Аналогия между углеродом и кремнием

Сходство между элементами одной группы становится еще менее очевидным в группе 1УА. Углерод представляет собой неметалл, который почти всегда образует четыре ковалентные связи с другими элементами. Его атомы полимеризуются в цепи, давая так называемые органические соединения, и могут образовывать друг с другом не только простые, но и кратные ковалентные связи. Кремний-неметалл, обладающий некоторыми металлическими свойствами, включая серебристый блеск. Он образует ограниченное число гидридов, называемых силанами, которые являются аналогами углеводородов и имеют общую формулу 51 Н2 + 2- Но такие цепи ограничены предельным значением х = 6, и даже силаны с низкой молекулярной массой реагируют с галогенами и кислородом со взрывом. Кремний образует еще один класс полимеров-силоксаны, в которых атомы 81 связаны через мостиковые атомы кислорода [c.454]

В отличие от углерода, кремний не образует циклических сое-динений с водородом или с очень длинной цепью. В условиях земной коры различия этих элементов проявляются еще больше. Здесь почти весь кремний находится в виде кислородных соединений, тогда как значительная часть углерода входит в состав органических соединений. Поэтому аналогии между углеродом и кремнием, которые пытались проводить в начале XX ст. многие исследователи, с современной точки зрения едва ли оправданы. [c.224]

Атомы элементов первого и второго периодов заметно отличаются от своих аналогов по подгруппе. Тем не менее целесообразно рассматривать их совместно по подгруппам, так как именно характерные различия (например, между углеродом и кремнием) помогают понять особую роль легких атомов в эволюции биологических систем. [c.145]

Кремний, являясь электронным аналогом углерода, отличается от него по энергии связи с атомами различных элементов, в том числе и между собственными атомами. В та бл. 15.8 приведены энергии связей между атомами кремния и углерода, а также между атомами кремния и других элементов. [c.490]

Алюминий, следующий за магнием, обладает заметной биологической активностью и является активатором некоторых энзимов,, а недостаток его в организме приводит к недостатку витамина Однако его роль все-таки значительно меньше, чем роль ионов натрия и магния. Атом алюминия слишком тян ел и велик для включения в структурную организацию клеток, а ион слишком мал и недостаточно поляризуем, чтобы попасть в число важнейших биологических катализаторов. Высокий заряд иона АР+ и склонность солей алюминия к гидролизу являются факторами, ограничивающими его роль в биохимических процессах. Другие качества, благоприятствующие участию в процессах жизнедеятельности (ковалентность связей, акцепторные свойства и т. п.) в большей степени присущи бору — аналогу алюминия во 2-м периоде. Предпочтительность бора, по сравнению с алюминием, доказывает предпочтительность элементов 2-го периода перед членами 3-го, Это становится особенно ясным при сравнении углерода с кремнием, который расположен в периодической системе под углеродом и так же как углерод способен к образованию четырех ковалентных связей. Кремния на Земле примерно в 135 раз больше углерода, но в биохимическую эволюцию включился все же углерод. Причина этого, в первую очередь, в стабильности связей С—С и 51—51. В первом случае расстояние между атомами в 1,5 раза меньше и соответственно энергия разрыва связи в 2 раза больше, т. е. связь С—С стабильнее. Поскольку построение организмов предполагает образование длинных цепей атомов, то устойчивые связи углерода имеют несомненное преимущество перед связями кремния. Кроме того, у кремния имеется лишь небольшая тенденция к образованию кратных связей. Все это делает соединения кремния неустойчивыми в присутствии воды, кислорода или аммиака. Однако кроме устойчивости другой очень важной особенностью биогенных элементов является способность к образованию кратных связей. Это можно проиллюстрировать сравнением свойств СОо и ЗЮг. В оксиде углерода (IV) между атомами С и О имеются кратные (двойные) связи, каждая из которых образована двумя парами общих электронов. Внешний слой каждого пз атомов в СОг приобретает стабильную структуру октета. Все возмол<-ности образования связей у этой молекулы исчерпаны. Благодаря легкости атомов и ковалентности связей СОг является газом, довольно легко растворяется в воде, реагирует с ней и в такой форме может быть использован живыми организмами. У кремния способность к образованию кратных связей практически отсутствует или, во всяком случае, гораздо ниже, чем у атома углерода. Поэтому атом 81 соединен с О простыми связями, при образовании которых остаются неспаренными два электрона у кремния и по одному у каждого из атомов кислорода. Лишенные возможно- [c.181]

