14 gruppo (IV) H He Li Be B C N F Ne Na Mg Al P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn Configurazione elettronica: ns 2 np 2
14 gruppo C e sono non-metalli, Ge é un semimetallo, Sn intermedio, Pb é un metallo Proprietà variabili all interno del gruppo IV gruppo C Ge Sn Pb Z 6 14 32 50 82 Elettronegatività 2,50 1,74 2,02 1,72 1,55 Raggio atomico (pm) 71* 118 123 151* 175 Numeri di ossidazione <0, +4, +2 +4 +4 +4, +2 +2, +4 T fus ( C) 3730 1410 937 232 327 T eb ( C) 4830 2680 2830 2270 1740
Sostanze elementari tutti solidi Il C dà tre forme allotropiche: Diamante Grafite Fullerene Scoperti verso la meta' degli anni '80; il primo fu isolato puro nel '90., Ge e Sn (grigio) hanno lo stesso reticolo del diamante; Sn e Pb sono metalli
Esistenza in natura C si trova in giacimenti di grafite e diamante, come carbone, in composti inorganici quali i carbonati e in innumerevoli composti organici. Nell atmosfera come C 2. si trova come biossido nei silicati ed è l elemento più abbondante sulla Terra dopo. Gli altri si trovano in piccole quantità come ossidi o solfuri. e Ge sono ottenuti dai rispettivi biossidi: Sn 2 + C C 2 + Sn Pb è ottenuto dalla combustione del solfuro e successiva riduzione con carbone dell ossido ottenuto: PbS + 3/2 2 Pb + S 2 2Pb + C C 2 + 2Pb
Reattività Scarsamente reattivi a T amb C reagisce con 2 solo se si fornisce calore: C viene ossidato dall H 2 2C + 2 2C C + 2 C 2 La grafite è più reattiva del diamante. É attaccata dagli acidi nitrico e solforico a caldo: C + 4HN 3 C 2 + 4N 2 + 2H 2, Ge e Sn reagiscono a caldo dando i biossidi, mentre Pb dà l ossido, che poi passa a Pb 3 4
Carburi Proprietà dei composti Composti covalenti Comportamento variabile C-C e C-H - Composti con elementi con minor elettronegatività. Ionici M 2 C 2 e MC 2 I e II gruppo Per razione con H 2 danno acetilene: C 2-2 CaC 2 + 2H 2 C 2 H 2 + Ca(H) 2 Covalenti C e B 4 C sono i termini più significativi; C ha la struttura del diamante Interstiziali M x C y metalli di transizione Conferiscono inerzia chimica, durezza ed elevano T fus
liciuri Idruri Anche il silicio da composti di varia stechiometria con i composti del I e del II gruppo (es: Li 4, Ca 2, Ca, Ca 2 ). Sono considerati composti interstiziali. Esistono anche siliciuri con metalli di transizione (es: Cu 5 ), sfruttati come conduttori. Tutte gli elementi formano idruri. Solo C dà composti binari stabili (C x H y ); gli altri danno composti molto reattivi XH 4 + 2 2 X 2 + H 2 XH 4 + 2H 2 X 2 + 4H 2 Il silano H 4 è usato come riducente energico. dà anche altri composti di formula n H 2n+2
ssidi =C= 109.5 C 2 è gassoso. I biossidi degli altri elementi sono tutte sostanze solide con struttura polimera e con legami covalenti più o meno polari a seconda dell'elemento. C 2 è il prodotto finale della combustione del C. ottiene per decomposizione termica di CaC 3 Ca + C 2 C 2 è molto solubile in H 2. In soluzione acquosa si comporta da acido biprotico debole. 2 è abbondante in natura, sia in varie forme cristalline che in forme amorfe o semicristalline. In tutte le forme cristalline si ripete l unità strutturale 4. L'angolo di legame -- è sempre quello del tetraedro regolare, tuttavia ciascuna unità 4 si può legare alle altre con angoli di legame -- diversi. quarzo α
2 è attaccato da soluzioni concentrate di HF, da soluzioni alcaline concentrate, da alcali caustici o da K 2 C 3 fusi. I restanti biossidi si comportano in maniera analoga a quella di 2, tuttavia si sciolgono anche nelle soluzioni degli acidi (con l'eccezione di Pb 2 ) comportandosi quindi anche da basi: Sn 2 + 4H + + 6Cl - SnCl 6 2- + 2H 2 Ge 2, Sn 2 e Pb 2 hanno struttura covalente polimera analoga a quella di 2. Pb 2 è un forte ossidante: Pb 2 + 4H + + 2Cl - Pb 2+ + Cl 2 + 2H 2
C Gli ossidi sono termodinamicamente meno stabili dei corrispondenti biossidi. C si forma quando il carbonio elementare è bruciato in difetto di ossigeno ad alta temperatura. C è stabile rispetto alle sostanze elementari, ma instabile rispetto alla reazione di dismutazione: 2C C + C 2 La reazione C + ½ 2 C 2 è spontanea ma non avviene a T amb per ragioni cinetiche. C funziona da riducente con molti ossidi: C + Pb C 2 + Pb T > 400 C E un ossido acido e non reagisce con alcali o con H 2.
