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Kohlenstoffgruppe
Der Name Kohlenstoffgruppe (auch Kohlenstoff-Silicium-Gruppe) bezeichnet die 4. Hauptgruppe („Tetrele“) (nach neuer Nummerierung der IUPAC Gruppe 14) des Periodensystems. Sie umfasst die Elemente Kohlenstoff (C), Silicium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn) und Blei (Pb). Auch ein radioaktives Element, das als Ununquadium (Uuq) oder „Eka-Blei“ bezeichnet wird, ist vertreten. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
EigenschaftenDie Elemente der Kohlenstoffgruppe weisen sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften auf, weil die Gruppe durch die Trennlinie zwischen Metallen und Nichtmetallen in zwei Teile gespalten wird. Das erste Element der Gruppe, Kohlenstoff, ist ein Nichtmetall, die beiden folgenden (Silicium und Germanium) sind Halbmetalle und alle weiteren (Zinn, Blei und Ununquadium) werden zu den Metallen gezählt. Physikalische EigenschaftenMit zunehmender Ordnungszahl wachsen Atommasse, Atomradius und Ionenradius. Die Dichte von Graphit (C) und Silicium liegen dicht beieinander (ca. 2,3 kg/dm3), sie steigt innerhalb der Hauptgruppe bis zum Blei auf 11,34 kg/dm3 an. Bei der Mohshärte gibt es ebenfalls eine große Spannweite, die von maximal 10 bei Diamant bis zu minimal 1,5 bei Zinn reicht. Die höchste elektrische Leitfähigkeit hat Zinn mit 9,17 MS/m, die geringste weist Silicium mit 25,2 mS/m auf. Die 1. Ionisierungsenergie sinkt mit wachsender Ordnungszahl von 11,26 eV bei Kohlenstoff auf 7,34 eV bei Zinn ab. Blei hat mit 7,42 eV wieder einen leicht erhöhten Wert. Die Elektronegativität fällt mit steigender Ordnungszahl von 2,5 (C) bis 1,6 (Pb) tendenziell ab, Ausreißer mit 1,7 ist das Silicium.
ElektronenkonfigurationDie Elektronenkonfiguration lautet [X] ys2yp2. Das X steht hierbei für die Elektronenkonfiguration des eine Periode höher stehenden Edelgases, und für das y muss die Periode eingesetzt werden, in der sich das Element befindet. Ab Germanium ist auch ein (y−1)d10-Orbital vorhanden; und ab Blei findet sich auch ein (y−2)f14-Orbital. Für die einzelnen Elemente lauten die Elektronenkonfigurationen:
Die Oxidationszustände sind +4 und –4, mit steigender Ordnungszahl gewinnt jedoch auch die Oxidationsstufe +2 an Bedeutung. Chemische ReaktionenAufgrund der großen Unterschiede innerhalb der Gruppe lässt sich nur schwer ein allgemeines Reaktionsverhalten angeben, da dieses von Element zu Element variiert. In den folgenden Gleichungen steht das X für ein Element aus der Kohlenstoffgruppe.
KettenbildungEine Besonderheit der Gruppe-14-Elemente ist ihre Fähigkeit, langkettige Wasserstoffverbindungen der Struktur XH3-(XH2)n-XH3 zu bilden. Alle Wasserstoffatome sind kovalent gebunden, die Stabilität dieser Verbindungen nimmt jedoch mit steigender Ordnungszahl des Elementes ab.
Auch Ringbildungen sind möglich, die Summenformel lautet dann (XH2)n. Verbindungen
VorkommenDie Erdkruste besteht zu 27,7 % aus Elementen der Kohlenstoffgruppe. Davon entfallen 99,8 % auf Silicium, das zweithäufigste Element in der Erdkruste (nach Sauerstoff). Die übrigen 0,2 % teilen sich wie folgt auf:
Mit Ausnahme von Germanium treten sie unter natürlichen Bedingungen auch in gediegener Form auf. Literatur
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Kohlenstoffgruppe aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |