§ 41. Элементы IVA-групы. Вуглярод і крэмній
Вуглярод і крэмній як хімічныя элементы
Вуглярод 6С і крэмній 14Si з’яўляюцца хімічнымі элементамі IVА-групы перыядычнай сістэмы, адносяцца да неметалаў. Акрамя іх група ўключае таксама германій 32Ge, волава 50Sn, свінец 82Pb і флеровій 114Fl.
На знешнім электронным слоі атамы ўтрымліваюць па 4 электроны, агульная электронная канфігурацыя якога ns2np2:
Неметалы Далучаючы электроны, атамы вугляроду і крэмнію праяўляюць адмоўную ступень акіслення –4, пры страце электронаў — +2 і +4.
Пры ўтварэнні хімічных сувязей атамаў вугляроду з атамамі іншых элементаў поўнай аддачы або поўнага далучэння чатырох электронаў не адбываецца, гэта значыць фарміруюцца пераважна кавалентныя сувязі.
У адрозненне ад іншых элементаў IVА-групы лік валентных электронаў вугляроду роўны ліку валентных арбіталей. Гэта адна з прычын вялікай устойлівасці сувязі C—C і схільнасці атамаў вугляроду злучацца адзін з адным у ланцугу:
,
і інш.Распаўсюджанасць у прыродзе. Крэмній — другі па распаўсюджанасці на Зямлі элемент. Вуглярод, паводле большасці ацэнак, займае 16-е месца. Звесткі аб прыродных злучэннях паказаны ў табліцы 30.
Табліца 30. Хімічныя элементы вуглярод і крэмній
| Элемент | Радыус атама, нм | χ | Ступені акіслення | Прыродныя злучэнні |
| Вуглярод 6С | 0,077 | 2,5 | –4, 0, +2, +4 | Простыя рэчывы — алмаз, графіт. Мел, мармур, вапняк, ракушачнік, жэмчуг, кальцыт (СаСО3); вуглякіслы газ, прыродны газ, нафта, арганічныя рэчывы |
| Kрэмній 14Si | 0,117 | 1,9 | ‒4, 0, +2, +4 | Крэменязём, кварц, горны крышталь (асноўны кампанент SiО2); сілікаты металаў |
Вуглярод і крэмній як простыя рэчывы. Вуглярод як простае рэчыва існуе ў выглядзе некалькіх алатропных мадыфікацый, найважнейшыя з якіх — алмаз, графіт, фулерэны. Крэмній алатропных мадыфікацый не ўтварае, існуе ў выглядзе аднаго простага рэчыва з алмазападобнай структурай.
Крышталічныя рашоткі алатропных мадыфікацый вугляроду паказаны на малюнку 38. З матэрыялу § 16 вы ўжо ведаеце, чаму алмаз — самае цвёрдае рэчыва, чаму графіт электраправодны і лёгка расслойваецца. Вам таксама вядома, што фулерэны складаюцца са сферычных малекул С60, С80 (гл. мал. 38).
Графен — алатропная мадыфікацыя вугляроду, утвораная слоем атамаў вугляроду таўшчынёй адзін атам. Матэрыял, які валодае ўнікальнымі ўласцівасцямі — высокай праводнасцю і трываласцю, гідрафобнасцю, адмысловымі аптычнымі ўласцівасцямі, — выклікаў цікавасць не толькі вучоных, але і тэхнолагаў, звязаных з вытворчасцю працэсараў.
Маюць вялікае значэнне і знаходзяць шырокае ўжыванне аморфныя формы вугляроду — драўняны вугаль, актываваны вугаль, сажа.
Крэмній, у адрозненне ад алмазу, з’яўляецца паўправадніком, што дазваляе шырока выкарыстоўваць яго ў сучасных мікрасхемах. Яго ўжываюць таксама ў вытворчасці гарачатрывалых сталей.
Такім чынам, асаблівасці будовы рэчываў вызначаюць іх уласцівасці, а значыць, і сферы выкарыстання.