Periodiek systeem/Koolstofgroep, chemische eigenschappen

Werk in uitvoering.
Dit hoofdstuk bevindt zich nog in de opbouwfase.
De auteur ervan heeft zich voorgenomen de genoemde onderwerpen verder uit te werken.
Indien u wilt bijdragen, overleg dan even met t.vanschaik
* Met name de verwijzingen moeten even wachten tot de vertaling van "Carbon group" klaar is.


Chemische eigenschappen[Bron 1] bewerken

Net als de andere groepen in het periodiek systeem hebben de leden van deze groep een gemeenschappelijk patroon van elektronenverdeling voor hun buitenste elektronenschillen, wat uiteraard aanleiding is voor een aantal gemeenschappelijke eigenschappen.

Z Element Aantal elektronen/schil
6 Koolstof 2, 4
14 Silicium 2, 8, 4
32 Germanium 2, 8, 18, 4
50 Tin 2, 8, 18, 18, 4
82 Lood 2, 8, 18, 32, 18, 4
114 Flerovium 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4 (theoretisch)

Elk van deze elementen heeft vier elektronen in zijn buitenste schil. In geïsoleerde toestand hebben neutrale atomen van groep 14 in de grondtoestand een s2 p2 elektronenverdeling. Deze elementen, vooral koolstof en silicium, vormen vaak covalente bindingen, wat vaak tot gevolg heeft dat aan de octetregel voldaan wordt. De vorming van bindingen heeft voor deze elementen ook vaak tot gevolg dat de orbitalen hybridiseren, waarbij de kwantumgetallen die met 's' en 'p' geassocieerd zijn, vervallen. Voor bindingen met vier verschillende andere atomen resulteert dit in een tetraëdrische moleculaire geometrie met 4 paren elektronen in sp3 orbitalen. Bij met name koolstof is de vorming van slechts drie of twee bindingen mogelijk en blijven een of meer p-orbitalen buiten de hybridisatie: er worden sp2- of sp-orbitalen gevormd. Voorbeelden hiervan zijn de dubbele binding in alkenen en aromatische verbindingen.

Alleen koolstof is in staat tot het opnemen van 4 elektronen, waarmee het carbide-ion   gevormd wordt. Naarmate de atomen groter worden, lager in de groep, neemt de tendens om elektronen af te staan toe. De metalloïden silicium en germanium vormen 4+ ionen. Van de metalen tin en lood zijn zowel het tweewaardige als het vierwaardige ion bekend. Hoewel tin in zijn meeste eigenschappen een metaal is, lijkt alfa-tin meer op het metalloïde germanium en is een slechte geleider.

Van het synthetische, radioactieve element met zijn zeer korte vervaltijd gedraagt zich waarschijnlijk in de lijn van tin en lood, al kan het ook enige edelgas-eigenschappen hebben.

In de alkylverbindingen van de hoofdgroepen (de groepen 1,2 en 13 tot 17) met als algemene formule   (waarbij n de standaard valentie van de groep is), zijn de groep 14 verbindingen precies passend. Ze voldoen aan de octetregel en komen geen elektronen te kort. Ze zijn geen Lewiszuur. Ook hebben ze geen vrije elektronenparen en zijn het dus ook geen Lewisbasen. Het voldoen aan de octetregel en het gebrek aan zuur- of base-reactiviteit geven de alkylverbindingen in groep 14 een lage reactiviteit in vergelijking met gelijksoortige verbindingen in andere groepen. Voor koolstof speelt ook nog mee dat de hoge bindingssterkte van de koolstof-koolstofband in combinatie met het ontbreken van een verschil in elektronegativiteit tussen het centrale atoom en de alkylgroepen leiden tot de inertheid van de alkanen in reacties.[1]

Koolstof bewerken

Van koolstof zijn alle tetrahalogeenverbindingen bekend. Met zuurstof is een groot aantal verbindingen bekend, variërend van het algemeen bekende koolzuurgas   en koolmonoxide   tot een groot aantal laboratoriumcuriosa.

