碳族元素
元素周期表ⅣA族的元素
碳族元素(Carbon group),是位于是元素周期表ⅣA族的元素,包括(C)、(Si)、(Ge)、(Sn)、(Pb)、𫓧(Fl)六种。它们电子排布相似,有4个价电子。碳、硅是非金属,锗是金属元素,但金属性较弱,锡和铅是更为典型的金属元素,Fl系人工合成。碳族元素在分布上差异很大,碳和硅在地壳有广泛的分布;锡、铅也较为常见,锗的含量则十分稀少,属于稀散型稀有金属。碳是碳循环的核心元素,以二氧化碳碳酸盐和有机物的形式存在,硅以二氧化硅硅酸盐为主,锗、锡、以二氧化物存在,铅以硫化物居多。
分布
碳族元素中,硅的丰度最大,仅次于氧;碳、硅都是地壳中的常量元素;锡、铅的丰度较小,但矿藏集中,易于开采和冶炼,因而其历史也较为长久;锗属于稀散型稀有金属,矿藏极少;𫓧主要是人工合成。
元素性质
周期律性质
主条目:元素周期律
碳族元素表现出一定的周期性,从上到下,元素的金属性增强,非金属性减弱,+4价化合物稳定性降低,+2价化合物稳定性提高,铅(Ⅱ)化合物稳定性高于铅(Ⅳ)。
⒈相似性
·最外层都有4个电子,化合价主要有+4和+2,易形成共价化合物
·气态氢化物的通式:RH4
·最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)4
⒉递变性
·+2价化合物主要氧化态稳定性逐渐增大,+4价化合物主要氧化态稳定性逐渐减小
·熔沸点降低,单质密度逐渐增大
·金属性增强,非金属性减弱,最高价氧化物对应水化物的酸性减弱,氢化物的稳定性减弱
硅的特殊性
主条目:对角线规则
①硅与ⅢA族的硼在周期表中处于对角线位置,表现出特有的对角线规则。而其他碳族元素无此规律。
②碳的氢化物类型众多(例如各种烃类),而硅的氢化物类型较少
碳族元素形成的MH4 型氢化物中,CH4的生成焓为负值,其他均为正值如下表
因此,CH4最为稳定,其它由上到下稳定性逐渐降低。且由于碳原子的半径较小,可以形成碳碳双键(烯烃)、三键(炔烃);而硅原子的半径较大,硅与硅原子之间双键型的氢化物(H2Si=SiH2)直到1981年才制得,极不稳定。
③碳的含氧酸盐很少,而硅的含氧酸盐类型众多。
硅酸根离子具有正四面体结构,极其稳定,因而有许多正硅酸盐;四面体共用单元顶点氧原子连接形成各种各样的结构形式。
化学性质
碳可以跟浓硫酸、硝酸反应,被氧化成二氧化碳,不与盐酸作用。硅不跟盐酸、硫酸、硝酸作用,只与氢氟酸反应。锗不和稀盐酸、稀硫酸反应,但能被浓硫酸、浓硝酸氧化。锡和稀盐酸、稀硫酸反应,生成低价锡(Ⅱ)的化合物;跟浓H2SO4、浓HNO3反应生成高价锡(Ⅳ)的化合物。铅跟盐酸、硫酸、硝酸都能反应被氧化成亚铅离子。碳族元素中跟碱溶液反应的有硅和锡,它们既表现出金属性又表现出非金属性。碳族元素在加热时都能跟氧反应,被氧化成二氧化碳、二氧化硅和氧化亚铅等。碳族元素跟硫、氯共热生成相应的高价氯化物和硫化物,铅则生成铅(Ⅱ)化合物。碳、硅跟金属共热生成碳化物和硅化物,锡、铅与金属形成合金。都不能直接与氢化合,其氢化物是间接制得的。
化学反应
C + O2——→CO2
2C + O2——→ 2CO
2CO + O2——→2CO2
C+ 2CuO ——→2Cu + CO2↑
3C+ 2Fe2O3——→4Fe + 3CO2↑
CO+ CuO——→Cu + CO2
3CO+ Fe2O3——→2Fe + 3CO2
2NaOH + CO2——→Na2CO3+ H2O
Ca(OH)2 + CO2——→CaCO3 ↓+ H2O
CO2+ H2O——→H2CO3
C+ H2O——→CO + H2(生成水煤气)
C+CO2——→2CO
2C+ SiO2——→2CO↑ + Si
Si +O2——→SiO2
2F2+ Si——→SiF4
Si + 4HF——→SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+ H2O——→Na2SiO3+2H2↑
SiO2+2NaOH——→Na2SiO3+H2O
SiO2+ 4HF——→SiF4+2H2O
CaO+ SiO2——→CaSiO3
SiO2+ Na2CO3——→Na2SiO3+ CO2
SiO2+ CaCO3——→CaSiO3+ CO2↑
Na2SiO3+ 2HCl——→2 NaCl+ H2SiO3↓
Na2SiO3+H2O +CO2——→Na2CO3+ H2SiO3↓
重要性质
碳族元素的一些重要性质
参见
·硼族元素(Boron group)
·氮族元素(Nitrogen group)
参考资料
最新修订时间:2024-11-25 20:53
目录
概述
分布
元素性质
参考资料