CARBONOIDS: ELEMENTER, EGENSKABER OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

De carbonids er alle de elementer, der udgør den såkaldte carbon familie, gruppe 14 (IVA) i det periodiske system. Gruppen består af et ikke-metallisk element, kulstof; to metalloidelementer, silicium og germanium; og tre metalliske elementer: tin, bly og flevorium.

Disse elementer har fire elektroner i deres yderste elektroniske skal med ns ² np ^2- konfigurationen. De har en tendens til at bruge +4-oxidationstilstanden; Med undtagelse af bly, der på grund af virkningen af ​​paret af inerte elektroner bruger oxidationstilstanden +2.

Trækul, det repræsentative element i gruppen af ​​carbonider. Kilde: Pxhere.

Elementerne i denne familie er kemisk stabile og ikke meget reaktive. Men de er i stand til at danne hydrider og halogenider. Endvidere har elementerne en tendens til at danne kovalente bindinger; skønt tin og bly (begge metaller) har en tendens til at danne metalliske bindinger.

Værdierne af smeltepunkter, kogepunkter og ioniseringsenergi er tilbøjelige til at falde, efterhånden som det atomære antal af elementerne i gruppen stiger. Ligeledes formindskes effektive sammenhænge, ​​hvilket fører til kulstof og dens flere CC-bindinger.

Elementer og egenskaber

Kulstof

Ikke-metallisk element med atomnummer 6 og atomvægt 12,011 g / mol. Kulstof er et så vigtigt element, at organisk kemi kaldes kulstofkemi, da alle dens forbindelser dannes af dette element.

Carbon er til stede i kulhydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer; det vil sige i alle molekyler og makromolekyler, der er ansvarlige for livet. Det er dog det syttende element i overflod i jordskorpen.

Carbon er det eneste element i familien, der findes i jordskorpen i ren form. Derudover kombineres det med andre elementer til dannelse af petroleum og carbonater i klipper som kalsit (CaCO ₃), magnesit (MgCO ₃) og dolomit (MgCO ₃ · CaCO ₃).

Carbon har 5 allotropiske former: grafit, der vises som stablede ark. Diamanten er en krystal af kubisk struktur, tetrahedral i form med carbonatomer placeret ved dets hjørner.

Amorf kulstof er sort pulver i form af sod. I fulleren danner kulstofringene molekylære arrangementer, der ligner fodboldkugler. Og i grafen finder vi et lag med kulstofatomer arrangeret i et bikagemønster.

Silicon

Det er et metalloid med atomnummer 14 og atomvægt 28,09 g / mol. Det findes i jordskorpen som silica (SiO ₂), sand og kvarts såvel som i forskellige mineraler og silikatlejer.

Silicium er det næst mest rigelige element i jordskorpen. Det har to allotropiske former: en brun amorf en og en grå krystallinsk form, metallisk glans og kubiske diamantkrystaller.

Germanium

Det er et metalloid med atomnummer 32 og atomvægt 72,61 g / mol. Germanium er lidt kendt på daglig basis. Det findes kun som spor i nogle sølv- og zinkmineraler, såvel som i nogle typer kul og i germanit.

Den er gråhvid i farve og danner en kubisk og diamant krystalstruktur.

Tin

Det er et metal med atomnummer 50 og atomvægt 118,71 g / mol. Tin er et blødt, formbart metal med et lavt smeltepunkt. Det har to allotropiske former: ß-form med en tetragonal krystalstruktur ved stuetemperatur; og danner α, grå farve fundet ved temperaturer under 13 ºC.

Tin ekstraheres fra mineralkassiterit (SnO ₂).

At føre

Det er et metal med atomnummer 82 og atomvægt 207,2 g / mol. Det har en ansigt-centreret krystallinsk struktur, blåhvid farve og høj toksicitet for mennesker. Bly findes som en del af mineralgalena (PbS).

Flevorian

Det er et metal med atomnummer 114 og en atomvægt på 287 g / mol. Flevorium er et kunstigt, radioaktivt og meget kortvarigt element. Dets egenskaber ligner egenskaberne ved ædelgasser, skønt det er muligt, at det er et senere metal end overgangsmetaller.

egenskaber

Smeltepunkt

Carbon: 3.500 ºC (diamant).

