Общая харатеристика элементов

IVА ГРУППЫ

Нахождение в природе

В IV A группу входят следующие элементы: углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (Pb). Они принадлежат к семейству р-элементов и встречаются в природе только в связанном виде. Исключение составляет углерод, который в значительных количествах присутствует на Земле и в свободном виде, образуя простые вещества: алмаз, графит.

Из элементов IV A группы наиболее распространены на Земле кремний (массовая доля в земной коре ≈ 27%) и углерод
(≈ 0,1% по массе). Кремний при этом занимает второе место по распространенности среди всех элементов, уступая только кислороду. Германий, олово и свинец встречаются в природе значительно реже (≈ 7 ∙ 10^-4%, 4 ∙ 10^-3% и 1,6 ∙ 10^-3% по массе, соответственно).

Все элементы IV A группы присутствуют на Земле в виде нескольких стабильных нуклидов. Причем больше всего нуклидов (10) имеет олово; у свинца и германия их – по 4 у каждого; у кремния – 3 и у углерода – 2.

Физические и химические свойства элементов IVA группы

По своим физическим и химическим свойствам углерод и кремний принадлежат к неметаллам, германий является амфотерным или переходным элементом, а олово и свинец в целом характеризуются как металлы.

Некоторые физические свойства атомов элементов IVA группы и образуемых ими простых веществ представлены в таблице 7. Как видно, с ростом атомного номера элемента наблюдается увеличение радиусов его атомов, уменьшение значения энергии ионизации и относительной электроотрицательности.

Таким образом, для элементов IVA группы сверху вниз происходит типичное усиление металлических свойств, а, значит, и их восстановительной способности.

Таблица 7. Некоторые физические свойства атомов элементов IVA группы и образуемых ими простых веществ

 

Символ элемента	C	Si	Gе	Sn	Pb
Радиус атома, нм	0,62	0,107	0,109	0,124	0,122
Энергия ионизации атома, кДж/моль	~1090	~790	~760	~710	~716
Относительная электроотрицательность	2,5	1,74	2,02	1,72	1,55
Агрегатное состояние образуемого простого вещества (при н.у.)	тв. тело	тв. тело	тв. тело	тв. тело	тв. тело
Температура плавления простого вещества, оС	>3500оС
Плотность простого вещества ρ, г/см3	2,265 (графит)	2,328	5,323	5,846 (для α-Sn)	11,336

 

Атомы элементов IV A группы имеют одинаковое строение внешнего электронного слоя и содержат на нем 4 электрона:

 

 

Углерод отличается от всех остальных элементов тем, что на внешнем энергетическом уровне у него отсутствует d-подуровень.

В невозбужденном состоянии элементы IV A группы имеют на внешнем слое только 2 неспаренных электрона. Значит, валентность их в этом случае будет равна 2 и по обменному механизму они могут образовать только 2 ковалентные связи. В возбужденном состоянии число неспаренных электронов может увеличиваться до 4 за счет распаривания электронной пары:

 

 

Соответственно, и валентность в этом случае тоже будет равна 4.