Χημικές Ιδιότητες Στοιχείων Ομάδας 14

Η ομάδα 14 του περιοδικού πίνακα, γνωστή και ως στοιχεία ομάδας άνθρακα, περιλαμβάνει έξι στοιχεία. Αυτά τα στοιχεία είναι ο άνθρακας (C ), το πυρίτιο (Si), το γερμάνιο (Ge), ο κασσίτερος (Sn), ο μόλυβδος (Pb) και το φλερόβιο (Fl). Εκτός από το γερμάνιο και το φλερόβιο (το οποίο παράγεται τεχνητά), όλα αυτά τα στοιχεία μπορούν να βρεθούν στην καθημερινότητά μας.

Αυτά τα στοιχεία μπορούν να βρεθούν με τη μορφή των ενώσεων τους. Το πυρίτιο υπάρχει άφθονα στον φλοιό της γης. Ο άνθρακας είναι γνωστό ότι έχει άπειρο αριθμό ενώσεων που μπορούν να βρεθούν παντού γύρω μας σε διάφορες μορφές.

Στόχοι και Λειτουργίες

Δομή της ομάδας 14 στοιχείων

Το υποκέλυφος P έχει τρία εκφυλισμένα τροχιακά p και κάθε τροχιακό μπορεί να έχει δύο ηλεκτρόνια. Υπάρχουν, συνολικά, έξι ομάδες που ανήκουν στα στοιχεία p-block. Έχουν την τάση να χάνουν ένα ηλεκτρόνιο και έχουν γυαλιστερό εξωτερικό. Τα περισσότερα στοιχεία του υποκελύφους p είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας και του ηλεκτρισμού.

Το γάλλιο μπορεί ακόμη και να λιώσει στα χέρια μας. Το πυρίτιο χρησιμοποιείται ως σημαντικό συστατικό στην κατασκευή γυαλιού. Το πυρίτιο είναι ένα από τα πιο απαραίτητα μεταλλοειδή από την ομάδα στοιχείων p-block.

Ηλεκτρονική διαμόρφωση

Η γενική ηλεκτρονική διαμόρφωση για στοιχεία της ομάδας 14 είναι ns2np2.

Τα εξώτατα p τροχιακά για αυτά τα στοιχεία μπορούν να περιέχουν 2 ηλεκτρόνια. Όλα τα στοιχεία της ομάδας 14 έχουν τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό τους κέλυφος. Ως εκ τούτου, το σθένος τους είναι τέσσερα. Εμπλέκονται στο σχηματισμό δεσμών για να επιτύχουν την οκτάδα τους.

Οξείδωση και αποτέλεσμα εσωτερικού ζεύγους

Η γενική κατάσταση οξείδωσης για στοιχεία της ομάδας 14 είναι +4 και +2. Έχουν την τάση να σχηματίζουν ιόντα +2, και αυτό αυξάνεται καθώς προχωράμε πιο κάτω στην ομάδα. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας ενός φαινομένου που είναι γνωστό ως το φαινόμενο του εσωτερικού ζεύγους. Αυτό οφείλεται στην απουσία s-τροχιακών κατά το σχηματισμό δεσμού λόγω της ανεπαρκούς θωράκισης των παρεμβαλλόμενων ηλεκτρονίων.

Τα ηλεκτρόνια μπορούν να βρεθούν στα τροχιακά d και f για στοιχεία όπως ο κασσίτερος και ο μόλυβδος. Καθώς τα τροχιακά d και f έχουν κακές ικανότητες θωράκισης, το πυρηνικό φορτίο έλκει το τροχιακό s προς τον πυρήνα. Έτσι, το τροχιακό s είναι διστακτικό ως προς το σχηματισμό δεσμού και μόνο τα ηλεκτρόνια από τα τροχιακά p μπορούν να εμπλακούν στο σχηματισμό δεσμού. Αυτός είναι ο λόγος που το Pb+2 είναι ένας πολύ καλός οξειδωτικός παράγοντας.

Ανώμαλη συμπεριφορά του άνθρακα

Παρά το γεγονός ότι ανήκει στην ίδια ομάδα, μπορεί κανείς να παρατηρήσει πολλές διαφορές στη δομή και τη φύση του άνθρακα στην ομάδα 14. Ο άνθρακας έχει μικρότερο ατομικό μέγεθος, υψηλή ηλεκτραρνητικότητα και ενθαλπία υψηλού ιονισμού. Εκτός από αυτό, ο άνθρακας στερείται επίσης ένα d τροχιακό στο κέλυφος σθένους του.

