Uglerod va kremniy (IVA guruh)

IVA guruh elementlari — uglerod C, kremniy Si, germaniy Ge, qalay Sn va qo‘rg‘oshin Pb. Guruhda yuqoridan pastga metallmaslik xossalari susayib, metallik xossalar kuchayadi: uglerod va kremniy — metallmaslar, germaniy — yarimo‘tkazgich, qalay va qo‘rg‘oshin — metallar. Uglerod butun organik olamning asosi va eng muhim yoqilg‘ilar (ko‘mir, neft, gaz) tarkibida; kremniy Yer po‘stida kisloroddan keyin ikkinchi o‘rinda turadi (qum, gil, granit, kvars) va zamonaviy elektronikaning "yuragi" hisoblanadi. Bu mavzu imtihonda ko‘pincha karbonatlar, CO₂ va ishqorlar orasidagi reaksiyalar hamda silikatlar bilan masalalar orqali tekshiriladi.

§1. Uglerod va uning allotropiyasi

Qo‘zg‘algan holatda uglerod to‘rtta toq elektronga ega bo‘ladi va birikmalarda deyarli doim to‘rt valentli. Uglerodning allotropik shakllari:

• Olmos — sp³ gibrid, atom kristall panjara, har bir atom to‘rtta qo‘shniga tetraedrik bog‘langan; eng qattiq tabiiy modda, tok o‘tkazmaydi, yorug‘likni kuchli sindiradi (brilliant).
• Grafit — sp² gibrid, qatlamli tuzilish: qatlam ichida atomlar mustahkam bog‘langan, qatlamlar orasida bog‘ kuchsiz; yumshoq, qo‘lga yuqadi, elektr tokini o‘tkazadi (elektrodlar, qalam o‘zagi, moylash).
• Karbin (sp, chiziqli zanjirlar), fullerenlar (C₆₀ — sharsimon molekula), grafen (bir atom qalinligidagi grafit qatlami).

Amorf uglerod (ko‘mir, koks, qurum, faollashtirilgan ko‘mir) — yaxshi adsorbent (gaz niqoblari, dorilar) va qaytaruvchi: ZnO + C → Zn + CO, 2CuO + C → 2Cu + CO₂. Metallar bilan karbidlar hosil qiladi: CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂, Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄.

Misol

7,2 g aluminiy karbid suv bilan to‘liq gidrolizlandi. Necha litr metan (n.sh.) ajraladi?

1. M(Al₄C₃) = 4·27 + 3·12 = 144; n = 7,2/144 = 0,05 mol.
2. Al₄C₃ → 3CH₄: n(CH₄) = 0,15 mol.
3. V = 0,15·22,4 = 3,36 l.

§2. Uglerod oksidlari

Uglerod(II) oksid (is gazi) CO — rangsiz, hidsiz, juda zaharli gaz: gemoglobin bilan barqaror birikma hosil qilib, kislorod tashilishini to‘xtatadi. Pechlar va avtomobillarda yoqilg‘i chala yonganda hosil bo‘ladi, shuning uchun xonalarni shamollatish muhim. Befarq (tuz hosil qilmaydigan) oksid, lekin kuchli qaytaruvchi:

Olinishi: HCOOH → CO + H₂O (kons. H₂SO₄), CO₂ + C → 2CO (qizdirilgan ko‘mir ustidan).
Uglerod(IV) oksid (karbonat angidrid) CO₂ — rangsiz, hidsiz, yonishni ta’minlamaydigan gaz, havodan og‘ir (M = 44), qattiq holda — "quruq muz". Kislotali oksid: suvda eriganda kuchsiz, beqaror karbonat kislota hosil bo‘ladi CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃. Fotosintezda o‘simliklar tomonidan yutiladi, issiqxona effektining asosiy sababchisi. U o‘t o‘chirgichlarda va gazli ichimliklar tayyorlashda ishlatiladi.

Ishqor bilan nisbatga qarab: CO₂ : NaOH = 1 : 2 → Na₂CO₃; 1 : 1 → NaHCO₃; oraliq nisbatda ikkala tuz aralashmasi.

§3. Karbonatlar

Karbonat va gidrokarbonat ionlariga sifat reaksiya — kuchli kislota ta’sirida gaz (CO₂) ajraladi, u ohakli suvni loyqalatadi: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O.
Qizdirilganda: CaCO₃ → CaO + CO₂ (ohak kuydirish), 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O (ichimlik sodasi — xamir ko‘pchitish). Ishqoriy metallarning karbonatlari (litiydan tashqari) qizdirilganda parchalanmaydi.
Tabiatda: ohaktosh, bo‘r, marmar (CaCO₃), dolomit (CaCO₃·MgCO₃), magnezit (MgCO₃). Karbonatlar qurilishda (ohak, sement), shisha ishlab chiqarishda (soda), oziq-ovqatda (ichimlik sodasi) ishlatiladi.

