[科普中国]-碳族元素

碳族元素（Carbon group）指的是元素周期表ⅣA族的所有元素，包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）、鈇（Fl）六种。它们电子排布相似，有4个价电子。碳、硅是非金属，锗是金属元素，但金属性较弱，锡和铅是更为典型的金属元素，Fl系人工合成。碳族元素在分布上差异很大，碳和硅在地壳有广泛的分布；锡、铅也较为常见，锗的含量则十分稀少，属于稀散型稀有金属。碳是碳循环的核心元素，以二氧化碳、碳酸盐和有机物的形式存在，硅以二氧化硅和硅酸盐为主，锗、锡、以二氧化物存在，铅以硫化物居多。

分布碳族元素中，硅的丰度最大，仅次于氧；碳、硅都是地壳中的常量元素；锡、铅的丰度较小，但矿藏集中，易于开采和冶炼，因而其历史也较为长久；锗属于稀散型稀有金属，矿藏极少；鈇主要是人工合成。

元素性质周期律性质主条目：元素周期律

碳族元素表现出一定的周期性，从上到下，元素的金属性增强，非金属性减弱，+4价化合物稳定性降低，+2价化合物稳定性提高，铅（Ⅱ）化合物稳定性高于铅（Ⅳ）。1

⒈相似性

·最外层都有4个电子，化合价主要有+4和+2，易形成共价化合物。

·气态氢化物的通式：RH4

·最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)4

⒉递变性

·+2价化合物主要氧化态稳定性逐渐增大，+4价化合物主要氧化态稳定性逐渐减小

·熔沸点降低，单质密度逐渐增大

·金属性增强，非金属性减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性减弱，氢化物的稳定性减弱

硅的特殊性主条目：对角线规则

①硅与ⅢA族的硼在周期表中处于对角线位置，表现出特有的对角线规则。而其他碳族元素无此规律。

②碳的氢化物类型众多（例如各种烃类），而硅的氢化物类型较少

碳族元素形成的MH4 型氢化物中，CH4的生成焓为负值，其他均为正值如下表

|| ||

因此，CH4最为稳定，其它由上到下稳定性逐渐降低。且由于碳原子的半径较小，可以形成碳碳双键（烯烃）、三键（炔烃）；而硅原子的半径较大，硅与硅原子之间双键型的氢化物（H2Si=SiH2）直到1981年才制得，极不稳定。

③碳的含氧酸盐很少，而硅的含氧酸盐类型众多。

硅酸根离子具有正四面体结构，极其稳定，因而有许多正硅酸盐；四面体共用单元顶点氧原子连接形成各种各样的结构形式。

化学性质碳可以跟浓硫酸、硝酸反应，被氧化成二氧化碳，不与盐酸作用。硅不跟盐酸、硫酸、硝酸作用，只与氢氟酸反应。锗不和稀盐酸、稀硫酸反应，但能被浓硫酸、浓硝酸氧化。锡和稀盐酸、稀硫酸反应，生成低价锡（Ⅱ）的化合物；跟浓H2SO4、浓HNO3反应生成高价锡（Ⅳ）的化合物。铅跟盐酸、硫酸、硝酸都能反应被氧化成亚铅离子。碳族元素中跟碱溶液反应的有硅和锡，它们既表现出金属性又表现出非金属性。碳族元素在加热时都能跟氧反应，被氧化成二氧化碳、二氧化硅和氧化亚铅等。碳族元素跟硫、氯共热生成相应的高价氯化物和硫化物，铅则生成铅（Ⅱ）化合物。碳、硅跟金属共热生成碳化物和硅化物，锡、铅与金属形成合金。都不能直接与氢化合，其氢化物是间接制得的。

化学反应C + O₂——→CO₂

2C + O₂——→ 2CO

2CO + O₂——→2CO₂

C+ 2CuO ——→2Cu + CO₂↑

3C+ 2Fe2O₃——→4Fe + 3CO₂↑

CO+ CuO——→Cu + CO₂

3CO+ Fe2O₃——→2Fe + 3CO₂

2NaOH + CO₂——→Na2CO₃+ H2O

2NaOH + SO₂——→Na2SO₃+ H2O

2NaOH + SO₃——→Na2SO₄+ H2O

Ca(OH)₂ + CO₂——→CaCO₃ ↓+ H2O

Ca(OH)₂+ SO₂——→CaSO₃↓+ H2O

CO₂+ H2O——→H2CO₃

C+ H2O——→CO + H₂（生成水煤气）

C+CO₂——→2CO

2C+ SiO₂——→2CO↑ + Si

Si +O₂——→SiO₂

2F₂+ Si——→SiF₄

Si + 4HF——→SiF₄↑+2H₂↑

Si+2NaOH+ H2O——→Na2SiO₃+2H₂↑

SiO2+2NaOH——→Na2SiO₃+H2O

SiO2+ 4HF——→SiF₄+2H2O

CaO+ SiO₂——→CaSiO₃

SiO₂+ Na2CO₃——→Na2SiO₃+ CO₂

SiO₂+ CaCO₃——→CaSiO₃+ CO₂↑

Na2SiO₃+ 2HCl——→2 NaCl+ H2SiO₃↓

Na2SiO₃+H2O +CO₂——→Na2CO₃+ H2SiO₃↓

重要性质碳族元素的一些重要性质2

参见·硼族元素（Boron group）

·氮族元素（Nitrogen group）

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学