周期表の 14 族は炭素族元素とも呼ばれ、6 つの元素で構成されています。これらの元素は、炭素 (C)、シリコン (Si)、ゲルマニウム (Ge)、スズ (Sn)、鉛 (Pb)、フレロビウム (Fl) です。ゲルマニウムとフレロビウム（人工的に生成される）を除いて、これらの元素はすべて私たちの日常生活で見つけることができます.
これらの元素は、それらの化合物の形で見つけることができます。シリコンは地球の地殻に豊富に存在します。炭素には無限の数の化合物が含まれていることが知られており、それらは私たちの身の回りにさまざまな形で存在しています。
目的と機能
14族元素の構造
P サブシェルには 3 つの縮退 p 軌道があり、各軌道は 2 つの電子を持つことができます。 p-block 要素に属するグループは、全体で 6 つあります。それらは 1 つの電子を失う傾向があり、光沢のある外観を持っています。 p サブシェルのほとんどの要素は、熱と電気の良導体です。
ガリウムは手の中で溶けることさえあります。シリコンは、ガラスの製造において重要な成分として使用されます。シリコンは、元素の p ブロック グループの最も重要な半金属の 1 つです。
電子構成
14 族の元素の一般的な電子配置は ns2np2 です。
これらの要素の最も外側の p 軌道には、2 つの電子を含めることができます。 14 族のすべての元素は、最外殻に 4 つの電子を持っています。したがって、それらの原子価は 4 です。それらは結合形成に関与して、オクテット構成を実現します。
酸化とインナーペア効果
14 族の元素の一般的な酸化状態は +4 と +2 です。それらは +2 イオンを形成する傾向があり、これはグループの下に行くにつれて増加します。これはインナーペア効果と呼ばれる現象が原因です。これは、介在する電子の遮蔽が不十分なため、結合形成中に s 軌道が存在しないためです。
電子は、スズや鉛などの元素の d 軌道と f 軌道にあります。 d 軌道と f 軌道は遮蔽能力が低いため、核電荷は s 軌道を原子核に引き寄せます。したがって、s 軌道は結合形成に対して躊躇し、p 軌道からの電子のみが結合形成に関与できます。これが、Pb+2 が非常に優れた酸化剤である理由です。
炭素の異常な挙動
同じグループに属しているにもかかわらず、グループ 14 の炭素の構造と性質には多くの違いが見られます。炭素は原子サイズが小さく、電気陰性度が高く、イオン化エンタルピーが高くなります。これに加えて、炭素もその原子価殻に d 軌道を欠いています。
14族に属する元素の化学的性質
- 共有結合半径:14 族元素の半径は 13 族元素より小さい。実効核電荷が増加し、半径が小さくなります。ただし、炭素と比較した場合、シリコンの半径の増加が顕著であることがわかります。これは、d 軌道と f 軌道の遮蔽効果が低く、実効核電荷が増加するためです。
- イオン化エンタルピー:14 族の元素は、13 族の元素よりも高いイオン化エンタルピーを持っています。これは、物理的なサイズのためです。グループを下るにつれて、イオン化エンタルピーは減少します。炭素からシリコンへの急激な減少があり、その後、減少はわずかになります。
- d 軌道と f 軌道が効果的に遮蔽されているため、鉛はスズよりもイオン化エンタルピーが高くなります。
電気陰性度
サイズが比較的小さいため、14 族の元素は 13 族の元素よりも電気陰性度が高くなります。ただし、シリコンから鉛までの電気陰性度の値はほぼ同じです。
第 14 族元素の物理的性質
- 金属的性質:14 族の元素は、サイズが小さく、イオン化エンタルピーが高いため、13 族の元素よりも電気陽性度が低くなる傾向があります。元素の金属的性質は、このグループに進むにつれて増加します。 Sn と Pb は柔らかい金属として知られており、融点が低くなる傾向があります。一方、C と Si は非金属であり、Ge は一般的な半金属です。
- 融点と沸点:炭素、シリコン、ゲルマニウムは、構造が安定しているため、融点と沸点が非常に高くなります。内部ペア効果により、スズと鉛は 4 つではなく 2 つの結合しか形成できないため、沸点が低くなります。
- 第 14 族のすべての元素はダイヤモンドのような層状構造を持ち、非常に安定しています。安定した構造は、非常に高い融点で壊れる可能性があります。
- 原子のサイズが大きくなると、グループが下に行くにつれて融点が下がります。これは、M-M 結合が減少するためです。スズや鉛は金属であるため、融点が比較的低い。
- 4 つの共有結合化合物:共有結合化合物は、原子価殻からの 4 つの電子が結合形成に関与する化合物です。この特性は、グループ 14 のほとんどの要素に存在します。
- 密度:グループを下るにつれて単位体積あたりの質量が増加するため、原子番号が増加するにつれて要素の密度が増加します。
結論
周期的要素のグループ 14 は、6 つの要素で構成されます。グループを下るにつれて金属的な性質が増します。ただし、シリコンと炭素は非金属であり、ゲルマニウムはメタロイドであり、鉛とスズはこのグループの金属です。
の形成により、多くのユニークな特性があります。
