Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Лекции МГУ: элементы 14 группы (три лекции)

Ключевые слова:  германий, кремний, лекции, олово, свинец, тьютору, углерод

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

30 декабря 2011

"Нанометр" параллельно с сайтом химического факультета МГУ продолжает публикацию материалов лекций общего потока 1 курса химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова "Общая и неорганическая химия", которые (надеемся, что лишь с небольшой задержкой) будут появляться 2 раза в неделю и содержать как иллюстративные материалы, так и "живую" видеозапись лекции. В каждой лекции будут содержаться один или несколько вопросов для размышлений, направленных на подготовленных (точнее, мотивированных студентов).

Ниже приводятся материалы лекции с двадцать третьей по двадцать пятую для химиков (Большая химическая аудитория, химический факультет МГУ), сначала иллюстративные, потом появится видеозапись.

Название лекции: Лекция 23-25. Элементы 14 группы.

Лектор: проф. А.В.Шевельков

Демонстрационные эксперименты: к.х.н., доц. С.Г.Дорофеев

Аудитория: БХА, химфак МГУ

Уровень: "новобранцы" химического факультета МГУ (студенты - химики)

Дополнительные вопросы лектора для официальных слушателей (повышение рейтинга по курсу для желающих): как получают и где применяется пористый кремний (ответы присылать на адрес электронной почты, указанный на 1 слайде ПЕРВОЙ лекции) Текущие ответы собираются, в декабре будет сделана проверка всех присланных решений.

Архивы лекций прошлых лет и предщественники - аналоги текущих лекций можно посмотреть на сайте химического факультета МГУ, в разделе учебных материалов по неорганической химии. Просьба обратить внимание, что перепечатка материалов с сайта химического факультета запрещена политикой конфиденциальности сайта химического факультета МГУ.

Использование приводящихся ниже материалов лекций в коммерческих целях также запрещено, запрещается также размещение лекций на других сайтах без согласования с авторами лекций (разумеется, за исключением сайта химического факультета МГУ, где они также будут постепенно появляться). При использовании (полном или частичном) материалов лекций в образовательных целях ссылка на текущий адрес лекции (гиперссылка) с указанием авторства и принадлежности лекций химическому факультету МГУ безусловно ОБЯЗАТЕЛЬНЫ.

Предыдущие лекции:

Прикрепленные файлы:
Lectures_group_14-2011.pdf (2.59 Мб.)

Материалы лекций (при использовании ссылка на авторство, гиперссылка на постоянный адрес лекции и принадлежность материалов курсу "Общая и неорганическая химия" химического факультета МГУ обязательны!).

 

Get the Flash Player to see this player.


1 часть видеолекций.
скачать встроить

Get the Flash Player to see this player.


2 часть видеолекций.
скачать встроить

Get the Flash Player to see this player.


