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Lexikon der Chemie: Kohlenstoff-Silicium-Gruppe

Kohlenstoff-Silicium-Gruppe, IV. Hauptgruppe des Periodensystems. Sie umfaßt das Nichtmetall Kohlenstoff C, die Halbmetalle Silicium Si und Germanium Ge sowie die Metalle Zinn Sn und Blei Pb. Ihnen gemeinsam ist die Elektronenkonfiguration ns2p2. Die Abstufungen der physikalischen Eigenschaften sind weitgehend stetig (Tab.); die Unregelmäßigkeiten im Gang der Elektronegativitäten sind auf die dazwischen liegenden Übergangsreihen zurückzuführen.

Kohlenstoff-Silicium-Gruppe. Tab.: Eigenschaften der Elemente.

C Si Ge Sn Pb
Kernladungszahl 6 14 32 50 82
Elektronenkonfiguration [He] 2s2p5 [Ne] 3s2p2 [Ar] 3d10
4s2p2
[Kr] 4d10
5s2p2
[Xe] 4f14
5d106s2p2
Atommasse 12,01115 28,0855 72,59 118,69 207,19
Atomradius in pm 77 118 122 140
Elektronegativität 2,50 1,74 2,02 1,72 (SnIV) 1,61 (PbII)
Dichte in g cm-3 2,25
(Graphit)
3,51
(Diamant)
2,23...2,34 5,35 5,75 (α)

7,28 (β)
11,3437
F. in °C >3550
(Diamant)
1410 937,4 231,88 327,50
Kp. in °C 4827
(Graphit)
2355 2830 2260 1740

Entsprechend ihrer Stellung in der Mitte des Periodensystems ist die Tendenz der Elemente der K. zur Bildung ionischer Beziehungen gering. Nur Kohlenstoff vermag in Kombination mit sehr elektropositiven Metallen C4--Ionen zu bilden (z. B. im Berylliumcarbid Be2C), während Kationen der Ladungszahl +4 nur bei den schweren Elementen Zinn und Blei beobachtet werden (SnF4, PbF4). Es dominiert die Ausbildung von vier Kovalenzen, wobei die jeweiligen Zentralatome tetraedrisch von den Liganden umgeben werden (CH4, SiCl4, SiO2, SnCl4 usw.),

Bei den leichteren Elementen ist die Oxidationszahl +4 vorherrschend, mit zunehmender Ordnungszahl gewinnt die Oxidationszahl +2 an Bedeutung. Sn2+ zeigt noch ausgesprochen reduzierende Eigenschaften, demgegenüber sind Pb4+-Verbindungen bereits starke Oxidationsmittel. Dieses Gesamtverhalten ist auf der Basis des inert pair effect (Bor-Aluminium-Gruppe) interpretierbar. Mit steigender Ordnungszahl nimmt innerhalb der Gruppe der metallische Charakter der Elemente zu. Im gleichen Sinne nimmt auch der basische Charakter der Oxide bzw. Hydroxide zu. Diese Tendenz wird beim Gang von der Oxidationszahl +4 zu +2 jeweils noch verstärkt.

Kohlenstoff zeichnet sich gegenüber seinen Homologen vor allem durch die Fähigkeit zur Bildung ausgesprochen stabiler C-H- und C-C-Bindungen und damit zur Knüpfung langer Kohlenstoffketten und -ringe aus. Speziell diesem Umstand und der Fähigkeit, pπpπ-Mehrfachbindungen zu sich selbst sowie zu Stickstoff und Sauerstoff zu bilden, ist die Vielfalt in der Chemie der Kohlenstoffverbindungen zuzuschreiben, was deren Sonderstellung als organische Chemie rechtfertigt.

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