)-oksid je jako redukciono sredstvo.
Zapaljen ugljenik(II)-oksid gori plavičastim plamenom, gradeći ugljenik(IV)-oksid:

2CO + O₂ ---> 2CO₂

Ugljenik(II)-oksid se industrijski proizvodi u velikim količinama u obliku generatorskog i vodenog gasa:
            a) generatorski gas se dobija prevođenjem vazduha preko užarenog uglja:

C + O₂ ----> CO₂

CO₂ + C ---> 2CO

            b) vodeni gas nastaje prevođenjem vodene pare preko užarenog uglja:

C + H₂O <---> CO + H₂

U čvrstom stanju ugljenik(II)-oksid se dobija dehidratacijom mravlje kiseline:

HCOOH ---> CO + H₂O

Pod uticajem svetlosti i uz prisustvo katalizatora ugljenik(II)-oksid se jedini sa hlorom gradeći otrovan gas - fozgen:

CO + Cl₂ ---> COCl₂

CO₂, ugljenik(IV)-oksid

Nalazi se slobodan u vazduhu, rastvoren u mnogim mineralnim vodama i vulkanskim gasovima.
U laboratoriji se obično dobija dejstvom hlorovodonične kiseline na mermer       ( CaCO₃).
Ugljenik(IV)-oksid se dobro rastvara u vodi. Pri rastvaranju jedan deo ugljenik(IV)-oksida se sjedinjava sa vodom u nepostojanu slabu kiselinu - ugljenu kiselinu:

CO₂ + H₂O <---> H₂CO₃

Karbidi - su jedinjenja ugljenika sa metalima ili silicijumom. To su čvrste supstance , neisparljive su i nerastvaraju se ni u jednom poznatom rastvaraču. Karbidi koje ugljenik gradi sa metalima Ia, IIa i IIIa grupe PSE sa vodom se razlažu uz izdvajanje etena (acitilena), metana i drugih ugljovodonika. Najpoznatiji je kalcijum-karbid koji služi za industrijsko dobijanje etina:

CaC₂ + 2H₂O ---> C₂H₂ + Ca(OH)₂

Cijanidi - su jedinjenja koja se mogu smatrati solima slabe cijanovodonične kiseline (HCN).

 

Silicijum i jedinjenja silicijuma: 

U prirodi se nalazi u obliku jedinjenja.
Važna silicijumova jedinjeja koja se nalaze u prirodi obuhvataju veliku grupu, poznatu po imenu silikati.
Silicijum je slabo redukciono sredstvo.
Elementarni silicijum se dobija redukcijom silicijum(IV)-oksida pomoću koksa, metalnog magnezijuma ili aluminijuma na visokim temperaturama:

3SiO₂ + 4Al ---> 3Si + 2Al₂O₃

Reaguje sa jakim bazama uz oslobađanje vodonika:

Si + NaOH + H₂O ---> Na₂SiO₃ + 2H₂

Na običnoj (sobnoj) temperaturi jedini se samo sa fluorom, gradeći otrovan gas:

Si + 2F₂ ---> SiF₄

SiO₂, silicijum(IV)-oksid

Javlja se u kristalnom i amfornom stanju. Najpoznatiji kristalni oblik silicijum(IV)-oksida je kvarc.
Sa fluorovodoničnom kiselinom gradi gasoviti silicijum(IV)-fluorid:

SiO₂ + 4HF ---> SiF₄ + 2H₂O

Silicijum(IV)-oksid topljenjem sa alkalnim hidroksidima gradi odgovarajuće silikate:

SiO₂ + 2NaOH ---> Na₂SiO₃ + H₂O

Silicijumove kiseline - u prirodi se nalaze rastvorene u vodi ili kao njihove soli (silikati). Najpoznatije su meta-silicijumova ( H₂SiO₃) i orto-silicijumova
( H₄SiO₄) kiselina. Sve silicijumove kiseline su slabe i nepostojane kiseline.

Kalaj i jedinjenja kalaja

U prirodi se ne nalazi u elementarnom stanju.
Kalaj se dobija iz minerala kasiterita ( SnO₂) redukcijom pomoću uglja:

SnO₂ + 2C ---> Sn + 2CO

Zagrevanjem kalaja na temperaturi crvenog usijnja gradi se kalaj(IV)-oksid:

Sn + O₂ ---> SnO₂

Kalaj ima amfoterna svojstva. Rastvara se u jakim kiselinama i bazama:
Kalaj se lako jedini sa halogenim elementima (Cl, Br, I):

Sn + 2Cl₂ ---> SnCl₄

A) Kalaj(II)-jedinjenja

SnO, kalaj(II)-oksid
Nastaje dehidratacijom kalaj(II)-hidroksida:

Sn(OH)₂ ---> SnO + H₂O

Sn(OH)₂, kalaj(II)-hidroksid

Dobija se dejstvom baze na rastvor kalaj(II)-hlorida:

SnCl₂ + 2 NaOH <---> Sn(OH)₂ + 2NaCl

SnCl₂, kalaj(II)-hlorid

Dobija se rastvaranjem metalnog kalaja u koncentrovanoj hlorovodoničnoj kiselini:

Sn + 2HCl ---> SnCl₂ + H₂

Jedno od najvažnijih svojstava kalaj(II)-hlorida je jaka moć redukcije.

B) Kalaj(IV)-jedinjenja

SnO₂, kalaj(IV)-oksid (mineral kasiterit)

Sa alkalijama gradi soli stanate:

SnO₂ + 2NaOH ---> Na₂SnO₃ + H₂O

Kalaj(IV)-oksid je anhidrid orto-kalajne kiseline ( H₄SnO₄).

SnCl₄, kalaj(IV)-hlorid

Dobija se uzajamnom reakcijom suvog hlora i metalnog kalaja:

Sn + 2Cl₂ ---> SnCl₄

Kalaj(IV)-oksid u vodenom rastvoru hidrolizuje gradeći koloidni kalaj(IV)-oksid:

SnCl₄ + 2H₂O ---> SnO₂ + 4HCl

Olovo i jedinjenja olova

Najvažnija ruda olova je galenit (PbS).
Olovo se ne rastvara u vodi, ali u prisustvu kiseonika sa vodom gradi jedinjenje olovo(II)-hidroksid ( Pb(OH)₂).
Olovo se rastvara u razblaženoj azotnoj kiselini, sirćetnoj kiselini i koncentrovanoj sumpornoj kiselini.
Olovo gradi jedinjenja u kojima se on javlja u oksidacionom stanju +2 i +4. Jedinjenja sa oksidacionim brojem +4 su veoma nestabilna.

PbO, olovo(II)-oksid
Nastaje oksidacijom istopljenog olova:

2Pb + O₂ ---> 2PbO

Olovo(II)-oksid je amfoternog karaktera. Lako se rastvara u kiselina gradeći odgovarajuće soli:

PbO + 2HNO₃ ---> Pb(NO3)₂ + H₂O

U bazama se vrlo teško rastvara gradeći plumbat(II)-jon:

PbO + 2OH^- + H₂O ---> /Pb(OH)₄/^2-

PbCO₃, olovo(II)-karbonat (mineral ceruzit)