14족: 탄소족
14족에는 탄소, 규소, 저마늄, 주석, 납과 인공 원소인 플레로븀이 속합니다. 모든 원자는 바깥쪽 전자가 4개이며, 이 족은 열을 따라 내려갈수록 원소가 더 금속성을 띠게 되는 가장 분명한 예입니다. 탄소는 비금속, 규소와 저마늄은 준금속, 주석과 납은 금속입니다.
바깥쪽 전자 넷: ns² np²
전자 배치는 탄소([He] 2s² 2p²)와 규소([Ne] 3s² 3p²)처럼 ns² np²로 끝납니다. 전자 넷은 완전한 옥텟의 절반이므로 네 개를 모두 얻거나 잃기는 어렵습니다. 대신 탄소와 규소는 전자를 공유하여 메테인(CH₄)과 이산화 규소(SiO₂)처럼 네 개의 공유 결합을 만듭니다. 탄소의 산화 상태는 메테인의 −4에서 이산화 탄소의 +4까지 다양합니다.
족을 따라 내려갈수록 +2 상태가 더 중요해집니다. 주석은 +2와 +4 화합물을 모두 만들고, 납은 Pb²⁺로 있을 때 가장 안정합니다.
족을 따라 내려가며 나타나는 경향
밀도는 탄소(흑연)의 2.267 g/cm³에서 저마늄의 5.323 g/cm³, 납의 11.34 g/cm³로 올라갑니다. 제1 이온화 에너지는 탄소의 11.26 eV에서 주석의 7.344 eV로 줄어들어, 더 무거운 원자는 전자를 더 쉽게 내놓으며 금속처럼 행동합니다. 녹는점은 규소의 1687 K에서 저마늄의 1211.4 K, 주석의 505.08 K로 내려가고, 납은 600.61 K에서 녹습니다.
14족을 만나는 곳
탄소는 원자들이 긴 사슬과 고리로 연결되기 때문에 모든 생명체와 연료, 플라스틱의 뼈대입니다. 모래에서 정제한 규소는 컴퓨터 칩과 태양 전지의 재료이며, 규산염은 대부분의 암석을 이룹니다. 저마늄은 광섬유 케이블에서 빛을 전달하는 데 쓰이고, 주석은 강철 캔을 코팅하며 땜납의 주된 금속이고, 납은 지금도 자동차 배터리와 방사선 차폐재에 쓰입니다.
이 열의 놀라운 이야기
저마늄은 발견되기 전에 예측되었습니다. 1871년 멘델레예프는 규소 아래에 빈칸을 남기고 밀도가 약 5.5 g/cm³인 미발견 원소 에카규소를 설명했는데, 1886년에 발견된 저마늄은 5.323 g/cm³였습니다. 주석에게도 놀라운 점이 있습니다. 약 13 °C 아래에서는 광택이 나는 흰색 주석이 서서히 부서지기 쉬운 회색 주석으로 부스러질 수 있습니다. 플레로븀(114)은 한 번에 몇 개의 원자만 만들어졌기 때문에 성질은 측정된 것이 아니라 예측된 것입니다.
14족: 족을 따라 내려갈 때의 성질
열 제목을 누르면 정렬돼요.
| 6 | 탄소 | C | 4 | +4, −4 | 2.55 | 170 | 3,823 K (3,549.8 °C) | 2.267 g/cm³ |
| 14 | 규소 | Si | 4 | +4, −4 | 1.9 | 210 | 1,687 K (1,413.8 °C) | 2.329 g/cm³ |
| 32 | 저마늄 | Ge | 4 | +4, −4 | 2.01 | 211 | 1,211.4 K (938.3 °C) | 5.323 g/cm³ |
| 50 | 주석 | Sn | 4 | +2, +4 | 1.96 | 217 | 505.08 K (231.9 °C) | 7.287 g/cm³ |
| 82 | 납 | Pb | 4 | +2, +4 | 2.33 | 202 | 600.61 K (327.5 °C) | 11.34 g/cm³ |
| 114 | 플레로븀 | Fl | 4 | — | — | — | — | — |