2

Дипломна робота

«р - елементи ІV групи»

План

Вступ.

Головна підгрупа ІV групи:

1. Карбон :

- карбон в природі

- алотропія карбону

- хімічні властивості карбону. Карбіди.

- діоксид карбону

- оксид карбону

- сполуки карбону з сульфуром і нітрогеном

- паливо і його види

2. Силіцій:

- силіцій в природі. Добування і властивості силіцію

- сполуки силіцію з гідрогеном і галогенами

- діоксид силіцію

- силікатні кислоти та їх солі

3. Германій.

4. Станум:

- властивості стануму

- сполуки стануму (II)

- сполуки стануму (ІV)

5. Плюмбум:

- властивості плюмбуму

- сполуки плюмбуму (II)

- сполуки плюмбуму (ІV)

Вступ

Головну підгрупу четвертої групи періодичної системи утворюють п'ять елементів -- карбон, силіцій, германій, станум і плюмбум.

При переході від карбону до плюмбуму розміри атомів зростають. Тому слід чекати, що здатність до приєднання електронів, а отже, і неметалічні властивості при цьому будуть слабішати, легкість же віддавання електронів зростатиме. Справді, уже в германію виявляються металічні властивості, а в стануму і плюмбуму вони переважають над неметалічними. Отже, тільки перші два члени описуваної групи є неметалами, германій зараховують і до металів, і до неметалів, станум і плюмбум -- метали.

Для елементів розглядуваної групи характерні ступені окислення +2 і +4. Сполуки вуглецю і кремнію, в яких ступінь окислення цих елементів дорівнює +2, нечисленні і порівняно малостійкі.

Деякі властивості елементів головної підгрупи четвертої групи і утворених ними простих речовин охарактеризовані в табл.

Деякі властивості карбону та його аналогів

	Карбон	Силіцій	Германій	Станум	Плюмбум
Будова зовнішнього електронного шару атома	2s2 2р2	3s2 3р2	4s2 4 р2	5s2 5р2	6s2 6р2
Енергія іонізації атома Е -> Е+, еВ	11,26	8,15	7,9	7,34	7,42
Відносна електронегативність	2,5	1,8	1,8	1,8	1,9
Радіус атома, нм	0,077	0,134	0,139	0,158	0,175
Стандартна ентальпія атомізації при 25° С, кДж на 1 моль атомів	715	451,9	379,1	302,1	195
Температура плавлення, °С	3750	1420	936	231,9	327,4
Температура кипіння, °С	* * * *	3300	2850	2620	1745
Густина, г/см3	Алмаз	2,33	5,32	Біле	11,34
	3,52			7,29
	Графіт			Сіре

КАРБОН (CARBONEUM)

Карбон у природі. Карбон у природі перебуває у вільному стані і у вигляді численних сполук. Вільний карбон трапляється у вигляді алмазу і графіту. Алмази утворюють окремі кристали або невеликого розміру зростки. Маса кристалів звичайно лежить у межах від тисячних до десятих часток грама. Найбільший із знайдених алмазів важив 621,2 г. Кристали нерідко мають забарвлення, спричинене домішками. Великі родовища алмазів є в Африці (Заір, ПАР), Бразилії, Індії.

Найбільші родовища графіту утворилися внаслідок дії високих температур і тиску на кам'яне вугілля.

Вугілля, яке також складається з карбону, утворюється штучно. Проте в природі є речовини, що наближаються за своїм складом до вугілля. Такими є різні види викопного вугілля, що утворюють у багатьох місцях земної кулі потужні відклади. Деякі з видів викопного вугілля містять до 99% карбону.

Сполуки карбону дуже поширені. Крім викопного вугілля, у надрах Землі є великі скупчення нафти, що є складною сумішшю різних сполук, які містять карбон, переважно вуглеводнів. У земній корі трапляються у величезній кількості солі карбонової кислоти, особливо карбонат кальцію. У повітрі завжди є діоксид карбону. Нарешті, рослинні і тваринні організми складаються з речовин, з утворенні яких головну участь бере карбон. Отже, цей елемент один з найпоширеніших на Землі, хоча загальний вміст його у земній корі становить лише близько 0,1% (мас).

Щодо численності і різноманітності своїх сполук карбон займає серед інших елементів особливе положення. Число вивчених сполук карбону оцінюють тепер приблизно в два мільйони, тоді як сполуки всіх інших елементів, разом взяті, обчислюються лиш сотнями тисяч.

Різноманітність сполук карбону пояснюється здатністю його атомів зв'язуватися між собою з утворенням довгих ланцюгів або кілець.

Алотропія карбону. У вільному стані карбон відомий у вигляді алмазу, що кристалізується в кубічній системі, і графіту, що належить до гексагональної системи. Такі форми його, як деревне вугілля, кокс, сажа, мають невпорядковану структуру. Синтетично добуто карбін і полікумулен -- різновидності карбону, що складаються з лінійних ланцюгових полімерів типу ... --С=С--С==С ... або ...=С= =С=С= ... . Карбін має напівпровідникові властивості. При сильному нагріванні без доступу повітря він перетворюється у графіт.

Алмаз -- безбарвна, прозора речовина, яка сильно заломлює світлові промені. Він кристалізується в кубічній гранецентрованій решітці. При цьому одна половина атомів розміщується у вершинах і центрах граней одного куба, а друга -- у вершинах і центрах граней другого куба, зміщеного відносно першого у напрямі його просторової діагоналі. Атоми карбону в алмазі перебувають у стані sр3-гібридизації і утворюють тривимірну тетраедричну сітку, у якій вони зв'язані один з одним ковалентними зв'язками 1. Відстань між атомами в тетраедрах дорівнює 0,154 нм. Структуру алмазу показано на мал. 1.

З усіх простих речовин алмаз має максимальне число атомів, що припадають на одиницю об'єму,-- атоми карбону «упаковані» в алмазі дуже щільно. З цим, а також з великою міцністю зв'язку у карбонових тетраедрах, пов'язано те, що за твердістю алмаз переважає всі відомі речовини. Тому його широко застосовують у промисловості: майже 80% добутих алмазів використовують для технічних цілей. Його використовують для обробки різних твердих матеріалів, буріння гірських порід. Будучи дуже твердим, алмаз разом з тим крихкий. Порошок, який дістають при подрібненні алмазу, застосовують для шліфування дорогоцінного каміння і самих алмазів. Відшліфовані прозорі алмази називаються діамантами.

