عناصر المجموعة الرئيسية الرابعة 4IVA (مجموعة الكربون )

    

   تشغل عناصر الممجموعة الرئيسية الرابعة العمود الرأسي الرابع عشر في الجدول الدوري الحديث وتتكون من خمسة عناصر هي ( الكربون, السليكون, الجرمانيوم, القصدير, الرصاص ).

 

إسم العنصر	رمزه وعدده الذري	الصفة الفلزية واللافلزية	درجة الانصهار(م)	نصف القطر الذري(pm)	طاقة التأين الاولى(kj/mol)	السالبية الكهربية
الكربون	C6	لا فلز	3570	0.77	1086	2.5
السليكون	Si14	شبه فلز	1410	1.18	787	1.8
الجرمانيوم	Ge32	شبه فلز	937	1.22	762	1.8
القصدير	Sn50	فلز	232	1.41	709	1.8
الرصاص	Pb84	فلز	327	1.46	716	1.9

الكربون :

السيليكون:

الجرمانيوم :

الرصاص :

القصدير:

الخواص العامة لعناصر المجموعة الرئيسية الرابعة:

        توجد عناصر هذه المجموعة على هيئة عناصر حرة في الطبيعة ، او على هيئة مركبات . وما يميز عناصر هذه المجموعة هو الاختلاف الواضح في خواصها الفيزيائية والكيميائية وبشكل عام يمكن تتبع تدرج الخواص العامة لهذه المجموعة على النحو التالي:

 1- الخاصية الفلزية واللافلزية وشبه الفلزية :

من خلال الجدول أعلاه يتضح ان الصفة الفلزية وشبه الفلزية واللا فلزية تبدو واضحة عند التنقل من اعلى الجدول الى اسفله ، حيث يلاحظ ان الخاصية اللافلزية تقل من اعلى الجدول الى اسفله اي بزيادة العدد الذري ، ويلاحظ ان الكربون لا فلز ، اما السيليكون فهو اصلا لا فلز الا انه احيانا يظهر بصفات شبه فلزية خاصة فيما يتعلق بالخواص الكهربية ، والفيزيائية ، ولذلك يصنف على انه شبه فلز، أما الجرمانيوم فهو ايضا شبه فلز ، أما بالنسبة الى القصدير، والرصاص فهما من الفلزات .

2- التوزيع الإلكتروني وتكافؤ المجموعة:  

 من خلال التوزيع الإلكتروني لعناصر المجموعة الرئيسية الرابعة ، نلاحظ امتلاء مستواها الاخير باربعة الكترونات ، ونظرا لطاقة التاين الكبيرة فإنه يصعب نزع جميع هذه الإلكترونات من مستوياتها ، ولذلك لم يلاحظ انه تم تكوين أيون موجب رباعي التكافؤ ، الا انه لوحظ ان العناصر الموجودة اسفل المجموعة يمكنها تكوين ايون موجب ثنائي التكافؤ ، حيث يمكن نزع الكترونين ، ولذلك فهي تعد من الفلزات كونها تميل الى فقد الكترونات، وبشكل علم فإن اعلى تكافؤ للمجموعة هو الرباعي ، حيث يمثل رقم المجموعة .

3-أهم تفاعلات المجموعة الرئيسية الرابعة :

أ- تفاعلها مع الأكسجين : تتفاعل عناصر المجموعة الرئيسية الرابعة مع الأكسجين مكونة الأكاسيد وفقا للمعادلة  التالية :
ب- تفاعلها مع الحموض :تتفاعل العناصر الفزلية في المجموعة مع الحموض مكونة أملاح، وتصاعد غاز الهيدروجين وفقا للمعادلة التالية:
جـ: تفاعلاها مع الهالوجينات:
تتفاعل بعض عناصر هذه المجموعة مع الهالوجينات موكنة الهاليدات ، حيث وجد ان السليكون والجرمانيوم والقصدير والرصاص تتفاعل مع الكلور والفلور والبروم كما يظهر في المعادلة التالية :

د- القدرة على ارتبط ذارت العناصر ببعضها:

    ينفرد الكربون والسيلكون عن بقية عناصر المجموعة ، حيث تمتلك ذرة الكربون قدرة هائلة على الإرتباط مع نفسها مكونة سلاسل وحلقات قد تحوي عشرات من ذرات الكربون ، كما ان لها القدرة على الإرتباط بذرة الهيدروجين ، والأكسجين والنيتروجين والكبريت ، يونتيجة لارتباط الكربون بهذه العناصر تتكون المركبات العضوية التي يبنى منها جسم الكائن الحي سواء كان نباتا ام حيوانا ام بشرا .

