Kohlenstofffamilie von Elementen

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Eine Möglichkeit, Elemente zu klassifizieren, ist die Familie, zu der sie gehören. Eine Elementfamilie besteht aus homologen Elementen, nach denen sie benannt ist, also Atomen, die die gleiche Anzahl an Valenzelektronen und damit ähnliche chemische Eigenschaften haben. Einige Beispiele für Elementfamilien sind: die Stickstofffamilie, die Sauerstofffamilie und die Kohlenstofffamilie. In diesem Artikel werden wir insbesondere über die Kohlenstofffamilie sprechen.

Was ist die Kohlenstofffamilie?

Die Kohlenstofffamilie ist Gruppe 14 des Periodensystems. Es besteht aus fünf Elementen: Kohlenstoff, Silizium, Germanium, Zinn und Blei. Wahrscheinlich verhält sich auch Element 114, Flerovium, in mancher Hinsicht wie ein Mitglied dieser Familie. Die Kohlenstofffamilie befindet sich ungefähr in der Mitte des Periodensystems, mit den Nichtmetallen rechts und den Metallen links. Es ist auch als Kohlenstoffgruppe, Gruppe der kristallogenen Elemente, Gruppe 14 oder Gruppe IV bekannt. 

Eigenschaften der Kohlenstofffamilie

Hier sind einige Fakten über die Kohlenstofffamilie:

  • Elemente in der Kohlenstofffamilie enthalten Atome, die 4 Elektronen in ihrem äußeren Energieniveau haben. Zwei dieser Elektronen befinden sich in der s- Unterschale , während sich die anderen 2 in der p- Unterschale befinden . Nur der Carbon hat die s2-Außenkonfiguration, was einige der Unterschiede zwischen dem Carbon und anderen Artikeln in der Familie erklärt.
  • Je höher Sie in der Kohlenstofffamilie des Periodensystems aufsteigen, desto größer werden der Atomradius und der Ionenradius , während die Elektronegativität und die Ionisierungsenergie abnehmen. Die Größe des Atoms nimmt in der Gruppe abwärts zu, weil eine zusätzliche Elektronenhülle hinzugefügt wird. 
  • Die Dichte der Elemente nimmt zu, wenn Sie die Gruppe nach unten gehen.
  • Die Kohlenstofffamilie besteht aus einem Nichtmetall (Kohlenstoff), zwei Metalloiden (Silizium und Germanium) und zwei Metallen (Zinn und Blei). Mit anderen Worten, die Elemente gewinnen an Metallizität, wenn Sie die Gruppe hinuntergehen.
  • Diese Elemente kommen in einer Vielzahl von Verbindungen vor. Kohlenstoff ist das einzige Element der Gruppe, das rein in der Natur vorkommt.
  • Elemente der Kohlenstofffamilie haben sehr unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften.
  • Im Allgemeinen sind die Elemente der Kohlenstofffamilie stabil und neigen dazu, unreaktiv zu sein.
  • Elemente neigen dazu, kovalente Verbindungen zu bilden, obwohl Zinn und Blei auch ionische Verbindungen bilden.
  • Mit Ausnahme von Blei existieren alle Elemente der Kohlenstofffamilie in verschiedenen Formen oder Allotropen. Kohlenstoff findet sich beispielsweise in Diamanten, Graphit, Fullerenen und Allotropen von amorphem Kohlenstoff. Zinn kommt als weißes Zinn, graues Zinn und rhombisches Zinn vor. Blei kommt nur als dichtes, bläulich-graues Metall vor.
  • Elemente in Gruppe 14 (Kohlenstofffamilie) haben viel höhere Schmelz- und Siedepunkte als Elemente in Gruppe 13. Schmelz- und Siedepunkte in der Kohlenstofffamilie nehmen tendenziell ab, wenn Sie sich in der Gruppe nach unten bewegen. Das liegt vor allem daran, dass die atomaren Kräfte in größeren Molekülen nicht so stark sind. Blei zum Beispiel hat einen so niedrigen Schmelzpunkt, dass es leicht durch Feuer verflüssigt wird, was es als Lötbasis nützlich macht.

Verwendungen der Elemente und Verbindungen der Kohlenstofffamilie

Die Elemente der Kohlenstofffamilie sind wichtig im täglichen Leben und in der Industrie, da Kohlenstoff die Grundlage der Biochemie und des organischen Lebens ist. Sein allotroper Graphit wird in Bleistiften und Raketen verwendet. Lebende Organismen, Proteine, Kunststoffe, Lebensmittel und organische Baumaterialien enthalten alle Kohlenstoff. Silikone, das sind Silikonverbindungen, werden zur Herstellung von Schmiermitteln und für Vakuumpumpen verwendet. Silizium wird als Oxid zur Herstellung von Glas verwendet. Germanium und Silizium sind wichtige Halbleiter . Zinn und Blei werden in Legierungen und zur Herstellung von Pigmenten verwendet.

Daten für die Elemente der Kohlenstofffamilie (Gruppe 14)

Tun Ja ge schn bp
Schmelzpunkt (°C) 3500 (Diamant) 1410 937.4 231.88 327.502
Siedepunkt (°C) 4827 2355 2830 2260 1740
Dichte (g/  cm3  ) 3,51 (Diamant) 2.33 5.323 7.28 11.343
Ionisierungsenergie (kJ/mol) 1086 787 762 709 716
Atomradius (pm) 77 118 122 140 175
Ionenradius (pm) 260 (  C4-  ) 118 (Sn  2+  ) 119 (Pb2  +  )
übliche Oxidationszahl 3. 4 4 2, 4 2, 4 23
Härte (Mohs) 10 (Raute) 6.5 6.0 1.5 1.5
Kristallstruktur Kubik (Diamant) kubisch kubisch tetragonal fcc

Verweise

Claramunt, R. (2013). Wichtigste chemische Verbindungen. Leitartikel UNED. Verfügbar unter: https://books.google.co.ve/books?id=K45iAgAAQBAJ&dq

Gutiérrez, E. (1984). Chemie. umkehren. Verfügbar unter: https://books.google.co.ve/books?id=6h32OtElkAsC&dq

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Isabel Matos (M.A.)
(Master en en Inglés como lengua extranjera.) - COLABORADORA. Redactora y divulgadora.

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