IV grupa Periodnog sistema

IV Grupa

Opšta konfiguracija:ns2np2

Stabilna

oksidac. stanja

Koeficijent

elektronegat.

Energija

jonizacije

Jedinjenja

Ugljenik

Cnem

etal

(-), +2, +4

2,5

kovalentna

Silicijum

Si

semim

etal

+4

1,8

kovalentna

Germanijum

Ge

semim

etal

+4

1,8

kovalentna

Kalaj

Sn

metal

+2, +4

1,8

jonska/koval

Olovo

Pb

metal

+2, +4

1,8

jonska

126-12-2013

IV+2

+4

CCO

neutralan

CO

2kiseo

H2CO

3

Si

SiO

2kiseo

H4SiO

4

Ge

GeO

2am

foteran

H4GeO

4

24

4

jače

kiseleosobine

Sn

SnO

amfoteran

Sn(O

H) 2

kisele= bazne

SnO

2am

foteran

Sn(O

H) 4

jače

kiseleosobine

Pb

PbO

amfoteran

Pb(O

H) 2

jače

bazneosobine

PbO

2am

foteran

Pb(O

H) 4

jače

kiseleosobine

sp3

Csp

2

120o

C

U prirodi:elem

entaran i u obliku jedinjenja

Alotropske modifikacije ugljenika

UGLJENIK, C

sp3

sp2

Fulereni

Dijamant

C60

Grafit

slojevita struktura

Van der

Valsove

kovalentne veze

kovalentne veze

3

teraedarska struktura

ne provodi struju

Nanotubule

delokalizovane π πππveze

provode struju

Valsove

veze

Aktivni ugalj

-ugljenik grafitne strukture

-Carbo m

edicinalis, adsorbens

+2: CO

Izabrana jedinjenja ugljenika:

4

+2: CO

+4: CO

2

H2CO

3

Karbonati

-gas bez boje i m

irisa

-jako redukciono sredstvo

-malo rastvorljiv u vodi

Ugljenik(II)-oksidCO

ugljen-monoksid

Osobine: -malo rastvorljiv u vodi

-indiferentan (neutralan) oksid

-OTROVAN

!!!!

O2+ hem

oglobin

CO + hem

oglobin

5

onem

ogućen transport O

2

~ 200 puta stabilniji kompleks

-gas

(u atm

osferi oko 0,04 %

)

-jedna zapremina vode rastvara jednu zapreminu CO

2

-molekul CO

2je nepolaran

struktura:

Ugljenik(IV)-oksidCO2

ugljen-dioksid

Osobine: struktura:

-kiseo oksid

-CO

2nije otrvan

(velika koncentracija CO

2→

smanjen parcijalni pritisak O

2→gušenje) 6

K = 3,1x10-7

(pK=6,5)

ako se isključi molekulski oblik H

2CO

3(1%) :

Ravnoteže u vodenom rastvoru CO2:

99%

1%

CO

2(aq) + H

2O ⇄

H2CO

3⇄

HCO

3-+ H

+

CO

2(aq) + H

2O ⇄

HCO

3-+ H

+K = 3,1x10

(pK=6,5)

CO

2(aq) + H

2O ⇄

HCO

3+ H

Karbonatna (ugljena) kiselina, H

2CO3:

H2CO

3⇄

HCO

3-+ H

+K

a1 = 1,3x10-4

(pK

a1=3,9)

HCO

3-⇄

CO

32-+ H

+K

a2 = 4,6x10-11

(pK

a2=10,3)

Soli ugljene kiseline:

7

Soli ugljene kiseline:

-hidrogenkarbonati (bikarbonati):

generalno rastvorljivi

(NaH

CO

3 slabije rastvorljiv)

-karbonati:

slabo rastvorljivi

osim karbonata alkalnih metala i (N

H4) 2CO

3

1114

14

7,7x10

1010

K− −−−

− −−−− −−−

= ==== ===

= ===

Ka HCO3-

= 4,6x10-11

NaH

CO

3�

Na+

+ HCO

3-

Vodeni rastvor NaHCO3

114

CO

Ha

HCO

b7,7x10

1,3x10

10

K

10K

32

3

− −−−

− −−−= ===

= ==== ===

− −−−

Ka HCO3-< K

b HCO3-

HCO

3-+ H

2O ⇄

H2CO

3+ OH

-(hidroliza)

baza

NaHCO3-antacid (za neutralisanje želudačne kiseline)

8

slabo bazno(0,1 m

ol/L; pH 8,4)

CO

32-+ H

2O ⇄

HCO

3-+ OH

-

Vodeni rastvor Na 2CO3

(hidroliza)