تصور لكيفية ترابط ذرات الكربون مع بعضها

 كما أن السيليكون يشابه الكربون في قدرة ذراته على الإرتباط مع بعضها بدرجة اقل من قدرة ذرة الكربون ، الا أن السيليكون يمكنه تكوين سلاسل طويلة مع ذرة الأكسجين ، ولذلك يعد السيليكون مكونا هاما وأساسيا ،في تشكيل القشرة الأرضية ،حيث يحتل السيليكون الثاني بعد الأكسجين من حيث وفرته في القشرة الأرضية ، حيث ان الرمل والكوارتز والسيليكات يدخل في تركيبها السليكون ، والاكسجين.
أما بالنسبة الى بقية العناصر فهي لا تملك القدرة على الإرتباط مع نفسها ، لتكوين هذه السلاسل كما هو الحال في الكربون والسيليكون .

4- إستخدامات عناصر المجموعة الرئيسية الرابعة :

أ-إستخدامات الكربون :

هناك إستخدمات عديدة لعناصر المجموعة الرئيسية الرابعة ، فمثلا نجد ان الكربون يوجد في صورتين هم الماس والجرافيت ، وكلاهما يدخلان في كثير من الصناعات فمثلا يدخل الماس فس صناعة الحلي ، وصناعة الادوات المستخدمة للثقب ، او طحن المواد الصلبة أو قطع الزجاج ويعود ذلك لصلابته العالية ، كما يستخدم الجرافيت في صنع الأقلام الخشبية (أقلام الرصاص) وفي صناعة الأقطاب الكهربائية ، وصناعة المولدات الكهربائية ، ومكبرات الصوت وذلك لأنه موصل جيد للكهرباء كما انه يستخدم في صناعة الطلاء الأسود المضاد للحرارة ، حيث تدهن به جدران الأفران .
ويدخل الجرافيت في صناعة الياف الكربون المستخدمة في عديد من الصناعات منها صناعة المقاتلات الحربية المسماة بالشبح .

بعض استخدامات الكربون (الجرافيت)

استخدامات الكربون الماس

ب- إستخدامات السليكون :

 يدخل السليكون في العديد من الأستخدامات التي يستخدمها الأنسان مثل صناعة الزجاج ، وصناعة الأجهزة الألكترونية ، التي تعد اساس صناعة الراديو والتلفزيون والحاسوب ، حيث لا تخلو هذه الأجهزة من الترانزستورات، كما يستخدم السيليكون في صناعة الخلايا الضوئيىة ، كما ان تطور الأبحاث في مجال التكنولوجيا الاتصال قد مكن العلماء من الحصول على ما يسمى بالألياف الضوئية ، والتي تصنع من نوع خاص من الزجاج النقي الذي يدخل في تركيبه السيليكون ، ومن خواص هذه الألياف قدرتها على نقل الموجات الصوتية التي تحمل كمية هائلة من المعلومات والتي كانت تنقل عبر الأسلاك الضخمة .

حيث أصبح الآن بالإمكان نقل الرسائل الصوتية وارسال الصور عبر هذه الألياف من مسافات بعدية جدا وبكفائة عالية .

بعض استخدامات السيليكون

كما يدخل السليكون في صناعة مادة الأسبيتوس التي تدخل السيليكات في صناعتها ، وقد تم استخدام هذه المادة لأغراض عديدة نظرا لقوتها ومتانتها ، وقدرتها على مقاومة الحرارة (الا أنه ظهر مؤخرا تأثيرها الضار على الأنسان ، حيث اتضح ان استنشاق كمية من غبار هذه المادة يؤدي الى الإصابة بسرطان الرئة .
ويستخدم الكربون والسيليكون في تكوين سبيكة تسمى كربيد السيليكون ، حيث تستخدم في صنع المنشار الصلب الذي يستخدم في قطع وفرم المواد الصلبة .

    أما بقية العناصر فهي تدخل ايضا في العديد من الإستخدامات فمثلا يستخدم القصدير في صناعة العلب التي تحفظ به المواد الغذائية المعلبة ، كم يستخدم الرصاص في صناعة البطاريات وفي دوارق السباكة ، وفي صناعة الستار الواقي من الإشعاعات ، وكذا في صناعة الطلاء ، الا أن القلق من الآثار الضار للرصاص على البيئة ادى الى حظر استخدامه في هذه الصناعات .