Chương III. Nhóm Cacbon. Bài 19. Khái quát về nhóm cacbon

I − VỊ TRÍ CỦA NHÓM CACBON TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

Nhóm cacbon gồm có các nguyên tố cacbon (C), silic (Si), gecmani (Ge), thiếc (Sn) và chì (Pb). Chúng đều thuộc các nguyên tố p.

Bảng 3.1. Một số tính chất của các nguyên tố nhóm cacbon

II − TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM CACBON

1. Cấu hình electron của nguyên tử

Lớp electron ngoμi cùng của nguyên tử (ns² np²) có 4 electron 

Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của các nguyên tố nhóm cacbon có hai electron độc thân, do đó trong các hợp chất chúng có thể tạo thành hai liên kết cộng hoá trị. Khi được kích thích, một electron trong cặp electron của phân lớp ns có thể chuyển sang obitan p còn trống của phân lớp np.

Do đó, nguyên tử của các nguyên tố nhóm cacbon có 4 electron độc thân, và chúng còn có thể tạo

thành bốn liên kết cộng hoá trị. Để đạt được cấu hình electron bền của khí hiếm, các nguyên tử nguyên tố nhóm cacbon tạo nên những cặp electron chung với các nguyên tử khác, và trong các hợp chất chúng có các số oxi hoá +4, +2 và có thể là −4 tuỳ thuộc vào độ âm điện của các nguyên tố liên kết với chúng.

2. Sự biến đổi tính chất của các đơn chất

• Từ cacbon đến chì, khả năng đạt được vỏ electron bền của khí hiếm giảm dần, phù hợp với chiều tăng bán kính nguyên tử và giảm năng lượng ion hoá. Từ cacbon đến chì tính phi kim giảm dần và tính kim loại tăng dần. Cacbon và silic là các nguyên tố phi kim, gecmani vừa có tính kim loại vừa có tính phi kim, còn thiếc và chì là các kim loại.

• Khả năng kết hợp electron của cacbon và silic kém hơn nhiều so với khả năng này của các nguyên tố nitơ và photpho, nên cacbon và silic là những phi kim kém hoạt động hơn nitơ và photpho.

3. Sự biến đổi tính chất của các hợp chất

• Tất cả các nguyên tố nhóm cacbon đều tạo được hợp chất với hiđro có công thức chung là RH₄ (R chỉ nguyên tố). Độ bền nhiệt của các hợp chất hiđrua này giảm nhanh từ CH₄ đến PbH₄.

• Các nguyên tố nhóm cacbon tạo với oxi hai loại oxit là RO và RO2, trong đó nguyên tử R có số oxi hoá tương ứng là +2 và +4. CO₂ và SiO₂ là các oxit axit, còn các oxit GeO₂, SnO₂, PbO₂ và các hiđroxit tương ứng của chúng là các hợp chất lưỡng tính.

• Ngoài khả năng tạo liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử của nguyên tố khác, các nguyên tử cacbon còn có thể liên kết với nhau tạo thành mạch. Mạch cacbon có thể gồm hàng chục, hàng trăm nguyên tử cacbon (trong các hợp chất hữu cơ).