ChemicalEdit

Net als andere groepen vertonen de leden van deze familie patronen in elektronenconfiguratie, vooral in de buitenste schillen, wat resulteert in trends in chemisch gedrag:

Elk van de elementen in deze groep heeft 4 elektronen in de buitenste schil. Een geïsoleerd, neutraal groep 14-atoom heeft de s2 p2-configuratie in de grondtoestand. Deze elementen, vooral koolstof en silicium, hebben een sterke neiging tot covalente binding, wat de buitenschil gewoonlijk op acht elektronen brengt. Obligaties in deze elementen leiden vaak tot hybridisatie waarbij verschillende s- en p-tekens van de orbitalen worden gewist. Voor enkele bindingen heeft een typische opstelling vier paar sp3-elektronen, hoewel er ook andere gevallen zijn, zoals drie sp2-paren in grafeen en grafiet. Dubbele bindingen zijn kenmerkend voor koolstof (alkenen, CO
2 …); hetzelfde voor π-systemen in het algemeen. De neiging om elektronen te verliezen neemt toe naarmate de grootte van het atoom toeneemt, net als bij toenemend atoomnummer. Koolstof alleen vormt negatieve ionen, in de vorm van carbide (C4−) ionen. Silicium en germanium, beide metalloïden, kunnen elk + 4 ionen Tin en lood zijn beide metalen, terwijl flerovium een synthetisch, radioactief element is (de halfwaardetijd is erg kort, slechts 1,9 seconden) dat enkele edelgasachtige eigenschappen kan hebben, hoewel het waarschijnlijk nog steeds een overgangsmetaal. Tin en lood kunnen beide +2 ionen vormen. Hoewel tin chemisch gezien een metaal is, lijkt zijn α-allotroop meer op germanium dan op een metaal en is het een slechte elektrische geleider.

Koolstof vormt tetrahalogeniden met alle halogenen. Koolstof vormt ook veel oxiden zoals koolmonoxide, koolsuboxide (C3O2) en kooldioxide. Koolstof vormt disulfiden en diseleniden.

Silicium vormt verschillende hydriden; twee daarvan zijn SiH4 en Si2H6. Silicium vormt tetrahalogeniden met fluor, chloor en jodium. Silicium vormt ook een dioxide en een disulfide. Siliciumnitride heeft de formule Si3N4.

Germanium vormt vijf hydriden. De eerste twee germaniumhydriden zijn GeH4 en Ge2H6. Germanium vormt tetrahalogeniden met alle halogenen behalve astatine en vormt dihalogeniden met alle halogenen behalve broom en astatine. Germanium bindt aan alle natuurlijke enkelvoudige chalcogenen behalve polonium, en vormt dioxiden, disulfiden en diseleniden. Germaniumnitride heeft de formule Ge3N4.

Tin vormt twee hydriden: SnH4 en Sn2H6. Tin vormt dihalogeniden en tetrahalogeniden met alle halogenen behalve astatine. Tin vormt chalcogeniden met één van elk natuurlijk voorkomend chalcogeen behalve polonium, en vormt chalcogeniden met twee van elk natuurlijk voorkomend chalcogeen behalve polonium en telluur.

Lood vormt één hydride, dat de formule PbH4 heeft. Lood vormt dihalogeniden en tetrahalogeniden met fluor en chloor, en vormt een dibromide en dijodide, hoewel het tetrabromide en tetrajodide van lood onstabiel zijn. Lood vormt vier oxiden, een sulfide, een selenide en een telluride.

Er zijn geen verbindingen van flerovium bekend.

PhysicalEdit

De kookpunten van de koolstofgroep neigen lager te worden met de zwaardere elementen. Koolstof, het lichtste koolstofgroepelement, sublimeert bij 3825 ° C. Het kookpunt van silicium is 3265 ° C, germanium is 2833 ° C, tin is 2602 ° C en lood is 1749 ° C. Flerovium kookt naar verwachting bij -60 ° C. De smeltpunten van de koolstofgroepelementen vertonen ongeveer dezelfde trend als hun kookpunten. Silicium smelt bij 1414 ° C, germanium smelt bij 939 ° C, tin smelt bij 232 ° C en lood smelt bij 328 ° C.

