KARBONIDOK: ELEMEK, JELLEMZŐK ÉS FELHASZNÁLÁS - KÉMIA - 2025

A karbonidok azok az elemek, amelyek alkotják az úgynevezett széncsaládot, a periódusos rendszer 14. csoportját (IVA). A csoport nem fémes elemből, szénből áll; két metalloid elem, szilícium és germánium; és három fémes elem: ón, ólom és flevorium.

Ezeknek az elemeknek a legkülső elektronikus héjában négy elektron van, ns ² np ² konfigurációjú. Általában a +4 oxidációs állapotot használják; Az ólom kivételével, amely az inert elektronpáros hatás miatt a +2 oxidációs állapotot használja.

Faszén, a karbonidok csoportjának reprezentatív eleme. Forrás: Pxhere.

A családba tartozó elemek kémiailag stabilak, nem nagyon reagálnak. De képesek hidrid és halogenid képzésére. Ezen túlmenően az elemek általában kovalens kötéseket képeznek; bár az ón és az ólom (mindkettő fémek) fémes kötéseket képeznek.

Az olvadáspontok, a forráspontok és az ionizációs energia értékei csökkennek, amikor a csoportban az elemek atomszáma növekszik. Ugyanígy csökkennek a hatékony kondenzációk, ami a szén és annak többszörös CC-kötéseihez vezet.

Elemek és jellemzők

Szén

Nemfémes elem, 6. atomszámmal és atommasszával 12,011 g / mol. A szén annyira fontos elem, hogy a szerves kémiát szénkémiai anyagnak nevezzük, mivel valamennyi vegyületét ez az elem alkotja.

A szén jelen van a szénhidrátokban, lipidekben, fehérjékben és nukleinsavakban; azaz az életért felelős összes molekulában és makromolekulában. Ugyanakkor ez a tizenhetedik elem a földkéregben.

A szén a család egyetlen eleme, amely tiszta formában található a földkéregben. Ezenkívül más elemekkel kombinálva kőolaj- és karbonátokat képez olyan kőzetekben, mint a kalcit (CaCO ₃), a magnezit (MgCO ₃) és a dolomit (MgCO ₃ · CaCO ₃).

A szénnek 5 allotrop alakja van: grafit, amely egymásra rakott lapként jelenik meg. A gyémánt köbös szerkezetű kristály, tetraedrikus alakú, csúcsaiban szénatomokkal.

Az amorf szén korom formájában fekete por. A fullerénben a széngyűrűk a futball-labdákhoz hasonló molekuláris elrendezéseket képeznek. És a grafénben találunk egy réteg szénatomokat, amelyek méhsejt mintázatban vannak elrendezve.

Szilícium

Ez egy 14-es atomszámú és 28,09 g / mol atomtömegű metalloid. A földkéregben megtalálható szilícium-dioxid (SiO ₂), homok és kvarc, valamint különféle ásványok és szilikátos agyagok formájában.

A szilícium a földkéreg második legelterjedtebb eleme. Két allotrop alakja van: egy barna amorf és egy szürke kristályos forma, fémes csillogás és köbméter gyémánt kristályok.

Germánium

Ez egy 32-es atomszámú és 72,61 g / mol atomtömegű metalloid. A germánium kevéssé ismert nap mint nap. Csak nyomaként található meg néhány ezüst- és cink-ásványban, valamint bizonyos típusú szénben és a germanitban.

Szürkésfehér színű, köbös és gyémánt kristályszerkezetet képez.

Ón

Ez egy 50-es atomszámú és 118,71 g / mol atomtömegű fém. Az ón puha, formázható fém, alacsony olvadáspontú. Két allotrop alakja van: β forma, szobahőmérsékleten tetragonális kristályszerkezettel; és α formájú, szürke színű, 13 ° C alatti hőmérsékleten.

Ón kivonjuk az ásványi Kassziterit (SnO ₂).

Vezet

Ez egy 82-es atomszámú és 207,2 g / mol atomsúlyú fém. Arcközpontú kristályszerkezettel, kékefehér színű és nagymértékben mérgező az emberekre. Az ólom az ásványi galenában (PbS) található.

