CARBONOÏDEN: ELEMENTEN, KENMERKEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2025

De carboniden zijn al die elementen die deel uitmaken van de zogenaamde koolstoffamilie, groep 14 (IVA) van het periodiek systeem. De groep bestaat uit een niet-metalen element, koolstof; twee metalloïde elementen, silicium en germanium; en drie metalen elementen: tin, lood en flevorium.

Deze elementen hebben vier elektronen in hun buitenste elektronische schil, met de ns ² np ^2- configuratie . Ze hebben de neiging om de oxidatietoestand +4 te gebruiken; Met uitzondering van lood, dat vanwege het effect van het paar inerte elektronen de oxidatietoestand +2 gebruikt.

Houtskool, het representatieve element van de groep carboniden. Bron: Pxhere.

De elementen die tot deze familie behoren, zijn chemisch stabiel, niet erg reactief. Maar ze zijn in staat hydriden en halogeniden te vormen. Bovendien hebben de elementen de neiging om covalente bindingen te vormen; hoewel tin en lood (beide metalen) de neiging hebben om metaalverbindingen te vormen.

De waarden van smeltpunten, kookpunten en ionisatie-energie hebben de neiging af te nemen naarmate het atoomnummer van de elementen in de groep toeneemt. Evenzo nemen efficiënte aaneenschakelingen af, wat leidt tot koolstof en zijn meervoudige CC-bindingen.

Elementen en kenmerken

Koolstof

Niet-metalen element met atoomnummer 6 en atoomgewicht 12,011 g / mol. Koolstof is zo'n belangrijk element dat organische chemie de chemie van koolstof wordt genoemd, aangezien al zijn verbindingen door dit element worden gevormd.

Koolstof is aanwezig in koolhydraten, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren; dat wil zeggen, in alle moleculen en macromoleculen die verantwoordelijk zijn voor leven. Het is echter het zeventiende element in overvloed in de aardkorst.

Koolstof is het enige element van de familie dat in zuivere vorm in de aardkorst wordt aangetroffen. Bovendien wordt het gecombineerd met andere elementen om aardolie en carbonaten te vormen in gesteenten zoals calciet (CaCO ₃ ), magnesiet (MgCO ₃ ) en dolomiet (MgCO ₃ · CaCO ₃ ).

Koolstof heeft 5 allotrope vormen: grafiet, dat verschijnt als gestapelde vellen. De diamant is een kristal met een kubische structuur, tetraëdrisch van vorm met koolstofatomen op de hoekpunten.

Amorfe koolstof is zwart poeder in de vorm van roet. In fullereen vormen de koolstofringen moleculaire arrangementen die lijken op voetballen. En in grafeen vinden we een laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatpatroon.

Silicium

Het is een metalloïde met atoomnummer 14 en atoomgewicht 28,09 g / mol. Het wordt in de aardkorst aangetroffen als silica (SiO ₂ ), zand en kwarts, evenals in verschillende mineralen en silicaatkleien.

Silicium is het tweede meest voorkomende element in de aardkorst. Het heeft twee allotrope vormen: een bruine amorfe en een grijze kristallijne vorm, metaalglans en kubieke diamantkristallen.

Germanium

Het is een metalloïde met atoomnummer 32 en atoomgewicht 72,61 g / mol. Germanium is weinig bekend op dagelijkse basis. Het wordt alleen als spoor gevonden in sommige zilver- en zinkmineralen, evenals in sommige soorten steenkool en in germaniet.

Het is grijswit van kleur en vormt een kubusvormige en diamantkristalstructuur.

Blik

Het is een metaal met atoomnummer 50 en atoomgewicht 118,71 g / mol. Tin is een zacht, vormbaar metaal met een laag smeltpunt. Het heeft twee allotrope vormen: β-vorm, met een tetragonale kristalstructuur bij kamertemperatuur; en α vormen, grijs van kleur gevonden bij temperaturen onder 13 ºC.

Tin wordt gewonnen uit het mineraal cassiteriet (SnO ₂ ).

Lood

Het is een metaal met atoomnummer 82 en atoomgewicht 207,2 g / mol. Het heeft een kristallijne structuur met het gezicht gecentreerd, blauwachtig witte kleur en hoge toxiciteit voor mensen. Lood wordt gevonden als onderdeel van het mineraal galena (PbS).