De kristalstructuur van koolstof is hexagonaal; bij hoge drukken en temperaturen vormt diamant (zie hieronder) Silicium en germanium hebben diamant-kubische kristalstructuren, evenals tin bij lage temperaturen (lager dan 13,2 ° C). Tin heeft bij kamertemperatuur een tetragonale kristalstructuur. Lood heeft een vlakgecentreerde kubische kristalstructuur. / p>

De dichtheden van de koolstofgroepelementen nemen toe met toenemend atoomnummer. Koolstof heeft een dichtheid van 2,26 gram per kubieke centimeter, silicium heeft een dichtheid van 2,33 gram per kubieke centimeter, germanium heeft een dichtheid van 5,32 gram per kubieke centimeter Tin heeft een dichtheid van 7,26 gram per kubieke centimeter en lood heeft een dichtheid van 11,3 gram per kubieke centimeter.

De atoomstralen van de koolstofgroepelementen hebben de neiging toe te nemen met een toenemend atoomnummer. De atoomstraal van koolstof is 77 picometer, silicium is 118 picometer, germanium ‘ s is 123 picometer, tin is 141 picometer en lood is 175 picometer.

AllotropesEdit

Koolstof heeft meerdere allotropen. De meest voorkomende is grafiet, dat is koolstof in de vorm van gestapelde vellen. Een andere vorm van koolstof is diamant, maar dit is relatief zeldzaam. Amorfe koolstof is een derde allotroop van koolstof; het is een bestanddeel van roet. Een andere allotroop van koolstof is een fullereen, dat de vorm heeft van vellen koolstofatomen die tot een bol zijn gevouwen.Een vijfde allotroop van koolstof, ontdekt in 2003, wordt grafeen genoemd, en heeft de vorm van een laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatvormige formatie.

Silicium heeft twee bekende allotropen die bij kamertemperatuur voorkomen . Deze allotropen staan bekend als de amorfe en de kristallijne allotropen. De amorfe allotroop is een bruin poeder. De kristallijne allotroop is grijs en heeft een metaalglans.

Tin heeft twee allotropen: α-tin, ook wel grijs tin genoemd, en β-tin. Tin wordt meestal gevonden in de β-tin-vorm, een zilverachtig metaal. Bij standaarddruk wordt β-tin echter omgezet in α-tin, een grijs poeder, bij temperaturen onder 13,2 ° Celsius / 56 ° Fahrenheit. Dit kan ertoe leiden dat tinnen voorwerpen bij lage temperaturen afbrokkelen tot grijs poeder in een proces dat bekend staat als tinplaag of tinrot.

NuclearEdit

Ten minste twee koolstofgroepelementen (tin en lood) hebben magische kernen, wat betekent dat deze elementen vaker voorkomen en stabieler zijn dan elementen die geen magische kern hebben.

IsotopesEdit

Er zijn 15 bekende isotopen van koolstof. Hiervan komen er drie van nature voor. De meest voorkomende is stabiele koolstof-12, gevolgd door stabiele koolstof-13. Koolstof-14 is een natuurlijke radioactieve isotoop met een halfwaardetijd van 5730 jaar.

Er zijn 23 isotopen van silicium ontdekt. Vijf hiervan komen van nature voor. De meest voorkomende is stabiel silicium-28, gevolgd door stabiel silicium-29 en stabiel silicium-30. Silicium-32 is een radioactieve isotoop die van nature voorkomt als gevolg van radioactief verval van actiniden en via spallatie in de bovenste atmosfeer. Silicium-34 komt ook van nature voor als gevolg van radioactief verval van actiniden.

Er zijn 32 isotopen van germanium ontdekt. Vijf hiervan komen van nature voor. De meest voorkomende is de stabiele isotoop germanium-74, gevolgd door de stabiele isotoop germanium-72, de stabiele isotoop germanium-70 en de stabiele isotoop germanium-73. De isotoop germanium-76 is een primordiale radio-isotoop.

Er zijn 38 isotopen van lood ontdekt. 9 hiervan komen van nature voor. De meest voorkomende isotoop is lood-208, gevolgd door lood-206, lood-207 en lood-204: deze zijn allemaal stabiel. 4 isotopen van lood ontstaan door het radioactief verval van uranium en thorium. Deze isotopen zijn lood-209, lood-210, lood-211 en lood-212.