Ένας τρόπος ταξινόμησης στοιχείων είναι η οικογένεια. Μια οικογένεια αποτελείται από ένα ομόλογο στοιχείο με άτομα που έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους και έτσι παρόμοιες χημικές ιδιότητες. Παραδείγματα οικογενειών στοιχείων είναι η οικογένεια αζώτου, η οικογένεια οξυγόνου και η οικογένεια άνθρακα.
Βασικά Takeaways: Carbon Family of Elements
- Η οικογένεια άνθρακα αποτελείται από τα στοιχεία άνθρακας (C), πυρίτιο (Si), γερμάνιο (Ge), κασσίτερος (Sn), μόλυβδος (Pb) και φελοβίο (Fl).
- Τα άτομα των στοιχείων αυτής της ομάδας έχουν τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους.
- Η οικογένεια άνθρακα είναι επίσης γνωστή ως η ομάδα άνθρακα, η ομάδα 14 ή οι τετράγωνα.
- Στοιχεία αυτής της οικογένειας έχουν καθοριστική σημασία για την τεχνολογία ημιαγωγών.
Τι είναι η οικογένεια Carbon;
ο άνθρακας οικογένεια είναι ομάδα στοιχείων 14 του Περιοδικός Πίνακας. Η οικογένεια άνθρακα αποτελείται από πέντε στοιχεία: άνθρακα, πυρίτιο, γερμάνιο, κασσίτερο και μόλυβδο. Είναι πιθανό ότι το στοιχείο 114, φέροβιο, θα συμπεριφερθεί επίσης από ορισμένες απόψεις ως μέλος της οικογένειας. Με άλλα λόγια, η ομάδα αποτελείται από άνθρακα και τα στοιχεία ακριβώς κάτω από αυτόν στον περιοδικό πίνακα. Η οικογένεια άνθρακα βρίσκεται σχεδόν στη μέση του περιοδικού πίνακα, με μη μέταλλα στα δεξιά της και μέταλλα στα αριστερά της.
Η οικογένεια άνθρακα ονομάζεται επίσης ομάδα άνθρακα, ομάδα 14 ή ομάδα IV. Κάποια στιγμή, αυτή η οικογένεια ονομαζόταν tetrels ή tetragens επειδή τα στοιχεία ανήκαν στην ομάδα IV ή ως αναφορά στα τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους ατόμων αυτών των στοιχείων. Η οικογένεια ονομάζεται επίσης κρυσταλλογόνα.
Οικογενειακές ιδιότητες άνθρακα
Ακολουθούν ορισμένα γεγονότα για την οικογένεια άνθρακα:
- Τα στοιχεία οικογένειας άνθρακα περιέχουν άτομα που έχουν 4 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό ενεργειακό τους επίπεδο. Δύο από αυτά τα ηλεκτρόνια είναι στο μικρό subshell, ενώ 2 βρίσκονται στο Π δευτερεύον κέλυφος. Μόνο ο άνθρακας έχει το s2 εξωτερική διαμόρφωση, η οποία εξηγεί μερικές από τις διαφορές μεταξύ του άνθρακα και άλλων στοιχείων στην οικογένεια.
- Όπως εσύ μετακινηθείτε προς τα κάτω στον περιοδικό πίνακα στην οικογένεια άνθρακα, η ατομική ακτίνα και η ιοντική ακτίνα αυξάνονται ενώ η ηλεκτροαρανητικότητα και ενέργεια ιονισμού μείωση. Το μέγεθος του ατόμου αυξάνεται μετακινώντας την ομάδα επειδή προστίθεται ένα επιπλέον κέλυφος ηλεκτρονίων.
- Η πυκνότητα του στοιχείου αυξάνεται μετακινώντας την ομάδα.
- Η οικογένεια άνθρακα αποτελείται από ένα μη μέταλλο (άνθρακα), δύο μεταλλοειδή (πυρίτιο και γερμάνιο) και δύο μέταλλα (κασσίτερος και μόλυβδος). Με άλλα λόγια, τα στοιχεία αποκτούν μεταλλικότητα μετακινώντας την ομάδα.
- Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται σε μεγάλη ποικιλία ενώσεων. Ο άνθρακας είναι το μόνο στοιχείο της ομάδας που μπορεί να βρεθεί καθαρό στη φύση.