Flevorian

Het is een metaal met atoomnummer 114 en een atoomgewicht van 287 g / mol. Flevorium is een kunstmatig, radioactief en zeer kortlevend element. De eigenschappen zijn vergelijkbaar met die van edelgassen, hoewel het mogelijk is dat het een later metaal is dan overgangsmetalen.

kenmerken

Smeltpunt

Koolstof: 3.500 ºC (diamant).

Silicium: 1.410 ºC.

Geranium: 937,4 ° C.

Tin: 231,88 ºC.

Lood: 327,50 ºC.

Kookpunt

Koolstof: 4.827 ºC (diamant).

Silicium: 2.355 ºC.

Germanium: 2.830 ° C.

Tin: 2.260 ºC.

Lood: 1.740 ºC.

Dichtheid

Koolstof: 3,51 g / cm ³ (diamant).

Silicium: 2,33 g / cm ³ .

Germanium: 5,327 g / cm ³ .

Blikje: 7,28 g / cm ³ .

Lood: 11.343 g / cm ³ .

Ionisatieenergie

Koolstof: 1.086 kJ / mol.

Silicium: 787 kJ / mol.

Germanium: 762 kJ / mol.

Tin: 709 kJ / mol.

Lood: 716 kJ / mol.

Atomaire radio

Koolstof: 77 uur.

Silicium: 118 uur.

Germanium: 122 uur.

Tin: 140 uur.

Lead: 175 uur.

De smelt- en kookpuntwaarden van elementen uit groep 14 hebben de neiging af te nemen naarmate hun aantal en atoomstraal toenemen.

Dit weerspiegelt een lagere aantrekkingskracht tussen de atomen naarmate hun grootte toeneemt. Dezelfde neiging wordt waargenomen in de ionisatiepunten van de elementen van de groep; hoe groter de afstand van een elektron tot de kern, hoe lager de energie die nodig is voor de scheiding.

Integendeel, naarmate het atoomnummer toeneemt, is er een neiging om de dichtheid van het element te vergroten. Dit kan te wijten zijn aan een groter aantal protonen en neutronen, de meest massieve nucleaire componenten.

Toepassingen

Koolstof

Grafiet wordt in vezelvorm gebruikt bij de vervaardiging van kunststoffen. Bovendien wordt het gebruikt bij de productie van potloden. De diamant is een kostbaar juweel. Zijn grote hardheid wordt gebruikt in boormachines in de olie-industrie en in de punten van potloden om glas te snijden.

Calciumcarbide wordt gebruikt als tussenproduct bij de productie van de oplosmiddelen koolstofdisulfide en koolstoftetrachloride. Koolstof wordt gebruikt bij de synthese van staal en bandenvullers.

Silicium

Silicium wordt gebruikt als halfgeleider, maar ook voor verschillende functies in de elektronica-industrie. Het heeft een toepassing als smeermiddel en waterdichtingsmiddel. Silica (SiO ₂ ) wordt gebruikt bij het maken van keramiek en glas, maar is ook een onderdeel van beton en baksteen.

Silicium wordt gebruikt in vacuümpompen. Het is essentieel in de voeding van kippen en ratten; hoewel de essentie ervan voor de mens onbekend is. Het is ook een reductiemiddel dat wordt gebruikt om magnesium uit zijn oxide te bevrijden.

Germanium

Het werd gebruikt als halfgeleider tot 1950, toen het werd verplaatst door silicium; hoewel het nog steeds verschillende functies vervult op het gebied van elektronica. Germanium wordt gebruikt in stralingsdetectoren. Germaniumoxide wordt gebruikt in optische vezels en groothoeklenzen.

Blik

Het wordt gebruikt om ijzeren voorwerpen te coaten om ze tegen roest te beschermen. Tin wordt gebruikt bij het lassen en bij de vervaardiging van blik voor het verpakken van voedsel. Tinchloriden worden gebruikt bij de reductie van ijzermineralen.

Tinverbindingen hebben tal van toepassingen. Tinfluoride wordt bijvoorbeeld gebruikt in tandpasta's; tinoxide in keramiek; en kobaltstannaat als een cerulean blauw pigment. Tin vormt ook legeringen zoals brons en tin.

Lood

Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van auto-accu's; ter bescherming tegen ioniserende straling; en bij het lassen.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Elizabeth Sproat, Jessica Lin en Vancy Wong. (05 juni 2019). Groep 14: algemene eigenschappen en reacties. Hersteld van: chem.libretexts.org
3. Wikipedia. (2019). Koolstofgroep hersteld van: en.wikipedia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (21 maart 2019). Koolstoffamilie van elementen. Hersteld van: thoughtco.com
5. Moeller Therald. (2019). Koolstofgroepelement. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com