У зв'язку з великою цінністю алмазів було зроблено багато спроб добути їх штучно з графіту. Однак довго ці спроби закінчувалися невдачею. Лише в 1955 р., застосувавши дуже високий тиск (порядку 10¹⁰ Па) і тривале нагрівання при температурі близько 3000° С, американським, а одночасно і шведським вченим удалося добути синтетичні алмази. Якщо алмаз прожарювати в кисні, він згоряє, утворюючи діоксид карбону. Якщо алмаз сильно нагріти без доступу повітря, то він перетворюється на графіт.

Графіт являє собою темно-сірі кристали з слабким металічним піском. Він має шарувату решітку. Всі атоми карбону перебувають тут у стані sp²-гібридизації: кожний з них утворює три ковалентні зв'язки з сусідніми атомами, причому кути між напрямами зв'язків дорівнюють 120°. В результаті виникає плоска сітка, складена з правильних шестикутників, у вершинах яких розміщені ядра атомів карбону відстань між сусідніми ядрами становить 0,1415 нм.

В утворенні зв'язків беруть участь три електрони кожного атома карбону. Четвертий електрон зовнішнього шару займає 2р-орбіталь, яка не бере участі в гібридизації. Такі негібридні електронні хмари атомів карбону орієнтовані перпендикулярно до площини шару і, перекриваючись одна з одною, утворюють делокалізовані ?-зв'язки. структуру графіту показано на рис. 118.



Сусідні шари атомів карбону в кристалі графіту перебувають на досить великій відстані один від одного (0,335 нм); це свідчить про малу міцність зв'язку між атомами карбону, розміщеними в різних шарах. Сусідні шари зв'язані між собою в основному силами Ван дер Ваальса, але частково зв'язок має металічний характер, тобто зумовлений «усуспільненням» електронів усіма атомами кристала 1. Цим пояснюється порівняно висока електропровідність і теплопровідність графіту не тільки в напрямі шарів, а й в перпендикулярному до них напрямі .

Розглянута структура графіту зумовлює сильну анізотропію його властивостей. Так, теплопровідність графіту у напрямі площини шарів дорівнює 4,0 Дж/(см * с * К), а в перпендикулярному напрямі становить 0,79 Дж/(см * с * К). Електричний опір графіту в напрямі шарів у 10⁴ раз менший, ніж у перпендикулярному напрямі.

Окремі шари атомів у кристалі графіту, зв'язані між собою порівняно слабко, легко відокремлюються один від одного. Цим пояснюється мала механічна міцність графіту. Якщо провести шматком графіту по папері, то дрібнесенькі кристалики графіту, що мають вигляд лусочок, прилипають до паперу, лишаючи на ньому сіру риску. На цьому ґрунтується застосування графіту для виготовлення олівців.

На повітрі графіт не загоряється навіть при сильному розжарюванні, але легко згоряє у чистому кисні, перетворюючись у діоксид карбону.

Завдяки своїй електропровідності графіт застосовується для виготовлення електродів. З суміші графіту з глиною роблять вогнетривкі тиглі для плавлення металів. Змішаний з мастилом графіт є чудовим мастильним засобом, оскільки його лусочки, заповнюючи нерівності матеріалу, створюють гладку поверхню, що полегшує ковзання. Графіт застосовують також як уповільнювач нейтронів у ядерних реакторах.

Крім природного у промисловості застосовують штучний графіт. Його добувають в основному з кращих сортів кам'яного вугілля. Перетворення відбувається при температурах близько 3000° C в електричних печах без доступу повітря.

Графіт термодинамічно стійкий у широкому інтервалі температур і тисків, зокрема за звичайних умов. У зв'язку з цим при розрахунках термодинамічних величин як стандартний стан карбону беруть графіт. Алмаз термодинамічно стійкий лише при високих тисках (вище за 10⁹ Па). Але швидкість перетворення алмазу в графіт стає помітною лише при температурах вище 1000° С; при 1750° C перетворення алмазу в графіт відбувається швидко.

«Аморфний» карбон (вугілля). При нагріванні сполук, що містять карбон, без доступу повітря з них виділяється чорна маса, яка називається «аморфним» карбоном або просто вугіллям. Такий карбон складається з дрібнесеньких кристаликів з розупорядкованою структурою графіту. Вугілля розчиняється у багатьох розплавлених металах, наприклад у залізі, нікелі, платині. Густина вугілля коливається від 1,8 до 2,1 г/см³.

Вугілля істотно розрізняється своїми властивостями залежно від способу добування і від того, з якої речовини його добуто. Крім того, воно завжди містить домішки, які дуже впливають на його властивості. Найважливіші технічні сорти вугілля такі: кокс, деревне вугілля, кісткове вугілля та сажа.

Кокс утворюється при сухій перегонці кам'яного вугілля, його застосовують, головним чином, в металургії у процесі виплавляння металів з руд.

Деревне вугілля утворюється при нагріванні дерева без доступу повітря. При цьому вловлюють цінні продукти сухої перегонки -- метиловий спирт, оцтову кислоту та ін. (Деревне вугілля застосовують у металургійній промисловості, в ковальській справі). Завдяки пористій будові, деревне вугілля має високу адсорбційну здатність.

Особливо добре вбирає гази активоване вугілля. Його застосовують для вбирання пари летких рідин з повітря і газових сумішей, як каталізатор у деяких хімічних виробництвах і в протигазах.

Вугілля має здатність адсорбувати не тільки гази, а й розчинені речовини. Цю його властивість відкрив наприкінці XVIII ст. російський академік Т. Є. Ловіц.

Кісткове вугілля утворюється за допомогою обвуглювання знежирених кісток. Воно містить від 7 до 11 % карбону, близько 80% фосфату кальцію та інші солі. Кісткове вугілля має дуже велику вбирну здатність, особливо щодо органічних барвників, і застосовується для видалення з розчинів різних барвників.

Сажа являє собою найчистіший «аморфний» карбон. У промисловості її добувають термічним розкладанням метану, а також спалюванням при недостатньому доступі повітря смоли, скипидару та інших речовин, багатих на карбон. Сажу застосовують як чорну фарбу (туш, друкарська фарба), а також у виробництві гуми як складову частину гуми.

Хімічні властивості карбону. Карбіди. При низьких температурах вугілля, графіт і особливо алмаз інертні. Якщо їх нагрівати, то активність збільшується: вугілля легко сполучається з киснем і є добрим відновником. Найважливіший процес металургії -- виплавляння металів з руд здійснюється за допомогою відновлення оксидів металів вугіллям (або оксидом карбону).

З киснем карбон утворює діоксид (або двоокис) карбону СО₂, який часто також називають вуглекислим газом, і оксид карбону (II), або окис карбону, CO.

