Элементы IV а подгруппы
-
Общая характеристика элементов
-
Природные формы и методы получения
-
Простые вещества и соединения элементов
4. Области применения
1. Общая характеристика элементов
Углерод, кремний, германий, олово и свинец – элементы IVА-подгруппы Периодической системы Д. И. Менделеева. Углерод и кремний являются типичными неметаллами, а олово и свинец – типичными металлами.
Углерод является основой органической химии, главным органогенным элементом, необходимым компонентом организма всех живых существ.
Кремний – основной элемент неорганической химии и всей неживой природы.
Германий занимает промежуточное положение. При обычных температурах он является полупроводником, имеет атомную кристаллическую решетку и очень хрупок, проявляет неметаллические свойства. Однако при повышенных температурах германий приобретает характерные металлические свойства, такие как пластичность и высокую электропроводность.
Атомы углерода, кремния, германия, олова и свинца в основном состоянии имеют сходную структуру внешнего электронного слоя и относятся к р-элементам.
Полными электронными аналогами являются только германий, олово и свинец – у них одинаковая электронная конфигурация и внешнего уровня и и предыдущего подуровня. Они обладают близкими химическими свойствами.
Число неспаренных электронов в основном состоянии равно – 2, а валентно-возбужденном – 4, то основные валентности всех элементов II и IV. Начиная с кремния, р-элементы IVА- подгруппы имеют d-орбитали. Это определяет возможность образования связей по донорно-акцепторному механизму и приводит к увеличению валентности в координационных соединениях до VI. У углерода, в виду отсутствия d-подуровня валентность в соединениях не может быть более IV, он не способен образовывать комплексные соединения. Это обстоятельство, а также самый маленький размер атома и наибольшая электроотрицательность углерода объясняют, почему химические свойства этого элемента существенно отличаются от химических свойств элементов IV А подгруппы.
Таблица 1.
Основные характеристики элементов ivа подгруппы
Основные характеристики |
С |
Si |
Ge |
Sn |
Pb |
Атомный радиус, нм |
0,077 |
0,118 |
0,139 |
0,158 |
0,175 |
Потенциал ионизации, В Э0 → Э+ + ē Э+ → Э2+ + ē |
11,26 24,38 |
8,15 16,34 |
8,13 15,95 |
7,30 14,56 |
7,42 14,91 |
Электроотрицательность, эВ |
2,50 |
1,90 |
2,01 |
1,96 |
2,33 |
Плотность, г/см3 |
3,51(алмаз) |
2,33 |
5,35 |
7,29 (5,85) |
11,34 |
Твердость по шкале Мооса |
10 |
7 |
6,3 |
1,8 |
1,5 |
Сравнительная электропроводность |
- |
полупроводник |
полупроводник |
7,2 |
4,6 |
Температура кипения, °C |
- |
3249 |
2700 |
2362 |
1725 |
Температура плавления, °C |
- |
1415 |
958,5 |
231,8 |
327,4 |
Содержание в земной коре, % (масс.) |
0,48 |
27,6 |
7·10-4 |
8·10-3 |
1,6·10-3 |