المجموعة 14: مجموعة الكربون

أربعة إلكترونات خارجية: ns² np²

ينتهي كل توزيع بـ ns² np²، كما في الكربون ([He] 2s² 2p²) والسيليكون ([Ne] 3s² 3p²). وأربعة إلكترونات تعني منتصف الطريق إلى ثمانية كاملة، ولذلك يصعب اكتساب الأربعة جميعها أو فقدانها. وبدلًا من ذلك يتشارك الكربون والسيليكون فيها، فيكوّنان أربع روابط تساهمية، كما في الميثان (CH₄) وثاني أكسيد السيليكون (SiO₂). وتمتد حالات تأكسد الكربون من −4 في الميثان إلى +4 في ثاني أكسيد الكربون.

وتزداد أهمية الحالة +2 نزولًا في المجموعة. فالقصدير يكوّن مركّبات +2 و+4، وأكثر حالات الرصاص ثباتًا Pb²⁺.

الاتجاهات نزولًا في المجموعة

ترتفع الكثافة من 2.267 g/cm³ للكربون (على هيئة غرافيت) إلى 5.323 g/cm³ للجرمانيوم و11.34 g/cm³ للرصاص. وتنخفض طاقة التأين الأولى من 11.26 eV للكربون إلى 7.344 eV للقصدير، ولذلك تتخلى الذرات الأثقل عن إلكتروناتها بسهولة أكبر وتسلك سلوك الفلزات. وتنخفض درجات الانصهار من 1687 K للسيليكون إلى 1211.4 K للجرمانيوم و505.08 K للقصدير، بينما ينصهر الرصاص عند 600.61 K.

أين تصادف المجموعة 14

الكربون هو العمود الفقري لكل كائن حي وللوقود وللبلاستيك، لأن ذراته ترتبط في سلاسل طويلة وحلقات. والسيليكون، المكرَّر من الرمل، هو مادة رقائق الحاسوب والخلايا الشمسية، وتشكّل السيليكات معظم الصخور. ويساعد الجرمانيوم على نقل الضوء في كابلات الألياف الضوئية، ويكسو القصدير علب الفولاذ وهو الفلز الرئيسي في اللحام، ولا يزال الرصاص يُستخدم في بطاريات السيارات ودروع الإشعاع.

مفاجآت في العمود

تنبأ العلماء بالجرمانيوم قبل العثور عليه. ففي عام 1871 ترك مندلييف فراغًا تحت السيليكون ووصف عنصرًا مفقودًا هو إيكا-سيليكون بكثافة نحو 5.5 g/cm³؛ وجاء الجرمانيوم، المكتشف عام 1886، بكثافة 5.323 g/cm³. وللقصدير مفاجأته الخاصة: فدون نحو 13 °C يمكن للقصدير الأبيض اللامع أن يتفتت ببطء إلى قصدير رمادي هش. أما الفليروفيوم (114) فلم يُصنع إلا بضع ذرات في كل مرة، ولذلك فخواصه متوقعة لا مقيسة.