Gruppe 14: die Kohlenstoffgruppe

Vier Außenelektronen: ns² np²

Jede Konfiguration endet auf ns² np², wie bei Kohlenstoff ([He] 2s² 2p²) und Silicium ([Ne] 3s² 3p²). Vier Elektronen sind die Hälfte eines vollen Oktetts, daher ist es schwer, alle vier aufzunehmen oder abzugeben. Stattdessen teilen Kohlenstoff und Silicium sie und bilden vier kovalente Bindungen, wie in Methan (CH₄) und Siliciumdioxid (SiO₂). Die Oxidationsstufen von Kohlenstoff reichen von −4 im Methan bis +4 im Kohlenstoffdioxid.

In der Gruppe nach unten wird die Stufe +2 wichtiger. Zinn bildet sowohl +2- als auch +4-Verbindungen, und Blei ist als Pb²⁺ am stabilsten.

Trends in der Gruppe nach unten

Die Dichte steigt von 2,267 g/cm³ bei Kohlenstoff (als Graphit) auf 5,323 g/cm³ bei Germanium und 11,34 g/cm³ bei Blei. Die erste Ionisierungsenergie sinkt von 11,26 eV bei Kohlenstoff auf 7,344 eV bei Zinn, sodass die schwereren Atome Elektronen leichter abgeben und sich wie Metalle verhalten. Die Schmelzpunkte fallen von 1687 K bei Silicium auf 1211,4 K bei Germanium und 505,08 K bei Zinn, während Blei bei 600,61 K schmilzt.

Wo du Gruppe 14 begegnest

Kohlenstoff ist das Rückgrat jedes Lebewesens, von Brennstoffen und Kunststoffen, weil sich seine Atome zu langen Ketten und Ringen verbinden. Silicium, aus Sand gewonnen, ist das Material von Computerchips und Solarzellen, und Silicate machen den größten Teil der Gesteine aus. Germanium hilft, Licht in Glasfaserkabeln zu leiten, Zinn überzieht Stahldosen und ist das Hauptmetall im Lötzinn, und Blei wird noch immer in Autobatterien und Strahlenschutz verwendet.

Überraschungen in der Spalte

Germanium wurde vorhergesagt, bevor es gefunden wurde. 1871 ließ Mendelejew unter Silicium eine Lücke und beschrieb ein fehlendes Eka-Silicium mit einer Dichte von etwa 5,5 g/cm³; Germanium, 1886 entdeckt, kam auf 5,323 g/cm³. Zinn hat seine eigene Überraschung: Unterhalb von etwa 13 °C kann glänzendes weißes Zinn langsam zu sprödem grauem Zinn zerfallen. Flerovium (114) wurde nur in wenigen Atomen auf einmal hergestellt, sodass seine Eigenschaften vorhergesagt und nicht gemessen sind.