Misol

CaCO₃ va MgCO₃ dan iborat 18,4 g aralashma qizdirilganda 4,48 l CO₂ (n.sh.) ajraldi. Aralashma tarkibini toping.

1. n(CO₂) = 4,48/22,4 = 0,2 mol → karbonatlar jami 0,2 mol: x + y = 0,2.
2. Massa bo‘yicha: 100x + 84y = 18,4.
3. 100x + 84(0,2 − x) = 18,4 → 16x = 1,6 → x = 0,1.
4. CaCO₃ 10 g, MgCO₃ 0,1·84 = 8,4 g.

§4. Kremniy

Kremniy — kulrang, metall yaltiroqli kristall modda, olmosga o‘xshash atom panjarali, yarimo‘tkazgich: harorat ko‘tarilganda elektr o‘tkazuvchanligi ortadi. Tabiatda erkin holda uchramaydi, faqat birikmalar holida (kremnezyom va silikatlar) mavjud. Olinishi: SiO₂ + 2Mg → Si + 2MgO (laboratoriya) yoki koks bilan elektr pechda SiO₂ + 2C → Si + 2CO. Juda yuqori tozalikdagi kremniy quyosh batareyalari, tranzistorlar va mikrosxemalar uchun ishlatiladi.
Oddiy sharoitda kremniy kam faol, qizdirilganda kislorod bilan yonadi: Si + O₂ → SiO₂. Ishqorlarda vodorod ajratib eriydi:

Kislotalarda (HF va HNO₃ aralashmasidan tashqari) erimaydi.

Misol

5,6 g kremniy mo‘l natriy gidroksid eritmasida eritildi. Necha litr vodorod (n.sh.) ajraladi?

1. n(Si) = 5,6/28 = 0,2 mol.
2. Si → 2H₂: n(H₂) = 0,4 mol.
3. V = 0,4·22,4 = 8,96 l.

§5. Kremniy(IV) oksid, kremniy kislota va silikatlar

SiO₂ (qum, kvars, chaqmoqtosh) — atom panjarali, qattiq, qiyin suyuqlanadigan kislotali oksid; suvda erimaydi va u bilan reaksiyaga kirishmaydi. Ishqor yoki soda bilan suyuqlantirilganda silikat hosil qiladi: SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O, SiO₂ + Na₂CO₃ → Na₂SiO₃ + CO₂, asosli oksidlar bilan: SiO₂ + CaO → CaSiO₃. Kislotalardan faqat ftorid kislota bilan reaksiyaga kirishadi (shishani yemirish).
Kremniy kislota H₂SiO₃ — juda kuchsiz, suvda erimaydigan kislota; tuzidan har qanday kuchliroq kislota bilan siqib chiqariladi va iviqsimon cho‘kma tushadi: Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl. Natriy va kaliy silikatlarining suvdagi eritmasi — "suyuq shisha" (yelim, olovga chidamli qoplama).
Silikat sanoati: oddiy shisha (Na₂O·CaO·6SiO₂, soda, ohaktosh va qumni suyuqlantirib olinadi), sement (ohaktosh va gil kuydiriladi), keramika, chinni, g‘isht. Shishaga metall oksidlari qo‘shilsa rangli shisha olinadi, kaliy va qo‘rg‘oshin birikmalari qo‘shilsa — billur. Sement suv bilan aralashtirilganda qotadi va beton hamda qurilish qorishmalarining asosini tashkil qiladi.

O‘zingizni tekshiring

1. 4,48 l CO₂ (n.sh.) 0,3 mol NaOH saqlagan eritmaga yuttirildi. Qanday tuzlar hosil bo‘ladi?

2. Nima uchun CO zaharli?

3. 10 g CaCO₃ mo‘l xlorid kislota bilan reaksiyaga kirishsa, necha litr CO₂ (n.sh.) ajraladi?

4. Qaysi kislota shishani yemiradi?

5. 16,8 g NaHCO₃ qizdirildi. Massa necha grammga kamayadi?

6. Nima uchun grafit tok o‘tkazadi, olmos esa o‘tkazmaydi?

7. Ohakli suvdan ortiqcha CO₂ o‘tkazilganda loyqalik nima uchun yo‘qoladi?

8. Kremniy kislotaning formulasi qanday?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• CO ni kislotali oksid deb hisoblash: u befarq oksid.
• SiO₂ suv bilan reaksiyaga kirishib kremniy kislota beradi deb yozish.
• CO₂ ortiqcha bo‘lganda ham faqat CaCO₃ hosil bo‘ladi deb o‘ylash.
• Barcha karbonatlar qizdirilganda parchalanadi deb hisoblash: Na₂CO₃, K₂CO₃ barqaror.
• Kremniy kislotalarda eriydi deb yozish: u ishqorlarda eriydi.