Ugljikova skupina elemenata te

fizikalna i kemijska svojstva

elemenata ugljikove skupine

3. razred gimnazije

Predmet: Kemija

Profesor: Antonija Jurčić

Gimnazija Ljubuški

Ugljikova skupina elemenata

Ugljikova

skupina

elemenata

Ugljikova skupina elemenata

• U ugljikovu skupinu periodnog sustava elemenata pripadaju:

• Nemetal: ugljik

• Polumetali: silicij i germanij

• Metali: kositar i olovo

Ugljikova skupina elemenata

• Tri elementa ove skupine ljudi su poznavali i koristili od davnina:

• Ugljik

• Olovo

• Kositar

• Čađa, dijamant i grafit su 3 oblika ugljika koji su dobro znani (ljudi prije nisu znali da je to isti element)

• Olovo i kositar su koristili u elementarnom stanju ili u slitinama

• Silicij i germanij su otkriveni tek u 19. stoljeću

Ugljikova skupina elemenata

• Zajednička elektronska konfiguracija ns2 np2

• Atomi elemenata ove skupine imaju 4 elektrona u posljednjoj ljusci od kojih su dva nesparena u p-orbitalama

• Takav raspored elektrona upućuje na to da će svi elementi te skupine najčešće biti dvovalentni, međutim činjenica je da su oni uglavnom četverovalentni (to se može protumačiti na više načina a jedan od njih je model hibridizacije orbitala)

• Dovođenjem energije moguće je raspariti s-elektrone i jedan od njih prebaciti u p orbitalu

• Dobiju se 4 nesparena elektrona koji prave 4 istovrsne sp3 hibridne orbitale -usmjerene u 4 vrha tetraedra

• Zbog ovakve elektronske konfiguracije ni jedan od elemenata 14. skupine ne može praviti dvoatomnu molekulu

Ugljikova skupina elemenata

• Najveći oksidacijski broj im je IV a najmanji -IV

• Ugljik se od ostalih elemenata iz skupine razlikuje po:

• Elektronegativnosti

• Ugljikov atom nema d-orbitala (to je razlog njegovog drugačijeg ponašanja)

• Najmanji radijus (omogućava stvaranje jednostrukih, dvostrukih i trostrukih veza)

• Ugljik i silicij su jako važni kemijski elementi

• Ugljik ulazi u sastav svih živih bića na Zemlji

• Spojevi silicija čine najveći dio litosfere

• Uloga silicija u mineralnom svijetu jednaka je ulozi ugljika u organskom svijetu

Fizikalna i kemijska svojstva elemenata

ugljikove skupine

• Kovalentni radijus raste u skupini prema dolje

• Talište, vrelište i energija veze prema dolje opadaju

Tablica 1. Pregled fizikalnih svojstava elemenata ugljikove skupine

Ugljik (C) i kositar (Sn) u prirodi se javljaju u 2

alotropske modifikacije

Tablica 2. Alotropske modifikacije elemenata ugljikove skupine

Energija ionizacije elemenata ugljikove skupine

Tablica 3. Energija ionizacije elemenata ugljikove skupine

Spojevi s negativnim stupnjem oksidacije

• Negativan stupanj oksidacije imaju samo u spojevima s elementima male

elektronegativnosti

• Reakcijom ugljika s metalima nastaju karbidi – spojevi u kojima je stupanj oksidacije

ugljika negativan (npr. kalcijev karbid (CaC2) i silicijev karbid (SiC))

• Po analogiji - silicidi: spojevi silicija s negativnim stupnjem oksidacije (kalcijev silicid čija

formula i struktura ovise o omjeru silicija i kalcija, npr. Ca2Si2, CaSi2 i Ca2Si, a koriste se u

metalurgiji kao snažno sredstvo za dezoksidaciju rastaljenih metala)

Stupanj oksidacije +II

• Ostvaruju ga angažiranjem 2 nesparena p-elektrona

• Spojevi Pb2+ su stabilni, a stabilnost u skupini opada prema gore, da bi kod

Si skroz nestala

• Pb2+ se vrlo teško može oksidirati do Pb4+

• Stabilnost spojeva ugljika(II) uzrokovana je mogućnošću stvaranja

višestrukih veza, kojih nema kod ostalih članova skupine

• Okside stupnja oksidacije +II imaju svi elementi ove skupine

Stupanj oksidacije +IV

• Okside mogu stvarati svi elementi ove skupine

• CO2 je plin

• SiO2 je kristalna tvar visokog vrelišta

• Struktura SiO2 ima prostorni oblik tetraedra, veze Si-O su vrlo jake

• PbO2 - najmanje stabilan, lako zagrijavanjem gubi kisik

• Kiseline:

• Ugljična (karbonatna) kiselina, H2CO3

• Ortosilicijska kiselina, H4SiO4

Samostalni rad

1. Objasni zašto se ugljik razlikuje od ostalih elemenata 14. skupine.

2. Izračunaj broj molekula ugljikovog(II) oksida u 1 m3 zraka ako je njegov

volumni udio pri 1 bar i 0 °C 150 ppm.

3. Koliki se volumen ugljikovog(IV) oksida može dobiti od 100 kg vapnenca

pri temperaturi od 25 °C i atmosferskom tlaku?

Za sve nejasnoće u vezi

nastavnog gradiva iz kemije

možete se obratiti vašim

predmetnim profesorima, ili

meni na mail:

antonija.jurcic@skole.sum.ba

Literatura

1. Habuš, S., Stričević, D., Tomašić, V., (2017), Anorganska kemija, Zagreb, Profil

2. Filipović, I., Lipanović, S., (1988), Opća i anorganska kemija, Zagreb, Školska

knjiga