- Τα στοιχεία της οικογένειας άνθρακα έχουν ευρέως μεταβλητές φυσικές και Χημικές ιδιότητες.
- Συνολικά, τα στοιχεία της οικογένειας άνθρακα είναι σταθερά και τείνουν να είναι αρκετά μη αντιδραστικά.
- Τα στοιχεία τείνουν να σχηματίζονται ομοιοπολικές ενώσεις, αν και σχηματίζονται επίσης κασσίτερος και μόλυβδος ιοντικές ενώσεις.
- Εκτός από τον μόλυβδο, όλα τα στοιχεία της οικογένειας άνθρακα υπάρχουν ως διαφορετικές μορφές ή αλλότροπες. Ο άνθρακας, για παράδειγμα, εμφανίζεται σε αλλοτρόπους διαμαντιών, γραφίτη, φουλλερένης και άμορφου άνθρακα. Ο κασσίτερος εμφανίζεται ως λευκός κασσίτερος, γκρι κασσίτερος και ρομβικός κασσίτερος. Ο μόλυβδος βρίσκεται μόνο ως πυκνό μπλε-γκρι μέταλλο.
- Τα στοιχεία της ομάδας 14 (οικογένεια άνθρακα) έχουν πολύ υψηλότερα σημεία τήξης και σημεία βρασμού από τα στοιχεία της ομάδας 13. Τα σημεία τήξης και βρασμού στην οικογένεια άνθρακα τείνουν να μειώνονται μετακινώντας την ομάδα, κυρίως επειδή οι ατομικές δυνάμεις εντός των μεγαλύτερων μορίων δεν είναι τόσο ισχυρές. Ο μόλυβδος, για παράδειγμα, έχει τόσο χαμηλό σημείο τήξεως που υγροποιείται εύκολα από μια φλόγα. Αυτό το καθιστά χρήσιμο ως βάση για συγκολλήσεις.
Χρήσεις οικογενειακών στοιχείων και ενώσεων άνθρακα
Τα στοιχεία της οικογένειας άνθρακα είναι σημαντικά στην καθημερινή ζωή και στη βιομηχανία. Ο άνθρακας είναι η βάση για τη βιολογική ζωή. Ο αλλότροπος γραφίτης του χρησιμοποιείται σε μολύβια και πυραύλους. Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, οι πρωτεΐνες, τα πλαστικά, τα τρόφιμα και τα οργανικά οικοδομικά υλικά περιέχουν άνθρακα. Οι σιλικόνες, οι οποίες είναι ενώσεις πυριτίου, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή λιπαντικών και για αντλίες κενού. Το πυρίτιο χρησιμοποιείται ως οξείδιο του για την παραγωγή γυαλιού. Το γερμάνιο και το πυρίτιο είναι σημαντικοί ημιαγωγοί. Ο κασσίτερος και ο μόλυβδος χρησιμοποιούνται σε κράματα και για την παραγωγή χρωστικών ουσιών.
Carbon Family - Ομάδα 14 - Στοιχεία στοιχείων
| ντο | Σι | Τζ | Σιν | Pb | |
| σημείο τήξεως (° C) | 3500 (διαμάντι) | 1410 | 937.4 | 231.88 | 327.502 |
| σημείο βρασμού (° C) | 4827 | 2355 | 2830 | 2260 | 1740 |
| πυκνότητα (g / cm3) | 3.51 (διαμάντι) | 2.33 | 5.323 | 7.28 | 11.343 |
| Ενέργεια ιονισμού (kJ / mol) | 1086 | 787 | 762 | 709 | 716 |
| ατομική ακτίνα (pm) | 77 | 118 | 122 | 140 | 175 |
| ιοντική ακτίνα (pm) | 260 (Γ4-) | -- | -- | 118 (Sn2+) | 119 (Σελ2+) |
| συνηθισμένος αριθμός οξείδωσης | +3, -4 | +4 | +2, +4 | +2, +4 | +2, +3 |
| σκληρότητα (Mohs) | 10 (διαμάντι) | 6.5 | 6.0 | 1.5 | 1.5 |
| κρυσταλλική δομή | κυβικό (διαμάντι) | κυβικός | κυβικός | τετράγωνος | fcc |
Πηγή
- Holt, Rinehart και Winston. "Σύγχρονη χημεία (Νότια Καρολίνα)." Harcourt Education, 2009.