При дуже високих температурах карбон сполучається з гідрогеном, сульфуром, силіцієм, бором і багатьма металами; карбон вступає в реакції легше, ніж графіт, і тим більше, алмаз.

Сполуки карбону з металами та іншими елементами, які є електропозитивними щодо карбону, називаються карбідами. Вони утворюються при прожарюванні з вугіллям металів або їхніх оксидів.

Карбіди -- кристалічні тіла. Природа хімічного зв'язку у них може бути різна. Так, багато карбідів металів головних підгруп І, II і III груп періодичної системи -- це солеподібні сполуки з переважанням іонного зв'язку. До них належать карбіди алюмінію А1₄С₃ і кальцію СаС₂. Перший з них можна розглядати як продукт заміщення гідрогену на метал у метані СН₄, а другий в ацетилені С₂Н₂.

Справді, при взаємодії карбіду алюмінію з водою утворюється метан:

А1₄С₃ + 12Н₂О = 4А1 (ОН)₃ + ЗСН₄|,

а при взаємодії з водою карбіду кальцію -- ацетилен:

СаС₂ + 2Н₂О = Са (ОН)₂ + С₂Н₂|.

У карбідах силіцію SiC і бору В₄С зв'язок між атомами ковалентний. Ці речовини характеризуються високою твердістю, тугоплавкістю, хімічною інертністю.

Більшість металів побічних підгруп IV--VIII груп періодичної системи утворюють карбіди, зв'язок у яких близький до металічного внаслідок чого ці карбіди де в чому схожі на метали, наприклад, мають значну електропровідність. Вони також мають високу твердість і тугоплавкість; (карбіди цієї групи застосовують у ряді галузей промисловості)

Більшість цінних властивостей чавунів і сталей зумовлені наявністю в них карбіду феруму Fе₃С.

Діоксид карбону. Карбонатна кислота. Діоксид карбону СО₂ весь час утворюється в природі при окисленні органічних речовин (гниття рослинних і тваринних залишків, дихання, згоряння палива). У великій кількості СО₂ виділяється з вулканічних тріщин і з води мінеральних джерел.

У лабораторіях діоксид карбону звичайно добувають, діючи на мармур СаСО₃ хлоридною кислотою в апараті Кіппа:

СаСО₃ + 2НС1 = СаС1₂ + Н₂О + C0₂

У промисловості велику кількість діоксиду карбону добувають при випалюванні вапна:

СаСО₃ = СаО + СО₂Т.

Діоксид карбону за звичайних умов -- безбарвний газ, приблизно в 1,5 раза важчий за повітря, завдяки чому його можна переливати як рідину, з однієї посудини в іншу. Маса 1 л СО₂ за нормальних умов становить 1,98 г. Розчинність діоксиду карбону у воді невелика: 1 об'єм води при 20° С розчиняє 0,88 об'єму СО₂, а при 0° С -- 1,7 об'єму. Застосовується діоксид карбону у виробництві соди за аміачнохлоридним способом , для синтезу карбаміду, добування солей карбонатної кислоти, а також газування фруктових і мінеральних вод та інших напоїв.

Під тиском близько 0,6 МПа діоксид карбону при кімнатній температурі перетворюється в рідину. Рідкий діоксид карбону зберігають у стальних балонах. При швидкому виливанні його з балона, внаслідок випаровування вбирається так багато теплоти, що СО₂ перетворюється на тверду білу снігоподібну масу, яка, не розтоплюючись, сублімується при --78,5° С. Твердий діоксид карбону під назвою «сухий лід» застосовують для охолодження продуктів, що швидко псуються, для виробництва і зберігання морозива, а також у багатьох інших випадках, коли потрібна низька температура.

Розчин СО₂ у воді має кислуватий смак і виявляє слабкокислу реакцію, зумовлену наявністю в розчині невеликої кількості карбонатної кислоти Н₂СО₃, що утворюється за такою оборотною реакцією:

СО₂ + Н₂ О = Н₂СО₃.

Отже, діоксид карбону є ангідридом карбонатної кислоти.

Рівновага цієї реакції дуже зміщена вліво, тому лише незначна кількість розчиненого СО₂ перетворюється на карбонатну кислоту.

Карбонатна кислота Н₂СО₃ може існувати лише у водному розчині. При нагріванні розчину діоксид карбону звітрюється, рівновага реакції утворення Н₂СО₃ зміщується вліво і врешті-решт лишається чиста вода.

Карбонатна кислота дуже слабка. У розчині вона дисоціює, головним чином, на іони Н⁺ і НСО3 і лише в мізерній кількості утворює іони СОз

Н₂СО₃ = Н⁺+ HCO₃^- = 2 Н⁺+ CO₃^2-

Константа дисоціації карбонатної кислоти у першому ступені, що враховує рівновагу іонів з усією кількістю діоксиду карбону в розчині (у формі СО₂ і у вигляді карбонатної кислоти), виражається співвідношенням:

Константа дисоціації у другому ступені:

Як двохосновна кислота, карбонатна кислота утворює два ряди солей -- середні і кислі; середні солі називаються карбонатами, кислі -гідрокарбонатами.

Солі карбонатної кислоти можна добути або дією діоксид карбону на луги, або за допомогою обмінних реакцій між розчинними солями карбонатної кислоти та солями інших кислот. Наприклад:

NaOH + СО₂ = NaHCO₃;

NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O;

ВаС1₂ + Na₂CO₃ = BaCO₃| + 2NaCl.

З слабкими основами карбонатна кислота здебільшого дає основні солі, прикладом яких може бути гідроксокарбонат купруму (СuОН)₂СО₃. Мінерал такого складу існує в природі і називається малахітом.

При дії кислот, навіть таких слабких, як оцтова, всі карбонати розкладаються з виділенням діоксиду карбону. Цією реакцією часто користуються для відкриття карбонатів, оскільки виділення СО₂ легко виявити за характерним шипінням.

При нагріванні всі карбонати, крім солей лужних металів, розкладаються з виділенням СО₂. Продуктами розкладання здебільшого є оксиди відповідних металів, наприклад:

MgCO₃ = MgO + CO₂|;

СаСО₃ = Са0 + СО₂|.

Гідрокарбонати лужних металів при нагріванні переходять у карбонати:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + СО₂| + Н₂О.

Більшість гідрокарбонатів, а також карбонати калію, натрію, рубідію, цезію і амонію розчиняються у воді; карбонати інших металів у воді не розчиняються.