К стр. 38. В протоколе апрельского заседания РХО сказано Г. Густавсон, описав условия получения хлористого бора из борного ангидрида и пятихлористого фосфора, сообщает, что другие галоидные соединения фос- фора не действуют на борный ангидрид, причем указывает на аналогии между бором, кремнием и углеродом (ЖРХО, т. II, вып. 5 и 6, 1870, стр. 129). В статье О галоидных соединениях бора (там же, стр. 178—181) Густавсон писал Близкое сходство в этом отношении бора с углеродом — очевидно достаточно упомянуть о том, что в последнее время был получен [c.461]

Электронная структура атомов и связь ее с периодичностью свойств позволили Б. В. Некрасову установить два или три различных случая аналогии между элементами одной и той же группы и представить периодическую систему элементов с указанием рядов аналогов (см. табл. 5.3). Одни из них —полные аналоги, так как имеют однотипные структуры внещних электронных уровней при любой заданной валентности или степени окисления. Это все подгруппы элементов больших периодов. Таковы, например,, элементы-аналоги (обозначенные в табл. 5.3 сплошной чертой) II и III периодов — углерод и кремний (табл. 5.4, а). [c.95]

Кремний — ближайший аналог углерода. Между соединениями обоих элементов имеется, однако, гораздо меньше сходства, чем можно было бы ожидать по их близкому соседству в периодической системе. Существенные различия между соединениями углерода и кремния можно иллюстрировать сопоставлением простейших неорганических соединений. Достаточно сопоставить свойства оксида углерода (IV) и оксида кремния (IV), угольной и кремниевой кислот. Органические соединения кремния структурно напоминают соединения углерода (оба элемента четырехвалентны), но нередко существенно отличаются от них по свойствам. [c.257]

Основной причиной укоренения подобной номенклатуры явилось ложное представление первых исследователей кремнийорганических соединений о полной аналогии между соединениями кремния и соединениями углерода. [c.21]

Аналогия между всеми элементами этой группы выражается в том, что максимальная валентность их является одинаковой и равной четырем отличительные особенности заключаются в металлоидном характере углерода и кремния, незаполненной -электронной оболочке у элементов подгруппы титана и постепенном переходе от кремния к металлам — германию, олову и свинцу. Различие между этими элементами также проявляется в изменении характера связи, являющейся ковалентной для углерода, кремния, германия и олова (низкотемпературной модификации) и чисто металлической для аналогов титана и свинца. Металлический характер элементов в подгруппе германия возрастает сверху вниз. Таким образом, получается ряд элементов, где металлические свойства последовательно снижаются РЬ —> Зп Ое 31. Сходство и различие в строении атомов и характере связи обусловливает и различные виды взаимодействия с другими элементами периодической системы и, в частности, с кислородом. Эти элементы по подгруппам отличаются окисляемостью, свойствами кислородных соединений, образованием или отсутствием твердых растворов кислорода в металлах. [c.18]

Гибридизация одной 5- и трех р-орбиталей ( р -г и б р и д и 3 а ц и я), как уже указывалось, объясняет валентности углеродного атома. Образование р -гибридных связей характерно также и для аналогов углерода — кремния и германия валентности этих элементов также имеют тетраэдрическую направленность. Может возникнуть вопрос — если гибридные орбитали обеспечивают большую концентрацию электронного облака между ядрами и, следовательно, более прочную связь, [c.176]

Как и углерод, в соединениях кремний образует ковалентные связи Подобно атомам углерода, атомы кремния могут соединяться друг с другом образуя цепи огромных размеров. В отличие от аналогичных соединений угле рода соединения кремния, содержаш,ие связи Si — Si, Si — Н и Si — X очень реакционноспособны, что проявляется, например, в очень легком гид ролизе. Кроме того, эти соединения гораздо легче поддаются термическому раз ложению, чем аналогичные соединения углерода. Инертность химических свя зей, столь характерная для соединений углерода, намного слабее выражена у гидридов и галогенидов кремния. Поэтому структурная аналогия между соединениями углерода и соединениями кремния сводится к простейшим веш,ествам. Единственной исключительно прочной связью кремния является связь Si — О. Она определяет особый характер химии кремния, так как является единственной связью, встречающейся в природных соединениях кремния. [c.509]