Flevorian

Ez egy 114 fémszámú, 287 g / mol atomtömegű fém. A Flevorium egy mesterséges, radioaktív és nagyon rövid élettartamú elem. Tulajdonságai hasonlóak a nemesgázok tulajdonságaival, bár lehetséges, hogy későbbi fém, mint átmeneti fémek.

jellemzők

Olvadáspont

Szén: 3500 ºC (gyémánt).

Szilícium: 1410 ºC.

Muskátli: 937,4 ° C.

Ón: 231,88 ºC.

Ólom: 327,50 ºC.

Forráspont

Szén: 4827 ºC (gyémánt).

Szilikon: 2355 ºC.

Germánium: 2830 ° C.

Ón: 2260 ºC.

Ólom: 1 740 ºC.

Sűrűség

Carbon: 3,51 g / cm ³ (rombusz).

Szilícium: 2,33 g / cm ³.

Germánium: 5,327 g / cm ³.

Tin: 7,28 g / cm ³.

Ólom: 11,343 g / cm ³.

Ionizációs energia

Szén: 1 086 kJ / mol.

Szilícium: 787 kJ / mol.

Germánium: 762 kJ / mol.

Ón: 709 kJ / mol.

Ólom: 716 kJ / mol.

Atomic radio

Szén: 77:00.

Szilikon: 118 órakor.

Germánium: 122 óra.

Óna: 140 pm.

Ólom: 175 pm.

A 14. csoport elemeinek olvadáspontja és forráspontja általában csökken, mivel számuk és atom sugara növekszik.

Ez tükrözi az atomok közötti alacsonyabb vonzóerőt, amikor méretük növekszik. Ugyanez a tendencia figyelhető meg a csoport elemeinek ionizációs pontjain; minél nagyobb az elektron távolsága a magtól, annál alacsonyabb az elválasztásához szükséges energia.

Éppen ellenkezőleg: az atomszám növekedésével hajlamos az elem sűrűségének növekedése. Ennek oka lehet a nagyobb számú proton és neutron, a legtömegesebb nukleáris komponensek.

Alkalmazások

Szén

A grafitot szálas formában használják műanyagok gyártásához. Ezenkívül a ceruzák gyártásában is használják. A gyémánt értékes ékszer. Nagy keménységét használják az olajiparban végzett fúrókban és a ceruzahegyekben az üveg vágásához.

A kalcium-karbidot köztitermékként használják az oldószerek szén-diszulfid és szén-tetraklorid előállításához. A szént acél- és gumiabroncs-töltőanyagok szintézisében használják.

Szilícium

A szilíciumot félvezetőként, valamint az elektronikai ipar különféle funkciójainál használják. Kenőanyagként és vízszigetelőként alkalmazható. A szilícium-dioxidot (SiO ₂) kerámia és üveg előállításához használják, valamint beton és tégla alkotóelemeként használják.

A szilíciumot vákuumszivattyúkban használják. Alapvető fontosságú a csirkék és patkányok táplálkozásában; bár annak lényege az ember számára ismeretlen. Ezenkívül redukálószer, amelyet a magnézium oxidjából való felszabadítására használnak.

Germánium

Félvezetőként 1950-ig használták, amikor a szilícium elmozdította; bár továbbra is különféle funkciókat lát el az elektronika területén. A germániumot sugárzásdetektorokban használják. A germánium-oxidot használják optikai szálakban és széles látószögű lencsékben.

Ón

Vas tárgyak bevonására használják, hogy megvédjék őket a rozsdától. Az ónt hegesztéshez és ón lemez gyártásához használják élelmiszerek csomagolására. Az ón-kloridokat a vas ásványok redukciójához használják.

Az ónvegyületeknek számos felhasználása van. Például ón-fluoridot használnak a fogkrémekben; ón-oxid a kerámiában; és kobalt-sztanát mint erdei kék pigment. Az ón ötvözeteket is alkot, mint például a bronz és az ón.

Vezet

Autóakkumulátorok gyártásához használják; az ionizáló sugárzás elleni védelemben; és hegesztésnél.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Elizabeth Sproat, Jessica Lin és Vancy Wong. (2019. június 05.). 14. csoport: Általános tulajdonságok és reakciók. Helyreállítva: chem.libretexts.org
3. Wikipedia. (2019). A széncsoport helyreállt a (z) en.wikipedia.org webhelyről
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. március 21.). Az elemek szén családja. Helyreállítva: gondolat.com
5. Moeller Therald. (2019). Széncsoport elem. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com