§ 12. Подгруппа углерода

Общая характеристика элементов.

Подгруппу углерода составляют элементы углерод, кремний, германий, олово и свинец. Электронные конфигурации внешнего слоя этих элементов . В соединениях эти элементы могут проявлять степени окисления от 4+ до 4-. Углерод и кремний являются типичными неметаллами, германий проявляет промежуточные свойства, а олово и свинец являются типичными металлами.

Углерод имеет два устойчивых изотопа: Очень важен радиоактивный изотоп углерода испускающий -лучи с периодом полураспада лет.

С помощью радиоуглеродного анализа путем определения концентрации изотопа ученые смогли довольно точно датировать возраст углеродсодержащих пород, археологических находок, геологических событий.

Атом углерода имеет 6 электронов, 2 из которых образуют внутренний слой , а 4 — внешний . Связи углерода с другими элементами преимущественно ковалентны. Обычная валентность углерода — IV. Замечательная особенность атомов углерода — способность соединяться между собой с образованием прочных длинных цепей, в том числе замкнутых. Число таких соединений огромно, все они составляют предмет органической химии.

Различие аллотропных модификаций углерода — яркий пример влияния кристаллического строения твердых веществ на их физические свойства. В графите атомы углерода находятся в состоянии -гибридизации и расположены в параллельных слоях, образуя гексагональную сетку. Внутри слоя атомы связаны гораздо сильнее, чем между слоями, поэтому свойства графита сильно различаются по разным направлениям. Так, способность графита к расслаиванию связана с разрывом более слабых межслойных связей по плоскостям скольжения.

При очень высоких давлениях и нагревании без доступа воздуха из графита может быть получен искусственный алмаз. В кристалле алмаза атомы углерода находятся в состоянии «-гибридизации, и поэтому все связи эквивалентны и очень прочны. Атомы образуют непрерывный трехмерный каркас. Алмаз — самое твердое вещество, найденное в природе.

Известна и третья аллотропная модификация углерода — карбин.

Кремний после кислорода — самый распространенный элемент в земной коре (27,6% по массе). В отличие от углерода, в свободном состоянии кремний в природе не встречается. Наиболее распространенными его соединениями являются оксид кремния (IV) и соли кремниевых кислот — силикаты.