Groep 14: de koolstofgroep
Groep 14 bevat koolstof, silicium, germanium, tin, lood en het synthetische element flerovium. Elk atoom heeft vier buitenste elektronen, en de groep is het duidelijkste voorbeeld van elementen die langs een kolom metaalachtiger worden: koolstof is een niet-metaal, silicium en germanium zijn halfmetalen, en tin en lood zijn metalen.
Positie in het periodiek systeem
Elementen in deze groep
Vier buitenste elektronen: ns² np²
Elke configuratie eindigt op ns² np², zoals bij koolstof ([He] 2s² 2p²) en silicium ([Ne] 3s² 3p²). Vier elektronen is halverwege een volledig octet, dus alle vier opnemen of afstaan is moeilijk. In plaats daarvan delen koolstof en silicium ze en vormen ze vier covalente bindingen, zoals in methaan (CH₄) en siliciumdioxide (SiO₂). De oxidatietoestanden van koolstof lopen van −4 in methaan tot +4 in koolstofdioxide.
Langs de groep naar beneden wordt de +2-toestand belangrijker. Tin vormt zowel +2- als +4-verbindingen en lood is het stabielst als Pb²⁺.
Trends langs de groep
De dichtheid stijgt van 2,267 g/cm³ voor koolstof (als grafiet) naar 5,323 g/cm³ voor germanium en 11,34 g/cm³ voor lood. De eerste ionisatie-energie daalt van 11,26 eV voor koolstof naar 7,344 eV voor tin, dus de zwaardere atomen staan elektronen gemakkelijker af en gedragen zich als metalen. De smeltpunten dalen van 1687 K voor silicium naar 1211,4 K voor germanium en 505,08 K voor tin, terwijl lood smelt bij 600,61 K.
Waar je groep 14 tegenkomt
Koolstof is de ruggengraat van alle levende wezens, van brandstoffen en van kunststoffen, omdat de atomen zich tot lange ketens en ringen verbinden. Silicium, gezuiverd uit zand, is het materiaal van computerchips en zonnecellen, en silicaten vormen het grootste deel van de gesteenten. Germanium helpt licht te geleiden in glasvezelkabels, tin bedekt stalen blikken en is het belangrijkste metaal in soldeer, en lood wordt nog steeds gebruikt in autobatterijen en stralingsafschermingen.
Verrassingen in de kolom
Germanium werd voorspeld voordat het werd gevonden. In 1871 liet Mendelejev een gat onder silicium en beschreef een ontbrekend eka-silicium met een dichtheid van ongeveer 5,5 g/cm³. Germanium, ontdekt in 1886, kwam uit op 5,323 g/cm³. Tin heeft zijn eigen verrassing: onder ongeveer 13 °C kan glanzend wit tin langzaam uiteenvallen tot broos grijs tin. Flerovium (114) is slechts in enkele atomen tegelijk gemaakt, dus de eigenschappen zijn voorspeld, niet gemeten.
Groep 14: eigenschappen langs de groep naar beneden
Klik op een kolomkop om te sorteren.
| 6 | Koolstof | C | 4 | +4, −4 | 2,55 | 170 | 3.823 K (3.549,8 °C) | 2,267 g/cm³ |
| 14 | Silicium | Si | 4 | +4, −4 | 1,9 | 210 | 1.687 K (1.413,8 °C) | 2,329 g/cm³ |
| 32 | Germanium | Ge | 4 | +4, −4 | 2,01 | 211 | 1.211,4 K (938,3 °C) | 5,323 g/cm³ |
| 50 | Tin | Sn | 4 | +2, +4 | 1,96 | 217 | 505,08 K (231,9 °C) | 7,287 g/cm³ |
| 82 | Lood | Pb | 4 | +2, +4 | 2,33 | 202 | 600,61 K (327,5 °C) | 11,34 g/cm³ |
| 114 | Flerovium | Fl | 4 | — | — | — | — | — |