KARBONOIDY: PIERWIASTKI, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

W carbonids są wszystkie te elementy, które składają się na tak zwaną rodziny węgla, grupę 14 (IVa) układu okresowego. Grupa składa się z niemetalowego pierwiastka, węgla; dwa pierwiastki metaloidalne, krzem i german; oraz trzy pierwiastki metaliczne: cyna, ołów i flevorium.

Elementy te mają cztery elektrony w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce elektronicznej, w konfiguracji ns ² np ² . Mają tendencję do używania stopnia utlenienia +4; Z wyjątkiem ołowiu, który ze względu na działanie pary obojętnych elektronów wykorzystuje stopień utlenienia +2.

Węgiel drzewny, reprezentatywny pierwiastek z grupy karbonidów. Źródło: Pxhere.

Pierwiastki należące do tej rodziny są stabilne chemicznie, mało reaktywne. Ale są zdolne do tworzenia wodorków i halogenków. Ponadto pierwiastki mają tendencję do tworzenia wiązań kowalencyjnych; chociaż cyna i ołów (oba metale) mają tendencję do tworzenia wiązań metalicznych.

Wartości temperatur topnienia, temperatur wrzenia i energii jonizacji mają tendencję do zmniejszania się wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastków w grupie. Podobnie zmniejsza się wydajne konkatenacje, prowadząc do węgla i jego wielu wiązań CC.

Elementy i cechy

Węgiel

Pierwiastek niemetaliczny o liczbie atomowej 6 i masie atomowej 12,011 g / mol. Węgiel jest tak ważnym pierwiastkiem, że chemia organiczna nazywana jest chemią węgla, ponieważ wszystkie jego związki są tworzone przez ten pierwiastek.

Węgiel jest obecny w węglowodanach, lipidach, białkach i kwasach nukleinowych; to znaczy we wszystkich cząsteczkach i makrocząsteczkach odpowiedzialnych za życie. Jednak jest to siedemnasty pierwiastek występujący w obfitości w skorupie ziemskiej.

Węgiel jest jedynym pierwiastkiem z rodziny występującym w skorupie ziemskiej w czystej postaci. Ponadto łączy się z innymi pierwiastkami, tworząc ropę naftową i węglany w skałach, takich jak kalcyt (CaCO ₃ ), magnezyt (MgCO ₃ ) i dolomit (MgCO ₃ · CaCO ₃ ).

Węgiel ma 5 form alotropowych: grafit, który pojawia się jako ułożone w stos arkusze. Diament jest kryształem o strukturze sześciennej, czworościennym z atomami węgla umieszczonymi na wierzchołkach.

Węgiel amorficzny to czarny proszek w postaci sadzy. W fullerenie pierścienie węglowe tworzą układy molekularne podobne do piłek nożnych. W grafenie znajdujemy warstwę atomów węgla ułożonych we wzór plastra miodu.

Krzem

Jest to metaloid o liczbie atomowej 14 i masie atomowej 28,09 g / mol. Występuje w skorupie ziemskiej jako krzemionka (SiO ₂ ), piasek i kwarc, a także w różnych minerałach i glinach krzemianowych.

Krzem jest drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Ma dwie formy alotropowe: brązową bezpostaciową i szarą postać krystaliczną, metaliczny połysk i sześcienne kryształy diamentu.

German

Jest to metaloid o liczbie atomowej 32 i masie atomowej 72,61 g / mol. Na co dzień german jest mało znany. Występuje tylko jako ślad w niektórych minerałach srebra i cynku, a także w niektórych rodzajach węgla i germanicie.

Jest szaro-biały i tworzy sześcienną i diamentową strukturę kryształu.

Cyna

Jest to metal o liczbie atomowej 50 i masie atomowej 118,71 g / mol. Cyna to miękki, dający się formować metal o niskiej temperaturze topnienia. Ma dwie formy alotropowe: postać β o tetragonalnej strukturze krystalicznej w temperaturze pokojowej; i tworzą α, w kolorze szarym występującym w temperaturach poniżej 13 ºC.

Cyna jest pozyskiwana z mineralnego kasyterytu (SnO ₂ ).

Prowadzić

Jest to metal o liczbie atomowej 82 i masie atomowej 207,2 g / mol. Ma krystaliczną strukturę skupioną na twarzy, niebieskawo-biały kolor i wysoką toksyczność dla ludzi. Ołów jest częścią mineralnej galeny (PbS).