Na 2CO

3�

2Na+

+ CO

32-

baza

14

14

10

10

−−

Na 2CO3 otrovan !!! (zbog velike koncentracije OH-jona)

jako bazno: 0,1 m

ol/l, pH=11,7

4

11

14

HCO

a

14

CO

b10

x2,

24,6x10

10

K

10

K

3

23

−

−

−−

==

=

−

−

cK

]OH

[23

CO

b×

=−

−

( )

pH NaHCO3<< pH

Na 2CO3

[OH

- ] N

aHCO3<< [OH

- ] N

a 2CO3

9

Vodeni rastvori NaH

CO

3i Na 2CO

3istih koncentracija:

KbHCO

3-<< K

bCO

32-

•Reakcije hidrogenkarbonata i karbonata sa kiselinama jačim od H

2CO3

HCO

3-+ H

+→

CO

2(g) + H

2O

CO

32-+ 2H

+→

CO

2(g) + H

2O

Rastvorljivi karbonati:

CaC

O3 (s) + 2H

+ + 2Cl-→

CO

2 (g)+ H

2O

+ Ca2

++ 2Cl-

2Na+

+ CO

32-+ 2H

++ 2Cl-→

CO

2(g)+ H

2O + 2Na+

+ 2Cl-

Rastvorljivi karbonati:

Slabo-rastvorljivi karbonati:

(laboratorijsko dobijanje CO

2)

10

(laboratorijsko dobijanje CO

2)

•Rastvaranje CaCO3pod dejstvom CO2

(sporo)

CaC

O3 (s) + CO

2+ H

2O ⇄

Ca2

++ 2HCO

3-

-nastaje hidrogenkarbonat

•Zagrevanje rastvora hidrogenkarbonata

Ca2

++ 2HCO

3-→ CaC

O3(s) + CO

2(g) + H

2O

t t2Na+

+ 2HCO

-→ 2Na+

+ CO

2-+ CO

(g) + H

O

-nastaje karbonat

t2Na+

+ 2HCO

3-→ 2Na+

+ CO

32-+ CO

2(g) + H

2O

11

Bikarbonatni (hidrogenkarbonatni) pufer

CO2(aq) / HCO3-ili H

2CO3 / HCO3-

glavni ekstracelularni pufer

kiselina

konjugovana

baza

CO2(aq) + H

2O ⇄ ⇄⇄⇄

H2CO3⇄ ⇄⇄⇄HCO3-+ H

+

�CO2(g)

vodeni→

rastvor

gasovita→

faza

Henrijev zakon

K = 3,1x10-7

(pK = 6,5) 12

Henderson Hasselbalch-ovajednačina(H-H)-opšti oblik:

[kiselina]baza]

[konjug.

log

pK

pH

a+

=

H-H jednačinaza bikarbonatni pufer za 37 o C (fiziološki uslovi) :

H-H jednačina za bikarbonatni pufer:

2

-3

pCO

k

][HCO

log

pK

pH

Hx

+=

[CO

2 (aq)]=kH×pCO

2Henrijev zakon:

pCO

2–parcijalni pritisak CO

2

kH–koeficijent rastvorljivosti

(Henrijeva konstanta)

zavisi od tem

perature

Odnos koncentracija komponenata pufera na fiziološkom pH 7,4

2

-3

pCO

k

][HCO

log

6,1

pH

xH

+=

VAŽNO !!!!

H-H jednačinaza bikarbonatni pufer za 37 o C (fiziološki uslovi) :

PATOFIZIOLOGIJA

BIOHEMIJA

kH=0,03 p [mmHg]

kH=0,23 p [kPa]

Odnos koncentracija komponenata pufera na fiziološkom pH 7,4

120

pCO

k

][HCO

2

3

xH

=

−

6,1

-7,4

pCO

k

][H

CO

log

2

-

3

xH

=

3,1pCO

k

][H

CO

log

2

-

3

xH

=

13

CO2 (aq) + H

2O

H2CO3

H+ + HCO3-

pluća

bubrezi

Pomeranje ravnoteža pri dodatku H

+ (kiselina) ili OH-(baza):

CO2 (g)

H+joni pomeraju ravnotežu na levo

-H

+joni se vezuju za HCO

3-i nastaje CO

2

-HCO

3-se nadoknađuju reapsorpcijom iz bubrega,

a nastali CO

2se izbacuje preko pluća

OH-joni pomeraju ravnotežu na desno

pluća

OHjoni pomeraju ravnotežu na desno

-OH

-reaguju sa CO

2i nastaje HCO

3-

14

SILICIJUM, Si

SiO

2u prirodi:

-kristalni kvarc

-opal (poludragi kam

en)

-ahat (tvrd, za izradu avana)

Silicijum(IV)-oksidSiO

2

-ahat (tvrd, za izradu avana)

O Si

OO

Struktura: polimerizovan

Si

O

O

Si

O

OO

O

OSi

O

OO

15

O

O

O

tetraedarski raspored

(sp3hibridizacija)

