Periodiek systeem/Koolstofgroep, chemische eigenschappen

---

Vorige pagina

Inhouds­opgave

Volgende pagina

Index

---

Chemische eigenschappen

Net als de andere groepen in het periodiek systeem hebben de leden van deze groep een gemeenschappelijk patroon van elektronenverdeling voor hun buitenste elektronenschillen, wat uiteraard aanleiding is voor een aantal gemeenschappelijke eigenschappen.

Z	Element	Aantal elektronen/schil
6	Koolstof	2, 4
14	Silicium	2, 8, 4
32	Germanium	2, 8, 18, 4
50	Tin	2, 8, 18, 18, 4
82	Lood	2, 8, 18, 32, 18, 4
114	Flerovium	2, 8, 18, 32, 32, 18, 4 (theoretisch)

Elk van deze elementen heeft vier elektronen in zijn buitenste schil. In geïsoleerde toestand hebben neutrale atomen van groep 14 in de grondtoestand een s² p² elektronenverdeling. Deze elementen, vooral koolstof en silicium, vormen vaak covalente bindingen, wat vaak tot gevolg heeft dat aan de octetregel voldaan wordt. De vorming van bindingen heeft voor deze elementen ook vaak tot gevolg dat de orbitalen hybridiseren, waarbij de kwantumgetallen die met 's' en 'p' geassocieerd zijn, vervallen. Voor bindingen met vier verschillende andere atomen resulteert dit in een tetraëdrische moleculaire geometrie met 4 paren elektronen in sp³ orbitalen. Bij met name koolstof is de vorming van slechts drie of twee bindingen mogelijk en blijven een of meer p-orbitalen buiten de hybridisatie: er worden sp²- of sp-orbitalen gevormd. Voorbeelden hiervan zijn de dubbele binding in alkenen en aromatische verbindingen.

Alleen koolstof is in staat tot het opnemen van 4 elektronen, waarmee het carbide-ion ${\ce {( C^{4-})}}$ gevormd wordt. Naarmate de atomen groter worden, lager in de groep, neemt de tendens om elektronen af te staan toe. De metalloïden silicium en germanium vormen 4+ ionen. Van de metalen tin en lood zijn zowel het tweewaardige als het vierwaardige ion bekend. Hoewel tin in zijn meeste eigenschappen een metaal is, lijkt alfa-tin meer op het metalloïde germanium en is een slechte geleider.

Van het synthetische, radioactieve element met zijn zeer korte vervaltijd gedraagt zich waarschijnlijk in de lijn van tin en lood, al kan het ook enige edelgas-eigenschappen hebben.

In de alkylverbindingen van de hoofdgroepen (de groepen 1,2 en 13 tot 17) met als algemene formule ${\ce {QR_{n}}}$ (waarbij n de standaard valentie van de groep is), zijn de groep 14 verbindingen precies passend. Ze voldoen aan de octetregel en komen geen elektronen te kort. Ze zijn geen Lewiszuur. Ook hebben ze geen vrije elektronenparen en zijn het dus ook geen Lewisbasen. Het voldoen aan de octetregel en het gebrek aan zuur- of base-reactiviteit geven de alkylverbindingen in groep 14 een lage reactiviteit in vergelijking met gelijksoortige verbindingen in andere groepen. Voor koolstof speelt ook nog mee dat de hoge bindingssterkte van de koolstof-koolstofband in combinatie met het ontbreken van een verschil in elektronegativiteit tussen het centrale atoom en de alkylgroepen leiden tot de inertheid van de alkanen in reacties.

Koolstof

Van koolstof zijn alle tetrahalogeenverbindingen bekend. Met zuurstof is een groot aantal verbindingen bekend, variërend van het algemeen bekende koolzuurgas ${\ce {(CO2)}}$ en koolmonoxide ${\ce {(CO)}}$ tot een groot aantal laboratoriumcuriosa.

Ook met andere leden van de zuurstofgroep worden verbindingen gevormd. al beperken de beschreven stoffen zich tot de eenvoudigere soort: ${\ce {CS2}}$ en ${\ce {CSe2}}$.

