元素の炭素族

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要素を分類する 1 つの方法は、要素が属するファミリによって分類することです。元素のファミリーは、名前が付けられた相同元素、つまり同じ数の価電子を持ち、したがって類似の化学的性質を持つ原子で構成されます。要素のファミリーの例としては、窒素ファミリー、酸素ファミリー、および炭素ファミリーがあります。この記事では、特に炭素族について説明します。

炭素族とは何?

炭素族は、周期表のグループ 14 です。炭素、シリコン、ゲルマニウム、スズ、鉛の5つの元素で構成されています。元素 114 のフレロビウムも、いくつかの点でこのファミリーの一員として振る舞う可能性が高い。炭素族は、周期表のほぼ中央に位置し、右側に非金属、左側に金属があります。炭素グループ、結晶性元素のグループ、グループ 14 またはグループ IV としても知られています。 

カーボンファミリーの特徴

炭素族に関するいくつかの事実を次に示します。

  • 炭素族の元素には、外部エネルギー準位に 4 つの電子を持つ原子が含まれています。これらの電子のうち 2 つはsサブシェルにあり、残りの 2 つはpサブシェルにあります。カーボンのみが s2 外部構成を持ち、カーボンとファミリー内の他のアイテムとの違いのいくつかを説明しています。
  • 周期表で炭素族を上に移動すると、原子半径とイオン半径が増加し、電気陰性度とイオン化エネルギーが減少します。余分な電子殻が追加されるため、原子のサイズはグループの下に向かって増加します。 
  • グループを下るにつれて要素の密度が高くなります。
  • 炭素族は、1 つの非金属 (炭素)、2 つのメタロイド (シリコンとゲルマニウム)、および 2 つの金属 (スズと鉛) で構成されます。言い換えれば、グループを下るにつれて、要素は金属性を獲得します。
  • これらの元素は、さまざまな化合物に含まれています。炭素は、自然界で純粋であることがわかるグループ内の唯一の元素です。
  • 炭素族の元素は、非常に変化しやすい物理的および化学的特性を持っています。
  • 一般に、炭素族の元素は安定しており、反応しにくい傾向があります。
  • 元素は共有結合化合物を形成する傾向がありますが、スズと鉛もイオン化合物を形成します。
  • 鉛を除いて、炭素族のすべての元素はさまざまな形態または同素体で存在します。たとえば、炭素は、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン、および非晶質炭素の同素体に含まれています。スズは、白スズ、灰色スズ、および菱形スズとして発生します。鉛は、高密度の青みがかった灰色の金属としてのみ発見されます。
  • グループ 14 (炭素族) の元素は、グループ 13 の元素よりもはるかに高い融点と沸点を持っています。炭素族の融点と沸点は、グループが下に移動するにつれて低下する傾向があります。これは主に、より大きな分子内の原子間力がそれほど強くないためです。たとえば、鉛は融点が非常に低いため、火によって容易に液化するため、はんだベースとして有用です。

炭素族の元素と化合物の用途

炭素は生化学と有機生命の基礎であるため、炭素族の要素は日常生活や産業において重要です。その同素体グラファイトは、鉛筆やロケットに使用されています。生物、タンパク質、プラスチック、食品、有機建材にはすべて炭素が含まれています。シリコン化合物であるシリコーンは、潤滑剤の製造や真空ポンプに使用されます。シリコンは、ガラスを作るための酸化物として使用されます。ゲルマニウムとシリコンは重要な半導体です。スズと鉛は、合金や顔料の製造に使用されます。

炭素族の元素のデータ (グループ 14)

する うん ゲー スン bp
融点(℃) 3500 (ダイヤモンド) 1410 937.4 231.88 327,502
沸点(℃) 4827 2355 2830 2260 1740年
密度 (g/  cm3  ) 3.51 (ダイヤモンド) 2.33 5,323 7.28 11,343
イオン化エネルギー (kJ/mol) 1086 787 762 709 716
原子半径 (pm) 77 118 122 140 175
イオン半径 (pm) 260 (  C4-  ) 118 (Sn  2+  ) 119 (鉛 2+  )
通常の酸化数 3.4 4 2、4 2、4 23
硬度(モース) 10 (ダイヤモンド) 6.5 6.0 1.5 1.5
結晶構造 キュービック(ダイヤモンド) キュービック キュービック 四角形 fcc

参考文献

Claramunt、R.(2013)。主な化合物。編集 UNED。入手先: https://books.google.co.ve/books?id=K45iAgAAQBAJ&dq

グティエレス、E. (1984)。化学。逆行。入手先: 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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