ОБЩАЯ ХАРАТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ
IVА ГРУППЫ
Нахождение в природе
В IV A группу входят следующие элементы: углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (Pb). Они принадлежат к семейству р-элементов и встречаются в природе только в связанном виде. Исключение составляет углерод, который в значительных количествах присутствует на Земле и в свободном виде, образуя простые вещества: алмаз, графит.
Из элементов IV A группы наиболее распространены на Земле кремний (массовая доля в земной коре ≈ 27%) и углерод
(≈ 0,1% по массе). Кремний при этом занимает второе место по распространенности среди всех элементов, уступая только кислороду. Германий, олово и свинец встречаются в природе значительно реже (≈ 7 ∙ 10-4%, 4 ∙ 10-3% и 1,6 ∙ 10-3% по массе, соответственно).
Все элементы IV A группы присутствуют на Земле в виде нескольких стабильных нуклидов. Причем больше всего нуклидов (10) имеет олово; у свинца и германия их – по 4 у каждого; у кремния – 3 и у углерода – 2.
Физические и химические свойства элементов IVA группы
По своим физическим и химическим свойствам углерод и кремний принадлежат к неметаллам, германий является амфотерным или переходным элементом, а олово и свинец в целом характеризуются как металлы.
Некоторые физические свойства атомов элементов IVA группы и образуемых ими простых веществ представлены в таблице 7. Как видно, с ростом атомного номера элемента наблюдается увеличение радиусов его атомов, уменьшение значения энергии ионизации и относительной электроотрицательности.
Таким образом, для элементов IVA группы сверху вниз происходит типичное усиление металлических свойств, а, значит, и их восстановительной способности.
Таблица 7. Некоторые физические свойства атомов элементов IVA группы и образуемых ими простых веществ
| Символ элемента | C | Si | Gе | Sn | Pb |
| Радиус атома, нм | 0,62 | 0,107 | 0,109 | 0,124 | 0,122 |
| Энергия ионизации атома, кДж/моль | ~1090 | ~790 | ~760 | ~710 | ~716 |
| Относительная электроотрицательность | 2,5 | 1,74 | 2,02 | 1,72 | 1,55 |
| Агрегатное состояние образуемого простого вещества (при н.у.) | тв. тело | тв. тело | тв. тело | тв. тело | тв. тело |
| Температура плавления простого вещества, оС | >3500оС | ||||
| Плотность простого вещества ρ, г/см3 | 2,265 (графит) | 2,328 | 5,323 | 5,846 (для α-Sn) | 11,336 |
Атомы элементов IV A группы имеют одинаковое строение внешнего электронного слоя и содержат на нем 4 электрона:
Углерод отличается от всех остальных элементов тем, что на внешнем энергетическом уровне у него отсутствует d-подуровень.
В невозбужденном состоянии элементы IV A группы имеют на внешнем слое только 2 неспаренных электрона. Значит, валентность их в этом случае будет равна 2 и по обменному механизму они могут образовать только 2 ковалентные связи. В возбужденном состоянии число неспаренных электронов может увеличиваться до 4 за счет распаривания электронной пары:
Соответственно, и валентность в этом случае тоже будет равна 4.