Καταστάσεις οξείδωσης

Ο άνθρακας κατέχει μια θέση στο πιο σημαντικό στοιχείο της καθημερινότητάς μας, που δεν είναι μόνο χρήσιμο για την ανθρώπινη ζωή αλλά και πολύ σημαντικό για τη διατήρηση της ισορροπίας αυτής της φύσης. Μέρη άνθρακα βρίσκονται στο σώμα μας από τον άνθρακα, γνωρίζουμε ορισμένες ειδικές ενώσεις που σχετίζονται με τον άνθρακα όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και το μεθάνιο (CH4). Ο άνθρακας συνέβαλε σημαντικά από την αρχή της ζωής στη μέτρηση της οξίνισης των ωκεανών. Ταυτόχρονα, τα άτομα άνθρακα είναι επίσης γνωστά για τις ιδιαίτερες ιδιότητές τους στο πεδίο. Αυτό το άρθρο θα μιλήσει κυρίως για άνθρακα, πυρίτιο, γερμάνιο, κασσίτερο, μόλυβδο και φθορόβιο που βρίσκονται στην ομάδα 14 του περιοδικού πίνακα.

Στοιχείο ομάδας 14

Η οικογένεια άνθρακα είναι η ομάδα 14 στο μπλοκ p, που περιλαμβάνει τα στοιχεία άνθρακας (C), πυρίτιο (Si), γερμάνιο (Ge), κασσίτερος (Sn), μόλυβδος (Pb) και φλερόβιο (Fl). Στο εξώτατο p τροχιακό καθενός από αυτά τα στοιχεία, υπάρχουν μόνο δύο ηλεκτρόνια, με τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων ns2np2. Λόγω του αδρανούς φαινομένου ζευγαρώματος, τα στοιχεία της ομάδας 14 έχουν κατάσταση οξείδωσης 4 για τα ελαφρύτερα στοιχεία και 2 για τα βαρύτερα.

Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό αυτής της ομάδας είναι ότι καθώς κατεβαίνουμε την ομάδα, η ατομική ακτίνα αυξάνεται και η ενέργεια ιονισμού επίσης μειώνεται. Έτσι μπορούμε να πούμε ότι η ατομική ακτίνα για αυτή την ομάδα είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ενέργεια ιονισμού. Επίσης, οι μεταλλικές ιδιότητες εδώ αυξάνονται καθώς κινούμαστε προς τα κάτω στην ομάδα. Σε αυτήν την ομάδα ο άνθρακας είναι μη μέταλλο, τα μεταλλοειδή πυριτίου και γερμανίου και ο κασσίτερος και ο μόλυβδος είναι γνωστά ως φτωχά μέταλλα. Ο άνθρακας παρουσιάζει ελαφρώς διαφορετικές ιδιότητες από άλλα στοιχεία.

Για παράδειγμα, ο άνθρακας συμπεριφέρεται ως μη μέταλλο και ο κασσίτερος και ο μόλυβδος συμπεριφέρονται εντελώς ως μέταλλα. Τα μεταλλοειδή αυτής της ομάδας 14, το πυρίτιο και το γερμάνιο, λειτουργούν ως ηλεκτρικοί ημιαγωγοί, αν και το πυρίτιο είναι γνωστό ως μη μέταλλο, το οποίο χρησιμοποιείται ως ημιαγωγός σε πολλά μέρη όπως διόδους, τρανζίστορ κ.λπ.

Στοιχείο	Σύμβολο	Ατομικός αριθμός	Ατομική μάζα	Ταξινόμηση	Ηλεκτρονική διαμόρφωση
Άνθρακα	Γ	6	12.011	Μη Μεταλλικό	[He]2s22p2
Πυρίτιο	Si	14	28.0855	Μεταλλοειδής	[Ne]3s23p2
Γερμάνιο	Ge	32	72,61	Μεταλλοειδής	[Ar]3d104s24p2
Κασσίτερος	Sn	50	118.710	Μέταλλο	[Kr]4d105s25p2
Μόλυβδος	Pb	82	207.2	Μέταλλο	[Xe]4f145d106s26p2
Flerovium	Fl	114	287	Μέταλλο	[Rn]5f146d107s27p2

Καταστάσεις οξείδωσης και φαινόμενο αδρανούς ζεύγους του στοιχείου της ομάδας 14. Σημαντικά γεγονότα

Πολλές ιδιότητες των στοιχείων της ομάδας 14 μπορούν να γίνουν κατανοητές μέσω του περιοδικού πίνακα, μερικές από τις οποίες εξηγούνται εδώ μέσω σημείων, τα οποία είναι κάπως έτσι:

