Общая характеристика подгруппы углерода

В главную подгруппу четвертой группы входят углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn) и свинец (Pb).

Сверху вниз в подгруппе от углерода к свинцу неметаллические свойства уменьшаются, а металлические свойства и радиус атомов увеличиваются. Углерод и кремний являются неметаллами, германий проявляет свойства металла и неметалла, а олово и свинец относятся к типичным металлам.

Подгруппа углерода

Сравнитель- ные характе-ристики	6С углерод	14Si кремний	32Ge германий	50Sn олово	82Pb свинец
Электронное строение	1S^22S^22p^2	…3S^23p^2	…3d^104S^24p^2	…4d^105S^25p^2	…4f^145d^106S^26p^2
Степень окисления	-4, +2, +4	-4, +2, +4	+2, +4
Электро-отрицатель-ность	2,5	1,74	2,02	1,72	1,55
Нахождение в природе	В свободном состоянии ― алмаз, графит; в связанном ― уголь, нефть, известняк, мел СаСО3, мрамор, доломит магнезит, малахит	Кремнезем (SiO2), минералы ― алюмосиликаты натрия, калия, бария	Ag8GeS6 ― аргиродит, Cu3(Fe,Ge)S4 ― германит	SnO2 ― касситерит, Cu3FeSnS4 ― станнит	PbS ― галенит, PbSO4 ― англезит, PbCO3 ― церуссит
Содержание в земной коре, массовая доля, %	0,35	27,6	7·10^-4	4·10^-3	1,6·10^-3

Летучие водородные соединения, образуемые элементами подгруппы углерода, имеют общую формулу ЭН₄. Среди них только метан СН₄ является устойчивым соединением. Силан SiН₄ малоустойчив и самовоспламеняется на воздухе. Еще менее устойчивы GeН₄, SnН₄, PbН₄.

Низшие оксиды углерода и кремния СО и SiO являются несолеобразующими оксидами, а оксиды двухвалентных германия, олова и свинца GeО, SnО, PbО ― амфотерными оксидами.

Высшие оксиды углерода и кремния СО₂ и SiO₂ являются кислотными оксидами, которым соответствуют гидроксиды, проявляющие слабокислотные свойства ― угольная кислота Н₂СО₃ и кремниевая кислота Н₂SiО₃.

Амфотерным оксидам ― GeО₂, SnО₂, PbО₂ ― соответствуют амфотерные гидроксиды, причем при переходе от гидроксида германия Ge(ОН)₄ к гидроксиду свинца Pb(ОН)₄ кислотные свойства ослабляются, а основные усиливаются.

Биологическая роль углерода и кремния

Соединения углерода являются основой растительных и животных организмов (45 % углерода содержится в растениях и 26 % ― в животных организмах).

Характерные биологические свойства проявляют оксид углерода (II) и оксид углерода (IV). Оксид углерода (II) ― очень токсичный газ, так как он прочно соединяется с гемоглобином крови и лишает гемоглобин возможности переносить кислород от легких к капиллярам. При вдыхании СО человек может получить отравления, возможен даже смертельный исход. Оксид углерода (IV) особенно важен для растений. В клетках растений (особенно в листьях) в присутствии хлорофилла и под действием солнечной энергии происходит фотосинтез глюкозы из углекислого газа и воды с выделением кислорода.

В результате фотосинтеза растения ежегодно связывают до 150 млрд. т углерода и 25 млрд. т водорода, и выделяют в атмосферу до 400 млрд. т кислорода. Ученые установили, что растения получают около 25 % СО₂ через корневую систему из растворенных в почве карбонатов.

Кремний растения используют для построения покровных тканей. Содержащихся в растениях кремний, пропитывая клеточные стенки, делает их более твердыми и устойчивыми к повреждениям насекомыми, предохраняет их от проникновения грибной инфекции. Кремний находится почти во всех тканях животных и человека, особенно им богаты поджелудочная железа, печень, волосы, шерсть, кожа, кости, зубы, хрящи. У туберкулезных больных в костях, зубах и хрящах кремния значительно меньше, чем у здоровых людей. При таких заболеваниях, как экзема, чешуйчатый лишай, болезнь Боткина, отмечается уменьшение содержания кремния в крови, а при поражении толстой кишки ― наоборот, увеличение его содержания в крови.