comporta da legante e quindi da base di Lewis nei confronti di molti ioni dei metalli di transizione dando composti del tipo M(C) n.
Sn e Pb sono sostanze solide, essenzialmente ioniche, con proprietà anfotere. Hanno proprietà basiche maggiori dei corrispondenti biossidi. sso e idrosso-composti 4 Pb + 2H + Pb 2+ + H 2 Pb + H - + H 2 Pb(H) 3 - C da i carbonati e gli idrogenocarbonati, sostanze ioniche che contengono gli ioni discreti C 3 2- e HC 3 -. C 2 + H - C 3 2- + H + C 3 2- + C 2 + H 2 2HC 3 - I carbonati sono sostanze basiche, quando solubili. dà luogo a centinaia di ossoanioni con cationi di elementi metallici, detti silicati. Sono classificati in base alla struttura dell ossoanione.
licati che contengono anioni discreti. I cationi occupano cavità ottaedriche o tetraedriche. - rtosilicati, contenenti lo ione discreto tetraedrico 4 4- (olivina, granati, zircone) - Pirosilicati, contenenti lo ione dimero 2 7 6- - Tipo berillo, di formula generale ( 3 ) n 2n-, costituiti da più gruppi 4 aventi uno o più vertici in comune
licati che contengono anioni polimeri - licati fibrosi, tipo pirosseni, nei quali i tetraedri 4 si legano attraverso due vertici per dar luogo a catene di ( 3 ) n 2n- Gli anfiboli sono formati a catene doppie. Le catene e i nastri non tenuti insieme da interazioni elettrostatiche con gli ioni positivi e hanno consistenza fibrosa es: amianto
- licati a strati, costituiti da catene di tetraedri 4 aventi tre vertici in comune (es: talco, argille) - Tipo zeoliti, nelle quali tutti e quattro gli atomi di dell unità strutturale di base cono in comune con altri gruppi 4
Acidi silicici Il sistema 2 -H 2 dà luogo a numerose fasi di composizione e struttura diverse, sia cristalline che amorfe. Composti con N Il cianogeno, (CN) 2, è un composto formato da molecole discrete Reagisce in soluzione alcalina per dare cianuro e cianato: (CN) 2 + 2H - CN - + CN - + H 2 L acido cianidrico, HCN, è un liquido volatile, instabile. E solubile in H 2, dove si comporta da acido debole N C C N H C N
I cianuri alcalini sono solubili e hanno reazione nettamente basica. C N - Sono ottimi leganti e formano complessi stabili con molti metalli di transizione. Un esempio particolare: gli esaciano complessi di Fe(II) e Fe(III). K 2 F 2 (CN) 6 Per ossidazione di cianuri con Pb 2 si ottengono i cianati, che contengono lo ione CN -. Per azione dello S sui cianuri si formano i tiocianati, contenenti lo ione SCN -. C N - =C=N -
a CN - che SCN - sono ottimi leganti che formano numerosi compessi con ioni di metalli di transizione.
Composti con S Alogenuri CS 2 è un liquido formato da molecole discrete MX 4. C, e Ge danno composti molecolari costituiti da molecole discrete, mentre Sn e Pb danno sostanze covalenti polimere. F - sono gassosi; Cl - tutti liquidi; Br - e I - sono solidi. S=C=S