Flevorian

Jest to metal o liczbie atomowej 114 i masie atomowej 287 g / mol. Flevorium to sztuczny, radioaktywny i bardzo krótkotrwały pierwiastek. Jego właściwości są podobne do właściwości gazów szlachetnych, chociaż możliwe jest, że jest to późniejszy metal niż metale przejściowe.

cechy

Temperatura topnienia

Węgiel: 3500 ºC (diament).

Krzem: 1410 ºC.

Geranium: 937,4 ° C.

Cyna: 231,88 ° C.

Ołów: 327,50 ° C.

Temperatura wrzenia

Węgiel: 4827 ° C (diament).

Krzem: 2355 ºC.

German: 2830 ° C

Cyna: 2260 ° C.

Ołów: 1740 ºC.

Gęstość

Węgiel: 3,51 g / cm ³ (diament).

Krzem: 2,33 g / cm ³ .

German: 5,327 g / cm ³ .

Cyna: 7,28 g / cm ³ .

Ołów: 11,343 g / cm ³ .

Energia jonizacji

Węgiel: 1086 kJ / mol.

Krzem: 787 kJ / mol.

German: 762 kJ / mol.

Cyna: 709 kJ / mol.

Ołów: 716 kJ / mol.

Radio atomowe

Węgiel: 77 wieczorem.

Krzem: 118 pm.

German: 122 pm.

Cyna: 140 po południu.

Lead: 175 pm.

Wartości temperatury topnienia i wrzenia pierwiastków z grupy 14 mają tendencję do zmniejszania się wraz ze wzrostem ich liczby i promienia atomowego.

Odzwierciedla to mniejszą siłę przyciągania między atomami w miarę wzrostu ich rozmiaru. Tę samą tendencję obserwuje się w punktach jonizacji pierwiastków grupy; im większa odległość elektronu od jądra, tym mniejsza energia potrzebna do jego rozdzielenia.

Wręcz przeciwnie, wraz ze wzrostem liczby atomowej występuje tendencja do zwiększania gęstości pierwiastka. Może to być spowodowane większą liczbą protonów i neutronów, najbardziej masywnych składników jądrowych.

Aplikacje

Węgiel

Grafit jest używany w postaci włóknistej do produkcji tworzyw sztucznych. Ponadto znajduje zastosowanie w produkcji ołówków. Diament to cenny klejnot. Jego duża twardość wykorzystywana jest w wiertarkach w przemyśle naftowym oraz w końcówkach ołówków do cięcia szkła.

Węglik wapnia jest stosowany jako półprodukt do produkcji rozpuszczalników, dwusiarczku węgla i czterochlorku węgla. Węgiel jest używany do syntezy stali i wypełniaczy do opon.

Krzem

Krzem jest używany jako półprzewodnik, a także w różnych funkcjach w przemyśle elektronicznym. Ma zastosowanie jako środek poślizgowy i hydroizolacyjny. Krzemionka (SiO ₂ ) jest wykorzystywana do produkcji ceramiki i szkła, a także jako składnik betonu i cegły.

Krzem jest używany w pompach próżniowych. Jest niezbędna w żywieniu kur i szczurów; chociaż jej istotność dla człowieka nie jest znana. Jest również środkiem redukującym, który służy do uwalniania magnezu z jego tlenku.

German

Był używany jako półprzewodnik do 1950 roku, kiedy został zastąpiony przez krzem; chociaż nadal pełni różne funkcje w dziedzinie elektroniki. German jest używany w detektorach promieniowania. Tlenek germanu jest stosowany w światłowodach i soczewkach szerokokątnych.

Cyna

Służy do powlekania żelaznych przedmiotów w celu ochrony przed rdzą. Cyna jest wykorzystywana do spawania i produkcji blachy białej do pakowania żywności. Chlorki cyny są używane do redukcji minerałów żelaza.

Związki cyny mają wiele zastosowań. Na przykład fluorek cynawy jest używany w pastach do zębów; tlenek cyny w ceramice; i cynian kobaltu jako niebieski pigment cerulean. Ponadto cyna tworzy stopy, takie jak brąz i cyna.

Prowadzić

Służy do produkcji akumulatorów samochodowych; w ochronie przed promieniowaniem jonizującym; oraz w spawalnictwie.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Elizabeth Sproat, Jessica Lin i Vancy Wong. (05 czerwca 2019). Grupa 14: ogólne właściwości i reakcje. Odzyskane z: chem.libretexts.org
3. Wikipedia. (2019). Grupa węglowa odzyskana z: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (21 marca 2019). Węglowa rodzina pierwiastków. Odzyskany z: thinkco.com
5. Moeller Therald. (2019). Element grupy węglowej. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com