Naast de hier genoemde chemische mogelijkheden van koolstof staat uiteraard het geheel van de organische chemie waarin de bijna onuitputtelijke mogelijkheden van koolstof en zijn verbindingen de centrale plaats innemen. Op deze plaats is het voldoende te wijzen op de sterkte van de koolstof-koolstofbinding, met als gevolg de mogelijkheid van zeer grote, stabiele moleculen, waarin uiteindelijk de mogelijkheid van het, in ieder geval, aardse leven besloten bleek te liggen.

Silicium

Van silicium zijn, net als van koolstof, meerdere verbindingen met waterstof bekend. De bij de koolstofverbindingen bekende reeks alkanen vindt bij silicium zijn tegenhanger onder de silanen, die beschreven zijn voor ${\ce {SiH4}}$ tot en met ${\ce {Si7H16}}$. De verbindingen zijn echter minder stabiel dan de koolstof-analoga. Destillatie is voor deze verbindingen de manier van zuiveren, maar ondanks het gebruik van hoog-vacuüm-apparatuur is ontleding naar silaan ${\ce {(SiH4)}}$ en disilaan ${\ce {(Si2H6)}}$ bij de hogere silanen niet te voorkomen.

Voor silicium zijn de tetraverbindingen met alle stabiele halogenen beschreven, evenals perchloordisilaan ${\ce {(\ Cl3Si-SiCl3\ )}}$, het silicium analogon van perethaan en octachloortrisilaan ${\ce {(\ Cl3Si-SiCl2-SiCl3\ )}}$, het silicium analogon van perchloorpropaan.. Van verbindingen met elementen uit de zuurstofgroep is ${\ce {SiO2}}$ in de vorm van kwarts het meest bekend. Daarnaast is ook ${\ce {SiS2}}$ bekend. De verbinding met stikstof is siliciumnitride met de formule ${\ce {Si3N4}}$.

Germanium

Van germanium zijn een aantal alkaan-achtige waterstofverbindingen bekend zoals germaan ${\ce {(GeH4)}}$ en digermaan ${\ce {(Ge2H6)}}$. Het langste germaan in deze serie bevat 9 germanium-atomen. Met alle hallogenen, behalve asttaat, vormt germanium tetrahalides, terwiijl ook de dihalides, met uitzondering van broom en astaat, beschreven zijn. Met alle elementen uit de zuurstofgroep, behalve polonium, worden verbindingen van het type ${\ce {GeX2}}$ gevormd. Germaniumnitride heeft de formule ${\ce {Ge3N4}}$.

Tin

Van tin zijn twee hydrides bekend: stannaan ${\ce {(SnH4)}}$ en distannaan ${\ce {(Sn2H6)}}$ zijn beschreven, hogere analoga van de alkanen zijn niet bekend (nov. 2023). Met de halogenen (behalve astaat, zijn zowel de twee- als de vierwaardige vorm bekend. Met de elementen uit de zuurstofgroep, behalve polonium, vormt tin tweewaardige verbindingen ${\ce {(SnX)}}$, terwijl met uitzondering van polonium en tellurium, ook de verbindingen van het type ${\ce {SnX2}}$ bekend zijn.

Lood

Van lood is slechts een hydride, ${\ce {PbH4}}$ bekend. Met de halogenen worden lood(II)-verbindingen gevormd met alle halogenen, met uitzondering van astaat. Dezelfde lood(IV)-halogeniden zijn ook bekend, maar het bromide en jodide zijn instabiel. Van lood zijn een aantal oxides bekend, waarvan lood(II)oxide, lood(II,IV)oxide (de actieve component en kleur van loodmenie) en Lood(IV)oxide de meest bekende zijn. In de zuurstofgroep zijn verder de lood(II)verbindingen van met zwavel, selenium en tellurium bekend.

flerovium

Van flerovium zijn geen verbindingen bekend.

---

Vorige pagina

Inhouds­opgave

Volgende pagina

Index

---

Verwijzingen in de tekst

---

Vorige pagina

Inhouds­opgave

Volgende pagina

Index

---