ChemicalEdit

Podobnie jak inne grupy, członkowie tej rodziny wykazują wzorce w konfiguracji elektronów, szczególnie w zewnętrznych powłokach, co skutkuje trendami w zachowaniu chemicznym:

Każdy z pierwiastków w tej grupie ma 4 elektrony w swojej zewnętrznej powłoce. Izolowany, obojętny atom grupy 14 ma konfigurację s2 p2 w stanie podstawowym. Pierwiastki te, zwłaszcza węgiel i krzem, mają silną skłonność do wiązania kowalencyjnego, co zwykle powoduje, że zewnętrzna powłoka ma osiem elektronów. Wiązania w tych elementach często prowadzą do hybrydyzacji, w której wyraźne znaki s i p orbitali są usuwane. W przypadku wiązań pojedynczych typowy układ ma cztery pary elektronów sp3, chociaż istnieją również inne przypadki, takie jak trzy pary sp2 w grafenie i graficie. Wiązania podwójne są charakterystyczne dla węgla (alkeny, CO
2…); to samo dla systemów π w ogóle. Tendencja do utraty elektronów rośnie wraz ze wzrostem wielkości atomu, podobnie jak wraz ze wzrostem liczby atomowej. Sam węgiel tworzy jony ujemne w postaci jonów węglikowych (C4−). Krzem i german, oba metaloidy, mogą tworzyć + 4 jony. Cyna i ołów oba są metalami, podczas gdy flerow jest syntetycznym, radioaktywnym (jego okres półtrwania jest bardzo krótki, tylko 1,9 sekundy) pierwiastkiem, który może mieć kilka właściwości podobnych do gazu szlachetnego, chociaż nadal najprawdopodobniej jest metal przejściowy. Cyna i ołów są zdolne do tworzenia jonów +2. Chociaż pod względem chemicznym cyna jest metalem, jej alotrop α bardziej przypomina german niż metal i jest słabym przewodnikiem elektrycznym.

Węgiel tworzy tetrahalogenki ze wszystkimi halogenami. Węgiel tworzy również wiele tlenków, takich jak tlenek węgla, podtlenek węgla (C3O2) i dwutlenek węgla. Węgiel tworzy dwusiarczki i diselenki.

Krzem tworzy kilka wodorków; dwa z nich to SiH4 i Si2H6. Krzem tworzy tetrahalogenki z fluorem, chlorem i jodem. Krzem również tworzy dwutlenek i dwusiarczek. Azotek krzemu ma wzór Si3N4.

German tworzy pięć wodorków. Pierwsze dwa wodorki germanu to GeH4 i Ge2H6. German tworzy tetrahalogenki ze wszystkimi halogenami z wyjątkiem astatyny i tworzy dihalogenki ze wszystkimi halogenami z wyjątkiem bromu i astatu. German wiąże się ze wszystkimi naturalnymi pojedynczymi chalkogenami z wyjątkiem polonu i tworzy dwutlenki, disiarczki i diselenki. Azotek germanu ma wzór Ge3N4.

Cyna tworzy dwa wodory: SnH4 i Sn2H6. Cyna tworzy dihalogenki i tetrahalogenki ze wszystkimi halogenami z wyjątkiem astatyny. Cyna tworzy chalkogenki z jednym z każdego naturalnie występującego chalkogenu oprócz polonu i tworzy chalkogenidy z dwoma naturalnie występującymi chalkogenkami z wyjątkiem polonu i telluru.

Ołów tworzy jeden wodorek, który ma wzór PbH4. Ołów tworzy dihalogenki i tetrahalogenki z fluorem i chlorem oraz tworzy dibromek i dijodek, chociaż tetrabromek i tetrajodek ołowiu są niestabilne. Ołów tworzy cztery tlenki, siarczek, selenek i tellurek.

Nie są znane żadne związki flerowa.

PhysicalEdit

Temperatury wrzenia grupy węgla mają tendencję do obniżania się wraz z cięższymi pierwiastkami. Węgiel, najlżejszy pierwiastek z grupy węgla, sublimuje w 3825 ° C. Temperatura wrzenia krzemu wynosi 3265 ° C, germanu 2833 ° C, cyny 2602 ° C, a ołowiu 1749 ° C. Przewiduje się, że flerow będzie wrzeć w -60 ° C. Temperatury topnienia pierwiastków grup węglowych mają mniej więcej taką samą tendencję jak ich temperatury wrzenia. Krzem topi się w 1414 ° C, german topi się w 939 ° C, cyna w 232 ° C, a ołów w 328 ° C.

