Подгруппа углерода

В подгруппу IVА входят углерод C, кремний Si, германий Ge, олово Sn и свинец Pb.

Атомы этих элементов имеют однотипную электронную конфигурацию. внешней оболочки s²p². С увеличением порядкового номера названных элементов возрастают их атомные радиусы, уменьшается энергия ионизации атомов, усиливаются металлические свойства. По химическим свойствам углерод и кремний являются неметаллами, германий полуметаллом, олово и свинец - металлы.

По электронным структурам нейтральных атомов к углероду и кремнию примыкают германий и его аналоги. Максимальная валентность этих элементов, как по отдаче, так и по присоединению электронов, равна четырем. В связи с увеличением объема атомов при переходе от углерода к свинцу процесс принятия электронов ослабевает, а лёгкость их потери возрастает, поэтому металлические свойства атомов возрастают сверху вниз.

Углерод и кремний образуют ковалентные соединения.

Увеличение радиуса атомов при возрастании порядковых номеров элементов приводит к ослаблению связей между атомами и, как следствие этого, к уменьшению температур плавления и кипения.

Для C, Si, Ge наиболее характерна степень окисления +4, для свинца +2.

Некоторые войства элементов подгруппы углерода приведены в таблице 15.1.

Таблица 15.1. Свойства элементов подгруппы углерода.

15.2. История открытия

Углерод в виде угля, копоти, сажи известен издревле, ибо горение углеродсодержащих веществ было первым химическим процессом, которым заинтересовался человек около 100 тыс. лет назад. В Средние века считали, что уголь – это почти чистый флогистон (поскольку при его горении остается лишь немного золы), а то, что это простое вещество, установил Лавуазье (исследуя процессы его горения). В 1787 г. элемент, образующий уголь, был назван " карбогеном", т.е. углеродом (латинское " карбо" означает " уголь" – корни обоих этих слов: " кар" и " гар" означают " гореть", " нагревать", " варить"). Исследуя продукты сжигания алмаза, Лавуазье установил, что и он является простым веществом углерода. Природный графит алхимики долго считали свинцовым блеском и лишь в 1799 г. превратив алмаз в графит, а затем в угольную кислоту, поняли, что это тоже простое вещество углерода.

Природные соединения кремния известны были давно – это горный хрусталь, драгоценные камни (аметист, топаз, оникс и др.). Латинское его название " силициум" получено от " силика" (кремнезем), которое в свою очередь образовалось от слова " силекс" (крепкий, кремень). Русское название " кремний" тоже происходит от древнеславянских слов: крепкий, кремень (название камня). Попытки выделить свободный кремний предпринимались ещё в XVIII веке, а впервые он был получен в 1823 г. из SiF₄ восстановлением с помощью калия.