Но уже в случае соединений типа РгЗ (ОН) 2 аналогия между кремнием и углеродом должна утратиться, В самом деле при атоме углерода яе может удержаться более чем одна гидроксильная группа, и двухатомный спирт 2С(ОН)2 превращается в кетон Н2С = 0. [c.432]

Б. М. Михайлов (ИОХ АН СССР, Москва). Аналогия между бутадиеном и рассматриваемыми молекулами незаконна, поэтому явления, которые в докладе Егорова объясняются эффектом сопряжения, было бы проще объяснить индукционным влиянием атома кремния. Для контроля следовало бы изучить различные оптические свойства молекул, в которых имеется алкильная группа, связанная с электроположительным атомом, не имеющим, в отличие от кремния, невозбужденных ( -орбит. Таким атомом мог бы быть бор, более электроположительный, чем углерод. [c.283]

Кремний — ближайший аналог углерода. Между соединениями обоих элементов имеется, однако, гораздо меньше сходства, чем можно было бы ожидать по их близкому соседству в периодической системе. Это относится и к органическим производным кремния, которые структурно напоминают соединения углерода, ио заметно отличаются от них по свойствам. [c.347]

Аналогия между кремнием и углеродом проявляется в том, что их предельны соединения с водородом, хлором и кислородом имеют одинаковое строение. [c.13]

Соединения первой группы являются аналогами углеводородов с тем отличием, что атом углерода заменен атомом кремния. Собственно силаны очень неустойчивы. Они полностью гидролизуются водным раствором щелочи и самовоспламеняются на воздухе. Особенно непрочна связь между атомами кремния в соединениях, имеющих цепочку из двух кремниевых атомов, например [c.318]

Фосфор является электронным аналогом амта, одиако наличие во внешнем электронном слое атома свободных rf-орбиталей обусловливает различие свойств соединений фосфора и азота. Это различие аналогично тому, которое наблюдается мри переходе от углерода к кремнию, и связано с образованием донорно-акцепторных Я-связей между атомами фосфора и донорами электронных пар, в частности, кислородом. Поэтому при переходе от N к Р прочность связей Э-Н вследствие увеличения размера атома снижается, а связи Э-0 значительно упрочняются. [c.413]

К своему ближайшему аналогу — алюминию — бор стоит приблизительно в таком же отношении, как углерод к кремнию. Сходство между обоими элементами ограничивается преимущественно их одинаковой валентностью и непО средственно обусловленными ею свойствами. Во многих отношениях бор существенно отличается от алюминия, и в целом его химия похожа скорее на химию кремния. [c.346]

Из элементов главной подгруппы IV группы только средний член — германий — редкий элемент. Его легкие аналоги — углерод и кремний — основные неметаллы, определяющие строение органической и основной массы неорганической природы. Тяжелые аналоги — олово и свинец — обычные цветные металлы. Германий, следовательно, занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами, что определяет своеобразие его химических свойств [2,5]. [c.162]

Силициды в определенной степени являются аналогами карбидов и нитридов. Кремний в возбужденном состоянии имеет зр -кон-фигурацию валентных электронов, которая по сравнению с валентными электронами углерода ослаблена за счет более высокого главного квантового числа (/г = 3). Это приводит к усилению в силицидах непосредственных связей между атомами металлов (связей Ме — Ме). [c.14]

Кремний во многих элементооргаиических соединениях обычно имеет ковалентность близкую к четырем и так же, как и углерод, — тетраэдрическую направленность ковалентных связей. Связь его с углеродом малополярна. Связи кремния Si-Si и Si-Н легко разрушаются в полярных средах, а соответствуюшие соединения энергично реагируют с кислородом. Устойчивых кремнийорганических соединений, по своей структуре и составу аналогичных органическим соединениям с двойной или тройной связью между атомами кремния, не существует. Это связано с общим свойством для элементов третьего периода неспособностью к образованию прочных -связей. Поэтому отсутствуют устойчивые кремниевые аналоги органических соединений ароматических углеводородов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, сложных эфиров. [c.593]

