Hauptgruppen des PSE – die Kohlenstoffgruppe

In diesem Teil wird die IV. Hauptgruppe des Periodensystems näher betrachtet. Die Elemente der IV. Hauptgruppe werden als Elemente der Kohlenstoffgruppe oder auch Borgruppe bezeichnet. Die Elemente der IV. Hauptgruppe stehen im PSE von beiden Seiten gleich weit entfernt. Die Elemente der Kohlenstoffgruppe weisen sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften auf, so ist Kohlenstoff ein typisches Nichtmetall und Blei ein typisches Metall (Trennlinie (B -> At) zwischen Metallen und Nichtmetallen verläuft durch diese Gruppe): Kohlenstoff ist ein typisches Nichtmetall, die Elemente Silicium und Germanium sind Halbmetalle und Zinn und Blei und sind Metalle. Zudem kann Kohlenstoff als einziges Element dieser Gruppe unter normalen Bedingungen Mehrfachbindungen ausbilden.

Reaktionsverhalten von Elementen der Kohlenstoffgruppe:

• Mit Sauerstoff reagieren die Elemente zu den Oxiden EO₂ (E = Element). Neben den Oxiden EO₂ sind aber von allen Gruppenelementen auch die zweiwertigen Oxide EO bekannt.
• Mit Halogenen reagieren die Elemente zu den Halogeniden EHa₄ oder EHal₂  dabei reagieren Kohlenstoff, Silicium und Germanium nur zum Tetrachlorid, bei Zinn sind SnCl₄ und SnCl₂ möglich und Blei bildet nur das Dichlorid PbCl₂.(Inert-Pair-Effekt)

Eigenschaften:

Die Eigenschaften der Elemente der Kohlenstoffgruppe innerhalb der Gruppe von oben nach unten:

• Abnahme der Schmelz- und Siedepunkte
• Zunahme des Metallcharakters

---

Hauptgruppen des PSE – die Kohlenstoffgruppe – Testfragen/-aufgaben

1. Welche Elemente gehören zur Kohlenstoffgruppe?

In der Kohlenstoffgruppe finden wir die Elemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn), Blei (Pb) und das radioaktive Fluorivium(Fv).

2. In welcher Gruppe des Periodensystems befinden sich die Elemente der Kohlenstoffgruppe?

Die Kohlenstoffgruppe befindet sich in der 14. Gruppe des Periodensystems.

3. Welche oxidationsstufen sind typischerweise für Elemente der Kohlenstoffgruppe?

Elemente der Kohlenstoffgruppe haben typischerweise die Oxidationsstufen +2 und +4.

4. Was ist charakteristisch für die chemische Verbindungen der Elemente der Kohlenstoffgruppe?

Charakteristisch für die chemischen Verbindungen dieser Gruppe ist die Bildung von kovalenten Bindungen und die Fähigkeit zur Verkettung (Katenierung), insbesondere durch das Element Kohlenstoff.

5. Warum ist Kohlenstoff für das Leben auf der Erde wichtig?

Kohlenstoff ist wichtig, da er zur Bildung von organischen Verbindungen fähig ist, die wiederum die Basis für alle Lebensformen auf der Erde darstellen.

6. Welche physikalischen Eigenschaften weisen Elemente der Kohlenstoffgruppe auf?

Elemente der Kohlenstoffgruppe zeigen in den unteren Perioden metallische Eigenschaften, während Kohlenstoff und Silizium in der oberen Periode nichtmetallische Eigenschaften aufweisen.

7. Was ist eine Besonderheit der Elektronenkonfiguration der Elemente in der Kohlenstoffgruppe?

Die Elemente der Kohlenstoffgruppe weisen vier Valenzelektronen in ihrer äußersten Elektronenschale auf. Dies erklärt ihre vielfältigen Oxidationsstufen und ihre Fähigkeit zur Bildung kovalenter Bindungen.

8. Welche Wirtschaftliche Bedeutung haben Elemente der Kohlenstoffgruppe?

Kohlenstoff ist das Grundelement von Erdöl und Gas. Silizium wird in der Halbleiterindustrie eingesetzt, Zinn und Blei in der Metallbearbeitung. Germanium hat eine ähnliche Anwendung wie Silizium, jedoch in spezielleren Bereichen.

9. Warum ist Kohlenstoff in der Lage, eine Vielzahl unterschiedlicher Verbindungen zu bilden?

Kohlenstoff kann eine Vielzahl unterschiedlicher Verbindungen bilden, da er die Fähigkeit zur Katenierung besitzt, d.h. er kann sich mit anderen Kohlenstoffatomen zu stabilen Ketten oder Ringstrukturen verbinden.

10. Wie wirken sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Elemente der Kohlenstoffgruppe auf ihre Anwendungen in der Industrie aus?

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften bestimmen ihre industrielle Nutzung.
Zum Beispiel wird Kohlenstoff in Form von Graphit und Diamant auch in der Industrie verwendet. Silizium ist unerlässlich in der Computerindustrie zur Herstellung von Chips. Germanium wird in speziellen Halbleiteranwendungen eingesetzt, während Zinn und Blei in verschiedenen Legierungen verwendet werden.