Ook met andere leden van de zuurstofgroep worden verbindingen gevormd. al beperken de beschreven stoffen zich tot de eenvoudigere soort:   en  .[2]

Naast de hier genoemde chemische mogelijkheden van koolstof staat uiteraard het geheel van de organische chemie waarin de bijna onuitputtelijke mogelijkheden van koolstof en zijn verbindingen de centrale plaats innemen. Op deze plaats is het voldoende te wijzen op de sterkte van de koolstof-koolstofbinding, met als gevolg de mogelijkheid van zeer grote, stabiele moleculen, waarin uiteindelijk de mogelijkheid van het, in ieder geval, aardse leven besloten bleek te liggen.

Silicium bewerken

Van silicium zijn, net als van koolstof, meerdere verbindingen met waterstof bekend. De bij de koolstofverbindingen bekende reeks alkanen vindt bij silicium zijn tegenhanger onder de silanen, die beschreven zijn voor   tot en met  . De verbindingen zijn echter minder stabiel dan de koolstof-analoga. Destillatie is voor deze verbindingen de manier van zuiveren, maar ondanks het gebruik van hoog-vacuüm-apparatuur is ontleding naar silaan   en disilaan   bij de hogere silanen niet te voorkomen.

Voor silicium zijn de tetraverbindingen met alle stabiele halogenen beschreven. Van verbindingen met elementen uit de zuurstofgroep is   in de vorm van kwarts het meest bekend. Daarnaast is ook   bekend.[3] De verbinding met stikstof is siliciumnitride met de formule  .[4]

Germanium bewerken

Van germanium zijn een aantal alkaan-achtige waterstofverbindingen bekend zoals germaan   en digermaan  . Het langste germaan in deze serie bevat 9 germanium-atomen. Met alle hallogenen, behalve asttaat, vormt germanium tetrahalides, terwiijl ook de dihalides, met uitzondering van broom en astaat, beschreven zijn. Met alle elementen uit de zuurstofgroep, behalve polonium, worden verbindingen van het type   gevormd. Germaniumnitride heeft de formule  .[5]

Tin bewerken

Van tin zijn twee hydrides bekend: stannaan   en distannaan   zijn beschreven, hogere analoga van de alkanen zijn niet bekend (nov. 2023). Met de halogenen (behalve astaat, zijn zowel de twee- als de vierwaardige vorm bekend. Met de elementen uit de zuurstofgroep, behalve polonium, vormt tin tweewaardige verbindingen  , terwijl met uitzondering van polonium en tellurium, ook de verbindingen van het type   bekend zijn.[6]

Lood bewerken

Van lood is slechts een hydride,   bekend. Met de halogenen worden lood(II)-verbindingen gevormd met alle halogenen, met uitzondering van astaat. Dezelfde lood(IV)-halogeniden zijn ook bekend, maar het bromide en jodide zijn instabiel. Van lood zijn een aantal oxides bekend, waarvan lood(II)oxide, lood(II,IV)oxide (de actieve component en kleur van loodmenie) en Lood(IV)oxide de meest bekende zijn. In de zuurstofgroep zijn verder de lood(II)verbindingen van met zwavel, selenium en tellurium bekend.[7]

flerovium bewerken

Van flerovium zijn geen verbindingen bekend.[8]



Bronnen bewerken

  1. Deze paragraaf is een vertaling van de tekst in het lemma Carbon group op de Engelse Wikipedia, paragraaf "Chemical" zoals deze op 5 november 2023 aanwezig was.

Verwijzingen in de tekst bewerken

  1. Robert H. Crabtree: The organometallic chemistry of the transition metals  (4) Uitgever: Wiley ISBN 978-0-471-66256-3
  2. Sjabloon:Citation
  3. Sjabloon:Citation
  4. Citefout: Onjuist label <ref>; er is geen tekst opgegeven voor referenties met de naam The Elements
  5. Sjabloon:Citation
  6. Sjabloon:Citation
  7. Sjabloon:Citation
  8. Sjabloon:Citation




Informatie afkomstig van https://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.