Розчини карбонатів лужних металів внаслідок гідролізу мають сильнолужну реакцію:

Na₂CO₃ + Н₂О = NaHCO₃ + NaOH

або

CO₃ ^2- + H₂O = CO₃ ^- + OH ^-

З солей карбонатної кислоти у природі дуже поширений карбонат кальцію СаСО₃. Він зустрічається у вигляді вапняку, крейди, мармуру.

Карбонат кальцію у воді не розчиняється. Тому вапняна вода (розчин гідроксиду кальцію) при пропусканні через неї діоксиду карбону стає каламутною:

Са (ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃| + Н₂О.

Проте якщо пропускати СО₂ через вапняну воду довго, то каламутна спочатку рідина поступово світлішає і, нарешті, стає зовсім прозорою. Розчинення відбувається внаслідок утворення кислої солі -- гідрокарбонату кальцію:

СаСО₃ + Н₂О + СО₂ = Са (НСО₃)₂.

Гідрокарбонат кальцію -- речовина нестійка. При кип'ятінні розчину або тривалому його стоянні на повітрі гідрокарбонат розкладається з виділенням СО₂ й утворенням середньої солі.

Розчинністю гідрокарбонатів у воді пояснюється постійне пересування карбонатів у природі. Грунтові води, що містять СО₂, проходячи крізь грунт і особливо крізь шари вапняку, розчиняють карбонат кальцію і виносять його з собою у вигляді гідрокарбонату в струмки, ріки і моря. Звідти він потрапляє в організми морських тварин і йде на побудову їхніх скелетів або, виділяючи діоксид карбону, знову перетворюється на карбонат кальцію і відкладається у вигляді шарів.

Крім карбонату кальцію у природі у великій кількості зустрічається карбонат магнію MgCO₃, відомий під назвою магнезиту. Карбонат магнію, як і карбонат кальцію, легко розчиняється у воді, що містить СО_2.

Деякі карбонати є цінними рудами. їх використовують для добування металів, наприклад, шпатовий залізняк FeCO₃, галмей ZnCO₃.

Карбонат натрію, або сода, Na₂CO₃. У вигляді кристалогідрату сода відповідає формулі Na₂CO₃ * 10Н₂О. Але цей кристалогідрат легко вивітрюється -- втрачає частину кристалізаційної води.

Сода один з найважливіших продуктів основної хімічної промисловості, її у великій кількості використовують скляна, миловарна, целюлозно-паперова, текстильна, нафтова та інші галузі промисловості; її також застосовують для добування різних солей натрію. Застосовується сода і в побуті, головним чином як миючий засіб.

Тепер соду добувають у промисловості аміачнохлоридним способом, що грунтується на утворенні гідрокарбонату натрію при реакції між хлоридом натрію і гідрокарбонатом амонію у водному розчині.

Концентрований розчин хлориду натрію насичують аміаком, а потім пропускають у нього під тиском діоксид карбону, який добувають при випалюванні вапняку. Під час взаємодії аміаку, діоксиду карбону води утворюється гідрокарбонат амонію:

NH₃ + СО₂ + Н₂О = NH₄HCO₃,

який, вступаючи в обмінну реакцію з хлоридом натрію, утворює хлорид амонію і гідрокарбонат натрію:

NH₄HCO₃ + NaCl = NaHCO₈| + NH₄C1.

Гідрокарбонат натрію порівняно мало розчиняється в холодній воді і виділяється у вигляді осаду, який відфільтровують.

При прожарюванні гідрокарбонат натрію розкладається на карбонат, воду і діоксид карбону, який знову надходить у виробництво:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂| + H₂O.

Нагріваючи розчин, що містить хлорид амонію, з гашеним вапном, виділяють аміак:

2NH₄CI + Са (ОН)₂ = 2NH₃|+ СаС1₂ + 2Н₂О,

який також повертається у виробництво.

Отже, єдиним відходом виробництва є хлорид кальцію, що лишається у розчині після виділення аміаку і має обмежене застосування.

Добутий за аміачнохлоридним способом карбонат натрію не містить кристалізаційної води і називається кальцинованою содою.

Карбонат калію, або поташ, К₂СО₃ -- це білий порошок, що розпливається у вологому повітрі і добре розчиняється у воді. Його застосовують для виготовлення мила, тугоплавкого скла, у фотографії. Поташ добувають дією діоксиду карбону на розчин гідроксиду калію, що утворюється під час електролізу розчину хлориду калію:

2КОН + СО₂ = К₂СО₃ + Н₂О.

Важлива для практичних потреб сполука -- карбамід, або сечовина, CO(NH₂)₂ утворюється при взаємодії діоксиду карбону з аміаком під тиском:

СО₂ + 2NH₃ = CO (NH₂)₂+ Н₂О.

Оксид карбону (II). Оксид карбону (II), або окис карбону, CO-- безбарвний, отруйний газ, що конденсується в рідину лише при --192° С і твердне при --205° С. У воді оксид карбону розчиняється дуже мало і не вступає з нею в хімічну взаємодію. Шість валентних електронів атомів карбону і кисню розміщуються на трьох зв'язуючих молекулярних орбіталях, утворюючи потрійний зв'язок; цей зв'язок має високу міцність (1076 кДж/моль).

Утворення потрійного зв'язку в молекулі CO можна пояснити методом ВЗ. За рахунок двох неспарених електронів, які є у кожному з взаємодіючих атомів

виникають два ковалентні зв'язки:

Як показує ця схема, одна з орбіталей зовнішнього електронного шару атома карбону лишається незайнятою електронами. Отже цей атом може бути акцептором електронної пари. Атом же кисню зберігає на одній з р-орбіталей неподілену електронну пару і, отже, має електроноподібні властивості. В результаті утворюється ще один ковалентний зв'язок -- донорноакцепторний:



У молекулі, що утворилася таким способом, кожний з атомів має у зовнішньому шарі вісім електронів. Структуру молекули CO можна подати схемою: С=О.

Тут стрілкою показано зв'язок, що утворився за донорноакцепторним способом.

Розглянута реакція між карбоном та СО₂, що приводить до утворення оксиду карбону, відбувається у дуже великих масштабах у доменному процесі , а також у газогенераторах.

У лабораторіях оксид карбону (II) звичайно добувають, добавляючи відбирає від оцтової кислоти воду, виділяючи оксид карбону (ІІ):

НСООН = CO| + Н₂О.

Ця реакція показує, що оксид карбону (II) можна розглядати як ангідрид оцтової кислоти. Хоча оцтову кислоту не можна добути безпосередньо з оксиду карбону (II) і води, її солі утворюються при взаємодії їдких лугів з оксидом карбону при 150--200° С:

NaOH + CO = HCOONa.