Silicium: 1.410 ºC.

Geranium: 937,4 ° C

Tin: 231,88 ºC.

Bly: 327,50 ºC.

Kogepunkt

Carbon: 4.827 ºC (diamant).

Silicium: 2.355 ºC.

Germanium: 2.830 ° C

Tin: 2.260 ºC.

Bly: 1.740 ºC.

Massefylde

Kulstof: 3,51 g / cm ³ (diamant).

Silicium: 2,33 g / cm ³.

Germanium: 5,327 g / cm ³.

Tin: 7,28 g / cm ³.

Bly: 11,343 g / cm ³.

Ioniseringsenergi

Carbon: 1.086 kJ / mol.

Silicium: 787 kJ / mol.

Germanium: 762 kJ / mol.

Tin: 709 kJ / mol.

Bly: 716 kJ / mol.

Atomradio

Carbon: 77 pm.

Silicon: 118 pm.

Germanium: 122 pm.

Blik: 140 pm.

Lead: 175 pm.

Smelte- og kogepunktværdierne i gruppe 14-elementer er tilbøjelige til at falde, når antallet og atomradiusen stiger.

Dette afspejler en lavere attraktiv kraft mellem atomerne, når deres størrelse stiger. Den samme tendens observeres i ioniseringspunkterne for elementerne i gruppen; jo større afstanden til et elektron fra kernen er, jo lavere er den energi, der kræves til dets adskillelse.

Tværtimod, når atomantalet stiger, er der en tendens til at øge elementets densitet. Dette kan skyldes et større antal protoner og neutroner, de mest massive nukleare komponenter.

Applikationer

Kulstof

Grafit bruges i fibrøs form til fremstilling af plast. Derudover bruges det til fremstilling af blyanter. Diamanten er en dyrebar juvel. Dens store hårdhed bruges i øvelser i olieindustrien og i blyanterne til at skære glas.

Calciumcarbid bruges som mellemprodukt i produktionen af ​​opløsningsmidlerne carbondisulfid og carbontetrachlorid. Carbon anvendes til syntese af stål og dækfyldere.

Silicon

Silicium bruges som halvleder såvel som i forskellige funktioner i elektronikindustrien. Det har anvendelse som et smøremiddel og vandtætningsmiddel. Silica (SiO ₂) bruges til fremstilling af keramik og glas samt til at være en komponent i beton og mursten.

Silicium bruges i vakuumpumper. Det er vigtigt i ernæringen af ​​kyllinger og rotter; skønt dens væsentlighed for mennesket er ukendt. Det er også et reduktionsmiddel, der bruges til at frigøre magnesium fra dets oxid.

Germanium

Det blev brugt som halvleder indtil 1950, hvor det blev forskudt af silicium; skønt den fortsætter med at udføre forskellige funktioner inden for elektronikområdet. German bruges i strålingsdetektorer. Germaniumoxid bruges i optiske fibre og vidvinkellinser.

Tin

Det bruges til at beklæde jerngenstande for at beskytte dem mod rust. Tin bruges til svejsning og til fremstilling af tinplade til emballering af fødevarer. Tinnchlorider bruges til reduktion af jernmineraler.

Tinforbindelser har adskillige anvendelser. F.eks. Bruges tinnfluorid i tandpastaer; tinoxid i keramik; og kobolt stannat som et ceruleanblåt pigment. Tinn danner også legeringer som bronze og tin.

At føre

Det bruges til fremstilling af bilbatterier; til beskyttelse mod ioniserende stråling; og i svejsning.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Elizabeth Sproat, Jessica Lin og Vancy Wong. (05. juni 2019). Gruppe 14: generelle egenskaber og reaktioner. Gendannes fra: chem.libretexts.org
3. Wikipedia. (2019). Kulstofgruppe opsamlet fra: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (21. marts, 2019). Carbon Family of Elements. Gendannes fra: thoughtco.com
5. Moeller Therald. (2019). Carbon gruppeelement. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com