Номер 1, страница 59, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. В чем сходство и различия между углеродом и кремнием?

Углерод (C) и кремний (Si) являются элементами одной группы Периодической системы, что обуславливает их сходства, однако из-за нахождения в разных периодах они имеют и существенные различия.

• Положение в Периодической системе: Оба элемента находятся в 14-й группе (по старой классификации — IVА группе) Периодической системы химических элементов.

• Электронное строение: Атомы углерода и кремния имеют по 4 валентных электрона на внешнем энергетическом уровне. Электронная конфигурация внешнего слоя для углерода — $2s^22p^2$, для кремния — $3s^23p^2$.

• Валентность и степени окисления: Наиболее характерная валентность для обоих элементов — IV. Они могут проявлять степени окисления от –4 до +4. Например, в метане ($CH_4$) и силане ($SiH_4$) степень окисления равна –4, а в высших оксидах ($CO_2$ и $SiO_2$) — +4.

• Тип химической связи: Оба элемента преимущественно образуют ковалентные связи. В своих соединениях и простых веществах (алмаз, кристаллический кремний) атомы часто образуют 4 связи, направленные к вершинам тетраэдра.

• Аллотропия: И углерод, и кремний существуют в виде нескольких аллотропных модификаций. Углерод известен в формах алмаза, графита, графена, фуллеренов и др. Кремний существует в аморфной и кристаллической (с решеткой типа алмаза) формах.

• Типы соединений: Оба образуют гомологические ряды гидридов (алканы $C_nH_{2n+2}$ и силаны $Si_nH_{2n+2}$) и высшие оксиды состава $ЭО_2$ ($CO_2$, $SiO_2$), которые являются кислотными.

• Атомный радиус и электроотрицательность: Кремний находится в третьем периоде, а углерод — во втором. Поэтому атом кремния значительно крупнее атома углерода, а его электроотрицательность ниже (C: 2,55; Si: 1,90 по шкале Полинга).

• Способность к катенации: Энергия связи C–C (~348 кДж/моль) значительно выше, чем у связи Si–Si (~226 кДж/моль). Из-за этого углерод способен образовывать длинные, разнообразные и устойчивые цепи, что является основой органической химии. Кремний также образует цепи (силаны), но они гораздо менее устойчивы и их длина ограничена.

• Образование кратных связей: Малый размер атома углерода позволяет его p-орбиталям эффективно перекрываться, образуя прочные двойные (C=C, C=O) и тройные (C≡C) связи. Для более крупного атома кремния такое перекрывание затруднено, поэтому соединения с кратными связями Si=Si или Si≡Si крайне редки и нестабильны.

• Свойства высших оксидов: Диоксид углерода ($CO_2$) при стандартных условиях — газ, состоящий из отдельных молекул O=C=O. Диоксид кремния ($SiO_2$) — твердое тугоплавкое вещество с атомной кристаллической решеткой, где каждый атом кремния ковалентно связан с четырьмя атомами кислорода.

• Распространенность и роль в природе: Углерод — основа жизни, ключевой элемент всех органических веществ. Кремний — основа неживой природы, второй по распространенности элемент в земной коре (после кислорода), главный компонент песка, глины и большинства силикатных минералов.

• Электрические свойства: Кристаллический кремний является полупроводником, что сделало его основой современной электроники. Аллотропные модификации углерода сильно различаются по этому свойству: алмаз — диэлектрик, а графит — проводник.

Ответ: Сходство углерода и кремния обусловлено их одинаковым положением в 14-й группе Периодической системы и наличием четырех валентных электронов, что определяет схожую валентность (IV) и способность образовывать ковалентные связи. Различия вытекают из их принадлежности к разным периодам: больший атомный радиус и меньшая электроотрицательность кремния приводят к более слабым связям Si-Si, неспособности образовывать стабильные кратные связи и, как следствие, к фундаментальному различию в их свойствах и роли в природе — углерод является основой органического мира, а кремний — неорганического.