На повітрі оксид карбону горить голубуватим полум'ям з виділенням великої кількості теплоти, перетворюючись в СО₂:

2СО + О₂ = 2СО₂ + 566 кДж.

На сонячному світлі або при наявності активованого вугілля (каталізатор) оксид карбону безпосередньо сполучається з хлором, утворюючи дуже отруйний газ -- фосген:

CO + С1₂ = СОС1₂.

Фосген -- важливий промисловий продукт. Його застосовують для виробництва ряду органічних і неорганічних речовин, наприклад барвників.

Оксид карбону (II) сполучається з багатьма металами, утворюючи карбоніли металів, наприклад карбоніл феруму Fe(CO)₆, карбоніл нікелю Ni(CO)₄. Останні дві речовини -- це леткі, дуже отруйні рідини. Більшість карбонілів металів -- кристалічні речовини. Найбільше практичне значення мають карбоніли нікелю, кобальту і феруму. їх застосовують для добування металів високої чистоти ,нанесення металічних покриттів; крім того, вони є каталізаторами багатьох важливих хімічних реакцій.

Хімічні зв'язки в молекулах карбонілів металів утворені за донорно-акцепторним способом і за рахунок неспарених електронних пар молекули CO та вільних орбіталей збудженого атома металу. Наприклад, у збудженого атома феруму є п'ять незайнятих орбіталей:

Тому молекула карбонілу феруму має склад, що відповідає формулі Fe (CO)₅.

При підвищеній температурі оксид карбону (II) -- добрий відновник, що відіграє важливу роль у металургії при відновленні металів з їхніх оксидів. Його використовують також як газоподібне паливо. Крім того, CO є однією з вихідних речовин у виробництві ряду органічних сполук.

Оксид карбону дуже отруйний і особливо небезпечний тим, що не має запаху; тому отруєння ним може статися непомітно. Отруйна дія оксиду карбону, відома під назвою чаду, пояснюється тим, що CO легко сполучається з гемоглобіном крові і робить його нездатним переносити кисень від легень до тканин. Якщо вдихати свіже повітря, то утворена сполука (карбоксигемоглобін) поступово руйнується, і гемоглобін відновлює здатність вбирати кисень.

Сполуки карбону з сульфуром і нітрогеном. З сполук карбону з сульфуром і нітрогеном велике практичне значення мають сульфід карбону CS₂ та ціаністоводнева (синильна) кислота HCN.

Сульфід карбону CS₂ добувають пропусканням пари сульфуру крізь шар розжареного карбону. Це безбарвна летка рідина, що сильно заломлює світло, кипить при 46° С. При тривалому зберіганні сульфід карбону стає жовтим і набуває неприємного запаху.

Сульфід карбону отруйний і легко загоряється. У ньому добре розчиняються сульфур, фосфор, йод, різні жири і смолисті речовини.

Ціаністоводнева кислота HCN. При високій температурі, наприклад в електричній дузі, карбон може безпосередньо сполучатися з нітрогеном, утворюючи безбарвний отруйний газ диціан, молекулярна маса якого відповідає формулі C₂N₂. За своїми хімічними властивостями диціан трохи схожий на галогени. Подібно до них, він утворює сполуку з гідрогеном HCN, що має кислотні властивості і дістала назву ціаністоводневої, або синильної, кислоти.

Ціаністоводнева кислота--безбарвна, дуже летка рідина, кипить при 26,7° С і має характерний запах гіркого мигдалю.

У водному розчині ціаністоводнева кислота лише незначною мірою дисоціює на іони

(К = 8 * 10^-10).

Ціаністоводнева кислота -- сильна отрута, що діє смертельно навіть у мізерних дозах (менше 0,05 г).

Солі ціаністоводневої кислоти називаються ціанідами. З них найбільше застосовується ціанід калію.

Ціанід калію KCN -- безбарвні кристали, що добре розчиняються у воді. Ціанід калію так само отруйний, як і синильна кислота. На повітрі під дією СО₂ він досить швидко розкладається, виділяючи синильну кислоту і перетворюючись на карбонат:

2KCN + Н₂О + СО₂ = К₂СО₃ + 2HCN.

Як сіль дуже слабкої кислоти, ціанід калію у воді гідролізується:

CN^- + Н₂О = HCN + ОН

Тому розчин ціаніду калію має лужну реакцію і дуже пахне синильною кислотою. Аналогічні властивості має і ціанід натрію.

Ціаніди калію і натрію здатні розчиняти при наявності кисню повітря золото і срібло. На цьому ґрунтується їх застосування для добування цих металів з руд. Крім того, їх використовують в органічному синтезі, для гальванічного золотіння і сріблення.

Паливо і його види. Нафта, природний газ, кам'яне вугілля, а також багато сполук карбону відіграють важливу роль у сучасному житті як джерела добування енергії. При згорянні карбону і сполук, що містять карбон, виділяється теплота, яку використовують для виробничих процесів, опалення, готування їжі. Більша ж частина теплоти перетворюється в інші види енергії і витрачається на виконання механічної роботи.

До основних видів палива належать викопне вугілля, торф, дрова, нафта і природний газ.

Викопне вугілля використовують безпосередньо для спалювання і для переробки у цінніші види палива -- кокс, рідке пальне, газоподібне паливо.

Викопне вугілля являє собою залишки стародавнього рослинного світу. Чим старіше вугілля, тим багатше воно на карбон. Розрізняють три головних види викопного вугілля.

Антрацит -- найдавніше з викопного вугілля. Відзначається великою щільністю і блиском. Містить у середньому 95% карбону.

Кам'яне вугілля містить 75--90% карбону. З усіх видів викопного вугілля застосовується найбільше.

Буре вугілля містить 65--70% карбону. Має бурий колір. Наймолодше з усіх видів викопного вугілля; часто зберігає сліди структури дерева, з якого воно утворилося. Буре вугілля має велику гігроскопічність і високу зольність (від 7 до 38%), тому його використовують тільки як місцеве паливо і як сировину для хімічної переробки. Зокрема, за допомогою гідрогенізації добувають цінні види рідкого палива -- бензин і гас.

Торф -- продукт першої стадії утворення викопного вугілля. Він відкладається на дні боліт з відмерлих частин болотного моху. Вміст карбону в торфі становить 55--60%. Основний недолік торфу як палива -- висока зольність. Його використовують як місцеве паливо.

При сухій перегонці торфу добувають деякі цінні хімічні продукти, а також торф'яний кокс, що містить дуже мало сульфуру; це дає змогу застосовувати торф'яний кокс для виплавляння високоякісного чавуну.

