ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Розділ 11. ПІДГРУПА КАРБОНУ
§ 11.1. Загальна характеристика підгрупи карбону
До підгрупи карбону належать карбон, силіцій, германій, станум і плюмбум. Це р-елементи IV групи періодичної системи Д. І. Менделєєва, їх атоми на зовнішньому рівні містять по чотири електрони – ns2np2 (п. 2, табл. 11.1), чим пояснюється подібність їх хімічних властивостей.
Електронну будову зовнішніх рівнів атомів перших двох елементів підгрупи можна подати так:
В незбудженому стані їх атоми мають по два неспарених електрони. Оскільки атоми всієї підгрупи мають на зовнішньому рівні вільні орбіталі, то при переході в збуджений стан розпаровують електрони s-підрівнів (показано штриховими стрілками).
У сполуках елементи підгрупи карбону виявляють ступені окиснення +4 і -4, а також +2, причому останній зі збільшенням заряду ядра стає більш характерним. Для карбону, силіцію та германію найтиповіший ступінь окиснення +4, для плюмбуму +2. Ступінь окиснення -4 в послідовності С-Рb стає все менш характерним.
Таблиця 11.1. Властивості елементів
Властивості | С | Si | Ge | S6 | Pb |
1. Порядковий номер | 6 | 14 | 32 | 50 | 82 |
2. Валентні електрони | 2shp2 | 3s23p2 | 4s24p2 | 5s25p2 | 6s26p2 |
3. Енергія іонізації атома, еВ | 11,3 | 8,2 | 7,9 | 7,3 | 7,4 |
4. Відносна електронегативність | 2,50 | 1,74 | 2,02 | 1,72 | 1,55 |
5. Ступінь окиснення у сполуках | +4,+2, -4 | +4,+2, -4 | +4,-4 | +4,+2, -4 | +4,+2, -4 |
6. Радіус атома, нм | 0,077 | 0,134 | 0,139 | 0,158 | 0,175 |
Деякі властивості елементів підгрупи карбону наведено в табл. 11.1.
Елементи підгрупи карбону утворюють оксиди із загальними формулами RO2 і RO, а водневі сполуки – з формулою RH4. Гідрати вищих оксидів карбону і силіцію мають кислотні властивості, гідрати останніх елементів амфотерні, причому кислотні властивості сильніше виражені у гідратів германію, основні – у гідратів плюмбуму. Від карбону до плюмбуму зменшується міцність водневих сполук RH4: СН4 – стійка сполука, а РbН4 у вільному стані не виділений. У підгрупі зі зростанням порядкового номера зменшується енергія іонізації атома і збільшується атомний радіус (п. З і 6, табл. 11.1), тобто неметалічні властивості слабшають, а металічні – посилюються.