مجموعة الكربون – المجموعة 4 – المجموعة الرابعة عشر

مجموعة الكربون – المجموعة 4 – المجموعة الرابعة عشر

ملاحظة هامة حول مجموعة الكربون – المجموعة 4 – المجموعة الرابعة عشر : إذا كنت تبحث عن ملف بوربوينت powerpoint فأرجو التوجه إلى المقال الآتي : سلايدات بوربوينت powerpoint كيمياء المجموعة الرئيسة – المجموعة الرابعة (14) – مجموعة الكربون

عناصر المجموعة الرابعة

مقدمة
تحتوي المجموعة الرابعة عشر على العناصر التالية : الكربون (C) ،السيليكون (Si) ، الجيرمانيوم (Ge) ، القصدير (Sn) ، الرصاص (Pb) . و تتميز هذه المجموعة بتوزيع عناصرها الإلكتروني الذي ينتهي بالصيغة ns2 np2 .و يلاحظ في هذه المجموعة أن الصفات الفلزية تزداد مع ازدياد العدد الذري ، و يلاحظ أيضا التدرج في الخصائص و الصفات كلما انتقلنا من الكربون إلى السيليكون و لكن هذا التدرج يصبح أقل وتيرة في العناصر ما بعد السيليكون نتيجة تواجد إلكترونات الفلك d و الفلك f .
أكثر عناصر المجموعة توافرا هو السيليكون و يليه الكربون ، و أقلها توافرا هو الجيرمانيوم .

الخصائص العامة
1 – مدارها الأخير يحتوي على أربعة إلكترونات .
2 – الكربون لا فلز ، السيليكون و القصدير و الرصاص فلزات ، و الجيرمانيوم شبه فلز .
3 – يوجد الكربون في حالته الحرة بشكلين بلورين و هما الجرافيت و الماس ، كما يوجد في المركبات العضوية و غير العضوية مثل غاز ثاني أكسيد الكربون.
4 – يوجد السيليكون على شكل أكسيد السيليكون .
5 – هناك زيادة في الكثافة كلما انتقلنا في المجموعة من أعلى لأسفل .
6 – درجتي الانصهار و الغليان تقل في المجموعة كلما انتقلنا فيها من أعلى لأسفل.
7 – الحجم الذري يزداد من أعلى لأسفل في المجموعة و لكن يلاحظ زيادة طفيفة في الحجم الذري في العناصر ما بعد السيليكون بسبب تواجد إلكترونات الفلك d في الجيرمانيوم و إلكترونات d و f في القصدير و الرصاص.
8 – الكهرسالبية في المجموعة تقل كلما انتقلنا من أعلى لأسفل.
9 – حالة التأكسد الأكثر شيوعا لعناصر المجموعة هو +4 .

الهيدريدات و المركبات الفلزية العضوية لعناصر المجموعة الرابعة عشر
يعتبر الميثيان CH₄ أبسط هيدريد للكربون ، ألا أنه يعرف أيضا لعناصر المجموعة الرابعة عشر هيدريدات من نوع MH₄ و لكنها أقل استقرارا بسبب الاختلاف الشاسع بحجم ذرة الهيدروجين الصغير جدا مقارنة مع حجم عناصر المجموعة الرابعة عشر الكبير نسبيا، و لكن و على الرغم من ذلك فإن المركبات مثل السيلان و الجيرمان و الستانان معروفة كيميائيا ، بينما البلامبان فهو مركب غير مستقر .

SiCl₄ + LiAlH₄ → SiH₄ + LiAlCl₄
GeO₂ + LiAlH₄ → GeH₄ + LiAlO₂

و عند دراسة المركبات ذات السلسلة الطويلة فإنه يلاحظ بأن استقرار تلك المركبات يقل مع العناصر ذات الوزن الذري المرتفع ، كما أنه تم تحضير العديد من المركبات الألكيلية و الحلقية للسيليكون و الجيرمانيوم و القصدير والرصاص أيضا ، مثل Me₃SnCl و Et₄Pb .

هاليدات عناصر المجموعة الرابعة عشر
يمكن لجميع عناصر المجموعة الرابعة عشر أن تشكل هاليدات من نوع MX₄ ما عدا PbI₄ بسبب كون ذرة الرصاص المركزية قوية جدا لأن تعمل كعامل مؤكسد قوي بوجود اليود . أما PbBr₄ فهو غير مستقر حراريا لنفس السبب السابق .
يمكن تحضير الهاليدات الرباعية من خلال الاتحاد المباشربين العناصر

Si + 2Cl₂ → SiCl₄
Sn + 2I₂ → SnI₂ → SnI₄
GeO₂ + 4HBr → GeBr₄ + 2H₂O

تتميز أغلب الهاليدات الرباعية بأن لها تركيب رباعي الأوجه و قابلة للتبخر. ولكن فلوريدات القصدير والرصاص مركبات صلبة ذات تركيب متبلمر. أما رباعي هاليدات الكربون فإنها مستقرة غير قابلة للتميؤ بسبب كون ذرة الكربون لا يمكن لها أن تزيد من عدد التناسق الخاص بها، بينما هاليدات العناصر الأخرى مثل السيليكون و الجيرمانيوم و القصدير و الرصاص (ماعدا SiF₄ ) فإنها تتميأ بسرعة ناتجا عن ذلك ثنائي الأكسيد المائي.

SiCl4 + excess H₂O → SiO₂.nH₂O + 4HCl

أما الهاليدات من نوع MX₂ ، فإنها تلاحظ بصورة واسعة في مركبات الرصاص و القصدير .

Sn + 2HX → SnX₂ + H₂

فلمركب كلوريد القصدير( II ) تركيب منحني في الحالة الغازية بسبب تواجد ثلاثة أزواج من الإلكترونات بوجود رابطتين من Sn-Cl و وجود زوج من الإلكترونات على القصدير . بينما في الحالة الصلبة فإن المركب السابق يكون سلسلة متبلمرة من خلال روابط أو جسور الكلور .
أما هاليدات الجيرمانيوم (II) فهي معروفة أيضا أكثر من باقي هاليدات الجيرمانيوم الأخرى ، و يمكن تحضيرها من خلال تفاعل هاليدات الجيرمانيوم الرباعية مع عنصر الجيرمانيوم .

GeX₄ + Ge → 2GeX₂

الكربيدات و السيليسيدات
عندما يتم تسخين الكربون أو السيليكون مع العديد من العناصر و خاصة الفلزات ، فإنه يتم تشكيل مركبات تعرف باسم الكربيدات و السيليسيدات.فهناك أنواعا عديدة من الكربيدات يمكن تصنيفها حسب تفاعلاتها مع الماء وحسب التفاعلات التي أدت إلى تشكيلها .
فالعناصر الانتقالية تشكل كربيدات خِلاليّة بحيث تحتل ذرات الكربون المفردة الفجوات في الشبكة البلورة ذات التركيب المتراص و عليه يكون هذا النوع من الكربيدات صلب للغاية . كما أن هناك بعض الكربيدات الخلالية يمكن أن تتميأ و ينتج عن تميؤها الهيدروجين و الهيدروكربونات ، و لكن هناك البعض الأخر مثل كربيد التنجستن WC خامل و صلب للغاية .
أما كربيدات العناصر النشطة فهي تميل لأن تكون أيونية في طبيعتها ، فهناك بعض الكربيدات مثل Na₄C و Be₂C يمكن أن ينتج عن تميؤها غاز الميثان CH₄ ، بينما هناك أنواع أخرى مثل CaC₂ ينتج عن تميؤها الإيثين .

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

و هناك أنواع أخرى من الكربيدات مثل Li4C₃ ينتج عن تميؤها سلسلة طويلة من الهيدروكربونات :

Li4C₃ + 4H₂O → MeC≡CH + 4LiOH

ظاهرة التآصل
التآصل هو وجود العنصر الكيميائي الواحد على شكل مادتين بسيطتين أو عدة مواد تختلف في بنائها و شكلها . فالكربون مثلاً، يمكن أن يوجد على ثلاثة أشكال: 1- بلّورات الماس الصلبة الشفافة 2- بلّورات الجرافيت السوداء اللينة. 3- الفلورينات أو كرات باكي. وتختلف الأشكال المتآصلة الصلبة في بنيتها البلّورية. ولكن الأشكال المتآصلة للغاز تختلف في بنيتها الجزيئية. فمثلاً يتكون جزيء الأكسجين العادي من ذرتي أكسجين بينما يحتوي جزيء الأوزون، وهو الشكل الآخر للأكسجين، من ثلاث ذرات. والأكسجين العادي عديم الرائحة، ولكن الأوزون له رائحة نفاذة مميزة.

 

 

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play

1 – تطبيق ملصقات الجدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2

 

2 – تطبيق ملصقات كيميائية: ملصقات بتصميم جميل جدا للكواشف و الأدلة و الزجاجيات المستخدمة في المختبر و كذلك ملصقات و بطاقات لخزانات حفظ المواد و الأدوات الزجاجية .

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir

 

3 – إذا كنت تواجه صعوبة في تحضير المحاليل الكيميائية الأكثر شيوعا في مختبرات الكيمياء و الاحياء، فهذا التطبيق سوف يساعدك كثيرا في تحضير المحاليل :