Дрова займають другорядне місце в загальному балансі палива. Застосування їх у промисловості весь час зменшується.

Нафту як паливо широко застосовують з кінця XIX ст., коли було винайдено двигун внутрішнього згоряння, що працює на продуктах переробки нафти.

Однак нафта -- не лише зручне і висококалорійне паливо, а й надзвичайно важливий вид сировини для виробництва найрізноманітніших хімічних продуктів (синтетичного спирту, миючих засобів, каучукоподібних матеріалів, розчинників тощо). Широко використовують як сировину для хімічної промисловості також попутні гази нафтовидобутку і гази нафтопереробки.

Природний газ, що складається з метану та інших насичених вуглеводнів,-- дуже дешеве і зручне паливо.

Природний газ -- чудове паливо і є також надзвичайно цінною, економічно вигідною сировиною для промисловості органічного синтезу. На базі природного газу у нашій країні побудовано ряд нових хімічних заводів; на цей вид сировини переводять також діючі хімічні підприємства.

Однакові кількості палива при спалюванні дають різні кількості теплоти. Тому для оцінки якості палива визначають його теплотворну здатність, тобто кількість тепла, що виділяється при повному згорянні 1 кг палива.

Подаємо приблизні значення теплотворної здатності (в кДж/кг) різних видів палива:

Сухе дерево	19 000	Антрацит	34 000
Сухий торф		Деревне вугілля
Буре вугілля	28000	Нафта	44 000
Кам'яне вугілля	35 000	Природний газ	50000

СИЛІЦІЙ

Силіцій у природі. Добування і властивості силіцію. Силіцій -- один з найпоширеніших у земній корі елементів. Він становить 27% (мас.) доступної нашому дослідженню частини земної кори, займаючи щодо поширеності друге місце після кисню. У природі силіцій трапляється лише в сполуках: у вигляді діоксиду силіцію SiO₂, що також називається ангідридом силіцію, або кремнеземом, і у вигляді солей силікатних кислот (силікатів). У природі найбільше поширені алюмосилікати, тобто силікати, до складу яких входить алюміній. До них належать польові шпати, слюди, каолін та ін.

Так само як карбон, входячи до складу всіх органічних речовин, є дуже важливим елементом рослинного і тваринного світу, силіцій -- основний елемент у світі мінералів і гірських порід. У більшості організмів вміст силіцію дуже невеликий. Проте деякі морські організми нагромаджують великі кількості силіцію. До багатих на нього морських рослин належать діатомові водорості, з тварин багато силіцію містять радіолярії, силіцієві губки.

Вільний силіцій можна добути, прожарюючи з магнієм дрібний білий пісок, що є діоксидом силіцію:

SiO₂ + 2Mg = 2MgO + Si.

При цьому утворюється бурий порошок аморфного силіцію.

Силіцій розчиняється у розплавлених металах. При повільному охолодженні розчину силіцію в цинку або в алюмінії силіцій виділяється у вигляді добре утворених кристалів октаедричної форми. Кристалічний силіцій має стальний блиск.

Кристали силіцію високої чистоти, що. мають мінімальне число дефектів структури, характеризуються дуже низькою електропровідністю; домішки і порушення правильності будови різко збільшують її.

Силіцій застосовують в основному в металургії і напівпровідниковій техніці. У металургії його використовують для видалення кисню з розплавлених металів; він є також складовою частиною багатьох сплавів, найважливіші з яких -- сплави на основі феруму, купруму та алюмінію. В напівпровідниковій техніці силіцій використовують для виготовлення фотоелементів, підсилювачів, випрямлячів. Напівпровідникові прилади на основі силіцію витримують нагрівання до 250° С, що розширює галузь їх застосування.

У промисловості силіцій добувають відновленням діоксиду силіцію коксом в електричних печах:

SiO₂ + 2С = Si + 2C0|.

Добутий цим способом силіцій містить 2--5% домішок. Силіцій високої чистоти, потрібний для виготовлення напівпровідникових приладів, добувають складнішим способом. Природний кремнезем переводять у таку сполуку силіцію, яка піддається глибокому очищенню. Потім силіцій виділяють з добутої чистої речовини термічним розкладанням або дією відновника. Один з таких способів полягає в перетворенні кремнезем у хлорид силіцію SiCl₄, очищенні цього продукту і відновленні з нього силіцію високочистим цинком. Дуже чистий силіцій можна добути також термічним розкладанням йодиду силіцію Sil₄ або силану SiH₄. Добутий цим способом силіцій містить дуже мало домішок і придатний для виготовлення деяких напівпровідникових приладів. Щоб добути ще чистіший продукт, його додатково очищають, наприклад зонною плавкою

У хімічному відношенні силіцій, особливо кристалічний, малоактивний; при кімнатній температурі він безпосередньо сполучається лише з фтором. Якщо аморфний силіцій нагрівати, то він легше сполучається з оксигеном, галогенами і сульфуром.

Кислоти, крім суміші фтористоводневої і нітратної, не діють на силіцій, але луги енергійно з ним реагують, виділяючи гідроген і утворюючи солі силікатної кислоти H₂Si0₃:

Si + 2КОН + Н₂О = K₂Si0₃ + 2H₂|

При наявності слідів лугу, що відіграє роль каталізатора, силіцій витісняє гідроген також з води.

Якщо в електричній печі розжарювати суміш піску і коксу, взятих у певному співвідношенні, то утворюється сполука силіцію з карбоном -- карбід силіцію SiC, що називається карборундом:

SiO₂ + ЗС = SiC + 2C0|

Чистий карборунд -- безбарвні дуже тверді кристали (густина 3,2 г/см³). Технічний продукт звичайно забарвлений домішками в темно-сірий колір.

За внутрішньою будовою карборунд є ніби алмазом, у якому половина атомів карбону рівномірно замінена атомами силіцію. Кожний атом карбону міститься в центрі тетраедра, у вершинах якого розміщено атоми силіцію; в свою чергу, кожний атом силіцію оточений подібним чином чотирма атомами карбону. Ковалентні зв'язки, що сполучають усі атоми в цій структурі, як і в алмазі, дуже міцні, чим пояснюється велика твердість карборунду.

Карборунд добувають у великій кількості; завдяки високій твердості і вогнетривкості він набув широкого застосування. З порошку карборунду виготовляють шліфувальні круги, бруски, шліфувальний папір. На його основі виробляють плити для підлог, платформ, переходів у метро і на вокзалах. З нього виробляють муфелі і футеровку для різних печей. Суміш порошків карборунду і силіцію -- матеріал для виготовлення силітових стержнів для електричних печей.

