Атом углерода в основном состоянии может образовать две ковалентных связи по обменному механизму, но в обычных условиях такие соединения не образуются. Атом углерода, переходя в возбужденное состояние, использует все четыре валентных электрона.
Углерод образует довольно много аллотропных модификаций (см. рис. 16.2). Это алмаз, графит, карбин, различные фуллерены.
Алмаз – очень твердое бесцветное прозрачное кристаллическое вещество. Кристаллы алмаза состоят из атомов углерода в sp 3 -гибридизованном состоянии, образующих пространственный каркас.
Графит – довольно мягкое кристаллическое вещество серо-черного цвета. Кристаллы графита состоят из плоских слоев, в которых атомы углерода находятся в sp 2 -гибридном состоянии и образуют сетки с шестигранными ячейками.
Карбин – бесцветное вещество волокнистого строения, состоящее из линейных молекул, в которых атомы углерода находятся в sp -гибридном состоянии (=С=С=С=С= или –С 
С–С С–).
Фуллерены – молекулярные аллотропные модификации углерода с молекулами C 60 , C 80 и др. Молекулы этих веществ представляют собой полые сетчатые сферы.
Все модификации углерода проявляют восстановительные свойства в большей степени, чем окислительные, например, кокс (продукт переработки каменного угля; содержит до 98 % углерода) используется для восстановления железа из оксидных руд и ряда других металлов из их оксидов:
Fe 2 O 3 + 3C = 2Fe + 3CO (при высокой температуре).
Большую часть соединений углерода изучает органическая химия, с которой вы познакомитесь в 10-м и 11-м классах.
В неорганических веществах степень окисления углерода +II и +IV. С такими степенями окисления углерода существуют два оксида .
Оксид углерода(II) – бесцветный ядовитый газ, без запаха. Тривиальное название – угарный газ. Образуется при неполном сгорании углеродсодержащего горючего. Электронное строение его молекулы см. на стр. 121. По химическим свойствам CO несолеобразующий оксид, при нагревании проявляет восстановительные свойства (восстанавливает до металла многие оксиды не очень активных металлов).
Оксид углерода(IV) – бесцветный газ без запаха. Тривиальное название – углекислый газ. Кислотный оксид. В воде малорастворим (физически), частично реагирует с ней, образуя угольную кислоту H 2 CO 3 (молекулы этого вещества существуют только в очень разбавленных водных растворах).
Угольная кислота – кислота очень слабая (см. приложение 13), двухосновная, образует два ряда солей (карбонаты и гидрокарбонаты). Большинство карбонатов нерастворимо в воде. Из гидрокарбонатов как индивидуальные вещества существуют только гидрокарбонаты щелочных металлов и аммония. И карбонат-ион, и гидрокарбонат-ион – частицы основания, поэтому и карбонаты, и гидрокарбонаты в водных растворах подвергаются гидролизу по аниону.
Из карбонатов наибольшее значение имеют карбонат натрия Na 2 CO 3 (сода, кальцинированная сода, стиральная сода), гидрокарбонат натрия NaHCO 3 (питьевая сода, пищевая сода), карбонат калия K 2 CO 3 (поташ) и карбонат кальция CaCO 3 (мел, мрамор, известняк).
Качественная реакция на присутствие в газовой смеси углекислого газа: образование осадка карбоната кальция при пропускании исследуемого газа через известковую воду (насыщенный раствор гидроксида кальция) и последующее растворение осадка при дальнейшем пропускании газа. Протекающие реакции:
Ca 2 
+ 2OH 
+CO 2 = CaCO 3 + H 2 O;
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca 2 +2HCO 3 .
1. Составьте молекулярные уравнения реакций, для которых в тексте параграфа приведены ионные уравнения. 2.Составьте уравнения реакций, данных в тексте параграфа описательно. Составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства а) диоксида углерода, б) карбоната калия, в) карбоната кальция, г) гидрокарбоната натрия.
Получение и свойства углекислого газа.
16.5. Кремний
Кремний входит в состав большинства горных пород литосферы нашей планеты. Он образует множество минералов, из которых простейший по составу – кварц (SiO 2 ). Кварц входит в состав гранитов и других горных пород.
Элемент кремний образует одно простое вещество с тем же названием. Это немолекулярное вещество со структурой алмаза, которому кремний лишь немного уступает по твердости. За последние полвека кремний стал абсолютно необходимым материалом для нашей цивилизации, так как его монокристаллы используются практически во всей электронной аппаратуре.
Кремний – довольно инертное вещество. при комнатной температуре он практически ни с чем кроме фтора и фтороводорода не реагирует:
Si + 2F 2 = SiF 4 ;
Si + 4HF = SiF 4 + 2H 2 .
При нагревании в виде тонко измельченного порошка сгорает в кислороде, образуя диоксид (SiO 2 ). При сплавлении со щелочью или при кипячении с концентрированными растворами щелочей образует силикаты:
Si + 4NaOH = Na 4 SiO 4 + 2H 2 ;
Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2 .
Монооксид кремния SiO – несолеобразующий оксид ; легко окисляется до диоксида.
Диоксид кремния SiO 2 – немолекулярное вещество каркасного строения. С водой не реагирует. кислотный оксид – при сплавлении со щелочами образует силикаты, например:
SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O .
Кремниевая кислота (точнее метакремниевая) – немолекулярное вещество с простейшей формулой H 2 SiO 3 . Структурная формула:
Это очень слабая нерастворимая в воде кислота. Ее соли образуются при реакции этой кислоты с растворами щелочей. Они очень сильно гидролизованы. Большинство силикатов нерастворимо в воде.
1.Составьте уравнения реакций, данных в тексте параграфа описательно.
2.Составьте уравнения реакций, характеризующих химические свойства а) диоксида кремния, б) силиката натрия.
Химические свойства силиката натрия
16.6. Алюминий
Атом алюминия существенно больше по размерам, чем атомы других разобранных в этой главе элементов. Он не склонен принимать электроны, но и затраты энергии на превращение его в трехзарядный катион очень велики.
Алюминий – следующий по распространенности в литосфере Земли элемент после кремния. Самостоятельно и вместе с кремнием он образует множество минералов: полевые шпаты, слюды, корунд Al 2 O 3 и его драгоценные разновидности (бесцветный лейкосапфир, содержащий примеси хрома рубин, содержащий примеси титана сапфир).
Простое вещество алюминий – серебристо-белый блестящий легкий металл. Чистый алюминий очень мягкий, его можно прокатывать в тонкую фольгу, вытягивать из него проволоку. У алюминия хорошая электропроводность. Он стоек к атмосферным воздействиям. Сплавы алюминия достаточно твердые, но хорошо обрабатываются. Алюминий не ядовит. Все это позволяет использовать алюминий в самых разнообразных отраслях промышленности: в авиационной, электротехнической, пищевой промышленности, в строительстве. Широко используется алюминий и в быту. Получают алюминий путем электролиза расплава его соединений.