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Vorlesung Chemie der Metalle

5.Tetrele (4. Hauptgruppe, Kohlenstoff-Gruppe: Si, Ge, Sn, Pb)

5.1. Überblick


Die Tetrele (Elemente der 4. Hauptgruppe) haben alle die Valenz-Elektronenkonfiguration s2p2 und zwar im Einzelnen: Die Metalle bilden daher vierwertige Ionen.

Si Ge Sn Pb
Elektronegativität 2.5 1.8 1.8 1.9
r(M4+) (CN 6) [pm] 53 69 78
Elemente glänzende bis graue luftstabile Halbleiter/Metalle
Schmelzpunkt [oC] 945 232 327
Struktur Diamant Diamant, ß-Sn f.c.c.
Darstellung Reduktion mit H2 Reduktion mit C oder Röstreaktion
Legierungen mit ähnlichen Metallen: niedrig schmelzende Mischkristalle (Lote)
mit Alkali- und Erdalkali-Metallen: 'Metallide' d.h. Zintl-Phasen
Hydride MH4 zunehmend instabil
Halogenide MX4 X=F: hochschmelzende Festkörper; X=Cl: Moleküle
Chalkogenide SiO2, SiO GeO2, GeO MO: PbO-Struktur, SnO2 (Zinnstein) Pb3O4 (Mennige)

Tab. 5.1.1. ‹bersicht Tetrele

Innerhalb der Reihe der Tetrele liegen ähnliche Tendenzen wie bei den Elementen der 3. Hauptgruppe vor: Ungewöhnliche Eigenschaftsänderung (z.B. im Gang in den Ionisieriungsenergien) ergeben sich vom Si zum Ge durch die d-Block-Kontraktion sowie vom Sn zum Pb durch die f-Block-Kontraktion. Sowohl die d- als auch die f-Blockkontraktion haben allerdings nicht so deutliche Auswirkungen wie bei Trielen (Erdmetallen), so daß insgesamt die Tendenzen in der Gruppe einheitlicher sind als in der Bor-Gruppe. So sind die Elektronegativitäten (bis auf die Ausnahme, das Nichtmetall Kohlenstoff mit einem Wert von 2.5) praktisch konstant bei einem Wert von ca. 1.8. Wieder liegt ein Übergang zwischen den Nichtmetallen (C), den Halbleitern (Si, Ge) und den echten Metallen (Sn und Pb) vor. Zusätzlich gibt es einen Übergang in der stabilen Oxidationsstufe in Verbindungen von überwiegend 4-wertig (Si, Ge) zu vorwiegend 2-wertigen (Sn, Pb) Elementen. Erstmals (im Rahmen dieser Vorlesung) haben wir es mit Elementen rechts der Zintl-Linie zu tun, d.h. sie sind in der Lage, mit elektropositiven Partnern auch Anionen (d.h. Silicide, Germanide, Stannide und Plumbide) auszubilden.

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