Struktura kryształu węgla jest sześciokątna; przy wysokich ciśnieniach i temperaturach tworzy diament (patrz poniżej) .Krzem i german mają diamentową strukturę kryształów sześciennych, podobnie jak cyna w niskich temperaturach (poniżej 13,2 ° C). Cyna w temperaturze pokojowej ma tetragonalną strukturę kryształu. / p>

Gęstość pierwiastków grupy węglowej ma tendencję do zwiększania się wraz ze wzrostem liczby atomowej. Węgiel ma gęstość 2,26 grama na centymetr sześcienny, krzem ma gęstość 2,33 grama na centymetr sześcienny, german ma gęstość 5,32 grama na centymetr sześcienny. Cyna ma gęstość 7,26 grama na centymetr sześcienny, a ołów ma gęstość 11,3 grama na centymetr sześcienny.

Promienie atomowe pierwiastków węglowych mają tendencję do zwiększania się wraz ze wzrostem liczby atomowej. Promień atomowy węgla wynosi 77 pikometrów, krzemu 118 pikometrów, german s wynosi 123 pikometry, cyny 141 pikometrów, a ołów 175 pikometrów.

AllotropesEdit

Węgiel ma wiele alotropów. Najpopularniejszym jest grafit, czyli węgiel w postaci ułożonych w stos arkuszy. Inną formą węgla jest diament, ale jest to stosunkowo rzadkie. Węgiel amorficzny jest trzecim alotropem węgla; jest składnikiem sadzy. Innym alotropem węgla jest fulleren, który ma postać warstw atomów węgla zwiniętych w kulę.Piąty alotrop węgla, odkryty w 2003 roku, nazywany jest grafenem i ma postać warstwy atomów węgla ułożonych w formację przypominającą plaster miodu.

Krzem ma dwa znane związki alotropowe, które istnieją w temperaturze pokojowej . Te alotropy są znane jako amorficzne i krystaliczne alotropy. Amorficzny alotrop jest brązowym proszkiem. Krystaliczny alotrop jest szary i ma metaliczny połysk.

Cyna ma dwa alotropy: α-cyna, znana również jako szara cyna i β-cyna. Cyna występuje zwykle w postaci β-cyny, srebrzystego metalu. Jednak przy standardowym ciśnieniu β-cyna przekształca się w α-cynę, szary proszek, w temperaturach poniżej 13,2 ° Celsjusza / 56 ° Fahrenheita. Może to spowodować, że przedmioty z cyny w niskich temperaturach rozpadną się na szary proszek w procesie znanym jako szkodnik cyny lub zgnilizna cyny.

NuclearEdit

Co najmniej dwa elementy grupy węglowej (cyna i ołów) mają magiczne jądra, co oznacza, że te pierwiastki są bardziej powszechne i stabilniejsze niż pierwiastki, które nie mają magicznego jądra.

IsotopesEdit

Znanych jest 15 izotopów węgla. Spośród nich trzy występują naturalnie. Najpopularniejszym jest stabilny węgiel-12, a za nim stabilny węgiel-13. Węgiel-14 jest naturalnym izotopem promieniotwórczym o okresie półtrwania 5730 lat.

Odkryto 23 izotopy krzemu. Pięć z nich występuje naturalnie. Najpowszechniejszy jest stabilny krzem-28, następnie stabilny krzem-29 i stabilny krzem-30. Krzem-32 jest radioaktywnym izotopem, który występuje naturalnie w wyniku radioaktywnego rozpadu aktynowców oraz poprzez spalanie w wyższych warstwach atmosfery. Krzem-34 występuje również naturalnie w wyniku radioaktywnego rozpadu aktynowców.

Odkryto 32 izotopy germanu. Pięć z nich występuje naturalnie. Najczęstszym jest stabilny izotop german-74, następnie stabilny izotop german-72, stabilny izotop german-70 i stabilny izotop german-73. Izotop german-76 jest pierwotnym radioizotopem.

Odkryto 38 izotopów ołowiu. 9 z nich występuje naturalnie. Najpopularniejszym izotopem jest ołów-208, następnie ołów-206, ołów-207 i ołów-204: wszystkie z nich są stabilne. 4 izotopy ołowiu powstają w wyniku radioaktywnego rozpadu uranu i toru. Te izotopy to ołów-209, ołów-210, ołów-211 i ołów-212.