Главная подгруппа III группы может служит характерным примером того правила, что первый элемент главной подгруппы по свойствам ближе к следующей главной подгруппе, а второй—к побочной подгруппе этой же группы. Бор, если не считать его валентность, по свойствам имеет очень мало общего со своими бо лее тяжелыми аналогами. Как кислотообразующий элемент, он стоит гораздо ближе к соседним углероду и кремнию. У алюминия общего с элементами побочной подгруппы третьей группы значительно больше, чем у бора. Он близок им не менее, чем тяжелым аналогам главной подгруппы. Во многих отношениях он занимает отчетливое промежуточное положение между бором и элементами побочной подгруппы, а не между бором и элементами главной подгруппы. Например, электроположительный характер правильно возрастает от бора через алюминий к лантану, в то время как в ряду бор — алюминий — галлий — индий — таллий, как уже указывалось, такое возрастание отсутствует. Теплоты образования хлоридов и окислов закономерно возрастают от бора и алюминия к лантану, в то время как от алюминия к таллию они падают (см. рис. 1, стр. 34). Сходство алюминия с его тяжелыми аналогами из главной подгруппы особенно проявляется в одинаковом строении водородных соединений. С галлием и индием алюминий объединяет также такое характерное для этих элементов свойство, -как способность к образованию квасцов. [c.354]

Кремний, являясь электронным аналогом углерода, отличается от него по энергии связи с атомами различных элементов, в том числе и между собственными атомами. В табл. 139 приведены данные по энер- [c.493]

Гибридизация одной s- и трех р-орбиталей (sp -гибридизация), как уже указывалось, объясняет валентности углеродного атома. Образование sp -гибридных связей характерно также и для аналогов углерода — кремния и германия валентности этих элементов также имеют тетраэдрическую направленность. Может возникнуть вопрос — если гибридные орбитали обеспечивают большую концентрацию электронного облака между ядрами и, следовательно, более прочную связь, то почему они не возникают в НаО л NH3 На да шый вопрос следует ответить, что направленность связей в этих соединениях также можно объяснить sp -гибридизацией. Такой подход является даже более точным, чем изложенный на стр. 161 и 162. Не следует, однако, забывать, что оба подхода являются приближенными. При образовании молекулы HjO атом кислорода люжет приобретать конфигурацию наружного слоя где Ф2, Фз и — sp -гибридные волновые функции верхние индексы указывают количество электронов, занимающих данную орбиталь. Таким образом, две из четырех гибридных орбиталей атома кислорода заняты неспаренньши электронами и могут образовать химические связи угол между этими связями должен составлять 109,5°. Это значение ближе к экспериментальному (104,5°), чем величина 90°, даваемая схемой, рассмотренной на стр. 161. Однако если на стр. 161—162 пришлось объяснять отклонение теоретической величины от экспериментальной для молекулы HjO, то здесь нужно объяснить, почему углы между связями у аналогов воды HjS, HaSe и НаТе заметно отличаются от 109,5°. Это объясняется действием ряда факторов. В частности, в соединениях, содержащих большие атомы, связь слабая и выигрыш энергии в результате образования связи гибридными орбиталями не компенсирует некоторое возрастание энергии s-электронов, обусловленное их переходом на sp -гнбридные орбитали. Это препятствует гибридизации. Кроме того, как показали точные расчеты, при образовании связи Э—Н 25-орбитали кислорода (и азота) сильнее перекрываются с ls-орбиталями водорода, чем 2р-орбита-ли. Для аналогов кислорода, наоборот, сильнее перекрываются р-орбитали. Это обусловливает больший вклад s-состояний (гибридизацию) в образование химической связи в молекуле Н О, чем в ее аналогах. Поэтому валентные углы в H2S, HjSe и НаТе близки к 90°. [c.168]