Χημικές ιδιότητες στοιχείων που ανήκουν στην ομάδα 14

• Ομοιοπολικές ακτίνες:οι ακτίνες για τα στοιχεία της ομάδας 14 είναι μικρότερες από τα στοιχεία της ομάδας 13. Υπάρχει μια αύξηση στο ενεργό πυρηνικό φορτίο, που κάνει τις ακτίνες τους να είναι μικρότερες. Ωστόσο, μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι η αύξηση της ακτίνας για το πυρίτιο σε σύγκριση με τον άνθρακα είναι σημαντική. Αυτό οφείλεται στην κακή επίδραση θωράκισης των τροχιακών d και f, προκαλώντας αύξηση του ενεργού πυρηνικού φορτίου.

• Ενθαλπία ιονισμού:Τα στοιχεία της ομάδας 14 έχουν υψηλότερη ενθαλπία ιονισμού από τα στοιχεία της ομάδας 13. Αυτό οφείλεται στο φυσικό τους μέγεθος. Η ενθαλπία ιονισμού μειώνεται καθώς κατεβαίνουμε στην ομάδα. Υπάρχει μια πολύ απότομη μείωση από άνθρακα σε πυρίτιο και στη συνέχεια η μείωση γίνεται ονομαστική.

• Λόγω της αποτελεσματικής θωράκισης των τροχιακών d και f, ο μόλυβδος έχει υψηλότερη ενθαλπία ιονισμού από τον κασσίτερο.

Ηλεκτραρνητικότητα

Λόγω του συγκριτικά μικρότερου μεγέθους τους, τα στοιχεία της ομάδας 14 έχουν μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα από τα στοιχεία της ομάδας 13. Ωστόσο, οι τιμές ηλεκτραρνητικότητας από το πυρίτιο στο μόλυβδο είναι σχεδόν οι ίδιες.

Φυσικές ιδιότητες στοιχείων της ομάδας 14

• Μεταλλικός χαρακτήρας:Λόγω του μικρότερου μεγέθους τους και της ενθαλπίας υψηλού ιονισμού, τα στοιχεία από την ομάδα 14 τείνουν να είναι λιγότερο ηλεκτροθετικά από τα στοιχεία της ομάδας 13. Η μεταλλική φύση των στοιχείων αυξάνεται καθώς κατεβαίνουμε σε αυτήν την ομάδα. Το Sn και το Pb είναι γνωστά ως μαλακά μέταλλα και τείνουν να έχουν χαμηλότερα σημεία τήξης, ενώ το C και το Si είναι αμέταλλα και το Ge είναι ένα κοινό μεταλλοειδές.

• Σημεία τήξης και βρασμού:Ο άνθρακας, το πυρίτιο και το γερμάνιο έχουν εξαιρετικά υψηλά σημεία τήξης και βρασμού λόγω της σταθερής τους δομής. Το φαινόμενο του εσωτερικού ζεύγους κάνει τον κασσίτερο και τον μόλυβδο να έχουν χαμηλότερα σημεία βρασμού καθώς μπορούν να σχηματίσουν μόνο δύο δεσμούς αντί για τέσσερις.

• Όλα τα στοιχεία από την ομάδα 14 έχουν δομή που μοιάζει με διαμάντι και είναι πολύ σταθερά στη φύση. Οι σταθερές δομές μπορούν να σπάσουν σε πολύ υψηλά σημεία τήξης.

• Καθώς το μέγεθος των ατόμων αυξάνεται, το σημείο τήξης μειώνεται καθώς κατεβαίνουμε στην ομάδα. Αυτό συμβαίνει επειδή οι δεσμοί Μ-Μ είναι μειωμένοι. Ο κασσίτερος και ο μόλυβδος είναι μέταλλα, και ως εκ τούτου, τα σημεία τήξης τους είναι συγκριτικά χαμηλότερα από τα άλλα.

• Τέσσερις ομοιοπολικές ενώσεις:Ομοιοπολικές ενώσεις είναι εκείνες οι ενώσεις των οποίων τέσσερα ηλεκτρόνια από το κέλυφος σθένους συμμετέχουν στο σχηματισμό δεσμών. Αυτή η ιδιότητα υπάρχει στα περισσότερα στοιχεία από την ομάδα 14. 

• Πυκνότητα:Η πυκνότητα των στοιχείων αυξάνεται καθώς αυξάνεται ο ατομικός αριθμός λόγω της αύξησης της μάζας ανά μονάδα όγκου καθώς κατεβαίνουμε στην ομάδα.

Συμπέρασμα

Η ομάδα 14 των περιοδικών στοιχείων περιλαμβάνει έξι στοιχεία. Η μεταλλική τους φύση αυξάνεται καθώς κατεβαίνουμε στην ομάδα. Ωστόσο, το πυρίτιο και ο άνθρακας είναι αμέταλλα και το γερμάνιο είναι μεταλλοειδές, ενώ ο μόλυβδος και ο κασσίτερος είναι μέταλλα της ομάδας. Έχουν πολλές μοναδικές ιδιότητες λόγω του σχηματισμού του