Элементы 14-й группы

В результате изучения данной главы студент должен: знать

• • особенности строения внешних электронных оболочек элементов 14-й группы:
• • особенности химических свойств оксидов и гидроксидов элементов 14-й группы;
• • биологическую роль и применение элементов 14-й группы в медицине и фармации;

уметь

• составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства элементов 14-й группы;

владеть

• навыками интерпретации важнейших свойств элементов 14-й группы.

Общая характеристика

К элементам 14-й группы относятся углерод С, кремний Si, германий Ge, олово Sn и свинец РЬ. Первые два элемента в соответствии с их электронными конфигурациями являются типическими, a Ge, Sn, РЬ и Rf составляют подгруппу германия. Резерфордий получен искусственно путем ядерного синтеза.

Внешние электронные оболочки элементов 14-й группы содержат по четыре электрона (конфигурация т²пр²), из которых два спаренных х²-электрона и два неспаренных р-электрона. Предвнешняя оболочка углерода содержит 2 электрона, кремния — 8, а германия, олова и свинца — по 18 электронов.

Электронные конфигурации атомов представлены ниже:

_GC — lss²2s²2p²; [Не] 2s²2p²;

• 14Si — ls²2s²2p⁶3s²3p²; [Ne] 3s²3p²;
• 32Ge — ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3</<sup>104s²4p²; [Ar] 4s²4p²;
• 50Sn — ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3rf¹⁰4s²4p⁶4fl!¹⁰5s²5p²; [Kr] Adⁱ⁰5s²5p²;
• 82Pb— ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3</<sup>1 °4s²4p⁶4J¹ °4/^{1 4}5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p²; [Xe] 4/^и5с/^ш6.у²6р².

В нормальном, невозбужденном состоянии атомы имеют ковалентность 2. При возбуждении атомов один из парных s-электронов наружного уровня переходит в свободную ячейку р-подуровня того же уровня, в результате чего все четыре электрона становятся неспаренными и ковалентность при этом возрастает до 4:

Энергия, затрачиваемая для перехода в .^-гибридное состояние, с избытком компенсируется энергией, выделяющейся вследствие образования четырех связей.

Важнейшие характеристики элементов 14-й группы приведены в табл. 13.1.

Таблица 13.1

Физические константы элементов 14-й группы.

При переходе от углерода к свинцу радиусы атомов возрастают, а ионизационные потенциалы уменьшаются. Тенденция к дополнению внешней электронной оболочки до октета резко ослабевает, поэтому от углерода к свинцу уменьшаются неметаллические свойства и возрастают металлические. Углерод и кремний относятся к неметаллам, а германий, олово и свинец — к металлам. В изменении свойств атомов и соединений в этом ряду проявляется вторичная периодичность.

Молекулы простых веществ у С, Si и Ge — нолиатомны. Для элементов 14-й группы характерны гексагональные, кубические тетрагональные и кубические гранецентрированные структуры кристаллических решеток.

Германий, олово и свинец — полные электронные аналоги. Как и у углерода и кремния, валентными у них являются 5²р²-электроны. Однако в ряду Ge — Sn — РЬ уменьшается роль внешней .s-электронной пары в образовании химических связей (участвуют уже не четыре, а только два электрона).