3 часть видеолекций.
скачать встроить



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 28 ноября 2011 11:13 
Интересный анимационный фильм-"мультик" о графене сделали в Кембридже (Here's a nice short film (produced at Cambridge University) showing what's graphene's all about)
При просмотре pdf иллюстративных материалов лекций бросились в глаза несколько неточностей и других серьёзных недоработок. Надеюсь, их учёт позволит в дальнейшем совершенствовать лекции, чтобы они, без существенного увеличения объёма, могли удовлетворять самым высоким требованиям:
1.) Странно, что для Si степень окисления -4 указана без скобок, а для Ge - в скобках. Как результат вторичной периодичности, электроотрицательность Ge существенно выше, чем для Si, вследствие чего германидов с ионом Ge-4 даже больше, чем силицидов с ионом Si-4, за счёт соединений высоковалентных металлов - La4Ge3 и ThGe не имеют кремниевых аналогов. Тем более странно, что степень окисления -4 для Sn и Pb вообще не указана - для всех щелочноземельных металлов с магнием, а также для европия и иттербия существуют соединения M2Sn и M2Pb, относыщиеся к структурным антитипам ионных дигалогенидов (как стабильны и многие M2Si и M2Ge, но не все - метастабильность полученного Ba2Si обусловлена размерным фактором, тем же, что определяет эндотермичность недавно полученных метастабильных нитридов щелочных металлов Na3N и K3N). Наличие степени окисления -4 в соединениях от Mg2Si до Mg2Pb подтверждается не только их структурным типом, но и полупроводниковыми свойствами. Похоже, при указании сравнительных устойчивостей степени окисления -4 в лекции имелись в виду водородные соединения, что некорректно. Водородные соединения тетрелов нельзя использовать как общий пример соединений со степенью окисления -4, так как электроотрицательности тетрелов и водорода близки, и знак их разности нелинейно меняется: при всей близости свойств SiH4 и GeH4, первый из них - всё же гидрид (со степенью окисления кремния +IV, а не -IV), а второй - германид (как CH4 - карбид водорода, а не наоборот).
2) Температура сублимации графита сильно занижена (надо, как и в прочих случаях, приводить при атмосферном давлении), а плавления под давлением - вообще не указана, хотя, как к настоящему времени установлено (например, в работах с участием Башарина в Институте высоких температур), она является рекордно высокой среди всех известных твёрдых веществ, намного превышая температуру плавления смешанного монокарбида гафния-тантала, считавшуюся рекордной раньше. В том числе, на графике зависимости температур плавления и кипения от номера периода обе линии для углерода нельзя сводить в одну точку.
3) Если отдельно упоминать алмаз и лонсдейлит, то тогда и политипы графита тоже следует рассматривать по отдельности.
4) Странно, что не указаны термические свойства фуллеренов - хотя бы на примере важнейшего C60. Хотя МГУ выпускал толстенную книгу "Фуллерены" (Сидоров, Юровская и др.) с достаточно полным обзором свойств.
5) Перечислены далеко не все известные аллотропы элементов группы: из холодного графита при высоком давлении получается моноклинная форма sp3-C, отличная от политипов алмаза, при сверхвысоком давлении (достигаемом, в частности, фемтосекундной лазерной обработкой поверхности графита) углерод переходит в форму плотнее алмаза с 8 атомами в решетке, та же форма получена при сбросе давления из металлического кремния высокого давления (для германия аналогичным способом получена новая форма с другой структурой). Для кремния и германия получены и другие метастабильные формы - с клатратными структурами, практически очищенные от исходных примесей щелочных металлов - благодаря низким плотностям у них широкие запрещенные зоны, приводящие к появлению оптической прозрачности.
6) Анионы Цинтля образуют не только Ge, Sn и Pb, но и Si - недавно получен целый ряд таких соединений.
7) Фраза об увеличении полярности связи от CH4 к PbH4 - некорректно из-за нелинейного характера этой зависимости, причем с переменами знака.
8) Слайд "Карбиды" следует переименовать в "Бинарные соединения углерода", так как там присутствуют и соединения с более электроотрицательными неметаллами. Отнесение соединений C с P или As к молекулярным не вполне корректно: кроме недавно полученных межмолекулярных соединений фуллерена C60 с P4 или As4, в которых связей C-P и C-As вообще нет, в этих системах получены и столь же метастабильные аморфные полимеры, такие связи заведомо содержащие. Кроме того, метастабильные CS2 и CSe2 известны как в молекулярной, так и в полимерных формах. В МГУ недавно косвенным путем получено новое соединение углерода с серой - sulflower C16S8, плоская молекула которого состоит из восьми сопряженных ароматических тиофеновых циклов. Если промелькнёт рисунок этой молекулы, тем более в связи с МГУ, это надолго привлечёт внимание студентов к лекции.
9) Почему-то карбиды Cu, Ag и Hg, заведомо существующие (как минимум ацетилениды, а для ртути - и другие), хотя метастабильные и взрывчатые, в таблице карбидов не значатся.
10) У фторида C2F4 хорошо известны аналоги вплоть до C2I4 (последний - продукт термического разложения CI4 при плавлении). В отличие от C2F4, остальные галогениды этого типа не дают цепочечных полимеров (стерические причины). У галогенов от хлора до иода известны и очень эндотермичные вплоть до взрывчатости ацетилениды C2Hal2, а также соли трициклических 2пи-ароматических катионов C3Hal3+1 с анионами типа AlHal4-1, известны все шесть гексагалогенбензолов C6Hal6, и соли как минимум двух пергалогенированных циклопентадиенид-анионов C5F5-1 и C5Cl5-1.