Кремний является в значительной степени химическим аналогом углерода и образует обширный класс соединений с водородом, кислородом и галогенами так подобно гомологическому ряду углеводородов (метан СН4, этан СгНе, пропан СзН и т. д.), кремний образует кремневодороды силан 5 Н4, ди-силан Нз51—51Нз и трисилан Нз5 —5 Н2—51Нз. Однако имеется и значительная разница между соединениями кремния и углерода. Связь с водородными атомами у кремния слабее, чем у углерода. Гомологический ряд кремневодородов значительно короче, чем углеводородов, так как высшие кремневодороды вообще не получены, а низшие легко разлагаются водой и самовоспламеняются в присутствии кислорода [c.338]

Химики-кремнийорганики долгое время пытались понять природу связи 51 — Ос позиции ее аналогии с ковалентной связью С—О, что, учитывая резкое различие атомного строения кремния и углерода, нельзя признать правильным. Специалисты в области химии силикатов, напротив, настолько прониклись представлениями о чисто ионной структуре связи между атомами кремния и кислорода, что зачастую возводили ее в абсолют и решали все вопросы на основании ионных формул, например, 51 (0Н)Г- [c.10]

И сам углерод, и его аналоги могут существовать в нескольких аллотропических модификациях. Если для типичных неметаллов, например кислорода и серы, явление аллотропии связано с возможностью образования молекул различного состава, то в простых телах кристаллической структуры, например у у1 лерода, олова, кремния, аллотропия связана с возможностью построения кристаллических решеток различного типа. Так, в кристаллической структуре алмаза каждый атом углерода связан четырьмя связями с другими атомами таким образом, что все углы между связями равны 109,5°. Модель кристаллической решетки алмаза можно получить, если поместить атом углерода в центр тетраэдра на пересечении его высот и соединить его с четырьмя Е ершинами тетраэдра, поместив в них еще четыре атома углерода рассматривая каждый из этих атомов как центр нового тетраэдра, можно таким путем воспроизвести всю решетку. [c.95]

Разновидности кремнезема. Индивидуальная особенность кремния как элемента, резко отличающая его от его химического аналога углерода, заключается в том, что его окисел SiOa, будучи по эмпирической формуле сходен с СО2, отличается от двуокиси углерода нелетучестью. Объяснение столь резкого различия между GO2 и SiOg было предугадано Д. И. Менделеевым задолго до возникновения структурного ана- лиза. [c.417]

Качественные скачки при движении от элемента к элементу вдоль 3-го периода более ощутимы, чем во 2-м периоде, в котором от металла бериллия до элемента неметалла А-подгруппы — азота помещено два элемента (В и С). В 3-м же периоде между металлом алюминием и членом УА-подгруппы неметаллом — фосфором стоит всего лишь кремний. Этот элемент электро нньп т аналог углерода, но радиус 51 вдвое больше, а по потенциалу ионизации он близок не к углероду и не к соседям по периоду, а к бору. Проявляется диагональное сходство, но ядро кремния от внешних электронов экранировано сильнее, чем у бора, поэтому 51 легче переходит в высокое состояние окисления +4 или —4. Однако по отношению к атомам и группам с большим зарядом ядра и малым объемом координационное число кремния равно шести. Для кремния, как и других членов 3-го периода, правило октета строго не выполняется и довольно часто нарушается. Использование р-орбиталей при образовании кратных я-связей в 3-м периоде менее важно, чем для их аналогов из 2-го периода. К созданию таких связей они могут привлекать -орбитали, только в таком случае число электронных пар на внешнем уровне может быть более четырех. Кремний, как и последующие элементы 3-го периода, в соединениях имеет я-связи за счет участия свободных З -орбиталей. Поэтому, несмотря на большой размер атома кремния, связи его с кислородом, фтором или хлором прочнее, чем у углерода в СО, СР, СС1. Наоборот, связи 51—51 и 51—Н менее прочные, чем С—С или С—Н. У атомов кремния и фосфора 5- и р-орбитали тратятся на образование 0-связей, максимальное возможное число их —четыре. Для перекрывания и образования я-связей привлекаются некоторые из -орбиталей. Особенно подходят для этих целей и Чтобы иметь 5 орбиталей для связей, использу- [c.243]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология