Көміртектік топ элементтері

Кіріспе

Кезеңдік кесте тобы

|
! colspan=2 style="text-align:left;" | ↓ Кезең
|
! 2
|
|
! 3
|
|
! 4
|
|
! 5
|
|
! 6
|
|
! 7
|
|
| colspan="2"|

Түсіндірмелер
алғашқы элемент синтезделген элемент атомдық нөмір түсі: қара=қатты
|}

Көміртектік топ – көміртегі (C), кремний (Si), германий (Ge), қалайы (Sn), қорғасын (Pb) және флеровий (Fl) элементтерінен тұратын кезеңдік кесте тобы. Ол p блогында орналасқан. Қазіргі IUPAC номенклатурасында ол 14-топ деп аталады. Жартылай өткізгіштер физикасы саласында бұл топ әлі де кеңінен IV топ деп аталады. Бұл топ тетрельдер деп те белгілі (грек тіліндегі "тетра" сөзінен, яғни "төрт"), бұл топ атауларындағы IV рим санынан немесе (сәйкес келіп) осы элементтердің төрт валентті электроны бар екендігінен туындайды (төменде қараңыз). Олар кристаллогендер немесе адамантогендер деп те аталады.

Физикалық

Көміртек тобының қайнау температурасы ауыр элементтерге қарай төмендей түседі. Көміртек – көміртек тобындағы ең жеңіл элемент, 3825 °C температурада сублимацияланады. Кремнийдің қайнау температурасы 3265 °C, германийдің 2833 °C, қалайының 2602 °C, ал қорғасынның 1749 °C. Флеровийдің 60 °C температурада қайнауы күтілуде. Көміртек тобының элементтерінің балқу температуралары олардың қайнау температураларымен салыстырғанда шамамен бірдей үрдіс көрсетеді. Кремний 1414 °C, германий 939 °C, қалайы 232 °C, қорғасын 328 °C температурада ериді. Көміртек кристалдық құрылымы гексагонды; жоғары қысым мен температурада алмазға айналады (төменде қараңыз). Кремний мен германий алмаз тәрізді кубикалық кристалдық құрылымға ие, қалай да төмен температурада (13,2 °C-тан төмен) осы құрылымды сақтайды. Бөлме температурасында қалайдың кристалдық құрылымы тетрагонды болады. Қорғасынның бетке ортақталған кубикалық кристалдық құрылымы бар. Кремнийдің бөлме температурасында екі белгілі аллотроп түрі бар: аморфты және кристалдық аллотроптар. Аморфты аллотроп қоңыр түсті ұнтақ, ал кристалдық аллотроп сұр түсті және металл жылтырына ие. Қалайдың екі аллотроп түрі бар: α-қалай, сондай-ақ сұр қалай және β-қалай. Қалай көбінесе β-қалай түрінде кездеседі, ол күміс түсті металл. Дегенмен, стандартты қысымда β-қалай төмен температурада α-қалайға, сұр ұнтаққа айналады. Бұл салдарынан суық температурада қалайдан жасалған заттар сұр ұнтаққа айналып құлайды, бұл құбылыс «қалай ауруы» немесе «қалай шіруі» деп аталады. Қорғасын Жер қыртысының 14 миллионнан бір бөлігін құрайды, осылайша ол 36-шы ең көп таралған элемент болады. Орташа есеп бойынша, қорғасын топырақта 23 миллионнан бір бөлікті құрайды, бірақ ескі қорғасын кендерінің жанында концентрациясы 20000 миллионнан бір бөлікке (2%) жете алады. Қорғасын теңіз суында 2 триллионнан бір бөлік мөлшерде кездеседі. Қорғасын адам денесінің салмағына қарай 1,7 миллионнан бір бөлігін құрайды. Адамның қызметі қоршаған ортаға басқа металдарға қарағанда көбірек қорғасын шығарады. Кремний, тау кристаллы түріндегі силика, ежелгі египеттіктерге, олар оны моншақтар мен кішкентай вазалар жасау үшін қолданған, сондай-ақ ертедегі қытайлықтарға және, мүмкін, көптеген басқа да ежелгі халықтарға таныс болған. Силикадан жасалған шынысты египеттіктер де, финикиялықтар да б.з.д. 1500 жылға дейін өндірген. Көптеген табиғи қосылыстар немесе силикат минералдары ең алғашқы адамдар тұрғын үйлер салу үшін әртүрлі амалдарда қолданылған. Қалайдың пайда болуы тарихтың терегіне еніп кеткен. Мыс пен қалай қоспасы – қола – таза металл ашылмастан бұрын ежелгі адамдар қолданған. Қола ертедегі Месопотамияда, Инд аңғарында, Египетте, Критте, Израильде және Перуде кеңінен таралған. Ертедегі Жерорта теңізі халықтары қолданған қалайдың көп бөлігі, көрініп тұрғанындай, Британ аралдарындағы Силли аралдары мен Корнуоллдан келген, онда металл кенін өндіру шамамен б.з.д. 300-200 жылдарға дейін соңғы Испан жаулауына дейін Оңтүстік және Орталық Америкадағы Инка және Ацтек аймақтарында қалай кен орындары жұмыс істеген. Қорғасын туралы ертедегі Библиялық мәліметтерде жиі айтылады. Бабылдықтар металлдан жасалған жазуларды сақтау үшін тақташа ретінде қолданған. Римдіктер оны тақталар, су құбырлары, монеталар және тіпті тамақ дайындау ыдыстары үшін пайдаланған; шындығында, соңғы қолданыстан Август Цезар заманында қорғасын улануы анықталған. Ақ қорғасын деп аталатын қоспа кем дегенде б.з.д. 200 жылдан бері әдемі пигмент ретінде дайындалған.