11) Кроме CO2, CO и C3O2, известны и другие оксиды углерода - например, меллитовый ангидрид C6(C2O3)3 (получение самой кислоты в лекции упомянуто, спасибо) и скваратные производные ((C4O2)CCCC)3 и ((C4O2)CCCC)4, использованные для in situ генерирования реакционноспособных молекул циклических аллотропов углерода C18 и C24. Если учитывать и соединения со связями O-H и O-M, то следует упомянуть особый, весьма многочисленный класс веществ - оксоуглероды со своими уникальными особенностями, отличными от обычной органики, поэтому целесообразно упоминать о них в лекции по неорганической химии отдельным слайдом. А именно, на этом слайде следует указать 2пи-ароматические C6O6-2, C5O5-2, C4O4-2, C3O3-2 и логически продолжающий ряд их предшественник C2O2-2 (получаемый из CO и щелочных металлов - вполне неорганически), тример последнего C6O6-6 и продукт его протонирования C6(OH)6, хинон 1,4-C6O2(OH)4, насыщенные циклы C4(OH)8, C5(OH)10, C6(OH)12, а также ациклические C2(OH)2(COOH)2, C2(OH)4(COOH)2, C(OH)2(COOH)2, (COOH)2. Как критерий для возможности упоминания вещества в курсе неорганической химии, можно рассматривать отсутствие связей C-H, кроме простейшего соединения этого класса - метана - и других углеводородов, получаемых гидролизом карбидов (C2H2, C3H4).
12) Отдельного слайда (а может быть, на одном всё не уместится - потребуется два) заслуживает и класс веществ, химия которого, хотя известна давно, в последние годы бурно развивается - соединения углерода с азотом. На этом слайде желательно упомянуть мочевину CO(NH2)2, тиомочевину CS(NH2)2, карбамат аммония NH4NH2CO2, цианамиды (CaCN2, Na2CN2, NH2CN, NH4HNCN, ковалентные Si(NCN)2 и SiN(NCN)), дициандиамиды NaC2N3, NH4C2N3 и их тримеры Na3C3N3(NCN)3, (NH)3(CNCN)3, соли C(NCN)3-2, цианаты NCO-1 (в том числе NH4NCO), и их аналоги NCS-1 и NCSe-1, кислота HNCO и ее тример (CO)3(NH)3, карбонилцианат CO(NCO)2 и его полимер, галоцианы HalCN и их тримеры (HalCN)3, три изомерных тетрамера циановодорода C2(NH2)2(CN)2, гексааминобензол C6(NH2)6, важная перцианоорганика C(CN)3-1, C(CN)4, C2(CN)4, C5(CN)5-1, C6(CN)6, дициан (CN)2, его аморфный полимер и тример C3N3(CN)3, гуанидин C(NH2)2NH и его соли C(NH2)3+1, дициандиамин (NH2)2CNCN, дигуанидин (H2N)2CNC(NH2)NH, меламин C3N3(NH2)3, мелем C6N7(NH2)3 и его производные C6N7Hal3, C3N4(NH)3(CO)3, C6N7(NCN)3-2, мелон поли-C6N7(NH2)NH, как минимум 3 формы полимерного нитрида углерода C3N4 (мелемоидная графитоподобная и плотные sp3-формы альфа и бета) и две возможных структуры реакционноспособного мономера.
13) Называть твёрдые SiO и GeO индивидуальными соединениями можно только с большой долей условности. Обычно это метастабильные аморфные вещества переменного состава с сосуществованием всех возможных окружений атомов Si или Ge от 4 атомов Si или Ge до 4 атомов O в различных пропорциях, зависящих от условий получения - чем медленнее закалка паров монооксида, тем больше доля двух крайних типов координаций, вплоть до распада в нанокомпозит элемента и диоксида.
14) Студентам-химикам нельзя называть SiO2 нерастворимым: хотя равновесная растворимость SiO2 в воде достигается медленно, она достаточно велика (по памяти - около 0,01%), и растворы H4SiO4 с такой или меньшей концентрацией устойчивы к полимеризации.
15) На рисунке структуры Sn6O4(OH)4 почему-то не все связи нарисованы. У всех атомов олова координационное число 4, и у всех атомов кислорода в составе групп OH - тоже.
16) Следовало бы сказать о наличии признаков амфотерности у диоксидов от SiO2 до PbO2: все они с H3PO4 легко образуют фосфаты (обычно MP2O7, но для кремния известен и ортофосфат), где тетрелы октаэдрически координированы (в том числе кремний!), а как минимум начиная с олова известны и сульфаты. Октаэдрическая координация кремния, хотя и очень редко, встречается даже в некоторых силикатах - так, есть минерал таумасит {Ca3[Si(OH)6](H2O)12}(SO4)(CO3) с анионом Si(OH)6-2 с формой, типичной для гидроксостаннатов.
17) Среди интеркалатов графита имеет смысл упомянуть принципиально отличное от ковалентных C4F и CF бинарное соединение - бромид графита, а также для сравнения с ними упомянуть другие производные от структур элементов низшие галогениды - молекулярные соединения фуллерена C60 с S8, P4 (а могут быть и с галогенидами углерода - тоже в сумме бинарные) и клатратный субиодид германия {Ge(43+1/3)I(2+2/3)}I8.
18) На схеме превращений фуллерена C60 следует упомянуть его полимеризацию давлением через образование квадратных циклов в несколько форм фуллеритов, среди которых есть и обладающие рекордной твердостью (по некоторым данным - может превосходить твердость алмаза).

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Осторожно, платиновая радиация!
Осторожно, платиновая радиация!

Все члены сборной России получили медали на 30-й Международной биологической олимпиаде для школьников
21 июля в Сегеде (Венгрия) подвели итоги 30-й Международной биологической олимпиады для школьников. Российская сборная на состязании завоевала три серебряные медали и одну бронзовую.

Шесть медалей завоевали российские школьники на 60-й Международной математической олимпиаде
Стали известны итоги 60-й Международной математической олимпиады для школьников, которая проходила в Бате (Великобритания). Российская сборная завоевала две золотые и четыре серебряные медали.

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.