第 14 族:碳族
第 14 族包含碳、矽、鍺、錫、鉛和人工合成元素鈇。每個原子都有四個最外層電子,這一族是元素沿著一行往下金屬性逐漸增強的最清楚例子:碳是非金屬,矽和鍺是類金屬,錫和鉛是金屬。
四個最外層電子:ns² np²
每種電子組態都以 ns² np² 結尾,如碳([He] 2s² 2p²)和矽([Ne] 3s² 3p²)。四個電子正好是填滿八隅體的一半,所以要得到或失去全部四個都很困難。碳和矽改為共用電子,形成四個共價鍵,如在甲烷(CH₄)和二氧化矽(SiO₂)中。碳的氧化態從甲烷中的 −4 到二氧化碳中的 +4。
沿著這一族往下,+2 氧化態變得更重要。錫能形成 +2 和 +4 的化合物,而鉛以 Pb²⁺ 最穩定。
沿著這一族往下的趨勢
密度從碳(石墨)的 2.267 g/cm³ 升到鍺的 5.323 g/cm³ 和鉛的 11.34 g/cm³。第一游離能從碳的 11.26 eV 降到錫的 7.344 eV,所以較重的原子更容易放出電子,行為像金屬。熔點從矽的 1687 K 降到鍺的 1211.4 K 和錫的 505.08 K,而鉛在 600.61 K 熔化。
你在哪裡會遇到第 14 族
碳是一切生物、燃料和塑膠的骨架,因為它的原子能連成長鏈和環。矽由沙子提煉而來,是電腦晶片和太陽能電池的材料,矽酸鹽構成大部分的岩石。鍺幫助光纖電纜傳導光,錫用來鍍在鋼罐上,也是焊錫中的主要金屬,鉛則仍用於汽車電池和輻射屏蔽。
這一行中的驚奇
鍺是先被預測、後被發現的。1871 年,門得列夫在矽的下方留了一個空位,並描述了一種缺失的類矽元素,密度約為 5.5 g/cm³;1886 年發現的鍺,密度為 5.323 g/cm³。錫也有自己的驚奇:在約 13 °C 以下,有光澤的白錫可能慢慢碎裂成易碎的灰錫。鈇(114)每次只製造出幾個原子,所以它的性質是預測的,而非測量得到的。
第 14 族:沿族向下的性質變化
點擊欄位標題即可排序。
| 6 | 碳 | C | 4 | +4, −4 | 2.55 | 170 | 3,823 K (3,549.8 °C) | 2.267 g/cm³ |
| 14 | 矽 | Si | 4 | +4, −4 | 1.9 | 210 | 1,687 K (1,413.8 °C) | 2.329 g/cm³ |
| 32 | 鍺 | Ge | 4 | +4, −4 | 2.01 | 211 | 1,211.4 K (938.3 °C) | 5.323 g/cm³ |
| 50 | 錫 | Sn | 4 | +2, +4 | 1.96 | 217 | 505.08 K (231.9 °C) | 7.287 g/cm³ |
| 82 | 鉛 | Pb | 4 | +2, +4 | 2.33 | 202 | 600.61 K (327.5 °C) | 11.34 g/cm³ |
| 114 | 鈇 | Fl | 4 | — | — | — | — | — |