Загальна характеристика р-елементів ІV групи

До р – елементів IV групи належать карбон, сіліцій, германій, станум і плюмбум. Карбон і сіліцій належать до типових елементів, а германій, станум і плюмбум складають підгрупу германію. У відповідності з електронними конфігураціями їх атомів:

C 1s²2s²2p²

Si 2s²2p⁶3s²3p²

Ge 3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²

Sn 4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p²

Pb 4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²6p².

Маючи на останньому енергетичному рівні 4 електрони, елементи головної підгрупи проявляють ступені окиснення від –4 до +4. Ступінь окиснення –4 більш характерний для сполук типових елементів – карбону і сіліцію, оскільки здатність приєднувати електрони характерна для атомів з малим атомним радіусом. Для германію, стануму і плюмбуму, стійкість сполук із ступенем окиснення –4 зменшується в ряду Ge-Sn-Pb. Оскільки елементи головної підгрупи містять 2 неспарені р-електрони, то всі вони утворюють сполуки із СТО +2.

Як видно з приведених даних, карбон істотно відрізняється від інших р – елементів групи високим значенням енергії іонізації. Карбон – типовий неметалічний елемент.

В ряду C – Si – Ge – Sn – Pb енергія іонізації зменшується, а відповідно, неметалічні ознаки елементів послаблюються, а металічні зростають.

У зміні властивостей атомів і сполук в цьому ряду проявляється вторинна періодичність (у зміні енергій іонізації, атомних радіусів спостерігається немонотонний характер).

Як видно на кривих зміни суми перших чотирьох потенціалів іонізації і орбітальних атомних радіусів в ряду C – Si – Ge – Sn – Pb є внутрішні максимуми і мінімуми. Ця не монотонність у зміні властивостей елементів в підгрупах отримала назву вторинної періодичності. Це явище обумовлене проникненням зовнішніх електронів до ядра. Так, не монотонність зміни атомних радіусів при переході від Si до Ge і від Sn до Pb обумовлена проникненням s – електронів відповідно під екран 3d¹⁰ – електронів у Ge і подвійний екран 4f¹⁴ – і 5d¹⁰ – електронів у Pb.

По відношенню до кисню, галогенів та інших електронегативних елементів елементи головної підгрупи 4 групи проявляють максимальну валентність, рівну 4, що відповідає номеру групи. Але поруч з тим вони можуть виступати і як двовалентні. Карбон поруч з СО₂ і CS₂ утворює також CO i CS; правда остання сполука дуже нестійка. Сполуки SiO, SiS теж мало стійкі. Ще більшою схильністю проявляти валентність 2 володіє германій, який крім оксиду і сульфіду утворює ще й дихлорид GeCl₂. Тенденція виступати в якості двовалетного елемента зростає далі в стануму, для якого стійкості ІІ і IV валентних станів приблизно однакові. Нарешті, в плюмбуму двовалентний стан переважає над чотиривалентним.

У всіх групах спостерігається зменшення кислотних і збільшення основних властивостей при переході від більш легких до більш важких елементів. В 4 групі ця властивість особливо посилюється завдяки збільшенню в цьому ж напрямку стійкості нижчих ступенів окиснення (нижчих валентностей). Основні властивості проявляються у сполук нижчої валентності, а кислотні – у сполук вищої валентності. Якщо елемент утворює декілька оксидів, то завжди вищі оксиди більш схильні до утворення кислот і відповідно менш схильні до утворення основ, ніж нищі.