The boiling points of the carbon group tend to get lower with the heavier elements. Carbon, the lightest carbon group element, sublimes at 3825 °C. Silicon's boiling point is 3265 °C, germanium's is 2833 °C, tin's is 2602 °C, and lead's is 1749 °C. Flerovium is predicted boil in 60 °C. The melting points of the carbon group elements have roughly the same trend as their boiling points. Silicon melts at 1414 °C, germanium melts at 939 °C, tin melts at 232 °C, and lead melts at 328 °C. Carbon's crystal structure is hexagonal; at high pressures and temperatures it forms diamond (see below). Silicon and germanium have diamond cubic crystal structures, as does tin at low temperatures (below 13.2 °C). Tin at room temperature has a tetragonal crystal structure. Lead has a face centered cubic crystal structure. Silicon has two known allotropes that exist at room temperature. These allotropes are known as the amorphous and the crystalline allotropes. The amorphous allotrope is a brown powder. The crystalline allotrope is gray and has a metallic luster. Tin has two allotropes: α tin, also known as gray tin, and β tin. Tin is typically found in the β tin form, a silvery metal. However, at standard pressure, β tin converts to α tin, a gray powder, at temperatures below This can cause tin objects in cold temperatures to crumble to gray powder in a process known as tin pest or tin rot. Lead makes up 14 parts per million of the Earth's crust, making it the 36th most abundant element there. On average, lead makes up 23 parts per million of soil, but the concentration can reach 20000 parts per million (2 percent) near old lead mines. Lead exists in seawater at concentrations of 2 parts per trillion. Lead makes up 1.7 parts per million of the human body by weight. Human activity releases more lead into the environment than any other metal. Silicon as silica in the form of rock crystal was familiar to the predynastic Egyptians, who used it for beads and small vases; to the early Chinese; and probably to many others of the ancients. The manufacture of glass containing silica was carried out both by the Egyptians – at least as early as 1500 BCE – and by the Phoenicians. Many of the naturally occurring compounds or silicate minerals were used in various kinds of mortar for construction of dwellings by the earliest people. The origins of tin seem to be lost in history. It appears that bronzes, which are alloys of copper and tin, were used by prehistoric man some time before the pure metal was isolated. Bronzes were common in early Mesopotamia, the Indus Valley, Egypt, Crete, Israel, and Peru. Much of the tin used by the early Mediterranean peoples apparently came from the Scilly Isles and Cornwall in the British Isles, where mining of the metal dates from about 300–200 BCE. Tin mines were operating in both the Inca and Aztec areas of South and Central America before the Spanish conquest. Lead is mentioned often in early Biblical accounts. The Babylonians used the metal as plates on which to record inscriptions. The Romans used it for tablets, water pipes, coins, and even cooking utensils; indeed, as a result of the last use, lead poisoning was recognized in the time of Augustus Caesar. The compound known as white lead was apparently prepared as a decorative pigment at least as early as 200 BCE.

