Элементы 14-й группы: строение и изменение свойств
🧪 Химия · 9 класс
Углерод, кремний, германий, олово и свинец: четыре внешних электрона, степени окисления и пределы аналогии.
Старая и современная нумерация
Главная подгруппа IV группы, или IVA, в старой школьной записи соответствует 14-й группе современной длинной таблицы. В неё входят C, Si, Ge, Sn, Pb и искусственно полученный Fl. В обычном школьном сравнении основное внимание уделяют первым пяти элементам; свойства сверхтяжёлого флеровия не следует автоматически выводить из простой схемы.
Не путайте старое обозначение главной подгруппы с современной 4-й группой: там находятся другие элементы. Сначала уточните, какая система нумерации использована в задании.
Общее строение внешнего слоя
Для рассматриваемых атомов общая схема внешнего электронного слоя — ns²np²:два s-электрона и два p-электрона, всего четыре внешних электрона. У углерода 2s²2p², у кремния 3s²3p², у свинца 6s²6p². Число n меняется, но тип заполнения похож.
Это не означает, что во всём атоме четыре электрона. У кремния атомный номер 14, значит нейтральный атом имеет 14 электронов; внешними являются четыре из них. Внутренние оболочки тоже влияют на размеры и свойства.
Как меняется характер простых веществ
| Элемент | Характерные особенности |
|---|---|
| C | Неметалл, алмаз и графит имеют очень разные свойства |
| Si | Ковалентная структура, важный полупроводник |
| Ge | Полупроводниковые и промежуточные свойства |
| Sn, Pb | Металлы |
Вниз по группе в целом усиливается металлический характер, но свойства нельзя свести к одному признаку блеска. У кремния тоже есть металлический блеск, а проводимость графита отличает его от алмаза, хотя оба состоят из углерода.
Степени окисления
Важны состояния+4 и+2. Для углерода в CO₂ степень окисления+4, в CO —+2. В CH₄ углерод имеет−4. Формальная степень окисления не равна реальному заряду отдельного атома в ковалентной молекуле и не совпадает автоматически с валентностью.
У тяжёлых представителей возрастает относительная устойчивость+2; для свинца это особенно существенно. Поэтому соединения Pb(IV) нельзя считать во всём аналогичными устойчивым соединениям C(IV). Сходная внешняя схема объясняет родство, но не тождество химии.
Разобранный расчёт
В нейтральном SiO₂ кислород обычно имеет−2. Два атома дают−4, поэтому кремний должен иметь+4. В PbO один кислород даёт−2, следовательно Pb имеет+2. Формулы не разрешают делать вывод, что любой оксид группы обязательно имеет один состав EO₂.
Строение вещества тоже важно
CO₂ состоит из отдельных молекул и при обычных условиях является газом. Обычный твёрдый SiO₂ имеет протяжённую ковалентную структуру. Одинаковое соотношение элементов 1:2 не означает одинакового агрегатного состояния и одинаковой реакции с водой.
Металлический свинец и его соединения требуют обращения по правилам химической безопасности. Этот урок предназначен для анализа строения и формул, а не для домашних опытов с токсичными веществами.
Практика
- Сколько внешних электронов у нейтрального Si?
- Найдите степень окисления Sn в SnO₂.
- Доказывает ли формула EO₂ молекулярное строение любого оксида?
Ответы
1. Четыре, хотя всего электронов 14. 2. +4:сумма должна компенсировать−4 от кислорода. 3. Нет:состав и структура — разные характеристики. Сравните молекулярный CO₂ и сетчатый SiO₂, прежде чем переносить свойства одного вещества на другое.