O Si

O

OSi

OO

O

OSiO

OO

-ne rastvara se u H

2O i kiselinam

a (izuzev HF)

SiO

2(s) + 4HF →

SiF

4(g) + 2H

2O

SiO

(s) + 6HF →

H

SiF

+ 2H

O

OsobineSiO2:

-tvrd, teško se topi (jake veze Si-O)

SiO

2(s) + 6HF →

H

2SiF

6 + 2H

2O

heksafluorosilikatna kiselina

-sporo se rastvara u rastvorima bazam

a

SiO

2(s) + 2NaO

H →

Na 2SiO

3 + H

2O

Rastvori baza i HF ne čuvaju se u staklenim

posudam

a(staklo sadrži SiO

)Rastvori baza i HF ne čuvaju se u staklenim

posudam

a(staklo sadrži SiO

2)

16

Natrijum-silikat, Na 2SiO

3

-rastvorljiv u vodi

-vodeni rastvor reaguje bazno (hidroliza silikatnog jona)

-slaba kiselina

-polimerizuje

Ortosilikatna kiselinaH4SiO

4

ortosilicijumova kiselina

Osobine: OH

Si

OH

HO

OH

OH

HO

OH

OH

Si

-H2O

OH

Si

OH

OH

HO

OH

OH

Si

O

sušenje

Silika-gelSiO

2·nH2O

17

Na 2SiO

3silikatne kiseline

SiO

2·nH

2O

HCl

sušenje

Osobine:velika moć adsorpcije

-sredstvo za sušenje

-adsorbens u hromatografiji

Silikoni O

R Si

RRR Si

R = CH

3, C6H

5

Linearni polimeri: silikonska ulja

Mrežasti polimeri: smole i gume

Osobine:

nisu toksični

hem

ijski stabilni

term

o stabilni

Upotreba:

nauka

medicina

tehnika

18

KALAJ, Sn

Jedinjenja kalaja

+2: Sn(O

H) 2

kalaj(II)

stanat(II)

+4:

Sn(O

H) 4

kalaj(IV)

stanat(IV)

19

Kalaj(II)-hidroksid, Sn(OH) 2

Sn2++ OH-→

Sn(OH) 2(s)

Dodatkom baza u rastvore koji sadrže kalaj(II)-jone, Sn2+:

Sn(N

O3) 2

alkalni hidroksidi, NH

3

Amfoteran (kisele osobine ≈bazneosobine)

alkalni hidroksidi, NH

3

Sn(O

H) 2(s)+ 2H

+→ Sn2+ + 2H

2O

Sa kiselinamanastaje kalaj(II):

Sa jakimbazamanastaje stanat(II):

20

Sa jakimbazamanastaje stanat(II):

Sn(O

H) 2

(s)+ 2OH

-→ [Sn(O

H) 4]2-

tetrahidroksostanat(II)

[Sn(O

H) 4]2-, [Sn(O

H) 3]-, SnO

22-

Stanati se različito pišu:

OH

-OH

-

Kalaj(II) i stanat(II)jedinjenja

+2

Bazna sredina:

[Sn(O

H) 4]2-

stanat(II)

Sn2+

Sn(O

H) 2(s)

[Sn(O

H) 4]2-

alkalni hidroksidi, NH

3alkalni hidroksidi

[Sn(O

H) 4]2-

Sn(O

H) 2(s) Sn2+

H+

H+

Kiselasredina:

Sn2+ kalaj(II)

Sn(N

O3) 2

Jedinjenja kalaja stepena oksidacije +2 su redukciona sredstva

21

Jedinjenja kalaja stepena oksidacije +2 su redukciona sredstva

(oksiduju se do jedinjenja stepena oksidacije +4)

Sn2+

Sn4+

U kiselojsredini:

+ oksidaciono sredstvo

Ubaznojsredini:

+2 +4

[Sn(O

H) 4]2-

[Sn(O

H) 6]2-

+ oksidaciono sredstvo

Kalaj(IV)-hidroksid, Sn(OH) 4

Sn(O

H) 4(s)+ 4H

+→ Sn4+ + 4 H

2O

kalaj(IV)

Amfoteran (sa jače izraženim

kiselim

osobinam

a)

sa kiselinama:

kalaj(IV)

+4

Sn(O

H) 4

(s)+ 2OH

-→ [Sn(O

H) 6]2-

heksahidroksostanat(IV)

sa bazama (NaOH, KOH):

22

OLOVO, Pb

Jedinjenja olova

+2: Pb(O

H) 2

olovo(II) soli

+4: PbO

2

Olovo i jedinjenja olova :kumulativni otrovi !!!!

