Nhóm 14: nhóm cacbon

Bốn electron lớp ngoài: ns² np²

Mỗi cấu hình kết thúc bằng ns² np², như ở cacbon ([He] 2s² 2p²) và silic ([Ne] 3s² 3p²). Bốn electron là nửa đường đến bát tử đầy đủ, nên việc nhận hoặc nhường cả bốn rất khó. Thay vào đó, cacbon và silic dùng chung chúng, tạo bốn liên kết cộng hóa trị, như trong metan (CH₄) và silic đioxit (SiO₂). Các trạng thái oxi hóa của cacbon chạy từ −4 trong metan đến +4 trong cacbon đioxit.

Đi xuống nhóm, trạng thái +2 trở nên quan trọng hơn. Thiếc tạo cả hợp chất +2 và +4, và chì bền nhất ở dạng Pb²⁺.

Xu hướng đi xuống trong nhóm

Khối lượng riêng tăng từ 2,267 g/cm³ ở cacbon (dạng than chì) lên 5,323 g/cm³ ở germani và 11,34 g/cm³ ở chì. Năng lượng ion hóa thứ nhất giảm từ 11,26 eV ở cacbon xuống 7,344 eV ở thiếc, nên các nguyên tử nặng hơn nhường electron dễ hơn và có tính chất giống kim loại. Nhiệt độ nóng chảy giảm từ 1687 K ở silic xuống 1211,4 K ở germani và 505,08 K ở thiếc, trong khi chì nóng chảy ở 600,61 K.

Bạn gặp nhóm 14 ở đâu

Cacbon là bộ khung của mọi sinh vật sống, của nhiên liệu và của chất dẻo, vì các nguyên tử của nó liên kết thành chuỗi và vòng dài. Silic, được tinh chế từ cát, là vật liệu của chip máy tính và pin mặt trời, và các silicat tạo nên hầu hết đá. Germani giúp truyền ánh sáng trong cáp quang, thiếc phủ lên lon thép và là kim loại chính trong chất hàn, còn chì vẫn được dùng trong ắc quy ô tô và tấm chắn bức xạ.

Những điều bất ngờ trong cột

Germani được dự đoán trước khi được tìm ra. Năm 1871, Mendeleev để trống một ô dưới silic và mô tả một nguyên tố chưa biết là eka-silic với khối lượng riêng khoảng 5,5 g/cm³; germani, được phát hiện năm 1886, có khối lượng riêng là 5,323 g/cm³. Thiếc cũng có điều bất ngờ riêng: dưới khoảng 13 °C, thiếc trắng sáng bóng có thể từ từ vỡ vụn thành thiếc xám giòn. Flerovi (114) mới chỉ được tạo ra từng vài nguyên tử một, nên các tính chất của nó được dự đoán chứ không phải đo được.