ELEMENTI IVa GRUPE PERIODNOG SISTEMA ELEMENATA C Si Ge Sn Pb Uuq (Unt – ununkvadijum)

1. ELEMENTI IVa GRUPEPERIODNOG SISTEMA ELEMENATAC Si Ge Sn Pb Uuq(Unt – ununkvadijum) zajednička oznaka za elektonsku konfiguraciju ovih elemenata je: ns² np ²

2. OTKRIĆA • Ugljenik je element koji je čovek među prvima upoznao. • Kalaj i olovo su bili poznati u starom veku. • Silicijum je otkrio Bercelijus 1824.godine. (Najuspešniji i najpoznatiji naučnik, učestvovao u brojinim otkrićima, otkrio cerijum, selen i torijum, a osnivač je i elektrohemije). • Nemački hemičar Vinkler je 1886. otkrio germanijum.

3. FIZIČKA I HEMIJSKA SVOJSTVA • Jačina veze opada sa porastom atomskog radijusa elementa, što se vidi na osnovu sniženja temperature topljenja i ključanja. • Energija jonizacije i koeficijent elektronegativnosti opadaju sa porastom atomskog broja elementa. • Ugljenik, silicijum i germanijum grade kovalentne veze. • Ugljenik se javlja u dve alotropske modifikacije: dijamant i grafit. • Stabilne alotropske modifikacije kalaja i olova imaju metalnu strukturu.

4. ODSTUPANJA • I u ovoj grupi prvi član grupe – ugljenik, se znatno razlikuje od ostalih, a posebno po: - elektronegativnosti - atomskoj zapremini - elektronskoj konfiguraciji • Jedinjenja ugljenika su stabilna kako sa vodonikom tako i sa elementima veće elektronegativnosti. • Mala zapremina C-atoma omogućava stvaranje dvostrukih i trostrukih veza, pored kojih još postoje slobodni elektroni sposobni za dalje vezivanje. ·C=C· ·C≡C ·

5. Za razliku od drugih elemenata grupe, C-atom može da gradi maksimalno 4 kovalentne veze, jer ne poseduje slobodne d-orbitale kao ostali elementi. Stabilna jedinjenja ovih elemenata javljaju se sa oksidacionim brojevima: –4, –2, +2, +4 Jedinjenja sa negativnim oksidacionim brojevima nastaju samo pri reakcijama sa elementima (metalima) veoma male elektronegativnosti.

6. Jedinjenja metala sa ugljenikom nazivamo KARBIDIMA. U njima se oksidacioni broj kreće od –4 do –1 Neki karbidi imaju svojstva jonskih jedinjenja. Sa porastom elektronegativnosti metala raste kovalentni karakter karbida. Jedinjenja silicijuma sa metalima nazivamo SILICIDIMA. Silicidi su pretežno kovalentnog karaktera.

7. JEDINJENJA SA OKSIDACIONIM BROJEM +2 Ova jedinjenja grade svi elementi ove grupe , ali im stabilnost opada od olova ka ugljeniku. Pb²+ jon se vrlo teško može oksidovati, stoga su mu redukcione osobine najslabije u grupi. Veća stabilnost ugljenika potiče od višestruke veze. JEDINJENJA SA OKSIDACIONIM BROJEM +4 Najvažnija jedinjenja ugljenika, silicijuma i germanijuma spadaju u ovu grupu. Kalaj ima i veliki broj jedinjenja sa +2, dok su jedinjenja olova manje važna.

8. UGLJENIK • U jedinjenjima se javlja sa negativnim oksidacionim brojevima od –4 do –1i oksidacionim brojevima +2 i +4. • U elementarnom stanju gradi dve alotropske modifikacije: DIJAMANT GRAFIT

9. DIJAMANT • Tetraedarskim povezivanjem svakog sp³ hibridizovanog atoma ugljenika sa četiri druga C-atoma, nastaje beskonačna kristalna rešetka dijamanta. • Sparivanjem sva 4 elektrona, popunjavaju se sve 4 sp³ - orbitale i nema slobodnih elektrona, pa zbog toga dijamant ne provodi električnu struju.

10. Dijamant je zbog svoje strukture najtvrđa prirodna supstanca, visoke temperature topljenja. Blještavi sjaj dijamanta potiče od velikog indeksa prelamanja, jer su svetlosni zraci usporeni čvrsto vezanim elektronima.

11. GRAFIT • Grafit je se u prirodi javlja u znatno većim količinama, kao stabilnija alotropska modifikacija. • Zbog sp² hibridizacije svaki C-atom se vezuje sigma vezama sa 3 atoma i dolazi do formiranja šestočlanih prstenova. • Od prstenova nastaju veliki lisnati molekuli grafita, međusobno povezani slabim van der Valsovim silama.

12. Nakon sp² hibridizacije svakom atomu u prstenu ostaje slobodan elektron i gradi se delokalizovana pi veza, usled čega su veze u prstenu nešto jače od jednostruke veze. Metalni sjaj, kao i dobra električna i toplotna provodljivost potiču od pokretljivosti elektrona koji čine dvostruku vezu. Visoka temperatura topljenja grafita potvrđuje veliku jačinu kovalentnih veza u jednom sloju. Mekoća i laka cepljivost na listiće potvrđuje postojanje slabih veza između slojeva.

13. DOBIJANJE I UPOTREBA • Pri visokim pritiscima i temperaturi se iz grafita mogu dobiti industrijski dijamanti. • Dijamanti, izbrušeni i glačani u specijalne oblike nazivaju se brilijanti (koriste se kao nakit). • Zbog svoje velike tvrdoće dijamanti se koriste i u industrijske svrhe: - za izradu bušilica - za izradu noževa ( za obradu tvrdih materijala – stene, staklo).

14. Grafit se dobija i veštačkim putem iz petrol-koksa ili granuliranog antracita. Koristi se za izradu elektroda i obloga, za izradu olovki. Koristi se kao dodatak uljima za podmazivanje. Ima upotrebu i u nuklearnoj industriji. Grafit pomešan sa glinom služi za izradu grafitnih lonaca u kojima se tope metali.

15. AMORFNI UGLJEVI • Poznati su i takozvani amorfni ugljevi koji se sastoje od sitnih čestica grafitne strukture, a sadrže i druge elemente. • Glavne vrste amorfnog ugljenika su: - prirodni ili mineralni ugalj - modifikovani ugljevi

16. MINERALNI UGALJ • U prirodi se nalazi u velikim količinama. • Nastao je ugljenisanjem organskih supstanci, pretežno biljnog porekla. • U zavisnosti od količine ugljenika ima različite nazive: - ANTRACIT – ugalj najbogatiji ugljenikom. - TRESET – ugalj najsiromašniji ugljenikom.

17. MODIFIKOVANIUGLJEVI KOKS • Dobija se iz ugljeva sa većim procentom ugljenika. • Koristi se kao: - redukciono sredstvo za oksidne rude - kao gorivo - petrol-koks se koristi za dobijanje grafita

18. AKTIVAN UGALJ Nastaje zagrevanjem organskih supstanci (drveta, kostiu, krvi, šećera), bez prisustva vazduha. Ima veliku moć apsorpcije. Koristi se u raznim industrijama, za uklanjanje mirisa, ukusa boja (industrija šećera).

19. ČAĐ Nastaje pri nepotpunom sagorevanju supstanci koje sadrže ugljenik. To je crni prah. Koristi se za proizvodnju tuša i crne boje. Ima upotrebu i kao punilac (gume).