При високій температурі силіцій вступає в сполуку з багатьма металами, утворюючи силіциди. Наприклад, при нагріванні діоксиду силіцію з надлишком металічного магнію силіцій, що при цьому відновлюється, сполучається з магнієм, утворюючи силіцид магнію Mg₂Si:

4Mg + SiO₂ = Mg₂Si + 2MgO.

Сполуки силіцію з гідрогеном і галогенами. Якщо хлоридною кислотою подіяти на силіцид магнію Mg₂Si, то утвориться силіцієводень (силан) SiH₄, подібний до метану:

Mg₂Si + 4НС1 = 2MgCl₂ + SiH₄|

Силан SiH₄ -- безбарвний газ, який самозаймається на повітрі і згоряє з утворенням діоксиду силіцію та води:

SiH₄ + 2О₂ = SiO₂ + 2Н₂О.

Крім SiH₄, відомо кілька інших силіцієводнів, які мають загальну назву силанів, наприклад дисилан Si₂H₆, трисилан Si₃H₈. Силани аналогічні вуглеводням, але відрізняються від них малою стійкістю. Очевидно, зв'язок між атомами силіцію значно менш міцний, ніж зв'язок між атомами карбону, внаслідок чого ланцюги --Si--Si--Si-- легко руйнуються. Неміцний також зв'язок силіцію з гідрогеном, що свідчить про значне ослаблення неметалічних властивостей силіцію.

Хлорид силіцію SiCl₄ добувають нагріванням суміші діоксиду силіцію з карбоном в струмені хлору:

SiO₂ + 2С + 2С1₂ = SiCl₄ + 2C0|

або хлоруванням технічного силіцію. Хлорид силіцію -- це рідина, що кипить при 57° С.

При дії води хлорид силіцію повністю гідролізується з утворенням силікатної і хлоридної кислот:

SiCl₄ + ЗН₂О = H₂Si0₃ + 4HC1.

Внаслідок цієї реакції при випаровуванні SiCl₄ у вологому повітрі утворюється густий дим. Хлорид силіцію застосовують для синтезу силіційорганічних сполук.

Фторид силіцію SiF₄ утворюється при взаємодії фтороводню з діоксидом силіцію:

SiO₂ + 4HF = SiF₄| + 2H₂O

Це -- безбарвний газ з різким запахом.

Як і SiCl₄ у водних розчинах SiF₄ гідролізується:

SiF₄ + ЗН₂О = H₂Si0₃ + 4HF.

Фтороводень, що при цьому утворюється, взаємодіє з SiF₄. При цьому утворюється гексафторосилікатна (або силіцієфтористоводнева) кислота H₂SiF₆

SiF₄ + 2HF = H₂SiF₆.

Сумарний процес виражається рівнянням:

3SiF₄ + ЗН₂О = 2H₂SiF₆ + H₂Si0₃.

За силою гексафторосилікатна кислота наближається до сульфатної. Солі її -- силіцієфториди, або фторосилікати, здебільшого розчиняються у воді; малорозчинними є солі натрію, калію, рубідію, цезію, практично нерозчинна сіль барію. Сама кислота і всі фторосилікати отруйні.

Фторосилікат натрію Na₂SiF₆ застосовують як інсектицид; він також входить до складу сумішей для виробництва цементів та емалей. Розчинні фторосилікати магнію, цинку, алюмінію застосовують у будівництві. Ці речовини роблять поверхню будівельного каменя -- вапняку, мармуру -- водонепроникною. Така їх дія пояснюється утворенням малорозчинних фторидів і кремнезему.

Діоксид силіцію. Найстійкішою сполукою силіцію є діоксид силіцію, або кремнезем, SiO₂. Він трапляється у природі в кристалічному і аморфному стані.

Кристалічний діоксид силіцію трапляється головним чином у вигляді мінералу кварцу. Прозорі, безбарвні кристали кварцу, що мають форму шестигранних призм з шестигранними пірамідами на кінцях, називаються гірським кришталем Гірський кришталь, забарвлений домішками в ліловий колір, називається аметистом, а в буруватий -- димчастим топазом. Але частіше кварц трапляється у вигляді суцільних напівпрозорих мас, безбарвних або забарвлених у різні кольори. Однією з різновидностей кварцу є кремінь.

До дрібнокристалічних різновидностей кварцу належать агат і яшма. Кварц входить також до складу багатьох складних гірських порід, наприклад граніту і гнейсу.

З дрібних зерен кварцу складається звичайний пісок. Чистий пісок має білий колір, але частіше він буває забарвлений сполуками заліза в жовтий або червонуватий колір.

Кристалічний діоксид силіцію дуже твердий, не розчиняється у воді, плавиться близько 1610° С, перетворюючись у безбарвну рідину. Після охолодження цієї рідини утворюється прозора скловидна маса аморфного діоксиду силіцію, на вигляд схожа на скло.

Аморфний діоксид силіцію поширений у природі значно менше, ніж кристалічний. На дні морів є відклади тонкого пористого аморфного кремнезему, що називається трепелом, або кізельгуром. Ці відклади утворилися з SiO₂, що входив до складу організмів діатомових водоростей і деяких інфузорій.

Кислоти, за винятком плавикової, не. діють на діоксид силіцію. Плавикова кислота легко вступає з ним у реакцію, утворюючи фторид силіцію і воду. Кремнезем у вигляді піску широко застосовують і в будівництві, для виготовлення скла, кераміки, цементу, абразивів. Особлива галузь застосування кварцу пов'язана з тим, що він здатний деформуватися під дією електричного поля.

Цю властивість кристалів кварцу використовують у звукозаписуючій і звуковідтворюючій апаратурі і для генерації ультразвукових коливань.

Силікатні кислоти та їхні солі. Діоксид силіцію -- кислотний оксид. Йому відповідають слабкі малорозчинні у воді силікатних кислоти. їх можна подати загальною формулою nSiO₂ * mH₂0. У вільному стані виділено ортосилікатну H₄Si0₄, метасилікатна (або силікатну) H₂SiO₃ і кілька інших кислот. Метасилікатна кислота досить легко утворює перенасичені розчини, у яких вона поступово полімеризується і переходить у колоїдний стан. За допомогою стабілізаторів можна добути стійкі золі силікатної кислоти високої концентрації. Ці розчини застосовують у деяких виробництвах, наприклад для виготовлення паперу, обробки води. Якщо немає стабілізаторів, то золь силікатної кислоти переходить у гель. Коли висушити його, то утворюється пористий продукт (силікагель), що застосовуєтеся як осушувач та адсорбент.

