Свойства элементов IV (14) группы главной подгруппы

IV группа главная подгруппа

Применение

Германий широко используется как полупро­водник. Почти половина производимого олова идет на из­готовление жести, главным потребителем которой является производство консервов. Значительное количество олова рас­ходуется на получение сплавов – бронзы (медь + 10 – 20% Sn). Оксид олова (IV) применяется для изготовления полупроводни­ковых сенсоров. Химические полупроводниковые сенсоры – чувствительные элементы на основе SnО₂, In₂O₃, ZnO, TiO, преобразующие энергию химического процесса в электри­ческую. Взаимодействие определяемого газа (О₂, СО, NО₂) с чувствительным материалом сенсора вызывает обратимое изменение его электропроводности, которое регистрируется электронным устройством.

К элементам IV (14 по новой номенклатуре ЮПАК) группы главной подгруппы относятся: углерод С, кремний Si, германий Ge, олово Sn, свинец Pb.

В основном состоянии атомы пниктогенов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня – …ns² np², где n – главное квантовое число (номер периода). Для атомов элементов IV группы главной подгруппы характерны следующие степени окисления: для углерода – (–4, 0, +2, +4); для кремния – (–4, 0, (+2), +4); для германия – ((–4), 0, +2, +4); для олова – (0, +2, +4), для свинца – (0, +2, +4).

Устойчивость соединений с высшей степенью окисления +4 максимальна для кремния и понижается в ряду Ge – Sn – Pb. Это объясняется тем, что затраты энергии на перевод электрона с s на p подуровень не компенсируются энергией образующихся химических связей. Устойчивость соединений со степенью окисления +2 возрастает.

В табл. 1 представлены основные свойства IV (14) группы главной подгруппы.

Свойство	С	Si	Ge	Sn	Pb
Заряд ядра
Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня в основном состоянии	…2s^2 2p^2	…3s^2 3p^2	…4s^2 4p^2	…5s^2 5p^2	…6s^2 6p^2
Орбитальный радиус, пм
Энергия ионизации , эВ	11,26	8,15	7,90	7,34	7,42
Энергия сродства к электрону, , эВ	1,26	1,38	1,2	1,2	–
Температура плавления, ºС	3300 (субл.)
Температура кипения, ºС	–
Электроотрицательность: по Полингу по Оллреду-Рохову	2,55 2,50	1,90 1,74	2,01 2,02	1,96 1,72	2,33 1,55

В IV группе главной подгруппе сверху вниз орбитальный радиус увеличивается. Неравномерное изменение радиуса при переходе от Si к Ge и от Sn к Pb обусловлено эффектами d и f-сжатия. Электроны 3d и 4f-подуровней слабо экранируют заряд ядер атомов. Это приводит к сжатию электронных оболочек германия и свинца из-за повышения эффективного заряда ядра.

В IV группе главной подгруппе сверху вниз эффективный заряд ядра увеличивается, орбитальный радиус также увеличивается, энергия ионизации уменьшается, восстановительные свойства атомов возрастают.

Углерод отличается от других атомов элементов IV группы главной подгруппы высоким значением энергии ионизации.

Атом углерода не имеет свободных d-орбиталей, валентные электроны атома углерода (... 2s² 2p²) слабо экранированы от действия ядра, что объясняет небольшой радиус атома углерода и высокие значения энергии ионизации и электроотрицательности.

В IV группе главной подгруппе сверху вниз эффективный заряд ядра увеличивается, орбитальный радиус увеличивается, энергия сродства к электрону уменьшается, окислительные свойства атомов уменьшаются.

Энергия сродства к электрону у атома углерода меньше, чем у атома кремния, что связано с небольшим радиусом атома углерода и сильным межэлектронным отталкиванием при присоединении электрона к атому.

В IV группе главной подгруппе сверху вниз энергия ионизации уменьшается, энергия сродства к электрону уменьшается, электроотрицательность уменьшается.

С изменением энергии ионизации свойства элементов IV группы главной подгруппы изменяются от типичных неметаллов к металлам. Углерод и кремний – типичные неметаллы, германий – металлоид с характерными металлическими свойствами, олово, свинец – металл.

В IV группе главной подгруппе сверху вниз температуры плавления и кипения уменьшаются.

Понижение температуры плавления обусловлено увеличением доли металлической связи.

Дата добавления: 2014-01-15