Қазіргі заманғы жаңалықтар

Аморфты элементтік кремнийді алғаш рет 1824 жылы швед химигі Йонс Якоб Берзелиус таза күйде алды; таза емес кремний 1811 жылы алынған еді. Кристалл элементтік кремний 1854 жылға дейін дайындалмады, ол электролиз нәтижесінде алынды. Германий – 1869 жылы ресейлік химик Дмитрий Менделеев алғаш рет периодтық кестесін жасағанда, бар екені болжанған үш элементтің бірі. Бірақ, элемент біршама уақыт бойы ашылмады. 1885 жылдың қыркүйегінде шахтер күміс кенінен минералдың үлгісін тауып, шахта басшысына тапсырды, ол бұл жаңа минерал екенін анықтап, оны Клеменс А. Винклерге жіберді. Винклер үлгіде 75% күміс, 18% күкірт және 7% жаңа ашылмаған элемент бар екенін түсінді. Бірнеше айдан кейін Винклер элементті бөліп алып, оның 32-ші элемент екенін анықтады. Кремний диоксидінің қолданылу аясы кең: тіс пастасы, құрылыс материалдарындағы толтырғыштар және кремний шынының маңызды құрауышы болып табылады. Таза кремнийдің 50% металл қорытпаларын жасауға жұмсалады. Кремнийдің 45% силикон өндірісіне бағытталған. Кремний 1950 жылдан бері жартылай өткізгіштерде де кеңінен қолданылады.

Өндіріс

Көміртегінің аллотроптық түрі – алмаз, негізінен Ресей, Ботсвана, Конго, Канада, Оңтүстік Африка және Үндістан елдерінде өндіріледі. Барлық синтетикалық алмастардың 80%-ы Ресейде өндіріледі. Қытай әлемдік графиттің 70%-ын өндіреді. Графит өндіретін басқа елдер – Бразилия, Канада және Мексика. Көміртектің тіршілікке маңызы, ең алдымен, оның басқа элементтермен көптеген байланыстар құру қабілетіне байланысты. Типтік 70 килограмдық адам денесінде 16 килограм көміртегі болады. Германийдің биологиялық рөлі әлі анықталмаған, бірақ ол метаболизмді жандандырады. 1980 жылы Казухико Асай германийдің денсаулыққа пайдалы екенін хабарлады, бірақ бұл мәлімдеме дәлелденбеді. Кейбір өсімдіктер, оның ішінде дәнді дақылдар мен көкөністер, топырақтан германийді германий оксиді түрінде сіңіреді. Ондай өсімдіктерде германийдің мөлшері шамамен 0,05 миллионнан бір бөлікке (ppm) жетеді. Адамның күніне шамамен 1 миллиграмм германий қабылдауы естіметеді. Типтік 70 килограмдық адам денесінде 5 миллиграмм германий бар. Кейбір қалайы қосылыстарын жұтқанда улану қаупі бар, бірақ қалайының көптеген органикалық емес қосылыстары уытсыз деп есептеледі. Триметилқалайы және триэтилқалайы сияқты органикалық қалайы қосылыстары өте улы және жасуша ішіндегі метаболизм процестерін бұзуы мүмкін. Қорғасын және оның қосылыстары, мысалы, қорғасын ацетаты өте улы. Қорғасынмен улану бас ауруы, асқазан ауыруы, іш қату және подаграны тудыруы мүмкін. Флеровийдің уыттылығын тексеру мүмкін емес, себебі оның радиоактивтілігі тым жоғары, бірақ оның жоғары радиоактивтілігі өзіндік уытты әсерге ие болуы мүмкін.