פחמימות: אלמנטים, מאפיינים ושימושים - כִּימִיָה - 2025

Carbonids הם כל אותם אלמנטים שמרכיבים את המשפחה פחמן שנקרא, קבוצה 14 (IVA) של הטבלה המחזורית. הקבוצה מורכבת מאלמנט לא מטאלי, פחמן; שני אלמנטים מתכתיים, סיליקון וגרמניום; ושלושה אלמנטים מתכתיים: פח, עופרת ופלוריום.

לאלמנטים אלה ארבעה אלקטרונים במעטפת האלקטרונית החיצונית ביותר שלהם, עם תצורת ה- ns ² np ² . הם נוטים להשתמש במצב החמצון +4; למעט עופרת, אשר עקב השפעתם של זוג האלקטרונים האינרטיים משתמשת במצב החמצון +2.

פחם, היסוד הייצוגי בקבוצת הפחמימות. מקור: Pxhere.

האלמנטים השייכים למשפחה זו יציבים כימית, אינם מגיבים במיוחד. אבל הם מסוגלים ליצור הידרידים והלידים. יתר על כן, האלמנטים נוטים ליצור קשרים קוולנטים; אם כי פח ועופרת (שתי המתכות) נוטים ליצור קשרים מתכתיים.

הערכים של נקודות התכה, נקודות רתיחה ואנרגיה יינון נוטים לרדת ככל שהמספר האטומי של היסודות בקבוצה גדל. באופן דומה, שרביטים יעילים פוחתים ומובילים את הפחמן ואת קשרי ה- CC המרובים שלו.

אלמנטים ומאפיינים

פַּחמָן

אלמנט לא מתכתי עם מספר אטומי 6 ומשקל אטומי 12.011 גרם / מול. פחמן הוא יסוד כה חשוב, שכימיה אורגנית נקראת כימיה של פחמן, מכיוון שכל תרכובותיו נוצרות על ידי אלמנט זה.

הפחמן קיים בפחמימות, ליפידים, חלבונים וחומצות גרעין; כלומר בכל המולקולות והמקרולולקולות האחראיות על החיים. עם זאת, זהו היסוד השבע-עשר בשפע בקרום כדור הארץ.

פחמן הוא היסוד היחיד במשפחה שנמצא בקרום כדור הארץ בצורה טהורה. בנוסף, הוא משלב עם אלמנטים אחרים ליצירת נפט ופחממות בסלעים כמו קלציט (CaCO ₃ ), מגנזיט (MgCO ₃ ) ודולומיט (MgCO ₃ · CaCO ₃ ).

לפחמן יש 5 צורות אלוטרופיות: גרפיט, המופיע כגיליונות מוערמים. היהלום הוא גביש בעל מבנה מעוקב, צורה טטרהדראלית עם אטומי פחמן הממוקמים בקודקודיו.

פחמן אמורפי הוא אבקה שחורה בצורה של פיח. ב פולרן טבעות הפחמן יוצרים סידורים מולקולריים הדומים לכדורי כדורגל. ובגרפן אנו מוצאים שכבה של אטומי פחמן המסודרים בתבנית חלת דבש.

סִילִיקוֹן

זהו מטאלואיד עם מספר אטומי 14 ומשקל אטומי 28.09 גרם למול. הוא נמצא בקרום כדור הארץ כמו סיליקה (SiO ₂ ), חול וקוורץ, כמו גם במינרלים שונים וחרסות סיליקט.

הסיליקון הוא היסוד השני בשפע בקרום כדור הארץ. יש לו שתי צורות אלוטרופיות: צורה אמורפית חומה וצורה גבישית אפורה, ברק מתכתי וקריסטלי יהלומים מעוקבים.

גרמניום

זהו מטאלואיד עם מספר אטומי 32 ומשקל אטומי 72.61 גרם למול. גרמניום ידוע מעט מדי יום. הוא נמצא רק כעקבות בכמה מינרלים מכסף ואבץ, כמו גם בסוגים מסוימים של פחם ובגרמנית.

צבעו אפרפר-לבן וצורה מבנה גביש מעוקב ויהלום.

פַּח

זוהי מתכת עם מספר אטומי 50 ומשקל אטומי 118.71 גרם למול. פח הוא מתכת רכה ועצובה עם נקודת התכה נמוכה. יש לו שתי צורות אלוטרופיות: צורת β, עם מבנה קריסטל טטרגונאלי בטמפרטורת החדר; ויוצרים α בצבע אפור שנמצא בטמפרטורות שמתחת ל 13 ºC.

הפח מופק מקסטריט המינרלים (SnO ₂ ).

עוֹפֶרֶת

זוהי מתכת עם מספר אטומי 82 ומשקל אטומי 207.2 גרם / מול. יש לו מבנה גבישי מרוכז פנים, צבע לבן-כחלחל, ורעילות גבוהה לבני אדם. עופרת נמצאת כחלק מהגלינה המינרלית (PbS).

