Номер 1, страница 103 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 21. Углерод. Глава 1. Неметаллы - номер 1, страница 103.

Условие.

1. Дайте общую характеристику элементов подгруппы углерода.

Решение.

Решение 2.

Подгруппа углерода — это 14-я группа (по старой классификации — IVА группа) периодической системы химических элементов. В неё входят углерод (C), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (Pb) и радиоактивный флеровий (Fl). Ниже представлена общая характеристика этих элементов.

1. Строение атомов и положение в периодической системе

Все элементы 14-й группы имеют схожее строение внешнего электронного слоя. Их общая электронная конфигурация валентных электронов — $ns^2np^2$, где $n$ — номер периода. Наличие четырёх валентных электронов определяет их положение в 14-й группе и общность многих химических свойств, в частности, максимальную степень окисления +4.

Ответ: Элементы подгруппы углерода находятся в 14-й (IVA) группе периодической системы и имеют по 4 электрона на внешнем энергетическом уровне, что определяет их общие химические свойства.

2. Изменение свойств простых веществ в подгруппе

При движении сверху вниз по подгруппе с увеличением заряда ядра и радиуса атомов происходит закономерное изменение свойств простых веществ:

• Металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Углерод — типичный неметалл, кремний и германий — полуметаллы (металлоиды), а олово и свинец — металлы.
• Атомный радиус увеличивается.
• Энергия ионизации и электроотрицательность в целом уменьшаются, что облегчает отдачу электронов и усиливает металлические свойства.
• Аллотропия характерна для многих элементов группы. Углерод существует в виде алмаза, графита, фуллеренов и др. Олово имеет две основные модификации: серое олово (α-Sn, полупроводник) и белое олово (β-Sn, металл).

Ответ: В подгруппе углерода наблюдается переход от типичного неметалла (C) через полуметаллы (Si, Ge) к металлам (Sn, Pb), что сопровождается увеличением атомного радиуса и ослаблением неметаллических свойств.

3. Степени окисления и химические свойства соединений

Для элементов подгруппы углерода наиболее характерны степени окисления +4 и +2. Для углерода и кремния также важна степень окисления -4 (например, в метане $CH_4$ и силане $SiH_4$).

• Устойчивость степеней окисления: Сверху вниз по группе устойчивость соединений в степени окисления +4 уменьшается, а в степени окисления +2 — возрастает. Это связано с «эффектом инертной пары» — инертностью валентных s-электронов у тяжёлых элементов. Так, для свинца наиболее характерна степень окисления +2, а соединения свинца(IV) (например, $PbO_2$) являются сильными окислителями. Соединения олова(II) — сильные восстановители.
• Оксиды и гидроксиды: Характер высших оксидов ($ЭO_2$) и соответствующих им гидроксидов изменяется от кислотного у углерода ($CO_2$, $H_2CO_3$) и кремния ($SiO_2$, $H_2SiO_3$) к амфотерному у германия, олова и свинца ($Sn(OH)_4$, $Pb(OH)_4$).
• Водородные соединения: Все элементы образуют летучие водородные соединения состава $ЭH_4$. Их термическая устойчивость резко падает в ряду $CH_4 > SiH_4 > GeH_4 > SnH_4 > PbH_4$. Метан — очень устойчивое соединение, а плюмбан ($PbH_4$) крайне неустойчив.
• Уникальность углерода: Углерод обладает уникальной способностью образовывать прочные ковалентные связи с самим собой (одинарные, двойные и тройные), формируя длинные цепи и циклы. Это свойство лежит в основе огромного разнообразия органической химии.

Ответ: Характерные степени окисления элементов — +2 и +4; устойчивость степени окисления +2 растет сверху вниз по группе. Свойства их соединений закономерно изменяются: характер оксидов и гидроксидов — от кислотного к амфотерному, а устойчивость водородных соединений падает.