• Γενικά, οι καταστάσεις οξείδωσης που υποδεικνύονται από τα στοιχεία της ομάδας 14 είναι 4 και 2.
• Τα στοιχεία που περιλαμβάνονται στην ομάδα τείνουν να σχηματίζουν ιόντα καθώς ταξιδεύουμε προς τα κάτω στην ομάδα, κάτι που οφείλεται κυρίως στο φαινόμενο αδρανούς ζεύγους.
• Τα τροχιακά d και f στοιχείων όπως το Sn και το Pb γεμίζονται από ηλεκτρόνια. Το πυρηνικό φορτίο που διαρρέει έλκει το τροχιακό s πιο κοντά στον πυρήνα λόγω της χαμηλής ικανότητας θωράκισης των τροχιακών d και f. Ως αποτέλεσμα, το τροχιακό s είναι απρόθυμο να συνδεθεί, αφήνοντας μόνο τα p ηλεκτρόνια να συνδεθούν.
• Τα άτομα των στοιχείων της οικογένειας άνθρακα έχουν τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξώτατο ενεργειακό τους επίπεδο. Υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια στο υποφλοιό s και δύο στο υποκέλυφος p. Μόνο το carbon έχει εξωτερική διαμόρφωση s2, που το διακρίνει από τα άλλα μέλη της οικογένειας.
• Η ατομική ακτίνα και η ιοντική ακτίνα αυξάνονται καθώς προχωρά κανείς στον περιοδικό πίνακα της οικογένειας άνθρακα, αλλά η ηλεκτραρνητικότητα και η ενέργεια ιονισμού πέφτουν.
• Αν και ο κασσίτερος και ο μόλυβδος σχηματίζουν ιοντικές ενώσεις, τα στοιχεία αυτής της ομάδας δημιουργούν ομοιοπολικές ενώσεις.
• Οι θερμοκρασίες τήξης και βρασμού των στοιχείων της ομάδας 14 είναι σημαντικά υψηλότερες από εκείνες της ομάδας 13. Το σημείο τήξης και το σημείο βρασμού των μορίων άνθρακα πέφτουν καθώς η ομάδα μεγαλώνει, λόγω της ασθενέστερης πυρηνικής ενέργειας αλληλεπιδράσεις μέσα σε μεγαλύτερα μόρια.

Χημικές ιδιότητες 

Όσο για την ομοιοπολική ακτίνα – Αν προσέξουμε την ακτίνα των στοιχείων της ομάδας 14, τότε θα διαπιστώσουμε ότι η ακτίνα των στοιχείων της ομάδας 14 είναι μικρότερη από την ακτίνα των στοιχείων της ομάδας 13, κυρίως λόγω του ενεργού πυρηνικού φορτίου. , διαπιστώνουμε ότι η ακτίνα αυξάνεται από άνθρακα σε πυρίτιο, αλλά στη συνέχεια μειώνεται, κυρίως λόγω των τροχιακών d και f.

Έχουν ενθαλπία ιονισμού – Εάν συγκρίνετε την ενέργεια ιονισμού αυτής της ομάδας με αυτήν της ομάδας 13, τότε θα διαπιστώσετε ότι η ενέργεια ιονισμού της είναι πολύ υψηλή, κυρίως λόγω του μεγέθους του ατόμου της. Επίσης, έχει βρεθεί ότι αν πάμε από πάνω προς τα κάτω, τότε υπάρχει μείωση της ενθαλπίας ιονισμού.

Φυσικές ιδιότητες

Μεταλλικός χαρακτήρας – Αν κοιτάξετε τον μεταλλικό χαρακτήρα της ομάδας 14, θα διαπιστώσετε ότι είναι λιγότερο ηλεκτροθετικά από την ομάδα 13. Ο κύριος λόγος για αυτό είναι το μικρό μέγεθος και η ενθαλπία υψηλού ιονισμού.

Ομοιοπολικές ενώσεις- Οι ενώσεις αυτής της ομάδας έχουν την ιδιότητα να σχηματίζουν 4 ομοιοπολικές ενώσεις, με απλά λόγια, τέσσερις δεσμοί ηλεκτρονίων βρίσκονται στο κέλυφος σθένους τους.

Σημείο τήξης και σημείο βρασμού – Τα στοιχεία της ομάδας 14 έχουν πολύ υψηλά σημεία τήξης και σημεία βρασμού, κυρίως λόγω της στερεάς δομής τους. Λόγω της παρουσίας δύο δεσμών σε Sn και Pb, έχουν χαμηλά σημεία τήξης. Ο άνθρακας έχει δομή πλέγματος και το σημείο τήξεώς του είναι πολύ υψηλότερο από όλα τα άλλα. Καθώς προχωράμε πιο κάτω σε αυτήν την ομάδα, υπάρχει μείωση στο σημείο τήξης.

Συμπέρασμα

Τα στοιχεία της ομάδας 14 παραμένουν ένα πολύ σημαντικό εργαλείο στη σημερινή καθημερινή ζωή με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, το οποίο χρησιμοποιείται όχι μόνο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά και για τη θεραπεία του ανθρώπου. Εκτός από αυτό, τα στοιχεία αυτής της ομάδας χρησιμοποιούνται για την ολοκλήρωση πολλών χημικών αντιδράσεων, στις οποίες δρουν ως καταλύτες. Μάθαμε για τις καταστάσεις οξείδωσης και το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους των στοιχείων της ομάδας 14.