פלוריאן

זוהי מתכת עם מספר אטומי 114 ומשקל אטומי של 287 גרם / מול. פלווריום הוא אלמנט מלאכותי, רדיואקטיבי וקצר מאוד חיים. תכונותיו דומות לאלו של גזים אצילים, אם כי יתכן שמדובר במתכת מאוחרת יותר ממתכות מעבר.

מאפיינים

נקודת המסה

פחמן: 3,500 ºC (יהלום).

סיליקון: 1,410 מעלות צלזיוס.

גרניום: 937.4 מעלות צלזיוס.

פח: 231.88 מעלות צלזיוס.

עופרת: 327.50 מעלות צלזיוס.

נקודת רתיחה

פחמן: 4,827 מעלות צלזיוס (יהלום).

סיליקון: 2,355 מעלות צלזיוס.

גרמניום: 2,830 מעלות צלזיוס.

פח: 2,260 מעלות צלזיוס.

עופרת: 1,740 מעלות צלזיוס.

צְפִיפוּת

פחמן: 3.51 גרם / ס"מ ³ (יהלום).

סיליקון: 2.33 גרם / ס"מ ³ .

גרמניום: 5.327 גרם / ס"מ ³ .

פח: 7.28 גרם / ס"מ ³ .

עופרת: 11.343 גרם / ס"מ ³ .

אנרגיית יינון

פחמן: 1,086 kJ / mol.

סיליקון: 787 kJ / mol.

גרמניום: 762 ק"ג / מול.

פח: 709 ק"ג / מול.

עופרת: 716 kJ / mol.

רדיו אטומי

פחמן: 77 בערב.

סיליקון: 118 בערב.

גרמניום: 122 בערב.

פח: 140 בערב.

עופרת: 175 בערב.

ערכי נקודת ההיתוך והרתיחה של אלמנטים בקבוצה 14 נוטים לרדת ככל שמספרם ורדיוס האטום שלהם גדלים.

זה משקף כוח אטרקטיבי נמוך יותר בין האטומים ככל שגודלם גדל. אותה נטייה נצפתה בנקודות היינון של יסודות הקבוצה; ככל שהמרחק של אלקטרון מהגרעין גדול יותר, האנרגיה הנדרשת להפרדתו נמוכה יותר.

להפך, ככל שהמספר האטומי גדל, יש נטייה להגדיל את צפיפות היסוד. זה יכול לנבוע ממספר גדול יותר של פרוטונים ונויטרונים, המרכיבים הגרעיניים המסיביים ביותר.

יישומים

פַּחמָן

גרפיט משמש בצורה סיבית בייצור פלסטיק. בנוסף, הוא משמש לייצור עפרונות. היהלום הוא תכשיט יקר. הקשיות הגדולה שלו משמשת למקדחות בתעשיית הנפט ובקצות העפרונות לחיתוך זכוכית.

סידן קרביד משמש כמתווך בייצור המיסים פחמן דיסולפיד ופחמן טטרכלוריד. הפחמן משמש לסינתזה של חומרי מילוי פלדה וצמיגים.

סִילִיקוֹן

הסיליקון משמש כמוליך למחצה, כמו גם בפונקציות שונות בתעשיית האלקטרוניקה. יש לו יישום כחומר סיכה ואיטום איטום. סיליקה (SiO ₂ ) משמשת לייצור קרמיקה וזכוכית, כמו גם להיות מרכיב של בטון ולבנים.

הסיליקון משמש במשאבות ואקום. זה חיוני בתזונה של תרנגולות וחולדות; אם כי המהותיות שלה לאדם אינה ידועה. זהו גם גורם מקטין המשמש לשחרור מגנזיום מתחמוצתו.

גרמניום

הוא שימש כמוליך למחצה עד שנת 1950, אז עקרה אותו על ידי סיליקון; למרות שהיא ממשיכה למלא פונקציות שונות בתחום האלקטרוניקה. גרמניום משמש בגלאי קרינה. תחמוצת גרמניום משמשת בסיבים אופטיים ובעדשות רחבות זווית.

פַּח

הוא משמש לציפוי חפצי ברזל כדי להגן עליהם מפני חלודה. פח משמש לריתוך וייצור לוחית פח לאריזת מזון. כלוריד פח משמש להפחתת מינרלים מברזל.

לתרכובות פח יש יישומים רבים. לדוגמא, פלואוריד סטני משמש במשחות שיניים; תחמוצת פח בקרמיקה; וקובלט מקופח כמו פיגמנט כחול גרעיני. כמו כן, פח יוצר סגסוגות כמו ברונזה ודיל.

עוֹפֶרֶת

הוא משמש בייצור סוללות לרכב; להגנה מפני קרינה מייננת; ובריתוך.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. אליזבת ספראט, ג'סיקה לין וונסי וונג. (05 ביוני, 2019). קבוצה 14: תכונות ותגובות כלליות. התאושש מ: chem.libretexts.org
3. ויקיפדיה. (2019). קבוצת הפחמן התאוששה מ: en.wikipedia.org
4. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (21 במרץ, 2019). משפחת אלמנטים מפחמן. התאושש מ: thoughtco.com
5. מולר תראלד. (2019). אלמנט קבוצת פחמן. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com