Солі силікатних кислот -- силікати -- здебільшого у воді не розчиняються; розчиняються лише силікати натрію і калію. Вони утворюються у процесі сплавляння діоксиду силіцію з їдкими лугами або карбонатами калію і натрію, наприклад:

SiO₂ + 2NaOH = Na₂Si0₃ + H₂O;

SiO₂ + K₂CO₃ = K₂Si0₈ + CO₂|.

Завдяки зовнішній подібності до скла і розчинності у воді силікати натрію і калію дістали назву розчинного скла.

Розчинне скло у вигляді водних розчинів, що називаються рідким склом, застосовують для виготовлення кислототривкого цементу і бетону, газонепроникних штукатурок по бетону, для просочування тканин, виготовлення вогнезахисних фарб по дереву, для хімічного зміцнення слабких ґрунтів.

У розчинах Na₂Si0₈Ta K₂Si0₃ сильно гідролізовані: ці розчини мають лужну реакцію.

Наприклад, СаСО₃ можна розглядати як сполуку СаО і CO_2, A1₂(SO₄)₃ --як сполуку А1₂О₃ і 3SO₃ і т. д. На цій підставі при зображенні складу силікатів звичайно пишуть окремо формули діоксиду силіцію і всіх оксидів, що утворюють силікат, сполучаючи їх крапками.

Як уже зазначалося, силікати, що містять алюміній, називаються алюмосилікатами. Найважливішими з них є польові шпати.

До складу польових шпатів, крім оксидів силіцію й алюмінію, входять оксиди калію, натрію або кальцію. Звичайний польовий шпат, або ортоклаз, містить оксид калію; його склад виражається формулою К₂О * А1₂О₃ * 6SiO₂. Колір польових шпатів здебільшого буває білий або червоний. Польові шпати трапляються в природі у вигляді суцільних покладів і в складі гірських порід.

До алюмосилікатів належать також слюди, які можна розколювати на тонкі, гнучкі листочки. Слюди мають складну будову і поряд з силіцієм та алюмінієм містять гідроген, калій або натрій; до складу деяких слюд входять також кальцій, магній і ферум. Звичайна біла слюда, великі прозорі пластинки якої внаслідок їхньої тугоплавкості часто застосовують для закривання отворів у різних печах, є силікатом калію та алюмінію. Слюди, що містять велику кількість феруму і магнію, мають чорний колір. Окремо слюди зустрічаються не часто, але вони входять до складу багатьох гірських порід. З кристалів кварцу, польового шпату і слюди складаються найпоширеніші складні гірські породи -- граніти і гнейси.

На поверхні Землі мінерали і гірські породи, що стикаються з атмосферою, зазнаючи механічних і хімічних дій води і повітря, поступово змінюються і руйнуються. Це руйнування, зумовлене одноразовою діяльністю води і повітря, називається вивітрюванням. Наприклад, вода, що містить діоксид карбону, діє на ортоклаз так, що К₂О відщеплюється і, сполучаючись з СО₂, дає поташ К₂СО₃; відщеплюється також частина SiO₂, а залишок сполучається з водою і утворює новий силікат -- каолін, який є основою різних глин.

Розкладання ортоклазу можна виразити рівнянням:

К₂О * А1₂О₃. 6SiO₂ + СО₂ + пН₂О = К₂СО₃ + 4SiO₂ * (п -- 2) Н₂О + А1₂О₃ * 2SiO₂ * 2Н₂О.

Каолін

Чистий каолін трапляється досить рідко. Він має білий колір і містить лише незначну домішку кварцового піску. Такий каолін використовують для виготовлення фарфору. Звичайна глина -- це суміш каоліну з іншими речовинами, що забарвлюють її в жовтуватобурий або синюватий колір.

ГЕРМАНІЙ (GERMANIUM)

Цей елемент, існування якого у 1871 р. передбачив Д. І. Менделєєв на основі періодичного закону, відкрив у 1886 р. німецький хімік Вінклер. Загальний вміст германію в земній корі становить близько 0,0007% (мас). Мінерали, що містять германій в значній кількості, трапляються дуже рідко. Джерелом добування германію звичайно є побічні продукти, які утворюються під час переробки руд кольорових металів, а також зола від спалювання деяких видів вугілля.

У компактному стані германій має сріблястий колір і зовнішнім виглядом схожий на метал. При кімнатній температурі він стійкий проти дії повітря, кисню, води, хлоридної і розбавленої сульфатної кислот. Нітратна і концентрована сульфатна кислота окислюють його до діоксиду GeO₂, особливо при нагріванні:

Ge + 2H₂SO₄ = GeO₂ | + 2SO₂1 + 2H₂O.

Германій взаємодіє також з лугами при наявності пероксиду водню. При цьому утворюються солі германієвої кислоти - германати, наприклад:

Ge + 2NaOH + 2Н₂О₂ = Na₂GeO₃ + 3H₂O.

Сполуки германію (II) малостійкі. Значно характернішими для германію є сполуки, у яких ступінь його окислення дорівнює +4.

Діоксид германію GeO₂ -- білі кристали (густина 4,703 г/см³), які помітно розчиняються у воді, причому розчин проводить електричний струм. Діоксид германію добувають різними способами; зокрема, його можна добути нагріванням германію в кисні або окисленням його концентрованою нітратною кислотою.

Діоксид германію -- амфотерна сполука з сильно переважаючими кислотними властивостями, внаслідок чого він легко розчиняється в лугах, утворюючи германати.

Германоводні. Діючи на хлорид германію GeCl₄ амальгамою натрію у струмені водню або розкладаючи кислотами сплав германію з магнієм, можна добути тетрагідрид германію GeH₄. Це безбарвний газ, який аналогічно миш'яководню при нагріванні розкладається, утворюючи на стінках реакційної посудини металічне дзеркало.

Германій мав напівпровідникові властивості і з цим пов'язано його основне застосування. Германій, який використовують для виготовлення напівпровідникових виробів, дуже старанно очищають різними способами. Один з найважливіших способів добування високочистого германію -- це зонна плавка. Для надання очищеному германію необхідних електричних властивостей у нього вводять дуже невеликі кількості певних домішок. Такими домішками є елементи п'ятої і третьої груп періодичної системи, наприклад миш'як, сурма, алюміній, галій. Напівпровідникові прилади з германію (випрямлячі, підсилювачі) широко застосовуються в радіо і телевізійній техніці, радіолокації, електронно-обчислювальних машинах. З германію виготовляють також термометри опору.