Hronično trovanje olovom : saturnizam

23

Olovo(II)-hidroksid, Pb(OH) 2

Pb2++ 2OH

-→ Pb(O

H) 2

(s)

Dodatkom baza u rastvore koji sadrže olovo(II) jone, Pb2+:

Pb(N

O3) 2

alkalni hidroksidi, NH

3

Amfoterni (sa jače izraženim

baznim

osobinam

a)

alkalni hidroksidi, NH

3

Pb(O

H) 2

(s)+ 2H

+→ Pb2+ + 2H

2O

olovo(II)

sa kiselinama:

24

Pb(O

H) 2

(s)+ OH

-→ [Pb(O

H) 3]-

trihidroksoplumbat(II)

sa jakim bazama (NaOH, KOH):

Rastvorljive -sa jednovalentnim anjonima

NO

2- , NO

3- , ClO

3- , ClO

4- , BrO

3- , CH

3COO

-

PbO

ili + kiselina →

so

Olovo(II)-soli

ili + kiselina →

so

Pb(O

H) 2

-malo se rastvara u hladnoj vodi

-rastvorljiv u kjučaloj vodi

Olovo(II)-hlorid, PbCl 2

Olovo(IV)-oksid,PbO2

25

-am

foteran (sa jače izraženim

kiselim

osobinam

a)

-izuzetno jako oksidaciono sredstvo u kiseloj sredini

Olovo(IV)-oksid,PbO2

+4

PbO2

Pb2+

+ red. sredstvo, H

+

1. ReakcijeHCl sa: CaC

O3; Na 2CO

3 ; NaH

CO

3;

2.NaH

CO

3se koristi kao antacid (za neutralisanje želudačne kiseline, HCl). Zbog

čega se Na 2CO

3ne sm

e koristitiumesto NaH

CO

3.

3. CO

2(aq) + H

2O ⇄

H2CO

3⇄

HCO

3-+ H

+

Kako dodatk HCl ili NaO

H utiče na ovu ravnotežu ?

Uvežbavanje

Kako dodatk HCl ili NaO

H utiče na ovu ravnotežu ?

4. Za bikarbonatni (hidrogenkarbonatni) pufer navesti komponente koje ga sačinjavaju

i Henderson Hasselbalch-ovujednačinu.

5. Henderson Hasselbalch-ovajednačina za bikarbonatni pufer pri fiziološkim

uslovim

a.

6. Odnoskoncentracija komponenti bikarbonatnogpufera na fiziološkom pH 7,4.

7. Koje od sledećih jedinjenja i zašto se ne može koristiti kao antacid (za neutralisanje 2

6

7. Koje od sledećih jedinjenja i zašto se ne može koristiti kao antacid (za neutralisanje

HCl u želudcu)?

a)Al 2(SO

4) 3·nH

2O

b)

Al(OH) 3

c)NaH

CO

3

d)

MgO

8. Objasniti različito agregatno stanje CO

2i SiO

2.

9. Da li se rastvori NaO

H i HF m

ogu čuvati u staklenim

bocama? Zašto?

10. Jednačinam

a prikazati am

foternost Sn(O

H) 2.

11. Sa po jednom jednačinom prikazati sledeće promene:

Sn4+→

Sn(O

H) 4(s)→

[Sn(O

H) 6]2-

12. Sa po jednom jednačinom prikazati sledeće hem

ijske promene:

Sn

2+ →

Sn(O

H) 2(s) →

[Sn(O

H) 4]2-

13. Oksidacijom kalaj(II) jona u kiseloj sredini dobija se kalaj(IV) jon ili stanat(IV) jon

14. Form

ule kalaj(II) jona, kalaj(IV) jona, stanat(II) jona i stanat(IV) jona.

15. Oksidacijom stanat(II) jona u baznoj sredini dobija se kalaj(IV) jon ili stanat(IV) jon

27

16. Jednačinam

a prikazati am

foternost Pb(O

H) 2.

Pb2+ →

Pb(O

H) 2

(s)→ [Pb(O

H) 3]-

17. Sa po jednom jednačinom prikazati sledeće promene:

18. Kada se u rastvor Pb(N

O3) 2doda rastvor NaO

Hpojavi se talog (jednačina)

kojise

zatim rastvara u višku NaO

H (jednačina).

19. Jednačinama prikazati reakcije koje se odvijaju kada se NaO

H u višku postepeno dodaje u

rastvor Pb(N

O3) 2.

20. Jednačinom

prikazati reakciju

kojase odvija dejstvom NaO

H u višku na rastvor Pb(N

O3) 2.

21. Sa pojednom

jednačinom

prikazatisledećehem

ijske promene:

21. Sa pojednom

jednačinom

prikazatisledećehem

ijske promene:

[Pb(O

H) 3]-→

Pb(O

H) 2

(s)→

Pb2+

28